CN112983919B - 一种基于轴配流的大冲量液压动力机构 - Google Patents

一种基于轴配流的大冲量液压动力机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，包括互相连接的液压作动器和轴配流阀；液压作动器为双活塞结构的液压缸，包括缸体、前活塞和后活塞，前活塞和后活塞设置在一根活塞杆上，缸体包括前缸筒和后缸筒，前活塞位于前缸筒中，将前缸筒分割为第一工作腔和第二工作腔，后活塞位于后缸筒中，将后缸筒分割为第三工作腔和第四工作腔；轴配流阀包括轴配流阀体定子以及轴配流阀芯转子，轴配流阀芯转子内设有供油通道和回油通道，供油通道和回油通道连接外部管路，的轴配流阀体定子和轴配流阀芯转子由上至下通过密封圈分隔为四个密封区。与现有技术相比，本发明具有简化液压控制逻辑、结构简单、调节方便、便于活塞的快速往复运动等优点。

Description

一种基于轴配流的大冲量液压动力机构
技术领域
本发明涉及液压动力机构技术领域，尤其是涉及一种基于轴配流的大冲量液压动力机构。
背景技术
液压打桩锤广泛应用于桥梁、建筑、港口和码头等预制桩的基础施工作业，和传统的柴油打桩锤相比，液压打桩锤具有打桩效率高、无废气排放、噪音低等特点，可调节打击能量，适应范围广，可以用于水下打桩以及打斜桩等。打桩锤包括单作用液压锤和双作用液压锤，单作用液压锤即桩锤在自重作用下以自由落体方式下落，如英国BSP的HH357系列、美国HPSI的Model 650-3505型液压锤；双作用液压锤即桩锤在自重和液压气动等外力的共同作用下以大于自由落体加速度下落，如荷兰IHC的S系列、日本车辆的NH系列以及芬兰JUNTTAN的HHKA系列液压锤。但是，现有的打桩锤的传统机构往往通过复杂的液压系统进行控制，控制逻辑和操作都非常繁琐，无法满足日益增长的工程需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，简化液压系统，实现控制逻辑简单、操控方便的动力输出。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，包括互相连接的液压作动器和轴配流阀；
所述液压作动器为双活塞结构的液压缸，包括缸体、前活塞和后活塞，所述前活塞和后活塞设置在一根活塞杆上，所述缸体包括前缸筒和后缸筒，所述前活塞位于前缸筒中，将前缸筒分割为第一工作腔和第二工作腔，所述后活塞位于后缸筒中，将后缸筒分割为第三工作腔和第四工作腔，所述前缸筒的直径大于后缸筒的直径；
所述轴配流阀包括轴配流阀体定子以及通过间隙配合且可旋转地安装在轴配流阀体定子内的轴配流阀芯转子，所述轴配流阀芯转子内设有供油通道和回油通道，所述供油通道和回油通道连接外部管路，所述的轴配流阀体定子和轴配流阀芯转子由上至下分别通过依次设置的五个密封圈分隔为四个密封区：
第一密封区中，轴配流阀体定子设有第一油口连接第一工作腔，轴配流阀芯转子周向设有第一进油槽和第一回油槽，所述第一进油槽连接供油通道，所述第一回油槽连接回油通道，所述第一进油槽和第一回油槽之间的未开槽区域分别为减速制动带和减压制动带；
第二密封区中，轴配流阀体定子设有第二油口连接第二工作腔，轴配流阀芯转子周向设有连通回油通道的第二回油槽，轴配流阀芯转子周向的未开槽区域为减速隔离带，所述减速隔离带和减速制动带位置上下对应设置；
第三密封区中，轴配流阀体定子设有第三油口连接第三工作腔，轴配流阀芯转子周向设有连通回油通道的第三回油槽，轴配流阀芯转子周向的未开槽区域为减速增压带，所述减速增压带和减压制动带位置上下对应设置；
第四密封区中，轴配流阀体定子设有第四油口连接第四工作腔，轴配流阀芯转子周向设有第四回油槽和第四进油槽，所述第四回油槽连接回油通道，所述第四进油槽连接供油通道，所述第四回油槽和第四进油槽之间的未开槽区域分别为第一间隔带和第二间隔带，所述第一间隔带和减速制动带位置上下对应设置，所述第二间隔带和减压制动带位置上下对应设置。
进一步地，所述的轴配流阀体定子和轴配流阀芯转子还通过密封圈分隔有第五密封区和第六密封区：
第五密封区中，轴配流阀体定子设有第五油口连接外部管路，轴配流阀芯转子上设有周向的第五全开槽，该第五全开槽连通供油通道；
第六密封区中，轴配流阀体定子设有第六油口连接外部管路，轴配流阀芯转子上设有周向的第六全开槽，该第六全开槽连通回油通道。
进一步地，所述轴配流阀芯转子内设有多条供油通道和回油通道。
进一步地，所述供油通道和回油通道的数量相同。
进一步地，所述轴配流阀芯转子呈圆柱体，所述供油通道和回油通道沿着圆柱体的轴向竖直设置。
进一步地，所述液压作动器中，还包括前端盖、中间法兰和后端盖，所述中间法兰设置在前缸筒和后缸筒之间，所述前端盖安装在前缸筒端部，所述后端盖安装在后缸筒端部。
进一步地，所述减速制动带、减压制动带、减速制动带和减速增压带在圆周方向弧长及轴向尺寸均大于轴配流阀体定子上油口的底径。
进一步地，所述减速制动带和减压制动带相对180°中心对称设置。
进一步地，所述第一油口、第二油口、第三油口和第四油口内均由多个小油口组成。
进一步地，所述轴配流阀芯转子在轴配流阀体定子内间隙性转动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过设计全新的轴配流阀结构来配合双活塞结构的液压作动器进行动力控制，有效简化液压控制逻辑，控制时候只需要调节轴向配流转子在不同角度范围内的转动速度，即可实现液压作动器伸出/缩回动作的频率和有效行程控制，具有结构简单，调节方便，重复性高等优点。
2、本发明通过在第一密封区和第四密封区的结构设计使其通断油交替设置，配合双活塞液压作动器，有效提高液压作动器的行程和冲量，提供大吨位、高性能的动力输出。
3、本发明通过增加供油通道和回油通道的数量，提高液体的流量，提高动力输出。
4、本发明通过增加轴配流阀芯转子上的油口数量，提高油口的通流能力，可扩展性强。
5、本发明在轴配流阀的转子和定子之间采用间隙配合，外部可采用推力轴承减少转子的转动阻力矩及大流量通过时所产生的径向作用力，因此不论是轴配流阀处于工作或非工作状态，轴配流阀转子与定子之间均无机械接触，减少转子与定子之间的机械接触磨损及偏磨隐患，确保轴配流阀长期有效工作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为液压作动器的结构示意图。
图3为第一密封区轴配流阀芯转子的截面示意图。
图4为第二密封区轴配流阀芯转子的截面示意图。
图5为第三密封区轴配流阀芯转子的截面示意图。
图6为第四封区轴配流阀芯转子的截面示意图。
图7为第五封区轴配流阀芯转子的截面示意图。
图8为第六封区轴配流阀芯转子的截面示意图。
图9为液压作动器上升阶段的原理示意图。
图10为液压作动器上升制动阶段的原理示意图。
图11为液压作动器下降阶段的原理示意图。
图12为液压作动器下降制动阶段的原理示意图。
附图标记：
1、液压作动器，11、前活塞，12、后活塞，13、活塞杆，14、前缸筒，15、后缸筒，16、前端盖，17、中间法兰，18、后端盖；
a、第一工作腔，b、第二工作腔，c、第三工作腔，d、第四工作腔；
2、轴配流阀，21、轴配流阀体定子，22、轴配流阀芯转子；
A、第一油口，B、第二油口，C、第三油口，D、第四油口，E、第五油口，F、第六油口，P、供油通道，T、回油通道；
I、第一密封区，I-1、第一进油槽，I-2、第一回油槽，I-3、减速制动带，I-4、减压制动带；
II、第二密封区，II-1、第二回油槽，II-2、减速隔离带；
III、第三密封区，III-1、第三回油槽，III-2、减速增压带；
IV、第四密封区，IV-1、第四回油槽，IV-2、第四进油槽，IV-3、第一隔离带，IV-4、第二隔离带；
V、第五密封区，V-1、第五全开槽；
VI、第六密封区，VI-1、第六全开槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例提供了一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，包括互相连接的液压作动器1和轴配流阀2。
液压作动器1为双活塞结构的液压缸，包括缸体、前活塞11和后活塞12。前活塞11和后活塞12同活塞杆13设置。缸体包括前缸筒14和后缸筒15，前活塞11位于前缸筒14中，将前缸筒14分割为第一工作腔a和第二工作腔b；后活塞12位于后缸筒15中，将后缸筒15分割为第三工作腔c和第四工作腔d。需要注意的是，前缸筒14的直径大于后缸筒15的直径。具体结构如图2所示，液压作动器1中还包括前端盖16、中间法兰17和后端盖18，中间法兰17设置在前缸筒14和后缸筒15，前端盖16安装在前缸筒14端部，后端盖18安装在后缸筒15端部。前端盖16、前活塞11、活塞杆13与前缸筒14之间所形成的工作腔为第一工作腔a；前活塞11、活塞杆13、前缸筒14与中间法兰17之间所形成的环形工作腔为第二工作腔b；中间法兰17、活塞杆13、后缸筒15与后活塞12之间所形成的环形工作腔为第三工作腔c；后活塞12、后缸筒15与后端盖18之间所形成的活塞腔为第一个工作腔。
轴配流阀2包括轴配流阀体定子21以及通过间隙配合且可旋转地安装在轴配流阀体定子21内的轴配流阀芯转子22。轴配流阀芯转子22内一般设有一条或多条供油通道P和回油通道T，本实施例中优选两条供油通道P和两条回油通道T。轴配流阀芯转子22呈圆柱体，两条供油通道P和两条回油通道T沿着圆柱体的轴向竖直设置，且交错围绕中心轴均匀分布。轴配流阀体定子21和轴配流阀芯转子22由上至下分别通过依次设置的七个密封圈分隔为六个密封区。六个密封区的上下顺序没有固定顺序，本实施例中位于便于描述采用从上至下依次分布的结构。
在第一密封区I中，轴配流阀体定子21设有第一油口A连接第一工作腔a。如图3所示，轴配流阀芯转子22周向设有第一进油槽I-1和第一回油槽I-2。第一进油槽I-1和第一回油槽I-2分别位于左右两侧，之间的未开槽区域分别为上方的减速制动带I-3和下方的减压制动带I-4，使减速制动带I-3和减压制动带I-4相对180°中心对称设置。减速隔离环带和减速增压带III-2在轴配流阀芯转子22圆周方向上的弧长相同，同时弧长及轴向尺寸均大于轴配流阀体定子21第一油口A的底径。第一进油槽I-1通过两个通道连接左侧供油通道P，第一回油槽I-2通过两个通道分别连接两个回油通道T。当在第一密封区I中减速制动带I-3和下方的减压制动带I-4转动到第一油口A时，使得第一油口A断开油路。
第二密封区II中，轴配流阀体定子21设有第二油口B连接第二工作腔b。如图4所示，轴配流阀芯转子22周向设有连通回油通道T的第二回油槽II-1。第二回流槽为非全周向槽，未开槽区域为减速隔离带II-2位于周向的上方，和减速制动带I-3的位置对应设置。减速隔离带II-2同样弧长及轴向尺寸均大于轴配流阀体定子21第二油口B的底径。第二回油槽II-1具体通过四条通道两两连接一个回油通道T。
第三密封区III中，轴配流阀体定子21设有第三油口C连接第三工作腔c。如图5所示，轴配流阀芯转子22周向设有连通回油通道T的第三回油槽III-1。第三回流槽为非全周向槽，未开槽区域为减速增压带III-2位于周向的下方，和减压制动带I-4的位置对应设置。减速增压带III-2同样弧长及轴向尺寸均大于轴配流阀体定子21第三油口C的底径。第三回油槽III-1具体通过四条通道两两连接一个回油通道T。
第四密封区IV中，轴配流阀体定子21设有第四油口D连接第四工作腔d。如图6所示，轴配流阀芯转子22周向设有第四回油槽IV-1和第四进油槽IV-2，第四回油槽IV-1连接回油通道T，第四进油槽IV-2连接供油通道P。第四回油槽IV-1和第四进油槽IV-2之间的未开槽区域分别为第一间隔带IV-3和第二间隔带IV-4。第一间隔带IV-3和减速制动带I-3位置上下对应设置，第二间隔带IV-4和减压制动带I-4位置上下对应设置。
第五密封区V中，轴配流阀体定子21设有第五油口E连接外部的供油管道，为整个轴配流阀2供油。如图7所示，轴配流阀芯转子22周向设有连通供油通道P的第五全开槽V-1。第五全开槽V-1通过四个通道两两连接一个供油通道P。
第六密封区VI中，轴配流阀体定子21设有第六油口F连接外部的回油管道，为整个轴配流阀2回油。如图8所示，轴配流阀芯转子22周向设有连通回通道的第六全开槽VI-1。第六全开槽VI-1通过四个通道两两连接一个回油通道T。
本实施例中，第一油口A、第二油口B、第三油口C和第四油口D内均由多个小油口组成，提高油口的通流能力。
本实施例的工作原理如下：
液压作动器1的工作循环包括四个动作，分别是液压作动器上升、上升制动、作动器下降和下降制动。
假设活塞杆13初始位置处于液压作动器1的底部。此时，第一密封区I中，第一油口A对齐减速制动带I-3，第一工作腔a不通油；第二密封区II中，第二油口B对齐减速隔离带II-2，第二工作腔b不通油；第三密封区III中，第三油口C连接第三回油槽III-1，第三工作腔c回油；第四密封区IV中，第四油口D对其第一隔离带IV-3，第四工作腔d不通油。
一、液压作动器1上升阶段：
如图9所示，随着轴配流阀芯转子22的转动，第一密封区I中，第一油口A通过第一回油槽I-2连通回油通道T，第一工作腔a回油，腔内没有压力；第二密封区II中，第二油口B通过第二回油槽II-1连通回油通道T，第二工作腔b回油，腔内没有压力；第三密封区III中，第三油口C通过第三回油槽III-1连通回油通道T，第三工作腔c回油，腔内没有压力；第四密封区IV中，第四油口D通过第四通油槽IV-2连通供油通道P，向第四密封区IV供油，腔内具有压力。由此第四工作腔d产生压力将活塞向上顶起，活塞杆13回缩上升。
二、液压作动器1上升制动阶段：
如图10所示，随着轴配流阀芯转子22的转动，第一密封区I中，第一油口A会被减压制动带I-4封堵，使得第一工作腔a的停止回油，形成密封腔体；第二密封区II中，第二油口B仍然连通第二回油槽II-1，第二工作腔b回油，腔内不产生压力；第三密封区III中，第三油口C会被减速增压带III-2封堵，使得第三工作腔c停止回油，形成密封腔体；第四密封区IV中，第四油口D会被第二隔离带IV-4封堵，使得第四工作区d的供油停止，形成密封腔体。由此，此时活塞随着惯性继续向上运动，使得第一工作腔a和第三工作腔c受到压缩，阻力变大，由此使活塞杆13的回缩速度减小直至接近零。
三、液压作动器1下降阶段：
如图11所示，随着轴配流阀芯转子22的继续转动，第一密封区I中，第一油口A通过第一进油槽I-1连通供油通道P，第一工作腔a内压力增加；第二密封区II中，第二油口B通过第二回油槽II-1连通回油通道T，第二工作腔b回油，腔内没有压力；第三密封区III中，第三油口C通过第三回油槽III-连通回油通道T，第三工作腔c回油，腔内没有压力；第四密封区IV中，第四油口D通过第四回油槽IV-1连通回油通道T，使得第四工作腔d的腔内无压力。此时，活塞杆13只受到第一工作腔a的向下压力，使活塞杆13处于向下逐渐加速伸出状态。
四、液压作动器1下降制动阶段：
如图12所示，当活塞杆13伸出到一定位置时，第一密封区I中，轴配流阀芯转子22的转动会使得第一油口A重新被减速制动带I-3所封堵，使第一工作腔a的停止供油，形成密封腔体，即第一工作腔a不再提供向下力。第二密封区II中，第二油口B重新被减速隔离带II-2封堵，使得第二工作腔b形成密封腔；第三密封区III中，第三油口C仍然通过第三回油槽III-1连通回油通道T，第三工作腔c回油，不产生压力；第四油口D被第一隔离带IV-3封堵，使得第四工作腔d形成密封腔体。此时，当活塞继续下降，第四工作腔d和第二工作腔b受到压缩从而阻力变大，产生向上的合力，使得液压作动器1下降速度变慢直至为零，回复到初始位置。
然后继续液压作动器1上升阶段的运动，如此循环往复，由此实现通过轴配流阀芯转子22的旋转运动实现液压作动器1的循环往复运动。轴配流阀芯转子22在轴配流阀体定子21内的转动可以采用匀速或者非匀速，非匀速时候可以在某个阶段放慢转速或者停止，进行间隙性转动，使得液压作动器1的活塞运动行程更长或者伸缩速度更快。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，包括互相连接的液压作动器(1)和轴配流阀(2)；
所述液压作动器(1)为双活塞结构的液压缸，包括缸体、前活塞(11)和后活塞(12)，所述前活塞(11)和后活塞(12)设置在一根活塞杆(13)上，所述缸体包括前缸筒(14)和后缸筒(15)，所述前活塞(11)位于前缸筒(14)中，将前缸筒(14)分割为第一工作腔(a)和第二工作腔(b)，所述后活塞(12)位于后缸筒(15)中，将后缸筒(15)分割为第三工作腔(c)和第四工作腔(d)；
所述轴配流阀(2)包括轴配流阀体定子(21)以及通过间隙配合且可旋转地安装在轴配流阀体定子(21)内的轴配流阀芯转子(22)，所述轴配流阀芯转子(22)内设有供油通道(P)和回油通道(T)，所述供油通道(P)和回油通道(T)连接外部管路，所述的轴配流阀体定子(21)和轴配流阀芯转子(22)由上至下分别通过依次设置的五个密封圈分隔为四个密封区：
第一密封区(I)中，轴配流阀体定子(21)设有第一油口(A)连接第一工作腔(a)，轴配流阀芯转子(22)周向设有第一进油槽(I-1)和第一回油槽(I-2)，所述第一进油槽(I-1)连接供油通道(P)，所述第一回油槽(I-2)连接回油通道(T)，所述第一进油槽(I-1)和第一回油槽(I-2)之间的未开槽区域分别为减速制动带(I-3)和减压制动带(I-4)；
第二密封区(II)中，轴配流阀体定子(21)设有第二油口(B)连接第二工作腔(b)，轴配流阀芯转子(22)周向设有连通回油通道(T)的第二回油槽(II-1)，轴配流阀芯转子(22)周向的未开槽区域为减速隔离带(II-2)，所述减速隔离带(II-2)和减速制动带(I-3)位置上下对应设置；
第三密封区(III)中，轴配流阀体定子(21)设有第三油口(C)连接第三工作腔(c)，轴配流阀芯转子(22)周向设有连通回油通道(T)的第三回油槽(III-1)，轴配流阀芯转子(22)周向的未开槽区域为减速增压带(III-2)，所述减速增压带(III-2)和减压制动带(I-4)位置上下对应设置；
第四密封区(IV)中，轴配流阀体定子(21)设有第四油口(D)连接第四工作腔(d)，轴配流阀芯转子(22)周向设有第四回油槽(IV-1)和第四进油槽(IV-2)，所述第四回油槽(IV-1)连接回油通道(T)，所述第四进油槽(IV-2)连接供油通道(P)，所述第四回油槽(IV-1)和第四进油槽(IV-2)之间的未开槽区域分别为第一间隔带(IV-3)和第二间隔带(IV-4)，所述第一间隔带(IV-3)和减速制动带(I-3)位置上下对应设置，所述第二间隔带(IV-4)和减压制动带(I-4)位置上下对应设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，所述的轴配流阀体定子(21)和轴配流阀芯转子(22)还通过密封圈分隔有第五密封区(V)和第六密封区(VI)：
第五密封区(V)中，轴配流阀体定子(21)设有第五油口(E)连接外部管路，轴配流阀芯转子(22)上设有周向的第五全开槽(V-1)，该第五全开槽(V-1)连通供油通道(P)；
第六密封区(VI)中，轴配流阀体定子(21)设有第六油口(F)连接外部管路，轴配流阀芯转子(22)上设有周向的第六全开槽(VI-1)，该第六全开槽(VI-1)连通回油通道(T)。
3.根据权利要求1所述的一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，所述轴配流阀芯转子(22)内设有多条供油通道(P)和回油通道(T)。
4.根据权利要求3所述的一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，所述供油通道(P)和回油通道(T)的数量相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，所述轴配流阀芯转子(22)呈圆柱体，所述供油通道(P)和回油通道(T)沿着圆柱体的轴向竖直设置。
6.根据权利要求1所述的一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，所述液压作动器(1)中，还包括前端盖(16)、中间法兰(17)和后端盖(18)，所述中间法兰(17)设置在前缸筒(14)和后缸筒(15)之间，所述前端盖(16)安装在前缸筒(14)端部，所述后端盖(18)安装在后缸筒(15)端部。
7.根据权利要求1所述的一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，所述减速制动带(I-3)、减压制动带(I-4)、减速制动带(I-3)和减速增压带(III-2)在圆周方向弧长及轴向尺寸均大于轴配流阀体定子(21)上油口的底径。
8.根据权利要求1所述的一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，所述减速制动带(I-3)和减压制动带(I-4)相对180°中心对称设置。
9.根据权利要求1所述的一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，所述第一油口(A)、第二油口(B)、第三油口(C)和第四油口(D)内均由多个小油口组成。
10.根据权利要求1所述的一种基于轴配流的大冲量液压动力机构，其特征在于，所述轴配流阀芯转子(22)在轴配流阀体定子(21)内间隙性转动。
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