CN116733893A - 一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统。本发明通过流体间接传动的方式，既保证了凿岩机正常的凿击力输出，又能在钎杆反弹过程中避免钎杆直接撞击液压缸的冲击活塞，从而消减了钎杆反弹过程的震动。其中的实现原理概括为：将钎杆反弹的能量率先转化为传动活塞的动能，又通过特殊的几何尺寸设计实现冲击盘“延迟右移”效果，给液压缸冲击活塞赢得了足够的缩回时间，最终完全避免了钎杆和中间结构件对液压缸冲击活塞的撞击，因此达到了消减震动的目的。本发明的减震系统，无需外置动力源，结构稳定，工程应用性强。

Description

一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统

技术领域

本发明属于凿岩机的减震领域的一种凿岩机钎杆的减震系统，尤其涉及了一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统。

背景技术

凿岩机是一种重要的工程机械，常用于隧道挖掘和矿山挖掘等领域，具体作用是对岩石进行凿孔挖穴，以便后续放入炸药爆破岩石。

凿岩机的工作原理是：冲击破碎原理。液压动力驱动油缸的活塞杆往复运动，在往复运动过程中，活塞杆的前端面间歇性撞击钎杆，钎杆将撞击力传递给岩石，从而将岩石凿碎。

在凿岩机工作时，有两个过程会产生强烈的震动：一是活塞杆撞击钎杆，钎杆撞击岩石的过程中所产生的震动；二是钎杆受到岩石的反弹作用后，钎杆反弹，撞击活塞杆的震动。前者的震动是凿岩机破碎岩石的必需过程；后者的震动则是无益的，应当予以消减。

困难之处在于：由于钎杆撞击岩石的过程和钎杆反弹的过程几乎是同时完成的，两个动作之间的时间差极短，这就导致液压缸的冲击活塞没有足够的时间回撤，因此钎杆反弹过程几乎是必然会反弹撞击到冲击活塞，由此产生震动。这个震动很难避免，鉴于这种难度，行业中对于钎杆反弹过程的减震研究较少。为数不多的相关研究中，存在少量外置气动减震系统或外置油压减震系统。这些方法存在一定的弊端，例如增加了外置的动力源，使得设备较为复杂；外置独立的减震系统与凿岩机工作过程存在适配性问题。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题和需求，本发明提供了一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，本发明的减震系统依托内置流体的自循环流动。

本发明的技术方案是：

本发明包括壳体外筒、冲击模块、缓冲模块、撞击装置和钎杆；壳体外筒内的两端部分别设置有冲击模块和钎杆，缓冲模块和撞击装置均设置在壳体外筒内，缓冲模块靠近冲击模块设置并且缓冲模块与冲击模块相连，撞击装置靠近钎杆设置，冲击模块、撞击装置和钎杆在壳体外筒内可滑动，缓冲模块固定安装在壳体外筒内，冲击模块与缓冲模块之间以及缓冲模块与撞击装置之间均填充有传动流体。

所述冲击模块包括冲击盘、传动活塞和冲击活塞；冲击盘可密封滑动设置在壳体外筒内的一端部，传动活塞的一端可密封滑动地设置在冲击盘中，传动活塞的另一端向内延伸后可密封滑动地设置在缓冲模块中，冲击活塞可滑动地设置在冲击盘外端处的壳体外筒内。

所述冲击活塞与冲击盘之间的壳体外筒圆周侧面开设有多个沿圆周间隔布置的通气孔。

所述传动活塞包括活塞套、右端头、左端头和活塞杆，右端头、左端头通过活塞杆进行连接，右端头的外径大于左端头，左端头外套设有活塞套，使得传动活塞的形状是哑铃状，右端头的外径等于活塞套的外径。

所述缓冲模块包括壳体环筋、壳体内筒、第一单向阀组、第二单向阀组、第三单向阀组和第四单向阀组；

壳体内筒通过壳体环筋固定安装在壳体外筒内，将壳体外筒内、壳体内筒外、壳体环筋与撞击装置之间的腔室记为第四流体容腔，将壳体外筒内、壳体内筒外、壳体环筋与冲击模块之间的腔室记为第一流体容腔；冲击模块的端部可密封滑动地设置在壳体内筒内，撞击装置与壳体内筒同轴设置，撞击装置部分可密封滑动地设置在壳体内筒内，撞击装置剩余部分可密封滑动地设置在壳体外筒内；

将壳体内筒内的壳体内筒与冲击模块之间的腔室记为第二流体容腔，将壳体内筒内的壳体内筒与撞击装置之间的腔室记为第三流体容腔，第一流体容腔、第二流体容腔、第三流体容腔和第四流体容腔内均填充有传动流体，冲击模块所在的壳体内筒端面安装有第一单向阀组，第一流体容腔中的传动流体通过第一单向阀组向第二流体容腔单向连通；靠近冲击模块一端的壳体内筒外圆周侧面还安装有第二单向阀组，第二流体容腔中的传动流体通过第二单向阀组向第一流体容腔单向连通；壳体环筋中安装有第三单向阀组，使得第一流体容腔中的传动流体通过第三单向阀组向第四流体容腔单向连通；壳体环筋中还安装有第四单向阀组，使得第四流体容腔中的传动流体通过第四单向阀组向第三流体容腔单向连通。

所述冲击模块的端部的端面与壳体内筒的内端面接触时，冲击模块在壳体内筒圆周侧面的位置不与第二单向阀组的位置重合，使得第二单向阀组处于可打开状态。

所述第三单向阀组中各个单向阀与第四单向阀组中各个单向阀的位置一一对应，并且第三单向阀组中的每个单向阀与第四单向阀组中对应的单向阀的控制方向垂直；当第三单向阀组处于打开状态时，第三单向阀组对第四单向阀组的状态进行控制，使得第四单向阀组处于关闭状态。

所述传动活塞与缓冲模块之间的接触端面设置为弧形凹面，使得传动活塞的端面与缓冲模块的端面贴合时，两者之间形成弧形间隙。

所述传动活塞与缓冲模块之间的端头上设置有倒角，缓冲模块与传动活塞端头之间的内圆周侧面上也开设有倒角，使得缓冲模块与传动活塞端头之间依次形成锥面缝隙和圆环缝隙；第一流体容腔中的传动流体还依次通过缓冲模块与传动活塞之间的圆环缝隙、锥面缝隙和弧形间隙向第二流体容腔流动。

所述撞击装置包括撞击盘和环形磁铁；撞击盘由第一连接柱和第二连接柱依次同轴相连组成，第一连接柱的直径小于第二连接柱的直径，第一连接柱可密封滑动地设置在缓冲模块内，第二连接柱可密封滑动地设置在壳体外筒内，第二连接柱靠近缓冲模块的端面中安装有环形磁铁，环形磁铁靠近第一连接柱设置。

本发明的有益效果在于：

(一)本发明摆脱了的外部动力源的束缚；

(二)本发明不影响活塞杆/钎杆撞击岩石的动力传动；

(三)本发明避免了钎杆反弹过程中对液压缸活塞杆的撞击，消减了系统震动。

附图说明

图1为整体结构图。

图2为主视剖视图。

图3为壳体结构图。

图4为阀芯结构图。

图5为冲击活塞结构图。

图6为活塞套剖视图。

图7为容腔分布图。

图8为活塞套处于极限位状态下的局部放大图。

图9为运行原理图(一)。

图10为运行原理图(二)。

图11为运行原理图(三)。

图12为运行原理图(四)。

图13为等容积流动原理图。

图14为运行原理图(五)。

图15为减震原理图。

图16为运行原理图(六)。

图中：1壳体；2冲击盘；3传动活塞；4活塞套；5撞击盘；6环形磁铁；7冲击活塞；8钎杆；9阀芯；11壳体外筒；12壳体环筋；13壳体内筒；14通气孔；21撞击装置；22气槽；23弧形凹面；24弧形间隙；25锥面缝隙；26圆环缝隙；A第一单向阀组；B第二单向阀组；C第三单向阀组；D第四单向阀组；S1第一流体容腔；S2第二流体容腔；S3第三流体容腔；S4第四流体容腔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例进行详细说明。应该理解，此处所具体描述的发明例仅用以解释本发明，并不限定于本发明。

本发明所揭示的是一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，如图1至图16为本发明的较佳实例。

减震系统包括壳体外筒11、冲击模块、缓冲模块、撞击装置21和钎杆8；壳体外筒11内的两端部分别设置有冲击模块和钎杆8，缓冲模块和撞击装置21均设置在壳体外筒11内，缓冲模块靠近冲击模块设置并且缓冲模块与冲击模块相连，撞击装置21靠近钎杆8设置，撞击装置的作用是接收传动流体所传递的动力，并将其传递给钎杆8。钎杆8是凿岩机的最终输出机构，是撞击力的最终执行机构(图1)。钎杆8的端面外表面设置一些凹槽，凹槽的作用是平衡内外气压差。冲击模块、撞击装置21和钎杆8在壳体外筒11内可滑动，其中撞击装置21在壳体外筒11内可密封滑动。缓冲模块固定安装在壳体外筒11内，冲击模块与缓冲模块之间以及缓冲模块与撞击装置21之间均填充有传动流体。传动流体属于低粘度、轻质量、不可压缩的流体。

冲击模块包括冲击盘2、传动活塞3、活塞套4和冲击活塞7；冲击盘2可密封滑动设置在壳体外筒11内的一端部，壳体外筒11的内壁是一个光滑内壁，可以与其它结构密封滑动。冲击盘2的中部开设有轴向通孔，通孔内壁光滑，该通孔的直径与传动活塞3的右端头直径相等，如图2所示。传动活塞3的一端可密封滑动地设置在冲击盘2中，传动活塞3的另一端外套设有活塞套4并向内延伸后可密封滑动地设置在缓冲模块的壳体内筒13中，冲击活塞7可滑动地设置在冲击盘2外端处的壳体外筒11内，冲击活塞7是液压缸的活塞杆，是凿岩机工作时的撞击力来源(图1)。冲击活塞的直径小于壳体外筒11的内径。冲击活塞7与冲击盘2之间的壳体外筒11圆周侧面开设有多个沿圆周间隔布置的通气孔14。通气孔14的作用是实现气压平衡，避免内外气压差产生影响。冲击活塞7向内撞击冲击盘2后，驱动冲击盘2和传动活塞3向内滑动。

如图5所示，冲击盘2的形状是圆环体状，安装在壳体1内，具体是安装在壳体外筒11内，靠近右侧部分。冲击盘2的外壁光滑，且外径等于壳体外筒11的内径，因此冲击盘2可以相对于壳体外筒11做密封滑动。冲击盘的右端面设置有气槽，包括散发式气槽和环式气槽，气槽之间相互导通，气槽的作用是实现压力平衡，避免气压差产生影响。冲击盘2的作用是承受冲击活塞7的撞击力，向左滑动，向左挤压传动流体；在这个过程中，冲击盘2在壳体外筒11中做密封滑动，传动活塞3的右端头在冲击盘2的通孔中也做密封滑动。在冲击盘运动过程中，由于气槽(图5)和排气孔14的作用(图3)，内部气压始终与外部气压保持平衡，避免气压差产生影响。

如图2所示，传动活塞3的形状是哑铃状，右端头最粗，中部最细，左端头适中。传动活塞3的外表面处处光滑。特别的，传动活塞3的右端头穿入到冲击盘2的轴向通孔中，且外径与冲击盘2中心孔的内径相等，二者可以做相对密封滑动。特别的，传动活塞3的中间段为细长段，传动活塞中间段的直径略小于壳体内筒13右端面圆通孔的直径。特别的，冲击盘2的轴向通孔的直径等于壳体内筒13的内径，也等于传动活塞3的右端头的外径，也等于活塞套4的外径。

缓冲模块包括壳体环筋12、壳体内筒13、第一单向阀组A、第二单向阀组B、第三单向阀组C和第四单向阀组D；

壳体内筒13为金属材质，壳体内筒13通过壳体环筋12固定安装在壳体外筒11内，壳体外筒11与壳体内筒13在空间上同轴心。壳体外筒11的长度远大于壳体内筒13的长度，壳体环筋12位于壳体外筒11在长度方向上的相对中间部位，也位于壳体内筒13在长度方向上的相对中间部位。壳体内筒13的内壁是一个光滑内壁，可以与其他结构件密封滑动。壳体内筒13的左端面为完全开放状态，右端面则为半封堵状态(图3)。右端面中心轴线处设置有圆通孔和对应的45度倒角，内壁均光滑，圆通孔的直径远小于壳体内筒13的内径，略大于传动活塞3的活塞杆直径(图2)。壳体环筋12的形状是圆环体状，用于固定连接壳体外筒11和壳体内筒13。壳体环筋12的左右端面与壳体1的轴线垂直。具体实施中，壳体外筒11、壳体环筋12和壳体内筒13共同组成壳体1，使得壳体1是一个具有双层圆筒腔的复合结构，如图3的(a)和图3的(b)所示。壳体1作为整个结构的安装基准件，所有结构件均安装在壳体1内，壳体1的材质为碳钢。

将壳体外筒11内、壳体内筒13外、壳体环筋12与撞击装置21的撞击盘5之间的腔室记为第四流体容腔S4，将壳体外筒11内、壳体内筒13外、壳体环筋12与冲击模块的传动活塞3之间的腔室记为第一流体容腔S1；冲击模块的传动活塞3的一端部始终可密封滑动地设置在壳体内筒13内，壳体内筒13的一端部设置有台阶，通过台阶对传动活塞3的回位进行限位，如图1所示，使得传动活塞3在壳体内筒13内存在右极限位置。撞击装置21的撞击盘5与壳体内筒13同轴设置，撞击装置21的撞击盘5的部分始终可密封滑动地设置在壳体内筒13内，撞击装置21的撞击盘5的剩余部分可密封滑动地设置在壳体外筒11内；

将壳体内筒13内的壳体内筒13与冲击模块的传动活塞3之间的腔室记为第二流体容腔S2，将壳体内筒13内的壳体内筒13与撞击装置21的撞击盘5的之间的腔室记为第三流体容腔S3，第一流体容腔S1、第二流体容腔S2、第三流体容腔S3和第四流体容腔S4内均填充有传动流体，系统内其他部件或位置均不填充传动流体，冲击模块的传动活塞3所在的壳体内筒13端面安装有第一单向阀组A，第一流体容腔S1中的传动流体通过第一单向阀组A向第二流体容腔S2单向连通；靠近冲击模块一端的壳体内筒13外圆周侧面还安装有第二单向阀组B，第二流体容腔S2中的传动流体通过第二单向阀组B向第一流体容腔S1单向连通；壳体环筋12中安装有第三单向阀组C，使得第一流体容腔S1中的传动流体通过第三单向阀组C向第四流体容腔S4单向连通；壳体环筋12中还安装有第四单向阀组D，使得第四流体容腔S4中的传动流体通过第四单向阀组D向第三流体容腔S3单向连通。

第一单向阀组A、第二单向阀组B、第三单向阀组C和第四单向阀组D均由多个单向阀组成，多个单向阀沿圆周间隔地安装在壳体环筋12或壳体内筒13中。每个单向阀由阀芯9和弹簧组成，弹簧套设在阀芯9外，壳体环筋12或壳体内筒13中开设有异形孔，异形孔内壁光滑，异形孔的作用是容纳并装配单向阀芯，异形孔作为单向阀芯以及弹簧的安装孔。阀芯9的结构如图4所示，包括密封端和导通端。密封端为封堵状结构，拥有45度倒角，该倒角可以与异形孔相对应位置的倒角完整贴合，实现密封；导通端为中空圆柱腔结构，在圆柱的周围设置一些导通孔。

冲击模块的传动活塞3的一端部的端面与壳体内筒13的内端面接触时，冲击模块的传动活塞3在壳体内筒13圆周侧面的位置不与第二单向阀组B的位置重合，使得第二单向阀组B处于可打开状态。当传动活塞3的端头向左运动，使得第二单向阀组B所安装的异形孔被传动活塞3的端头遮挡时，第二单向阀组B才始终被关闭。

第三单向阀组C中各个单向阀与第四单向阀组D中各个单向阀的位置一一对应，即单向阀组C与单向阀组D成对安装。并且第三单向阀组C中的每个单向阀与第四单向阀组D中对应的单向阀的控制方向垂直，第三单向阀组C中的每个单向阀的导通方向与轴向平行，即第四单向阀组D中每个单向阀的导通方向与轴向垂直；当第三单向阀组C处于打开状态时，第三单向阀组C对第四单向阀组D的状态进行控制，使得第四单向阀组D处于关闭状态，第三单向阀组C的通断不受第四单向阀组D的通断影响，即第三单向阀组C导通的基础是第一流体容腔S1的压力大于第四流体容腔S4的压力，但是第四单向阀组D导通的前提条件是第三单向阀组C关闭。

活塞套4的形状为水平的圆柱形，外表面光滑(图6)，活塞套4的直径等于壳体内筒13的内径，二者可以相对密封滑动。活塞套4的左端面为圆平面，传动活塞3外套设的活塞套4与缓冲模块的壳体内筒13之间的接触端面设置为弧形凹面23(即右端面为弧形凹面)，右端面不封堵，活塞套内部设置有空腔便于和传动活塞3的左端头装配，使得传动活塞3的端面与缓冲模块的壳体内筒13的端面贴合时，当传动活塞3处于右极限位时(图14)，弧形端面处可以保留一定的间隙，即两者之间形成弧形间隙24，弧形间隙内可以存留一定量的传动流体，避免传动活塞启动瞬间出现“延迟”的现象。

传动活塞3与缓冲模块的壳体内筒13之间的端头上设置有倒角，缓冲模块的壳体内筒13与传动活塞3端头之间的内圆周侧面上也开设有倒角，即左端头形状为异形(图2)，异形的作用是与活塞套4实现贴合装配。传动活塞3与活塞套4装配后，穿设安装到壳体内筒13中，二者装配后，使得缓冲模块的壳体内筒13与传动活塞3端头之间依次形成锥面缝隙25和圆环缝隙26；第一流体容腔S1中的传动流体还依次通过缓冲模块的壳体内筒13与传动活塞3之间的圆环缝隙26、锥面缝隙25和弧形间隙24向第二流体容腔S2流动。锥面缝隙25有两个作用：1缓冲作用，当传动活塞向右移动至接近极限位时，该间隙逐渐减小，油液流速逐渐降低，起到缓冲作用；2快速启动作用，当传动活塞从右极限位置启动时，有一部分油液可以快速通过该间隙流过，避免传动活塞启动瞬间出现“延迟”的现象。

撞击装置21包括撞击盘5和环形磁铁6；撞击盘5由第一连接柱和第二连接柱依次同轴相连组成，第一连接柱的直径小于第二连接柱的直径，即撞击盘5的整体形状为凸台状。第一连接柱的直径等于壳体外筒11的内径，第二连接柱的直径等于壳体外筒11的内径。由于撞击盘5的外表面光滑，第一连接柱始终可密封滑动地设置在缓冲模块的壳体内筒13内，第二连接柱始终可密封滑动地设置在壳体外筒11内，第二连接柱靠近缓冲模块的壳体内筒13的端面中开设有圆环孔，圆环孔中安装有环形磁铁6，环形磁铁6靠近第一连接柱设置，通过环形磁铁6和壳体内筒13的左端面之间的磁力吸附作用，将撞击盘5复位至与壳体内筒左端面贴合处。当撞击盘5位于右极限位时，即第二连接柱贴合壳体内筒11的左端面，此时，第一连接柱深入到壳体内筒11中，但不能遮挡壳体环筋12上第四单向阀组D所安装的异形孔D孔(图2)。

在凿岩机工作时，有两个过程会产生强烈的震动：一是活塞杆撞击钎杆，钎杆撞击岩石的过程中所产生的震动；二是钎杆受到岩石的反弹作用后，钎杆反弹，撞击活塞杆的震动。需要说明的是：本发明系统只针对钎杆反弹过程进行减震。

本发明的减震原理简述：

如图2所示，冲击活塞7向左撞击冲击盘2，冲击盘2向左挤压四个容腔中的传动流体，在流体传动下，撞击装置21对钎杆实现撞击，最终完成对岩石的撞击；当钎杆反弹的瞬间，通过四个容腔的设计以及四组单向阀组的配合作用，使得流体动力完全转化为向右推动传动活塞3，这就使得反弹的动能在瞬间转化为传动活塞的动能，从而给冲击活塞7赢得了足够的回撤时间，避免了钎杆反弹时直接撞击冲击活塞，这样就消减了在这个过程中产生的震动。

减震功能的工作过程为：

第一步：初始状态时：如图2所示。

此时，冲击活塞7在右侧尚未运行，冲击活塞与冲击盘2之间具有一定的距离；

此时，传动活塞3处于右极限位置，传动活塞3的右端头穿入到冲击盘2的内孔中，但传动活塞3的右端面并未突出于冲击盘2的右端面；

此时，撞击盘5处于右极限位置，即：在环形磁体6的磁吸力作用下，撞击盘5的第二圆柱体右端面与壳体内筒13的左端面处于贴合状态；

此时，钎杆8处于原始位置，此时，钎杆8与撞击盘5之间存在一定间距；

此时，四组单向阀组(A/B/C/D)均处于关闭状态；

此时，在结构内部围成了四个容腔(S1/S2/S3/S4)，如图7所示；

此时，四个容腔中充满了传动流体。

第二步：如图9所示。凿岩机开始工作时，冲击活塞7向左运行，当冲击活塞7撞击到冲击盘2后，带动冲击盘2共同向左运行；

第三步：如图9所示。冲击盘2向左运行后，挤压容腔S1中的传动流体，容腔S1中的压强增大。在容腔S1和容腔S4的压强差下，单向阀组C全部打开，传动流体从S1腔快速流入S4腔，S4腔的压力迅速增加，进而推动撞击盘5向左运动；撞击盘5向左运动时，容腔S3内的压力减小；与此同时，在容腔S1和容腔S2的压强差下，单向阀组A全部打开，传动流体从S1腔快速流入S2；因此活塞套4的左侧压强小，右侧压强大，所以活塞套4在压强差的作用下带动传动活塞3快速向左移动。需要特别说明的是：在传动活塞3的启动瞬间，由于活塞套上设置了弧形凹面(图6)，S2腔在启动瞬间并非真空状态(图8)，而是在弧形间隙中有一定的传动流体，这有助于传动活塞的快速启动。另外，传动活塞和活塞套的装配整体与壳体内筒13之间设定有锥面缝隙和圆环缝隙(图8)，这也有利于传动流体的快速进入，因此传动活塞的启动反应是非常快速的，这避免了启动瞬间出现“卡顿”现象。

此外，由于单向阀组B的端口被运行后的活塞套4堵住，因此单向阀组B关闭(此时传动流体的流通方向也不支持单向阀组打开)。相类似的，由于单向阀组C打开后，其阀芯将单向阀组D的端口堵住，形成钳制条件，因此单向阀组D也处于关闭状态。

第四步：如图10所示。冲击活塞7继续向左撞击，撞击盘5也继续向左快速移动，传动活塞3跟随向左移动。直至撞击盘5撞击到左侧的钎杆8的瞬间，钎杆8撞击岩石，完成凿岩工作。此时，撞击盘5不再向左移动，S4内的压强增加，直至达到与S1内的压强相等；S3腔内的压强也迅速增加，并达到与S2内的压强相等。此时，所有单向阀组均关闭，传动流体不再流动，传动活塞3和撞击盘5停止运行。需要特别注意的是，此时冲击活塞也撞击到位并停止运行，但冲击活塞7此时与冲击盘2处于接触状态。另外需要注意的是，此时活塞套已经位于单向阀组B的左侧，此时不能封堵住单向阀组B。

第五步：如图11所示，钎杆8撞击岩石后瞬间反弹，反弹力将撞击盘5向右撞击，(此时，冲击活塞7来不及回撤，仍然处于与冲击盘2相接触的状态)。撞击盘5向右移动，使得容腔S3和容腔S4内的压强迅速增加。容腔S3内的压强增加并大于容腔S2内的压强，在压差作用下，活塞套4带动传动活塞3快速向右移动。传动活塞向右移动后，容腔S3内的压强适当降低，进而使得容腔S4内的压强大于容腔S3内的压强，因此单向阀组D在压差作用下打开(此时单向阀组C是关闭的，因为没有限制单向阀组D的开启)。传动活塞向右移动后，S2内的压强增加，由于单向阀组A保持关闭，因此单向阀组B则在容腔S2和容腔S1的压差作用下打开，传动流体从容腔S2内流入S1内。

需要注意的是，这一步的动作是在极短时间内完成的，冲击活塞7仍然没有足够的时间缩回。

第六步：如图12所示，在反弹效应下，撞击盘5继续向右移动，传动活塞3也快速向右移动。传动活塞向右移动时，传动流体主要从腔体S2中经过单向阀组B流入腔体S1内，小部分流体经过传动活塞3与壳体内筒13的圆环缝隙(图8)中流入腔体S1中(图12)。当活塞套4向右运行至活塞套遮挡住单向阀组B时，单向阀组B关闭；之后，容腔S2内的传动流体只能通过传动活塞3与壳体内筒13的圆环缝隙(图8)中流入腔体S1中(图12)。在以上过程中，传动活塞3的运行速度由快变慢，有益效果是系统进一步减小震动。

第七步：解释减震的关键原理。

在上述第五步和第六步中，撞击盘5和传动活塞3向右运行，虽然容腔S1内存在传动流体的流动，但是，在这个短时间的过程中，冲击盘2并没有移动，这是最关键的。原因在于：传动活塞3向右移动过程中，容腔S2内减小的流体体积等于容腔S1增加的容积(图12、图13)。

几何解释如下：

如图13所示，设定冲击盘2的内孔直径为d，则根据前文发明内容中已设定的条件(冲击盘2的内孔直径与壳体内筒13的内径相等)，壳体内筒13的内径也为d；同时设定传动活塞杆中间细段的直径为e。传动活塞3在向右移动过程中，传动活塞的左端向右运行距离等于传动活塞向右运行的距离，设定这个距离为L。

则：第二流体容腔S2的流体减小量V1，满足V1＝π*(d2-e2)。

同理：第一流体容腔S1的容积增加量V2，V2＝π*(d2-e2)。

因此：V1＝V2。

这表明：第二流体容腔S2内减小的流体体积等于第一流体容腔S1增加的容积，也就是说，在传动活塞向右移动过程中，流入容腔S1内的体积完全用于补充了S1增加的容积空间，这个过程中S1内的压强值并未改变。因此，也就没有额外的压强驱动冲击盘2向右移动。

以上过程表现出来的现象是：钎杆8受到反弹效应时，其反弹能量通过能量的转化，最终转变成传动活塞3的动能，而传动活塞在运动时，由于特殊的几何尺寸设计，冲击盘2实现了延迟右移的效果，这个延迟的过程给冲击活塞7留足的反应和缩回的时间。整个过程中，传动活塞3并未撞击冲击活塞7，也未撞击冲击盘2。因此，解决了震动问题。

第八步：如图14所示，反弹能量全部转化为传动活塞3的动能后，反弹能量消失，系统减震完成。此时各结构件尚未复位，因此，图14所示为后续复位的过程。反弹能量消失后，撞击盘5在环形磁铁6与壳体内筒13的磁吸力作用下，继续向右移动，单向阀组D继续处于开启状态，传动流体继续从容腔S4中流向容腔S3中。另外，传动活塞3继续向右移动，传动活塞3向右移动过程中，活塞套3逐步向右移动至单向阀组B的右侧，有益效果是：单向阀组B从被活塞套4遮挡状态逐步过渡成不遮挡状态。当单向阀组B被遮挡时，单向阀组B关闭，容腔S3内的传动流体只从传动活塞3与壳体内筒13的圆环缝隙中流至容腔S1中，在这个过程中，传动活塞向右的移动速度较快。当单向阀组B不被遮挡后，单向阀组B打开，容腔S3内的传动流体主要从单向阀组B流入容腔S1中；在此过程中只有少量传动流体仍从传动活塞3与壳体内筒13的圆环缝隙中流至容腔S1中，这就实现了传动活塞3的减速过程(图15)，有益效果是进一步消减了系统震动。

第九步：如图15和图16所示，当传动活塞3完全移动至右极限位时，撞击盘5在环形磁铁6与壳体内筒13的磁吸力作用下，继续向右移动。此时，流体从容腔S4进入容腔S3，再从容腔S3通过单向阀组B流入容腔S1中，由于传动活塞已经到达右极限位，因此容腔S1中增加的传动流体会驱使冲击盘2向右移动。当撞击盘5与壳体内筒13的左端面贴合时，撞击盘5复位完成，冲击盘2也向右复位至初始位置。复位完成。

需要特别注意的是：在传动活塞向右移动的整个过程中，传动活塞自始至终都没有撞击到冲击活塞7，冲击盘2由于延迟回缩，也没有撞击冲击活塞7。因此，本发明方法有效避免了钎杆在反弹过程中出现猛烈撞击冲击活塞的情况，有效消减了系统震动。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，包括壳体外筒(11)、冲击模块、缓冲模块、撞击装置(21)和钎杆(8)；壳体外筒(11)内的两端部分别设置有冲击模块和钎杆(8)，缓冲模块和撞击装置(21)均设置在壳体外筒(11)内，缓冲模块靠近冲击模块设置并且缓冲模块与冲击模块相连，撞击装置(21)靠近钎杆(8)设置，冲击模块、撞击装置(21)和钎杆(8)在壳体外筒(11)内可滑动，缓冲模块固定安装在壳体外筒(11)内，冲击模块与缓冲模块之间以及缓冲模块与撞击装置(21)之间均填充有传动流体。

2.根据权利要求1所述的一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，所述冲击模块包括冲击盘(2)、传动活塞(3)和冲击活塞(7)；冲击盘(2)可密封滑动设置在壳体外筒(11)内的一端部，传动活塞(3)的一端可密封滑动地设置在冲击盘(2)中，传动活塞(3)的另一端向内延伸后可密封滑动地设置在缓冲模块中，冲击活塞(7)可滑动地设置在冲击盘(2)外端处的壳体外筒(11)内。

3.根据权利要求2所述的一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，所述冲击活塞(7)与冲击盘(2)之间的壳体外筒(11)圆周侧面开设有多个沿圆周间隔布置的通气孔(14)。

4.根据权利要求2所述的一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，所述传动活塞(3)包括活塞套(4)、右端头、左端头和活塞杆，右端头、左端头通过活塞杆进行连接，右端头的外径大于左端头，左端头外套设有活塞套(4)，使得传动活塞(3)的形状是哑铃状，右端头的外径等于活塞套的外径。

5.根据权利要求1所述的一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，所述缓冲模块包括壳体环筋(12)、壳体内筒(13)、第一单向阀组(A)、第二单向阀组(B)、第三单向阀组(C)和第四单向阀组(D)；

壳体内筒(13)通过壳体环筋(12)固定安装在壳体外筒(11)内，将壳体外筒(11)内、壳体内筒(13)外、壳体环筋(12)与撞击装置(21)之间的腔室记为第四流体容腔(S4)，将壳体外筒(11)内、壳体内筒(13)外、壳体环筋(12)与冲击模块之间的腔室记为第一流体容腔(S1)；冲击模块的端部可密封滑动地设置在壳体内筒(13)内，撞击装置(21)与壳体内筒(13)同轴设置，撞击装置(21)部分可密封滑动地设置在壳体内筒(13)内，撞击装置(21)剩余部分可密封滑动地设置在壳体外筒(11)内；

将壳体内筒(13)内的壳体内筒(13)与冲击模块之间的腔室记为第二流体容腔(S2)，将壳体内筒(13)内的壳体内筒(13)与撞击装置(21)之间的腔室记为第三流体容腔(S3)，第一流体容腔(S1)、第二流体容腔(S2)、第三流体容腔(S3)和第四流体容腔(S4)内均填充有传动流体，冲击模块所在的壳体内筒(13)端面安装有第一单向阀组(A)，第一流体容腔(S1)中的传动流体通过第一单向阀组(A)向第二流体容腔(S2)单向连通；靠近冲击模块一端的壳体内筒(13)外圆周侧面还安装有第二单向阀组(B)，第二流体容腔(S2)中的传动流体通过第二单向阀组(B)向第一流体容腔(S1)单向连通；壳体环筋(12)中安装有第三单向阀组(C)，使得第一流体容腔(S1)中的传动流体通过第三单向阀组(C)向第四流体容腔(S4)单向连通；壳体环筋(12)中还安装有第四单向阀组(D)，使得第四流体容腔(S4)中的传动流体通过第四单向阀组(D)向第三流体容腔(S3)单向连通。

6.根据权利要求5所述的一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，所述冲击模块的端部的端面与壳体内筒(13)的内端面接触时，冲击模块在壳体内筒(13)圆周侧面的位置不与第二单向阀组(B)的位置重合，使得第二单向阀组(B)处于可打开状态。

7.根据权利要求5所述的一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，所述第三单向阀组(C)中各个单向阀与第四单向阀组(D)中各个单向阀的位置一一对应，并且第三单向阀组(C)中的每个单向阀与第四单向阀组(D)中对应的单向阀的控制方向垂直；当第三单向阀组(C)处于打开状态时，第三单向阀组(C)对第四单向阀组(D)的状态进行控制，使得第四单向阀组(D)处于关闭状态。

8.根据权利要求5所述的一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，所述传动活塞(3)与缓冲模块之间的接触端面设置为弧形凹面(23)，使得传动活塞(3)的端面与缓冲模块的端面贴合时，两者之间形成弧形间隙(24)。

9.根据权利要求8所述的一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，所述传动活塞(3)与缓冲模块之间的端头上设置有倒角，缓冲模块与传动活塞(3)端头之间的内圆周侧面上也开设有倒角，使得缓冲模块与传动活塞(3)端头之间依次形成锥面缝隙(25)和圆环缝隙(26)；第一流体容腔(S1)中的传动流体还依次通过缓冲模块与传动活塞(3)之间的圆环缝隙(26)、锥面缝隙(25)和弧形间隙(24)向第二流体容腔(S2)流动。

10.根据权利要求1所述的一种用于凿岩机钎杆反弹过程的减震系统，其特征在于，所述撞击装置(21)包括撞击盘(5)和环形磁铁(6)；撞击盘(5)由第一连接柱和第二连接柱依次同轴相连组成，第一连接柱的直径小于第二连接柱的直径，第一连接柱可密封滑动地设置在缓冲模块内，第二连接柱可密封滑动地设置在壳体外筒(11)内，第二连接柱靠近缓冲模块的端面中安装有环形磁铁(6)，环形磁铁(6)靠近第一连接柱设置。