CN109469058A

CN109469058A - 一种液压激发高频直线冲击装置

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Publication number: CN109469058A
Application number: CN201811194299.3A
Authority: CN
Inventors: 许慧保
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Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2038-10-15
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Abstract

一种液压激发高频直线冲击装置，属于机械领域，它包括液压缸、冲击锤、冲击座、被冲击体，其特征是所述液压缸为不等径双出杆的液压缸；液压缸活塞杆连接冲击锤，液压缸的小直径活塞杆腔油腔连接控制油管，液压缸的大直径活塞杆腔油腔连接高压油管，高压油管连接输入油管，控制油管连接冲击阀，冲击阀连接控制电机。本发明整体质量小，冲击频率高、冲击锤具有高加速度，能产生高频率的大冲击力。能提高工作效率，实现快速沉桩的效果。

Description

一种液压激发高频直线冲击装置

技术领域

本发明涉及用冲击方式工作的机械，例如大孔径液压凿岩机、桩工机械以及利用振动工作的机械。

背景技术

已有的冲击式机械例如液压打桩机的冲击装置一般都是借助液压力把冲击锤提高到一定的高度，然后自由落下打击桩冒使桩体下沉。为了获得较大的打击力需要增大冲击锤的质量。冲击装置冲击频率很低，一般50次/分以下，消耗功率大，效率低。这种方法是先让冲击锤具有一定的势能，然后自由落下实施打击，对对桩体能产生较大的冲击力。但是会对桩体会产生一定的损伤。另外，已有的液压凿岩机冲击频率虽然较高，但由于体内的冲击锤质量小，冲击力也小，不能满足开凿大孔径岩孔的需要。存在的主要问题是冲击频率低，或是冲击力小。

发明内容

本发明提供冲击频率高，冲击力大的一种液压激发高频直线冲击装置。

一种液压激发高频直线冲击装置，包括液压缸、冲击锤、套筒、冲击座、被冲击体，液压缸活塞杆连接冲击锤，液压缸的小直径活塞杆腔油腔连接控制油管，液压缸的大直径活塞杆腔油腔连接高压油管，高压油管连接输入油管，控制油管连接冲击阀，冲击阀连接控制电机。

本发明用叶片式旋转冲击阀和不对称液压缸做动力元件，驱动冲击锤高频往复运动并与被冲击物碰撞。

叶片式旋转冲击阀的叶片数量是偶数。

当冲击锤撞击被打击物时它具有很高的加速度，因此就能产生很大的冲击力，能满足多种冲击机械机的需要。具有高频率冲击的特性，并且能无极改变冲击频率，也能作为一种直线振动激振装置用于振动机械作振动源。

液压激发高频直线冲击装置使用的工作介质是液压油、乳化液、淡水、海水。

所述叶片式冲击阀包括阀芯、阀套和阀体。阀芯的外径d3。阀套的内径d4外径d5。阀体的内径d6。d3=d4；d5=d6。

阀芯套装在阀套的内孔中，并以公差保证两者之间有微量间隙，阀芯的两端用轴承支撑，阀芯在阀套内能自由转动。

阀套以过盈配合套装在阀体的内孔中，阀体的两端安装通盖、后盖及密封件后，将阀套和阀芯密封在其内。后盖连接回油管。阀体通过第一通油孔连接控制油管。

阀芯中心有两个不相通的中心孔，第一中心孔内装一根外接轴将第一中心孔孔口封闭。阀芯的外圆面上开设宽度为H1的第一环形槽和宽度为H2的第二环形槽。在第一环形槽内开设4条宽度为H3的轴向沟槽，并在轴向沟槽内镶嵌4片矩形叶片，叶片的厚度为H4且H3=H4，其顶部为圆弧形。叶片28的底部铺设弹性材料，阀芯装入阀套孔内时，压缩弹性材料，能推动叶片与阀套孔壁帖紧，起到密封作用。叶片将第一环形槽分割成A1、A2和B1、B2共4个部分，各为独立的油腔。在第一部分A1内开设第一径向孔并穿通第一中心孔，使第一部分A1、第二部分A2和第一中心孔相互联通。在第三部分B1内开设第二径向孔并穿通第二中心孔，使第三部分B1、第四部分B2和第二中心孔相互联通。

在第二环形槽内开设第三径向孔并穿通第一中心孔，使第二环形槽与第一中心孔相互联通。

阀套设置第三环形槽、第四环形槽，在第三环形槽内对称开设轴向矩形的第一油口和第二油口。

阀体设第一通油孔和第二通油孔，第一通油孔和第二通油孔分别与阀套的第三环形槽和第四环形槽对中。

所述液压缸缸筒内径为D，活塞两侧的活塞杆的直径分别为d1、d2且d1<d2。

液压缸的两腔有效工作面积不相等，下腔的有效工作面积S₁₂=(D²-d2²)π/4，上腔的有效工作面积S₁₃=(d2²-d1²)π/4，所以S₁₃＜S₁₂。

上腔经控制油管与叶片式旋转冲击阀的第一通油孔联通。油缸的下腔经输油管与输入油管联通。以上连接方式把油缸构成差动连接工作方式。

设高压油压力为P，下腔始终与高压油联通，“通过片式冲叶击阀”，使上腔V2压力能在0与P之间交换。当上腔V2压力为0时，油缸活塞上行，并通过活塞杆拉动冲击锤上行；压力为p时活塞以差动方式下行，并通过活塞杆推动冲击锤下行。

如果在等量时段内，分别供给两腔等量的压力油，由于下行受压面积小于上行受压面积（S₁₃＜S₁₂），所以活塞下行位移就大于上行位移。

因此活塞下行时冲击锤就要与冲击座发生碰撞。当冲击频率很高时，冲击锤具有很高的直线加速度。冲击锤的最大加速度a=-Xω²。其中X是向下的位移量，ω是角频率。根据力学定理冲击力F=ma，m是冲击锤的质量。因此，该装置能对冲击座产生高频率的大冲击力；当冲击锤上行时，对冲击锤的拉动力也对套筒产生等量的反作用力，该反作用力通过套筒作用于冲击座上。也就是说冲击锤在上行和下行时，装置对冲击座都产生垂直向下的作用力。

本发明的叶片式旋转冲击阀能间歇输出高压油和间歇回油。

叶片式冲旋转击阀具备下述条件：

（1）阀芯、阀套和阀体三个零件在圆周方向任意套装在一起，借助环形槽便可以将它们之间的油路联通。

（2）阀芯可以在阀套的内孔中以顺时针或逆时针方向自由转动。

（3）阀芯被驱动电机带动均速转动。无极改变驱动电机转速即可无极改变冲击频率。

（4）阀芯每转一个工位的时间相等。

（5）第一中心孔通过第二通油孔、第四环形槽、第四径向孔、第二环形槽、第三径向孔与高压油管联通。其内始终充满高压油。

阀芯转动时，第一油腔A1、第二油腔A2和第三油腔B1、第四油腔B2也随之转动。当第一油腔A1、第二油腔A2与阀套上第一矩形油口和第二矩形油口联通时，此时向控制油管输入高压油并进入油缸小直径活塞腔V2，高压油推动油缸活塞向下移动。当第三油腔B1、第四油腔B与阀套上第一矩形油口和第二矩形油口联通时，此时油缸上腔通过控制油管、第一矩形油口和第二矩形油口回油，大直径活塞腔V1的高压油就推动活塞向上移动。阀芯连续转动使上述过程连续发生，活塞杆拉动冲击锤往复运动。

阀芯每转一个工位的时间相等。即叶片式旋转冲击阀输出压力油的时间与回油的时间相等。输出高压油和回油两种功能交替进行。在工位A1时向小直径活塞腔V2输入高压油；在工位B1时V2腔回油，回油的同时经高压油管向大直径活塞杆腔V1输入与回油等量的高压油。因此，阀芯每转一转，向油缸的两腔交替输入两次高压油，油缸活塞上下运动两次。

本发明具有以下优点：

1）本发明整体质量小，冲击频率高、冲击锤具有高加速度，能产生高频率的大冲击力。能提高工作效率，实现快速沉桩的效果。

2）液压激发高频直线冲击装置只产生高频直线冲击。与现有的旋转偏心质量振动锤装置相比，后者激振力存在水平分量损失，前者只有垂直直线冲击力并无水平分量损失。因此，本发明的液压激发高频直线冲击装置具有节能效果。

3）本发明的液压激发高频直线冲击装置使用水介质，对环境无污染。特别是在海洋和江湖上作业时，使用海水、淡水介质对海洋和江湖无污染。

4）本发明的液压激发高频直线冲击装置在工作过程能无极改变冲击频率。能够满足不同条件的工作需要。

5）本发明只产生高频直线冲击力，没有水平分力干扰；冲击锤上行和下行，对冲击座都产生垂直向下的作用力。所以多台装置联动工作时互相不干扰。不需考虑同步问题，就可以多台装置联动工作。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是片式旋转冲击阀的结构图。

图3是图2沿A-A向的剖面图。

图4是图2沿B-B向的剖面图。

图5是本发明中阀芯的结构图。

图6是图5沿A-A向的剖面图。

图7是图5沿B-B向的剖面图。

图8是图5沿C-C向的剖面图。

图9是本发明中阀套的结构图。

图10是本发明中阀套的外形图。

图11是本发明中阀体的结构图。

图12是本发明中阀体的外形图。

图中，1、液压缸，2、冲击锤，3、套筒，4、冲击座，5、被冲击体，6、叶片式旋转冲击阀，7、控制电机，8、控制油管，9、高压油管2，10、回油油管，11、输入油管，12、阀芯，13、阀套，14、阀体，15、通盖，16、后盖，17、孔，18、第一通油孔，19、第二通油孔，20、第一中心孔，21、第二中心孔，22、第一径向孔，23、第二径向孔，24、外接轴，25、第一环形槽，26、第二环形槽，27、第三径向孔，28、叶片，29、第三环形槽，30、第四环形槽，31、第一油口，32、第二油口，33、第四径向孔。

具体实施方式

图1所示，一种液压激发高频直线冲击装置，包括液压缸1、冲击锤2、套筒3、冲击座4、被冲击体，液压缸1活塞杆连接冲击锤2，液压缸的小直径活塞杆腔油腔连接控制油管，液压缸的大直径活塞杆腔油腔连接高压油管，高压油管连接输入油管，控制油管连接冲击阀，冲击阀连接控制电机。

液压缸1采用不等径双出杆液压缸。液压缸1的缸筒上具有法兰，法兰与套筒3连接。缸筒内径为D，活塞两侧的活塞杆的直径分别为d1、d2且d1<d2。

冲击锤2是钢质圆柱体，冲击锤2与液压缸1的d2直径的活塞杆刚性连接。

套筒3是圆柱形空心钢筒，套筒3两端分别通过法兰与液压缸1和冲击座4连接。

冲击座4是圆盘形零件，冲击座4与套筒3和被冲击体5刚性连接。

被冲击体5是承受冲击的零件，包括桩体、凿岩机的钎杆。

叶片式旋转冲击阀6是供给液压缸1脉冲流量的元件。

驱动电动机7驱动叶片式旋转冲击阀6的阀芯以一定的转速转动，并可无极变速。

控制油管8是连接供油管11和小直径活塞杆腔13的油管。有向活塞杆腔13输入高压油和回油的作用。

高压油管9是连接供油管11和大直径活塞杆腔12的油管。有向活塞杆腔12输入、输出高压油的作用。油缸活塞上行时输入高压油；下行时输出高压油。

回油管10是总回油管。输入油管11是输入高压油的油管。

阀芯12的外径是d3。阀套13的内径是d4，外径是d5。阀体的内径是d6。d3=d4；d5=d6。

阀芯12套装在阀套13的内孔中，并以公差保证两者之间有微量间隙，阀芯的两端用轴承支撑，阀芯在阀套内能自由转动。

阀套13以过盈配合套装在阀体14的内孔中，阀体的两端安装通盖15、后盖16及密封件后，将阀套13和阀芯12密封在其内。后盖上的孔17是连接回油管10的螺孔。

阀体14上的第一通油孔18是连接控制油管8的螺孔。第二通油孔19与高压油管9连接。

图2、图3、图4所示，阀芯12是一个圆柱体，阀芯12的中心有两个不相通第一中心孔20和21，第一中心孔20内装一根外接轴24将其孔口封闭。圆柱体的外圆面上开设宽度为H1的第一环形槽25,和宽度为H2的第二环形槽26。在第一环形槽25内开设4条宽度为H3的轴向沟槽，并在轴向沟槽内镶嵌4片矩形叶片28，叶片28的厚度为H4，轴向沟槽H3=叶片厚度H4，其顶部为圆弧形。叶片28的底部铺设弹性材料，阀芯装入阀套孔内时，压缩弹性材料，能推动叶片与阀套孔壁帖紧，起到密封作用。叶片28将第一环形槽25分割成4个独立的油腔。在第一油腔A1内开设第一径向孔22并穿通第一中心孔20，使第一油腔A1、第二油腔A2和第一径向孔22相互联通。在第三油腔B1内开设第二径向孔23并穿通第二中心孔21，使第三油腔B1、第四油腔B2和第二径向孔23相互联通。

在第二环形槽26内开设第三径向孔27并穿通第一中心孔20，使第二环形槽26与第一中心孔20相互联通。

图9、图10所示，阀套是圆筒形零件，阀套的内径为d4，外径为d5。在阀套外周面上开设第三环形槽29，第三环形槽29的宽度是H5，且第三环形槽H5=第一环形槽H1。在阀套外周面上还开设第四环形槽30，第四环形槽30的宽度是H6。并在第三环形槽29内对称开设轴向矩形的第一油口31和第二油口32，第一油口31和第二油口32的长度相等，为H7，第一油口长度H7=第三环形槽H5，第一油口31和第二油口32的宽度相等，为H8，第一、第二油口宽度等于叶片28的厚度H3。

图11、图12所示，阀体是一个圆筒型零件，阀体内径D6等于阀套的外径D5，在圆柱面上开设第一通油孔18和第二通油孔19，分别与阀套套上的第三环形槽29和第四形槽30对中。两端面开设螺孔与通盖、后盖连接。

本发明的叶片式旋转冲击阀能间歇输出高压油和间歇回油的元件。

由以上对片式冲击阀结构的陈述，叶片式旋转冲击阀具备的条件是：

（2）阀芯可以在阀套的内孔中顺时针或逆时针方向自由转动。

（4）阀芯每转一个工位即由A1转到B1的时间相等。

由以上给出的条件可知，阀芯转动时，其上的第一油腔A1、第二油腔A2和第三油腔B1、第四油腔B2也随之转动。当当阀芯12转到图6所示的A-A位置, 第一油腔A1，第二油腔A2与阀套上第一矩形油口31和第二矩形油口32联通时，第一油腔A1，第二油腔A2与阀套上第一矩形油口31和第二矩形油口32联通时，此时油缸小直径活塞腔V2通过控制油管、第一矩形油口31和第二矩形油口32、第一油腔A1，第二油腔A2、矩形的第一油口31、第三环形槽29、第一通油孔22及中心孔20互相联通。此时通过油管8向油缸上腔供高压油。高压油推动油缸活塞向下移动。

当阀芯12转到图7所示的B-B位置时，第三油腔B1，第四油腔B2与阀套上第一矩形油口31和第二矩形油口32联通时，此时油缸小直径活塞腔V2通过控制油管、第一矩形油口31和第二矩形油口32、第三油腔B1，第四油腔B2、矩形的第一油口31、第三环形槽29、第一通油孔18及中心孔21互相联通。此时油管8向中心孔21回油，并通过端盖上的孔17及回油管10回油。这样，就使油缸上腔油的压力在0与P之间高频率交替变换。阀芯连续转动使上述过程连续发生，活塞杆拉动冲击锤往复运动。

阀芯12每转一个工位即由第一油腔A1转到第三油腔B1的时间相等。也就是说叶片式冲击阀输出压力油的时间与回油的时间相等。输出高压油和回油两种功能交替进行。在第一油腔A1工位时向小直径活塞腔V2输入高压油；在第一三油腔B1工位时小直径活塞腔V2腔回油，回油的同时经高压油管9向大直径活塞杆腔V1输入与回油等量的高压油。因此，阀芯每转一转，向油缸的两腔交替输入两次高压油，油缸活塞上下运动两次。

阀芯转一转，活塞上下运动的次数与叶片的数量是1:2的关系。阀芯上叶片的数量是偶数。

阀芯12由电机驱动匀速转动，则油缸活塞拉动冲击锤产生直线冲击运动，通过控制系统使驱动电机无极变速，阀芯12就跟随无极变速，则冲击锤的冲击频率也随之无极变频。

Claims

1.一种液压激发高频直线冲击装置，包括液压缸、冲击锤、冲击座、被冲击体，其特征是所述液压缸为不等径双出杆的液压缸；液压缸活塞杆连接冲击锤，液压缸的小直径活塞杆腔油腔连接控制油管，液压缸的大直径活塞杆腔油腔连接高压油管，高压油管连接输入油管，控制油管连接冲击阀，冲击阀连接控制电机。

2.根据权利要求1所述一种液压激发高频直线冲击装置，其特征是所述冲击阀为叶片式旋转冲击阀。

3.根据权利要求2所述一种液压激发高频直线冲击装置，其特征是所述叶片式旋转冲击阀包括阀芯、阀体、阀套，阀芯外径=阀套内径，阀套外径=阀体内径；阀芯套装在阀套的内孔中，阀芯的两端用轴承支撑，阀芯在阀套内能自由转动；阀套以过盈配合套装在阀体的内孔中，阀体的两端安装通盖、后盖及密封件；后盖连接回油管，阀体通过连接控制油管；阀芯中心有两个不相通的中心孔，第一中心孔（20）内装一根外接轴并将第一中心孔（20）孔口封闭；阀芯的外周圆面上开设宽度为H1的第一环形槽（25）和宽度为H2的第二环形槽（26）；在第一环形槽内开设4条宽度为H3的轴向沟槽，并在轴向沟槽内镶嵌4片矩形叶片，叶片的厚度为H4且H3=H4；叶片的底部铺设弹性垫，叶片将第一环形槽（25）分割成4个独立的油腔；在第一油腔A1内开设第一径向孔（22）并穿通第一中心孔（20），使第一油腔A1、第二油腔A2和第一径向孔（22）相互联通；在第三油腔B1内开设第二径向孔（23）并穿通第二中心孔（21），使第三油腔B1、第四油腔B2和第二径向孔（23）相互联通；在第二环形槽（26）内开设第三径向孔（27）并穿通第一中心孔（20），使第二环形槽（26）与第一中心孔（20）相互联通；阀套设置第三环形槽（29）、第四环形槽（30），在第三环形槽（29）内对称开设轴向矩形的第一油口（31）和第二油口（32）；阀体设第一通油孔（18）和第二通油孔（19），第一通油孔（18）和第二通油孔（19）分别与阀套的第三环形槽（29）和第四环形槽（30）对中。

4.根据权利要求2所述一种液压激发高频直线冲击装置，其特征是叶片式旋转冲击阀的叶片数量是偶数。

5.根据权利要求1所述一种液压激发高频直线冲击装置，其特征是液压缸的活塞两侧的活塞杆的直径分别为d1、d2且d1<d2；下腔的有效工作面积S₁₂=(D²-d2²)π/4，上腔的有效工作面积S₁₃=(d2²-d1²)π/4， S₁₃＜S₁₂；D为液压缸缸筒内径。

6.根据权利要求1所述一种液压激发高频直线冲击装置，其特征是液压缸的上腔压力为0时，油缸活塞上行，并通过活塞杆拉动冲击锤上行；液压缸的上腔压力为额定最大压力时，活塞以差动方式下行，并通过活塞杆拉动冲击锤下行。