CN1035245C - 使用气体和油压的冲击机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气液式冲击机构，它通过一个阀门转换室和自压空间，由阀门内的滑阀和冲击活塞的有机的相互作用，使冲击活塞往复移动，从而对冲击机构的冲击杆进行冲击。这种冲击机构体积小、重量轻、构造简单、而且能提高冲击能量和效率。

Description

使用气体和油压的冲击机构

本发明涉及一种使用气体和油压的冲击机构，它借助于阀门内的滑阀(spool)的冲击活塞的有机的相互作用，使冲击活塞往复运动，从而对冲击机构的冲击杆进行冲击；这种冲击机构可用于土木建筑的设备上，尤其可用来对混凝土、岩石、沥青、冻土地等连续地施加冲击能量，把它们破碎。

向在活塞上方形成加气体室内充气(例如氮气)，而在活塞下方装有与活塞自由接触的冲击杆(ROD)的现有的冲击机构中，当把高压流体供到活塞下部形成的前室里时，这个活塞就一边压缩被充填到此活塞上端部的气体室里的气体，一边上升到上死点，在活塞到达上死点的同时，把上述高压流体供到在汽缸本体的中间部位形成的阀门转换通路里，由此使阀门换向，使在活塞上端部形成的后室转换成高压侧。作用在此后室里的高压具有把作用在前室里的高压消去的作用，由此使气体室内压缩气体的膨胀力爆发出来，从而使活塞向下，冲击设置在活塞同一轴线上的冲击杆的上端面，由此，通过把高速的冲击能量传递到与冲击杆端部接触着的坚固的地基或岩石等上面，将它们破碎。

在如上所述的以往的冲击机构中，为了使阀门换向，必需使用一些其它构件，例如阀塞和节流器件等。在阀门换向之后，为了得到活塞下降所必需的后室内的高压，高压流体必需通过许多段流体通路。即上述高压流体是先通过阀门圆周上等间隔地形成的贯通口，然后再通过阀盖的贯通口，才流入在活塞上端部形成的后室里的，因此就需要一些与此相关联的其它的构件，甚至装置，结果使整个冲击机构的尺寸和重量都增加。

与此相反，本发明的目的是提供一种不但重量轻、尺寸小、而且可提高能量-效率、结构又简单的气液式冲击机构。

根据本发明提供一种使用气体和油压的冲击机构，它由冲击杆、沿一定的方向和幅度导引冲击杆而且活塞的下端部能在其中滑动的前端头部、装设着活塞和阀门系统的汽缸、以及与汽缸上端部相连接的后端头部构成，它还有下述各组成部分：

为了在活塞和插入这个活塞的活塞室的内圆周面之间形成能容纳流体的环状室而沿长度方向在一定幅度的外圆周面上具有环状台阶部分的活塞；距离上述活塞室一定距离处沿着与活塞轴线同方向形成的阀门室；在阀门室和在活塞的中央形成的环状流体连接室之间为阀门的换向而形成的转换通路和使转换成带压的液体能回归排出液体的回归通路；把流体注入口和在活塞下部形成的前方环状室连通的下部流体通路；把流体注入口与阀门室连通的上部流体通路；以及把阀门室和在活塞上部形成的后方环状室连通的通路，形成上述后方环状室的活塞台阶的尺寸比形成上述前方环状室的活塞台阶大，或者至少相同，在上述阀门室里装入阀门和滑阀以及阀盖；上述阀门具有与阀门室的内径大小相同的外径，在下端部中央部分开设着与上部流体通路的直径相同而且在同一轴线方向上的贯通口，在下端部的内圆周面上形成能与滑阀的下端面相接触的环状台阶面，在中央部分的内圆周面上形成第一环状凹沟和第二环状凹沟，而且在第一环状凹沟里沿圆周方向等间隔地形成与在活塞上部形成的后方环状室连通的通路相连接的贯通口，在第二环状凹沟里沿圆周方向等间隔地形成与回归室连通的通路相连接的贯通口，还在与此相对称的方向上形成与排出口连接的贯通口，在上端部的内周面上形成与滑阀的大直径部分的外圆周面相接触的台阶面，而且在上述台阶面上沿圆周方向等间隔地形成由转换通路连接而与流体连接室连通的贯通口；上述滑阀具有小直径部分和大直径部分，在下端部中央形成具有与上述流体通路的直径大小相同的内径的开口部分，在上端面沿圆周方向等间隔地开设着贯通口，在上端面中央处向外侧方向地插通过阀盖的贯通口的圆筒形突起，在上述小直径部分的外圆周面上和小直径部分与大直径部分碰上的外圆周台阶面上分别形成环状凹沟，能自由滑动地装在阀门内；上述阀盖的下端部的内径与滑阀的大直径部分的外径相同，它的外径与阀门室内径相同，在内部中央处形成滑阀能上下滑动的空间和上述滑阀突起能插通的贯通口，在外圆周面上形成由倾斜通路与低压室连通的环状凹沟。

本发明涉及的是一种使用气体和油压的冲击机构，它是在上述现有冲击装置中，为了得到活塞下降所必需的高压流体，使得从汽缸本体内部的阀门到活塞后室的高压流体通路不是通过各种阶段而是直接连通构成的，此通路的开关动作是靠阀门里的滑阀与活塞的往复运动之间有机的联动来实现的，这样就极大地提高了阀门的效率，同时也使冲击能量增大。

即，本发明的冲击机构不使用在阀门外周部形成的高压流体通过用的贯通口，而是采用对那条把活塞上部形成的后方环状室与阀门上形成的贯通口连接起来的通路的入口进行直接开关的方式，当活塞压缩位于活塞上端部的气体室后到达上死点时，高压流体流入由滑阀的外圆周面和阀门的内圆周面形成的阀门转换室里，高压流体直接推压阀门内的滑阀，打开阀门上形成的贯通口后立即使活塞上部形成的后方环状室转换成高压侧。借助于作用在后方环状室内的这个高压流体，使得在前方环状室内起作用的高压流体相对于气体压缩力的支撑力消失，由气体膨胀力使活塞下降，到达冲击地点时，在推压上述滑阀的高压流体转变成常压的同时，上述的滑阀在阀门里作用的高压流体本身的高压力作用下，自然而然地靠上，将连通活塞上部的后方环状室的贯通口切断，由这个贯通口被切断，活塞上部的后方环状室能转换成常压侧。

在本发明的冲击机构里的活塞，在它的前方和后方分别形成台阶部分，而且由这些台阶部分和活塞室的内圆周面之间的间隔分别形成始终有高压流体作用的前方环状室，以及由于活塞往复移动造成的阀门的换向而使高压流体及常压流体交替地作用的后方环状室。本发明的冲击机构中的活塞还在前方台阶部分和后方台阶部分之间形成一定幅度的环状凹沟，并由这环状凹沟与活塞室的内圆周面之间的间隔形成环状的流体连接室。

在本发明冲击机构的汽缸本体内，距离上述活塞室内圆周面一定距离处，沿着与活塞同轴线的方向形成环状的阀门室；在阀门室内，装入在内圆周面上具有一定的台阶部分和凹沟部分及贯通孔的圆筒形阀门和阀盖，在该阀门内装入外周面上具有一定幅度的环状凹沟和台阶部分，下部开着口，并且上端面中央有突起的，能自由滑动的滑阀。

在本发明冲击机构的汽缸里形成引入高压流体用的注入口和排出转换成低压的流体用的排出口，该高压流体由另外的油压动力装置，例如挖掘机或者本身的泵排出系统提供。分别与通到前方环状室的下部流体通路和通到阀门室的上部流体通路连通，而上述排出口与阀门室连通。在本发明的冲击机构中还形成阀门换向通路，它是用来通过使阀门内的滑阀随着活塞往复移动而联动地进行滑动，使作用在活塞上部形成的后方环状室内的油压按一定的周期交替地变换成高压和常压的。

图1是本发明的冲击机构的外形图，

图2是为了表示本发明冲击机构的内部结构，沿图1的A-A线的剖面图，

图3是装在本发明冲击机构中的阀门里的滑阀剖面图，

图4是本发明冲击机构中的阀门剖面图，

图5是本发明冲击机构中的阀盖剖面图，

图6-1是表示本发明冲击机构的初期阶段(冲击时)的动作状态的剖面图，

图6-2是表示本发明冲击机构的活塞上升阶段(冲击时)的动作状态的剖面图，

图6-3是表示本发明冲击机构到达活塞上死点阶段(阀门转换阶段)的动作状态的剖面图。

下面，参照附图对本发明的实施例进行说明后就能更明确地理解本发明的冲击机构在结构和作用效果方面的特征。

图1是本发明的冲击机构的整体平面图，图上表示了冲击杆(ROD)1、前端头部10、汽缸20和后端头部30，在上述汽缸20上有注入口21和排出口22，注入口用来引入另外的油压动力部件(图中没表示)供给的高压流体，排出口则把转换成低压的流体排出去，在上述的后端头部30上形成气体注入口31。

图2是为了表示本发明冲击机构的内部结构而沿图1的A-A线切开的剖面图，由图2可清楚地看出，本发明的冲击机构本体由上述的前端头部10、汽缸20和后端头部30结合而构成。

上述前端头部10做成能使活塞杆40的下端面33与冲击杆1的上端面5在一定的方向和幅度上相接触，在其内部装入冲击杆导引件20、托环3，并用穿透地设置着活塞下部能滑动的贯通口4。上述汽缸20是装设着具有本发明冲击机构结构中主要特征的活塞杆40和阀门系统的部分，在与冲击杆1同轴线的方向上开设着活塞40能滑动的活塞室，离活塞室一定距离处形成阀门室50。在上述汽缸的上部用螺栓32连接着形成气体室60的后端头部30。

图6-1至图6-3表示了构成本发明冲击机构中主要特征部分的活塞40的结构和阀门系统的结构，以及活塞的往复运动和阀门系统相互间有机的联动关系，在图3至图5中详细地表示了阀门的结构，和通过在上述阀门里滑动使阀门上形成的贯通口76、77开关的滑阀(spool)的结构。下面，详细地说明这些结构。

由图6-1至图6-3可清楚地看到，本发明冲击机构为了在活塞(40)和插入活塞的活塞室内圆周面之间形成能注入流体的环状室，沿活塞的长度方向每隔一定宽度就有直径相互不同的部分。即，上述活塞40由于在它的前方外圆周面上和后方外圆周面上分别具有台阶部分41，42，因而这些台阶部分和活塞室内圆周之间的间隙分别形成前方环状室43和后方环状室44，后方环状室44用密封护圈49与气体室60隔离开。

本发明的活塞40还在上述的前、后方台阶部分之间的外圆周面上形成一定宽度的环状凹沟45，该环状凹沟45和活塞室的内圆周面之间的间隔形成环状的流体连接室46。

在本发明冲击装置的汽缸内，在与上述活塞相隔一定距离处，沿着与活塞轴线平行的方向形成环状的阀门室50。在上述阀门室50内并排地装入断面如图4所示的圆筒形阀门70的断面如图5所示的圆筒形阀盖80，它们的端部互相对接，在阀门70和阀门盖80内装入断面如图3所示的圆筒形滑阀90，能自由滑动。

上述阀门70的外径和阀门室50的内径相同，在阀门70的下端面中央部分开设着与上部的流体通路48的直径相同的贯通口71，在下端部分的内圆周面上形成能与上述滑阀90的环状下端面92相接触的环状台阶面72，在中央部分的内圆周面上形成第一环状凹沟73和第二环状凹沟74，在上端部分的内圆周面上形成能与上述滑阀90的大直径部分的外圆周面相接触的台阶面75。

在上述的阀门70的第一环状凹沟73里还沿圆周方向等间隔地开设着贯通口，其中，一个贯通口76通过通路PA与活塞上部分形成的后方环状室连通。

在上述第二环状凹沟74里，还沿圆周方向等间隔对称地开设着贯通口，但其中，一个贯通口77通过通路(PB)与上述的归还室58连通，而另一个对称方向上的贯通口78则与上述的排出口22连通。

装入上述结构的阀门70内并能自由滑动的滑阀90的形状具有如图3所示的小直径部分94和大直径部分95，在下端部中央形成开口部分91，它具有与上述流体通路48的直径大小相同的内径，在上端面98上沿圆周方向等间隔地开设贯通口93，在上端面的中央处向外侧方向形成插通图5所示的阀盖80的贯通口86的圆筒形突起96，而且在上述滑阀的小直径部分94的外圆周面上和上述小直径部分94与大直径部分95碰上的外圆周台阶面上分别形成环状凹沟97、99。

具有图5所示的断面形状的阀盖80，它的下端部的内径与上述滑阀90的大直径部分95的外径相同，它的外径与阀门室内径相同，在它的内部中央处形成滑阀90能上下滑动的空间(这个空间形成后述的自压空间)81和上述滑阀突起96能插通的贯通口86，在外圆周面上形成由倾斜通路83与低压室84连通的环状凹沟85，上述低压室84由与环状凹沟85相连的通路(PE)连通到上述回归室58。

下面，说明具有上述结构的本发明冲击装置的动作关系。

图6-1是表示本发明冲击机构的初期阶段(冲击时)活塞和阀门系统的动作状态的剖面图，通过注入口21注入的高压流体经过下部流体通路47注入在活塞下部形成的前方环状室43里时，作用在形成这个环状室的活塞下部台阶面41上的高压流体使上述活塞40一边压缩在活塞上端部形成的气体室60内的气体，一边上升。

在这过程中，通过上述上部流体通路48注入的高压流体通过装入阀门70内的滑阀90上端面上沿圆周方向等阐隔地形成的贯通口93而注入到自压空间里，通过使滑阀90向箭头方向靠压，使上述阀门室50与活塞上部的后方环状室44保持在相互连通的状态下。

因此，在上述阶段中作用在活塞40上的力仅仅是上述前方环状室43中高压流体的作用力和从活塞上端部沿相反方向作用的气体膨胀力，由于这时的流体压力比气体膨胀力大，因而活塞就上升。

图6-2表示活塞40稍微上升之后的阶段，而由此更进一步上升到上死点的阶段由图6-3中表示。在上述死点阶段，上述前方环状室43与转换通路(PC)相互连通，由此，作用在前方环状室上的高压流体注入到上述转换通路(PC)里，高压流体通过在阀门(70)上端部台阶面上形成的贯通口79，流入由滑阀的大直径部分95和小直径部分94碰到处的外圆周台阶面与阀门上端部内圆周台阶面75形成的阀门转换室55内，由于高压流体的作用，使滑阀90转换方向，向上部靠压。这里，作用在阀门转换室55上的流体压力与作用在上述自压空间81上的流体压力虽然大小相同，但在压力作用的有效面积方面，由于阀门转换室55的作用面积更大此，因此使阀门转换了动作的方向。由于滑阀90上述那样的靠压动作，使阀门70的第一环状凹沟73上形成的贯通口76打开，同时，由于滑阀的外圆周面和阀门的内圆周面碰上，流体就不流到在阀门中央部形成的第二环状凹沟74上的贯通口77里去了。

如上所述随着阀门的第一环状凹沟73上的贯通口的打开，通过上部流体通路48注入的高压流体，因为经过通路(PA)的距离短，所以直接注入到在活塞上部形成的后方环状室44里，由此使得前方环状室43内高压流体使活塞上升的作用力消失，由于被压缩的气体要恢复它的原始状态而爆发出膨胀力，使活塞在一瞬间内下降。此时，高压流体作用的压力在前方环状室43和后方环状室44是相等的，但从提高冲击能量的效率的观点出发，希望把活塞后方环状室的压力作用面积做得比前方环状室的压力作用面积大，因而在本发明冲击机构中把活塞的后方台阶部分42做成比活塞前方台阶部分41大，或者至少相同。

再用图6-1的状态来表示活塞下死点阶段，但这时在活塞中间部位上，沿圆周形成的环状流体连接室46使上述阀门转换通路(PC)和低压回归通路(PD)。相互连通，因此使阀门转换通路(PC)的高压流体转换成低压流体，与此转换同时，作用在阀门转换室(55)里的高压流体对滑阀的靠压力消失，由此使滑阀90在作用在自压室81上的高压流体的高压作用下，向相反方向靠压，而它的下端部则切断与活塞上部的后方环状室44连通的贯通口76，这样，通过通路(PA、PB)和贯通口76、77与回归通路相连通的后方环状室44内的流体就转换成低压，通过排出口排出。

具有上述结构的本发明冲击机构中要一个阀门转换室和一个自压室就能驱动活塞；减少了不必要的流体通路数量和构件数量，使通过注入口流入的高压流体马上流入活塞前方环状室或后方环状室里，使压力损失最小，由此提高了冲击效率，节省了能量；把阀门系统沿着与活塞并列的方向装在汽缸一侧里边，因而还具有使产品结构简单、重量减轻的优点。

Claims (1)

1.一种使用气体和油压的冲击机构，它由冲击杆、沿一定的方向和幅度导引冲击杆而且活塞的下端部能在其中滑动的前端头部、装设着活塞和阀门系统的汽缸、以及与汽缸上端部相连接的后端头部构成，它还有下述各组成部分：

为了在活塞和插入这个活塞的活塞室的内圆周面之间形成能容纳流体的环状室而沿长度方向在一定幅度的外圆周面上具有环状台阶部分的活塞；距离上述活塞室一定距离处沿着与活塞轴线同方向形成的阀门室；在阀门室和在活塞的中央形成的环状流体连接室之间为阀门的换向而形成的转换通路和使转换成带压的液体能回归排出液体的回归通路；把流体注入口和在活塞下部形成的前方环状室连通的下部流体通路；把流体流入口与阀门室连通的上部流体通路；以及把阀门室和在活塞上部形成的后方环状室连通的通路，形成上述后方环状室的活塞台阶的尺寸比形成上述前方环状室的活塞台阶大，或者至少相同，其特征在于，在上述阀门室里装入阀门和滑阀以及阀盖；上述阀门具有与阀门室的内径大小相同的外径，在下端部中央部分开设着与上部流体通路的直径相同而且在同一轴线方向的贯通口，在下端部的内圆周面上形成能与滑阀的下端面相接触的环状台阶面，在中央部分的内圆周面上形成第一环状凹沟和第二环状凹沟，而且在第一环状凹沟里沿圆周方向等间隔地形成与在活塞上部形成的后方环状室连通的通路相连接的贯通口，在第二环状凹沟里沿圆周方向等间隔地形成与回归室连通的通路相连接的贯通口，还在与此相对称的方向上形成与排出口连接的贯通口，在上端部的内圆周面上形成与滑阀的大直径部分的外圆周面相接触的台阶面，而且在上述台阶面上沿圆周方向等间隔地形成由转换通路连接而与流体连接室连通的贯通口；上述滑阀具有小直径部分和大直径部分，在下端部中央形成具有与上述流体通路的直径大小相同的内径的开口部分，在上端面沿圆周方向等间隔地开设着贯通口，在上端面中央处向外侧方向地插通过阀盖的贯通口的圆筒形突起，在上述小直径部分的外圆周面上和小直径部分与大直径部分碰上的外圆周台阶面上分别形成环状凹沟，能自由滑动地装在阀门内；上述阀盖的下端部的内径与滑阀的大直径部分的外径相同，它的外径与阀门室内径相同，在内部中央处形成滑阀能上下滑动的空间和上述滑阀突起能插通的贯通口，在外圆周面上形成由倾斜通路与低压室连通的环状凹沟。

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