CN110439455B - 一种凿岩设备的工作装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凿岩设备的工作装置，包括：缸体；冲击活塞，其设置于所述缸体中并与所述缸体限定出上液压腔和下液压腔；冲击杆；换向阀；主工作管路；控制机构，当所述上液压腔和下液压腔内的液压油对所述冲击活塞的第一压力差超过第一额定压力差时，所述控制机构用于限制所述第一压力差。借助控制机构对超过第一额定压力差的实际的第一压力差进行限制，使得冲击活塞在第一压力差的作用下不至于产生过大的冲击力，进而有效保护了冲击活塞，提高了冲击活塞及相关部件的使用寿命，使得冲击活塞的冲击力相比于现有技术的冲击活塞变的可控。

Description

一种凿岩设备的工作装置

技术领域

本发明涉及一种凿岩设备的工作装置。

背景技术

现有技术中的凿岩设备的工作装置倚靠冲击力使岩石破碎，该工作装置通常包括缸体、设置于缸体中的冲击活塞、设置于冲击活塞下方的冲击杆；冲击活塞与缸体之间限定出两个液压腔，即：上液压腔和下液压腔，通过换向阀件使液压油进入两个液压腔中，并借助位于两个液压腔的液压油对冲击活塞所产生的压力差而使得冲击活塞往复运动以撞击冲击杆(冲击活塞通过向下运动而撞击冲击杆而使冲击杆撞击岩石而使岩石破坏)或远离冲击杆。

现有技术中的工作装置中，冲击活塞的冲击力至少部分的由液压油的压力(若工作装置中的冲击活塞仅由液压油驱动时，冲击活塞的冲击力几乎完全由液压油的压力决定，若工作装置的冲击活塞由液压油及被压缩的气体驱动时，冲击活塞的冲击力部分的还由被压缩气体的压缩量及被压缩的压力决定)，而当所提供的液压油的所产生的压力差瞬间或持续过高时，位于液压腔中的液压油会使得冲击活塞以很大冲击力撞击冲击杆，冲击杆对冲击活塞的反力容易使冲击活塞产生永久性变形，进而造成冲击活塞损坏，冲击活塞所出现的上述现象被工程技术领域中称为“冲击力不可控现象”。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明的实施例提供了一种凿岩设备的工作装置。

为解决上述技术问题，本发明的实施例采用的技术方案是：

一种凿岩设备的工作装置，包括：

缸体；

冲击活塞，其设置于所述缸体中并与所述缸体限定出上液压腔和下液压腔；

冲击杆，其位于所述冲击活塞的下方；

换向阀；

主工作管路，其借助所述换向阀的介入选择性的向所述上液压腔和下液压腔提供液压油以使得所述冲击活塞能够进行往复运动以通过撞击所述冲击杆而实施对岩石的凿岩作业；

控制机构，当所述上液压腔和下液压腔内的液压油对所述冲击活塞的第一压力差超过第一额定压力差时，所述控制机构用于限制所述第一压力差。

优选地，当所述冲击活塞通过其朝向所述上液压腔的上轴肩的面积大于朝向所述下液压腔的下轴肩的面积而使液压油对所述冲击活塞形成所述第一压力差时，所述控制机构通过限制位于所述上液压腔内的液压油的压力以限制所述第一压力差；其中：

当所述上液压腔内的液压油的压力超过额定压力时，所述控制机构用于限制所述上液压腔内的液压油的压力；

所述第一额定压力差对应于额定压力。

优选地，所述控制机构用于以使所述上液压腔内的液压油经过当液压油的压力大于额定压力时被打开的阀口而从所述上液压腔流出的方式而限制所述上液压腔内的液压油的压力。

优选地，所述控制机构包括：

滑动阀，其位于所述上液压腔的上方；

顶部液压腔，其由所述滑动阀与所述缸体的上端限定出；

控制管路，其用于向所述顶部液压腔提供液压油，且所述控制管路用于与所述主工作管路引导压力相同的液压油；

弹簧，其用于以一定预紧力向上推抵所述滑动阀；

回油管路；其中：

所述滑动阀与所述缸体围成一个导流液压腔，所述回油管路连接至所述导流液压腔；

所述滑动阀配置成：所述滑动阀的上端的朝向所述顶部液压腔的受压面的面积大于所述滑动阀的下端的朝向所述上液压腔的受压面的面积，以使所述顶部液压腔内的液压油对所述滑动阀与所述上液压腔内的液压油对所述滑动阀形成第二压力差；

所述阀口由所述滑动阀与所述缸体限定出，当所述阀口打开后，所述上液压腔内的液压油通过所述阀口进入所述导流液压腔，并通过所述回油管路将液压油引出所述缸体。

所述弹簧配置成：当所述第二压力差超过第二额定压力差时，所述弹簧屈服，以使得所述滑动阀通过下滑而使所述阀口打开；

所述第二额定压力差对应于所述额定压力。

优选地，使所述阀口配置成截面可变阀口，以当所述滑动阀下移时，所述阀口随所述滑动阀的下移量的增大而增大。

优选地，所述缸体的内壁上开设有多个周向布置且竖直延伸的引导槽，所述引导槽的截面自上而下增大；

所述滑动阀的中部内凹以与所述缸体围成所述导流液压腔，并使得滑动阀的下端形成挡环，所述挡环的外周面与其所在位置的引导槽共同限定出所述阀口；

当所述滑动阀下移时，所述挡环所在位置的引导槽的截面增大以使所限定出的所述阀口的截面增大。

优选地，所述冲击活塞的上部穿设所述滑动阀；其中：

使所述冲击活塞穿设所述滑动阀的下端的直径大于所述冲击活塞穿设所述滑动阀的上端的直径，以使：所述滑动阀的上端的朝向所述顶部液压腔的受压面的面积大于所述滑动阀的下端的朝向所述上液压腔的受压面的受压面积。

优选地，所述滑动阀的上端设置顶柱，所述顶柱通过止挡于所述缸体的顶部以使所述顶部液压腔具有一定轴向尺寸。

优选地，所述回油管路上形成有通流截面可变的节流阀。

本发明还公开了一种凿岩设备，包括上述的凿岩设备的工作装置。

与现有技术相比，本发明的凿岩设备的工作装置的有益效果是：借助控制机构对超过第一额定压力差的实际的第一压力差进行限制，使得冲击活塞在第一压力差的作用下不至于产生过大的冲击力，进而有效保护了冲击活塞，提高了冲击活塞及相关部件的使用寿命，使得冲击活塞的冲击力相比于现有技术的冲击活塞变的可控。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的凿岩设备的工作装置使用状态视图(其中的冲击活塞所受到的第一压力差等于或小于第一额定压力差)。

图2为本发明的实施例提供的凿岩设备的工作装置使用状态视图(其中的冲击活塞所受到的第一压力差大于第一额定压力差)。

图3为图2的局部A的放大视图。

图中：

10-缸体；11-上液压腔；12-下液压腔；13-顶部液压腔；14-导流液压腔；15-引导槽；20-冲击活塞；21-上轴肩；22-下轴肩；30-滑动阀；31-中部内凹；32-挡环；33-阶梯孔；34-孔道；35-顶柱；40-弹簧；51-液压泵；52-储油箱；61-第一工作管路；62-第二工作管路；63-换向阀；64-控制管路；65-回油管路；66-节流阀；67-开关阀；68-支路；69-开关阀；70-冲击杆；80-气缸；90-阀口。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

如图1至图3所示，本发明公开了一种凿岩设备的工作装置，该工作装置包括：缸体10、冲击活塞20、冲击杆70、主工作管路以及控制机构。冲击活塞20设置于缸体10中，冲击活塞20与缸体10共同限定出两个液压腔，即：上液压腔11和下液压腔12；冲击杆70设置在冲击活塞20的下方，并借由冲击活塞20的撞击而实施对岩石的凿岩作业以试图击碎岩石。主工作管路用于引导液压油进入上液压腔11和下液压腔12，该液压油可由凿岩设备中的液压泵51从储油箱52中获得，也就说，借由液压泵51的运行，使得液压油以一定压力进入上液压腔11和/或下液压腔12。为使得冲击活塞20能够实现往复运动以周期性撞击冲击杆70，使上述换向阀63介入主工作管路中，当然，换向阀63的介入方式以及换向阀63的类型可以有多种，在现有技术中已记载了一些介入方式和换向阀63的类型，总体上，借助换向阀63的介入选择性的向上液压腔11和下液压腔12提供液压油以使得冲击活塞20能够进行往复运动。

换向阀63介入主工作管路目的在于：使上液压腔11内的液压油对冲击活塞20的压力与下液压腔12内的液压油对冲击活塞20的压力之间所形成的第一压力差的方向发生周期性变化，以借此驱动冲击活塞20往复运动。

而现有技术中，在第一压力差切换至朝下的方向而驱动冲击活塞20朝下运动以实施对冲击杆70的撞击的过程中，若第一压力差过大，该第一压力差势必使得冲击活塞20对冲击杆70的冲击力过大，这可能会导致冲击活塞20发生永久性变形，进而出现“冲击力不可控现象”。

应该说明：所谓的第一压力差过大具体相对于第一额定压力差而言，在翼板情况下，针对于同一类型和同一型号的凿岩设备或凿岩设备的工作装置，设计者在进行液压设计时便设定了一个预设压力差，该压力差称为第一额定压力差，当系统压力，即上述液压泵51所提供的液压油的压力，为额定压力时，通常地，上述的第一压力差等于或者略小于第一额定压力差，此时，冲击活塞20不会产生使自身变形的冲击力，也就是说，若液压泵51提供正常的额定压力的液压油时，冲击活塞20所受到的第一压力差也与第一额定压力差所一致。

然而，在某些情况下，会重现上述的第一压力差远大于第一额定压力差的情况，例如，液压泵51因某种原因而所提供的液压油的压力大于额定压力，或者工作装置被装设在提供具有较高工作压力的液压系统中。

针对可能出现因第一压力差大于第一额定压力差而造成冲击活塞20的冲击力大的上述情况，本发明中增设了控制机构，当上液压腔11和下液压腔12内的液压油对冲击活塞20的第一压力差超过第一额定压力差时，该控制机构用于限制第一压力差以使得第一压力差尽可能的朝第一额定压力差回归。

上述的“限制第一压力差”可以理解为使得以超过第一额定压力差的第二压力差的压力减小以向第一额定压力差回归。

根据上述可知，借助控制机构对超过第一额定压力差的实际的第一压力差进行限制，使得冲击活塞20在第一压力差的作用下不至于产生过大的冲击力，进而有效保护了冲击活塞20，提高了冲击活塞20及相关部件的使用寿命，使得冲击活塞20的冲击力相比于现有技术的冲击活塞20变的可控。

针对于现有技术中采用通过设置不同面积的轴肩方式而使冲击活塞20受到第一压力差的情况，即：冲击活塞20通过其朝向上液压腔11的上轴肩21的面积大于朝向下液压腔12的下轴肩22的面积而使液压油对冲击活塞20受到(或称形成)第一压力差，本发明中控制机构配置成：用于限制位于上液压腔11内的液压油的压力以限制第一压力差；具体解释为：当上液压腔11内的液压油的压力超过额定压力时，控制机构用于限制上液压腔11内的液压油的压力；上述已说明：第一额定压力差对应于额定压力。

而在进一步的实施方案中，控制机构用于以使上液压腔11内的液压油经过当液压油的压力大于额定压力时被打开的阀口90而从上液压腔11流出的方式而限制上液压腔11内的液压油的压力。也就是说，当上液压腔11内的液压油的压力超过额定压力时，使上液压腔11内的液压油部分的从阀口90流出以限制上液压腔11内的液压油。在本实施方案中，设置择机打开的阀口90成为限制上液压腔11内的液压油的关键所在。

下面介绍一种具有优选结构的工作装置。在该工作装置中：

冲击活塞20具有朝向上液压腔11的上轴肩21以及朝向下液压腔12的下轴肩22，并使得上轴肩21的面积大于下轴肩22的面积。

主工作管路包括第一工作管路61和第二工作管路62，第一工作管路61和第二工作管路62均引导液压泵51所提供的液压油进入上液压腔11和下液压腔12。

上述的换向阀63优选为二位二通电磁换向阀63，该换向阀63连接在第一工作管路61上：当冲击活塞20需要朝下运动以用于撞击冲击杆70时，使换向阀63进行切换动作以使第一工作管路61导通，此时，上液压腔11内的液压油与下液压腔12内的液压油的压力相同，而因上轴肩21的面积大于下轴肩22的面积而使得冲击活塞20受到向下的第一压力差，进而迫使冲击活塞20向下运动以用于撞击冲击杆70；当冲击活塞20撞击完冲击杆70后，使换向阀63进行切换动作而使第一工作管路61截断，同时使从第一工作管路61引出的支路68上的开关阀69打开而使上液压腔11内的液压油回流储油箱52，此时，冲击活塞20受到朝上的压力差而远离冲击杆70。根据上述可知，借由换向阀63的介入而使冲击活塞20能够实现往复运动。

上述控制机构包括如下的部件及结构：滑动阀30、顶部液压腔13、控制管路64、弹簧40、回油管路65。滑动阀30位于上液压腔11的上方；顶部液压腔13由滑动阀30与缸体10的上端限定出；控制管路64用于向顶部液压腔13提供液压油，且控制管路64用于与主工作管路引导压力相同的液压油；弹簧40用于以一定预紧力向上推抵滑动阀30。其中：滑动阀30与缸体10围成一个导流液压腔14，回油管路65连接至导流液压腔14；滑动阀30配置成：滑动阀30的上端的朝向顶部液压腔13的受压面的面积大于滑动阀30的下端的朝向上液压腔11的受压面的受压面积，以使顶部液压腔13内的液压油对滑动阀30与上液压腔11内的液压油对滑动阀30形成第二压力差；阀口90由滑动阀30与缸体10限定出，当阀口90打开后，上液压腔11内的液压油通过阀口90进入导流液压腔14，并通过回油管路65将液压油引出缸体10。弹簧40配置成：当第二压力差超过第二额定压力差时，弹簧40屈服，以使得滑动阀30通过下滑而使阀口90打开；第二额定压力差对应于额定压力。

上述控制机构的工作原理为：如图2和图3所示，当液压泵51使得上液压腔11内的压力超过额定压力时，滑动阀30所受到的第二压力差也同时超过第二额定压力差，此时，滑动阀30向下滑动而使阀口90打开，此时，上液压腔11内的液压油经由阀口90，并借助控制回路而流出，进而使上液压腔11内的液压油的压力朝额定压力方向回归。

应该说明：上述的第二额定压力差应理解为：当液压泵51所提供的液压的压力为额定压力时，滑动阀30所受到的压力差。

上述控制机构的优势在于：

1、借由第二压力差与第二额定压力差相比结果而判断第一压力差是否超过第一额定压力差，以择机的使阀口90打开。

2、滑动阀30的动作直接响应于上液压腔11内的液压油的压力变化，进而使得当上液压腔11内的液压油的压力超过额定压力时，阀口90即可打开，进而提供了控制冲击力的灵敏性。

在本发明的一个优选实施例中，使阀口90配置成截面可变阀口90，以当滑动阀30下移时，阀口90随滑动阀30的下移量的增大而增大。具体地，缸体10的内壁上开设有多个周向布置且竖直延伸的引导槽15，引导槽15的截面自上而下增大；滑动阀30的中部内凹31以与缸体10围成导流液压腔14，并使得滑动阀30的下端形成挡环32，挡环32的外周面与其所在位置的引导槽15共同限定出阀口90；当滑动阀30下移时，挡环32所在位置的引导槽15的截面增大以使所限定出的阀口90的截面增大。

上述实施例的优势在于：

1、使阀口90设置成上述的可变阀口90，如此，当上液压腔11内的实际的压力越大时，第二压力差越大，而使得滑动阀30下移的量越大，进而使阀口90的截面越大，使得对压力的限制程度随着相比于额定压力的增大而增大，进而能够更好的适应相比额定压力过大的情况，进而能够有效降低冲击力不可控现象的发生的可能。

2、通过在缸体10上开引导槽15并借由挡环32限定出阀口90，设计巧妙。

3、使滑动阀30通过内凹形成导流液压腔14，该导流液压腔14在滑动阀30的滑动过程中也能够使其内的液压油流向回流管路。

在本发明的一个优选实施例中，冲击活塞20的上部穿设滑动阀30；其中：使冲击活塞20穿设滑动阀30的下端的直径大于冲击活塞20穿设滑动阀30的上端的直径，以使：滑动阀30的上端的朝向顶部液压腔13的受压面的面积大于滑动阀30的下端的朝向上液压腔11的受压面的受压面积。

上述实施的优势在于：

1、利用穿设滑动阀30的直径不同而使得滑动阀30的上端和下端的受力面积不同，进而形成第二压力差，使得滑动阀30能够受到第二压力差的结构形式简单。

2、使得本发明的工作装置还能够配置气缸80，进而实现背景技术中所提及的气压驱动，即：如图2所示，在缸体10上方设置气缸80，使得冲击活塞20的上端穿过滑动阀30后伸入至气缸80的气腔中以借由其内的压缩气体而驱动冲击活塞20撞击冲击杆70(压缩气体和液压油共同驱动的冲击活塞20撞击冲击杆70的原理及工作过程已为现有技术，在此不再赘述)。

应该说明：为与冲击活塞20的上部结构匹配，使得滑动阀30开设贯通的阶梯孔33，使得冲击活塞20的上部穿设阶梯孔33，而该阶梯孔33与导流液压腔14借由孔道34连通，以使得阶梯孔33随冲击活塞20的往复运动而“吸”、“吐”液压油，进而使得滑动阀30及冲击活塞20的竖直运动成为可能。

在本发明的一个优选实施例中，滑动阀30的上端设置顶柱35，顶柱35通过止挡于缸体10的顶部以使顶部液压腔13具有一定轴向尺寸。

在本发明的一个优选实施例中，回油管路65上形成有通流截面可变的节流阀66以及开关阀67。

上述实施例的优势在于：

1、通过改变节流阀66的通流截面(或称开度)，能够改变液压油借由回流管路回流储油箱52的阻尼，进而改变滑动阀30滑动的灵敏度，进而改变上述阀口90随压力(上液压腔11内的液压油的压力)变化的灵敏度，以适应不同刚度、强度的冲击活塞20，例如，当冲击活塞20的材料的自身刚度和强度较大时，可使节流阀66的通流截面变小。

2、若关闭开关阀，本工作装置便失去对压力差或压力的限制作用，其好处在于：当凿岩设备中的液压泵51不太可能提供压力过大的液压油，而仅仅提供较小压力波动的液压油(该液压油的压力在波峰时可能超过额定压力，但超过的量不大，且不至于使所产生的压力差导致冲击活塞20永久变形)时，工作装置不会对瞬时超过额定压力，且超过额定压力的量较小的液压油的压力进行消减(或称限制、回归)，以减少滑动阀30动作所引起的相关部件的磨损及噪音，并通过吸收该压力波动以适当的增加对冲击杆70的冲击力。

本发明还公开了一种凿岩设备，包括上述的凿岩设备的工作装置。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种凿岩设备的工作装置，其特征在于，包括：

缸体；

冲击活塞，其设置于所述缸体中并与所述缸体限定出上液压腔和下液压腔；

冲击杆，其位于所述冲击活塞的下方；

换向阀；

主工作管路，其借助所述换向阀的介入选择性的向所述上液压腔和下液压腔提供液压油以使得所述冲击活塞能够进行往复运动以通过撞击所述冲击杆而实施对岩石的凿岩作业；

控制机构，当所述上液压腔和下液压腔内的液压油对所述冲击活塞的第一压力差超过第一额定压力差时，所述控制机构用于限制所述第一压力差；

当所述冲击活塞通过其朝向所述上液压腔的上轴肩的面积大于朝向所述下液压腔的下轴肩的面积而使液压油对所述冲击活塞形成所述第一压力差时，所述控制机构通过限制位于所述上液压腔内的液压油的压力以限制所述第一压力差；其中：

当所述上液压腔内的液压油的压力超过额定压力时，所述控制机构用于限制所述上液压腔内的液压油的压力；

所述第一额定压力差对应于额定压力；

所述控制机构用于以使所述上液压腔内的液压油经过当液压油的压力大于额定压力时被打开的阀口而从所述上液压腔流出的方式而限制所述上液压腔内的液压油的压力；

所述控制机构包括：

滑动阀，其位于所述上液压腔的上方；

顶部液压腔，其由所述滑动阀与所述缸体的上端限定出；

控制管路，其用于向所述顶部液压腔提供液压油，且所述控制管路用于与所述主工作管路引导压力相同的液压油；

弹簧，其用于以一定预紧力向上推抵所述滑动阀；

回油管路；其中：

所述滑动阀与所述缸体围成一个导流液压腔，所述回油管路连接至所述导流液压腔；

所述滑动阀配置成：所述滑动阀的上端的朝向所述顶部液压腔的受压面的面积大于所述滑动阀的下端的朝向所述上液压腔的受压面的面积，以使所述顶部液压腔内的液压油对所述滑动阀与所述上液压腔内的液压油对所述滑动阀形成第二压力差；

所述阀口由所述滑动阀与所述缸体限定出，当所述阀口打开后，所述上液压腔内的液压油通过所述阀口进入所述导流液压腔，并通过所述回油管路将液压油引出所述缸体；

所述弹簧配置成：当所述第二压力差超过第二额定压力差时，所述弹簧屈服，以使得所述滑动阀通过下滑而使所述阀口打开；

所述第二额定压力差对应于所述额定压力。

2.根据权利要求1所述的凿岩设备的工作装置，其特征在于，使所述阀口配置成截面可变阀口，以当所述滑动阀下移时，所述阀口随所述滑动阀的下移量的增大而增大。

3.根据权利要求2所述的凿岩设备的工作装置，其特征在于，

所述缸体的内壁上开设有多个周向布置且竖直延伸的引导槽，所述引导槽的截面自上而下增大；

所述滑动阀的中部内凹以与所述缸体围成所述导流液压腔，并使得滑动阀的下端形成挡环，所述挡环的外周面与其所在位置的引导槽共同限定出所述阀口；

当所述滑动阀下移时，所述挡环所在位置的引导槽的截面增大以使所限定出的所述阀口的截面增大。

4.根据权利要求3所述的凿岩设备的工作装置，其特征在于，所述冲击活塞的上部穿设所述滑动阀；其中：

使所述冲击活塞穿设所述滑动阀的下端的直径大于所述冲击活塞穿设所述滑动阀的上端的直径，以使：所述滑动阀的上端的朝向所述顶部液压腔的受压面的面积大于所述滑动阀的下端的朝向所述上液压腔的受压面的受压面积。

5.根据权利要求1所述的凿岩设备的工作装置，其特征在于，所述滑动阀的上端设置顶柱，所述顶柱通过止挡于所述缸体的顶部以使所述顶部液压腔具有一定轴向尺寸。

6.根据权利要求1所述的凿岩设备的工作装置，其特征在于，所述回油管路上形成有通流截面可变的节流阀。

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