CN110945206A - 用于液压冲击装置的阀引导结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液压冲击装置，它包括：活塞(2)，该活塞安装成用于在缸(1)内往复运动，以便撞击冲击钻头(3)；以及控制阀(4)，用于控制活塞(2)的往复运动。阀引导管线(7)布置成根据活塞(2)在缸(1)内的位置来切换控制阀(4)，其中，阀引导管线(7)通过活塞(2)的往复运动而通过活塞(2)中的底切部分(8)而与高压和低压管线(P、T)交替地连接。底切部分(8)布置在活塞(2)的、直径小于活塞的最大密封直径的部分处。

Description

用于液压冲击装置的阀引导结构
技术领域
本发明涉及一种用于液压冲击装置的控制或往复阀引导结构，特别是用于液压井下锤。
背景技术
液压动力冲击机构在用于凿岩的多种设备中使用。液压冲击装置(例如图1a中所示的液压冲击装置)通常包括：至少一个缸1；活塞2，该活塞2安装成用于在缸内往复运动，以便撞击位于装置前端的冲击钻头或工具3；以及控制或往复阀4，用于控制活塞的往复运动。控制阀交替地使得活塞的后部驱动腔室6与装置的高压和低压管线P、T连接，以便使得活塞往复运动。控制阀的切换由活塞的位置来控制，也就是位置反馈控制。
图1b表示图1a的装置处于返回冲程，其中，活塞沿箭头所示的方向被驱动离开工具。阀引导管线7通过在活塞2中的底切部分8而与高压管线P连接。作用在阀上的液压力使阀向右运动，该阀再使得后部腔室6与低压管线T连接。前部腔室5与高压持续连接，从而驱动活塞离开工具3。
图1c表示活塞处于这样的位置，其中，活塞中的底切部分8使得阀引导管线7与低压管线T连接，从而迫使阀4切换至左侧位置，该左侧位置又使得后部腔室6与高压管线P连接。由于后部腔室的活塞面积大于前部腔室的活塞面积，因此净液压力将驱动活塞朝向工具3。恰好在活塞撞击工具之前，阀引导管线再次与高压管线连接，且控制阀向右运动，以便重复循环。
图2a和2b表示了与图1a至1c类似的概念，除了前部腔室5也交替地与高压和低压管线连接，类似于后部腔室。阀以与关于图1a至1c所述完全相同的方式进行引导。
如上面关于图1a至1c以及图2a和2b所述，具有阀引导结构的冲击装置可能遭受明显的内部泄漏。控制阀的引导的底切部分位于活塞的最大直径处，在前部腔室和后部腔室之间，且泄漏直接与活塞直径成正比。另外，在活塞中心处的运行间隙hc大于在前后轴承处的轴承间隙hb，以避免活塞卡住。缸在高压下的变形将用于进一步增加间隙，因为压力将使得缸径向膨胀。在图3中表示了典型泄漏。除了在活塞底切部分处的泄漏之外，还有从前部和后部腔室到密封件排放管线9的泄漏。密封件排放管线提供为用于提高密封件10的寿命，因为否则密封件将受到高压。
由于这些因素，很难制造一种大型液压冲击装置，该装置能够在高压下操作，且并不由于内部泄漏而导致效率损失。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种液压冲击装置，它包括：
活塞，该活塞安装成用于在缸内往复运动，以便撞击工具例如冲击钻头；
控制阀，用于控制活塞的往复运动；以及
阀引导管线，该阀引导管线布置成根据活塞在缸内的位置来切换控制阀，其中，通过活塞的往复运动，阀引导管线通过活塞中的底切部分而与高压和低压管线交替地连接，其特征在于，该底切部分位于活塞的、直径小于活塞的最大密封直径的部分处。
因此，活塞在底切部分各侧处的的直径小于活塞的最大密封直径，其中，活塞的最大密封直径是活塞在装置的正常操作过程中与缸形成密封结构的最大直径。这种结构的优点在于，因为底切部分位于与活塞的、直径与活塞的最大密封直径相比减小的部分处，所以泄漏减少。
在一个实施例中，底切部分设置在活塞的后端处。底切部分可以设置在这样的活塞部分处，在整个活塞循环中，该部分在后部腔室的后面。底切部分可以设置在这样的活塞部分处，在整个活塞循环中，该部分在后部密封件的前面。
通常，活塞的后端有最小活塞直径。活塞的后端通常也有最小的运行间隙。由于减小的活塞直径，缸通常在该区域中有增加的壁厚，因此周围结构更硬。这意味着间隙趋向于在压力下更少地增加。而且，不需要专用的密封件排放端口，这是因为用于使得阀引导管线与低压管线连接的缸端口也可以用于提供密封件排放。因此，通过将底切部分设置在活塞的后端处，泄漏能够最小。
在替代实施例中，底切部分设置在活塞的前端处。与活塞的中心部分相比，活塞的前端也有减小的直径，从而减少泄漏。
本文中使用的术语“前面”表示最接近冲击钻头的方向或者装置或活塞的端部。术语“后面”用于表示最远离冲击钻头的方向或者装置或活塞的端部。
附图说明
图1a是用于液压冲击装置的现有技术阀引导结构的示意图；
图1b是图1a的液压冲击装置在返回冲程中的示意图；
图1c是图1a的液压冲击装置在冲程顶部的示意图；
图2a是用于液压冲击装置的可选现有技术阀引导结构的示意图，其中，装置处于返回冲程；
图2b是图2a的液压冲击装置在冲程顶部的示意图；
图3是图1a的液压冲击装置的示意图，表示了典型泄漏；
图4a是根据本发明的第一实施例的、用于液压冲击装置的阀引导结构在返回冲程中的示意图；
图4b是图4a的液压冲击装置在冲程顶部的示意图。
图5a是根据本发明的第二实施例的、用于液压冲击装置的阀引导结构在返回冲程中的示意图；
图5b是图5a的液压冲击装置在冲程顶部的示意图；
图6a是根据本发明的第三实施例的、用于液压冲击装置的阀引导结构在返回冲程中的示意图；以及
图6b是图6a的液压冲击装置在冲程顶部的示意图。
具体实施方式
在图4a和4b中表示了根据本发明第一实施例的、用于液压冲击装置的阀引导结构。该装置包括：缸101；活塞102，该活塞102安装成用于在缸内往复运动，以便撞击位于装置前端处的冲击钻头或工具103；以及控制或往复阀104，用于控制活塞的往复运动。控制阀使得活塞的后部驱动腔室105、106交替地与装置的高压和低压管线P、T连接，以便使得活塞往复运动。控制阀的切换由活塞的位置控制，也就是位置反馈控制。阀引导管线107布置成根据活塞在缸内的位置来切换控制阀。
图4a表示了在返回冲程中的装置，其中，活塞沿箭头所示方向被驱动离开工具。阀引导管线107连接在阀的右侧114和活塞102后端(也就是在活塞尾部111)的底切部分108之间。阀115的左侧通过管线116而与高压管线P连接。如图4a中所示，设置底切部分108的活塞部分具有最小活塞直径m，该最小活塞直径m小于活塞的最大密封直径M。
在图4a中，阀引导管线107通过底切部分108以及缸端口117和118而与高压管线P连接。因为在阀右侧(高压作用在该右侧)的面积大于在阀左侧的面积，所以作用在阀上的液压力使得阀向左运动，这又使得后部腔室106与低压管线T连接。前部腔室105连续地与高压连接，从而驱动活塞离开工具103。
当活塞向右运动时，底切部分从使得阀引导管线与高压管线P连接的位置运动至使得阀引导管线与低压管线T连接的位置。图4b表示这样的位置，在该位置中，在活塞上的底切部分108使得阀引导管线107通过缸端口117和119而与低压管线T连接。当阀的左侧115与高压管线P连接时，将迫使阀104切换至右侧位置，这又使得后部腔室106与高压管线P连接。因为后部腔室的活塞面积112大于前部腔室的活塞面积113，因此净液压力将朝向工具103驱动活塞。恰好在活塞撞击工具之前，阀引导管线再次与高压管线连接，控制阀向左运动，以便重复循环。
如图4a和4b中所示，底切部分108设置在这样的活塞部分中，该部分在整个活塞循环中都在后部腔室106的后面。且该底切部分108设置在这样的活塞部分中，该部分在整个活塞循环中都在后部密封件110的前面。缸端口119提供用于后部密封件110的密封件排放，因此不需要专用的密封件排放端口。
图5a和5b表示根据本发明第二实施例的、用于液压冲击装置的阀引导结构，其中，前部腔室和后部腔室都有交替压力。该阀以与关于图4a和4b所述完全相同的方式来引导。
在图6a和6b中表示了本发明的第三实施例。在该实施例中，底切部分208位于活塞的前端处。如图6a和6b中所示，底切部分布置在直径D小于活塞的最大密封直径M的活塞部分处。阀引导管线107连接在阀的左侧115和活塞102前端的底切部分208之间。阀114的右侧通过管线116而与高压管线P连接。
图6a表示处于返回冲程的装置，其中，活塞沿箭头所示的方向被驱动离开工具。阀引导管线107通过在活塞102前端的底切部分208以及缸端口120和121而与低压管线T连接。作用在阀上的液压力使得阀向左运动，这又使得后部腔室106与低压管线T连接。前部腔室105持续地与高压连接，从而驱动活塞离开工具103。
图6b表示处于这样位置的活塞，在该位置中，活塞中的底切部分208使得阀引导管线107通过缸端口120和前部腔室而与高压管线P连接，从而迫使阀104切换到右侧位置，这又使得后部腔室106与高压管线P连接。因为后部腔室的活塞面积112大于前部腔室的活塞面积113，因此净液压力将朝向工具103驱动活塞。恰好在活塞撞击工具之前，阀引导管线再次与低压管线连接，且控制阀向左运动，以便重复循环。
缸端口121提供用于前部密封件110的密封件排放，因此不需要专用的密封件排放端口。
在本文中参考本发明使用的词语“包括/包含”和词语“有/包括”用于指定存在所述的特征、整数、步骤或部件，但并不排除存在或附加一个或多个其它特征、整数、步骤、部件或者它们的组。
应当理解，为了清楚而在分开的实施例中介绍的本发明某些特征也可以组合地设置在单个实施例中。相反，为了简明而在单个实施例中介绍的本发明多种特征也可以分开设置或以任何合适的子组合来设置。

Claims (9)

1.一种液压冲击装置，包括：
活塞，所述活塞安装成用于在缸内往复运动，以便冲击工具；
控制阀，用于控制活塞的往复运动；以及
阀引导管线，所述阀引导管线布置成根据活塞在缸内的位置来切换控制阀，其中，阀引导管线通过活塞的往复运动而经由活塞中的底切部分与高压管线和低压管线交替地连接，其特征在于，底切部分布置在活塞的、直径小于活塞的最大密封直径的部分处。
2.根据权利要求1所述的液压冲击装置，其中：底切部分设置在活塞的前端处。
3.根据权利要求1所述的液压冲击装置，其中：底切部分设置在活塞的后端处。
4.根据权利要求2或3所述的液压冲击装置，其中：底切部分设置在活塞的、具有最小直径的部分处。
5.根据权利要求3或4所述的液压冲击装置，其中：底切部分设置在活塞的、在整个活塞循环中在后部腔室的后面的部分处。
6.根据权利要求3至5中任意一项所述的液压冲击装置，其中：底切部分设置在活塞的、在整个活塞循环中在后部密封件的前面的部分处，所述后部密封件布置在活塞和缸之间。
7.根据任意前述权利要求所述的液压冲击装置，还包括：
设置在缸中的端口，用于使得阀引导管线通过底切部分而与低压管线连接；
其中，端口还提供用于布置在活塞和缸之间的密封件的密封件排放。
8.一种液压井下锤，包括：
在任意前述权利要求中所述的液压冲击装置；以及
冲击钻头。
9.一种液压冲击装置，所述液压冲击装置基本如前面参考附图所述和/或如附图中所示。
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