CN118188638A - 一种缸体旋转式活塞缸体、旋转缸体凿岩机及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缸体旋转式活塞缸体、旋转缸体凿岩机及施工方法，解决了现有技术中活塞冲击频率难以进一步提升等问题。本发明的缸体旋转式活塞缸体，包括缸体和中心配油器，缸体转动套设置在中心配油器上，且在旋转驱动件作用下，缸体相对中心配油器发生转动；所述缸体内设有N个活塞腔，N≥2，每个活塞腔内均设有一个冲击活塞，在缸体旋转过程中，中心配油器的高压进油孔与回油孔依次对N个活塞腔进行充放油，N个冲击活塞依次进行往复冲击。本发明缸体旋转式活塞缸体采用旋转缸体结构，缸体中可放置多根冲击活塞，进行多根冲击活塞交替冲击，提高了冲击频率，解决现有技术中活塞冲击频率难以进一步提升，高频凿岩机冲击换向控制难度高，冲击活塞寿命低等问题。

Description

一种缸体旋转式活塞缸体、旋转缸体凿岩机及施工方法

技术领域

本发明涉及活塞缸体及其凿岩机技术领域，特别是指一种缸体旋转式活塞缸体、旋转缸体凿岩机及施工方法。

背景技术

凿岩机是钻爆法隧道掘进的关键设备，凿岩机有多种形式动力源，气动、液动、内燃机驱动以及电动。其最终形式为驱动冲击活塞往复冲击钎尾，进而带动钎杆及钻头冲击岩石进行破岩打孔。为提升破岩效率，需尽可能提升冲击活塞频率并延长凿岩机维保周期。对于单冲击活塞凿岩机，如公开号为CN 220015678 U的一种新型液压凿岩机冲击缸体结构，当频率提升至一定高度时冲击活塞冲击速度快，对冲击换向系统提出较高响应需求，控制难度高，同时冲击活塞寿命也会进一步减短。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种缸体旋转式活塞缸体、旋转缸体凿岩机及施工方法，解决了现有技术中活塞冲击频率难以进一步提升，高频凿岩机冲击换向控制难度高，冲击活塞寿命低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种缸体旋转式活塞缸体，包括缸体和中心配油器，缸体转动套设置在中心配油器上，且在旋转驱动件作用下，缸体相对中心配油器发生转动；所述缸体内设有N个活塞腔，N≥2，每个活塞腔内均设有一个冲击活塞，在缸体旋转过程中，中心配油器的高压进油孔与回油孔依次对N个活塞腔进行充放油，N个冲击活塞依次进行往复冲击。

进一步优选，所述缸体的前端通过缸体前盖进行密封，所述缸体的后端固定设有缸体后盖，冲击活塞上套设有与活塞腔相配合的铜套。

进一步优选，所述缸体后盖与旋转驱动件传动连接，中心配油器的一端伸入缸体、另一端伸出缸体后盖。所述中心配油器的中心与缸体的中心重合。

进一步优选，所述中心配油器包括管柱部和端连接部，端连接部上设有高压油路和回油油路，高压油路与中心配油器的高压进油孔相连通，回油油路与中心配油器的回油孔相连通。

进一步优选，所述中心配油器的高压进油孔包括相连通的前高压油孔和后高压油孔，中心配油器的回油孔包括相连通的前回油孔和后回油孔；前高压油孔和后高压油孔之间存在夹角，前回油孔和后回油孔之间存在夹角。

进一步优选，所述活塞腔分为活塞前腔和活塞后腔，活塞前腔朝向中心配油器的一侧开设有前腔油孔，活塞后腔朝向中心配油器的一侧开设有后腔油孔；前高压油孔、前回油孔均与前腔油孔相对应，后高压油孔、后回油孔均与后腔油孔相对应。

进一步优选，前高压油孔与前回油孔无重叠设置，后高压油孔与后回油孔无重叠设置。

一种旋转缸体凿岩机，采用上述的缸体旋转式活塞缸体，缸体旋转式活塞缸体的N个活塞后腔与N个活塞前腔分别进行交替高压，缸体旋转式活塞缸体的N个冲击活塞依次循环伸缩，对钎尾进行高频率冲击。

一种所述的旋转缸体凿岩机的施工方法，高压油经中心配油器的高压进油孔进入缸体，旋转驱动件带动缸体转动，缸体旋转过程中，当后高压油孔与后腔油孔连通时，前回油孔与前腔油孔连通；此时活塞后腔进入高压油，活塞前腔回油，冲击活塞向前冲程运动冲击钎尾；缸体继续旋转，当后回油孔与后腔油孔连通时，前高压油孔与前腔油孔连通，此时活塞前腔进入高压油，活塞后腔回油，冲击活塞向后回程运动；缸体继续旋转，重复上述动作，N个活塞后腔与N个活塞前腔分别进行交替高压，依次对N个冲击活塞进行冲程-回程运动；冲击频率为单冲击活塞冲击频率的N倍。

作为另一种方案，所述中心配油器的高压进油孔包括后高压进油孔，中心配油器的回油孔包括相连通的前回油孔和后回油孔；后高压进油孔与后回油孔无重叠设置；所述活塞腔分为活塞前腔和活塞后腔，活塞前腔朝向中心配油器的一侧开设有前腔油孔，活塞后腔朝向中心配油器的一侧开设有后腔油孔；前回油孔与前腔油孔相对应，后高压进油孔、后回油孔均与后腔油孔相对应。

一种旋转缸体凿岩机，采用上述的缸体旋转式活塞缸体，缸体旋转式活塞缸体的N个活塞后腔进行交替高压，缸体旋转式活塞缸体的N个冲击活塞依次循环伸缩，对钎尾进行高频率冲击。

一种所述的旋转缸体凿岩机的施工方法，高压油经中心配油器的高压进油孔进入缸体，旋转驱动件带动缸体转动，缸体旋转过程中，当后高压进油孔与后腔油孔连通时，前回油孔与前腔油孔连通；此时活塞后腔进入高压油，活塞前腔回油，冲击活塞向前冲程运动冲击钎尾；缸体继续旋转，当后回油孔与后腔油孔连通时，活塞后腔回油，冲击活塞向后回程运动；缸体继续旋转，重复上述动作，活塞后腔进行交替高压，依次对N个冲击活塞进行冲程-回程运动；冲击频率为单冲击活塞冲击频率的N倍。

本发明的有益效果为：本发明缸体旋转式活塞缸体采用旋转缸体结构，缸体中可放置多根冲击活塞，进行多根冲击活塞交替冲击，提高了冲击频率，解决现有技术中活塞冲击频率难以进一步提升，高频凿岩机冲击换向控制难度高，冲击活塞寿命低等问题。本发明旋转缸体凿岩机采用缸体旋转式活塞缸体，在缸体旋转过程中通过多根冲击活塞在固定位置交替冲击钎尾，实现凿岩机冲击频率成倍增加，在提升凿岩机冲击频率的同时延长了冲击活塞的使用寿命。相较于同频率的单活塞凿岩机，冲击活塞运动速度显著降低，控制响应要求降低，换向控制更易实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明缸体旋转式活塞缸体第一轴测示意图。

图2为本发明缸体旋转式活塞缸体第二轴测示意图。

图3为本发明缸体旋转式活塞缸体后视图。

图4为图3中A-A向视图。

图5为中心配油器后视示意图。

图6为图5中B-B向视图。

图7为270°转角位时活塞前腔C-C剖面图和活塞后腔D-D剖面图。

图8为330°转角位时活塞前腔C-C剖面图和活塞后腔D-D剖面图。

图9为0°转角位时活塞前腔C-C剖面图和活塞后腔D-D剖面图。

图10为180°转角位时活塞前腔C-C剖面图和活塞后腔D-D剖面图。

图11为180°~270°转角时活塞前腔C-C剖面图和活塞后腔D-D剖面图。

图12为实施例5中心配油器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3、4所示，实施例1，一种缸体旋转式活塞缸体，包括缸体1和中心配油器8，缸体1转动套设置在中心配油器8上且与中心配油器8密封配合，在旋转驱动件作用下，缸体1相对中心配油器8发生转动。需要指出的是旋转驱动件可采用电磁、气动、其他机械传动形式驱动，例如电机或油缸等。工作过程中缸体1绕中轴旋转，中心配油器8保持静止。所述缸体1内设有N个活塞腔3，N≥2，活塞腔3的数量根据缸体1大小及实际工况选择，可以为2个或3个或4个甚至更多个。每个活塞腔内均设有一个冲击活塞2，在缸体1旋转过程中，中心配油器8的高压进油孔与回油孔依次对N个活塞腔3进行充放油，N个冲击活塞2依次进行往复冲击，附图中所示N=3。上述设计的N个冲击活塞依次进行伸缩冲击，相对单活塞该转式活塞缸体的冲击频率提高N倍。

作为优选方案，如图1、2所示，本实施例中所述缸体1的前端通过缸体前盖6进行密封，此处的缸体前盖6是盖体与密封件的组合件，盖体利用密封件实现对缸体的密封。所述缸体1的后端固定设有缸体后盖7，缸体后盖可直接与旋转驱动件连接，进而带动缸体转动。缸体前盖6与缸体后盖7与缸体固定连接，实现对缸体密封和对活塞的支撑。冲击活塞2上套设有与活塞腔3相配合的铜套9，铜套的设置有限减小冲击活塞与活塞腔3之间的磨损，提高活塞缸体的使用寿命。

作为优选方案，所述中心配油器8的中心与缸体1的中心重合；确保缸体1的稳定旋转和活塞的顺利冲击。本实施例中所述缸体后盖7与旋转驱动件传动连接，中心配油器8的一端伸入缸体1、另一端伸出缸体后盖7。旋转驱动件以电机为例，缸体后盖7后部的内壁设有内齿圈，电机的输出轴上设有传动齿轮，传动齿轮与内齿圈齿轮啮合，进而通过缸体后盖7带动缸体相对中心配油器的转动。中心配油器依次对N个活塞腔3进行充放油，N个冲击活塞2依次进行往复冲击。

作为优选方案，如图5、6所示，所述中心配油器8包括管柱部81和端连接部82，端连接部82上设有高压油路14和回油油路17，高压油路14与外部高压油液管连通，高压油通过高压油路14进入中心配油器8；回油油路17与外部回油管连通，中心配油器8出来的油液经回油油路17进入外部回油管。高压油路14与中心配油器8的高压进油孔相连通，回油油路17与中心配油器8的回油孔相连通。中心配油器8内的高压油经高压进油孔进入活塞腔，推动冲击活塞进行相应的伸缩动作；与此同时，活塞腔内的低压油经回油孔流回中心配油器8。

实施例2，一种缸体旋转式活塞缸体，在实施例1的基础上，本实施例中所述中心配油器8的高压进油孔包括相连通的前高压油孔16和后高压油孔15，前高压油孔16和后高压油孔15可采用螺旋通道实现连通，中心配油器8的回油孔包括相连通的前回油孔19和后回油孔18，同样的前回油孔19和后回油孔18也可采用螺旋通道实现内部连通。前高压油孔16和后高压油孔15之间存在夹角，即前高压油孔16和后高压油孔15不能位于管柱部81的同一母线上；前回油孔19和后回油孔18之间存在夹角，同理前回油孔19和后回油孔18不能位于管柱部81的同一母线上；以实现在缸体旋转过程中，中心配油器能依次对活塞腔3进行充放油，实现冲击活塞的依次冲击。

作为优选方案，所述活塞腔3分为活塞前腔12和活塞后腔13，活塞前腔12朝向中心配油器8的一侧开设有前腔油孔10，活塞后腔13朝向中心配油器8的一侧开设有后腔油孔11。前高压油孔16、前回油孔19均与前腔油孔10相对应，在缸体旋转过程中前高压油孔16和前回油孔19交替与前腔油孔10匹配连通，用于对前腔的充放油；后高压油孔15、后回油孔18均与后腔油孔11相对应，同理在缸体旋转过程中后高压油孔15、后回油孔18交替与后腔油孔11匹配连通，用于对后腔的充放油。

作为优选方案，所述前高压油孔16的孔径大于后高压油孔15的孔径；前回油孔19的孔径小于后回油孔18的孔径。前高压油孔16与前回油孔19无重叠设置，后高压油孔15与后回油孔18无重叠设置；确保高压油的顺利进入和低压油液的顺利流出。

实施例3，一种旋转缸体凿岩机，采用实施例1或2所述的缸体旋转式活塞缸体4，缸体旋转式活塞缸体4的N个活塞后腔13与N个活塞前腔12分别进行交替高压，缸体旋转式活塞缸体4的N个冲击活塞2依次循环伸缩，对钎尾5进行高频率冲击。凿岩机工作过程中缸体1绕中轴旋转，中心配油器8保持静止，缸体1旋转一周，进行N次冲击活塞的冲击，可实现凿岩机冲击频率为单冲击活塞频率的N倍。

实施例4，一种如实施例3所述的旋转缸体凿岩机的施工方法，具体如下：高压油经中心配油器8的高压进油孔进入缸体1，旋转驱动件带动缸体1转动，缸体1旋转过程中，当后高压油孔15与后腔油孔11连通时，前回油孔19与前腔油孔10连通；此时活塞后腔13进入高压油，活塞前腔12回油，冲击活塞2向前冲程运动冲击钎尾5；缸体1继续旋转，当后回油孔18与后腔油孔11连通时，前高压油孔16与前腔油孔10连通，此时活塞前腔12进入高压油，活塞后腔13回油，冲击活塞2向后回程运动；缸体1继续旋转，重复上述动作，N个活塞后腔13与N个活塞前腔12分别进行交替高压，即活塞后腔13进行交替充放油，实现交替高压，同理活塞前腔12也进行交替充放油，实现交替高压，前腔高压，实现活塞杆的快速回缩，通过上述动作，依次对N个冲击活塞进行冲程-回程运动；冲击频率为单冲击活塞冲击频率的N倍。

本实施例中以3个冲击活塞为例，即N=3。缸体中设置有三个活塞腔，各安装有一个冲击活塞且分别标号21\22\23，每个活塞腔中均设有前腔油孔10与后腔油孔11，前腔油孔10通高压油时后腔油孔11回油，冲击活塞回程运动。反之当后腔油孔11通高压油时前腔油孔10回油，活塞向前运动冲击钎尾。缸体1上集成有三个活塞腔，三个冲击活塞在旋转过程中交替冲击钎尾，可实现凿岩机冲击频率为单冲击活塞频率的3倍。

以冲击活塞21为例，在270°转角位点时，如图7所示，冲击活塞2所在前腔12在下一时刻将与前回油孔19连通，后腔13将与后高压油孔15连通，此时冲击活塞2开始向前运动。然后在330°转角位点时，如图8所示，冲击活塞2所在前腔12依然与前回油孔19连通，但在下一时刻连接孔道将逐渐关闭，同理后腔13与高压油孔15连接孔道将逐渐关闭，此时冲击活塞依然处于向前冲程状态。然后在0°转角位点时，如图9所示，冲击活塞2所在前腔12依然与前回油孔19连接中断，后腔13与高压油孔15连接中断。此时冲击活塞2在0°转角位冲击钎尾。在下一时刻冲击结束，活塞前腔12将与前高压油孔16连通，活塞后腔13将与后回油孔18连通，冲击活塞开始向后运动，既回程。然后在180°转角位点时，如图10所示，冲击活塞2所在前腔12与前高压油孔16连接中断，后腔13与后回油孔18连接中断。活塞2回至最后端位置，回程结束。最后180°~270°转角，如图11所示，在此区间内，冲击活塞2前腔与后腔均为油液死区，活塞在最后端位置保持静止。至270°转角位时，下一周期冲程开始。

实施例5，如图12所示，一种缸体旋转式活塞缸体，在实施例1基础上，本实施例提供另一种实施方式，本实施例中所述中心配油器8的高压进油孔包括后高压进油孔15a，后高压进油孔15a靠近中心配油器8的端连接部82，中心配油器8内的高压油经后高压进油孔15a进入活塞后腔。中心配油器8的回油孔包括相连通的前回油孔19和后回油孔18。前回油孔19也可采用与常压油道连通，常压油道可直接设置在中心配油器8内，也可与外部常压油系统连通。后高压进油孔15a与后回油孔18无重叠设置，确保高压油的顺利进入和低压油液的顺利流出。所述活塞腔3分为活塞前腔12和活塞后腔13，活塞前腔12朝向中心配油器8的一侧开设有前腔油孔10，活塞后腔13朝向中心配油器8的一侧开设有后腔油孔11；前回油孔19与前腔油孔10相对应，后高压进油孔15a、后回油孔18均与后腔油孔11相对应，用于对后腔油孔的充放油。

实施例6，一种旋转缸体凿岩机，采用实施例5所述的缸体旋转式活塞缸体4，缸体旋转式活塞缸体4的N个活塞后腔13进行交替高压，缸体旋转式活塞缸体4的N个冲击活塞2依次循环伸缩，对钎尾5进行高频率冲击。凿岩机工作过程中缸体1绕中轴旋转，中心配油器8保持静止，缸体1旋转一周，进行N次冲击活塞的冲击，可实现凿岩机冲击频率为单冲击活塞频率的N倍。

实施例7，一种如实施例6所述的旋转缸体凿岩机的施工方法，高压油经中心配油器8的高压进油孔进入缸体1，旋转驱动件带动缸体1转动，缸体1旋转过程中，当后高压进油孔15a与后腔油孔11连通时，前回油孔19与前腔油孔10连通；此时活塞后腔13进入高压油，活塞前腔12回油，冲击活塞2向前冲程运动冲击钎尾5；缸体1继续旋转，当后回油孔18与后腔油孔11连通时，活塞后腔13回油，冲击活塞2向后回程运动；缸体1继续旋转，重复上述动作，活塞后腔13进行交替高压，依次对N个冲击活塞进行冲程-回程运动；冲击频率为单冲击活塞冲击频率的N倍。在上述过程中，仅活塞后腔13进行主动充放油，进行交替高压，同样对冲击活塞2进行冲击动作，冲击频率同样为单冲击活塞冲击频率的N倍。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种缸体旋转式活塞缸体，其特征在于：包括缸体（1）和中心配油器（8），缸体（1）转动套设置在中心配油器（8）上，且在旋转驱动件作用下，缸体（1）相对中心配油器（8）发生转动；所述缸体（1）内设有N个活塞腔（3），N≥2，每个活塞腔内均设有一个冲击活塞（2），在缸体（1）旋转过程中，中心配油器（8）的高压进油孔与回油孔依次对N个活塞腔（3）进行充放油，N个冲击活塞（2）依次进行往复冲击。

2.根据权利要求1所述的缸体旋转式活塞缸体，其特征在于：所述缸体（1）的前端通过缸体前盖（6）进行密封，所述缸体（1）的后端固定设有缸体后盖（7），冲击活塞（2）上套设有与活塞腔（3）相配合的铜套（9）。

3.根据权利要求2所述的缸体旋转式活塞缸体，其特征在于：所述缸体后盖（7）与旋转驱动件传动连接，中心配油器（8）的一端伸入缸体（1）、另一端伸出缸体后盖（7）；所述中心配油器（8）的中心与缸体（1）的中心重合。

4.根据权利要求1所述的缸体旋转式活塞缸体，其特征在于：所述中心配油器（8）包括管柱部（81）和端连接部（82），端连接部（82）上设有高压油路（14）和回油油路（17），高压油路（14）与中心配油器（8）的高压进油孔相连通，回油油路（17）与中心配油器（8）的回油孔相连通。

5.根据权利要求4所述的缸体旋转式活塞缸体，其特征在于：所述中心配油器（8）的高压进油孔包括相连通的前高压油孔（16）和后高压油孔（15），中心配油器（8）的回油孔包括相连通的前回油孔（19）和后回油孔（18）；前高压油孔（16）和后高压油孔（15）之间存在夹角，前回油孔（19）和后回油孔（18）之间存在夹角；所述前高压油孔（16）与前回油孔（19）无重叠设置，后高压油孔（15）与后回油孔（18）无重叠设置。

6.根据权利要求5所述的缸体旋转式活塞缸体，其特征在于：所述活塞腔（3）分为活塞前腔（12）和活塞后腔（13），活塞前腔（12）朝向中心配油器（8）的一侧开设有前腔油孔（10），活塞后腔（13）朝向中心配油器（8）的一侧开设有后腔油孔（11）；前高压油孔（16）、前回油孔（19）均与前腔油孔（10）相对应，后高压油孔（15）、后回油孔（18）均与后腔油孔（11）相对应。

7.根据权利要求5所述的缸体旋转式活塞缸体，其特征在于： 所述中心配油器（8）的高压进油孔包括后高压进油孔（15a），中心配油器（8）的回油孔包括相连通的前回油孔（19）和后回油孔（18）；后高压进油孔（15a）与后回油孔（18）无重叠设置；所述活塞腔（3）分为活塞前腔（12）和活塞后腔（13），活塞前腔（12）朝向中心配油器（8）的一侧开设有前腔油孔（10），活塞后腔（13）朝向中心配油器（8）的一侧开设有后腔油孔（11）；前回油孔（19）与前腔油孔（10）相对应，后高压进油孔（15a）、后回油孔（18）均与后腔油孔（11）相对应。

8.一种旋转缸体凿岩机，其特征在于：采用如权利要求1~6任一项所述的缸体旋转式活塞缸体（4），缸体旋转式活塞缸体（4）的N个活塞后腔（13）与N个活塞前腔（12）分别进行交替高压，缸体旋转式活塞缸体（4）的N个冲击活塞（2）依次循环伸缩，对钎尾（5）进行高频率冲击。

9.一种如权利要求9所述的旋转缸体凿岩机的施工方法，其特征在于：高压油经中心配油器（8）的高压进油孔进入缸体（1），旋转驱动件带动缸体（1）转动，缸体（1）旋转过程中，当后高压油孔（15）与后腔油孔（11）连通时，前回油孔（19）与前腔油孔（10）连通；此时活塞后腔（13）进入高压油，活塞前腔（12）回油，冲击活塞（2）向前冲程运动冲击钎尾（5）；缸体（1）继续旋转，当后回油孔（18）与后腔油孔（11）连通时，前高压油孔（16）与前腔油孔（10）连通，此时活塞前腔（12）进入高压油，活塞后腔（13）回油，冲击活塞（2）向后回程运动；缸体（1）继续旋转，重复上述动作，N个活塞后腔（13）与N个活塞前腔（12）分别进行交替高压，依次对N个冲击活塞进行冲程-回程运动；冲击频率为单冲击活塞冲击频率的N倍。

10.一种旋转缸体凿岩机，其特征在于：采用如权利要求7所述的缸体旋转式活塞缸体（4），缸体旋转式活塞缸体（4）的N个活塞后腔（13）进行交替高压，缸体旋转式活塞缸体（4）的N个冲击活塞（2）依次循环伸缩，对钎尾（5）进行高频率冲击。

11.一种如权利要求10所述的旋转缸体凿岩机的施工方法，其特征在于：高压油经中心配油器（8）的高压进油孔进入缸体（1），旋转驱动件带动缸体（1）转动，缸体（1）旋转过程中，当后高压进油孔（15a）与后腔油孔（11）连通时，前回油孔（19）与前腔油孔（10）连通；此时活塞后腔（13）进入高压油，活塞前腔（12）回油，冲击活塞（2）向前冲程运动冲击钎尾（5）；缸体（1）继续旋转，当后回油孔（18）与后腔油孔（11）连通时，活塞后腔（13）回油，冲击活塞（2）向后回程运动；缸体（1）继续旋转，重复上述动作，活塞后腔（13）进行交替高压，依次对N个冲击活塞进行冲程-回程运动；冲击频率为单冲击活塞冲击频率的N倍。