CN116517064A - 一种静压悬浮型液压破碎锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静压悬浮型液压破碎锤，包括活塞（3）和缸体（4），活塞（3）在缸体（4）内往复运动；活塞（3）由悬浮套（18）和撞击杆（19）组成，悬浮套（18）同轴安装在撞击杆（19）上；在悬浮套（18）上设置两圈静压悬浮腔（21）、每圈周向等间隔设置≥3个静压悬浮腔（21），用于对活塞（3）支承；通过静压悬浮支承将活塞（3）浮在缸体（4）中，活塞（3）和缸体（4）的配合面均被液压油分隔开，避免接触，避免拉伤。

Description

一种静压悬浮型液压破碎锤

技术领域

本发明涉及一种工程机械属具，特别是涉及一种静压悬浮型液压破碎锤。

背景技术

液压破碎锤是一种将液压能转换为机械能的冲击机具，其中有两个基本运动元件——活塞和换向阀，两者相互反馈控制，即阀芯的往复运动控制着活塞换向，而活塞在每一个行程的始、终点又通过打开或关闭换向阀的控制油路实现阀芯的换向，如此循环工作。液压破碎锤的基本工作原理为：通过这种活塞和阀芯的反馈控制，实现活塞在液压或液压与气压力驱动下快速往复运动，并打击钎杆对外做功。

为了破碎石料、混凝土及其他建筑材料，液压破碎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。液压破碎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破碎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（图1、图2）主要包括：氮气室1、活塞环2、活塞3、缸体4、钎杆座5、内套6、外套7、钎杆8、换向阀9、蓄能器10。回程运动开始（图1），高压油P通过油口a4进入前腔12，同时作用于换向阀9阀芯的下端，使阀芯稳定处于图（1）所示状态。此时前腔12接通高压油P，后腔13通过油口a1通回油T，活塞3在前腔12高压油P的驱动下，加速回程并压缩氮气室1中的氮气储存能量（如果氮气室1中不充气体，则为纯液压式液压锤），蓄能器10储油，当活塞3回程运动至前腔12和控制油口a3连通，高压油P到达阀芯的上端，此时阀芯上、下端都与高压油相通，由于设计中阀芯上端有效面积大于下端有效面积，阀芯在高压油作用下换向至图（2）状态，此时前、后腔都通高压油P，蓄能器10排油补充液压系统，活塞3在氮气压力（纯液压式液压锤除外）及油压的作用下，加速冲程，打击钎杆8，输出冲击能。当活塞3越过打击点，控制口a2和a3导通，并与回油T接通，换向阀9的阀芯上端泄压，下端油压作用下阀芯快速换向至图（1）状态，又恢复初始状态，活塞3开始回程，进入下一个打击循环，如此反复。在钎杆座5中，设有破碎岩石的钎杆8、起导向作用的内套6、外套7，同时内套6、外套7具有保护钎杆座5不被磨损的作用。

由于液压破碎锤使用过程中零件之间的磨损、间隙、零件本身的形位精度、工况等原因，使得活塞3和钎杆8的打击面不垂直于活塞3的轴线（影响：产生相对滑动）、打击点不在活塞3的中心（影响：产生偏转趋势），活塞3打击钎杆8后，必然产生径向冲击（侧向冲击）。径向冲击力和摩擦力将破坏活塞3和缸体4的配合面（即，拉缸）。由于活塞3和缸体4之间靠间隙密封，配合面破坏后，内泄漏增加，液压破碎锤不能正常工作；活塞3表面破坏后，则同轴安装的油封也将损坏，导致漏油。

杨襄璧，罗铭主编的书籍《液压破碎锤设计理论、计算方法与应用》，该书的第6页记载了拉缸问题。拉缸问题是人们一直渴望解决但始终未能获得成功的技术难题。

为解决拉缸问题，中国发明专利CN106703105B说明书公开了液压破碎锤活塞静压支撑及润滑结构。该技术方案为：在缸体和活塞头部配合的区域周向等间隔设置4个油腔用于对活塞头部支承，液压油通过缸体内的油路进入油腔；在活塞最大径处（靠近尾部的一段）周向等间隔设置4个油腔用于对活塞最大径处支承，液压油通过活塞内部的轴向孔和径向孔进入油腔。存在的问题：1.当超载、液压油脏等原因导致活塞最大径上的4个油腔和缸体的配合面拉伤后，油腔四周的封油面（封油面包括周向封油面和轴向封油面）将失去封油功能，破坏了油腔对活塞的支承力，加剧拉伤，导致活塞报废。2.活塞上设置轴向油路、径向油路、油腔等，必然降低活塞的机械强度，但是活塞往复运动打击钎杆，受到极大的冲击力，容易损坏（活塞硬度高，容易断）。3.活塞上设置轴向油路、径向油路均属于细长孔，加工困难、效率低，且不便于清洗维护。4.由于在活塞最大径设置4个油腔支承，4个油腔将对缸体产生4个方向的液压力，导致缸体变形，由于活塞和缸体之间靠间隙密封（配合间隙小），缸体的变形将导致活塞被抱死、损坏，即拉缸。如果想减小变形，必然增加缸体的结构尺寸、重量，则需要大吨位的主机与之相配，在不增加工作效率的情况下，增加主机吨位，将浪费资源。5.在活塞往复运动的过程中，当活塞最大径处（靠近尾部的一段）的4个油腔和缸体内的环形油槽相通时，此阶段无支承。6.由于缓冲腔的缓冲距离不够及泄露的原因，导致活塞打击钎杆座。7.如果直接在活塞上加工毛细管作为节流孔为油腔供油的方式，则现有加工手段很难满足毛细管对直径（微孔）、长度（活塞直径决定的）、尺寸精度及粗糙度的要求；如果采用安装节流孔的方式，则必然增加连接螺纹等，进一步降低活塞的强度，且容易松动（由于高频震动、温度变化），一旦松动，必然拉缸。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题如下。

1.活塞最大径上的4个油腔和缸体的配合面拉伤导致整根活塞报废。

2.加工活塞最大径上的4个油腔，需要将整个活塞放置在四轴联动的机床上，对机床要求高。

3.在活塞上设置轴向油路、径向油路、油腔等，导致活塞断的问题。

4.活塞上设置轴向油路、径向油路均属于细长孔，加工困难、生产效率低。

5.油腔的液压力导致缸体变形将活塞抱死，抱死必然拉缸的技术缺陷。

6.活塞最大径上的4个油腔和缸体内的环形油槽相通导致无支承的问题。

7.直接在活塞上加工毛细管不能达到作为节流孔的要求。

8.活塞打击钎杆座的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种静压悬浮型液压破碎锤。包括：活塞、缸体、钎杆座、内套、外套及钎杆。活塞在缸体内往复运动，打击钎杆；钎杆座中设有破碎岩石的钎杆、起导向作用的内套、外套，同时内套、外套具有保护钎杆座不被磨损的作用。所述活塞由悬浮套和撞击杆组成，悬浮套同轴安装在撞击杆上，且为过盈配合，过盈量为0.002mm—0.08mm（悬浮套在活塞工作的过程中，受到的最大轴向力方向指向活塞的头部、大小为惯性力和后腔液压力的合力，其余状态的轴向力远小于最大轴向力，在受最大轴向力的时候，通过撞击杆上的台阶定位，所以此处结构采用悬浮套和撞击杆过盈配合的方案是合理的；同时，悬浮套和撞击杆的过盈配合可以有效避免液压力导致悬浮套变形的现象。）。当悬浮套拉伤后，更换悬浮套，避免整根活塞报废。

作为本发明的进一步改进，在悬浮套上设置两圈静压悬浮腔、每圈周向等间隔设置≥3个静压悬浮腔，用于对活塞支承。高压油P通过悬浮套上的毛细管节流后进入静压悬浮腔。通过静压悬浮支承将活塞浮在缸体中，保证活塞在一定负载、任何速度（包括静止）时，活塞和缸体的配合面均被液压油分隔开，避免接触，避免拉伤。静压悬浮支承的原理：高压油经毛细管节流后进入静压悬浮腔（简称：油腔），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，因而流过毛细管的压降减小，各个静压悬浮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，因此流经毛细管的压降增大，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，将活塞悬浮在缸体中。

有益效果：在悬浮套上设置两圈静压悬浮腔、每圈周向等间隔设置≥3个静压悬浮腔，用于对活塞支承。高压油P通过悬浮套上的毛细管节流后进入静压悬浮腔。避免直接在活塞上设置轴向油路、径向油路、油腔等，导致活塞断的现象；解决直接在活塞上加工毛细管，现有加工手段很难满足毛细管对直径（微孔）、长度（活塞直径决定的）、尺寸精度及粗糙度要求的问题；避免加工活塞最大径上的油腔，将整个活塞放置在四轴联动的机床上的问题，降低了对机床的要求，提高生产效率，降低了生产成本。

作为本发明的进一步改进，相邻两圈静压悬浮腔在垂直于活塞轴线的平面投影交错分布，且相邻投影之间的间隔或重合量相同。

有益效果：能避免油腔的液压力在缸体内孔周向分布不均，导致缸体严重变形将活塞抱死的技术缺陷。

作为本发明的进一步改进，相邻两圈静压悬浮腔的周向封油面在垂直于活塞轴线的平面投影重合或部分重合。

有益效果：当高压油通过静压悬浮腔的封油面，将出现压力递减的现象，采用本技术方案所述的布局，进一步限定相邻两圈静压悬浮腔在垂直于活塞轴线的平面投影重合的量，使得全部静压悬浮腔所受到的液压力在垂直于活塞轴线的平面内的合力大小基本相同、方向沿缸体内孔径向分布一周，即缸体在垂直于活塞轴线的平面内所受到的液压力大小基本相同，避免了液压力将缸体和活塞配合的内孔压成非圆孔。

作为本发明的进一步改进，在撞击杆上设置环形槽用于悬浮套上的静压悬浮腔供油，环形槽通过孔与最大径靠近头部的端面连通。

有益效果：避免在活塞上设置较多的油路，导致活塞断的现象；由于环形槽和活塞最大径靠近头部的端面连通的孔仅用于悬浮套上油腔的供油，且油需要经过毛细管，流量小，因此孔直径小，且无尺寸精度、粗糙度要求，便于加工。

作为本发明的进一步改进，活塞处于最下端时（靠近钎杆座的方向），避免悬浮套上的静压悬浮腔和缸体内与a2口相通的环形油槽相通。

有益效果：避免活塞的静压悬浮支承被破坏。

作为本发明的进一步改进，活塞处于最上端时（靠近氮气室的方向），避免悬浮套上的静压悬浮腔和后腔13相通。

有益效果：避免活塞的静压悬浮支承被破坏。

作为本发明的进一步改进，所述悬浮套内孔尺寸大于活塞尾部尺寸。便于安装和拆卸。

作为本发明的进一步改进，为增大氮气室的容积，增加储能，在活塞尾部设置一个容腔。

作为本发明的进一步改进，在缓冲腔和高压油P之间设置一个补油阀，补油阀包括补油阀芯、补油阀套和补油阀盖。在活塞没进入缓冲腔之前，补油阀芯处于浮动状态；当活塞进入缓冲腔的瞬间，补油阀芯在液锤效应的作用下，将补油阀关闭；当缓冲腔的压力低于高压油P的压力时，补油阀打开，开始补油。

有益效果：采用补油阀为缓冲腔补油，避免由于缓冲腔的缓冲距离不够和泄露的原因，导致活塞打击钎杆座的现象。

附图说明

图1 现有液压破碎锤原理图。

图2 现有液压破碎锤原理图。

图3 现有液压破碎锤活塞主视图。

图4 本发明实施例的活塞结构图。

图5 悬浮套的结构图。

图6 悬浮套的剖视图C-C。

图7 悬浮套的剖视图D-D。

图8 本发明液压破碎锤原理图。

图9 本发明液压破碎锤原理图。

图10 补油阀关闭状态示意图。

图11 补油阀开启状态示意图。

附图标记：1氮气室 2活塞环 3活塞 4缸体 5钎杆座 6内套 7外套 8钎杆 9换向阀 10蓄能器 11主密封 12前腔 13后腔 14头部 15最大径 16尾部 17大前段 18悬浮套19撞击杆 20毛细管 21静压悬浮腔 22周向封油面 23轴向封油面 24环形槽 25孔 26润滑槽 27补油阀 28补油阀盖 29补油阀芯 30补油阀套 31缓冲腔

实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明提供的一种静压悬浮型液压破碎锤，主要包括：活塞3、缸体4、钎杆座5、内套6、外套7及钎杆8。活塞3在缸体4内往复运动，打击钎杆8；钎杆座5中设有破碎岩石的钎杆8、起导向作用的内套6、外套7，同时内套6、外套7具有保护钎杆座5不被磨损的作用。如图4，所述活塞3由悬浮套18和撞击杆19组成，悬浮套18同轴安装在撞击杆19上，且为过盈配合，过盈量为0.002mm—0.08mm（悬浮套18在活塞3工作的过程中，受到的最大轴向力方向指向活塞3的头部14、大小为惯性力和后腔13液压力的合力，其余状态的轴向力远小于最大轴向力，在受最大轴向力的时候，通过撞击杆19上的台阶定位，所以此处结构采用悬浮套18和撞击杆19过盈配合的方案是合理的；同时，悬浮套18和撞击杆19的过盈配合可以有效避免液压力导致悬浮套18变形的现象。）。当悬浮套18拉伤后，更换悬浮套18，避免整根活塞3报废。

作为本发明的进一步改进，如图4、图5、图6、图7所示，在悬浮套18上设置两圈静压悬浮腔21、每圈周向等间隔设置≥3个静压悬浮腔21（注：本实施例每圈周向等间隔设置6个静压悬浮腔21），用于对活塞3支承。高压油P通过悬浮套18上的毛细管20节流后进入静压悬浮腔21。通过静压悬浮支承将活塞3浮在缸体4中，保证活塞3在一定负载、任何速度（包括静止）时，活塞3和缸体4的配合面均被液压油分隔开，避免接触，避免拉伤。静压悬浮支承的原理：高压油经毛细管20节流后进入静压悬浮腔21（简称：油腔），当活塞3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3在缸体4孔的中央。这时各油腔封油面（封油面包括周向封油面22和轴向封油面23）和活塞3之间的间隙相同（均为h）；如果活塞3上施加径向载荷F（如：考虑活塞的自重），活塞3将产生偏心量e。这时活塞3和缸体4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，因而流过毛细管20的压降减小，各个静压悬浮腔21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，因此流经毛细管20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，将活塞3悬浮在缸体4中。

作为本发明的进一步改进，如图5、图6、图7所示，相邻两圈静压悬浮腔21在垂直于活塞3轴线的平面投影交错分布，且相邻投影之间的间隔或重合量相同。

作为本发明的进一步改进，如图5、图6、图7所示，相邻两圈静压悬浮腔21的周向封油面22在垂直于活塞3轴线的平面投影重合或部分重合。

作为本发明的进一步改进，如图4所示，在撞击杆19上设置环形槽24用于悬浮套18上的静压悬浮腔21供油，环形槽24通过孔25与最大径15靠近头部14的端面连通。

作为本发明的进一步改进，如图4所示，在活塞3的大前段17上设置润滑槽26。

作为本发明的进一步改进，如图8所示，活塞3处于最下端时（靠近钎杆座5的方向），避免悬浮套18上的静压悬浮腔21和缸体4内与a2口相通的环形油槽相通，即L1>0。

作为本发明的进一步改进，如图9所示，活塞3处于最上端时（靠近氮气室1的方向），避免悬浮套18上的静压悬浮腔21和后腔13相通，即L2>0。

作为本发明的进一步改进，如图4，所述悬浮套18内孔尺寸大于活塞3的尾部16尺寸。

作为本发明的进一步改进，如图4所示，为增大氮气室1的容积，增加储能，在活塞3的尾部16上设置一个容腔。

作为本发明的进一步改进，如图9所示，在缓冲腔31和高压油P之间设置一个补油阀27，补油阀27包括补油阀盖28、补油阀芯29和补油阀套30。在活塞3没进入缓冲腔31之前，补油阀芯29处于浮动状态（补油阀芯29两端面压力相等，补油阀27可能开启、也可能关闭。）；当活塞3进入缓冲腔31的瞬间，补油阀芯29在液锤效应的作用下，将补油阀27关闭，如图10所示；当缓冲腔31的压力低于高压油P的压力时，补油阀27打开，开始补油，如图11所示。

本发明并不局限于上述实施方式，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有经过创造性劳动而获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种静压悬浮型液压破碎锤，包括，活塞（3）、缸体（4），活塞（3）在缸体（4）内往复运动，其特征在于：活塞（3）由悬浮套（18）和撞击杆（19）组成，悬浮套（18）同轴安装在撞击杆（19）上，且为过盈配合。

2.根据权利要求1所述的一种静压悬浮型液压破碎锤，其特征在于：在悬浮套（18）上设置两圈静压悬浮腔（21）、每圈周向等间隔设置≥3个静压悬浮腔（21），用于对活塞（3）支承；高压油通过悬浮套（18）上的毛细管（20）节流后进入静压悬浮腔（21）。

3.根据权利要求2所述的一种静压悬浮型液压破碎锤，其特征在于：相邻两圈静压悬浮腔（21）在垂直于活塞（3）轴线的平面投影交错分布，且相邻投影之间的间隔或重合量相同。

4.根据权利要求3所述的一种静压悬浮型液压破碎锤，其特征在于：相邻两圈静压悬浮腔（21）的周向封油面（22）在垂直于活塞（3）轴线的平面投影重合或部分重合。

5.根据权利要求2、3或4所述的一种静压悬浮型液压破碎锤，其特征在于：在撞击杆（19）上设置环形槽（24）用于悬浮套（18）上的静压悬浮腔（21）供油，环形槽（24）通过孔（25）与最大径（15）靠近头部（14）的端面连通。

6.根据权利要求2、3或4所述的一种静压悬浮型液压破碎锤，其特征在于：避免悬浮套（18）上的静压悬浮腔（21）和缸体（4）内与a2口相通的环形油槽相通，即L1>0。

7.根据权利要求2、3或4所述的一种静压悬浮型液压破碎锤，其特征在于：避免悬浮套（18）上的静压悬浮腔（21）和后腔（13）相通，即L2>0。

8.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种静压悬浮型液压破碎锤，其特征在于：所述悬浮套（18）内孔尺寸大于活塞（3）的尾部（16）尺寸。

9.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种静压悬浮型液压破碎锤，其特征在于：在活塞（3）的尾部（16）上设置一个容腔。

10.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种静压悬浮型液压破碎锤，其特征在于：在缓冲腔（31）和高压油P之间设置一个补油阀（27），补油阀（27）包括补油阀盖（28）、补油阀芯（29）和补油阀套（30）；在活塞（3）没进入缓冲腔（31）之前，补油阀芯（29）处于浮动状态，即补油阀芯（29）两端面压力相等，补油阀（27）可能开启、也可能关闭；当活塞（3）进入缓冲腔（31）的瞬间，补油阀（27）关闭；当缓冲腔（31）的压力低于高压油P的压力时，补油阀（27）打开，开始补油。