新型液压冲击机械的工作原理与控制方案设计分析

科技信息　０机械与电子Ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第３期　

新型液压冲击机械的工作原理与　

控制方案设计分析　

周静安　

（宁夏三瑞机械环保设备有限公司　宁夏　银川　７５０００４）　

【摘要】随着生产力的向前发展，特别是矿产资源开发和公路铁道建设工程投入的进一步加大，作为主要工程机械之一的液压冲击机械　

得到了迅速发展。人们开始研制能够适应不同工作状况的液压冲击机械来满足工程实际要求。为适应钻凿（破碎）不同物理性质的岩石，要求液　

压冲击器的工作参数可以调节，以适应多种情况的岩石，提高其适应范围和工作效率。目前世界上很多厂家生产的液压冲击机械都具有调节工　

作参数的功能。按照它们工作参数调节原理的不同，可归纳为行程控制方式、流量控制方式、压力反馈控制方式。　

【关键词】液压冲击机械；冲击频率；工作流量；工作介质；．Ｙ－作效率；反馈控制方式；经济性　

Ｏ引言　

与一般的液压机械不同，液压冲击器的负载是冲击活塞运动的惯　

性力。因此，液压冲击器系统压力波动的幅值大、频率高，同时又要求　

驱动它的液压动力源ｆ泵）具有良好的调节性能。普通的齿轮泵和叶片　

泵是难以满足其工作要求的，轴向柱塞变量泵由于具有很好的动态调　

节特性因而适合液压冲击器系统的工作要求。根据其变量机构工作方　

式的不同，柱塞变量泵有手动（伺服）变量泵、恒压变量泵、液控变量泵　

和电液比例变量泵几种类型。　Ｓｊ，冲击能Ｅ与ＰＳｉ的乘积成正比；而冲击频率厂与Ｐ的平方根成正　

比、与Ｓ，平方根成反比。为克服传统的单档和多档液压冲击器活塞回　

程加速行程Ｓ．不可调或只能有级调节的缺陷，本文推出了一种新型结　

构的液压冲击器一一变行程液压冲击器。该液压冲击器的创新技术就　

在于设置了一个变行程调节机构．利用该机构把推进器施加于冲击器　

上的推进力Ｆ，和系统工作压力Ｐ作为调节活塞回程加速行程Ｓ，（活塞　

行程Ｓ）的控制变量，当这两个控制参数合理匹配时，便可实现活塞同　

程加速行程Ｓ＿（活塞行程Ｓ）的无级调节，最终达到无级调节液压冲击　

器输出工作参数的目的。　

１　理论分析　２新型液压冲击器工作参数调节原理　

液压冲击器正常工作时，其输人参数是系统的压力和流量，输出　

参数是冲击能、冲击频率和冲击速度。为了正确的使用液压冲击器，对　

其工作参数进行合理的调节，给出液压冲击器的输出性能参数方程是　

十分必要的。本文把冲击器工作流量或压力与各输出性能参数间的函　

数关系——输出性能参数方程定义为液压冲击器的流量一力特性。由　

抽象设计变量理论，可得：　

Ｓ＝ｓ　△ｓ　（１）　

ｓ　＝ｓ　（２）　

＝　・ｓ　（３）　

等　・　＝　（４）　

Ｑ＝、／　×　（５）　

Ｅ　Ｑ　Ｋ，Ｑ　（６）　

＝　×　（７）　

＊　ｘ　＝　（８）　

＝告、／　×＝Ｋ７　（９）　

Ｎ＝Ｅｘｆ＝、／　×　何　（１　０）　

＝　＝　×９　＿３＝Ｋ￣　－　…）　

分析上述各式不难发现，影响液压冲击器输出工作参数（Ｅ、ｆ、Ｎ）的　

独立变量一控制变量只有两个：液压冲击器工作流量Ｑ（或工作压力Ｐ）　

和活塞回程加速行程ｓｊ，当冲击器结构一定时，输入冲击器的流量或　

压力就成了调节其输出性能参数的唯一控制变量。即液压冲击器档位　

一定（Ｓｊ＝Ｃｏｎｓｔ）时，其工作参数的变化只取决于工作流量Ｑ（或工作压　

力Ｐ１。　

如前所述，采用行程反馈控制方式的液压冲击器一般不超过三档　

（即在缸体上设置三个回程反馈信号孔），其冲击能Ｅ和冲击频率ｆ在　

调节过程中是同向变化的，而且调节的范围很小，致使出现了大装机　

容量低效率的不合理现象。为克服上述缺点，根据有关理论，本文选择　

恒压变量泵作为液压冲击器的驱动能源由式（５）、（７）、（９）、（１　ｏ）可知，液　

压冲击器最终输出工作参数取决于工作压力Ｐ和活塞回程加速行程　冲击破碎的理论与实践表明．对于某种确定的工作介质．总存在　

一个最优的冲击能与之相匹配，在这一最优的冲击能作用下，冲击器　

钻凿破碎物体所消耗的能量最小。因此，为适应钻凿不同物理性质的　

工作介质．提高其工作效率和降低成本，要求液压冲击器能够根据不　

同物理性质的工作介质适时输出其工作参数ｆＥ、ｆ、Ｎ）。当液压冲击器与　

某种特定变量型式（如恒压变量泵）的液压泵祸合时，就有可能对　冲　

击压力进行控制。由于液压冲击器的液压冲击，系统压力波动幅值大、　

频率高同时又要求其具有良好的调节特性，故齿轮泵和叶片泵难以满　

足要求，手动变量泵需要人工手动调节，现场操作不方便，伺服变量泵　

价格昂贵。因此，根据液压冲击器的工作特点，经过反复比较，只有恒　

压变量泵才是液压冲击器的最佳耦合泵种。　

３新型液压冲击器系统结构原理及控制方案　

３．１系统方案研究　

在液压冲击器的工作过程中．不同的工作对象具有不同的物理特　

性，即便是同一种工作对象ｆ如岩石），在被钻凿破碎的过程中，其内部　

裂纹生成阶段与裂纹扩展阶段也会表现出不同的物理性质，这就使得　

液压冲击器按目前的各种工作参数调节方式进行工作，不可能实现其　

输出工作参数与不同物理性质工作介质达到合理匹配。因此，作者提　

出了一种方法，使得液压冲击器在工作过程中能够根据工作对象物理　

特性的变化自动调节其输出工作参数（冲击能与冲击频率等），实现两　

者的合理匹配。　

３．２系统结构原理与控制方案　

综合以上分析研究．本文提出的一种新型的、基于微机控制的无　

级调节工作参数的新型液压冲击机械主要由缸体、冲击活塞、配油阀、　

钎杆、变行程调节机构、推进液压缸和蓄能器等部分构成。它的主要特　

点是能够根据不同的工作条件．通过控制变行程调节机构工作腔压力　

（即系统压力１和液压冲击机械推进机构施加于工作介质上的推进力，　

来连续无级调节冲击活塞行程．实现其输出工作参数ｆ冲击能和冲击　

频率等）的无级调节和最优匹配，从而克服了传统的行程反馈式液压　

冲击机械的不足，提高了系统效率，扩大了液压冲击机械的使用范围。　

４结语　

上述研究可知，这种液压冲击器实际上是一种采用前腔常压方式　

的液压驱动阀控活塞系统．通过换向阀（配油阀）对活塞后腔压力进行　

控制（交替通高压和低压油），从而实现活塞的冲程、回（下转第９４页）

　２０１１年第３期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＯＩＴ论坛。　科技信息　

基于ＵＭＬ的教务管理系统的分析与设计　

赵琰黄婷婷　

（宜春职业技术学院江西宜春３３６０００）　

【摘要ｌＵＭＬ是一种面对对象的可视化统一建模语言，也是现代软件工程环境中对象分析和设计的重要工具。本文在介绍ＵＭＬ的基础　

上，以教务管理系统的建模为例，简述通过ＵＭＬ来进行静态建模和动态建模的过程。　

【关键词】ＵＭＬ；教务管理系统；系统建模　

１　ＵＭＬ概述　

ＵＭＬ（Ｕｎｉｆｉｅｄ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ｌａｎｇｕａｇｅ）。是一种面向对象的标准化统一　

建模语言。它融合了当前一些流行的面向对象开发方法的主要概念和　

技术，概念明确，建模表示法简洁明了，图形结构清晰，容易掌握使用。　

将ＵＭＬ应用于教务管理系统，在其设计的需求定义、系统分析、系统　

设计等各个阶段进行建模．有助于提高开发效率、降低开发风险。　

２　ＵＭＬ建模技术　

模型是一种现实的简化形式，它可以从特定的角度来完整地描述　

系统。建模是面向对象分析和设计的核心，也是分析和设计过程中最　

基本和关键的活动。ＵＭＬ可以描述软件开发从需求分析到实现和测　

试的全过程。它定义了５类共１０种模型图：（１）用例图；（２）交互图，包　

括顺序图、合作图；（３）静态图，包括类图、对象图、包图；（４）行为图，包括　

状态图和活动图；（５）实现图，包括构件图和配置图。可以把模型元素及　

关系可视化．从多个视角来考察模型，使同一模型元素出现在多个　

ＵＭＬ图中仍保持相同符号和意义。　

ＵＭＬ有静态建模和动态建模两套建模机制。静态建模是用例图、　

类图、对象图、包图、组件图、配置来实现系统的用例建模、结构建模、　

组件建模以及环境建模，描述系统的静态组成结构，建立静态系统模　

型。动态建模是通过顺序图、状态图、合作图、活动图，定义并描述系统　

静态结构元素的动态行为和交互通信，构建动态系统模型。　

３教务管理系统的需求分析　

教务管理系统应包含教师的日常工作以及学生从入学到毕业相　

关教学信息的管理功能。初步分析，系统大致由系统维护管理模块、学　

籍管理模块、教学计划管理模块、排课管理模块、成绩管理模块、学生　

评教管理模块、教材管理模块等子系统组成。每个子系统下面都可包　

含数据处理、查询统计、报表打印等功能。　

４建立模型　

４．１静态建模。在系统的需求分析阶段，用例图能够清楚地描述出用　

户需求和系统功能需求。建立用例模型首先要确定角色，教务管理系　

统的角色包括：系统管理员、教务处管理员、院系教务管理员、教师及　

学生。其相关用例如下，系统管理员：用户权限更改、增加用户、删除用　

户、Ｅｌ志维护、后台数据管理等；教务处管理员：教学计划管理、教学任　

务管理、排课管理、成绩管理等；院系教务管理员：新进教师管理、教学　

计划录入与变更、系课表录入查询等；教师：成绩的录入与查询、课表　

查询、评教查询等：学生：个人信息的录入与查询、成绩查询、教师评教　

输入等。　

静态模型是依据系统结构从静态观点描述系统的视图，它不仅定　义系统中的类及类之问的关系，如继承、关联、依赖和聚集等．也包括　

了类的内部结构，即类的属性和操作等，以及实体功能范围的约束和　

限定。类是同类型事物的概括和总结，在教务管理系统中存在以下相　

关类：课程（ｃｏｕｒｓｅ）、班级（ｃｌａｓｓ）学生（Ｓｔｕｄｅｎｔ）、教师类（Ｔｅａｃｈｅｒ）、系部　

类（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ）等。　

４．２动态建模。建立好系统的静态模型后。需要分析和设计系统的动　

态结构。建立相应的动态模型。实际系统是通过系统元素的相互作用　

来实现的。ＵＭＬ动态模型包括顺序模型、状态模型、合作模型和活动　

模型，以顺序图、状态图、合作图、活动图等从不同角度来描述对象和　

对象之间的交互。顺序图表示对象之间的动态合作关系，强调的是交　

互的时问顺序；状态图描述一类对象的所有可能状态以及事件发生时　

状态的转移条件；合作图描述对象之间的协作关系；活动图描述系统　

中各种活动的执行顺序。在系统开发设计中。建模工作往往是一个迭　

代的过程，不断地分析、评价、修改、再分析，最终得到一个高质量的系　

统分析模型。建模过程中要根据具体情况＇选择合适的ＵＭＬ图示以便　

清楚地描述整个系统。　

建立好系统的ＵＭＬ模型后，可考虑在Ｗｉｎｄｏｗｓ或Ｌｉｎｕｘ操作系统　

下采用Ｊ２ＥＥ，ＥＪＢ等基于ｉａｖａ的跨平台技术进行开发，选用Ｏｒａｃｌｅ作　

为主要的底层数据库。　

５结束语　

在实际的建模过程中，静态模型和动态模型并不是孤立的两个过　

程，它们是相辅相成的一个整体，静态模型是动态模型的基础和主要　

依据，动态模型可以不断补充和完善静态模型。作为一种面向对象的　

建模语言，ＵＭＬ适应于开发过程的各个阶段，用ＵＭＬ对教务管理系　

统进行软件建模分析，有助于把系统需求和业务流程用可视化图形简　

单明了的表示出来，使软件开发更加准确、可靠、灵活、严谨，同时也加　

强了系统开发人员之间的理解和交流。　

【参考文献】　

『１］王瑞金．统一建模语言ＵＭＬ及其建模实例［ＭＩ．北京：清华大学出版社，２００６．