CN105275037B - 一种液压破碎锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压破碎锤，包括钎杆座、钎杆、钎杆前套、钎杆后套、缸体、活塞、氮气室密封套、曲轴箱、曲轴、连杆、连杆活塞、马达、偏心轮、换向阀、蓄能器、配流盘等。活塞远离钎杆的一端通过连杆、曲轴、齿轮与偏心轮建立运动关系，曲轴的一端和马达相连，活塞和缸体之间有用于储存气体的密封腔，配流盘安装于曲轴上。本发明的目的是解决氮爆锤下压困难、液压冲击大、冲程阶段不耗油，而泵却连续供油的矛盾；全液压锤和气液锤流量不足打击无力的现象、结构复杂、液压冲击大的问题。

Description

一种液压破碎锤

技术领域

本发明涉及一种特殊的工程机械液压机具，特别是涉及一种液压破碎锤。

背景技术

液压锤将控制阀、执行器、蓄能器等液压元件集于一身，控制阀与执行器相互反馈控制，自动完成活塞的往复运动，将液体的压力能转化为活塞的冲击能。目前市场上的液压锤的活塞回程运动都是液压作用力完成的，而活塞的冲程运动，则可根据冲程时作用力的来源不同将液压锤分为氮爆锤、全液锤与气液锤三种类型。

氮爆锤工作原理：氮气爆发式液压锤简称氮爆锤。活塞顶部都设置有氮气室也就是活塞式蓄能器，活塞上腔常通回油，活塞下腔由控制阀进行切换，回程时通高压油，冲程时通回油，活塞回程运动时，高压油进入活塞下腔，推动活塞上移，同时活塞顶部压缩氮气室里的氮气，氮气压力上升，液压能转换为气压能而被存储。活塞冲程时，下腔的油路已被切换，从接通高压油转换为接通回油，氮气压力作用于活塞顶部，氮气膨胀做功，同时氮气压力下降，直至回程开始时的最低氮气压力，又开始另一次回程运动。

优点：氮爆锤的优点是活塞形状简单，刚体结构简单没有纵向的孔道，加工工艺性好，不设置高压隔膜蓄能器，也减少了加工成本。

缺点：从工作原理上讲，在活塞冲程阶段，油泵的供油是无路可走的，此时的高压油只能由胶管膨胀来吸收或从高压溢流阀溢出，必然造成液压系统的压力冲击，对油泵、管路造成不利影响，同时引起系统发热。氮爆锤的活塞冲击动作完全靠氮气膨胀实现，为了达到一定的冲击能以满足破碎作业的需要，必然要求氮气充气压力较高，一般大于2MPa。液压锤开始工作前，挖掘机必须将液压锤压紧，否则液压锤不能启动，而较高的氮气室充气压力，必然造成挖掘机下压困难，甚至使挖掘机机身抬起，一旦启动后，挖掘机又落下，造成震动，对挖掘机有损害。

综述：氮爆式液压锤的上述缺点限制了它的使用范围，对小型液压锤，这些缺点的影响尚不明显，而对大型液压锤，这些缺点的影响是严重的。

全液压作用式液压锤工作原理：全液压作用式液压锤简称全液锤。活塞前腔常通高压油，当三通阀左右位接通时，后腔接通回油，在前腔压力油作用下，活塞回程，当回程到一定位置时，反馈至三通阀，使三通阀接通左位，后腔接通高压油，此时前后腔皆为高压油。但因后端面积大于活塞前端面积，活塞为冲程。活塞的回程运动和冲程运动皆为液压力的作用，故称为全液压作用式。

优点：全液锤的活塞顶部不设氮气室，因此液压锤启动前所需的挖掘机的下压力最小，仅靠液压锤自身的重量就够了。

缺点：全液压锤的活塞冲程中，活塞后腔所需的流量很大，系统供油不能满足冲程时的流量需要，所以一般需在锤体上设置高压蓄能器，以补充活塞冲程时的峰值流量，回程瞬间，液压冲击很大；全液锤在回程运动时，因为没有氮气室的阻力，因此活塞回程速度较快，一般需要设置顺序阀以控制冲击频率；高压蓄能器、顺序阀的设置，使得全液压锤的结构较为复杂，加工难度也较大。

氮气液压联合作用式液压锤工作原理：氮气液压联合作用式液压锤，简称气液锤。气液锤的工作原理和全液锤几乎完全一致，但在活塞顶部设置了一个氮气室。气液锤的活塞回程运动是靠液压作用实现的，而冲程运动则是靠液压力和氮气膨胀力联合作用实现的。气液锤的活塞顶部都设有氮气室，氮气室充气压力比氮爆式小，一般小于1.6MPa。小型气液锤都不设置隔膜式高压蓄能器。而大中型液压锤一般要设置隔膜式高压蓄能器。

优点：气液锤所需的挖掘机的下压力比氮爆式小，而比全液锤大。回程时，气液锤的活塞阻力比氮爆锤小，比全液锤大，活塞回程速度比氮爆锤大，比全液锤小，无需专设顺序阀来控制冲击频率。冲程时气液锤的瞬时最大流量比全液锤小，也没有氮爆锤的高压油封闭无出路的现象，因此气液锤的压力脉动比全液锤和氮爆锤都小些。

缺点：在冲程时面临流量不足的现象，导致打击无力；冲程结束，回程瞬间压力冲击较大；结构复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有氮爆锤下压困难、液压冲击大、冲程阶段不耗油，而泵却连续供油的矛盾；全液压锤和气液锤流量不足打击无力的现象、结构复杂、液压冲击大的问题。提出一种新型液压锤。

本发明涉及的液压锤主要采用压缩的氮气提供冲程时所需的能量，并辅以液压马达通过曲轴连杆对活塞提供作用力，来影响活塞的加速度；曲轴在旋转的同时带动偏心轮转动，偏心轮产生的偏心力用于补偿活塞在冲程过程中对液压锤的反作用力，避免了大的氮爆锤下压困难，不能正常工作的现象，同时起到蓄能的作用(将与活塞冲程过程中相反的动量储存起来)，也改变了活塞的加速度曲线；液压马达的主要作用是使曲轴越过死点、在活塞冲程或回程过程中提供作用力、消除氮爆锤冲程阶段不耗油，泵却连续供油的矛盾，并将这部分能量用于驱动偏心轮转动，用于平衡冲程阶段下压困难的问题，并用于蓄能；曲柄连杆一方面建立了活塞和偏心轮之间的关系，另一方面影响活塞的加速度。

本发明的具体技术方案：本发明的核心内容是控制活塞的运动过程，并让液压锤的打击动能和主机单位时间内的供油量没关系或关系不大、避免或减小液压冲击、将冲程结束及冲程过程的后座力产生的能量储存起来。

本发明涉及的液压锤主要由钎杆座、钎杆、钎杆前套、钎杆后套、缸体、活塞、氮气室密封套、曲轴箱、曲轴、连杆、连杆活塞、马达、偏心轮、换向阀、蓄能器、配流盘等组成。

下面对该液压锤的工作原理作进一步说明：该液压锤在启动瞬间，活塞在氮气室氮气压力的作用下处于距离曲轴的最远处(死点位置)，此时，活塞下腔及液压马达通高压油，在液压马达通过曲柄连杆的作用及活塞下腔高压油的作用下，活塞做压缩氮气室的做功过程，压缩速度和主机的供油量成正相关的关系，活塞下腔液压油及液压马达所做的功主要转化成了氮气的压缩能、偏心轮及活塞的动能。压缩结束的瞬间，如果以活塞为主动件则处于死点位置，此时，在偏心轮的惯性及液压马达的作用下越过死点。活塞进入冲程过程中，活塞下腔通回油，压缩的氮气释放巨大的能量，推动活塞做冲程运动，活塞通过曲柄连杆和偏心轮建立力作用关系，此时和曲轴相连的液压马达有两种工作的可能性，(1)主机供油充足，马达处于做正功的状态。(2)主机供油不足，马达处于做负功的状态。为了避免马达转速不够阻碍运动的现象，宜采用小排量马达并在马达的进油和回油之间加补油阀；活塞冲程时产生的反作用力由偏心轮进行平衡，避免了挖机下压困难的现象，同时起到蓄能作用，使得运动更加平稳。在活塞打击到钎杆之后，尚未到达距离曲轴最远端的时候，活塞下腔由回油状态转为只和蓄能器接通的状态，用活塞多余的能量压缩下腔密封的液压油进入蓄能器，用于回程阶段做功，同时避免了对主机液压管路的冲击。连杆活塞和液压锤活塞之间的密封腔周期性的接通高压油路和回油油路，在活塞下腔只和蓄能器接通的时候，该油腔接回油，以保证曲柄、偏心轮等能够继续旋转。配流盘的作用是保证回程阶段活塞下腔通高压油，冲程阶段通回油，活塞撞击钎杆之后至活塞距离曲轴最远端的过程中只接通蓄能器。液动换向阀的控制油口和活塞下腔接通，使得活塞下腔为高压油的情况下和蓄能器联通，连杆活塞和液压锤活塞之间的油腔和回油油路接通；液压锤活塞下腔为回油时，活塞下腔和蓄能器断开，连杆活塞和液压锤活塞之间的油腔和蓄能器接通。

附图说明

图1是液压破碎锤等轴测示意图。

图2是液压破碎锤剖视示意图。

具体实施方式

本实发明的主要零部件：

1.曲轴箱 2.偏心轮 3.曲轴 4.偏心轮轴 5.齿轮 6.缸体 7.钎杆 8.钎杆座 11.连杆 12.连杆活塞 13.氮气室密封套 14.氮气室 15.活塞 16.活塞下腔 17.钎杆后套18.钎杆前套 19.配流盘 20.单向阀 21.节流阀 22.换向阀 23.蓄能器 24.活塞上腔。

所述的液压破碎锤在启动瞬间，活塞15在氮气室14氮气压力的作用下处于距离曲轴的最远处(死点位置)，此时，活塞下腔16及液压马达(用于驱动曲轴3)通高压油，在液压马达通过曲轴3连杆11的作用及活塞下腔16高压油的作用下，活塞15做压缩氮气室14的做功过程，压缩速度和主机单位时间的供油量成正相关的关系，活塞下腔16液压油及液压马达所做的功主要转化成了氮气的压缩能、偏心轮2及活塞15的动能。压缩结束的瞬间，活塞下腔16通过配流盘19接回油油路，如果以活塞15为主动件则处于死点位置，此时，在偏心轮2的惯性及液压马达的作用下越过死点。活塞15进入冲程阶段，活塞下腔16通回油，压缩的氮气释放巨大的能量，推动活塞15做冲程运动，活塞15通过曲轴3连杆11和偏心轮2建立力作用关系(连杆活塞12在活塞上腔24内沿轴向往复运动，连杆11一端和连杆活塞12连接，另一端和曲轴3连接，曲轴3上安装齿轮5，并通过曲轴3和偏心轮轴4上的齿轮5的啮合运动，带动偏心轮2运动；曲轴3的一端和马达相连，活塞5和缸体6之间有用于储存气体的密封腔，配流盘19安装于曲轴3上)。此时液压马达通过传动链对活塞15和偏心轮2有两种工作的可能性：(1)主机供油充足，马达处于做正功的状态；(2)主机供油不足，马达处于做负功的状态。为了避免或减小马达转速不够阻碍活塞15运动的现象，宜采用小排量马达并在马达的进油和回油之间加一补油阀；活塞15冲程时产生的反作用力由偏心轮2旋转产生的偏心力平衡一部分，避免了挖机下压困难的现象，同时起到蓄能作用，使得运动更加平稳。在活塞15打击钎杆7之后，尚未到达距离曲轴3最远端的时候，在配流盘19(将油路切断)、换向阀22作用下，活塞下腔16由回油状态转为只和蓄能器23接通的状态，用活塞15多余的能量压缩活塞下腔16中密封的液压油进入蓄能器23，用于回程阶段做功，同时避免了对主机液压管路的冲击。连杆活塞12和液压锤活塞15之间的密封腔(活塞上腔24)周期性的接通高压油路和回油油路，在活塞下腔16只和蓄能器23接通的时候，该油腔(活塞上腔24)接回油，以保证曲轴3、偏心轮2等能够继续旋转。配流盘19安装于曲轴3上，其作用是保证回程阶段活塞下腔16通高压油；活塞15向下运动的过程中，活塞15撞击钎杆7之后继续推动钎杆7一段距离后至活塞15距离曲轴3最远端的过程中活塞下腔16通过由单向阀20和节流阀21组成的单向节流阀接通蓄能器23，在之前的一段时间内，活塞下腔16通过配流盘19接通回油。液动换向阀22的控制油路和活塞下腔16接通，使得活塞下腔16为高压的情况下(密封或通高压油)和蓄能器23联通，连杆活塞12和液压锤活塞15之间密封的活塞上腔24和回油油路接通；液压锤活塞下腔16为回油时(低压)，其和蓄能器23断开，活塞上腔24和蓄能器23接通。

Claims (7)

1.一种液压破碎锤，包括缸体(6)、钎杆(7)、钎杆座(8)、活塞(15)、换向阀(22)、蓄能器(23)，其特征在于：所述的活塞(15)的一端通过连杆(11)、曲轴(3)、齿轮(5)与偏心轮(2)建立运动关系：连杆活塞(12)在活塞上腔(24)内沿轴向往复运动，连杆(11)一端和连杆活塞(12)连接，另一端和曲轴(3)连接，曲轴(3)上安装齿轮(5)，并通过曲轴(3)和偏心轮轴(4)上的齿轮(5)的啮合运动，带动偏心轮(2)运动；曲轴(3)的一端和马达相连，活塞(5)和缸体(6)之间有用于储存气体的密封腔，配流盘(19)安装于曲轴(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤，其特征在于：所述的活塞(15)在冲程开始至打击钎杆(7)的过程中，偏心轮(2)由于旋转所产生的偏心力具有与活塞(15)运动方向一致的分力。

3.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤，其特征在于：与连杆(11)相连的连杆活塞(12)和液压锤活塞(15)之间具有活塞上腔(24)。

4.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤，其特征在于：配流盘(19)具有使活塞下腔(16)通高压油、封闭、接回油的功能。

5.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤，其特征在于：换向阀(22)使得活塞下腔(16)接高压油或密封的情况下和蓄能器(23)联通，连杆活塞(12)和液压锤活塞(15)之间密封的活塞上腔(24)和回油接通，液压锤活塞下腔(16)接回油时，活塞下腔(16)和蓄能器(23)断开，活塞上腔(24)和蓄能器(23)接通。

6.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤，其特征在于：在配流盘(19)将活塞下腔(16)密封的情况下，活塞下腔(16)中的液压油通过单向节流阀和蓄能器(23)联通。

7.根据权利要求1所述的一种液压破碎锤，其特征在于：马达的进油和回油之间加单向补油阀。