[发明专利]具有液体静压支撑活塞功能的液压冲击破碎锤

说明书

技术领域

本发明涉及液压破碎锤技术领域，具体的讲涉及一种具有液体静压支撑活塞功能的液压冲击破碎锤。

背景技术

随从活塞的角度来看，冲击机构的工作过程分回程加速、回程减速、冲程加速和打击停顿四个阶段，这四个阶段组成一个工作周期。回程为冲程储存能量，是冲程的准备阶段。冲程实现活塞的加速运动，是油液或气体对活塞做功的过程。打击停顿是活塞将动能以应力波的形式通过钎杆传递到岩石等物体的碰撞过程。

活塞与换向阀形成闭环反馈控制回路。换向阀受活塞位移或各腔室油压的控制，其换向动作靠冲击活塞移动时启闭阀的液流通道来完成，反过来阀的换向又切换了进入缸体的液流通道，完成活塞冲程与回程之间的转换，这样周而复始，靠位置反馈自动实现周期性的冲击运动。以单面回油的配油方式为例，因活塞与阀芯运动配合的不同，可以将冲击机构的运动分为5个阶段。

破碎锤（回程）工作原理如图1所示，a. 活塞回程加速阶段，阀芯不动，如图1 (a)所示，活塞与钎杆在完成上一次冲击后，有一个瞬时停顿状态。定义此状态为一个工作周期的初始状态。换向阀阀芯在端面A₅处高压油P的作用下处于下极限位置。

高压油经缸体内孔道进入活塞前腔，活塞后腔经换向阀阀芯中心孔道与回油相连。此时氮气室内作用有一定压力的氮气P_3，给活塞向下的作用力，但氮气作用力小于前腔油液作用力。因此活塞向上加速运动，同时压缩氮气储存能量。

b. 活塞继续回程加速，阀芯换向如图1(b)所示，当活塞的端面A₁越过液控孔a时，前腔的高压油P₁被引入到换向阀芯的下端面A₄。因A₄＞A₅，阀芯受向上作用力而运动到上极限位置。

破碎锤（冲程）工作原理图如图2所示：

c. 活塞回程减速，阀芯不动如图2(c)所示，高压油P经阀芯内部孔道进入到活塞后腔。此时活塞前、后腔同时通高压油而构成差动连接。但A₂＞A₁，活塞所受油液作用力向下。活塞同时受到向下的氮气作用力。因此，活塞以回程加速末速度为初速度，做减速运动，直至速度为0。

d. 活塞冲程加速，阀芯不动如图2(d)所示，活塞已减速为0而处于回程最大位移位置。与回程减速阶段相比，这阶段氮气和油液的作用力方向没有改变，因此活塞在零初速度下做加速运动。

e. 活塞打击停顿阶段，阀芯换向如图3(e)所示，活塞运动到下极限位置时撞击钎杆。在碰撞打击的同时，活塞端面B₁向下越过液控孔a，使得阀芯下端面 A₄脱离高压油而与回油相通，这样换向阀受到向下的力又回到下极限位置。冲击机构进入下一个工作周期，即处于状态a。

上述结构的破碎锤，倾斜破碎时，大规格活塞自重不可忽略，活塞难以依靠斯特封的支撑，造成活塞表面与中缸体内孔擦伤、拉伤，拉伤后的表面在冲击载荷作用下其疲劳寿命极低，并漏油漏气。

图4：传统破碎锤中缸与活塞配合图

1活塞与6中缸为间隙配合，2防尘封、3主油封和4缓冲封安装在6中缸体槽口内分别起着防尘、防漏油和支撑的作用。8活塞环与6中缸之间为间隙配合，8活塞环主要起着固定活塞的作用，7O型圈、9斯特封和10气封分别安装在8活塞环内圆槽口内，分别起着支撑和封气的作用。

传统缸体1活塞结构拉伤失效方式及原因：1活塞的摩擦力是与6中缸体配合面，由于1活塞的支撑力不足及操作者偏打引起6中缸与活塞之间直接接触拉伤。

活塞摩擦裂纹产生的部位：从图4传统破碎锤6中缸与1活塞配合图中得知主要是1活塞中间油槽及打击端的两圆面与缸体配合，因此，1活塞于缸体的摩擦拉伤主要是由这两个圆处。

裂纹产生的条件：冲击+摩擦，摩擦是造成零件失效和材料消耗的主要原因，60-80%机械零件的失效是由磨损引起的，世界工业发达国家能源约30%以不同形式的磨损消耗。因此监测机械设备的摩擦磨损状态，识别设备早期磨损故障对于机器的节能减耗、合理运行及安全生产均具有重要的意义。

摩擦力的计算：

冲击频率决定了每冲程所需时间，也即时间已知，行程s已知，由式；末速度,式中：由冲击频率算出，,将末速度带入上式可求出，已知冲击频率f，则周期，每半冲程耗时然后求压缩氮气对活塞的推动力，当这个力求出后，摩擦力占推动力的比值有一定的范围；