MATLAB软件对液压破碎锤液压系统进行动态仿真.docx

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MATLAB软件对液压破碎锤液压系统进行动态仿真

摘要

液压破碎锤是工程机械的辅助机械，我国整个社会工业化进程尚未完成，大量的铁路、公路、水利基本建设正在和将要进行。

未来工程方面对各类现代化机械设备的需求将会越来越大，给液压破碎锤等提供了大量的市场机会。

因此要求对液压破碎锤性能上进行改进，提升产品的品质，能够提高工作效率，使其更有效的应用于工程建设。

本文分析了当今液压破碎锤的国内外现状及未来发展趋势，描述了液压破碎锤的研究现状和设计理论。

完成了着重两方面的研究：

第一，对液压破碎锤的线性运动状态进行合理的假设和分析。

第二，利用MATLAB软件对液压破碎锤液压系统进行动态仿真和计算分析。

本论文工作注重理论研究，研究过程中取得的结果与实际相符合，为液压破碎锤的深入研究打下了良好基础。

关键词：

液压破碎锤；运动状态；液压系统；动态仿真；MATLAB计算分析

Abstract

ThehydraulicbreakinghammerisassistedofConstructionMachinery,ourcountryasawholehasnotyetcompletedtheprocessofindustrializationandalargenumberofrailway,highway,waterconservancywillbecarriedout.Futureprojectsofalltypesofmodernmachineryandequipmentwillbeincreasingondemandingforconstructionmachinery,suchashydraulichammertobeprovidedalargenumberofmarketopportunities.Therefore,ahydraulichammerwillbeimprovedperformance.Themakerwillenhancethequalityoftheirproducts,improveworkefficiencyandmoreeffectivesothatitappliestoengineeringconstruction.

Inthisthesis,itanalysesthehydraulicbreakinghammerofthecurrentstatusandfuturedevelopmentofdomesticandinternationaltrends,anddescribesthestudyofhydraulicbreakinghammerofthecurrentsituationanddesigntheory.Thepaperhighlightstwoaspectsofresearch：

Firstly,hydraulicbreakinghammerofthestateoflinearmovementandanalysisofreasonableassumptions.Secondly,theuseofsoftwareMATLABtohydraulicbreakinghammerofthehydraulicsystemmodeling,simulation,calculationandanalysis.

Inthispaper,itfocusonthetheoreticalresearch,andthecourseofthestudyresultswouldcoincidewiththeactualHydraulicBreakerforthein-depthhaslaidagoodfoundation

KeyWords：

Hydraulicbreakinghammer；Movement；Hydraulicsystem；Dynamicsimulation；CalculationandanalysisofMATLAB

目录

附录3:

MATLAB解微分方程程序III

1.1前言1

1.1.1液压破碎锤的功能特点1

1.1.2液压破碎锤的技术特点1

1.2国内外液压破碎锤技术现状与差距2

1.2.1国内外液压破碎锤的发展现状2

1.2.2液压破碎锤存在的问题3

1.2.3液压破碎锤的发展趋势3

1.3液压破碎锤的研究现状及设计理论研究4

1.4论文研究的背景及意义4

1.5本论文研究的内容4

2.液压破碎锤结构及基本工作原理分析6

2.1液压破碎锤的结构形式6

2.1.1液压破碎锤的基本组成6

2.1.2液压破碎锤各部件的作用6

2.2液压破碎锤的基本工作原理7

3.液压冲击机构工作机理分析10

3.1建立冲击机构数学模型的假设条件10

3.2液压破碎锤冲击过程的数学模型10

3.3液压冲击机构的工作状态分析11

3.4用MATLAB语言对液压破碎锤的冲击过程的仿真研究13

结论14

4.总结与展望15

4.1总结15

4.2展望15

参考文献16

致谢17

附录1：

KD60液压破碎锤数据18

附录2：

液压破碎锤数学模型详细推导过程19

附录3:

MATLAB解微分方程程序20

1.绪论

1.1前言

液压破碎锤是一种新型的破碎工具，它在工作过程种必须以动力源、工作介质及能量转换为基础才能运动工作的。

这里动力源是液压泵，而工作介质就是虽常用的液压油。

运动过程中把液压能转换为机械冲击能，即以液体压力驱动液压缸种的活塞往复运动对外作功，并对外输出能量束进行工作。

工业水平的日趋提高使得部分发达国家制造出了不同类型的液压破碎锤，并先后被广泛应用于各项工程中。

经过40多年的发展和国内外科技人员的不懈研究，液压破碎锤已经从当初结构

复杂、功能单一的形式发展到现在产品多样化、系列化的局面。

目前液压破碎锤的种

类繁多，如韩国水山系列15种，工兵系列11种，日本FURUKAWA公司有14种等，

并且商家还可根据用户的需要进行设计生产。

我国的液压破碎锤经过几十年的研究，

也取得了很大的进展，如长沙矿山研究院研制的SYD-400型、SYD-1200型和SYD-2000

型液压破碎锤及北京科技大学研制的YS-5000型液压破碎锤，均已通过部级鉴定；中

南大学对液压破碎锤多档和独立无级调频调能方面也进行了卓有成效的研究。

破碎锤、凿岩机等一些冲击锻打机械的基本原理相同，统称液压冲击器。

液压破碎锤可分为单人操作手持式和与大型机械配套的大型机载式。

而在当今，由于大量的工程建设等，就需要大型的机械来运转，所以液压破碎锤更多被作为一种辅助设备。

1.1.1液压破碎锤的功能特点

液压破碎锤是一种非常重要的高效作业工具，主要用来完成以下工作：

（1）液压破碎锤主要应用于一般各项破碎作业，比如：

混凝土破碎．岩石的剥离：

各种建筑物的拆除与破碎；聚石场的采石作业或者岩石的破碎；隧道的岩石破碎等。

（2）现在国家要求绿色环保，所以有些液压破碎锤成为典型的环保型产品ｒ具有噪声和粉尘控制功能。

（3）有些液压破碎锤除了破碎功能外，还具备了一些以往破碎锤不能具备的功能，比如：

自动润滑的功能，陆上和水下作业功能等。

（4）对于大型的液压破碎锤由于它外壳可安装，以便利用他安装外壳来进行简单的搬移工作。

1.1.2液压破碎锤的技术特点

液压碎石器历经四十余年的发展，虽品种繁多，各具特色，但不乏有其共性之

处，表现在以下几个方面:

参考文献

[1]何清华主编.液压冲击机构研究设计.长沙：

中南大学出版社，2009.10.

[2]齐晓杰，吴涛，安永东主编.汽车液压与气压传动.北京：

机械工业出版社，2010.7.

[3]余志生主编.汽车理论.北京：

机械工业出版社，2009.3.

[4]濮良贵主编.机械设计.北京：

高等教育出版社，2006.5.

[5]刘鸿文主编.材料力学.北京：

高等教育出版社，2004.1.

[6]成大先主编.机械设计手册（第1至5卷）.北京：

化学工业出版社，2002.

[7]大连理工大学工程图学教研室主编.机械制图.北京：

高等教育出版社，2007.7.

[8]杜建根，陈庭吉主编.工程力学.北京:

机械工业出版社，2002.7.

[9]周博，谢东来，张宪海主编MATLAB科学计算[M].北京：

机械工业出版社，2010.5.

[10]林红，杨国平，王习兵等主编.液压冲击器回程运动和冲程运动仿真研究[J]-机床

与液压2008.5.

[11]李静主编.液压破碎锤贯穿螺栓的强度分析[J]硕士2006

[12]许同乐，夏明堂.液压破碎锤的发展与研究状况[J]

[13]YinYaobao，HuangJiangqing,XiongWenxue,YoshitoTANAKA3，Shen

Yaochong.ModelingandAnalysisofHydraulicPileHammerSystem[J]

[14]ShirongYAN,JianXu.StudyonDynamicCharacteristicsofaHydraulicHammer[J]

[15]LiYongtang,LeiBufang.RESEARCHOFTHEDYNAMICCHARACTERISTICSONANEHYDRAULICSYSTEMOFELECTRO-HYDRAULICHAMMER[J]

[16]XieLiangxi，QianLi.MechanicsAnalysisonPistoninHydraulicHammer[J]

致谢

首先，感谢父母亲对我的培养。

是父母亲养育了我，教育了我，给了我这一切。

就要毕业了，我会加倍努力去学习去拼搏以报答父母亲的养育之恩。

本设计是在赵显新老师的悉心指导下完成的。

在本科生学习阶段及整个毕业设计过程中，从课题的选择一直到毕业设计的最终完成，赵老师给了我很大的帮助。

赵老师渊博的学识、严谨的治学作风、求实的科学态度深深地感染了我，促使我在本科生期间很好地提升了自己的能力。

在此，对赵老师在我本科生学习期间给予的培养和帮助表示衷心的感谢和敬意!

在本次设计的过程中，我还得到了学院其他老师的大力帮助，他们对我的毕业课题在很多方面给出了好的意见，帮我解决了许多实际中遇到的困难，并提供了很多宝贵的资料，在此向他们表示深深的谢意!

同时感谢班级同学在本科生期间的对我的帮助!

附录1：

KD60液压破碎锤数据

A1-------直径D=136；d=126

A2-------直径D=136；d=128

向上位移X=75活塞下端面到达控制口；

活塞体积：

按端面直径D=136，长700计算；

氮气室V：

按直径D=138，长300计算；

工作流量：

100

工作压力：

16

工作频率：

400

活塞密度：

7950

附录2：

液压破碎锤数学模型详细推导过程

（1）活塞上行：

将KD60液压破碎锤数据代入上式可得：

将KD60液压破碎锤数据数据代入流量平衡方程得：

（2）活塞下行：

将KD60液压破碎锤数据代入上式可得：

同理将KD60液压破碎锤数据数据代入流量平衡方程得：

附录3:

MATLAB解微分方程程序

functionDy=dfun（t,y）

D2y（1,1）=（0.0176*y

（2）-960-23.85/（0.0088-0.0072*y

（1））.^1.4-0.1*Dy（1,1））/96;

Dy（2,1）=（-0.0176*Dy（1,1）-0.1*y

（2）+2）/（2.4e7*y

（1））;

t=linspace（0,0.15,100）;

Ode45（'dfun',t,[0,16e6]）;

摘要

液压破碎锤是工程机械的辅助机械，我国整个社会工业化进程尚未完成，大量的铁路、公路、水利基本建设正在和将要进行。

未来工程方面对各类现代化机械设备的需求将会越来越大，给液压破碎锤等提供了大量的市场机会。

因此要求对液压破碎锤性能上进行改进，提升产品的品质，能够提高工作效率，使其更有效的应用于工程建设。

本文分析了当今液压破碎锤的国内外现状及未来发展趋势，描述了液压破碎锤的研究现状和设计理论。

完成了着重两方面的研究：

第一，对液压破碎锤的线性运动状态进行合理的假设和分析。

第二，利用MATLAB软件对液压破碎锤液压系统进行动态仿真和计算分析。

本论文工作注重理论研究，研究过程中取得的结果与实际相符合，为液压破碎锤的深入研究打下了良好基础。

关键词：

液压破碎锤；运动状态；液压系统；动态仿真；MATLAB计算分析

Abstract

ThehydraulicbreakinghammerisassistedofConstructionMachinery,ourcountryasawholehasnotyetcompletedtheprocessofindustrializationandalargenumberofrailway,highway,waterconservancywillbecarriedout.Futureprojectsofalltypesofmodernmachineryandequipmentwillbeincreasingondemandingforconstructionmachinery,suchashydraulichammertobeprovidedalargenumberofmarketopportunities.Therefore,ahydraulichammerwillbeimprovedperformance.Themakerwillenhancethequalityoftheirproducts,improveworkefficiencyandmoreeffectivesothatitappliestoengineeringconstruction.

Inthisthesis,itanalysesthehydraulicbreakinghammerofthecurrentstatusandfuturedevelopmentofdomesticandinternationaltrends,anddescribesthestudyofhydraulicbreakinghammerofthecurrentsituationanddesigntheory.Thepaperhighlightstwoaspectsofresearch：

Firstly,hydraulicbreakinghammerofthestateoflinearmovementandanalysisofreasonableassumptions.Secondly,theuseofsoftwareMATLABtohydraulicbreakinghammerofthehydraulicsystemmodeling,simulation,calculationandanalysis.

Inthispaper,itfocusonthetheoreticalresearch,andthecourseofthestudyresultswouldcoincidewiththeactualHydraulicBreakerforthein-depthhaslaidagoodfoundation

KeyWords：

Hydraulicbreakinghammer；Movement；Hydraulicsystem；Dynamicsimulation；CalculationandanalysisofMATLAB

目录

附录3:

MATLAB解微分方程程序III

1.1前言1

1.1.1液压破碎锤的功能特点1

1.1.2液压破碎锤的技术特点1

1.2国内外液压破碎锤技术现状与差距2

1.2.1国内外液压破碎锤的发展现状2

1.2.2液压破碎锤存在的问题3

1.2.3液压破碎锤的发展趋势3

1.3液压破碎锤的研究现状及设计理论研究4

1.4论文研究的背景及意义4

1.5本论文研究的内容4

2.液压破碎锤结构及基本工作原理分析6

2.1液压破碎锤的结构形式6

2.1.1液压破碎锤的基本组成6

2.1.2液压破碎锤各部件的作用6

2.2液压破碎锤的基本工作原理7

3.液压冲击机构工作机理分析10

3.1建立冲击机构数学模型的假设条件10

3.2液压破碎锤冲击过程的数学模型10

3.3液压冲击机构的工作状态分析11

3.4用MATLAB语言对液压破碎锤的冲击过程的仿真研究13

结论14

4.总结与展望15

4.1总结15

4.2展望15

参考文献16

致谢17

附录1：

KD60液压破碎锤数据18

附录2：

液压破碎锤数学模型详细推导过程19

附录3:

MATLAB解微分方程程序20

1.绪论

1.1前言

液压破碎锤是一种新型的破碎工具，它在工作过程种必须以动力源、工作介质及能量转换为基础才能运动工作的。

这里动力源是液压泵，而工作介质就是虽常用的液压油。

运动过程中把液压能转换为机械冲击能，即以液体压力驱动液压缸种的活塞往复运动对外作功，并对外输出能量束进行工作。

工业水平的日趋提高使得部分发达国家制造出了不同类型的液压破碎锤，并先后被广泛应用于各项工程中。

经过40多年的发展和国内外科技人员的不懈研究，液压破碎锤已经从当初结构

复杂、功能单一的形式发展到现在产品多样化、系列化的局面。

目前液压破碎锤的种

类繁多，如韩国水山系列15种，工兵系列11种，日本FURUKAWA公司有14种等，

并且商家还可根据用户的需要进行设计生产。

我国的液压破碎锤经过几十年的研究，

也取得了很大的进展，如长沙矿山研究院研制的SYD-400型、SYD-1200型和SYD-2000

型液压破碎锤及北京科技大学研制的YS-5000型液压破碎锤，均已通过部级鉴定；中

南大学对液压破碎锤多档和独立无级调频调能方面也进行了卓有成效的研究。

破碎锤、凿岩机等一些冲击锻打机械的基本原理相同，统称液压冲击器。

液压破碎锤可分为单人操作手持式和与大型机械配套的大型机载式。

而在当今，由于大量的工程建设等，就需要大型的机械来运转，所以液压破碎锤更多被作为一种辅助设备。

1.1.1液压破碎锤的功能特点

液压破碎锤是一种非常重要的高效作业工具，主要用来完成以下工作：

（1）液压破碎锤主要应用于一般各项破碎作业，比如：

混凝土破碎．岩石的剥离：

各种建筑物的拆除与破碎；聚石场的采石作业或者岩石的破碎；隧道的岩石破碎等。

（2）现在国家要求绿色环保，所以有些液压破碎锤成为典型的环保型产品ｒ具有噪声和粉尘控制功能。

（3）有些液压破碎锤除了破碎功能外，还具备了一些以往破碎锤不能具备的功能，比如：

自动润滑的功能，陆上和水下作业功能等。

（4）对于大型的液压破碎锤由于它外壳可安装，以便利用他安装外壳来进行简单的搬移工作。

1.1.2液压破碎锤的技术特点

液压碎石器历经四十余年的发展，虽品种繁多，各具特色，但不乏有其共性之

处，表现在以下几个方面:

参考文献

[1]何清华主编.液压冲击机构研究设计.长沙：

中南大学出版社，2009.10.

[2]齐晓杰，吴涛，安永东主编.汽车液压与气压传动.北京：

机械工业出版社，2010.7.

[3]余志生主编.汽车理论.北京：

机械工业出版社，2009.3.

[4]濮良贵主编.机械设计.北京：

高等教育出版社，2006.5.

[5]刘鸿文主编.材料力学.北京：

高等教育出版社，2004.1.

[6]成大先主编.机械设计手册（第1至5卷）.北京：

化学工业出版社，2002.

[7]大连理工大学工程图学教研室主编.机械制图.北京：

高等教育出版社，2007.7.

[8]杜建根，陈庭吉主编.工程力学.北京:

机械工业出版社，2002.7.

[9]周博，谢东来，张宪海主编MATLAB科学计算[M].北京：

机械工业出版社，2010.5.

[10]林红，杨国平，王习兵等主编.液压冲击器回程运动和冲程运动仿真研究[J]-机床

与液压2008.5.

[11]李静主编.液压破碎锤贯穿螺栓的强度分析[J]硕士2006

[12]许同乐，夏明堂.液压破碎锤的发展与研究状况[J]

[13]YinYaobao，HuangJiangqing,XiongWenxue,YoshitoTANAKA3，Shen

Yaochong.ModelingandAnalysisofHydraulicPileHammerSystem[J]

[14]ShirongYAN,JianXu.StudyonDynamicCharacteristicsofaHydraulicHammer[J]

[15]LiYongtang,LeiBufang.RESEARCHOFTHEDYNAMICCHARACTERISTICSONANEHYDRAULICSYSTEMOFELECTRO-HYDRAULICHAMMER[J]

[16]XieLiangxi，QianLi.MechanicsAnalysisonPistoninHydraulicHammer[J]

致谢

首先，感谢父母亲对我的培养。

是父母亲养育了我，教育了我，给了我这一切。

就要毕业了，我会加倍努力去学习去拼搏以报答父母亲的养育之恩。

本设计是在赵显新老师的悉心指导下完成的。

在本科生学习阶段及整个毕业设计过程中，从课题的选择一直到毕业设计的最终完成，赵老师给了我很大的帮助。

赵老师渊博的学识、严谨的治学作风、求实的科学态度深深地感染了我，促使我在本科生期间很好地提升了自己的能力。

在此，对赵老师在我本科生学习期间给予的培养和帮助表示衷心的感谢和敬意!

在本次设计的过程中，我还得到了学院其他老师的大力帮助，他们对我的毕业课题在很多方面给出了好的意见，帮我解决了许多实际中遇到的困难，并提供了很多宝贵的资料，在此向他们表示深深的谢意!

同时感谢班级同学在本科生期间的对我的帮助!

附录1：

KD60液压破碎锤数据

A1-------直径D=136；d=126

A2-------直径D=136；d=128

向上位移X=75活塞下端面到达控制口；

活塞体积：

按端面直径D=136，长700计算；

氮气室V：

按直径D