电驱冲击气锤的冲击性能建模和优化

摘要

电驱冲击气锤简称电锤是一种应用广泛的电动工具，属于冲击机械的一种。目前国内电锤企业研发人员对电锤设计理论缺乏足够的认识，导致设计工作过于依赖经验，效率低下。为此，本文结合企业项目，通过数学推导建立了电锤冲击系统的仿真模型，并采用组合试验和优化设计等手段，对电锤的性能进行分析和优化，为电锤设计工作提供指导。
　　第一章对电锤以及电动工具的国内外发展现状进行归纳总结，包括行业发展、研究现状等，分析了本文研究工作的必要性。在借鉴前人研究成果的基础上，选择研究的切入点和研究方法，从而确定了本文的组织结构;
　　第二章首先建立了电锤驱动机构的数学模型，并编写了仿真程序，实现了工作过程的数值模拟。然后分析了气缸直径、冲击频率、撞锤初始位置、撞锤质量、曲柄长度、补气孔直径以及补气孔位置等电锤重要参数对工作性能的影响。最后对撞锤质量和曲柄长度两个参数进行了两因素三水平的组合试验，并将试验结果与仿真结果进行对比，验证了模型的可靠性;
　　第三章根据波动力学建立了电锤冲击机构的数学模型，并编写了仿真程序，实现了电锤冲击凿岩过程以及应力波传递过程的数值模拟。然后通过组合试验方法分析了副锤结构参数的设计规律。为了验证模型的正确性，利用有限元方法与所编写的模拟程序计算结果进行了对比。最后通过优化方法对副锤结构进行了优化，并进行试验，对比试验数据和理论计算结果，验证了理论模型的可靠性;
　　第四章将驱动机构数学模型和冲击机构数学模型相结合，建立了整个冲击系统的仿真模型。在此基础上，以冲击系统结构参数作为优化变量，以单次凿入量为优化目标，对冲击系统在不同工况下的工作性能进行了优化，得出了对不同工况都有良好适应性的优化方案;
　　第五章对全文的工作做了总结，并对后续的研究工作进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电锤类产品现状

1．2．2 气动式电锤驱动机构研究现状

1．2．3 冲击凿岩问题研究现状

1．3 本文研究内容及组织结构

2 电锤驱动机构建模分析与试验

2．1 驱动机构工作原理分析

2．2 电锤驱动机构建模

2．2．1 活塞的运动

2．2．2 空气垫变化

2．2．3 摩擦力模型

2．2．4 撞锤的运动

2．3 参数对冲击能的影响分析

2．3．1 气缸直径

2．3．2 冲击频率

2．3．3 撞锤初始位置

2．3．4 撞锤质量

2．3．5 曲柄长度

2．3．6 补气孔直径

2．3．7 补气孔位置

2．4 两因素三水平组合仿真与试验

2．5 本章小结

3 电锤凿入机构建模与分析

3．1 凿入机构建模

3．1．1 电锤凿入机构结构分析

3．1．2 一维弹性杆标准波动方程

3．1．3 一维弹性杆标准波动方程的数值解法

3．1．4 数学模型的编程实现

3．2 副锤形状规律研究

3．3 波动力学方法与有限元方法的对比

3．4 副锤结构优化与试验

3．4．1 副锤结构参数优化

3．4．2 副锤优化方案试验

3．4．3 试验结果与理论计算对比分析

3．5 本章小结

4 电锤冲击系统结构优化

4．1 优化模型的建立

4．2 不同工况下的优化设计

4．2．1 工况影响因素确定与水平划分

4．2．2 不同工况下的优化结果与分析

4．3 不同工况组合优化

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献