CN105008094B - 具有可变容积蓄能器的锤子组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锤子组件(10)，该锤子组件(10)包括锤子外壳(12)和可移动地支撑在锤子外壳中的作业工具(16)。气体腔室(38)限定在锤子外壳(12)中并且包含可压缩气体。蓄能器组件(40)包括内部空间(44)。屏障(46)将该内部空间分成包含可压缩气体的第一内部部分(48)和被配置成接收加压流体的第二内部部分(50)。屏障(46)被配置成能够响应于第二内部部分(50)中加压流体的量的变化而移动，并且使得屏障的移动改变第一内部部分(48)的容积。第一内部部分(48)与气体腔室(38)连通。控制阀组件(54)被配置成选择性地使蓄能器组件(40)的第二内部部分(50)与加压流体源连通。

Description

具有可变容积蓄能器的锤子组件

技术领域

本专利发明总体涉及蓄能器，并且更具体而言涉及具有可变容积的蓄能器，以及具有可变容积蓄能器的锤子组件。

背景技术

液压锤用在工地中以在可移走大的坚硬物体之前打碎此类物体。液压锤可以安装到反铲挖土机或挖掘机或其他机器。通常，锤子组件由液压压力源或气动压力源或二者的组合来提供动力。在这些锤子组件由液压压力和气动压力的组合提供动力的情况下，通过将液压流体压力施加到活塞的第一肩部，活塞针对可压缩气体的容积而缩回。随着活塞缩回，气体容积减小，从而增加其压力。一旦活塞达到预定位置，向活塞的第二肩部施加在向下方向上驱动活塞进行工作行程或动力行程的高压液压流体。活塞的向下移动允许压缩气体膨胀，从而释放进一步推进活塞的向下移动的能量。在动力行程期间，向下移动的活塞撞击作业工具，该作业工具进而在向下方向上被驱动。作业工具撞击物体以至破碎。

液压锤可用于打碎很多种材料，诸如岩石、混凝土、沥青或其他坚硬物体。这些材料的物理特性可以变化。例如，一些材料可以比其他材料更硬。较硬的材料通常需要更高的撞击能量来破裂。处理此问题的一个途径可以是在此类材料上使用锤子更长一段时间。当遇到较坚硬的材料时，另一种途径可以是换成更大、更有动力的锤子。然而，这两种方法均是低效且耗时的。此外，虽然一些液压锤具有可用于缩短活塞行程长度的外部的手动调节，但此类调节不允许撞击能量的任何增加。相反，缩短活塞行程的长度增加了锤击的频率，这减小了由每个活塞行程产生的撞击能量。另外，增加可压缩气体腔室的增压压力以便增加由锤子产生的撞击能量可不期望地缩短与气体腔室相关联的密封件的寿命，因为较高的气体压力通常在密封件上更大。

发明内容

在一方面，本发明描述了一种锤子组件，该锤子组件包括锤子外壳和可移动地支撑在锤子外壳中的作业工具。气体腔室限定在锤子外壳中并且包含可压缩气体。蓄能器组件包括内部空间。屏障将该内部空间分成包含可压缩气体的第一内部部分以及被配置成接收加压流体的第二内部部分。屏障被配置成能够响应于第二内部部分中的加压流体的量的变化而移动，并且使得屏障的移动改变第一内部部分的容积。第一内部部分与气体腔室连通。控制阀组件被配置用于选择性地使蓄能器组件的第二内部部分与加压流体源连通。活塞可移动地设置在外壳中。活塞具有被配置用于与加压流体接合的第一流体接合表面，用于在第一方向上移动活塞远离作业工具，并且由此压缩气体腔室以及蓄能器组件的第一内部部分中的可压缩气体，并且在活塞上产生在第二方向上朝向作业工具作用的偏置力。活塞具有被配置用于与加压流体接合的第二流体接合表面，用于在第二方向上随着偏置力移动活塞。

在另一个方面，本发明描述了一种锤子组件，该锤子组件包括锤子外壳和可移动地支撑在锤子外壳中的作业工具。气体腔室限定在锤子外壳中并且包含可压缩气体。蓄能器组件包括内部空间。屏障将该内部空间分成包含可压缩气体的第一内部部分以及被配置成接收加压流体的第二内部部分。屏障被配置成能够响应于第二内部部分中的加压流体的量的变化而移动，并且使得屏障的移动改变第一内部部分的容积。第一内部部分与气体腔室连通。活塞可移动地设置在外壳中。活塞可在第一方向上移动远离作业工具，从而压缩气体腔室以及蓄能器组件的第一内部部分中的可压缩气体，并在活塞上产生在第二方向上朝向作业工具作用的偏置力。活塞可响应于偏置力至少部分地在第二方向上移动。

在另一个方面，本发明描述一种蓄能器组件，该蓄能器组件包括限定内部空间的外壳。屏障被支撑在外壳上并且将内部空间分成包含可压缩气体的第一部分内部部分和被配置成与加压流体连通的第二内部部分。屏障被配置成能够响应于内部空间的第二内部部分中加压流体的量的变化而移动，使得屏障的移动改变第一内部部分的容积。第一内部部分与流体系统连通，使得流体系统中压力的增加压缩第一内部部分中的可压缩气体，从而增加其压力。

附图说明

图1是根据本发明的锤子组件的示意侧面剖视图。

图2是图1锤子组件的放大示意侧面剖视图，其示出具有可移动屏障的蓄能器组件经定位以便限定与图3所示的位置相比相对更大的接收加压气体的容积。

图3是图1锤子组件的放大示意侧面剖视图，其示出具有可移动屏障的蓄能器组件经定位以便限定与图2所示的位置相比相对更小的接收加压气体的容积。

具体实施方式

本发明涉及一种蓄能器组件，该蓄能器组件具有可改变的容积，以便调整与蓄能器组件连通的压缩气体系统的有效容积。具体参照附图中的图1，提供了示例性锤子组件10的剖视图。锤子组件10可以已知的方式附接到任何合适的机器，诸如挖掘机、反铲装载机、滑移转向装载机或类似机器。虽然结合锤子组件说明和描述了蓄能器组件，但蓄能器组件也适用于其他类型的机器。例如，蓄能器组件可以用于任何涉及受到压力的流体系统的应用中。

如图1所示，锤子组件10可包括外壳12，活塞14可滑动地支撑在该外壳12内。另外，作业工具16可支撑在外壳12的下端中，其中作业工具16的一部分从外壳12的下端向外延伸。作业工具16可具有将用于锤击应用中的任何构型诸如例如凿子。作业工具16也可被配置成可移除的，以便允许具有不同构型的多种工具附接到锤子组件10。

活塞14可被支撑，以便在大体图1中箭头17和箭头18的方向上能够相对于外壳12以往复的方式移动。更具体而言，在撞击行程或工作行程期间，活塞14在箭头17的总体方向上移动，并且在工作行程将近结束时与作业工具16接触，诸如图1所示。相反地，在返回行程期间，活塞14在箭头18的总体方向上缩回而脱离与作业工具16的接触(图1所示的位置)。活塞14在作业工具16上的往复撞击进而驱动作业工具16的对应的往复移动。当活塞14撞击作业工具16时，活塞14的力在箭头17的总体方向上传递到作业工具16。该力可施加到坚硬物体，诸如岩石、混凝土或沥青，以便打碎所述物体。

活塞14的往复移动可至少部分地由加压流体，诸如加压的液压流体驱动。为此，锤子组件10可包括联接到高压源，诸如液压泵22或与高压源，诸如液压泵22连通的高压入口20和联接到低压源，诸如贮存器或箱26或与低压源，诸如贮存器或箱26连通的出口24(入口20和出口24两者均在图1中示意性地示出)。通过将锤子组件10连接到与该锤子组件附接的运输机器的液压系统可提供泵22和箱26。

为了在第一或向上方向上(即，在箭头18的方向上)移动活塞14远离作业工具，活塞14可包括可遭受限定在外壳12中的第一流体腔室30中的流体压力的第一或向上流体接合表面28。向上接合表面28可以是提供在活塞14的表面中的环形肩部的形式，并且可被配置或定向用于在箭头18的方向上移动活塞14远离作业工具16。为了在第二或向下方向上(即，在箭头17的方向上)朝向作业工具16移动活塞14，活塞14还可包括可遭受第二流体腔室34中的流体压力的第二或向下流体接合表面32。在这种情况下，向下流体接合表面32布置在活塞14上的向上流体接合表面28的上方，并且也是在活塞14的表面中的环形肩部的形式。向下流体接合表面32可被配置成具有比向上流体接合表面28更大的有效表面积，使得当第一流体腔室30和第二流体腔室34两者均与高压入口20连通时，在箭头17的总体方向上向下驱动活塞14。当只有第一流体腔室30与高压入口20连通时，高压流体仅作用于向上接合表面28，并且向上驱动活塞14。

可提供选择性地将第二流体腔室34与高压入口20或低压出口24连接的控制阀组件36。控制阀组件36可被配置成使得活塞14的移动使控制阀组件36在将第二流体腔室34与高压入口20连接和将第二流体腔室34与低压出口24连接之间切换。具体地，控制阀组件36可被配置成使得当活塞14在其向上返回行程中达到预定点时，控制阀组件36诸如响应于先导压力的施加而移动，以将第二流体腔室34与泵22连接。第二流体腔室34中的高压流体与向下流体接合表面32的接合终止了活塞14的向上返回行程，并帮助启动活塞14的向下作业行程。同样地，控制阀组件36可被配置成当活塞14在其向下作业行程中达到预定点时，第二流体腔室34连接至箱26，从而使高压流体腾出第二流体腔室34。这允许活塞14响应于第一流体腔室30中的作用于向上流体接合表面28的流体压力再次开始其向上返回行程。

尽管已经描述了特定的加压流体系统，但是本领域的技术人员将会知道，本发明不限于任何特定的加压流体系统，并且可使用能够驱动活塞向上和向下往复移动的任何合适的布置。

为了在活塞14上产生另外的向下力用于工作行程，气体腔室38可设置在外壳12的上部中，并且活塞14的上部延伸到气体腔室38中。气体腔室38可充满可压缩的捕获的加压气体，诸如氮气。气体腔室38和活塞14可被配置和布置成使得当活塞14在其返回行程期间缩回到气体腔室38中时，活塞14减小气体腔室38的有效容积，从而压缩气体。这增加了气体腔室38中的气体压力，并且在活塞14的上端表面上产生向下的偏置力。活塞上的向下偏置力增加，则活塞14进一步缩回到气体腔室38中。当第二流体腔室34连接到发起活塞14的向下工作行程的泵22时，来自气体腔室38中的压缩气体的偏置力与来自高压流体的作用在向下接合表面32上的向下力结合，以向下驱动活塞14并且将其驱动成与作业工具16接合。

为了选择性地和可变地增加或减小由气体腔室38产生的在活塞14上的向下偏置力，可提供可变容积蓄能器组件40。蓄能器组件40可包括限定内部空间44的外壳42，内部空间44可由屏障46分成包含可压缩气体的第一内部部分48和第二内部部分50，第二内部部分50可接收加压流体诸如来自运输机器的液压系统的液压流体或换句话说可以是不可压缩的。蓄能器组件40可被布置和配置成使得蓄能器组件40的第一内部部分48与气体腔室38的内部连通。更具体而言，在例示的实施例中，蓄能器组件40可布置在锤子组件10的外壳12的侧面上，并且其中蓄能器组件40的第一内部部分48经由流体通道52与气体腔室38的内部连通。因此，蓄能器组件40的第一内部部分48与气体腔室38有效地共用可压缩气体的容积。尽管在例示的实施例中未呈现，但是中间气体或流体可渗透屏障可提供在气体腔室38的内部和蓄能器组件40的第一内部部分48之间。另外，尽管例示的实施例具有远离气体腔室38安装的蓄能器组件40，但是蓄能器组件40可直接安装到气体腔室38或与该气体腔室38形成一体，使得蓄能器组件40和气体腔室38共用相同的外壳。

为了允许蓄能器组件40的第一内部部分48的容积选择性地变化，划分内部空间44的屏障46可以是可移动的。例如，屏障46可被配置成响应于改变蓄能器组件40的第二内部部分50中加压流体的量而移动。随着更多的加压流体添加到第二内部部分50，屏障46将移动以容纳附加的流体，从而缩小第一内部部分48的容积。同样地，从第二内部部分50移除加压流体将会导致屏障46向后移动，从而扩大第一内部部分48的容积。就此而言，屏障46可由可弹性变形材料，诸如橡胶薄膜等制成。在图2中，屏障46被布置成使得第一内部部分48最大化并且第二内部部分50最小化或不存在。在该位置中，第一内部部分48占据蓄能器组件40全部或几乎全部的内部空间44。在图3中，屏障46被布置成使得第二内部部分50最大化并且第一内部部分48最小化或不存在。在该位置中，第二内部部分50占据蓄能器组件40全部或几乎全部的内部空间44，使得蓄能器组件为接收来自气体腔室38的加压气体提供非常少的空间或不提供空间。

应当理解，屏障46可移动，并且第二内部部分50可以以除了将加压流体引入第二内部部分50之外的方式被制成为不可压缩的。例如，屏障46可以是由致动器可移动的刚性屏障，该致动器被配置成能够保持刚性屏障稳定以抵抗在第一内部部分48中遇到的增加压力所产生的力。

因为蓄能器组件40的第一内部部分48与气体腔室38的内部连通，所以移动屏障46以减小第一内部部分48的容积(诸如图3所示)也减小了可用于包含在气体腔室38中的气体的有效容积。减小蓄能器组件40的第一内部部分48的容积增加了气体腔室38中的气体压力。在活塞14的向上返回行程期间随着活塞14缩回到气体腔室38中，增加气体腔室38中的气体压力进而增加了在活塞14上由压缩气体产生的偏置力。结果是在工作行程期间在活塞14上的向下力增加以及在作业工具16上的撞击力增加。类似地，移动屏障46以增加第一内部部分48的尺寸(诸如图2所示)为气体腔室38中的气体提供了气体可在其中膨胀的附加容积，从而导致较低的气体压力以及进而导致活塞14上较小的向下偏置力。使用图2和图3中示出的屏障46的位置的示例，相比于图2中示出的屏障46的位置，图3中示出的位置会在活塞14上产生相对更大的向下偏置力。因此，通过移动蓄能器组件40中的屏障46，可以选择性地改变作业工具16上的撞击力。

如图2和图3所示，为了控制加压流体流入或流出蓄能器组件40的第二内部部分50，可提供控制阀组件54，该控制阀组件54被配置成选择性地使第二内部部分50与加压流体源，诸如液压泵22以及与低压流体源诸如箱26连通。高压源和低压源可通过使用携带锤子组件10的机器上的液压系统来提供，并且可与为活塞14的移动提供动力的高压源和低压源相同。控制阀组件54可包括具有第一位置58和第二位置60的双位置控制阀56，在第一位置58中，蓄能器组件40的第二内部部分50与泵22连通且与箱26隔离，以便将第二内部部分50填充有加压流体，并且在第二位置60中，第二内部部分50与箱26连通且与泵22隔离，以便从第二内部部分50移除加压流体。控制阀56可被配置成以任何合适的方式包括例如液压响应于先导压力或电响应于来自控制器的信号在第一位置58和第二位置60之间移动。

任选地，控制阀组件54可被配置成以便调节蓄能器组件40的第二内部部分50填充加压流体的速率。例如，限流器62，诸如排水孔可布置在控制阀56的下游与泵22连通的管线中。限流器62可允许第二内部部分50例如在特定工作循环过程中缓慢地填充加压流体。由于随着工作循环持续而由第一内部部分48的逐渐缩小导致的气体腔室38中压力的缓慢累积的结果，这会使由锤子组件10产生的撞击力能够在工作循环过程中缓慢地累积。该布置具有的优点是：增大的撞击力只有在需要时诸如在使较坚硬的物体破裂时发生。例如，如果物体瞬时破裂，则撞击力不会显著地增大，这是因为不存在足够的时间使蓄能器组件的第二内部部分50填充较多的液压流体。在较坚硬的物体的情况下，撞击能量会随着第二内部部分50填充有加压流体而缓慢地累积，直到物体破碎为止。

根据泵22的流量和压力等级，由锤子组件10产生的撞击频率会随着由于向蓄能器组件40的第二内部部分50提供更多加压流体所致的撞击力增大而减小。然而，该系统可被配置成使得这并非是由于在高压下以相对较高流动能力提供加压流体源包括的情形。根据一些实施例，蓄能器组件40的第二内部部分50中的流体压力可在从大约50巴至大约100巴的范围内，并且加压流体流到第二内部部分50中的速率可在从50升每分钟至200升每分钟的范围内。另外，在操作期间，蓄能器40的第一内部部分48中并且在气体腔室38中的气体压力可在从大约5巴至大约30巴的范围内。

考虑到泵22的流量和压力限制，控制阀组件54也可被配置成尽可能快地填充蓄能器40的第二内部部分50。这将允许操作者根据需要(例如，由于特定的工作条件)几乎立即增加由锤子组件10产生的撞击能量。例如，锤子组件可具有允许活塞14的行程长度缩短以提供更大撞击频率的调节。然而，缩短活塞14的行程减小了撞击力，因为活塞缩回较短的距离进入气体腔室38中，从而在活塞14上产生更少的气体压缩和更少的向下压力。气体腔室产生的这种力的损失可通过使用蓄能器组件40来补偿。具体地，蓄能器组件40的第二内部部分50可填充有足够的加压流体，以通过缩小第一内部部分48中的可用容积补偿由于活塞14的返回行程缩短导致的压缩的损失。如前所述，这将减小气体腔室38中的气体可用的有效容积，并且由此增加其压力和在缩回活塞14上的向下力。以这种方式，尽管使用较短的行程长度，但可以在活塞14上产生相同的向下力。

工业实用性

本文所述的可变容积蓄能器组件40可在包括用于为锤子提供至少一些撞击能量的气体腔室的任何尺寸或构型的液压锤中实施。例如，所述的可变容积蓄能器40可以这样的方式在液压锤上实施，即该可变容积蓄能器允许由锤子产生的撞击能量选择性地和可变地增加。这可允许锤子以更多样的方式被更多地使用。例如，当遇到更加难以破裂的较坚硬材料时，可变容积蓄能器可用于选择性地增加撞击能量。增加撞击能量可允许锤子比使用较少撞击能量的情况更快地打碎此类材料。

另外，可以使用可变容积蓄能器40选择性地增加撞击能量，以补偿缩短的锤子行程。因此，即使当撞击频率增加时，可变容积蓄能器40仍可允许锤子产生基本相同的撞击力。这与只有通过减小撞击力来增加撞击频率的常规锤子组件相反。

当使较软材料破碎时，可变容积蓄能器40可以用于选择性地减少由锤子产生的撞击能量。只有在需要时增加由锤子产生的撞击能量可以帮助延长与气体腔室38相关联的密封件的寿命，尤其是与通过永久性地增大气体腔室的增压压力产生更高的撞击能量的锤子相比。

虽然结合示例性锤子组件10描述了可变容积蓄能器组件40，但可变容积蓄能器组件40也可以在其它情况下实施。具体地，本发明的可变容积蓄能器组件可以用在涉及加压流体系统的任何应用中，可以吸收加压流体的可变容积的蓄能器与该加压流体系统一起使用将是可取的。

应当理解，前述描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，可设想的是，本发明的其他具体实施在细节上可与前述示例不同。对本发明或其示例的所有参考旨在参考当时所讨论的具体示例而非旨在一般来说暗示对本发明范围的任何限制。除非另外指明，否则关于某些特征的区别性和贬义性的所有语言都旨在指示那些特征不是优选的，而不是将此类特征完全排除在本发明的范围之外。

除非本文中另外指明，否则本文对值的范围的叙述仅仅旨在用作单独指代落入该范围内的每个单独的值的简略表示方法，并且每个单独的值就如同被单独记载在本文中一样被结合在本说明书中。除非本文中另外指明或上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可按任何合适的顺序执行。

除非本文中另外指明或上下文明显矛盾，否则在描述本发明的上下文中(尤其是在随附权利要求书的上下文中)使用的术语“一”和“一个”和“该”和“至少一个”以及类似指代将被解释成涵盖单数和复数。除非本文中另外指明或上下文明显矛盾，否则在一个或多个项目的列表之前使用的术语“至少一个”(例如“A和B中的至少一个”)将被解释成意味着从所列出的项目中选择一个项目(A或B)或所列出的项目的两个或更多个的组合(A和B)。

因此，本发明包括适用的法律所允许的所附权利要求书中所列举主题的所有修改和等同物。此外，除非本文中另外指明或上下文明显矛盾，否则在其所有可能变型中的上述元件的任何组合都包括在本发明中。

Claims (7)

1.一种具有可变容积蓄能器的锤子组件(10)，其包括：

锤子外壳(12)；

作业工具(16)，所述作业工具(16)能够移动地支撑在所述锤子外壳中；

气体腔室(38)，所述气体腔室限定在所述锤子外壳中并且包含可压缩气体；

蓄能器组件(40)，所述蓄能器组件包括内部空间(44)，屏障(46)将所述内部空间分成包含可压缩气体的第一内部部分(48)和被配置成接收加压流体的第二内部部分(50)，所述屏障(46)被配置成能够响应于所述第二内部部分(50)中的加压流体的量的变化而移动，并且使得所述屏障的移动改变所述第一内部部分的容积，所述第一内部部分(48)与所述气体腔室(38)连通；

控制阀组件(54)，所述控制阀组件(54)被配置成选择性地使所述蓄能器组件的所述第二内部部分(50)与加压流体源连通；以及

活塞(14)，所述活塞(14)能够移动地设置在所述外壳中，所述活塞(14)能够在第一方向上远离所述作业工具(16)移动，由此压缩所述气体腔室(38)和所述蓄能器组件(40)的所述第一内部部分(48)中的所述可压缩气体，从而在所述活塞(14)上产生在第二方向上朝向所述作业工具(16)作用的偏置力，所述活塞(14)能够至少部分地响应于所述偏置力在所述第二方向上移动。

2.根据权利要求1所述的具有可变容积蓄能器的锤子组件，其中所述控制阀组件(54)被配置成选择性地使所述蓄能器组件的所述第二内部部分(50)与低压源(26)连通。

3.根据权利要求2所述的具有可变容积蓄能器的锤子组件，其中所述控制阀组件(54)包括第一位置(58)和第二位置(60)，在所述第一位置(58)中，所述蓄能器组件的所述第二内部部分(50)与所述加压流体源(22)连通并且被阻止与所述低压源(26)连通，在所述第二位置(60)中，所述蓄能器组件的所述第二内部部分(50)被阻止与所述加压流体源(22)连通并且与所述低压源(26)连通。

4.根据权利要求1所述的具有可变容积蓄能器的锤子组件，其中所述控制阀组件(54)包括限流器(62)，所述限流器(62)被布置成限制来自所述加压流体源的加压流体向所述蓄能器组件的所述第二内部部分的流动。

5.根据权利要求1所述的具有可变容积蓄能器的锤子组件，其中所述蓄能器组件(40)包括限定所述内部空间的蓄能器外壳(42)，并且其中所述蓄能器外壳附接到所述锤子外壳。

6.根据权利要求5所述的具有可变容积蓄能器的锤子组件，其中所述蓄能器组件的所述第一内部部分(48)通过所述锤子外壳中的流体通道(52)与所述气体腔室(38)连通。

7.根据权利要求1所述的具有可变容积蓄能器的锤子组件，其中所述屏障(46)包括橡胶薄膜。