CN105026111B - 具有同轴蓄能器和活塞的液压锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压锤(20)，其具有活塞(80)和设置在该活塞的外部并与该活塞同轴的蓄能器膜(90)。另外，在活塞和蓄能器膜之间设置有套筒(100)，其中该套筒具有形成于其中并将蓄能器膜与活塞流体连接的多个径向通道(190)。

Description

具有同轴蓄能器和活塞的液压锤

技术领域

本发明涉及一种液压锤，并更具体地涉及一种具有同轴蓄能器和活塞的液压锤。

背景技术

液压锤能附连到各种机器，例如挖掘机、反铲挖土机、刀架，或者其他用于铣削石料、混凝土以及其他建筑材料的类似机器。液压锤被安装在机器的动臂并且连接到液压系统。然后，向液压锤提供高压流体，以驱动往复式活塞和与活塞接触的作业工具。

活塞通常是包含在冲击系统内，其由外壳体包围并对其提供保护。阀控制流体流入并且流出活塞，且蓄能器在阀处提供流体储存器。一个或多个通道将阀与蓄能器连接。

1974年12月10日授予Eskridge等人的美国第3，853，036号专利申请(′036专利)公开了一种示例性液压锤。′036专利的液压锤包括往复地位于外壳体内的活塞。入口流体储存器和出口流体储存器设置成围绕活塞轴向端部的阀，其中流体储存器形成蓄能器。多个长流动通道将阀和流体储存器相连接以便移动活塞。

虽然′036专利的液压锤也许适合于某些应用，但是可能具有缺陷。具体地，′036专利的长通道可能增加液压锤内流体流动的时间。这样增加的时间可能会导致系统的延迟反应。例如，延迟可能在系统被激活和活塞被朝着作业工具向前驱动之间的时间发生，从而导致效率降低。

所公开的系统的目的是克服上文所述的一个或多个问题和/或现有技术的其他问题。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种液压锤组件，液压锤组件可以包括活塞，蓄能器膜和套筒。蓄能器膜可以置于活塞的外部并与其同轴，并且套筒可以设置在活塞和蓄能器膜之间。此外，套筒可以具有在其中形成的多个径向通道，其将蓄能器膜与活塞流体连接。

在另一个方面，本发明涉及一种操作液压锤的方法。该方法可以包括在入口处接收加压流体并轴向地引导加压流体进入蓄能器膜。此外，该方法可以包括重新径向地引导加压流体由蓄能器膜向内朝向活塞，并且用加压流体向上偏置活塞。

附图说明

图1是示例性公开机器的示意图；

图2是示例性公开液压锤组件的分解图，所述液压锤组件可以和图1中的机器一起使用；

图3是示例性公开蓄能器膜的剖视图，所述蓄能器膜可以和图2的液压锤一起使用；

图4和图5是示例性冲击系统的剖面图，所述冲击系统可以和图2的液压锤一起使用；以及

图6、图7、图8，和图9是图4和图5的冲击系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了示例性公开具有锤20的机器10。机器10可以配置成执行与特定工业(例如矿业或建筑行业等)相关的工作。例如，机器10可以是反铲装载机(图1中所示)、挖掘机、滑移转向装载机，或任何其他机器。锤20通过动臂12和斗杆16可枢转地连接到机器10。可以设想，如果需要，可选择性地使用另一种联动装置。

在所公开的实施例中，一个或多个液压缸15可以提升、降低和/或摆动动臂12和斗杆16以便相应地提升、降低和/或摆动锤20。液压缸15可连接到机器10内的液压供给系统(未示出)。具体地，机器10可以包括泵(未示出)，该泵通过一个或多个液压供给管路(未示出)连接到液压缸15和锤20。液压供应系统可以从泵中引入加压流体(例如油)至锤20的液压缸15中。用于液压缸15和/或锤20的运动的操作员操纵装置可以位于机器10的驾驶室11内。

如图1所示，锤20可包括外壳30和位于外壳30内的致动器组件32。外壳30可将致动器组件32连接到斗杆16并为致动器组件32提供保护。作业工具25可操作地连接到斗杆16对面的致动器组件32端部。可以设想，作业工具25可包括能够与锤20相互作用的任何已知的工具。在一个实施例中，作业工具25包括冲击式钻头。

如图2所示，致动器组件32可包括子壳体31、衬套35以及冲击系统70。除其他组件外，子壳体31可包括锤架40和封头50。锤架40可为中空圆柱体，所述中空圆柱体沿其轴向长度具有一个或多个凸缘或阶梯。封头50可盖住锤架40的一端。具体而言，封头50上的一个或多个凸缘可与锤架40上的一个或多个凸缘联接以提供密封接合。一个或多个紧固机构60可将封头50牢固地附接至锤架40。在一些实施例中，紧固机构60可包括，例如，螺钉、螺母、螺栓或其他任何能够紧固所述两个部件的装置。锤架40和封头50可分别包括孔以容纳紧固机构60。

衬套35可置于子壳体31的工具端部内，并且可配置为将作业工具25连接至冲击系统70。销37可将衬套35连接至作业工具25。当作业工具25被锤20移位时，可配置为在衬套35内移动预定的轴向距离。

冲击系统70可以置于子壳体31的致动端部内，并且可配置为在供给加压流体时移动作业工具25。如图2中的虚线所示，冲击系统70可为组件，该组件包括活塞80、蓄能器膜90、套筒100、套筒内衬110、阀120以及密封件托架130。套筒内衬110可组装在蓄能器膜90内，套筒100可组装在套筒内衬110内，同时活塞80可组装在套筒100内。所有这些部件通常可相互同轴。阀120可安装在活塞80的端部上方并且可径向地位于套筒100和密封件托架130二者内侧。密封件托架130的一部分可与套筒100轴向地重叠。另外，阀120可轴向地置于蓄能器膜90的外部。阀120和密封件托架130可完全位于封头50内。蓄能器膜90、套筒100以及套筒内衬110可以位于锤架40内。封头50可配置为在与锤架40连接时封闭套筒100的端部。此外，活塞80在其运行期间可配置成在锤架40和封头50内滑动。

活塞80可被配置成在锤架40内往复运动并且与作业工具25的一端接触。在所公开的实施例中，活塞80为圆柱形金属杆(例如钢杆)，其长度约为20.0英寸。活塞80可包括沿其长度变化的直径，例如轴向地置于较宽直径部段之间的一个或多个窄径部段。在所公开的实施例中，活塞80包括三个窄径部段83、84、85，这三个窄径部段83、84、85由两个宽径部段81和82分隔开。窄径部段83、84、85可与套筒100协作，以选择性地打开和关闭套筒100内的流体通道。

窄径部段83、84和85可包括足以便于与蓄能器膜90流体联通的轴向长度。在一个实施例中，窄径部段83、84、85可分别包括约6.3英寸、2.2英寸和5.5英寸的长度。另外，窄径部段83、84、85可分别包括适合于选择性地打开和关闭套筒100内的流体通道的直径，例如约为2.7英寸的直径。在一个实施例中，宽径部段81、82可分别包括约为3.0英寸的直径并且被配置为滑动地接合套筒100的内表面。然而，其他实施例中可采用任何期望的尺寸。

活塞80还可包括冲击端86，所述冲击端具有比窄径部段83、84、85中任一部段更小的直径。冲击端86可配置为在衬套35内接触作业工具25。在一个实施例中，冲击端86可包括约1.5英寸的轴向长度。然而，其他实施例中可采用任何期望的尺寸。

蓄能器膜90可以形成圆柱形管，配置用于容纳足够量的加压流体供锤20通过至少一个冲程驱动活塞80。在一个实施例中，蓄能器膜90可以延伸到活塞80的轴向长度的大致一半。如图3所示，蓄能器膜90可以具有大约为10.0英寸的轴向长度L1，以及大约为4.8英寸的内径D1。此外，蓄能器膜90可以在蓄能器膜90和套筒100之间的环形空间170中形成0.3升的体积。然而，在其他实施例中，任何期望的尺寸都可以用于蓄能器膜90。延伸部97可以形成于蓄能器膜90的一端(即在作业工具25附近)。延伸部97可以布置成与活塞80共轴并向内朝向活塞80。唇缘95可以形成于蓄能器膜90的相对端(即在阀120附近)，也可以向后延伸超出蓄能器膜90的一部分，以形成外部环形凹槽180或沟槽。肋条99可以从延伸部97延伸到唇缘95，如图3所示。蓄能器膜90可以由足以使凹槽180中的加压气体选择性地将蓄能器膜90向内朝向活塞80压缩的材料制成。在一个实施例中，蓄能器膜90可以包括弹性材料，例如合成橡胶。特别地，该材料可以包括硬度值为70的橡胶。在其他实施例中，蓄能器膜90可以包括任何合适的材料。

套筒100可以形成圆柱形管，其具有的轴向长度长于蓄能器膜90的轴向长度。套筒100可以包括位于作业工具25附近的第一端101，和远离作业工具25的第二端102。凹槽109可以形成于套筒100内的第一端101处。在一个实施例中，套筒100可以具有大约13英寸的长度。然而，在其他实施例中，任何期望的长度都可以使用。一个或多个流体通道可以形成于套筒100内，其在活塞80和蓄能器膜90之间延伸。活塞80(即窄径部段83、84、85以及宽径部段81、82)的运动可以选择性地打开或关闭这些通道。在组装过程中，套筒100可以配置成滑到活塞80的窄径部段83的底部上，并与宽径部段82密封地接合。

阀120可以包括管状元件，其位于蓄能器膜90的外部和轴向端部。阀120可以围绕活塞80设置在窄径部段85处，径向地在套筒100的内侧，在套筒100和活塞80之间。如图4所示，阀120可以设置在套筒100和密封件托架130的内侧，使得套筒100包围阀120的底部(即更接近唇缘95的部分)且密封件托架130包围阀120的顶部(即与唇缘95相反的部分)。空腔123可以形成于套筒100和活塞80之间，以及密封件托架130和活塞80之间。套筒100和密封件托架130可以彼此重叠，以形成空腔123。阀120可以布置在空腔123内。

如图4所示，活塞80、套筒100、阀120和密封件托架130可以通过滑动配合径向公差的方式保持在一起作为一个组件。例如，滑动配合径向公差可以形成于套筒100和活塞80之间，以及密封件托架130和活塞80之间。套筒100可以在活塞80上施加向内的径向压力，密封件托架130可以在活塞80上施加向内的径向压力。这样可以将套筒100、密封件托架130和活塞80保持在一起，并可以将阀120保持在空腔123内(图4)。

第一密封件137和第二密封件139可以额外地固定该组件，使得当从锤架40上拆下时，该组件依然保持装配状态。第一密封件137可以包括设置在套筒100和活塞80之间的一个或多个U形密封件或0形环。如图5所示，第一密封件137可以在组装过程中被压缩，以便在组装之后在套筒100和活塞80上产生径向力，从而将套筒100固定到80上。第二密封件139可以包括设置在密封件托架130和活塞80之间的一个或多个U形密封件或0形环。如图5所示，第二密封件139可以在组装过程中被压缩，以便在组装之后在密封件托架130和活塞80上产生径向力，从而将密封件托架130固定到80上。第一密封件137和第二密封件139可以固定该组件，使得阀120被卡在空腔123内。阀120可以配置成在空腔123内上下移动。

可以用包括滑动配合过盈的接合件或本领域内已知的任何其他接合件，将套筒100和密封件托架130额外地固定。例如，密封件托架130可以包括阴螺纹接头105，其被套筒100上的阳螺纹接头135容纳。接合件的阴螺纹接头105和阳螺纹接头135可以将密封件托架130和套筒100固定起来，并因此将阀120固定抵靠着活塞80。

蓄能器膜90可以通过过盈接合与套筒100连接。特别地，蓄能器膜90的延伸部97可以容纳在套筒100的凹部109内，以将蓄能器膜90与套筒100接合。当冲击系统70从锤架40上拆下时，该连接可以进一步将冲击系统70保持在一起。

同样如图4和图5所示，冲击系统70可以包括多个配置为用于引导锤20内的流体流向移动活塞80的纵向凹部150、155、157、159。第一纵向凹部150、第二纵向凹部155和第四纵向凹部159分别可以形成套筒100内的槽和/或狭槽，并且第三纵向凹部157可以形成设置于阀120和活塞80之间的槽/狭槽。入口140可以在封头50内形成并向内延伸以与所述多个纵向凹部150、155、157、159连通。槽和/或狭槽可以具有足够的大小用于流体在套筒100内通过重力作用从入口140向下被抽送至套管35。

一个或多个第一纵向凹部150可以将入口140与形成于套筒100的内表面的环形槽160流体连接。环形槽160可以形成为同心地布置于活塞80周围的通道。采用该配置，流体可以从入口140，通过第一纵向凹部150，流入环形槽160，并且与活塞80的宽径部段81的A凸肩接触。

此外，入口140还可以与存在于蓄能器膜90和套筒内衬110之间的环形空间170连通。加压气体经由气体入口181选择性地被引导进入注入凹槽180，可以向蓄能器膜90施加内部压力并且影响环形空间170的大小。也就是说，如图5所示，当蓄能器膜90处于释放状态(即不在气体的压力下)时，蓄能器膜90可与套筒100径向间隔开。例如，当处于释放状态时，蓄能器膜90可以与套筒100间隔开大约8.0mm。当蓄能器膜90处于释放状态时，流体可以在环形空间170内流动。然而，当蓄能器膜90处于加压气体的压力中的时候，蓄能器膜90和套筒100之间可不存在间隔，并且其间的流体流量可以受到限制。

多个径向通道190可以在套筒100的环形壁内同心地形成，并连接到第一环形环195，形成围绕活塞80同心布置的通道。第一环形环195可以将径向通道190与凹槽150、155、157、159流体连接，用于流体流向凹槽150、155、157、159并从中流出。此外，径向通道190可以设置在阀120下方，例如在密封件托架130和环形槽160之间。

第一纵向凹部150中的至少一个可以与所述多个径向通道190中的至少一个流体连接，以便使得第一纵向凹部150可以将径向通道190与蓄能器膜90流体连接。此连接可以是围绕套筒内衬110一端的间接连接。此外，第一纵向凹部150可以通过径向通道190将环形槽160与蓄能器膜90流体连接。径向通道190可以设置于环形槽160上方，以便使得环形槽160被设置于活塞80的冲击端86和径向通道190之间。

所述多个径向通道190中的每一个可以通过第二纵向凹部155进一步将第一纵向凹部150与阀120连接。如图5所示，所述多个径向通道190中的每一个可以将第一纵向凹部150与第二纵向凹部155连接。因此，当径向通道190被打开(即当活塞80的宽径部段81朝向阀120移动)时，流体可以从第一纵向凹部150通过径向通道190流向第二纵向凹部155。此外，环形槽160内的流体可以在第一纵向凹部150内流向阀120，流经径向通道190并进入第二纵向凹部155。第二纵向凹部155可以引导流体流向阀120并且可以通过第三纵向凹部157选择性地打开流体腔200。

流体腔200可以在封头50内形成并且与阀120的基端轴向相邻。因此，阀120可以位于流体腔200和径向通道190之间。此外，流体腔200可以至少部分地在密封件托架130内形成并与活塞80同轴。第三纵向凹部157可以选择性地将入口140与流体腔200连接并设置于阀120和活塞80之间。

多个出口孔210可以在密封件托架130内形成并且与流体腔200流体连接。因此，通过凹槽150、157和流体腔200，出口孔210可以与径向通道190流体连接。流体可以选择性地通过出口孔210从流体腔200中被释放。如图5所示，出口孔210可以被设置在蓄能器膜90外部，位于气体腔220和蓄能器膜90的唇缘95之间。

活塞80的窄径部段84的移动可以通过第二环形环240选择性地将径向通道190与出口通道230连接。出口通道230可以被设置于阀120外部。如图5所示，第二纵向凹部155可以选择性地与径向通道190、第二环形环240和出口通道230连接，以便在第二纵向凹部155内将流体从锤20中释放。第四纵向凹部159可以将出口通道230与出口235流体连接。同样如图5所示，出口235可以包括一个或多个孔，该一个或多个孔通过套筒100形成并且设置于流体腔200和蓄能器膜90的唇缘95之间。

图5进一步示出了设置在封头50内的气室220，其位于活塞80与衬套35相反的一端。气室220可以位于轴向邻近流体腔200，并可以被配置成包含可压缩的气体，例如氮气。活塞80可以在气室220内可滑动地移动，以增加和减小气室220的大小。气室220的大小的减小可以增加气室220内的气压。

图6、7、8和9示出了在活塞80的不同操作步骤期间锤20的操作。图6、7、8和9将在下文更详细地描述以进一步说明公开的概念。

工业实用性

公开的液压锤可以具有比传统的锤更高的效率。特别地，液压锤可以包括在相关联的活塞和蓄能器膜90之间更短的流体通道，这样在锤内的流体流动可以更快。这可以相应地导致活塞和作业工具更快移动。现在将详细描述锤20的操作。

如图4和5所示，锤20可以在入口140处接收加压流体，例如加压油。油可以朝下流入入口140并被轴向引导进入蓄能器膜90。油可以流入一个或多个第一纵向凹部150，并被压力轴向向下拖曳朝向活塞80的端部(即朝向冲击端86)。此外，来自入口140的油可以被轴向引导进入环形空间170，在蓄能器膜90内，基本上同时被引导进入第一纵向凹部150。

环形空间170内的油可以在凹槽180上施加向外的压力。凹槽180内的加压气体可以在环形空间170上施加向内的压力，从而在凹槽180和环形空间170之间形成弹簧似的动作。当在第一纵向凹部150内的压力下降时，该弹簧似的动作可以从环形空间170将油驱入第一纵向凹部150。

第一纵向凹部150可以引导油轴向向下，在套筒100内，朝向环形槽160。如图6所示，环形槽160可以重新径向地引导油从蓄能器膜90向内朝向活塞80。环形槽160内足量的油可以将向上的压力施加在活塞80上。特别地，环形槽160内的油可以向宽径部段81的肩部A施加压力并向上偏置活塞80。

活塞80向上朝向阀120的运动可以选择性地打开多个径向通道190。在活塞80的向上运动之前，径向通道190可以被宽径部段81阻断。特别地，如图7所示，活塞80的运动向上可以相应地移动窄径部段83到邻近径向通道190的位置处。窄径部段81的较小直径可以打开径向通道190并允许流体流动从第一纵向凹部150通过径向通道190，进入第二纵向凹部155。因此，可以通过径向通道190，引导油从第一纵向凹部150径向向内进入第一环形环195。可以通过径向通道190，引导第一环形环195内的油径向向外至第二纵向凹部155。此外，大量油可以从环形槽160被引导进入第一纵向凹部150，并进入径向通道190。该油也通过第一环形环195进一步被引导进入第二纵向凹部155并朝向阀120。由于油通过多个径向通道190的运动，第二纵向凹部155内的油的加压程度可以小于第一纵向凹部150内的油的加压程度。

活塞80的运动可以选择性地阻断并传递油到阀120。例如，活塞80向上朝向阀120的运动也可以引起宽径部段82从轴向远离阀120的某一位置移动到其中宽径部段82邻近并位于阀120内部的位置。由于该活塞80的运动，第三纵向凹部157可以位于阀120和宽径部段82之间。

如图8所示，第二纵向通道155可以引导油轴向远离活塞80的端部并到阀120。第二纵向通道155内的油可以将对阀120的端部施加向上的压力并向上偏置阀120朝向流体腔200。阀120向上移动可以使第三纵向通道157和入口140连接。通过第三纵向通道157，可以将油选择性地从入口140引导至流体腔200。流体腔200内的油对宽径部段82的肩部B施加向下的压力并向下偏置活塞80，远离流体腔200。因此，活塞80可以朝着作业工具25加速向下并接触作业工具25。

活塞80朝向阀120的运动也可以引起窄径部段85减小气室220的大小(图5)。大小方面的减小可以进一步增压气室220内的氮气，从而向下偏置活塞80并使其远离阀120。这样的偏置可以增加在活塞80上向下的压力，朝向作业工具25。

流体腔200中的油可以被径向地引导从流体腔200向外并通过多个出口孔210，从而被从密封件托架130中去除(图5)。此外，第二纵向凹部155内的油可以通过出口235被去除。例如，如图9所示，活塞80的向下运动可以使窄径部段84从远离径向通道190的位置移动至轴向临近径向通道190的位置。窄径部段84向下运动可以打开第二环形环240，从而使得第二环形环240可以将径向通道190与出口通道230连接起来。第二纵向凹部155内的油可以被引导向下，朝着作业工具25，通过径向通道190并进入第二环形环240。然后出口通道230可以引导油从第二环形环240径向地向外并进入第四纵向通道159。如图9所示，由于第四纵向凹部159内的低压，第四纵向通道159可以引导油朝着气体腔220向上，并进入出口235。出口235可以将油引导出锤20。

当锤20处于关闭位置时，肋条99可以使油从蓄能器膜90去除。当锤20处于关闭位置时，凹槽180内的加压气体可朝活塞80向内压缩蓄能器膜90。该压缩可以在蓄能器膜90和活塞80之间产生密封，例如足以基本上防止流体通过的密封。肋条99可以实现此密封并可以排出蓄能器膜90内的一些油，从而去除多余的油。

本发明可以提供一种具有较短流体通道的液压锤，其可以减少锤内流体输送所需的时间。较短的流体通道可以设置在活塞和蓄能器膜之间，从而减少活塞冲程间的时间。这可以产生更高效、老化随时间降低的液压锤。

对本领域技术人员将显而易见的是，可在本发明的系统中做出多种修改和变型。考虑到本文所公开的方法和系统的说明书和实践，本系统的其他实施方式对本领域技术人员将是显而易见的。说明书和示例仅仅是示例性的，本发明的实际范围由下面的权利要求及其等同方案限定。

Claims (5)

1.一种液压锤组件，包括：

活塞(80)；

设置于所述活塞外部并与所述活塞同轴的蓄能器膜(90)；

设置于所述活塞和所述蓄能器膜之间的套筒(100)，所述套筒具有形成于其中并将所述蓄能器膜和所述活塞流体连接的多个径向通道(190)；

形成于所述套筒内的多个纵向凹部，其中所述多个纵向凹部中的至少一个将所述多个径向通道中的至少一个和所述蓄能器膜流体连接；以及

位于蓄能器膜轴向端部的阀(120)，其中所述多个纵向凹部将所述阀连接至所述多个径向通道中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的液压锤组件，进一步包括径向地设置于所述蓄能器膜和所述套筒之间的套筒内衬(110)。

3.根据权利要求1所述的液压锤组件，进一步包括形成于所述套筒内表面的环形槽(160)，其中所述多个纵向凹部通过所述多个径向通道将所述环形槽和所述蓄能器膜流体连接。

4.根据权利要求1所述的液压锤组件，进一步包括：

密封件托架(130)，其与所述阀同轴并且位置轴向邻近所述阀；和

形成于所述密封件托架内的多个出口孔(210)，

其中所述多个纵向凹部将所述多个出口孔与所述多个径向通道中的至少一个连接起来。

5.一种液压锤系统，包括：

锤架(40)；

活塞(80)；

设置于所述活塞外部并与所述活塞同轴的蓄能器膜(90)；

设置于所述活塞和所述蓄能器膜之间的套筒(100)，所述套筒具有形成于其中并将所述蓄能器膜和所述活塞流体连接的多个径向通道(190)；

多个纵向凹部，其形成在所述套筒内，其中所述多个纵向凹部中的至少一个将所述径向通道中的至少一个与所述蓄能器膜流体连接；

环形槽(160)，其形成于所述套筒的内表面处并流体连接到所述蓄能器膜；

阀(120)，其位于所述蓄能器膜轴向端部并且在所述套筒的内部；

套筒内衬(110)，其设置在所述蓄能器膜和所述套筒之间；以及

密封件托架(130)，其与所述阀同轴并且轴向邻近所述阀，

其中在所述多个径向通道内的流体运动移动所述活塞。