1.目的及意义

在土木等工程领域中，挖掘机扮演着非常重要的角色，挖掘机在掘削土壤方面具有不可替代的作用，但在工程之中，传统的挖掘技术存在着巨大的功率浪费，这主要是由两方面的原因。其一，由于冲击等自然因素的影响，挖掘机的掘削力变化非常大，为了保证挖掘机的正常运行，其额定压力应设定为比最高掘削力更大的力；其二，挖掘机的工作过程往往是“挖掘—回转—卸料—返回”的过程，这种作业方式需要大量的反复，所以其工作时间非常长。因此研究一种能改善挖掘机掘削力大、能量利用率低等缺点的方法非常重要。而基于双阀芯阀的振动挖掘液压系统的设计便是为了解决这一问题。

1.1国外研究现状

致密的土壤让挖掘的难度增大了很多，最早在振动挖掘技术方面做出研究的是美国工程师Mogami和Kubo，他们在上世纪50年代做了各种实验，最终得出结论：振动挖掘导致硬质土壤表面液化，从而减小了土壤表层间的摩擦力，这就让挖掘阻力减小了很多。后来库伯等人通过实验也得出同样的结论，他们称由于振动使土壤中颗粒间的应力向孔隙水转移，从而使孔隙水压力的升高导致土壤抗剪强度降低，甚至完全丧失，成为切削阻力迅速减小的最主要原因。

20世纪60年代，振动参数对挖掘技术的影响研究也取得巨大的发展。首先是由Panagiotopoulos利用推土机不同的铲刃角度分别在不同的振动频率下切削实验，实验结果表明当铲刃振动频率和土壤的固有频率相近时，切削阻力最小。而且比传统推土作业最多降低了90%以上的牵引力。

随着科学技术的进步，许多国家的科研人员为了具体研究振动是如何影响阻力的，建立了数学模型，更为科学地、定量地做了实验。60年代末，Boyd和Nalezny通过考虑弹性力和库伦摩擦力建立了模拟切削刃水平振动时切削情况的数学模型。研究模型之后，得出了这样的结论：在一定的速度时，给切削刃施加一正弦波对土壤进行振动掘削时，随着振动频率和振幅的增加，平均掘削阻力会大幅减小，相比于不振动切削，平均切削力会减小75%。Gupta和Rajputt在单位能量对土壤破坏的影响方面做了试验，得出以下相似结论：振动挖掘时的频率和土壤固有频率相近时，降低功率、减小掘削力的效果最好。

1976年，Yow和Smith通过试验探究了一维正弦式振动，与前人的结论有些不同，他们的研究结果表明振动掘削会增加额外的功率损耗，但最多可以降低40%的掘削力。Buston和MacIntyre的研究结果表明振动掘削会增加额外的功率损耗，但最多可以降低50%的掘削力。

据不完全统计，目前苏美英法日德瑞士加拿大南非等几十个国家近百家公司相继研制了各种液压振动装置。从70年代开始，在市场上出售得到产品已有十余种，数量近千台。在隧道开掘、矿山开采、岩石破碎等方面取得了较好的效果。，目前，液压振动装置的应用还局限于凿岩和破碎等少数项目。

1.2国内研究现状

我国从60年代末开始研制液压振动装置。最早研制的产品也只是应用在矿山采掘凿岩和道路路面的破碎设备上。在吸取国外经验的基础上，经过努力创新，已研制出一批符合我国国情的液压振动装置。在不到十年的期间，已经发展成一门比较成熟的技术—液压振动技术。一些基本的理论和技术问题得到了较好的解决。目前，这一技术已应用到冶金、建筑、铁路、煤炭、地质钻探和国防等部门。