CN110307252B - 液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构 - Google Patents

Abstract

本发明针对液压锤活塞与缸体配合面易拉伤、活塞强度低的现象，提供一种液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构。液体静压支承活塞依靠液压系统供给的压力油，经节流孔进入静压补偿腔，把活塞浮在缸体中，保证了活塞在一定负载、在任何速度（包括静止）时都与缸体处于完全液体摩擦状态，由于两摩擦面之间充满了具有油压的润滑油，使摩擦面分隔开，避免拉伤，提高机械效率、延长使用寿命。

Description

液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构

技术领域

本发明涉及一种工程机械属具，特别是涉及一种液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构。

背景技术

为了破碎石料、混凝土及其他建筑材料，液压锤可附接到各种机器上，如挖掘机、反向铲或者其他类似机器。液压锤安装到机器的臂上并连接到液压系统。液压系统中的高压流体供给至液压锤以驱动与作业工具接触的活塞往复运动，并打击作业工具，完成破碎任务。

现有液压破碎锤锤芯主要包括：氮气室1、活塞环2、缸体3、活塞4、钎杆座5、内套6、内套挡销7、扁销8、外套9、外套挡销10、钎杆11、充气阀12、阀盖13、阀套14及阀芯15等。氮气室1、活塞环2（包含其上的密封件）、缸体3及活塞4形成封闭的空间，并经充气阀12向该空间（氮气室1内部）充入氮气，活塞4沿其轴向往复运动的过程中，伴随着氮气能量的储存与释放，活塞4向上运动压缩氮气，能量被储存，活塞4向下运动，液压和氮气一同做功，推动活塞4打击钎杆11；缸体3和活塞4及活塞环2（包含其上的密封件）形成封闭的空间（上腔A），上腔A间歇性的接通高压与回油（具体控制过程在下面的章节中阐述）；缸体3和活塞4及C处（主密封区域）的密封圈形成封闭的下腔B；在钎杆座5中，设有破碎岩石的钎杆11、起导向作用的外套9、对钎杆11限位作用的扁销8及限位和导向作用的内套6，内套6和外套9具有保护钎杆座5不被磨损的作用；内套挡销7对内套6限位，外套挡销10对外套9限位。

液压破碎锤工作原理如下：初始状态，由于氮气室1中氮气的作用，活塞4处于靠近钎杆11的一端，在通入高压油的瞬间，高压油经a5口进入阀组内部，在液压油的作用下，阀芯15上端面合力大于下端面合力（阀芯15在E处的台阶经a8、a3、a2口通回油，阀芯15在D处的台阶和a7口连通，并通回油，阀芯15在E处的台阶面积大于D处台阶面积。），所以阀芯15在阀套14的下端。

活塞回程阶段，在初始状态的基础上，在下腔B高压油的作用下，活塞4向上运动压缩氮气，上腔A中的液压油经a1口到a6口到a7口流回油箱（液压油经过a6口流到a7口是通过阀套14和阀芯15之间的环形槽回油），当活塞4向上运动至a3口和下腔B连通时，则阀组a8口得高压油，a2口被活塞封闭(阀芯15在E处的台阶面积大于D处台阶面积。)，此时阀芯15向上运动至阀套14的最上端，阀套上的回油口a7被阀芯15封闭，高压油经阀芯15的下端面进入阀套14上的a6口，然后经a1口进入上腔A。

活塞冲程阶段，在活塞回程结束，由于液压油在上腔A的作用面积大于下腔B的作用面积，向下的力大于向上的力，活塞4在油压及氮气压力的共同作用下，向下运动，并打击钎杆11。

回到初始状态，当活塞4向下运动使a8、a3、a2口连通，并通回油，阀芯15上端面的合力大于下端面的合力（阀芯15在E处的台阶面积大于D处台阶面积），阀芯15向下运动至阀套14的最下端，回到初始状态。

活塞重复以上工作过程完成破碎任务。

由于活塞4和缸体3之间靠间隙密封，活塞在往复运动的过程中很容易使运动副表面拉伤（拉伤一般就是活塞与缸体壁之间的摩擦系数过大导致配合表面很粗糙的现象），拉伤后液压锤不能正常工作，缸体3必须重新磨与活塞4配合的内孔，活塞4报废。

重新磨削缸体3，会导致以下问题的出现。

1.为陪保证配合间隙，必须用加大的活塞及油封（导致C区域的密封圈不能使用标准件、不通用，增加作业成本）。

2.导致缸体3报废（由于缸体3采用的低碳钢材料，必须渗碳处理，增加表面硬度，拉伤后，进行二次磨削，使得渗碳层变薄或硬度降低，一旦配合面没有足够的硬度，则缸体报废）。

缸体拉伤是导致大型液压锤缸体报废的主要原因，这是大型液压锤的通病，浪费了人力、财力及资源，增加了施工成本。

虽然专利：液压破碎锤活塞静压支撑及润滑结构（2017101582018）、新型液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构（2018100201583），能保证了活塞在一定负载、在任何速度（包括静止）时都与缸体处于完全液体摩擦状态，由于两摩擦面之间充满了具有油压的润滑油，使摩擦面分隔开，避免拉伤，提高机械效率、延长使用寿命，但是都在活塞4上设置轴向油路、径向油路、静压支承油腔及节流阀安装螺纹孔，这必然降低活塞4的机械强度，但是活塞4是用于打击钎杆11的部件，所受的冲击力很大，容易造成损坏。

发明内容

本发明针对液压锤活塞与缸体配合面易拉伤，专利：液压破碎锤活塞静压支撑及润滑结构（2017101582018）、新型液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构（2018100201583），虽然能保证了活塞在一定负载、在任何速度（包括静止）时都与缸体处于完全液体摩擦状态，使摩擦面分隔开，避免拉伤，提高机械效率、延长使用寿命，但是都在活塞4上设置轴向油路、径向油路、静压支承油腔及节流阀安装螺纹孔，降低了活塞4的机械强度的现象，特提供一种液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构。

液体静压支承活塞主要依靠液压系统供给的压力油，经节流孔进入静压补偿腔，把活塞浮在缸体中，保证了活塞在一定负载、在任何速度（包括静止）时都与缸体处于完全液体摩擦状态，由于两摩擦面之间充满了具有油压的润滑油，使摩擦面分隔开，避免拉伤，减小摩擦，摩擦系数约为冰与冰摩擦系数的1/15到1/20，提高机械效率。

活塞头部静压支承及润滑：在缸体下腔和密封圈之间周向等间隔的开几个油腔（便于说明，本实施例采用4油腔），并和活塞配合构成封闭的空间作为静压补偿腔，在该油腔和密封圈之间开设用于回油的环形槽，通过静压补偿腔的油经该环形槽回油箱；来自液压锤下腔的高压油（系统液压油，因为下腔和液压系统一直连通）经缸体内部的孔及节流孔进入静压补偿腔，当活塞不受载荷时（如：忽略自重），则各油腔的油压相同，保持平衡，活塞在缸体孔的中央。这时各油腔封油面和活塞之间的间隙相同（均为h）；如果活塞上施加径向载荷F（如：考虑活塞的自重），活塞将产生偏心量e。这时活塞和缸体在载荷方向（如：重力方向）的间隙减小为h-e，在载荷反方向一侧的间隙增加为h+e,由于油流向间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流孔的压降减小，各个静压补偿腔的供油压力是相同的（一定的），所以该油腔的压力将升高；反之，在载荷反方向一侧由于油流经间隙大的地方阻力小，流量增大，因此流经节流孔的压降增大，所以该油腔的压力将降低。这种压差变化就可以平衡外载荷。如：油腔径向有效承载面积为A，△P为两油腔的压力差，则

F=△P×A

随着偏心距e的增大，△P将进一步增大。

活塞最大径处静压支承及润滑：在缸体阀控回油环形槽和上腔A之间的区域周向等间隔的开几个油腔（便于说明，本实施例采用4油腔），并和活塞最大径处的后油槽配合构成封闭的空间作为静压补偿腔 ，在缸体上的静压补偿腔四周开设回油槽及卸荷（回油）槽，用于静压补偿腔回油，在活塞最大径处的后油槽处设置活塞轴向卸荷槽和活塞环形卸荷槽用于静压补偿腔回油及活塞的行程控制，液压锤下腔的高压油（系统液压油，因为下腔和液压系统一直连通）经缸体内部的孔及节流孔进入静压补偿腔；当活塞不受载荷时（如：忽略自重），则各油腔的油压相同，保持平衡，活塞在缸体孔的中央。这时各油腔封油面和活塞之间的间隙相同（均为h1）；如果活塞上施加径向载荷F1（如：考虑活塞的自重），活塞将产生偏心量e1。这时活塞和缸体在载荷方向（如：重力方向）的间隙减小为h1-e1，在载荷反方向一侧的间隙增加为h1+e1,由于油流向间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流孔的压降减小，各个静压补偿腔的供油压力是相同的（一定的），所以该油腔的压力将升高；反之，在载荷反方向一侧由于油流经间隙大的地方阻力小，流量增大，因此流经节流孔的压降增大，所以该油腔的压力将降低。这种压差变化就可以平衡外载荷。如：油腔径向有效承载面积为A1，△P1为两油腔的压力差，则

F1=△P1×A1

随着偏心距e的增大，△P将进一步增大。

附图说明

图1 液压破碎锤投影图。

图2 液压破碎锤原理分析及剖视图。

图3 剖视图B-B。

图4 剖视图J-J。

图5 缸体3剖视图。

图6 缸体剖视图Q-Q。

图7 活塞4视图。

图8 剖视图C-C。

图9 剖视图D-D。

图10 剖视图E-E。

图11 剖视图F-F。

图12 剖视图G-G。

图13 剖视图H-H。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施例进行详细的说明。

部分附图标记说明：

1氮气室 2活塞环 3缸体 4活塞 5钎杆座 6内套 7内套挡销 8扁销 9外套 10外套挡销 11钎杆 12充气阀 13阀盖 14阀套 15阀芯 16液压泵 17油箱18六角螺母 19长螺栓 20斧头螺母 21头部 22最大径 23尾部 24前油槽 25后油槽 26封油面 27回油槽 28环形槽 29节流阀 30卸荷槽 31堵头 A上腔 B下腔 C主密封区域 b1阀控环形槽 b2阀控回油环形槽 b3活塞轴向卸荷槽 b4活塞环形卸荷槽。

活塞4的头部16静压支承及润滑：在缸体3的下腔B和C区域的密封圈之间周向等间隔的开四个油腔，油腔四周的封油面26和活塞4配合构成封闭的空间作为静压补偿腔（剖视图G-G，依次标记为：V1、V2、V3、V4），封油面26的周围开设用于回油的回油槽27，在静压补偿腔（V1、V2、V3、V4）和C区域的密封圈之间开设用于回油的环形槽28，回油槽27和环形槽28连通，并接油箱；通过静压补偿腔（V1、V2、V3、V4）的油经封油面26和活塞4的头部21的配合间隙进入回油槽27和环形槽28，回油箱；来自液压锤下腔B的高压油经缸体3内部的油道及节流阀29上的节流孔a9进入静压补偿腔（V1、V2、V3、V4），当活塞4不受载荷时（如：忽略自重），则各油腔（V1、V2、V3、V4）的油压相同，保持平衡，活塞4在缸体3孔的中央，这时各油腔（V1、V2、V3、V4）的封油面26和活塞4之间的间隙相同（均为h）；如果活塞4上施加径向载荷F（如：考虑活塞4的自重），活塞4将产生偏心量e。这时活塞4和封油面26在载荷方向（如：重力方向）的间隙减小为h-e，在载荷反方向一侧的间隙增加为h+e,由于油流向间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流阀29上的节流孔a9的压降减小，各个静压补偿腔（V1、V2、V3、V4）的供油压力是相同的（一定的），所以该油腔的压力将升高；反之，在载荷反方向一侧由于油流经间隙大的地方阻力小，流量增大，因此流经节流阀29上的节流孔a9的压降增大，所以该油腔的压力将降低。这种压差变化就可以平衡外载荷。如：油腔径向有效承载面积为A，△P为对称的两油腔的压力差，则

F=△P×A

随着偏心距e的增大，△P将进一步增大，把活塞4浮在缸体3中，保证了活塞4在一定负载、在任何速度（包括静止）时都与缸体3处于完全液体摩擦状态，由于两摩擦面之间充满了具有油压的润滑油（液压油），使摩擦面分隔开，避免拉伤。

活塞4最大径22处静压支承及润滑：在缸体3阀控回油环形槽b2和上腔A之间的区域周向等间隔的开四个油腔，并和活塞4最大径22处的后油槽25配合构成封闭的空间作为静压补偿腔（V5、V6、V7、V8） ，在缸体3上的四个油腔四周开设回油槽27及卸荷槽30，用于静压补偿腔回油，在活塞4最大径22处的后油槽25处设置活塞轴向卸荷槽b3和活塞环形卸荷槽b4用于静压补偿腔（V5、V6、V7、V8）回油及活塞4的行程反馈，液压锤下腔B的高压油（系统液压油，因为下腔和液压系统一直连通）经缸体内部的孔及节流阀29上的节流孔a9进入静压补偿腔（V5、V6、V7、V8）；当活塞4不受载荷时（如：忽略自重），则各油腔（V5、V6、V7、V8）的油压相同，保持平衡，活塞4在缸体3孔的中央，这时各油腔封油面26和活塞4之间的间隙相同（均为h1）；如果活塞4上施加径向载荷F1（如：考虑活塞4的自重），活塞4将产生偏心量e1，这时活塞4的封油面26和缸体3在载荷方向（如：重力方向）的间隙减小为h1-e1，在载荷反方向一侧的间隙增加为h1+e1,由于油流向间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流孔a9的压降减小，各个静压补偿腔（V5、V6、V7、V8）的供油压力是相同的（一定的），所以该油腔的压力将升高；反之，在载荷反方向一侧由于油流经间隙大的地方阻力小，流量增大，因此流经节流孔a9的压降增大，所以该油腔的压力将降低。这种压差变化就可以平衡外载荷。如：油腔径向有效承载面积为A1，△P1为对称两油腔的压力差，则

F1=△P1×A1

随着偏心距e1的增大，△P1将进一步增大，把活塞4浮在缸体3中。

缸体3上的卸荷槽30、活塞轴向卸荷槽b3及活塞环形卸荷槽b4共同的作用下，保证静压补偿腔（V5、V6、V7、V8）的顺利回油，其中活塞环形卸荷槽b4的作用是使得缸体3上的卸荷槽30和活塞轴向卸荷槽b3连通的过渡结构，避免活塞旋转导致的两者周向相对位置的不确定性，两者不能连通的现象。

活塞4的头部21、最大径22两处进行静压支承，这样，保证了活塞4在一定负载、在任何速度（包括静止）时都与缸体3处于完全液体摩擦状态，由于两摩擦面之间充满了具有油压的润滑油（液压油），使摩擦面分隔开，避免拉伤。

Claims (4)

1.液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构，包括：氮气室（1）、活塞环（2）、缸体（3）、活塞（4）、钎杆座（5）、内套（6）、内套挡销（7）、扁销（8）、外套（9）、外套挡销（10）、钎杆（11）、充气阀（12）、阀盖（13）、阀套（14）、阀芯（15）、六角螺母（18）、长螺栓（19）、斧头螺母（20）、节流阀（29）及堵头（31）；六角螺母（18）、长螺栓（19）及斧头螺母（20）将氮气室（1）、缸体（3）、钎杆座（5）紧固连接；氮气室（1）、活塞环（2）、活塞环（2）上的密封件、缸体（3）及活塞（4）形成封闭的空间，并经充气阀（12）向该空间充入氮气；阀芯（15）、阀盖（13）及阀套（14）控制上腔（A）进油或回油进而控制缸体（3）内部的活塞（4）运动，打击钎杆（11）；钎杆座（5）内部设有内套（6）和外套（9）用于钎杆（11）的导向和限位，钎杆座（5）中的扁销（8）用于钎杆（11）的限位；其特征在于：在缸体（3）的下腔（B）和主密封区域（C）的密封圈之间周向等间隔的开四个油腔，油腔四周的封油面（26）和活塞（4）配合构成封闭的空间作为静压补偿腔V1、V2、V3、V4，封油面（26）的周围开设用于回油的回油槽（27），在静压补偿腔V1、V2、V3、V4和主密封区域（C）的密封圈之间开设用于回油的环形槽（28），回油槽（27）和环形槽（28）连通，下腔（B）中的高压油经缸体（3）内部油路、节流阀（29）上的节流孔（a9）进入静压补偿腔V1、V2、V3、V4；在缸体（3）阀控回油环形槽（b2）和上腔（A）之间的区域周向等间隔的开四个油腔，并和活塞（4）最大径（22）处的后油槽（25）配合构成封闭的空间作为静压补偿腔V5、V6、V7、V8 ，在缸体（3）上的四个油腔四周开设回油槽（27）及卸荷槽（30），用于静压补偿腔V5、V6、V7、V8回油，在活塞（4）最大径（22）处的后油槽（25）处设置活塞轴向卸荷槽（b3）和活塞环形卸荷槽（b4）用于静压补偿腔V5、V6、V7、V8回油，液压锤下腔（B）的高压油经缸体（3）内部的孔及节流阀（29）上的节流孔（a9）进入静压补偿腔V5、V6、V7、V8。

2.根据权利要求1所述的液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构，其特征在于：活塞（4）上的活塞环形卸荷槽（b4）和尾部（23）之间的部分为圆柱面。

3.根据权利要求1所述的液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构，其特征在于：缸体（3）上的卸荷槽（30）和回油槽（27）连通，不和阀控回油环形槽（b2）连通。

4.根据权利要求1所述的液压破碎锤活塞静压支承及润滑结构，其特征在于：缸体（3）上的回油槽（27）、卸荷槽（30）、活塞轴向卸荷槽（b3）和活塞环形卸荷槽（b4）共同作用下完成静压补偿腔V5、V6、V7、V8的回油。

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