CN114838032A - 一种钻头缓冲装置及液压凿岩机 - Google Patents

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甘士瑜
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Abstract

本发明公开一种钻头缓冲装置，包括同轴设置的缓冲活塞、活塞套和下缸体，活塞套套装于缓冲活塞前端，下缸体套装于缓冲活塞后端，活塞套和下缸体外周套装有配流壳体，冲击活塞沿轴向依次穿过下缸体和活塞套后连接钎尾，且钎尾能够与缓冲活塞相抵，下缸体内周侧面设置有环形的缓冲槽，缓冲槽连通高压通道，缓冲活塞后端设置有节流段，节流段沿轴向由前至后直径逐渐变小。采用变截面节流设计，从而实现平稳缓冲制动效果，避免连接螺钉产生过早损坏，提高了凿岩机的整体可靠性。本发明还公开一种包括上述钻头缓冲装置的液压凿岩机。

Description

一种钻头缓冲装置及液压凿岩机
技术领域
本发明涉及凿岩设备领域，特别是涉及一种钻头缓冲装置。此外，本发明还涉及一种包括上述钻头缓冲装置的液压凿岩机。
背景技术
液压凿岩机是现代隧道开挖施工和矿山开采的重要液压基础元件，其利用换向阀与冲击活塞形成行程反馈系统，产生油道切换，使液压油驱动冲击活塞不断撞击钎尾，产生冲击应力，并传输到钻头与岩石界面产生破岩效果。
现有液压凿岩机为缓冲钎尾反弹的能量和作用力，大多数都设计有缓冲系统，对于回弹能量较大的大功率液压凿岩机，采用液压缓冲系统。在液压缓冲装置中绝大多数的液压凿岩机均设计有二级缓冲，通常情况下，其二级缓冲的腔室与缓冲活塞的第二缓冲部形成一个封闭腔，形成较高的压力峰值，使得活塞上作用一个较大的制动力，当缓冲活塞完成制动后向钻头方向运动时，二级缓冲的腔室与缓冲活塞的第二缓冲部形成一个封闭腔，如没有及时提供充足的液压油，将在其中形成真空度，使封闭腔内形成空化情况。二级缓冲的瞬间压力波动问题产生的液压冲击力将最终作用于凿岩机的连接螺钉，使之发生松弛与变形，影响凿岩机的可靠性。
因此，如何提供一种平稳缓冲的钻头缓冲装置是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种钻头缓冲装置，采用变截面节流设计，从而实现平稳缓冲制动效果，避免连接螺钉产生过早损坏，提高了凿岩机的整体可靠性。本发明的另一目的是提供一种包括上述钻头缓冲装置的液压凿岩机。
为解决上述技术问题，本发明提供一种钻头缓冲装置，包括同轴设置的缓冲活塞、活塞套和下缸体，所述活塞套套装于所述缓冲活塞前端，所述下缸体套装于所述缓冲活塞后端，所述活塞套和所述下缸体外周套装有配流壳体，冲击活塞沿轴向依次穿过所述下缸体和所述活塞套后连接钎尾，且所述钎尾能够与所述缓冲活塞相抵，所述下缸体内周侧面设置有环形的缓冲槽，所述缓冲槽连通高压通道，所述缓冲活塞后端设置有节流段，所述节流段沿轴向由前至后直径逐渐变小；
所述冲击活塞冲程运动时，所述缓冲槽后侧边缘与所述节流段外周面形成环形通道，所述环形通道连通所述缓冲槽和所述下缸体的后端腔体，高压油进入所述下缸体的后端腔体推动所述缓冲活塞向前移动；
所述冲击活塞回程运动时，所述环形通道的宽度逐渐变小，直至所述缓冲活塞外周侧面完全封堵所述缓冲槽，隔绝封闭所述下缸体的后端腔体，以憋压制动所述缓冲活塞。
优选地，所述活塞套内周侧面设置有环形的换液槽，所述换液槽连通低压通道，所述缓冲活塞内设置有换液通道，所述换液通道的前端开口位于所述缓冲活塞外周侧面，所述换液通道的后端开口连通所述下缸体的后端腔体；
所述冲击活塞冲程运动时，所述换液通道的前端开口连通所述换液槽，所述冲击活塞回程运动至终点时，所述缓冲活塞内周侧面完全封堵所述换液通道的前端开口。
优选地，所述节流段上设置有节流槽。
优选地，所述高压通道和所述低压通道设置于所述配流壳体侧面，所述配流壳体内侧面设置有分别连通所述高压通道和所述低压通道的两个环形槽。
优选地，所述冲击活塞前端外周套装有止退套，所述止退套分别与所述钎尾后端和所述缓冲活塞前端相抵。
优选地，所述缓冲活塞外周侧面中部设置有环形凸台，所述环形凸台分隔所述活塞套的前端腔体和后端腔体，所述活塞套的前端腔体连通所述低压通道，所述活塞套的后端腔体连通所述高压通道，所述缓冲活塞内设置有减阻通道，所述减阻通道的前端开口连通所述活塞套的前端腔体，所述减阻通道的后端开口位于所述缓冲活塞外周侧面且位于所述环形凸台后方；
所述冲击活塞回程运动过程中，所述减阻通道的后端开口连通所述活塞套的后端腔体，所述冲击活塞回程运动至终点时，所述下缸体内周侧面完全封堵所述减阻通道的后端开口。
优选地，所述环形凸台的前端面为锥面，所述环形凸台的后端面为平面，所述缓冲活塞位于所述环形凸台前端部分的直径小于所述缓冲活塞位于所述环形凸台后端部分的直径。
优选地，所述换液通道的后端轴向延伸，所述换液通道的前端向外弯转倾斜设置，所述减阻通道的后端径向延伸，所述减阻通道的前端向外弯转倾斜设置。
优选地，所述换液通道和所述减阻通道具体为阻尼孔，包括周向均匀布置的多个所述换液通道和多个所述减阻通道。
本发明提供一种液压凿岩机，包括如上述任意一项所述的钻头缓冲装置。
本发明提供一种钻头缓冲装置，包括同轴设置的缓冲活塞、活塞套和下缸体，活塞套套装于缓冲活塞前端，下缸体套装于缓冲活塞后端，活塞套和下缸体外周套装有配流壳体，冲击活塞沿轴向依次穿过下缸体和活塞套后连接钎尾，且钎尾能够与缓冲活塞相抵，下缸体内周侧面设置有环形的缓冲槽，缓冲槽连通高压通道，缓冲活塞后端设置有节流段，节流段沿轴向由前至后直径逐渐变小；
冲击活塞冲程运动时，缓冲槽后侧边缘与节流段外周面形成环形通道，环形通道连通缓冲槽和下缸体的后端腔体，高压油进入下缸体的后端腔体推动缓冲活塞向前移动；冲击活塞回程运动时，环形通道的宽度逐渐变小，直至缓冲活塞外周侧面完全封堵缓冲槽，隔绝封闭下缸体的后端腔体，以憋压制动缓冲活塞。
采用变截面节流设计，在冲击活塞回程运动时，节流面逐渐减小，不会产生突变，有效避免冲击，直至缓冲活塞移动至特定位置，隔绝封闭下缸体的后端腔体，以憋压制动缓冲活塞，从而实现平稳缓冲制动效果，避免连接螺钉产生过早损坏，提高了凿岩机的整体可靠性。
本发明还提供一种包括上述钻头缓冲装置的液压凿岩机，由于上述钻头缓冲装置具有上述技术效果，上述液压凿岩机也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。
附图说明
图1为本发明所提供的钻头缓冲装置的一种具体实施方式的剖面示意图；
图2为本发明所提供的钻头缓冲装置的一种具体实施方式中缓冲活塞的剖面示意图；
图3为本发明所提供的钻头缓冲装置的一种具体实施方式中缓冲活塞的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种钻头缓冲装置，采用变截面节流设计，从而实现平稳缓冲制动效果，避免连接螺钉产生过早损坏，提高了凿岩机的整体可靠性。本发明的另一核心是提供一种包括上述钻头缓冲装置的液压凿岩机。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，图1为本发明所提供的钻头缓冲装置的一种具体实施方式的剖面示意图；图2为本发明所提供的钻头缓冲装置的一种具体实施方式中缓冲活塞的剖面示意图；图3为本发明所提供的钻头缓冲装置的一种具体实施方式中缓冲活塞的结构示意图。
本发明具体实施方式提供一种钻头缓冲装置，包括同轴设置的缓冲活塞1、活塞套2和下缸体3，同时，钻头组件包括由前至后依次布置的钻头、钎尾6和冲击活塞5，并按照上述方向定义各部件的前端和后端，活塞套2套装于缓冲活塞1前端，下缸体3套装于缓冲活塞1后端，即活塞套2和下缸体3共同形成一个前端开口后端封闭的的腔体，缓冲活塞1设置于这个腔体内，缓冲活塞1前端伸出，缓冲活塞1后端位于腔体内，并在活塞套2和下缸体3外周套装有配流壳体4，缓冲活塞1中部设置有轴向贯穿的通孔，下缸体3后端设置有同轴的通孔，冲击活塞5沿轴向依次穿过下缸体3和活塞套2后连接钎尾6，且钎尾6能够与缓冲活塞1相抵，具体地，可以在冲击活塞5前端外周套装有止退套7，止退套7分别与钎尾6后端和缓冲活塞1前端相抵。
其中，下缸体3内周侧面设置有环形的缓冲槽31，缓冲槽31连通系统的高压通道41，缓冲活塞1后端设置有节流段11，节流段11沿轴向由前至后直径逐渐变小，并合理设计节流段11的直径，使其前端最粗位置的直径能够完全贴合下缸体3内壁，实现封堵效果。
工作过程中，系统推动冲击活塞5向前移动做冲程运动，冲击活塞5向前推动钎尾6，高压通道41内的高压油推动缓冲活塞1向前移动，使节流段11较细的位置对准缓冲槽31，缓冲槽31处于开放状态，缓冲槽31后侧边缘与节流段11外周面形成环形通道，环形通道连通缓冲槽31和下缸体3的后端腔体，高压油进入下缸体3的后端腔体并推动缓冲活塞1的后端，使缓冲活塞1向前移动。
当钻头传递的回弹力使钎尾6推动着止退套7压在缓冲活塞1上时，同时推动冲击活塞5向后做回程运动，缓冲活塞1向后移动的过程中，环形通道的宽度逐渐变小，直至节流段11前端最粗的位置对准缓冲槽31，使缓冲活塞1外周侧面完全封堵缓冲槽31，隔绝封闭下缸体3的后端腔体，形成以憋压制动缓冲活塞1。
冲击活塞5冲程运动时，缓冲槽31后侧边缘与节流段11外周面形成环形通道，环形通道连通所缓冲槽31和下缸体3的后端腔体，高压油进入下缸体3的后端腔体推动缓冲活塞1向前移动；冲击活塞5回程运动时，环形通道的宽度逐渐变小，直至缓冲活塞1外周侧面完全封堵缓冲槽31，隔绝封闭下缸体3的后端腔体，即下缸体3的后端腔体的压力逐渐变大，直至形成一个封闭的腔体压力达到最大值，以憋压制动缓冲活塞1。
采用变截面节流设计，在冲击活塞5回程运动时，节流面逐渐减小，不会产生突变，有效避免冲击，直至缓冲活塞1移动至特定位置，隔绝封闭下缸体3的后端腔体，以憋压制动缓冲活塞1，从而实现平稳缓冲制动效果，避免连接螺钉产生过早损坏，提高了凿岩机的整体可靠性。
进一步地，活塞套2内周侧面设置有环形的换液槽21，换液槽21连通低压通道42，缓冲活塞1内设置有换液通道12，换液通道12的前端开口位于缓冲活塞1外周侧面，换液通道12的后端开口连通下缸体3的后端腔体。
冲击活塞5回程运动至终点时，即发生憋压制动缓冲活塞1时，换液槽21完全错开换液通道12的前端开口，使换液通道12的前端开口位于缓冲活塞1外周侧面，将整个换液通道12封闭，保证下缸体3的后端腔体内的液压油不会流出。
当冲击活塞5冲程运动时，缓冲活塞1使换液通道12的前端开口对准并连通换液槽21，即高压通道41、缓冲槽31、下缸体3的后端腔体、换液通道12、换液槽21和低压通道42形成完整回路，将下缸体3的后端腔体由低压通道42排出，液压油在每一次缓冲制动循环动作中都将进行一次油液更换，从而起到冷却作用，保证了油液不会由于频繁压缩产生过高温度而发生变质，也不会由于温度过高使油液粘度降低而提升空化发生的概率，有效避免了空化产生。
在本发明具体实施方式提供的钻头缓冲装置中，节流段11上设置有节流槽。从而实现随缓冲活塞1轴向移动而进行可变节流的设计，或设计锥形面倒角或带有通流面积变化的节流沟均可。
其中，高压通道41和低压通道42设置于配流壳体4侧面，配流壳体4内侧面设置有分别连通高压通道41和低压通道42的两个环形槽，分别连通缓冲槽31和换液槽21。
在上述各具体实施方式提供的钻头缓冲装置的基础上，缓冲活塞1外周侧面中部设置有环形凸台13，环形凸台13分隔活塞套2的前端腔体和后端腔体，活塞套2的前端腔体连通低压通道42，活塞套2的后端腔体连通高压通道，缓冲活塞1内设置有减阻通道14，减阻通道14的前端开口连通活塞套2的前端腔体，减阻通道14的后端开口位于缓冲活塞1外周侧面且位于环形凸台13后方；
冲击活塞5回程运动过程中，减阻通道14的后端开口连通活塞套2的后端腔体，形成高压通道41、活塞套2的后端腔体、减阻通道14、活塞套2的前端腔体和低压通道42的完整液压回路，部分推动缓冲活塞1向前的高压油会通过减阻通道14泄压，使缓冲活塞1受到的平衡回弹运动的阻力较小。当冲击活塞5回程运动至终点时，下缸体3内周侧面完全封堵减阻通道14的后端开口，隔绝活塞套2的后端腔体和前端腔体，瞬间产生一道向前的作用力，作用于缓冲活塞1，从而使钻头被一直压紧在岩石壁面上，保证了冲击功率的传输效率，使凿岩机的可靠性得到保障。
具体地，环形凸台13的前端面为锥面，环形凸台13的后端面为平面，缓冲活塞1位于环形凸台13前端部分的直径小于缓冲活塞1位于环形凸台13后端部分的直径，或根据情况调整各部件的结构和尺寸，均在本发明的保护范围之内。
进一步地，换液通道12的后端轴向延伸，换液通道12的前端向外弯转倾斜设置，减阻通道14的后端径向延伸，减阻通道14的前端向外弯转倾斜设置，保证各通道的开口位置正确且不会相互干扰即可。
其中，换液通道12和减阻通道14具体为阻尼孔，还可周向均匀布置多个换液通道12和多个减阻通道14。
除了上述钻头缓冲装置，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述钻头缓冲装置的液压凿岩机，该液压凿岩机其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的钻头缓冲装置及液压凿岩机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钻头缓冲装置，其特征在于，包括同轴设置的缓冲活塞(1)、活塞套(2)和下缸体(3)，所述活塞套(2)套装于所述缓冲活塞(1)前端，所述下缸体(3)套装于所述缓冲活塞(1)后端，所述活塞套(2)和所述下缸体(3)外周套装有配流壳体(4)，冲击活塞(5)沿轴向依次穿过所述下缸体(3)和所述活塞套(2)后连接钎尾(6)，且所述钎尾(6)能够与所述缓冲活塞(1)相抵，所述下缸体(3)内周侧面设置有环形的缓冲槽(31)，所述缓冲槽(31)连通高压通道(41)，所述缓冲活塞(1)后端设置有节流段(11)，所述节流段(11)沿轴向由前至后直径逐渐变小；
所述冲击活塞(5)冲程运动时，所述缓冲槽(31)后侧边缘与所述节流段(11)外周面形成环形通道，所述环形通道连通所述缓冲槽(31)和所述下缸体(3)的后端腔体，高压油进入所述下缸体(3)的后端腔体推动所述缓冲活塞(1)向前移动；
所述冲击活塞(5)回程运动时，所述环形通道的宽度逐渐变小，直至所述缓冲活塞(1)外周侧面完全封堵所述缓冲槽(31)，隔绝封闭所述下缸体(3)的后端腔体，以憋压制动所述缓冲活塞(1)。
2.根据权利要求1所述的钻头缓冲装置，其特征在于，所述活塞套(2)内周侧面设置有环形的换液槽(21)，所述换液槽(21)连通低压通道(42)，所述缓冲活塞(1)内设置有换液通道(12)，所述换液通道(12)的前端开口位于所述缓冲活塞(1)外周侧面，所述换液通道(12)的后端开口连通所述下缸体(3)的后端腔体；
所述冲击活塞(5)冲程运动时，所述换液通道(12)的前端开口连通所述换液槽(21)，所述冲击活塞(5)回程运动至终点时，所述缓冲活塞(1)内周侧面完全封堵所述换液通道(12)的前端开口。
3.根据权利要求2所述的钻头缓冲装置，其特征在于，所述节流段(11)上设置有节流槽。
4.根据权利要求3所述的钻头缓冲装置，其特征在于，所述高压通道(41)和所述低压通道(42)设置于所述配流壳体(4)侧面，所述配流壳体(4)内侧面设置有分别连通所述高压通道(41)和所述低压通道(42)的两个环形槽。
5.根据权利要求2所述的钻头缓冲装置，其特征在于，所述冲击活塞(5)前端外周套装有止退套(7)，所述止退套(7)分别与所述钎尾(6)后端和所述缓冲活塞(1)前端相抵。
6.根据权利要求2至5任意一项所述的钻头缓冲装置，其特征在于，所述缓冲活塞(1)外周侧面中部设置有环形凸台(13)，所述环形凸台(13)分隔所述活塞套(2)的前端腔体和后端腔体，所述活塞套(2)的前端腔体连通所述低压通道(42)，所述活塞套(2)的后端腔体连通所述高压通道(41)，所述缓冲活塞(1)内设置有减阻通道(14)，所述减阻通道(14)的前端开口连通所述活塞套(2)的前端腔体，所述减阻通道(14)的后端开口位于所述缓冲活塞(1)外周侧面且位于所述环形凸台(13)后方；
所述冲击活塞(5)回程运动过程中，所述减阻通道(14)的后端开口连通所述活塞套(2)的后端腔体，所述冲击活塞(5)回程运动至终点时，所述下缸体(3)内周侧面完全封堵所述减阻通道(14)的后端开口。
7.根据权利要求6所述的钻头缓冲装置，其特征在于，所述环形凸台(13)的前端面为锥面，所述环形凸台(13)的后端面为平面，所述缓冲活塞(1)位于所述环形凸台(13)前端部分的直径小于所述缓冲活塞(1)位于所述环形凸台(13)后端部分的直径。
8.根据权利要求7所述的钻头缓冲装置，其特征在于，所述换液通道(12)的后端轴向延伸，所述换液通道(12)的前端向外弯转倾斜设置，所述减阻通道(14)的后端径向延伸，所述减阻通道(14)的前端向外弯转倾斜设置。
9.根据权利要求8所述的钻头缓冲装置，其特征在于，所述换液通道(12)和所述减阻通道(14)具体为阻尼孔，包括周向均匀布置的多个所述换液通道(12)和多个所述减阻通道(14)。
10.一种液压凿岩机，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的钻头缓冲装置。
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