CN1247252A - 冲击运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的冲击运动装置包括安装在活塞和液压缸之间的阀门,该阀门上和下端面的横截面积不同,且有台阶式轴向活塞孔,垂直于活塞孔有许多孔连通活塞孔与外界,在阀门圆周面上部分形成环状凸台,液压缸安装在阀门外,有许多液压缸孔;有后盖安装在阀门和液压缸后;活塞,液压缸和阀门具有许多腔,沿轴向的直径差形成阀门控制腔;液压缸有制有许多液体通道的液压缸体。本发明的装置可增大冲击力,减少零件的数目和重量。

Description

冲击运动装置

本发明涉及一种液压冲击运动装置，特别是一种通过在活塞与液压缸之间安装异形阀，并使这些液压元件相互有机地配合以使往复运动的活塞在大液压力作用下高速撞击/推动轴杆的情况下，效率可以被最大发挥的冲击运动装置。

通常，钻孔操作是地下隧道掘进工程，采石和采矿工程，为了加固脆性不坚固地面所进行的混凝土浇铸工程中先采用的工序。这些钻孔操作分为两种类型：一种是旋转钻孔操作，安装在钻孔装置顶端的钻头低转速旋转，以在目的物上钻孔；另一种是冲击/旋转钻孔操作，在高速旋转运动的同时作冲击运动，以在目的物上钻孔。在后一种操作中，该操作通常的运动速度为200rpm/3000bpm，前进速度为1.5m/min，这与风钻类似，但这两种操作在应用中却是十分不同的。

应用于冲击/旋转钻孔操作的冲击运动装置采用各种液压元件组合形成的油压循环管路作为液压系统。在这种冲击运动装置中，利用将机械能量转换为压力能量的液压泵产生并循环高的液压力。

这种应用液体压力来产生冲击运动的装置必须有下列液压元件，活塞，液压缸和用来控制源自液压油的力的方向的阀门。

在这种液压冲击运动装置中，液压泵一般通过一个进油口向前腔和后腔注入高压液压油。结果，当液压缸的前后腔充满液压油时，就建立了高压。基于前后腔之间的面积差值而开关的阀门被作用在阀门上和下端面的压力差推动，因此液压缸后腔可以与一个低压通道连接。

这时，活塞到达上终点，同时高压油通过一个从液压缸下表面延伸出来的油孔注入阀门控制腔以推动阀门。阀门的这个动作导致液压缸后腔与高压油孔连通，同时低压油孔关闭，以使活塞下降，撞击与活塞同轴的轴杆。

为了开关阀门，必须有阀门插塞，阀门挺杆等等。

如上所述，现有技术中的冲击运动装置需要阀门插塞、阀门挺杆等等来开关阀门，而且为了向阀门的阀门控制腔和液压缸的后腔注入高压油，该装置必须具有非常复杂的多段式油孔。

并且，因为阀门要控制大量的液压油，阀门的尺寸很大，这就导致整个装置的尺寸和重量也要增大。

考虑到上述的缺点，本发明的一个目的是消除上述缺点，提供一种冲击运动装置，能增大冲击力，且通过在活塞和液压缸之间安装特殊形状的阀门来减小零件数目和降低/减轻装置的尺寸/重量，可以自动地控制作用在活塞上的液压油的流动路径，并且即使使用普通液压油也可以将液压能量转换成往复运动的能量。

为了达到这个目的，在一个由包含产生冲击力的最少数目零件的本体，在液压缸中往复运动以释放通过进油口注入的高压油的活塞，与活塞出口段相连的轴杆，和使轴杆旋转的发动机组成的冲击运动装置中，该冲击运动装置包括了安装在活塞和液压缸之间的阀门，该阀门构造得用以开/关流动路径并按照预定的运动与活塞有机地配合，阀门整体是圆柱状的，它的两个端面，即上端面和下端面的断面积不同，而且阀门还包括一个有多段台阶的轴向活塞孔，与活塞孔垂直的许多使活塞孔和外界连通的孔，和部分形成于阀门圆周表面上的，有前和后圆周表面的环状凸台，液压缸安装在阀门外，它有许多供活塞往复运动的液压缸孔；并且一个后盖安装在阀门和液压缸后，活塞，液压缸和阀门有许多腔，并且通过沿轴向制造径向直径差值在内和外圆周表面间提供了预定环状腔，从而形成阀门控制腔，液体能被导入其间，液压缸包括一个制有许多用于吸入/释放液压油的液体通道的液压缸体。

与现有技术相比，本发明减少了提供液压路径的零件数目，简化流动路径本身，并且因为作用在阀门上的液压油合适地控制了使活塞往复运动的液体压力的吸入/释放方向，减轻了装置重量。

在本发明的构造中，液压缸体还有高压蓄压器和低压蓄压器，用来补偿液压油数量或防止活塞往复运动时的脉动以消除振动压力。

最好，阀门的许多孔中至少有一个阀门控制腔贯通孔，一个阀门低压贯通孔和一个阀门归位贯通孔，许多液压缸孔中至少有一个液压缸低压贯通孔，一个液压缸归位贯通孔和一个液压缸高压贯通孔，并且许多腔包含至少一个前腔，一个后腔和一个中间腔。

这样，仅在上述这些孔的适当地相互作用下，由活塞驱动的液压使流动路径自动地开关，这就省去了控制流动路径的单独的零件或元件，因此不仅减少了装置本身的尺寸，而且降低了其成本。

这样，由于单独的零件，例如，开关阀门的阀门插塞或阀门挺杆，及高压分配用的非常复杂的多段式通道不必要了，阀门不必太大，由于零件数目的减少就能够降低装置的重量和成本。

下面通过详细描述优选实施例，说明本发明的上述和其它目的，特点和优点。

下面参照附图详细说明本发明的冲击运动装置的优选实施例，附图中：

图1是本发明的冲击运动装置的前视图；

图2是本发明的冲击运动装置的轴向断面图；

图3是本发明的冲击运动装置的阀门的放大断面图；

图4是本发明的冲击运动装置的液压缸的放大断面图；

图5是本发明的冲击运动装置的后盖的放大断面图；

图6A到6C是本发明的主要部件的放大的断面图。

本发明的第一个特点是，用来降低活塞的高压流体路径是通至液压缸后腔的一个小路径。本发明第二个特点是，通过阀门与活塞的有机配合，用来开关阀门的液体流动路径直接与阀门控制腔连通而不通过由阀门控制液体路径形成的多段式路径，因此增大了动能效率并且阀门环绕活塞。根据本发明的这些特点，因为省略了分离式阀门的安装空间，就能够提供更轻重量和更简单结构的冲击运动装置。

图1和图2分别是根据本发明的一个冲击运动装置的前视图和轴向断面图。

标号“10”表示的是内放产生冲击力的零件的主体。用来补偿液压油数量或防止活塞往复运动时的脉动以消除振动压力的高压和低压蓄压器40，42安装在主体10的一侧，其它内部零件，例如，连通液压缸的进油口60和出油口70等在主体的另一侧。

高压流体从进油口60导入内部，转换成低压流体，然后通过出油口70排出。

冲洗部件20与主体10相连，用来将压缩空气不泄漏地传送到作旋转或往复运动的轴杆的一端，而旋转部件30与冲洗部件20相连，用来按照如下所述预定的传动比增大液压马达的转矩，并将转矩传到轴杆上。标号“80”，“100”，和“120”分别代表液压马达，向目的物传输冲击力和转矩的轴杆，和后盖。

参见图2，主体10包括高压蓄压器40，低压蓄压器42，活塞130，阀门140和其它内部基本零件。主体10还有一个内含液压缸150的液压缸体12。液压缸150的形状结构能够接收活塞130。阀门140安装在活塞130和液压缸150之间。

活塞130与阀门140互相有机地配合，液压缸150和后盖120的构造使流动路径通过阀门140的运动开/关。

在旋转部件30内，上卡盘32，下卡盘34，被动齿轮36和主动齿轮38与轴杆100旋转啮合。

来自安装在主体10一侧的液压马达80的力通过联接轴82传到主动齿轮38上，它驱动被动齿轮36，使作为最终输出零件的轴杆100转动。

图3到5分别是根据本发明的冲击运动装置的零件即阀门140，液压缸150和后盖120的放大断面图。

参见图3，阀门140整体基本上为圆柱形，制有活塞孔142，其内供活塞130安装和移动，并且有许多孔143a，143b和143c连通活塞孔142与外界。

详细说明一下这些孔，从图3的左侧看起，在阀门140中打出作为阀门控制腔贯通孔的第一个贯通孔143a，作为阀门低压贯通孔的第二个贯通孔143b和作为阀门归位贯通孔的第三个贯通孔143c。

在阀门140的一侧，环状凸台148从阀门140的周边上突出以形成阀门前周面148a和阀门后周面148b。标号“141”和“149”分别代表阀门上端面和阀门下端面。

参见图4，液压缸150安装在阀门140的外面，并且有液压缸孔152供活塞130和阀门140安装和往复运动。从图4的左面看起，在液压缸150中制有作为液压缸低压贯通孔的第一和第二贯通孔153和154，作为液压缸归位贯通孔的第三个贯通孔155和作为液压缸高压贯通孔的第四个贯通孔156，以连通液压缸孔152和外界。

图5显示的是安装在阀门140和液压缸150后部的后盖120。后盖120上有一个具有许多螺栓孔123的安装法兰122，还有一个用来与阀门140的一个端面装配的台阶面。

图6A到6C是本发明的主要零部件的放大断面图。

参见图6，由于各圆周面沿轴向具有不同的直径，分别在活塞130，阀门140和液压缸150的各内和外圆周面间确定了许多空隙(环状腔)。流体可以导入这些空隙中。也就是说，活塞130的前和后圆周面132和134都有台阶部分，以使在活塞130的每个台阶部分和内圆周面间分别形成前腔136(第一腔)和后腔138(第二腔)。

而且，阀门控制腔145形成于阀门140的内和外圆周面之间，基于与活塞130的较大直径的前圆周面132和较小直径的中间圆周面133连接的情况，通过控制高压和低压状态的转换，就可以使阀门140向前或向后移动。中间腔139(第三腔)形成于活塞130的中间圆周面133和阀门140之间。

外径与液压缸150的内径相同的阀门140包括总有高压作用于其上的下和上端面141和149，总有低压作用于其上的前圆周面148a，由于高/低压的作用而产生推动阀门140的力的后圆周面148b，总与低压油孔相连的第一贯通孔143，和第二贯通孔144，该孔通过阀门140的运动，把低压侧与后腔138连通或从其上断开。

活塞130的后部的直径是如此的小，以致于在活塞130的后部和阀门140之间可以形成后腔138。对应于产生或释放压力，通过阀门140的运动，这个后腔138与低压侧连通或从其上断开。

液压缸体12有两个流体通道12a和12b。流体通道12a连接阀门控制腔145和进油口60，而流体通道12b连接中间腔139和出油口70，这使活塞产生高速冲击运动成为可能。

下面参照图6A到6C描述上文所述构造的根据本发明的冲击运动装置的操作情况。

图6A所示是冲击运动装置最初的状态，这时，活塞130和阀门140位于它们下降运动的终点，高压流体通过进油口60注入到主体10内，并通过流体通道12a供给到活塞130下部的前腔136内(如图6A左侧所示)。

图6A的状态是前腔和后腔136和138没有与外界连通的情况，但是它们互相之间是连通的。在这种情况下，因为高压液体通过进油口60被不断地注入到腔136和138内，前腔和后腔136和138的压力增加到相同的水平。

这时，在前腔136一侧的阀门下端面141与后腔138一侧的阀门上端面149之间建立了下列关系：阀门下端面141的横截面积大于阀门上端面149的横截面积。

基于横截面积关系的关系，作用于阀门下端面的在前腔136侧的压力更大，使阀门140向后腔138移动，也即，阀门140上升。该状态如图6B所示。

如果阀门140上升到一定程度，作用于上端面141和下端面149上的压力相等，则相等的低压作用在阀门前圆周面148a和后圆周面148b上。

如图6B所示，当阀门140向右侧(上侧)移动时，阀门上端面149开始遮断作为高压贯通孔的液压缸的第四孔156。

当阀门140处于完全上升状态时，因为由活塞的小直径端限定的第二腔，即后腔138从作为液压缸高压贯通孔的第四孔156上断开，而与作为液压缸低压贯通孔的第三孔连通，高压和低压分别作用在活塞前圆周面132和活塞后圆周面134上，而使活塞由于该压力差的作用上升。

这时，后腔138内的液压油通过第三孔155排到流体通道12b中。

如图6C所示，如果活塞130上升到活塞前圆周面132经过阀门下端面141的位置，活塞前腔136中的高压液体通过活塞130和阀门140间的第一贯通孔143a作用在阀门控制腔145的阀门后圆周面148b上，促使阀门140下降。

由于阀门140下降，当活塞后腔138与液压缸第四孔156连通时，相同的高压作用于活塞前和后圆周面132和134上，但是，因为后圆周面134的横截面积大于前圆周面132的横截面积，活塞130仍然向前移动至如图6C所示的位置。然后，同样的冲程重复上述过程。

按照上文所述的本发明的冲击运动装置，阀门安装在活塞和液压缸之间。利用液压油本身起到冲击运动装置零件的作用，阀门能够自动地控制液压油的吸入/排放路径。而且，为了控制阀门，省去了控制流动路径的不同的零件或元件，例如，阀门插塞，阀门挺杆等等。而且，因为高压液压油的传输不需要非常复杂的多段式通道，阀门也不必太大而来控制液压油，由于零件数目的减少，事故率降低了，装置尺寸/重量的减少还导致了成本降低。

并且，因为液体通道的长度缩短了，还因为高压液压油直接注入到阀门控制腔和活塞后腔内，压力损失减小了，因此效率增大了。最后，通过沿活塞轴向在活塞圆周面上安装阀门，装置被简化和减轻了。

尽管已参照优选实施例图示并描述了本发明，但是这仅仅是为了说明的目的，行业内的技术人员很容易理解，在不偏离本发明所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的前提下，可对本发明作出变化和修改。

Claims (3)

1.一种冲击运动装置，包括至少内含产生冲击力的零件的主体，在液压缸内往复运动以释放由进油口供应的高压液体的活塞，与活塞输出段相连的轴杆，和用来旋转轴杆的动力产生装置，其特征在于，

在所述活塞和所述液压缸之间安装了阀门，所述阀门的构造能够开/关流动路径并且按照预定的动作与所述活塞有机地配合，所述阀门整体形状基本为圆柱形，其两个端面即上端面和下端面的横截面积不同，所述阀门还有一个具有多段式台阶的轴向活塞孔，垂直于该活塞孔延伸出许多用来连通活塞孔与外界的孔，并且在阀门圆周面上部分形成具有前和后圆周面的一个环状凸台，所述液压缸安装在阀门的外面，它有许多液压缸孔，用以使活塞往复运动；且

在所述阀门和所述液压缸后安有后盖，

所述活塞，所述液压缸和所述阀门具有许多腔，并且，为在其内和外圆周面间形成预定的环状腔，由沿轴向制造直径差形成一个阀门控制腔，这些腔中可以注入液体，并且所述液压缸包括制有许多用来吸入/释放液压油的液体通道的液压缸体。

2.按照权利要求1的冲击运动装置，其中所述阀门还包括一个位于其圆周面上的环状凸台，和至少一个阀门控制腔贯通孔，位于凸台的左和右环状区域内具有较大环状面积的阀门后圆周面的一侧的一个阀门低压贯通孔和一个阀门归位贯通孔。

3.按照权利要求1的冲击运动装置，其中所述阀门的活塞孔还包括与阀门控制腔贯通孔相连的第一台阶和第二台阶，用来限制活塞的运动。

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