CN105710845A - 具有可变冲程控制的液压锤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于液压锤的可变冲程控制系统。该可变冲程控制系统可以包括：入口凹槽，该入口凹槽围绕与所述液压锤结合的活塞形成并且被构造成接收加压流体；和出口凹槽，该出口凹槽围绕与所述液压锤结合的所述活塞形成并且被构造成排出所述加压流体。该可冲程控制系统还可以包括阀，该阀与所述入口凹槽和所述出口凹槽流体连通，并且被构造成基于所述入口凹槽和所述出口凹槽之间的压力差而选择性调节所述活塞的冲程长度。

Description

具有可变冲程控制的液压锤

技术领域

本发明涉及一种液压锤，尤其涉及一种具有可变冲程控制的液压锤。

背景技术

液压锤可以附接至诸如挖掘机、反铲挖土机、工具架或其它类似机器的各种机器上，以将石头、混凝土和其它建筑材料粉碎。液压锤安装至机器的吊杆并且连接至液压系统。液压系统中的高压流体被供应至液压锤，以驱动与作业工具接触的往复活塞，该往复活塞进而使作业工具在与建筑材料接触的同时往复运动。

通常液压锤以相同连续的冲程驱动往复活塞接触作业工具。换言之，往复活塞的冲程长度在液压锤操作过程中并不改变。然而，一些液压锤能够改变冲程长度(例如，在较短冲程和较长冲程之间)，这能够提供在一些锤操作中更高的效率。

在1997年9月23日授予Comarmond的美国专利No.5,669,281(’281专利)中公开了用于改变液压锤的冲程长度的示例性系统。具体地说，’281专利公开了一种具有活塞的冲击机器，该活塞在缸内滑动并且在每个循环过程中都撞击工具。该冲击机器还具有顶部腔室和底部腔室，该顶部腔室和底部腔室通过由控制装置控制的分配器而被顺序地供给流体。该冲击机器进一步包括安装在缸内的选择器活塞。该选择器活塞由控制装置使用加压流体来控制，以将选择器活塞移入和移除将活塞冲程加长的位置。

尽管’281专利的冲击机器可能足以用于某些应用，但是其可能仍然不太理想。特别地，’281专利的冲击机器可能过度复杂并且需要许多附加零件。因此，使用’281专利的冲击机器难以实现对具有一个连续冲程的现有液压锤进行改装以具有可调节冲程。另外，’281专利的冲击机器初始以短冲程模式操作，并且稍后在一段时间的操作之后切换到长冲程模式。然而，在某些情况下，可能期望在初始时就以长冲程模式开始，以增加液压锤操作的效率。

本发明的系统旨在克服以上阐述的问题中的一个或多个问题和/或现有技术的其它问题。

发明内容

在一个方面中，本发明涉及一种用于液压锤的可变冲程控制系统。该可变冲程控制系统可包括：入口凹槽，该入口凹槽围绕与所述液压锤结合(关联)的活塞形成并且被构造成接收加压流体；和出口凹槽，该出口凹槽围绕与所述液压锤结合的所述活塞形成并且被构造成排出所述加压流体。该可变冲程控制系统还可包括阀，该阀与所述入口凹槽及所述出口凹槽流体连通，并且被构造成基于所述入口凹槽和所述出口凹槽之间的压力差中的变化而选择性调节所述活塞的冲程长度。

在另一个方面中，本发明涉及一种用于液压锤的可变冲程控制系统。该可变冲程控制系统可包括：入口凹槽，该入口凹槽围绕与所述液压锤结合的活塞形成并且被构造成接收加压流体；和出口凹槽，该出口凹槽围绕与所述液压锤结合的所述活塞形成并且被构造成排出所述加压流体。该可变冲程控制系统还可包括阀，该阀与所述入口凹槽及所述出口凹槽流体连通，并且被构造成基于被所述液压锤的作业工具冲击的材料的硬度而选择性调节所述活塞的冲程长度。

在又一个方面中，本发明涉及一种液压锤系统。该液压锤系统可以包括活塞和与所述活塞同轴地布置在该活塞外部的套筒。该液压锤系统还可包括：入口凹槽，该入口凹槽形成在所述套筒的第一内表面处并且被构造成接收来自泵的加压流体；和出口凹槽，该出口凹槽形成在所述套筒的第二内表面处并且被构造成将加压流体引导到回油箱。所述出口凹槽可以流体连接至所述入口凹槽。所述液压锤系统还可包括：第一阀，该第一阀被构造成控制所述活塞的向上运动和向下运动之间的转换时刻；和第二阀，该第二阀与所述入口凹槽及所述出口凹槽流体连通，并且被构造成通过使所述第一阀的转换时刻延迟而选择性地调节所述活塞的冲程长度。

附图说明

图1是所公开的示例性机器的示意图；

图2是所公开的示例性液压锤组件的分解图，该液压锤组件可以与图1的机器一起使用；以及

图3是所公开的示例性可变冲程控制系统的示意图，该可变冲程控制系统可以与图2的液压锤一起使用。

具体实施方式

图1示出了所公开的具有锤12的示例性机器10。机器10可以被构造成进行与具体工业(例如，采矿或建筑)有关的作业。机器10可以是(图1中所示的)反铲挖土装载机、挖掘机、滑移转向装载机或任何其它机器。锤12可以通过吊杆14和吊臂(stick)16连接至机器10。然而，可以想到，如果期望的话，可以另选地利用另一种连杆装置。

在所公开的实施方式中，一个或多个液压缸18可以使吊杆14和吊臂16升起、降低和/或摆动以对应地使锤12升起、降低和/或摆动。液压缸8可以连接至机器10内的液压供应系统(未示出)。具体地说，机器10可以包括通过一个或多个液压供应线路(未示出)连接至液压缸18和连接至锤12的泵(未示出)。液压供应系统可以将加压流体例如油从泵引入到液压缸18和锤12中。用于液压缸18和/或锤12的运动的操作控制可以位于机器10的驾驶室20内。

如图1和2中所示，锤12可以包括外壳22和位于外壳22内的致动器组件26。外壳22可以将致动器组件26连接至吊臂16并为致动器组件26提供保护。作业工具24可以操作地连接至致动器组件26与吊臂16相反的端部。可以想到，作业工具24可以包括能够与锤12相互作用的任何已知工具。在一个实施方式中，作业工具24包括冲击式钻头。

如图2所示，致动器组件26可以包括子壳体(次壳体、下壳体)28、衬套30和冲击系统32。子壳体28可以尤其包括框架34和头部36。框架34可以是沿着其轴向长度具有一个或多个凸缘或台阶的中空圆柱体。头部36可以将框架34的一端盖住。具体地说，头部36上的一个或多个凸缘可以与框架34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38可以将头部36刚性地附装至框架34。在一些实施方式中，紧固机构38可以包括例如螺钉、螺母、螺栓或能够将两个部件紧固的任何其它装置。另外，框架34和头部36均可以包括用于接收紧固机构38的孔。

衬套30可以布置在子壳体28的工具端内并且可以被构造成将作业工具24连接至冲击系统32。销40可以将衬套30连接至作业工具24。当通过锤12移位时，作业工具24可以被构造成在衬套30内移动预定轴向距离。

冲击系统32可以布置在子壳体28的致动器端内，并且可以被构造成在被供应加压流体时移动作业工具24。如图2中的虚线所示，冲击系统32可以是包括活塞42、蓄能器膜44、套筒46、套筒衬48、阀50和密封架52的组件。套筒衬48可以被组装在蓄能器膜44内，套筒46可以被组装在套筒衬48内，而活塞42可以被组装在套筒46内。所有这些部件都可以大体彼此同轴。另外，活塞42、套筒46、阀50和密封架52可以通过滑动配合径向公差而作为子组件被全部保持在一起。例如，滑动配合径向公差可以形成在套筒46和活塞42之间以及密封架52和活塞42之间。套筒46可以在活塞42上施加径向向内压力，而密封架52可以在活塞42上施加径向向内压力。这种构造可以将套筒46、密封架52和活塞42作为子组件保持在一起。

蓄能器膜44可以形成圆柱形管，该圆柱形管被构造成为锤12保持足够量的加压流体以驱动活塞42经历至少一个冲程。当蓄能器膜44处于松弛状态中(即，没有处于来自加压气体的压力作用下)时，蓄能器膜44可以与套筒46径向间隔开。然而，当蓄能器膜44处于来自加压气体的压力作用下时，在蓄能器膜44和套筒46之间不存在任何间隔，从而可以禁止它们之间的流体流动。

阀50可以被组装在活塞42的端部上并且位于套筒46和密封架52两者的径向内侧。密封架52的一部分可以与套筒46轴向重叠。另外，阀50可以轴向布置在蓄能器膜44的外部。阀50和密封架52可以完全位于头部36内。蓄能器膜44、套筒46和套筒衬48可以位于框架34内。头部36可以被构造成在连接至框架34时将套筒46的一端封闭。

活塞42可以被构造成在框架34和头部36二者内滑动。例如，活塞42可以被构造成在框架34内往复运动并且接触作业工具24的一端。具体地说，可以将可压缩气体(例如，氮气)布置在气体腔室(未示出)中，该气体腔室在活塞42的与衬套30相反的一端处位于头部36内。活塞42可以可滑动地在气体腔室内移动以增加和减小气体腔室的尺寸。气体腔室的尺寸减小可以增加气体腔室内的气体压力，由此向下驱动活塞42而接触作业工具24。

活塞42可以包括沿着其长度的变化的直径，例如，包括轴向地布置在在较宽直径区段之间的一个或多个窄直径区段。在所公开的实施方式中，活塞42包括被两个宽直径区段60、62分开的三个窄直径区段54、56、58。窄直径区段54、56、58可以与套筒46配合，以选择性地打开和关闭套筒46内的流体通路。活塞42还可以包括冲击端64，该冲击端64具有比任何窄直径区段54、56、58都小的直径。冲击端64可以被构造成在衬套30内与作业工具24接触。

如图3所示，锤12可以配备有可变冲程控制系统70。可变冲程控制系统70可以包括被构造成引导锤12内的加压流体以选择性地调节活塞42的冲程长度的一个或多个部件。例如，可变冲程控制系统70可以包括泵66、环状提升凹槽68、环状切换凹槽72、环状油箱凹槽74、环状出口凹槽76、蓄能器78、压力控制阀80、回油箱82和主控制阀84。

泵66可以被构造成对流体进行加压并将该流体引导至提升凹槽68和蓄能器78。提升凹槽68可以被构造成引导流体接触宽直径区段60处的肩部以在向上方向上推动(force)活塞42。切换凹槽72可以被构造成与主控制阀84流体连通以切换主控制阀84的阀位置。油箱凹槽74和出口凹槽76可以被构造成将加压流体引导到油箱82。提升凹槽68、切换凹槽72、油箱凹槽74和出口凹槽76都可以形成为围绕活塞42的同心布置的通道。活塞42(即，窄直径区段54、56、58和宽直径区段60、62)的运动可以选择性地打开或关闭这些凹槽，以致使活塞42运动。

蓄能器78可以流体连接至泵66，并且被构造成积累加压流体和控制液压回路中的流体的脉动。压力控制阀80可以流体连接至油箱82，并且被构造成调控返回到油箱82的流体的流速，从而将液压回路中的压力控制到期望水平。蓄能器78和压力控制阀80可以一起作用，以控制液压回路中的脉动和压力。在一些实施方式中，压力控制阀80还可以在锤操作已经停止时使活塞42返回到套筒46内的最上面位置。具体地说，压力控制阀可以使出口凹槽76处的压力减小，使得提升凹槽68处的压力大于出口凹槽76处的压力，从而使得活塞42移动到最上面位置。因此，活塞42可以总是以活塞42的更长的初始冲程开始新的锤操作。如果没有压力控制阀80，活塞42将返回到比最上面位置低的位置，这将导致活塞42的较小的初始冲程。

主控制阀84可以布置在泵66和油箱82之间，并且被构造成控制活塞42的运动之间的转换时刻。具体而言，主控制阀84可以控制活塞42何时在向上运动和向下运动之间转换。主控制阀84可以包括可在两个不同位置之间移动的阀元件。当该阀元件位于第一位置(图3所示的最右侧位置)时，出口凹槽76可以流体地连接至油箱82。当该阀元件位于第二位置(图3所示的最左侧位置)，出口凹槽76可以流体连接至泵66。该阀元件可以根据切换凹槽72内的压力水平而在第一位置和第二位置之间移动。具体地说，当切换凹槽72内的压力水平低于阈值量时，该阀元件可以被推动到第一位置。另选地，当切换凹槽72内的压力水平大于阈值量时，该阀元件可以被推动到第二位置。

如图3所示，可变冲程控制系统70还可以包括冲程控制阀86，该冲程控制阀86被构造成基于提升凹槽68和出口凹槽76之间的压力差而选择性地调节活塞42的冲程长度。冲程控制阀86可以布置在将主控制阀84和油箱82流体连接的切换通道中。冲程控制阀86可以包括可动阀元件88和弹簧90。阀元件88可以被构造成响应提升凹槽68和出口凹槽76之间的压力差而在流动阻挡位置(例如，关闭位置)和流动通过位置(例如，打开位置)之间移动。具体地说，当压力差小于阈值量时，阀元件88可以被推动到流动通过位置。另选地，当压力差大于阈值量时，阀元件88可以被推动到流动阻挡位置。弹簧90可以将阀元件88偏压到流动阻挡位置。阈值压力差可以表示由作业工具24冲击的建筑材料的硬度。

在一些实施方式中，可变冲程控制系统70还可包括第一孔口92、第一止回阀94、第二孔口98和第二止回阀97。孔口92可以布置在出口凹槽76和油箱82之间的通道中，并且被构造成减少由此流过的流体的质量流速(massflowrate)。止回阀94可以布置在出口凹槽76和孔口92之间的通道中，并且被构造成提供从出口凹槽76到孔口92的单向流。孔口98可以布置在止回阀94和主控制阀84之间的通道中，并且被构造成减少由此流过的流体的质量流速。止回阀97可以还布置在止回阀94和主控制阀84之间的通道中，并且被构造成提供从止回阀94到主控制阀84的单向流。可以想到，除了在可变冲程控制系统70中包括的那些部件之外，液压锤12还可以按照期望地包括其它孔口、阀、凹槽和/或其它部件。

工业适用性

本发明的可变冲程控制系统可以在任何液压锤应用中使用。具体而言，本发明的可变冲程控制系统可以基于加压流体入口和加压流体出口之间的压力差而自动地调节液压锤的活塞的冲程长度。更具体地说，可以基于由液压锤冲击的建筑材料的硬度来调节活塞的冲程长度。现在将详细描述锤12的操作。

参照图3，可以做出操作请求，例如经由操作阀96来开始锤2的操作。在做出请求之后，泵66可以将加压流体(例如加压油)引导到提升凹槽68和蓄能器78内。提升凹槽68内的足够量的油可以在活塞42上施加向上压力。具体地说，提升凹槽68内的油可以向宽直径区段60的肩部施加压力，并向上偏压活塞42。

活塞42的向上运动可以将切换凹槽72打开。具体地说，活塞42的向上运动可以对应地使窄直径区段54移动到与切换凹槽72相邻的位置。在切换凹槽72未被覆盖时，加压流体可以从入口凹槽68流动到切换凹槽72内，由此增加切换凹槽72处的压力水平并致使主控制阀84从第一位置(图3所示的最右侧位置)切换到第二位置(图3所示的最左侧位置)。随后，可以允许来自泵66的加压流体通过主控制阀84流向出口凹槽76。

当加压流体从泵66经过主控制阀84流向出口凹槽76时，活塞42的向上运动可以还导致窄直径区段58减小气体腔室的尺寸。这种尺寸减小还可对气体腔室内的氮气进行加压，由此向下偏压活塞42。这种偏压可以增加活塞42上的向下压力，从而致使活塞42向下加速并接触作业工具24，这进而使作业工具24向下加速而冲击建筑材料。

在冲击位置(如图3所示)，切换凹槽72可以与油箱凹槽74流体连通，这减小了切换凹槽72处的压力水平，并致使主控制阀48被切换回第一位置(图3所示的最右侧位置)。与建筑材料的撞击则可以导致活塞42向上加速。活塞42的加速可以根据建筑材料的硬度而变化。例如，冲击较硬建筑材料可以致使活塞42具有较大的向上加速，而冲击较软建筑材料可以致使活塞42具有较小的向上加速。活塞42的该加速可以导致提升凹槽68和出口凹槽76之间的压力差发生改变。该压力差还可以表示建筑材料的硬度。例如，冲击较硬建筑材料可以导致提升凹槽68和出口凹槽76之间的角大压力差，而冲击较软建筑材料可以导致提升凹槽68和出口凹槽76之间的较小压力差。在一个实施方式中，作业工具24可以穿透较硬建筑材料表面仅仅约0.5mm到1.0mm，而作业工具24可以穿透较软建筑材料表面约10mm。

当作业工具24接触较硬建筑材料时，压力差阈值可能被超过，并且冲程控制阀86的阀元件88可以被推动到流动阻挡位置。在该位置，经过主控制阀84和油箱82之间的切换通道的流动可以被阻挡。因此，这可以使主控制阀84的切换操作延迟。具体而言，当活塞42向上加速时，主控制阀84可以可花费更长时间从第一位置(图3所示的最右侧位置)切换到第二位置(图3所示的最左侧位置)。这可以允许活塞42比正常操作更向上地运动，从而导致活塞42的更长冲程，这提供了较高的冲击能量和较低的频率。

当作业工具24接触较软建筑材料时，压力差阈值可能不被超过，并且冲程控制阀86的阀元件88可以保留在流动通过位置。在该位置，可以允许经过主控制阀84和油箱82之间的切换通道的流动，并且主控制阀84的切换操作正确地操作。当主控制阀84从第一位置(图3所示的最右侧位置)切换到第二位置(图3所示的最左侧位置)时，这可以导致活塞42的冲程比作业工具24接触较硬建筑材料时短。较短的冲程可以提供较低的冲击能量和较高的频率。可以想到，冲击能量也可以随着由压力控制阀80调控的压力而变化。在一些实施方式中，压力控制阀80可以在活塞42的冲程较短的情况下操作时致使液压回路具有较高压力。

活塞42可以响应于被冲击的建筑材料的硬度而以较短或较长冲程持续上下往复运动。因为冲程控制阀86的简化操作，活塞42能够容易地在较长冲程和较短冲程之间切换。在锤12的操作已经停止(即，不再接合操作控制阀96)之后，活塞控制阀80可以使出口凹槽76处的压力下降，使得提升凹槽68处的压力大于出口凹槽76处的压力，从而致使活塞42移动到套筒46内的最上面位置。因此，锤12的任何新的操作都将以活塞42的较长的初始冲程开始。

本发明可以提供用于液压锤的可变冲程控制，该液压锤包括冲程控制阀，该冲程控制阀选择性地延迟主控制阀的转换时刻，以允许液压锤在较短冲程和较长冲程之间切换。冲程控制阀的使用可以简化可变冲程控制操作，并且适合于改进具有非可变性冲程控制的液压锤。另外，通过利用压力控制阀，该冲程控制阀可以能够以长冲程开始锤操作。

对本领域技术人员显而易见的是，可以动本发明的系统进行各种修改和改动。通过考虑这里公开的方法和系统的说明和实践，所述系统的其他实施方式对本领域技术人员将显而易见。所述说明和示例旨在被认为仅仅是示例性的，本发明的真正范围由随后的权利要求以及它们的等效方案来表示。

Claims (10)

1.一种用于液压锤的可变冲程控制系统，该可变冲程控制系统包括：

入口凹槽，该入口凹槽围绕与所述液压锤关联的活塞形成并且被构造成接收加压流体；

出口凹槽，该出口凹槽围绕与所述液压锤关联的所述活塞形成并且被构造成排出所述加压流体；以及

阀，该阀与所述入口凹槽和所述出口凹槽流体连通，并且被构造成基于所述入口凹槽和所述出口凹槽之间的压力差中的变化而选择性调节所述活塞的冲程长度。

2.根据权利要求1所述的可变冲程控制系统，其中，所述压力差表示由所述液压锤的作业工具冲击的材料的硬度。

3.根据权利要求1所述的可变冲程控制系统，其中，所述阀被构造成在所述压力差大于阈值量时使所述活塞的冲程长度较长。

4.根据权利要求3所述的可变冲程控制系统，其中，所述阀被构造成在所述压力差小于所述阈值量时使所述活塞的冲程长度较短。

5.根据权利要求1所述的可变冲程控制系统，其中，所述阀包括：

阀元件，该阀元件被构造成在流动阻挡位置和流动通过位置之间移动；和

弹簧，该弹簧被构造成将所述阀元件偏压至所述流动阻挡位置。

6.根据权利要求5所述的可变冲程控制系统，其中，当所述压力差大于阈值量时所述阀元件移动到所述流动阻挡位置，而当所述压力差小于所述阈值量时所述阀元件移动到所述流动通过位置。

7.根据权利要求1所述的可变冲程控制系统，还包括布置在所述出口凹槽和回油箱之间的孔口，所述孔口被构造成减少由此流过的流体的质量流速。

8.根据权利要求7所述的可变冲程控制系统，还包括布置在所述出口凹槽和所述孔口之间的止回阀，所述止回阀被构造成提供从所述出口凹槽到所述孔口的单向流动。

9.根据权利要求1所述的可变冲程控制系统，其中，所述阀是第一阀，所述可变冲程控制系统还包括第二阀，该第二阀被构造成控制所述活塞的向上运动和向下运动之间的转换时刻。

10.根据权利要求9所述的可变冲程控制系统，其中，所述第一阀被构造成使所述活塞的向上运动到所述活塞的向下运动的转换延迟。