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液压振动冲击机器人破碎锤液压系统特

性分析

摘要：液压破碎锤是液压属具的一种，用于破碎岩石或混凝土等物料，搭载

在液压挖掘机上，就称为挖掘机属具。液压破碎锤品种与型号很多，适用于建筑

拆除、隧道开挖和修整、撬毛、矿山开采、二次岩石破碎等各种工况，以利于客

户选择使用。

关键词：开挖机器人;破碎锤液压系统;冲击机械

引言

目前，我国生产液压破碎锤的公司越来越多，但大部分受技术水平限制，打

击性能、使用寿命和能量利用率与国外相比有一定差距，尤其在大型破碎锤方面，

打击力不足、回油背压高和反弹问题比较突出，国产液压破碎锤的市场竞争力欠

缺。因此，研制打击性能好、使用寿命长、能量利用率高的液压破碎锤以提高国

产品牌的竞争力是十分必要的。结合了氮爆锤与全液锤的优点，当下在国内外市

场占据着重要地位，随着市场对气液锤使用性能要求的不断提高，以气液锤的压

力变化为依据对其进行深入研究显得很有必要。虚拟样机技术是一种新兴的产品

开发手段，通过数字化仿真模拟手段对产品进行虚拟设计优化，极大的缩短了产

品的研发周期，降低了研发成本，提高了同行业竞争力，越来越受到设计工程师

的追捧。在破碎锤研究领域，很多人也注意到了虚拟样机技术。

1.破碎锤及驱动液压系统介绍及系统架构

根据驱动介质不同，破碎锤可分为全液压作用式、气液联合作用式和氮气爆

炸式三种类型。鉴于全液压式破碎锤结构简单、工作可靠，且适用于冲击能不太

大的中小机型，全液压式破碎锤由负载敏感泵经电液比例多路阀来驱动，通过改

变多路阀输入电信号，改变阀的开度来调节输入给破碎锤的流量，变量泵由负载

敏感阀自动调节，从而按比例多路阀实际流量需求自适应输出。

破碎锤故障自诊断系统主要由信息采集系统和故障分析系统组成，主要完成

破碎锤各类机械故障及电气故障的监测和预警，从而优化设备运维和养护，延长

设备使用寿命，提高设备运维效率，降低设备使用成本。其中，信息采集系统由

传感器网络组成，主要负责破碎锤状态数据的采集，并将其传输到地面集控平台；

故障分析系统基于反向传播（BP）神经网络算法开发，系统根据破碎锤的状态数

据，通过BP神经网络模型，构建数据间的相互关系，进而实现破碎锤的故障分

析与检测。

2.破碎锤性能优点

（1）冲击能大。破碎锤的冲击能范围在8万焦耳至40万焦耳之间，详见表

1。即使破碎锤最小的冲击能（8万焦耳）也远远大于目前最大的一般破碎锤。能

轻易破碎废钢铁，破碎岩石更是不在话下。（2）破碎效率高。破碎锤的锤头直

接撞击物料，没有钎杆传递能量的损失，破碎效率自然比一般破碎锤高。（3）

故障少。破碎锤无需氮气室，没有一般破碎锤的中缸体和上、下缸体，没有贯穿

螺杆，没有钎杆，也没有钎杆套与扁销。圆形锤筒结构，无需密封，加工成本低。

重力式破碎锤比一般破碎锤的机械结构简单得多，工作中产生的故障也相应减少

很多。

3.破碎锤流量压力特性

液压缸、液压马达这类常规的液压系统执行元件在实际工作时，压力和流量

之间相互独立，没有内在关系。不同于常规元件，液压破碎锤工作原理的本质是

冲击活塞与控制阀相互反馈控制，实现冲击活塞在缸体里的往复直线运动，冲程

冲击钎杆输出冲击能，回程为下一次冲程做准备，因而需要研究破碎锤输入流量

和压力之间的相互关系。

图：挡破碎压力

4.液压振动冲击机器人破碎锤液压系统应用要点

4.1故障诊断

BP神经网络模型对装备异常信号的诊断主要依赖于它的分类识别和联想记忆

功能，通过大量的训练数据对权值与阈值的误差进行不断调整，以趋近最佳精确

度。故障诊断系统分析和处理装备状态参数的样本数据后，利用BP神经网络模

型的模式识别与分类功能，系统能够快速准确地提取破碎锤的异常信号，并对异

常信号进行诊断和识别。

4.2自动润滑

自动润滑装置由自动润滑泵和润滑脂筒组成，直接安装在破碎锤上。自动润

滑泵工作压力大于100bar，润滑脂流量可调，润滑脂筒的容量有大、小两种规格。

钎杆润滑脂是一种矿物油基润滑脂，含有铝皂和固体润滑剂（如石墨和铜），工

作环境温度范围为-20°C至1100°C/（-4°F至2012°F），适合严寒和高温应

用场合。丰富的金属成分可起到滚珠轴承的作用，能够最大限度地减少接触表面

之间的高温摩擦，从而减少钎杆、固定杆和衬套之间的磨损，延长磨损件的使用

寿命，降低设备使用成本。生物钎杆润滑脂是一种特殊合成酯