CN103883576B - 夯锤液压系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夯锤液压系统及工程机械。该夯锤液压系统包括提升油缸、开关插装阀、第一换向阀、油箱、缓冲插装阀、第二换向阀和第一阻尼；缓冲插装阀的第一油口和第二油口分别接于提升油缸的有杆腔和无杆腔，缓冲插装阀的控制油口通过第二换向阀选择性地接于提升油缸的有杆腔和油箱中的一者；第一阻尼设置于缓冲插装阀的控制油口与第二换向阀之间的油路上，或者设置于第二换向阀与提升油缸的有杆腔之间以及设置于第二换向阀与油箱之间的油路上。实施本发明，能够有效减少落锤工况下的液压冲击，还能够较为精准地把控提升油缸有杆腔的压力变化，实现该压力的无极释放，并且能够在压力释放后使重物快速下落，提高了锤击效率。

Description

夯锤液压系统及工程机械

技术领域

本发明涉及夯锤控制技术领域，特别涉及一种夯锤液压系统及工程机械。

背景技术

夯锤式桩工机械作为一种用于对物料或者地基进行冲击压实的工程机械，广泛应用于工业与民用建筑、仓库、堆场、码头、机场、公路和铁路路基等的施工作业过程中，其基本原理是将重物提升到一定高度，再通过重物的自由落体实现对地面锤击。

现有的夯锤液压系统一般采用马达或油缸来实现重物提升、下落工况，相对而言，采用马达作为执行机构的液压系统存在高压油内泄漏较大、能耗较高、效率较大等缺点，而采用油缸进行重物快速提升及坠落的方式能耗较低、效率较高，因而后者是目前较为重要的一种发展方向。

参见图1，目前，典型的油缸提升式夯锤液压系统主要包括提升油缸1'、控制阀2'、开关插装阀3'、第一换向阀4'和阻尼5'等组成，为了能够实现提升状态及其他状态的控制，还包括梭阀6'。其中，控制阀2'的工作油口A和B分别接于提升油缸1'的有杆腔和无杆腔，用于实现提升油缸1'的进回油；开关插装阀3'的第一油口接于提升油缸1'的有杆腔，第二油口接于提升油缸1'的无杆腔；梭阀6'的第一输入端接于提升油缸1'的有杆腔，第二输入端通过油口C外接于控制油路；开关插装阀3'的控制油口通过第一换向阀4'选择性地接于梭阀6'的输出端和阻尼5'的一端，阻尼5'的另一端通过油口T接于油箱。

在工作过程中，当需提起重物M时，第一换向阀4'的电磁线圈失电，控制阀2'控制的A口出油，B口回油，提升油缸1'的有杆腔流入高压油，同时高压油通过梭阀6'和电磁阀4'将开关插装阀3'的控制腔（与其控制油口连通）压紧，使开关插装阀3'都处于关闭状态，从而能够实现将重物提起；当需重物M坠落锤击时，第一换向阀4'的电磁线圈得电，开关插装阀3'的控制腔通过阻尼5'通向油箱，提升油缸1'有杆腔中的油经开关插装阀3'的第一油口、第二油口迅速流到无杆腔，从而能够实现重物的下落锤击。

然而，上述方案中，难于控制提升油1'有杆腔的压力释放时间，若采用阻尼值较小的阻尼孔，有杆腔的压力下降过快，整个液压系统将产生剧烈的液压冲击，若采用阻尼值较大的阻尼孔，有杆腔的压力下降过慢，锤击效率降下。

因此，如何针对现有的上述不足进行改进，以便更加适应使用需要，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种夯锤液压系统，以有效控制提升油缸有杆腔的压力释放时间，在减小液压冲击的同时提高锤击效率。

具体而言，该夯锤液压系统包括提升油缸、开关插装阀、第一换向阀和油箱，还包括缓冲插装阀、第二换向阀和第一阻尼；所述缓冲插装阀的第一油口和第二油口分别接于所述提升油缸的有杆腔和无杆腔，所述缓冲插装阀的控制油口通过所述第二换向阀选择性地接于所述提升油缸的有杆腔和所述油箱中的一者；所述第一阻尼设置于所述缓冲插装阀的控制油口与所述第二换向阀之间的油路上，或者设置于所述第二换向阀与所述提升油缸的有杆腔之间的油路上以及设置于所述第二换向阀与所述油箱之间的油路上。

进一步地，所述夯锤液压系统还包括第二阻尼，所述第二阻尼设置于所述第一换向阀与所述提升油缸的有杆腔之间的油路上。

进一步地，所述夯锤液压系统还包括梭阀；所述梭阀的第一输入端接于所述提升油缸的有杆腔，第二输入端接于控制油路，输出端连接于所述第一换向阀的进油口和所述第二换向阀的进油口；所述第一阻尼设置于所述缓冲插装阀的控制油口与所述第二换向阀之间的油路上，或者设置于所述第二换向阀与所述梭阀的输出端之间的油路上以及设置于所述第二换向阀与所述油箱之间的油路上；所述第二阻尼设置于所述第一换向阀与所述梭阀的输出端之间的油路上。

进一步地，所述第一换向阀和所述第二换向阀均为两位四通阀，且两位四通阀的其中一个工作油口截止。

进一步地，所述第一换向阀和所述第二换向阀均为电磁阀或者液控阀。

进一步地，所述缓冲插装阀的数目为一个、两个或者两个以上。

进一步地，所述开关插装阀的数目为多个。

进一步地，各阀及各阻尼集成于同一阀组中。

进一步地，所述缓冲插装阀和所述开关插装阀中，与其控制油口连通的控制腔中未设置复位弹簧。

本发明的另一目的在于提供一种工程机械，以减少该工程机械在夯击过程中出现故障的概率以及提高该工程机械的作业效率。

具体而言，该工程机械设置有上述任一项所述的夯锤液压系统。

采用本发明的夯锤液压系统时，在工作过程中，在提锤工况下，可控制第一换向阀和第二换向阀的状态，使开关插装阀和缓冲插装阀的控制油口均连通于提升油缸的有杆腔，再调整控制阀的状态，使提升油缸的有杆腔流入高压油，无杆腔回油，有杆腔的高压油通过经第一换向阀后压紧开关插装阀，并经第二换向阀压紧缓冲插装阀，使缓冲插装阀和开关插装阀都处于关闭状态，这样随着有杆腔的高压油越来越多，提升油缸提起重物上升；在落锤工况下，先控制第二换向阀切换至另一状态，在第一阻尼的作用下，缓冲插装阀逐渐开启，重物下落的同时拉着提升油缸的活塞杆伸出，由于缓冲插装阀的流通面积逐渐增大，在预定时间（即压力释放时间，与缓冲插装阀的阀芯结构和第一阻尼的大小相对应）内，提升油缸有杆腔的压力将逐渐得到释放，随后，在达到释放时间的同时，控制第一换向阀切换至另一状态，这样缓冲插装阀和开关插装阀的控制油口均通向油箱，使缓冲插装阀和开关插装阀完全打开，从而使重物快速下落，实现对地面的锤击。从上述可知，本发明的夯锤液压系统能够有效减少落锤工况下产生的液压冲击，还能够较为精准地把控提升油缸有杆腔的压力变化，实现该压力的无极释放，并且能够在压力释放后使重物快速下落，提高了锤击效率。

本发明的工程机械设置有上述夯锤液压系统，因而，具有更低的故障率以及更高的作业效率。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有的一种典型的油缸提升式夯锤液压系统的原理示意图；

图2为本发明实施一提供的一种夯锤液压系统的原理示意图；

图3为本发明实施二提供的一种夯锤液压系统的原理示意图；

图4为本发明实施三提供的一种夯锤液压系统的原理示意图；

图5为本发明实施四提供的一种夯锤液压系统的原理示意图。

图中主要元件符号说明：

1提升油缸

2控制阀

3开关插装阀

4缓冲插装阀

5第一阻尼

6第二换向阀

7梭阀

8第二阻尼

9第一换向阀

10阀组

具体实施方式

应当指出，本部分中对具体结构的描述及描述顺序仅是对具体实施例的说明，不应视为对本发明的保护范围有任何限制作用。此外，在不冲突的情形下，本部分中的实施例以及实施例中的特征可以相互组合。

请同时参考图2至图5，下面将结合附图对本发明实施例作详细说明。

结合图2所示，该实施例一的夯锤液压系统包括提升油缸1、控制阀2、开关插装阀3、缓冲插装阀4、第一阻尼5、第二换向阀6、梭阀7、第二阻尼8、第一换向阀9和油箱。

其中，控制阀2的工作油口A和B分别接于提升油缸1的有杆腔和无杆腔，用于实现提升油缸的进回油，即当控制阀2处于第一状态时，其工作油口A出油，工作油口B回油，当控制阀2处于第二状态时，其工作油口A回油，工作油口B出油。

开关插装阀3的第一油口接于提升油缸1的有杆腔，第二油口接于提升油缸1的无杆腔；第一换向阀9和第二换向阀6均为两位四通阀，且为电磁阀，此外，两位四通阀其中一个工作油口正常使用，另一个工作油口截止（封闭）；开关插装阀3的控制油口（与其控制腔连通）接于第一换向阀9的工作油口，缓冲插装阀4的控制油口（与其控制腔连通）接于第二换向阀6的工作油口。

梭阀7的第一输入端接于提升油缸1的有杆腔，第二输入端外接于控制油路（图未示出所有部分），输出端连接于第一换向阀9的进油口和第二换向阀6的进油口；第一换向阀9的回油口和第二换向阀6的回油口均接于油箱；第一阻尼5设置于缓冲插装阀4的控制油口与第二换向阀6之间的油路上；第二阻尼8设置于第一换向阀9与梭阀7之间的油路上。

下面结合具体场景以及图2说明一下上述实施例的夯锤液压系统的工作原理：

以图2所示为例，第一换向阀9的电磁线圈DT2和第二换向阀6的电磁线圈DT1在得电时，工作于右位，此时其工作油口与进油口相通，在失电时，工作于左位，此时其工作油口通向油箱；

在工作过程中，梭阀7外接的控制油路中未输入高压油，需要提起重物M时，可先控制第一换向阀9的电磁线圈DT2和第二换向阀6的电磁线圈DT1均处于得电状态，使开关插装阀3和缓冲插装阀4的控制油口均连通于提升油缸1的有杆腔，再调整控制阀2的状态（处于前述的第一状态），使提升油缸1的有杆腔流入高压油，无杆腔回油，有杆腔的高压油通过经梭阀7、第二阻尼8、第一换向阀9到达开关插装阀3的控制腔，并经梭阀7、第二换向阀6、第一阻尼5达到缓冲插装阀4的控制腔，使缓冲插装阀4和开关插装阀3都处于关闭状态，即缓冲插装阀4和开关插装阀3的第一油口与第二油口之间处于断开状态，这样随着提升油缸1有杆腔的高压油越来越多，提升油缸1的活塞杆在缩回的同时提起重物M上升；

在需要中午M坠落锤击时，先控制第二换向阀6失电以切换至另一状态（左位），缓冲插装阀4的控制油口通过第一阻尼5通向油箱，在第一阻尼5的作用下，缓冲插装阀4逐渐开启，即缓冲插装阀4的第一油口与第二油口之间的流通面积逐渐增大，提升油缸1有杆腔将通过缓冲插装阀4连通于无杆腔，重物M下落的同时拉着提升油缸1的活塞杆伸出，由于缓冲插装阀4的流通面积逐渐增大，在预定时间（即压力释放时间，与缓冲插装阀4和第一阻尼5的结构尺寸相对应）内，提升油缸1有杆腔的压力将逐渐得到释放，随后，在达到释放时间的同时，控制第一换向阀9失电以切换至另一状态（左位），这样缓冲插装阀4和开关插装阀3的控制油口均通向油箱，使缓冲插装阀4和开关插装阀3完全打开，提升油缸1有杆腔的液压油全速通过缓冲插装阀4和开关插装阀3流向无杆腔，从而使重物M快速下落，实现对地面的锤击。

由前述工作原理分析可知，由于重物M在全速下落前，提升油缸1内的压力已得到释放，因而，能够有效减少落锤工况下产生的液压冲击。在具体实施时，可事先在试验过程中确定提升油缸1的压力释放时间t，然后根据释放时间t确定第一阻尼5和缓冲插装阀4的开口面积曲线，以选用合适的第一阻尼5和缓冲插装阀4，因而，这样能够较为精准地把控提升油缸1有杆腔的压力变化，实现该压力的无极释放，将落锤产生的冲击降到尽量小。另外，在提升油缸1有杆腔的压力无极释放后，能够使重物M全速下落，有效提高了锤击效率和锤击能量。另外，第二阻尼8第一换向阀9进油油路一侧，有助于调节开关插装阀的关闭速度，以改善重物M停止时产生的液压冲击及车身、臂架等产生的振动。另外，第一换向阀9和第二换向阀6均采用电磁阀，便于采用电气控制，其得电先后顺序及间隔时间控制方便，简单可行。

需要说明的是，上述实施例一在具体实施过程中，还可以作如下至少一种优化：一、缓冲插装阀4和开关插装阀3中，与其控制油口连通的控制腔中未设置复位弹簧，以减少背压，进一步降低能耗，当然在其他实施例中，并不作此限制；二、为了便于使用安装，减小管路的布置复杂性，可将开关插装阀3、缓冲插装阀4、第一阻尼5、第二换向阀6、梭阀7、第二阻尼8和第一换向阀9集成至同一阀组10内，并在阀组10上形成A1、B1、C和T口，其中A1、B1分别用于外接提升油缸1的有杆腔和无杆腔，C口用于供梭阀7外接控制油路，T口用于供第一换向阀9和第二换向阀6外接油箱。

需要说明的是，上述实施例一中，第一换向阀9和第二换向阀6均采用电磁阀，但在其他实施例中，第一换向阀9和第二换向阀6也可以采用其他形式，例如，图3所示的实施例二中，第一换向阀9和第二换向阀6采用液控阀，这种方案也能实现前述相应的技术效果，实施例二的其他元件的关系及作用可参见实施例一的描述，实施例二的其他扩展也可参见实施例一的描述，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例一中，第一阻尼5设置于第二换向阀6与缓冲插装阀4之间的油路上，但在其他实施例中，并不受限于此，例如，图4所示的实施例三中，第一阻尼5设置于第一换向阀6的进油口与梭阀7的输出端之间以及设置于第一换向阀6的回油口与油箱之间，这种方案也能实现前述相应的技术效果，实施例三的其他元件的关系及作用可参见实施例一的描述，实施例三的其他扩展也可参见实施例一的描述，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例一中，缓冲插装阀4的数目为一个，开关插装阀3的数目为五个，但在其他实施例中，并不受限于此，例如，图5所示的实施例四中，缓冲插装阀4的数目为两个，开关插装阀3的数目为四个，这种方案也能实现前述相应的技术效果，实施例四的其他元件的关系及作用可参见实施例一的描述，实施例四的其他扩展也可参见实施例一的描述，在此不再赘述。当然在其他实施例中，缓冲插装阀4的数目也可以为两个以上，开关插装阀3的数目也可以为其他多个。

需要说明的是，上述各种实施例中，均采用梭阀7外接控制油路，可以便于进行额外控制，例如，可以便于操作人员临时停止锤击作业，具体而言，在作业过程中，当外接控制油路的控制油压力大于提升油缸1有杆腔的压力时，该控制油将到达缓冲插装阀4和开关插装阀3的控制腔，使缓冲插装阀4和开关插装阀3关闭。但在其他实施例中，并非必须采用这种方式，可以理解的是，采用其他外控方式或者省略梭阀后，将第一换向阀9的进油口和第二换向阀10的进油口接于提升油缸1的有杆腔，这种方案也能够实现前述的压力无极释放及锤击效果。

需要说明的是，上述各种实施例中，第一换向阀9和第二换向阀6均采用两位两通阀，且其中一个工作油口截止，但在其他实施例中，第一换向阀9和第二换向阀6也可以采用其他形式，只要能够实现缓冲插装阀4的控制油口选择性地接于油箱或者提升油缸1的有杆腔，以及实现开关插装阀3的控制油口选择性地接于油箱或者提升油缸1的有杆腔即可。

需要说明的是，有关控制阀2及其相应的进油油路和回油油路的构建可参见现有技术的相关描述，在此不再赘述。

本发明其他实施例还提供了一种工程机械，如强夯机，该工程机械设置有上述任一种实施例的夯锤液压系统，由于该夯锤液压系统具有上述技术效果，因此，该工程机械具有更低的故障率以及更高的作业效率，其相应部分的具体实施过程与上述相应的实施例类似，其他部分的具体实施过程可参见现有技术的相关描述，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种夯锤液压系统，包括提升油缸(1)、开关插装阀(3)、第一换向阀(9)和油箱，其特征在于：

所述夯锤液压系统还包括缓冲插装阀(4)、第二换向阀(6)和第一阻尼(5)；

所述缓冲插装阀(4)的第一油口接于所述提升油缸(1)的有杆腔，所述缓冲插装阀(4)的第二油口接于所述提升油缸(1)的无杆腔，所述缓冲插装阀(4)的控制油口通过所述第二换向阀(6)选择性地接于所述提升油缸(1)的有杆腔和所述油箱中的一者；

所述开关插装阀(3)的控制油口接于所述第一换向阀(9)的一个工作油口；

所述第一阻尼(5)设置于所述缓冲插装阀(4)的控制油口与所述第二换向阀(6)之间的油路上，或者设置于所述第二换向阀(6)与所述提升油缸(1)的有杆腔之间的油路上以及设置于所述第二换向阀(6)与所述油箱之间的油路上。

2.如权利要求1所述的夯锤液压系统，其特征在于：所述夯锤液压系统还包括第二阻尼(8)，所述第二阻尼(8)设置于所述第一换向阀(9)与所述提升油缸(1)的有杆腔之间的油路上。

3.如权利要求2所述的夯锤液压系统，其特征在于：所述夯锤液压系统还包括梭阀(7)；所述梭阀(7)的第一输入端接于所述提升油缸(1)的有杆腔，第二输入端接于控制油路，输出端连接于所述第一换向阀(9)的进油口和所述第二换向阀(6)的进油口；所述第一阻尼(5)设置于所述缓冲插装阀(4)的控制油口与所述第二换向阀(6)之间的油路上，或者设置于所述第二换向阀(6)与所述梭阀(7)的输出端之间的油路上以及所述第二换向阀(6)与所述油箱之间的油路上；所述第二阻尼(8)设置于所述第一换向阀(9)与所述梭阀(7)的输出端之间的油路上。

4.如权利要求3所述的夯锤液压系统，其特征在于：所述第一换向阀(9)和所述第二换向阀(6)均为两位四通阀，且两位四通阀的其中一个工作油口截止。

5.如权利要求1至4任一项所述的夯锤液压系统，其特征在于：所述第一换向阀(9)和所述第二换向阀(6)均为电磁阀或者液控阀。

6.如权利要求1至4任一项所述的夯锤液压系统，其特征在于：所述缓冲插装阀(4)的数目为一个、两个或者两个以上。

7.如权利要求1至4任一项所述的夯锤液压系统，其特征在于：所述开关插装阀(3)的数目为多个。

8.如权利要求1至4任一项所述的夯锤液压系统，其特征在于：各阀及各阻尼集成于同一阀组(10)中。

9.如权利要求1至4任一项所述的夯锤液压系统，其特征在于：所述缓冲插装阀(4)和所述开关插装阀(3)中，与其控制油口连通的控制腔中未设置复位弹簧。

10.一种工程机械，其特征在于，所述工程机械设置有权利要求1至9任一项所述的夯锤液压系统。