CN114908833A - 一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤，包括：活塞、缸体、钎杆座、内套、外套及钎杆。活塞在缸体内往复运动，打击钎杆；钎杆座中设有破碎岩石的钎杆、起导向作用的内套、外套，同时内套、外套具有保护钎杆座不被磨损的作用。在缓冲腔和系统高压油之间设置特斯拉阀，缓冲腔中的液压油经过特斯拉阀流出为逆向，液压油经过特斯拉阀流入缓冲腔为顺向。解决了液压破碎锤工作的过程中必须压紧钎杆的问题，提高了液压破碎锤的工作效率。

Description

一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤

技术领域

本发明涉及一种工程机械属具，特别是涉及一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤。

背景技术

液压破碎锤是一种将液压能转换为机械能的冲击机具，其中有两个基本运动元件——活塞和换向阀，两者相互反馈控制，即阀芯的往复运动控制着活塞换向，而活塞在每一个行程的始、终点又通过打开或关闭换向阀的控制油路实现阀芯的换向，如此循环工作。液压破碎锤的基本工作原理为：通过这种活塞和阀芯的反馈控制，实现活塞在液压或液压与气压力驱动下快速往复运动，并打击钎杆对外做功。

为了破碎石料、混凝土及其他建筑材料，液压破碎锤可附接到各种机器上，如挖掘机、反向铲或者其他类似机器。液压破碎锤安装到机器的臂上并连接到液压系统。液压系统中的高压流体供给至液压破碎锤以驱动与作业工具接触的活塞往复运动，并打击作业工具，完成破碎任务。

现有液压破碎锤锤芯（图1、图2）主要包括：氮气室1、活塞环2、活塞3、缸体4、钎杆座5、内套6、外套7、钎杆8、换向阀9、蓄能器10。回程运动开始（图1），高压油P通过油口a4进入前腔12，同时作用于换向阀9阀芯的下端，使阀芯稳定处于图（1）所示状态。此时前腔12接通高压油P，后腔13通过油口a1通回油T，活塞3在前腔12高压油P的驱动下，加速回程并压缩氮气室1中的氮气储存能量（如果氮气室1中不充气体，则为纯液压式液压锤），蓄能器10储油，当活塞3回程运动至前腔12和控制油口a3连通，高压油P到达阀芯的上端，此时阀芯上、下端都与高压油相通，由于设计中阀芯上端有效面积大于下端有效面积，阀芯在高压油作用下换向至图（2）状态，此时前、后腔都通高压油P，蓄能器10排油补充液压系统，活塞3在氮气压力（纯液压式液压锤除外）及油压的作用下，加速冲程，打击钎杆8，输出冲击能。当活塞3越过打击点，控制口a2和a3导通，并与回油T接通，换向阀9的阀芯上端泄压，下端油压作用下阀芯快速换向至图（1）状态，又恢复初始状态，活塞3开始回程，进入下一个打击循环，如此反复。在钎杆座5中，设有破碎岩石的钎杆8、起导向作用的内套6、外套7，同时内套6、外套7具有保护钎杆座5不被磨损的作用。

现有技术存在的问题：当活塞3的最大径进入缓冲腔14（图3），由于活塞3的最大径下端面无高压油P，所以此时液压破碎锤无法工作；启动液压破碎锤前，需要用钎杆8将活塞3顶出缓冲腔14，并且液压破碎锤工作的过程中钎杆8需要处于压紧的状态，避免活塞3进入缓冲腔14，才能使液压破碎锤连续不断的工作。

由于上述技术问题的存在，很难满足以下工况。

（1）对物料的二次破碎，由于物料经过了初次破碎（例如：爆破破碎），重量轻、体积不大，用液压破碎锤压紧的过程中容易移位，钎杆8压不紧物料，则活塞3难以被顶出缓冲腔14，则液压破碎锤无法正常工作；工作中需要反复尝试压紧物料完成破碎作业，这个过程必然严重影响到效率。

（2）对表面附着物清理破碎，避免损坏附着物里面的结构（例如：水泥回转窑耐火砖的拆除，仅需要破碎耐火砖，避免损坏耐火砖下面的窑壁；钢包清除钢渣的过程中，避免损坏钢包的内衬层），但是现有液压破碎锤必须压紧钎杆8才能正常工作，当表面附着物清理破碎完成后，很难及时停机（可操作性差），难免会对附着物下面的结构造成损坏。

为解决液压破碎锤工作过程中必须压紧钎杆的问题，中国发明专利CN113700074A/中国实用新型专利CN215715667U说明书公开了一种钎杆非压紧状态即可工作的液压锤。技术方案为：在缓冲腔和系统高压油之间设置空打阀，当活塞进入缓冲腔，则空打阀开启，高压油进入缓冲腔，将活塞推出；当活塞离开缓冲腔，则空打阀关闭；空打阀由空打阀阀芯和空打阀阀套组成，空打阀阀芯在空打阀阀套内沿轴线方向滑动。存在的问题：1.由于液压破碎锤的工作频率高（500次/分钟—1200次/分钟），则空打阀阀芯在空打阀阀套内高速频繁滑动、换向，易出现磨损、拉伤的现象（由于此处存在高压冲击更易损坏）。2.结构复杂，加工工艺繁琐。需要经过车削、淬火、磨削、去毛刺等工序。其中磨削的工序精度要求高、工作量大。需要磨削缸体和空打阀阀套配合的孔、空打阀阀套的外圆/内圆/端面、空打阀阀芯的外圆/端面，要保证尺寸精度、形位精度、表面粗糙度和配合间隙，加工困难。

1920年尼古拉·特斯拉提出一种无可动部件阀门，并将其命名为“特斯拉阀门”。通过构建特殊几何回路，特斯拉阀可对内部流体起到控制流向的作用。研究表明，特斯拉阀可以在一个方向提供较另一个方向更高的压降，使流体沿其中一方向流动顺畅（即顺向），沿另一方向流动困难（即逆向）。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题如下。

1.现有液压破碎锤工作过程中必须压紧钎杆的问题（即实现空打的功能）。

2.避免现有技术所采用的空打阀易损坏的现象。

3.避免现有技术所采用的空打阀结构复杂、加工困难的现象。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤。包括：活塞、缸体、钎杆座、内套、外套及钎杆。活塞在缸体内往复运动，打击钎杆；钎杆座中设有破碎岩石的钎杆、起导向作用的内套、外套，同时内套、外套具有保护钎杆座不被磨损的作用。在缓冲腔和系统高压油P之间设置特斯拉阀；高压油可以通过特斯拉阀顺畅流入缓冲腔（即顺向流入），将活塞从缓冲腔中推出，使得液压破碎锤连续不断的工作；当活塞由于惯性等原因进入缓冲腔，导致缓冲腔中的压力高于系统压力时，缓冲腔中的液压油经过特斯拉阀流出（即逆向流出），此时，特斯拉阀产生极大的流阻，对活塞起到良好的缓冲作用。

有益效果：相较于现有技术采用的空打阀，本发明采用的特斯拉阀无可动部件，仅需要加工特殊几何形状油路，因此加工简单，使用寿命长。实现液压破碎锤的空打功能。

作为本发明的进一步改进，活塞和钎杆座接触面所在的平面垂直于活塞的轴线。

有益效果：避免活塞接触到钎杆座产生径向力损坏活塞和缸体配合面的现象。

附图说明

图1 现有液压破碎锤原理图。

图2 现有液压破碎锤原理图。

图3 活塞进入缓冲腔示意图。

图4 本发明液压破碎锤原理图。

图5 本发明特斯拉阀结构图。

图6 活塞和钎杆座接触面结构图。

附图标记：1氮气室 2活塞环 3活塞 4缸体 5钎杆座 6内套 7外套 8钎杆9换向阀 10蓄能器 11主密封 12前腔 13后腔 14缓冲腔 15特斯拉阀 16分流通道一 17分流通道二 18圆弧通道 19上阀块 20下阀块 21密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明（图3、图4、图5、图6）。

一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤（图3、图4），包括：氮气室1、活塞环2、活塞3、缸体4、钎杆座5、内套6、外套7、钎杆8、换向阀9及特斯拉阀15。换向阀9控制活塞3在缸体4内往复运动打击钎杆8；钎杆座5中设有破碎岩石的钎杆8、起导向作用的内套6、外套7，同时内套6、外套7具有保护钎杆座5不被磨损的作用。在缓冲腔14和系统高压油P之间设置特斯拉阀15；高压油可以通过特斯拉阀15顺畅流入缓冲腔14（即顺向流入），将活塞3从缓冲腔14中推出，使得液压破碎锤连续不断的工作；当活塞3由于惯性等原因进入缓冲腔14，导致缓冲腔14中的压力高于系统压力时，缓冲腔14中的液压油经过特斯拉阀15流出（即逆向流出），此时，特斯拉阀15产生极大的流阻，对活塞3起到良好的缓冲作用。

优选的（图4），分流通道一16、分流通道二17和圆弧通道18截面积相等，且面积大于1平方毫米、小于20平方毫米。

优选的（图4），分流通道一16、分流通道二17之间的锐角大于40度、小于47度。

优选的（图5），特斯拉阀15包括上阀块19和下阀块20，下阀块20上设置特斯拉阀15的油路，特斯拉阀15的油路周围设置密封圈槽用于安装密封圈21。

优选的（图6），活塞3和钎杆座5接触面所在的平面垂直于活塞3的轴线。

本发明并不局限于上述实施方式，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有经过创造性劳动而获得的所有其他实施方式，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤，包括，活塞（3）、缸体（4）、钎杆座（5）、钎杆（8）、换向阀（9）；换向阀（9）控制活塞（3）在缸体（4）内往复运动打击钎杆（8）；钎杆（8）设置在钎杆座（5）内部，其特征在于：在缓冲腔（14）和系统高压油之间设置特斯拉阀（15），缓冲腔（14）中的液压油经过特斯拉阀（15）流出为逆向流出，液压油经过特斯拉阀（15）流入缓冲腔（14）为顺向流入。

2.根据权利要求1所述的一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤，其特征在于：特斯拉阀（15）包括上阀块（19）和下阀块（20），下阀块（20）上设置特斯拉阀（15）的油路，特斯拉阀（15）的油路周围设置密封圈槽用于安装密封圈（21）。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤，其特征在于：分流通道一（16）、分流通道二（17）和圆弧通道（18）截面积相等，且面积大于1平方毫米、小于20平方毫米；分流通道一（16）、分流通道二（17）之间的锐角大于40度、小于47度。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于特斯拉阀的空打型液压破碎锤，其特征在于：活塞（3）和钎杆座（5）接触面所在的平面垂直于活塞（3）的轴线。

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