CN213839099U - 一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，包括缸体，所述缸体内开设有活塞腔，活塞腔内安装有活塞，活塞腔上方的缸体内设置有换向阀腔，换向阀腔内安装有阀芯，阀芯的外表面上设置有阀芯前肩，换向阀腔的内壁上设置有与阀芯前肩相互配合的凸起，阀芯前肩与凸起配合将换向阀腔分隔成换向阀前腔和换向阀后腔，换向阀前腔和换向阀后腔分别通过缸体内开设的水道与活塞腔连通，本实用新型采用外置式的换向阀使得换向阀与活塞冲击装置整体分离开来，避免换向阀和活塞之间直接接触，并且能够减少不必要配合接触面，使得换向阀和内缸的形位公差等级降低，降低了加工难度，并且能够保证凿岩机冲击的持久性以及延长使用寿命。

Description

一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置

技术领域

本实用新型涉及一种凿岩冲击钻机用换向装置，具体的说，涉及一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，属于凿岩机技术领域。

背景技术

凿岩冲击钻机广泛应用于基建地锚、锚索固定、矿山爆破等作业，凿岩冲击钻机结构简单，便于制造、使用和维护，能在多种复杂地质层中正常使用，并且具有互换性，可安装于多种型号的潜孔钻机，凭借以上优点，凿岩冲击钻机广泛应用于多个行业领域。

按照动力源的不同，凿岩冲击钻机可划分为气压驱动、液压驱动和水压驱动，当前应用最为广泛的是水压驱动凿岩冲击钻机，水压驱动凿岩冲击钻机直接以天然水（无其他添加剂，包括海水、淡水）为传动介质的高速凿岩冲击钻机不仅功率大，体积小，重量轻，而且具有运行平稳，响应速度块，实现过载自动保护等优点。

现有的水压驱动凿岩冲击钻机的换向装置为内置结构，换向装置和冲击装置以套筒方式连接，由于采用的为环形装置，这样的结构需要较高的加工精度，高速凿岩冲击钻机冲击装置为环形装置，环形泄漏取决于缝隙值，圆孔直径，密封长度以及两端压力差，在微小缝隙值一定的条件下，缝隙泄漏量的大小不仅受缝隙大小的影响，更主要受到水压原件本身形位公差和安装过程中偏心的影响，因此工程实际应用中一味地减小缝隙大小已无实际意义，其次现有以水为介质的密封装置都是直接安装在缸体内部，过长的缸体孔道导致安装时非常不方便。

为解决上述问题，现有技术人员考虑将水压驱动凿岩冲击钻机的换向装置与冲击装置进行分离，使换向装置置于冲击装置的外部，如专利号为：201520542653.2公开了一种液压凿岩机的冲击换向装置，包括缸体、安装在缸体内的换向阀和活塞、安装在缸体左右两侧的左端盖和右端盖、用于补充输油的高压蓄能器、吸收回油压力波动的回油蓄能器，高压蓄能器与高压进油油路相通，回油蓄能器与回油油路相通。左端盖固定在缸体上与换向阀形成左换向腔，右端盖固定在缸体上与换向阀形成右换向腔，左冲击腔与前腔相通，右冲击腔与后腔相通，中间腔、左回油腔和右回油腔与回油箱保持常通，右换向腔控制口与右换向腔相通，左换向腔控制口与左换向腔相通。

上述该液压凿岩机的换向装置能够置于冲击装置的外部，但是液压凿岩机的冲击换向装置适用于液压驱动的液压凿岩机，但是该现有的换向装置其密封性差，防泄漏性差，关键部件加工精度要求高，存在易腐蚀等问题，尤其是以水为驱动动力是，水的粘度性很低，只有液压油的1/20，低粘度的介质会增加泄漏量，增大泄漏损失，降低部件的容积效率，影响高速凿岩冲击钻机的性能与寿命，过高的加工精度使得凿岩机使用和装配过程中一旦发生小的偏差就会造成很大的误差。

实用新型内容

本实用新型要解决的主要技术问题是提供一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，该外置换向装置将原本内置的换向阀与冲击装置分离开来，避免换向阀和活塞之间直接接触，独立的换向机构使得换向阀在运动的时候更加流畅，而且加工时可以保证泄漏量，不影响机器整体性能的前提下，减少对各部件加工精度要求和冲击装置形位公差的要求，且密封和缓冲装置采用内压式安装可以有效的解决因缸体孔道过长带来的安装不便的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，包括缸体，所述缸体内开设有活塞腔，活塞腔内安装有活塞，活塞腔的上方的缸体内设置有换向阀腔，换向阀腔内安装有阀芯，阀芯的外表面上设置有阀芯前肩，换向阀腔的内壁上设置有与阀芯前肩相互配合的凸起，阀芯前肩与凸起配合将换向阀腔分隔成换向阀前腔和换向阀后腔，换向阀前腔和换向阀后腔分别通过缸体内开设的水道与活塞腔连通。

以下是本实用新型对上述技术方案的进一步优化：

活塞的整体结构呈轴状包括活塞前肩和活塞后肩，活塞前肩的外表面直径小于活塞后肩的外表面直径，活塞前肩与活塞后肩之间依次同轴一体设置有第一连接段和第二连接段，第一连接段的外表面直径小于活塞前肩的外表面直径。

进一步优化：活塞活动装配在活塞腔内，活塞前肩和活塞后肩分别与活塞腔的内壁紧密连接，活塞前肩、第一连接段、活塞后肩将活塞腔分隔成活塞前腔、缓冲腔、活塞后腔。

进一步优化：缸体上设置有进水口，进水口与换向阀前腔连通，进水口的外部与高压水泵站连通，进水口处设置有用于补充流量的蓄能器。

进一步优化：水道包括冲击端入水口和活塞前腔回水口，冲击端入水口分别与活塞后腔和换向阀后腔连通，换向阀后腔内的高压水通过冲击端入水口进入活塞后腔内。

进一步优化：活塞前腔回水口分别与活塞前腔和换向阀前腔连通，换向阀前腔内的高压水通过活塞前腔回水口进入活塞前腔内。

进一步优化：换向阀后腔的一侧设置有出水回水腔，缸体上设置有与出水回水腔相连通的回水口。

进一步优化：缸体上位于阀芯的后端开设有阀芯右端控制腔，阀芯的后端延伸至阀芯右端控制腔内，缸体上固定安装有用于封装阀芯右端控制腔的端盖。

进一步优化：阀芯右端控制腔通过缸体内开设的阀芯控制口与活塞前腔连通，活塞前腔内高压水通过阀芯控制口进入到阀芯右端控制腔内并推动阀芯移动。

进一步优化：阀芯的前端开设有控制口回水腔，阀芯的内部开设有阀芯出水口，阀芯出水口的两端分别与控制口回水腔和回水腔连通，控制口回水腔通过缸体内开设的回水控制口与缓冲腔连通。

本实用新型采用上述技术方案，构思巧妙，结构合理，采用外置式的换向阀使得换向阀与活塞冲击装置整体分离开来，避免换向阀和活塞之间直接接触，并且能够减少不必要配合接触面，使得换向阀和内缸的形位公差等级降低，降低了加工难度，而且在装配方面也避免因配合间隙过小导致装配过程中对冲击装置的磨损，进而能够保证凿岩机冲击的持久性以及延长使用寿命，并且独立的换向阀腔使得换向阀在运动的时候更加流畅，而且加工时可以保证泄漏量，不影响机器的整体性能，提高使用效果。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的总体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中活塞的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中阀芯的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中缓冲装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中密封装置的结构示意图。

图6为本实用新型实施例中凿岩机冲程时的示意图；

图7为本实用新型实施例中凿岩机回程时的示意图。

图中：1-换向阀前腔；2-进水口；3-换向阀后腔；4-蓄能器；5-回水口；6-阀芯右端控制腔；7-端盖；8-阀芯；81-控制口回水腔；82-阀芯前肩；83-阀芯出水口；9-冲击端入水口；10-导正套；101-导正套缓冲封；102-水封；11-活塞后腔；12-活塞；121-活塞前肩；122-活塞后肩；123-第一连接段；124-第二连接段；125-第三连接段；126-第四连接段；127-第五连接段；13-缓冲腔；14-回水控制口；15-阀芯控制口；16-活塞前腔；161-活塞前腔回水口；17-前套；171-防尘封；172-前套缓冲封；18-缸体；19-换向阀腔；191-凸起；20-活塞腔；21-出水回水腔。

具体实施方式

实施例：如图1-5所示，一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，包括缸体18，所述缸体18内开设有活塞腔20，所述活塞腔20内安装有活塞12，所述缸体18内位于活塞腔20的上方设置有换向阀腔19，所述换向阀腔19内安装有阀芯8，所述阀芯8的外表面上设置有阀芯前肩82，所述换向阀腔19的内壁上设置有与阀芯前肩82相互配合的凸起191，所述阀芯前肩82与凸起191配合将换向阀腔19分隔成换向阀前腔1和换向阀后腔3，所述换向阀前腔1和换向阀后腔3分别通过缸体18内开设的水道与活塞腔20连通。

如图1-2所示，所述活塞12的整体结构呈七段阶梯轴状，其具体包括活塞前肩121和活塞后肩122，所述活塞前肩121与活塞后肩122之间依次同轴一体设置有第一连接段123和第二连接段124。

所述活塞前肩121的外表面直径小于活塞后肩122的外表面直径，所述第一连接段123的外表面直径小于活塞前肩121的外表面直径，所述第二连接段124的外表面直径小于活塞后肩122的外表面直径且等于活塞前肩121的外表面直径。

所述活塞前肩121远离活塞后肩122的一端依次同轴一体连接有第三连接段125和第四连接段126，所述第三连接段125的外表面直径小于活塞前肩121的外表面直径，所述第四连接段126的外表面直径小于第三连接段125的外表面。

所述活塞后肩122远离活塞前肩121的一端同轴一体连接有第五连接段127，所述第五连接段127的外表面直径小于活塞后肩122的外表面直径。

所述活塞12活动装配在活塞腔20内，所述活塞前肩121和活塞后肩122分别活塞腔20的内壁紧密连接，所述活塞前肩121、第一连接段123、活塞后肩122将活塞腔20分隔成活塞前腔16、缓冲腔13、活塞后腔11。

这样设计，当活塞前腔16内通入高压水时，其活塞前腔16的高压水作用至活塞前肩121上，并推动活塞前肩121带动活塞12整体向右移动，此时活塞12处于活塞回程运动。

当活塞后腔11和活塞前腔16内均通入高压水时，此处是通过活塞前肩121与活塞后肩122面积差来达到活塞冲程，活塞前腔16和活塞后腔11都是同等压力的高压水，在压力相同的情况下，接触面积越大受力越大，因此当活塞后腔11内有高压水进入时会推动活塞左移，此时活塞12处于活塞冲程运动。

如图1-2和图4-5所示，所述缸体18上靠近活塞12的前后两端位置处分别设置有缓冲装置和密封装置。

所述缓冲装置包括套设在活塞12的第三连接段125上的前套17，所述前套17与缸体18固定连接，所述前套17的内表面上与活塞12的第三连接段125外表面的连接处设置有防尘封171和前套缓冲封172。

所述防尘封171和前套缓冲封172呈间隔布设，且前套缓冲封172设置在前套17上靠近活塞12的活塞前肩121位置处。

所述防尘封171和前套缓冲封172分别与活塞12的第三连接段125的外表面紧密连接。

所述前套17能够用于封装活塞前腔16，并且通过防尘封171和前套缓冲封172能够提高活塞前腔16的密封性，且能够对活塞12冲程时的冲击力进行缓冲，提高使用效果。

所述密封装置包括套设在活塞12的第五连接段127上的导正套10，所述导正套10与缸体18固定连接，所述导正套10的内表面上与活塞12的第五连接段127外表面的连接处设置有导正套缓冲封101和水封102。

所述导正套缓冲封101和水封102呈间隔布设，且导正套缓冲封101设置在前套17上靠近活塞12的活塞后肩122位置处。

所述导正套缓冲封101和水封102与活塞12的第五连接段127的外表面紧密连接。

所述导正套10能够用于封装活塞后腔11，并且通过导正套缓冲封101和水封102能够提高活塞后腔11的密封性，且能够对活塞12回程时的冲击力进行缓冲，提高使用效果。

如图1所示，所述缸体18上设置有进水口2，所述进水口2与换向阀前腔1连通，所述进水口2的外部设置有高压水进水管路，所述进水口2处的高压水进水管路上设置有蓄能器4。

所述蓄能器4用于对进水口2处的水压进行补充流量，提高进入进水口2处水压的压力。

所述进水口2处的高压水可进入换向阀前腔1内。

如图1-3所示，所述水道包括冲击端入水口9和活塞前腔回水口161，所述冲击端入水口9分别与活塞后腔11和换向阀后腔3连通，所述换向阀后腔3内的高压水通过冲击端入水口9进入活塞后腔11内。

所述活塞前腔回水口161分别与活塞前腔16和换向阀前腔1连通，所述换向阀前腔1内的高压水通过活塞前腔回水口161进入活塞前腔16内。

所述换向阀后腔3内位于换向阀后腔3远离换向阀前腔1的依次设置有出水回水腔21，所述缸体18上位于出水回水腔21的位置处设置有与出水回水腔21相连通的回水口5。

所述出水回水腔21通过阀芯8与换向阀腔19之间的间隙与换向阀后腔3连通。

所述缸体18上位于阀芯8的后端开设有阀芯右端控制腔6，所述阀芯8的后端延伸至阀芯右端控制腔6内。

所述缸体18上固定安装有用于封装阀芯右端控制腔6的端盖7。

这样设计，可通过端盖7用于封装阀芯右端控制腔6，并且通过阀芯右端控制腔6可用于控制阀芯8进行自动化移动，当阀芯右端控制腔6内的水压变大时，可推动阀芯8向左移动，实现换向。

阀芯8在初始位置时，其阀芯8上阀芯前肩82与凸起191接触，此时换向阀前腔1和换向阀后腔3不连通。

当阀芯右端控制腔6内的水压变大时，可推动阀芯8向左移动并停靠在左位，实现换向，此时阀芯8上阀芯前肩82与凸起191错开并形成通水道，进而使换向阀前腔1和换向阀后腔3连通。

所述阀芯右端控制腔6通过缸体18内开设的阀芯控制口15与活塞前腔16连通，所述活塞前腔16内高压水通过阀芯控制口15进入到阀芯右端控制腔6内，并在高压水的作用下推动阀芯8移动，实现换向。

这样设计，当活塞12进行回程运动时，且活塞12的活塞前肩121边缘越过阀芯控制口15时，活塞前腔16内的高压水通过阀芯控制口15进入到阀芯右端控制腔6内并推动阀芯8迅速左移并停靠在左位，实现换向阀换向。

此时阀芯8停靠在左位后，阀芯8上阀芯前肩82与凸起191错开，进而使进水口2内的高压水通过换向阀前腔1进入到换向阀后腔3，然后经由冲击端入水口9进入到活塞后腔11，此时活塞后腔11内的高压水可推动活塞后肩122带动活塞12进行冲程运动。

所述阀芯8的前端开设有控制口回水腔81，所述阀芯8的内部开设有阀芯出水口83，所述阀芯出水口83的两端分别与控制口回水腔81和出水回水腔21连通。

这样设计，可通过阀芯8的内部开设有阀芯出水口83，使控制口回水腔81通过阀芯出水口83与出水回水腔21连通。

所述缸体18内开设有回水控制口14，所述回水控制口14分别与控制口回水腔81和缓冲腔13连通。

所述缓冲腔13内余留的水经过回水控制口14进入到控制口回水腔81内，而后再经过阀芯出水口83将水排到出水回水腔21，而后再由回水口5排出。

这样设计，其缓冲腔13位于活塞后腔11和活塞前腔16之间，其活塞12在活塞腔20内进行高频率的冲程和回程运动时，会从活塞前腔16和活塞后腔11中粘连一部分水分余留在缓冲腔13中，此时缓冲腔13余留的水经过回水控制口14、控制口回水腔81、阀芯出水口83、出水回水腔21、回水口5进行排出。

如图1-3和图6-7所示，在使用时，首先将进水口2通过高压水进水管路与高压水泵站连通，此时高压水泵站输送来的高压水由进水口2经高压蓄能器4进入到换向阀腔19中，其中进水口2输送来的水首先进入换向阀前腔1，此时换向阀前腔1中的高压水经活塞前腔回水口161进入活塞前腔16，活塞前腔16中的高压水作用至活塞前肩121上，并推动活塞前肩121带动活塞12整体向右加速移动，此时活塞12处于活塞回程运动，冲击端入水口9没有压力，活塞后腔11内的水由冲击端入水口9流回，活塞12不会冲程到底，活塞后腔11和活塞12的活塞后肩122之间有一层水垫，由于水的不可压缩性，用于保护导正套10和导正套缓冲封101不被回程的活塞12撞坏。

当活塞前肩121边缘越过阀芯控制口15时，活塞前腔16内的高压水由阀芯控制口15进入阀芯右端控制腔6，推动阀芯8迅速左移并停靠在左位，此时阀芯8上阀芯前肩82与凸起191错开，进而使进水口2内的高压水通过换向阀前腔1进入到换向阀后腔3 然后经由冲击端入水口9进入到活塞后腔11，这时活塞前腔16和活塞后腔11都通高压水，实现差动移动。

因活塞前肩121的外表面直径小于活塞后肩122的外表面直径，使活塞前后腔受力面积不同，进而实现活塞后腔11的压力大于活塞前腔16的压力，活塞12在压力差的作用下作回程减速运动，直到速度为0mm/s，回程结束。

当活塞12在压力差的作用下换向，并产生向左的冲程加速运动，此时阀芯8左移后，换向阀前腔1中的高压水经经冲击端入口9进入活塞后腔11内，活塞前腔16一直存在有高压水，由于活塞前肩121的作用面积小于活塞后肩122的作用面积，此时活塞12向左加速运动，活塞前腔16内的水会由活塞前腔回水口161流回换向阀前腔1。

缓冲腔13位于活塞后腔11和活塞前腔16之间，由于活塞12高频率的冲程回程会从从活塞前腔16和活塞后腔11中粘连一部分水分余留在缓冲腔13中，此时缓冲腔13余留的水经过回水控制口14、控制口回水腔81、阀芯出水口83、出水回水腔21、回水口5进行排出。

当活塞前肩121后边缘越过阀芯控制口15时，这时阀芯右端控制腔6通过阀芯控制口15和缓冲腔13、回水控制口14、控制口回水腔81、阀芯出水口83、出水回水腔21与回水口5相通，进而使阀芯右端控制腔6内的高压水通过回水口5排出，此时阀芯8右端失压，阀芯8右端失压，阀芯8在换向阀前腔1内高压水的作用下，使阀芯8迅速右移换向，此时高压水由换向阀前腔1进入到换向阀后腔3，然后经由冲击端入水口9进入到活塞后腔11，推动活塞后肩122向前运动，此时活塞12正好冲击钎尾，冲程结束。

系统重新进入图1和图6-7所示工作状态，开始活塞12的下一个工作循环。

这样通过活塞12运行过程中依次打开阀芯控制口15和回水控制口14，从而实现活塞12的往复运动，不断冲击钎尾，输出冲击能。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，包括缸体（18），缸体（18）内开设有活塞腔（20），活塞腔（20）内安装有活塞（12），其特征在于：活塞腔（20）上方的缸体（18）内设置有换向阀腔（19），换向阀腔（19）内安装有阀芯（8），阀芯（8）的外表面上设置有阀芯前肩（82），换向阀腔（19）的内壁上设置有与阀芯前肩（82）相互配合的凸起（191），阀芯前肩（82）与凸起（191）配合将换向阀腔（19）分隔成换向阀前腔（1）和换向阀后腔（3），换向阀前腔（1）和换向阀后腔（3）分别通过缸体（18）内开设的水道与活塞腔（20）连通。

2.根据权利要求1所述的一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，其特征在于：活塞（12）的整体结构呈轴状，其具体包括活塞前肩（121）和活塞后肩（122），活塞前肩（121）的外表面直径小于活塞后肩（122）的外表面直径，活塞前肩（121）与活塞后肩（122）之间依次同轴一体设置有第一连接段（123）和第二连接段（124），第一连接段（123）的外表面直径小于活塞前肩（121）的外表面直径。

3.根据权利要求2所述的一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，其特征在于：活塞（12）活动装配在活塞腔（20）内，活塞前肩（121）和活塞后肩（122）分别与活塞腔（20）的内壁紧密连接，活塞前肩（121）、第一连接段（123）、活塞后肩（122）将活塞腔（20）分隔成活塞前腔（16）、缓冲腔（13）、活塞后腔（11）。

4.根据权利要求3所述的一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，其特征在于：缸体（18）上设置有进水口（2），进水口（2）与换向阀前腔（1）连通，进水口（2）的外部与高压水泵站连通，进水口（2）处设置有用于补充流量的蓄能器（4）。

5.根据权利要求4所述的一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，其特征在于：水道包括冲击端入水口（9）和活塞前腔回水口（161），冲击端入水口（9）分别与活塞后腔（11）和换向阀后腔（3）连通，换向阀后腔（3）内的高压水通过冲击端入水口（9）进入活塞后腔（11）内。

6.根据权利要求5所述的一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，其特征在于：活塞前腔回水口（161）分别与活塞前腔（16）和换向阀前腔（1）连通，换向阀前腔（1）内的高压水通过活塞前腔回水口（161）进入活塞前腔（16）内。

7.根据权利要求6所述的一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，其特征在于：换向阀后腔（3）的一侧设置有出水回水腔（21），缸体（18）上设置有与出水回水腔（21）相连通的回水口（5）。

8.根据权利要求7所述的一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，其特征在于：缸体（18）上位于阀芯（8）的后端开设有阀芯右端控制腔（6），阀芯（8）的后端延伸至阀芯右端控制腔（6）内，缸体（18）上固定安装有用于封装阀芯右端控制腔（6）的端盖（7）。

9.根据权利要求8所述的一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，其特征在于：阀芯右端控制腔（6）通过缸体（18）内开设的阀芯控制口（15）与活塞前腔（16）连通，活塞前腔（16）内高压水通过阀芯控制口（15）进入到阀芯右端控制腔（6）内并推动阀芯（8）移动。

10.根据权利要求9所述的一种高速凿岩冲击钻机用外置换向装置，其特征在于：阀芯（8）的前端开设有控制口回水腔（81），阀芯（8）的内部开设有阀芯出水口（83），阀芯出水口（83）的两端分别与控制口回水腔（81）和回水腔（21）连通，控制口回水腔（81）通过缸体（18）内开设的回水控制口（14）与缓冲腔（13）连通。

Images