一种基于液锤效应及阻尼孔实现空打功能的液压破碎锤的制作方法

1.本发明涉及一种工程机械属具，特别是涉及一种基于液锤效应及阻尼孔实现空打功能的液压破碎锤。


背景技术：

2.液压破碎锤是一种将液压能转换为机械能的冲击机具，其中有两个基本运动元件——活塞和换向阀，两者相互反馈控制，即阀芯的往复运动控制着活塞换向，而活塞在每一个行程的始、终点又通过打开或关闭换向阀的控制油路实现阀芯的换向，如此循环工作。液压破碎锤的基本工作原理为：通过这种活塞和阀芯的反馈控制，实现活塞在液压或液压与气压力驱动下快速往复运动，并打击钎杆对外做功。
3.为了破碎石料、混凝土及其他建筑材料，液压破碎锤可附接到各种机器上，如挖掘机、 反向铲或者其他类似机器。液压破碎锤安装到机器的臂上并连接到液压系统。液压系统中的高压流体供给至液压破碎锤以驱动与作业工具接触的活塞往复运动，并打击作业工具，完成破碎任务。
4.现有液压破碎锤锤芯（图1、图2）主要包括：氮气室1、活塞环2、活塞3、缸体4、钎杆座5、内套6、外套7、钎杆8、换向阀9、蓄能器10。回程运动开始（图1），系统高压油p通过油口a4进入前腔12，同时作用于换向阀9阀芯的下端，使阀芯稳定处于图（1）所示状态。此时前腔12接通系统高压油p，后腔13通过油口a1通回油t，活塞3在前腔12系统高压油p的驱动下，加速回程并压缩氮气室1中的氮气储存能量（如果氮气室1中不充气体，则为纯液压式液压破碎锤），蓄能器10储油，当活塞3回程运动至前腔12和控制油口a3连通，系统高压油p到达阀芯的上端，此时阀芯上、下端都与系统高压油相通，由于设计中阀芯上端有效面积大于下端有效面积，阀芯在高压油作用下换向至图（2）状态，此时前、后腔都通高压油p，蓄能器10排油补充液压系统，活塞3在氮气压力（纯液压式液压破碎锤除外）及油压的作用下，加速冲程，打击钎杆8，输出冲击能。当活塞3越过打击点，控制口a2和a3导通，并与回油t接通，换向阀9的阀芯上端泄压，下端油压作用下阀芯快速换向至图（1）状态，又恢复初始状态，活塞3开始回程，进入下一个打击循环，如此反复。在钎杆座5中，设有破碎岩石的钎杆8、起导向作用的内套6、外套7，同时内套6、外套7具有保护钎杆座5不被磨损的作用。
5.现有技术存在的问题：当活塞3的最大径进入缓冲腔14（图3），由于活塞3的最大径下端面无高压油p，所以此时液压破碎锤无法工作；启动液压破碎锤前，需要用钎杆8将活塞3顶出缓冲腔14，并且液压破碎锤工作的过程中钎杆8需要处于压紧的状态，避免活塞3进入缓冲腔14，才能使液压破碎锤连续不断的工作。
6.由于上述技术问题的存在，很难满足以下工况。
7.（1）对物料的二次破碎，由于物料经过了初次破碎（例如：爆破破碎），重量轻、体积不大，用液压破碎锤压紧的过程中容易移位，钎杆8压不紧物料，则活塞3难以被顶出缓冲腔14，则液压破碎锤无法正常工作；工作中需要反复尝试压紧物料完成破碎作业，这个过程必然严重影响到效率。
8.（2）对表面附着物清理破碎，避免损坏附着物里面的结构（例如：水泥回转窑耐火砖的拆除，仅需要破碎耐火砖，避免损坏耐火砖下面的窑壁；钢包清除钢渣的过程中，避免损坏钢包的内衬层），但是现有液压破碎锤必须压紧钎杆8才能正常工作，当表面附着物清理破碎完成后，很难及时停机（可操作性差），难免会对附着物下面的结构造成损坏。
9.为解决液压破碎锤工作过程中必须压紧钎杆的问题，中国发明专利cn113700074a/中国实用新型专利cn215715667u说明书公开了一种钎杆非压紧状态即可工作的液压锤。技术方案为：在缓冲腔和系统高压油之间设置空打阀，当活塞进入缓冲腔，则空打阀开启，高压油进入缓冲腔，将活塞推出；当活塞离开缓冲腔，则空打阀关闭；空打阀由空打阀阀芯和空打阀阀套组成，空打阀阀芯在空打阀阀套内沿轴线方向滑动；空打阀阀芯和缓冲腔连通的端面面积大于空打阀阀芯和系统高压油连通的端面面积，即空打阀阀芯两个端面面积大小不一样，两端面受到的液压力大小进行比较，决定空打阀阀芯的移动方向，进而决定缓冲腔和系统高压油是否连通。存在的问题：1.空打阀需要接回油，构建回油通道，会增加空打阀的结构尺寸，使得结构复杂，增加加工难度，且与空打阀相配合的零件结构尺寸、加工难度也会增加。2.只有在缓冲腔的压力低于系统高压油的压力时，空打阀才能开启（原因：空打阀阀芯和缓冲腔连通的端面面积大于空打阀阀芯和系统高压油连通的端面面积）。
10.为解决液压破碎锤工作过程中必须压紧钎杆的问题，中国发明专利cn114908833a/中国实用新型专利cn217379055u说明书公开了一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤。技术方案为：在缓冲腔和系统高压油之间设置特斯拉阀，缓冲腔中的液压油经过特斯拉阀流出为逆向流出，液压油经过特斯拉阀流入缓冲腔为顺向流入；特斯拉阀可以在一个方向提供较另一个方向更高的压降，使流体沿其中一方向流动顺畅（即顺向），沿另一方向流动困难（即逆向）。存在的问题：需要有足够的平面安装特斯拉阀。


技术实现要素：

11.针对上述现有技术，本发明要解决以下技术问题。
12.1.提供另一种技术方案，解决现有液压破碎锤工作过程中必须压紧钎杆的问题，即实现空打的功能。
13.2.空打阀需要接回油、结构尺寸大且复杂、加工困难的问题。
14.3.只有在缓冲腔的压力低于系统高压油的压力时，空打阀才能开启的现象。
15.4.特斯拉阀需要有足够的安装平面问题。
16.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于液锤效应及阻尼孔实现空打功能的液压破碎锤。包括：活塞、缸体、钎杆座、内套、外套及钎杆。活塞在缸体内往复运动，打击钎杆；钎杆座中设有破碎岩石的钎杆、起导向作用的内套、外套，同时内套、外套具有保护钎杆座不被磨损的作用。在缓冲腔和系统高压油p之间设置浮动阀，浮动阀包括阀体、浮动阀芯及堵头；浮动阀芯两端面面积相等，靠近堵头的一端和缓冲腔连通，另一端和系统高压油p连通；浮动阀芯内部设置阻尼孔，液压油流经阻尼孔时，会经过轴线相互垂直连通的阻尼孔结构。当活塞最大径进入缓冲腔前，浮动阀芯两端面受到的液压力相等，处于平衡状态，即浮动状态（忽略重力的影响）。当活塞最大径进入缓冲腔后，存在以下两种情况：（1）缓冲腔压力高于系统高压油p的压力时。状态一，如果浮动阀芯两端面的阻尼孔经过阀体上的环形槽
连通，缓冲腔里的液压油将通过浮动阀芯内的阻尼孔流向系统高压油p；由于相互连通的阻尼孔轴线相互垂直，当液压油流过阻尼孔时，由于流向的急剧变化，将产生液锤效应；由于阻尼孔的作用，使得缓冲腔里的液压油流向系统高压油p时存在压降；此时，在液锤效应及浮动阀芯两端面压差的作用下，将浮动阀关闭，切断油路，对活塞起到良好的缓冲作用。状态二，如果浮动阀芯两端面的阻尼孔没经过阀体上的环形槽连通，此时，由于缓冲腔压力高于系统高压油p的压力，浮动阀芯仅依靠压差工作，将浮动阀稳定在关闭状态，切断油路，对活塞起到良好的缓冲作用。（2）情况二，缓冲腔压力低于系统高压油p的压力时。状态一，如果浮动阀芯两端面的阻尼孔经过阀体上的环形槽连通，系统高压油p通过浮动阀芯内的阻尼孔流向缓冲腔；由于相互连通的阻尼孔轴线相互垂直，当液压油流过阻尼孔时，由于流向的急剧变化，将产生液锤效应；由于阻尼孔的作用，使得系统高压油p流向缓冲腔时存在压降；此时，在液锤效应及浮动阀芯两端面压差的作用下，将浮动阀完全打开或稳定在打开状态，连通油路，将活塞从缓冲腔中推出，使得液压破碎锤连续不断的工作。状态二，如果浮动阀芯两端面的阻尼孔没经过阀体上的环形槽连通，此时，由于缓冲腔压力低于系统高压油p的压力，浮动阀芯仅依靠压差工作，将浮动阀打开，连通油路，将活塞从缓冲腔中推出，使得液压破碎锤连续不断的工作。
17.有益效果：当活塞进入缓冲腔后，浮动阀芯依靠阻尼孔产生的液锤效应及压差，实现浮动阀的开启和关闭，解决液压破碎锤工作过程中必须压紧钎杆的问题，实现液压破碎锤的空打功能；相较于现有技术的空打阀，浮动阀的浮动阀芯依靠阻尼孔产生的液锤效应及压差工作，无需接回油，且阻尼孔结构尺寸小，因此浮动阀结构小、简单；浮动阀芯质量小，响应速度快，特别适合高频液压破碎锤；相较于现有技术的特斯拉阀，避免了特斯拉阀需要足够的安装平面问题。
18.作为本发明的进一步改进，活塞和钎杆座接触面所在的平面垂直于活塞的轴线。
19.有益效果：避免活塞接触到钎杆座产生径向力损坏活塞和缸体配合面的现象。
附图说明
20.图1 现有液压破碎锤原理图。
21.图2 现有液压破碎锤原理图。
22.图3 活塞进入缓冲腔示意图。
23.图4 本发明液压破碎锤结构原理图。
24.图5 本发明液压破碎锤结构原理图。
25.图6 浮动阀剖视图。
26.图7 活塞和钎杆座接触面结构图。
27.附图标记：1氮气室
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2活塞环
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3活塞
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4缸体
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5钎杆座
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6内套
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7外套
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8钎杆
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9换向阀
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10蓄能器
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11主密封
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12前腔
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13后腔
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14缓冲腔
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15浮动阀
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16堵头
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17浮动阀芯
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18阀体
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19螺纹
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20环形槽
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21阻尼孔。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明（图4、图5、图6、图7）。
29.一种基于液锤效应及阻尼孔实现空打功能的液压破碎锤，包括：氮气室1、活塞环2、活塞3、缸体4、钎杆座5、内套6、外套7、钎杆8、换向阀9及浮动阀15。换向阀9控制活塞3在缸体4内往复运动打击钎杆8；钎杆座5中设有破碎岩石的钎杆8、起导向作用的内套6、外套7，同时内套6、外套7具有保护钎杆座5不被磨损的作用。在缓冲腔14和系统高压油p之间设置浮动阀15，浮动阀15包括堵头16、浮动阀芯17及阀体18；堵头16和阀体18通过螺纹连接；阀体18上设置外螺纹19用于安装在缸体4上；浮动阀芯17两端面面积相等，靠近堵头16的一端和缓冲腔14连通，另一端和系统高压油p连通；浮动阀芯17内部设置阻尼孔21，液压油流经阻尼孔21时，会经过轴线相互垂直连通的阻尼孔21结构。当活塞3最大径进入缓冲腔14前，浮动阀芯17两端面受到的液压力相等，处于平衡状态，即浮动状态（忽略重力的影响）。当活塞3最大径进入缓冲腔14后，存在以下两种情况：（1）缓冲腔14压力高于系统高压油p的压力时。状态一，如果浮动阀芯17两端面的阻尼孔21经过阀体18上的环形槽20连通，缓冲腔14里的液压油将通过浮动阀芯17内的阻尼孔21流向系统高压油p；由于相互连通（贯通）的阻尼孔21轴线相互垂直，当液压油流过阻尼孔21时，由于流向的急剧变化，将产生液锤效应；由于阻尼孔21的作用，使得缓冲腔14里的液压油流向系统高压油p时存在压降；此时，在液锤效应及浮动阀芯17两端面压差的作用下，将浮动阀15关闭，切断油路，对活塞3起到良好的缓冲作用。状态二，如果浮动阀芯17两端面的阻尼孔21没经过阀体18上的环形槽20连通，此时，由于缓冲腔14压力高于系统高压油p的压力，浮动阀芯17仅依靠压差工作，将浮动阀15稳定在关闭状态，切断油路，对活塞3起到良好的缓冲作用。（2）情况二，缓冲腔14压力低于系统高压油p的压力时。状态一，如果浮动阀芯17两端面的阻尼孔21经过阀体18上的环形槽20连通，系统高压油p通过浮动阀芯17内的阻尼孔21流向缓冲腔14；由于相互连通（贯通）的阻尼孔21轴线相互垂直，当液压油流过阻尼孔21时，由于流向的急剧变化，将产生液锤效应；由于阻尼孔21的作用，使得系统高压油p流向缓冲腔14时存在压降；此时，在液锤效应及浮动阀芯17两端面压差的作用下，将浮动阀15完全打开或稳定在打开状态，连通油路，将活塞3从缓冲腔14中推出，使得液压破碎锤连续不断的工作。状态二，如果浮动阀芯17两端面的阻尼孔21没经过阀体18上的环形槽20连通，此时，由于缓冲腔14压力低于系统高压油p的压力，浮动阀芯17仅依靠压差工作，将浮动阀15打开，连通油路，将活塞3从缓冲腔14中推出，使得液压破碎锤连续不断的工作。
30.优选的（图7），活塞3和钎杆座5接触面所在的平面垂直于活塞3的轴线。
31.本发明并不局限于上述实施方式，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有经过创造性劳动而获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。