CN107530872B - 具有复合活塞套筒的锤 - Google Patents

Abstract

公开了一种与液压锤(12)的活塞(46)一起使用的套筒(44)。套筒可以包括具有顶端(28)和底端(26)的大致圆柱形的主体，以及从大致圆柱形主体的顶端轴向延伸到底端的中心孔(94)。大致圆柱形的主体可以是具有引导层(68)、增强层(70)和支撑层(72)的复合结构，引导层形成中心孔的内环形表面，增强层位于引导层的径向外侧，支撑层结合至增强层。支撑层可以形成大致圆柱形主体的外表面。

Description

具有复合活塞套筒的锤

技术领域

本发明涉及一种锤，尤其涉及一种具有复合活塞套筒的液压锤。

背景技术

一种液压锤，通常称为破碎机，能够连接到各种机器上，用于铣刨沥青、混凝土、石材和其他施工材料的目的。传统的锤包括作业工具(例如，凿子)和往复活塞，作业工具具有结合待铣刨的材料的刀头，往复活塞由加压流体驱动以重复地撞击作业工具的基端。活塞往复地设置在套筒中，并且通过形成在套筒中的通道流体地连接至远程蓄能器。

2014年9月18日公开的Moore的美国专利公报No.2014/0262406(“406公报”)公开了一种用于液压锤的示例性活塞套筒。特别地，’406出版物公开了一种锤，其具有金属活塞套筒，活塞在其中往复地运动。铁质的套筒衬套置于套筒上，蓄能器膜围绕套筒衬套。活塞通过在套筒与套筒衬套间形成的通道供应和排放流体。具体地，纵向延伸的槽被加工成活塞套筒的外环形表面，并且当套筒衬套置于活塞套筒上时，这些槽就用于将高压流体输送到活塞和从活塞输送出的通道。

虽然该第406出版物的活塞套筒能够在许多应用中表现不错，但它可能仍然不是最佳的。特别地，活塞套筒和衬套的总重相当大，而且该重量可能限制相关联的液压锤应用于较小的机器。另外，套筒、衬套和通道的制作可能很麻烦并且昂贵。

公开的锤及套筒用于克服上述一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。

发明内容

在一个方面，本发明涉及一种用于液压锤的活塞的套筒。套筒可包括具有顶端和底端的大致圆柱形主体，以及从大致圆柱形主体的顶端轴向延伸到底端的中心孔。大致圆柱形主体可以是具有引导层、增强层和支撑层的复合结构，引导层形成中心孔的内环形表面，增强层位于引导层的径向外侧，支撑层结合至增强层。支撑层可形成大致圆柱形主体的外表面。

在另一方面，本发明涉及用于液压锤的活塞的另一种套筒。套筒可包括具有顶端和底端的大致圆柱形主体，以及从大致圆柱形主体的顶端轴向延伸到底端的中心孔。大致圆柱形主体可以是复合结构，其具有形成中心孔的内环形表面的塑料引导层；位于塑料引导层的径向外侧并与塑料引导层结合的橡胶增强层；以及结合到橡胶增强层的塑料蜂窝状支撑层，其形成所述大致圆柱形主体的外表面，并且至少部分地限定多个在其端部径向延伸穿过橡胶增强层和塑料引导层的纵向通道。塑料引导层、橡胶增强层和塑料蜂窝状支撑层可以通过3-D打印工艺制造为单个整体部件。

在另一方面，本发明涉及一种液压锤。液压锤可包括框架、设置在框架的第一端内的衬套，往复地设置在衬套内的作业工具以及被构造成关闭框架的第二端的头部。液压锤还可以包括套筒，该套筒安装在框架内，并具有大致圆柱形的主体，该大致圆柱形的主体具有顶端和底端，以及从大致圆柱形主体的顶端轴向延伸到底端的中心孔。大致圆柱形主体可以是复合结构，该复合结构具有形成中心孔的内环形表面的引导层；位于引导层的径向外侧并与引导层结合的增强层；以及结合到橡胶增强层的塑料蜂窝状支撑层，其形成大致圆柱形主体的外表面，并且至少部分地限定多个在其端部径向延伸穿过橡胶增强层和塑料引导层的纵向通道。液压锤还可以包括活塞和阀，活塞设置在大致圆柱形主体的引导层内，并可移动地从中心孔的底端重复地延伸并结合作业工具，阀滑动地设置在套筒内并可移动以调节流过多个纵向通道的流体。

附图说明

图1是配备有示例性公开的液压锤的机器的等轴视图；

图2是可形成图1的液压锤的一部分的示例性公开的锤组件的分解图；

图3是可以形成图2的锤组件的一部分的示例性公开的锤套筒的剖视图；以及

图4是可形成在图3的锤套筒内的流体管道的示例性网络的等轴视图。

具体实施方式

图1示出了机器10，其具有连接到其上的示例性公开的锤12。机器10可以构造成执行与特定行业相关联的工作，例如采矿或施工。例如，机器10可以是反铲装载机(如图1所示)、挖掘机、滑移装载机或其他机器。锤12可以通过吊杆14和连杆16枢转地连接到机器10，使得锤12可以被提升、移入和移出、卷曲以及左右摆动。可以设想，如果需要的话，可替代地使用不同的连接装置，从而以另一种方式移动锤12。

锤12可以包括外壳18和位于外壳18内的致动器组件20。外壳18可以将致动器组件20连接到连杆16，并且为致动器组件20提供保护。作业工具22可以在连杆16的对面可操作地连接到致动器组件20的端部，并且从外壳18突出。可以设想，作业工具22可以具有本领域已知的任何构造。在所公开的实施例中，作业工具22是冲击式钻头。

如图2的分解图所示，致动器组件20可包括具有底端26和相对的顶端28的框架24。衬套30可设置在底端26内，并且冲击系统32可容纳在顶端28内。衬套30可构造成接收作业工具22(参考图1)，并且销34可将工作工具22和衬套30固定在框架24内。头部36可关闭框架24的顶端28，从而封闭冲击系统32，并且一个或多个螺纹紧固件38可将头部36刚性地附接至框架24。

冲击系统32可以是同轴地设置在框架24内的部件的组件，其协作以引导作业工具22在衬套30内的垂直往复运动。具体地，冲击系统32可以包括蓄能器膜40、套筒44、活塞46、阀48和密封架50等等。蓄能器膜40可以设置在框架24内部，套筒44可以设置在蓄能器膜40内，并且活塞46可以设置在套筒44内。密封架50可置于活塞46的基端上以形成外壳，并且阀48可以在外壳内轴向地上下滑动。阀48和密封架50可以完全地位于头部36内，而蓄能器膜40和套筒44可以完全地位于框架24内。活塞46可以构造成在操作期间在框架24和头部36内滑动，活塞46的冲击端重复地接触作业工具22的内端(参见图1)。

蓄能器膜40可以是柔性管，其构造成保持足够驱动活塞46通过至少一个冲程的加压流体的量。流体可以保持在形成在蓄能器膜40的内壁和套筒44的外壁之间的环形空间中。袋可以形成在蓄能器膜40外部(即，在蓄能器膜40的外环形壁和框架24的内环形壁之间)，并且构造成在其中接收加压气体。加压气体可以用作弹簧以选择性地将蓄能器膜40径向向内压缩，从而收缩蓄能器膜40的体积并进一步对其中的流体加压。

图3中示出了示例性的套筒44。从图中可以看出，套筒44可以是中空的、相对刚性的管，其具有位于作业工具22附近的底端52(参考图1)和远离作业工具22的顶端54。环形凹槽56可以在底端52处围绕套筒44形成，并且构造成容纳蓄能器膜40的向内突出的唇缘，从而在套筒44和蓄能器膜40之间产生流体密封。套筒44的顶端54可以是阶梯形的，具有从径向延伸的凸缘60向上突出的较小直径部分58。较小直径部分58可以容纳在密封架50内(参考图2)，凸缘60可以容纳在头部36内。轴向阀室59可以在顶端54处形成在套筒44内部，该阀室向下延伸到凸缘60的内端。阀室59可以构造成滑动地接收阀48。

套筒44可以是复合结构，该复合结构具有由多层不同材料制成的主体。这些不同的层可以包括引导层68、增强层70和支撑层72等。在所公开的实施例中，这些层中的每一个沿其整个轴向长度结合到相邻的层。然而，可以设想，可选择地，这些层可以仅彼此端接(例如，在一个或两个轴向端部彼此结合)。在另一可选的实施例中，这些层中的每一个可以形成分离的部件的部分，这些分离的部件随后被组装在一起，在其间具有或不具有任何类型的机械粘合。

套筒44的不同的层中的每一个可以具有不同的功能。特别地，引导层68可以用作活塞46的引导件(参考图2)。增强层70可用于产生在引导层68上向内指向的大致均匀的压力(即，增强层70可以压缩引导层68)。支撑层72可以为套筒44提供期望的刚度，同时也用作内部通道的结构，这将在下面更详细地讨论。可以选择套筒44的每一层的材料、形状和尺寸以提供预期的功能。

引导层68可以是大致圆柱形的和中空的，内侧环形表面形成套筒44的中心孔94的一部分，其接收活塞46的外环形表面。中心孔94可以对阀室59开放并且大体上对齐。在所公开的实施例中，引导层68是柔性的，并且被设计成当活塞46在引导层68内轴向滑动时，符合活塞46的形状和尺寸。引导层68的内径可以小于活塞46的外径，使得实现过盈配合。换句话说，引导层68可稍微向外扩展，以便接收活塞46，然后在活塞46周围回弹以符合活塞46的外部轮廓。当活塞46在引导层68内上下移动时，该配合可有助于减少活塞46周围的流体泄漏。在所公开的实施例中，引导层68由塑料材料(例如尼龙或丙烯腈丁二烯苯乙烯)制成。引导层68的径向厚度可以小于套筒44的总径向厚度的约1/4。

增强层70也可以是大致圆柱形和中空的，其内环形表面结合至引导层68的外环形表面。在所公开的实施例中，增强层70也是柔性的(例如，比引导层68更柔性或更低刚性)，并且用作弹簧以在上述的引导层68上连续施加向内的压力。该向内的压力可有助于保持引导层68的内表面与活塞46的外表面持续接触，从而减少它们之间的流体泄漏。在所公开的实施例中，增强层70由具有约70-95的肖氏-A硬度值的橡胶材料(例如天然橡胶或聚氨酯)制成。增强层70的径向厚度可以大于引导层68的径向厚度。例如，增强层70的径向厚度可以是套筒44的总厚度的约1/4至1/2。

支撑层72也可以是大致圆柱形和中空的，其内环形表面结合到增强层70的外环形表面。在所公开的实施例中，支撑层72是刚性的(例如，比引导层68和增强层70更硬)并且用作支撑套筒44的剩余层的结构，以将套筒44连接到冲击系统32的其余部分(参考图3)，并且提供整个套筒44中的流体流动。在所公开的实施例中，支撑层72由与引导层68的塑料材料相同或不同的塑料材料(例如，尼龙或丙烯腈丁二烯苯乙烯)制成。支撑层72的径向厚度可以大于增强层70的径向厚度。

支撑层72可以具有多孔的中间材料，以有助于减小套筒44的重量。在一个实例中，多孔结构包括大致实心的内表面74、大致实心的外表面76和形成在内表面74和外表面76之间的蜂窝图案78。蜂窝图案78中的每个单元的纵向轴线80可以被定向成径向向内穿过套筒44的中心轴线82。换句话说，每个单元可以相对于中心轴线82径向向外朝向，使得每个单元的内部开口可以具有比同一单元的外部开口更小的横截面面积。如果需要，其他多孔图案(例如，圆形、椭圆形、菱形、正方形、矩形、三角形等)也可以用于制造支撑层72的中间材料。此外，支撑层72的中间材料可以具有随机的多孔结构，例如泡沫类型的结构。

在一个实例中，支撑层72可以具有比引导层68或增强层70中任一个更大的长度。特别地，支撑层72可以完全穿过套筒44的顶端54和底端52地延伸，而其余层可以仅位于预期会与活塞46接触的套筒44的中心区域内。例如，支撑层72可以在顶端54处形成凸缘60和小直径部分58，并且在底端52处形成凹槽56。在该实例中，引导层68和增强层70可以在凹槽56和凸缘60之外终止。

多个管道可以在套筒44内形成，其有助于活塞46的不同区域与冲击系统32的不同部分之间的流体连通。这些管道中的一些在图3的结构模型和图4的管道模型中都是可见的，而这些管道中的其他管道仅在图4的管道模型中是可见的。应当注意，图4的管道模型表示由套筒44的结构特征形成的主管道，为了清楚起见，去除了结构特征。套筒44可能具有在图4的模型中示出的额外的或更少的管道。

套筒44的主管道可以包括外环形凹槽84(图3和图4所示)、内环形凹槽86(仅在图4中示出)、多个径向定向的通道88(例如，十七个-如图3和图4所示)、多个内环形槽90(例如，仅在图4中示出四个)和多个细长通道92(例如，八个-仅在图4中示出)等等。凹槽84可以在凸缘60处围绕套筒44形成(例如，在支撑层72的外表面76内)。凹槽86可以在与凹槽84相同的大致轴向位置处形成在套筒44的内部(例如，在中心孔94处的引导层68的内壁内)。通道88可以在低于凹槽84和86的轴向位置处形成在套筒44的顶端54处，并且完全穿过套筒44到达阀室59。在一个实施例中，额外的内环形凹槽91可以形成在通道88的内侧端部。槽90可以在凹槽91(仅在图4中示出)和套筒44的底端52之间的轴向位置处形成在套筒44的内孔壁(即，引导层68)内。槽90可以在套筒44的轴向方向上有序地间隔开，开始于最靠近顶端54的槽90a，并结束于最靠近底端52的槽90d。槽90a-90c可以具有基本相同的几何形状，而槽90d可以具有较大的流动面积。四个一般类型的通道92可以形成在支撑层72内(即，包围在内表面和外表面74，76之间)，例如一个或多个(例如五个)压力通道92a、排放通道92b、导向通道92c和截止通道92d。通道92b-92d可以具有基本相同的横截面几何形状，而通道92a可具有较大的流动面积。

通道92可以将套筒44的不同凹槽和槽相互连接。例如，压力通道92a可将径向通道88(例如，通过凹槽91)与槽90d连接。排放通道92b可以从套筒44的上端面延伸通过槽90a。在一些实施例中，排放通道92b可以进一步朝向底端52延续，并且径向向内重定向通过引导层68的壁。导向通道92c可以将内环形凹槽86与槽90b连接。截止通道92d可以将外环形凹槽84与槽90c连接。在一些实施例中，通道92可围绕套筒44的圆周以大致平行的轨迹呈螺旋形。在其他实施例中，一个或多个通道92可以是直的并且大致平行于轴线82延伸。在另一些实施例中，一个或多个通道92可以沿其长度改变轨迹以适应特定的套筒特征，以提供套筒44的结构完整性，以增强制造工艺或用于任何其他目的。通道92的横截面形状可以是大致圆形或椭圆形，并且也可以沿其长度变化。在一些实施例中，通道92可以简单地由蜂窝图案74(参见图3)中的特定单元构成，其彼此不完整和/或开放，使得流体可以以期望的方式在相邻单元之间通过。

套筒44的各种管道可以选择性地填充或排出加压油，以实现活塞46的运动(参考图2)。具体地，入口96和出口98(仅在图2中示出)可以形成在头部36内，并且基于操作员命令选择性地与套筒44的管道连接。根据建立的特定连接，活塞46可向上移动、向下移动或被禁止运动。

例如，基于致动锤12的命令，加压流体可以同时通过入口96被引导至蓄能器膜40的内部空间、至凹槽84、至径向通道88(和凹槽91)以及至压力通道92a。此时蓄能器膜40和套筒44之间的空间可以被加压流体填充，以供将来在需要时用于快速填充其他管道。由于阀48处于正常的下方位置，流体通过径向通道88向套筒44的孔94的向内流动可能在此时被阻断。

当加压流体向下流过压力通道92a并被径向向内转向进入环形槽90d时，它可以压靠活塞46的下肩部并引起活塞46的向上运动。随着活塞46向上移动，环形槽90c、90b和90a可以顺序地打开，并通过套筒44的孔94与环形槽90d流体连接。当环形槽90d与环形槽90b流体连接时，加压流体可以通过通道92c流动，以作用于控制阀48的下端，使得控制阀48向上运动并且解锁凹槽91(和径向通道88)。当这种情况发生时，径向通道88处的加压流体可以在顶端54处向内流动到套筒44的孔94并且压靠活塞46的上肩部，推动活塞46返回向下。然而，由于此时活塞46的力和/或向上动量的不平衡，流体流过通道88产生的向下的力可能还不足以阻止或反转活塞46的运动。

活塞46的进一步向上运动可以最终将环形槽90d与环形槽90a流体连接。当这种情况发生时，加压流体可以从活塞46的下肩部处的套筒44的孔94向上通过环形槽90a和通道92d至出口98，从而减小作用在活塞46的下肩部上的流体的压力。在这种情况下，由于加压流体仍然作用在活塞46的上肩部，活塞46的下肩部处的突然的压力下降可能产生力不平衡，导致活塞46向下运动。

活塞46可以返回向下直到环形槽90a、90b和90c依次被活塞46覆盖并阻断与环形槽90d的连通。当环形槽90b与环形槽90d的连通被阻断时，阀48可被允许(和/或强制)向下回到其正常位置，以切断径向通道88与套筒44的孔94和活塞的上肩部的连通46，从而重新启动循环。

如果在锤12的使用期间，作业工具22突然由于铣刨的物料而中断，则作业工具22可以移动到完全伸出的位置。当这种情况发生时，环形槽90c内的加压流体可以与活塞46的上肩部连通，防止作业工具22的向上返回运动。在这种情况下，在可能进行进一步操作之前，可能需要复位锤12。也就是说，作业工具22可能需要被机械地推回衬套30足够远，使得环形槽90c再次被活塞46阻断。这可以通过吊臂14和/或杆16的运动(参见图1)迫使锤12撞击地面材料来实现。

工业实用性

所公开的液压锤可以具有高效率和适用性。具体地，因为所公开的液压锤可以在套筒44内包括多孔支撑层，套筒44的重量可以减小。塑料和橡胶材料的使用可进一步减小套筒44的重量。这种减重可能导致相关联的作业工具的快速移动。快速的作业工具运动可以促进相关机器的高生产率，从而也提高了铣刨过程的效率。此外，套筒44的减轻的重量可使锤12更容易由较小的且较低功率的机器移动。

在所公开的实施例中，可以通过3-D打印工艺制造一层或多层套筒44(包括图4中所示的任何一个或多个管道)。例如，可以同时打印引导层68、增强层70和支撑层72中的一个或多个，使得在打印过程结束时，层作为单个部件一体地形成并且互相结合。在所示的实例中，引导层68、增强层70和支撑层72(以及图4所示的所有管道)都通过3-D打印同时形成。

为了本发明的目的，3-D打印可以被认为是在计算机的控制下在连续层中沉积材料(例如塑料、橡胶等)的额外的制造工艺。可以基于与3D电子模型(例如，套筒44的型号)相关联的数据并且根据存储在计算机可读介质上的指令来沉积材料。在所公开的实例中，3-D电子模型包括引导层68、增强层70和支撑层72的关键特征(例如，位置、取向、尺寸、性质、公差等)。在一些实施例中，为了完成套筒44的制造，在沉积材料层之后，仍可能需要完成清洁、硬化、热处理、材料去除和/或抛光工艺。

与首先形成分离的部件，将通道钻入部件中，然后将部件彼此连接相比，通过经由3-D打印工艺形成套筒44，该形成过程可以更快更便宜。此外，3-D打印可以允许改进性能并进一步降低成本的复杂的通道轨迹、减小的通道长度、平滑的连续通道轨迹以及较少的部件(例如，通道塞、限制孔等)。此外，套筒44可以具有更薄和/或更轻的壁(例如，由于支撑层72的孔隙度)，从而产生具有更大的工业适用性的更轻重量的部件。

对于本领域技术人员显而易见的是，可以对本发明的活塞套筒和锤进行各种修改和变化。考虑到本文公开的活塞套筒和锤的说明书和实践，锤的其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本说明书和诸实例应被认为仅是示范的，而本发明真正的范围由下面的权利要求书和其等价物予以指明。

Claims (10)

1.一种用于液压锤(12)的活塞(46)的套筒(44)，所述套筒包括：

大致圆柱形主体，其具有顶端(28)和底端(26)；以及

中心孔(94)，其从所述大致圆柱形主体的所述顶端轴向地延伸到所述底端；

其中所述大致圆柱形主体是复合结构，包括：

引导层(68)，形成所述中心孔的内环形表面；

增强层(70)，位于所述引导层的径向外侧且与所述引导层结合，所述增强层构造成向内包围并压缩所述引导层；以及

支撑层(72)，其结合至所述增强层并形成所述大致圆柱形主体的外表面；

多个管道形成在所述套筒中，其中，所述套筒的管道包括外环形凹槽、内环形凹槽、多个径向通道、多个内环形槽和多个细长的纵向通道。

2.根据权利要求1所述的套筒，还包括形成在所述套筒的顶端中的阀室(59)，其中：

所述引导层和增强层终止于所述阀室的内轴向端部；并且

所述支撑层延伸穿过所述阀室的内轴向端部，并形成所述阀室的环形壁。

3.根据权利要求1所述的套筒，其中：

所述支撑层的厚度大于所述增强层的厚度；

所述增强层的厚度大于所述引导层的厚度；

所述引导层的厚度小于所述套筒总厚度的四分之一；并且

所述增强层的厚度为所述套筒总厚度的约1/4-1/2。

4.根据权利要求1所述的套筒，其中：

所述引导层比所述增强层更硬；并且

所述支撑层比所述引导层更硬。

5.根据权利要求1所述的套筒，其中：

所述引导层和所述支撑层由塑料材料制成；

所述增强层由橡胶材料制成；并且

所述引导层、所述增强层和和所述支撑层通过3-D打印工艺制造为单个整体部件。

6.根据权利要求5所述的套筒，其中所述支撑层包括：

结合到所述增强层的外表面的大致实心的内表面；

大致实心的外表面；以及

多孔的中间材料，其具有蜂巢图案(78)并且位于所述大致实心的内表面(74)和外表面(76)之间。

7.根据权利要求1所述的套筒，其中所述支撑层至少部分地限定多个纵向通道(92)，所述多个纵向通道径向延伸，在其端部穿过所述增强层和所述引导层。

8.根据权利要求7所述的套筒，其中：

所述大致圆柱形主体的顶端具有比所述底端更小的直径；并且

由所述支撑层形成的所述大致圆柱形主体的所述外表面包括：

位于邻近所述顶端的径向延伸的凸缘(60)；以及

位于所述底端的第一环形凹槽(56)。

9.根据权利要求8所述的套筒，其中：

所述多个径向通道向内延伸穿过所述大致圆柱形主体的径向延伸的凸缘；

所述多个纵向通道包括：

多个压力通道(92a)，其在上端与所述多个径向通道流体连接；

排放通道(92b)；

导向通道(92c)；以及

截止通道(92d)；并且

所述套筒还包括：

第一环形槽(90a)，其形成在所述中心孔的内环形表面内且流体连接到所述多个压力通道的下端；

第二环形槽(90b)，其形成在所述中心孔的内环形表面内且流体连接到所述排放通道的下端；

第三环形槽(90c)，其形成在所述中心孔的内环形表面内并且流体连接到所述导向通道的下端；以及

第四环形槽(90d)，其形成在所述中心孔的内环形表面内并流体连接到所述截止通道的下端。

10.根据权利要求9所述的套筒，其中：

所述第四环形槽位于比所述第一环形槽更靠近所述大致圆柱形主体的底端；

所述第四环形槽位于比所述第三环形槽更靠近所述大致圆柱形主体的底端；

所述第三环形槽位于比所述第二环形槽更靠近所述大致圆柱形主体的底端；

由所述支撑层形成的大致圆柱形主体的外表面还包括位于径向延伸的凸缘中的第二环形凹槽；并且

所述截止通道的下端与所述第二环形凹槽流体连通。

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