CN111236833B - 一种水压凿岩机防空打缓冲系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水压凿岩机防空打缓冲系统，包括缸体，缸体内设置有往复运动的活塞，其特征在于：活塞上设置有用于对活塞冲程的冲击力进行缓冲的缓冲装置，所述缸体的后方设置有用于对活塞回程的冲击力进行缓冲的回程缓冲装置,本发明采用中活塞采用耐磨材料，表面镀铬，增强了活塞的耐磨损和耐腐蚀性能；在活塞冲程时，整个活塞前腔内会充满在活塞冲击过程中起到缓冲和减振的作用，缓冲圈的设置可以防止活塞冲击时直接与前套接触，活塞回程时通过销轴使冲击力在蓄能器和碟形弹簧的双重作用下达到缓冲和减振的效果。

Description

一种水压凿岩机防空打缓冲系统

技术领域

本发明涉及一种水压凿岩机防空打系统，尤其是涉及一种用于水压凿岩机上防止水压凿岩机出现空打，对于凿岩机内部元件造成损害的水压凿岩机防空打缓冲系统，属于凿岩机械技术领域。

背景技术

水压凿岩机是一种新型高效的凿岩设备，当水压凿岩机运行时，在活塞冲程接近打击点时，活塞以很高的末速度9m/s以上向前冲击，如果因夹钎或前部没有钎尾而使活塞打不到钎尾就会打击凿岩机前部的零件造成破坏性冲击，这就是所谓的“空打现象”。

由于岩层分布不均等原因，在水压凿岩机作业时经常会出现活塞空行程的现象，即空打现象，而这种现象难以避免同时危害也很大。

当水压凿岩机出现空打时，对于凿岩机的内部元件会产生很大的损害，增加水压凿岩机的维修费用及次数，降低了水压凿岩机的使用寿命，加大了操作人员的作业量，使得凿岩成本大大增加。

为了解决上述技术问题，市面上出现了一种专利号为201721793609.4的一种水压凿岩机用防空打系统，包括缸体，缸体内安装有往复运动的活塞，缸体内设置有防止活塞出现空打的缓冲装置，缓冲装置包括一端为封闭的上壳体，上壳体与缸体的一端同轴装配,上壳体上安装有皮囊。

上述这种水压凿岩机用防空打系统虽然可以在一定程度上解决水压凿岩机的空打问题，但是结构比较简单，只能简单实现回程时防止空打现象，且该类水压凿岩机用防空打系统一直使活塞保持有一定的阻力，进而在进行冲程时，容易造成冲击距离不足，造成工作效率低下，并且该防空打系统缓冲和减振效果有限。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供一种用于水压凿岩机上防止水压凿岩机出现空打，对于凿岩机内部元件造成损害的水压凿岩机防空打缓冲系统。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种水压凿岩机防空打缓冲系统，包括缸体，缸体内设置有往复运动的活塞，其特征在于：活塞上设置有用于对活塞冲程的冲击力进行缓冲的冲程缓冲装置，所述缸体的后方设置有用于对活塞回程的冲击力进行缓冲的回程缓冲装置。

以下是本发明对上述技术方案的进一步优化:

所述缸体上设置有回程通道，回程通道分别与缸体内的容腔C和活塞前腔连通。

进一步优化：所述活塞上设置有限位台，所述限位台位于活塞前腔内，且该限位台的两侧面面积相等。

进一步优化：所述冲程缓冲装置包括固定套设在活塞上且靠近限位台处的缓冲圈，缓冲圈由限位台定位轴向位置。

进一步优化：所述缓冲圈和限位台两处分别设置有缓冲圈通孔和限位台通孔，缓冲圈通孔和限位台通孔组成前后贯通的通孔。

进一步优化：所述回程缓冲装置包括固定安装在缸体后部的蓄能器，缸体内位于蓄能器的前段设置有传递组件，传递组件远离蓄能器的一端伸入活塞后腔内。

进一步优化：所述蓄能器包括同轴装配在缸体内且靠近后端的蓄能器底座，蓄能器底座的后方固定设置有外壳，蓄能器底座的中部开设有中心孔，位于该中心孔内活动设置有顶杆。

进一步优化：所述蓄能器底座上固定设置有与顶杆配合使用的皮碗，皮碗与外壳之间设置有蓄能器氮气腔，蓄能器氮气腔通过外壳上设置的充气阀充入氮气。

进一步优化：所述传递组件包括销轴，所述销轴设置在顶杆与内缸之间，且销轴靠近内缸的一端通过内缸后部开设的内缸小孔伸至活塞后腔内，所述销轴外部设置有第一碟形弹簧。

进一步优化：所述内缸靠近限位台的一端端面上开设有多个内缸缓冲孔，内缸缓冲孔内设置有缓冲弹簧，所述活塞回程带动限位台会压缩缓冲弹簧。

本发明采用上述技术方案，在使用时：当活塞冲程时，高压水从进水口进入容腔C，高压水推动滑阀前移，此时容腔C和活塞后腔相通，高压水进入活塞后腔，活塞在高压水的推动下进行冲击，此时部分高压水经过回程通道进入活塞前腔，使活塞前腔充满水，减小活塞在冲击过程中的振动，缓冲圈能缓冲活塞的冲击力，实现冲程缓冲。

如图所示，当活塞回程时，活塞前腔内的高压水，经过容腔A,进入容腔B，此时滑阀在高压水的作用下后移，容腔C和活塞后腔被滑阀隔断不再相通，此时活塞前腔内的压力大于活塞后腔的压力，活塞在压差的作用下向后移动，当活塞后移到接近结束的位置时，活塞会在蓄能器和第一碟形弹簧的作用下减振缓冲，实现回程缓冲，进而减小对水压凿岩机造成的破坏。

本发明采用上述方案，具备以下有益效果：

1、活塞采用耐磨材料，表面镀铬，增强了活塞的耐磨损和耐腐蚀性能。

活塞冲程时，高压水会通过活塞回程通道进入活塞前腔，整个冲程和回程过程中活塞前腔一直充满水，在活塞冲击过程起到缓冲和减振的作用。

在活塞冲程过程中，只有当活塞接近冲击点时高压水才会进入滑阀所在腔室，防止滑阀在活塞冲击过程中过早向后移，从而导致活塞冲击距离足够，当活塞没有到指定位置时活塞的第二密封面和第三密封面会阻止高压水进入滑阀所在腔室。

当活塞冲程时，缓冲圈的设置防止活塞冲击直接与前套接触，保护了前套；当活塞回程时活塞通过销轴使冲击力在蓄能器和碟形弹簧的双重作用下达到缓冲和减振的效果。

碟形弹簧具有单位体积的变形过程产生的振动小、变形能较大、良好的缓冲吸振能力、吸收冲击和消散能量的作用更为显著等优点，能够对活塞的冲击起到缓冲减振作用。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中回程结束待冲击时的结构示意图；

图3为附图2中A处的局部放大图；

图4为本发明实施例中缓冲圈的结构示意图；

图5为本发明实施例中活塞的结构示意图；

图6为本发明实施例中销轴的结构示意图；

图7为本发明实施例中内缸的结构示意图；

图8为本发明实施例中蓄能器的结构示意图；

图9为本发明实施例中顶杆的结构示意图；

图10为本发明实施例中皮碗的结构示意图；

图11为本发明实施例中第一碟形弹簧的结构示意图；

图12为本发明实施例中第二碟形弹簧的结构示意图。

图中：1-活塞；2-前套；3-缸体；4-缓冲圈；5-内缸；6-滑阀；7-销轴；8-第一碟形弹簧；9-蓄能器；10-缓冲弹簧；11-第二碟形弹簧；12-支撑环；21-活塞前腔；22-回程通道；23-容腔C；24-容腔A；25-容腔B；26-出水口；27-活塞后腔；28-进水口；29-蓄能器氮气腔；30-通孔；41-橡胶层；42-金属层；43-缓冲圈通孔；51-第一密封面；52-限位台；53-第二密封面；54-环形槽；55-第三密封面；56-限位台通孔；61-销轴第一密封面；62销轴限位台；63-销轴第二密封面；71-内缸小孔；72-内缸缓冲孔；81-顶杆；82-蓄能器底座；83-皮碗；84-外壳；85-充气阀。

具体实施方式

实施例：请参阅图1-4，一种水压凿岩机防空打缓冲系统，包括缸体3，缸体3内设置有往复运动的活塞1，所述活塞1上设置有用于防止活塞1冲程时出现空打的冲程缓冲装置，所述缸体3的后方设置有防止活塞回程时出现空打的回程缓冲装置。

所述缸体3内位于活塞1上同轴装配体有内缸5，所述内缸5的外部滑动设置有用于调控高压水流向的滑阀6。

所述缸体3内位于内缸5的前部设置有前套2，所述内缸5的前段与前套2轴肩配合用于固定内缸5的位置。

所述缸体3内靠近活塞1的前端和后端分别设置有活塞前腔21和活塞后腔27。

所述缸体3上设置有回程通道22，所述回程通道22分别与缸体3内的容腔C23和活塞前腔21连通。

所述缸体3上分别开设有进水口28和出水口26，所述进水口28与容腔C23连通。

这样设计，可以使进水口28内的高压水进入容腔C23后通过回程通道20进入活塞前腔21，使活塞前腔21内的高压水对活塞1在进行冲程和回程过程中起到缓冲和减振的作用。

所述活塞1上依次设置有第一密封面51，限位台52，第二密封面53，环形槽54，第三密封面55。

所述活塞1上的限位台52位于活塞前腔21内，且限位台52的两侧面积相等。

所述活塞前腔21内的高压水的压力作用在限位台52上对活塞1在进行冲程和回程过程中起到缓冲和减振的作用。

活塞前腔21内的高压水对活塞1的受力情况如图3所示，根据压力的作用原理，活塞前腔21内高压水的压力会垂直作用于活塞1的横截面上，又因为活塞1为轴对称模型，所以径向方向的压力P1相互抵消，所以活塞1在径向方向上不受高压水的压力的作用。

所述限位台52的两侧面积相等，因此压力P2的横截面与压力P3的横截面相等。而压力P2等于P3，所以活塞1在轴向方向上不受力的作用，根据受力分析，活塞前腔21内的高压水不会推动活塞1向后移动，活塞前腔21内的高压水只是在活塞1冲击时起到缓冲减振的作用。

所述内缸5内靠近活塞1的位置分别设置有容腔A24、容腔B25，所述容腔A24与活塞前腔21连通，所述容腔B25与滑阀6所在腔室连通。

所述容腔A24、容腔B25通过活塞1上的环形槽54连通，所述环形槽54环形槽54的长度和位置根据活塞1的1运动规律设置，所述活塞1接近冲程到位时，环形槽54连通容腔A24和容腔B25。

这样设计，能够使活塞1推进到接近冲程结束时活塞前腔21内的高压水才能进入容腔A24和容腔B25，防止滑阀6提前换向。

所述活塞1冲程没到位时活塞1的第二密封面53和第三密封面55与内缸5的内孔壁配合阻止高压水进入滑阀所在空腔。

这样设计,若活塞1在冲击过程中没有到预定的位置，如图1所示,此时活塞1会隔断容腔A24和容腔B25，高压水不会进入容腔B25，这样滑阀6就不会提前换向，因此高压水可以进入活塞后腔，活塞1可以完成正常的冲击。

所述活塞1的材质为20Cr，活塞1整体渗碳淬火，活塞1表面镀铬，镀铬后硬度为900HV。

所述冲程缓冲装置包括固定套设在活塞1上且靠近第一密封面51和限位台52结合处的缓冲圈4，所述缓冲圈4由限位台52定位轴向位置。

所述缓冲圈4与活塞1通过螺纹实现固定连接，所述缓冲圈4能够随活塞1一起移动。

这样设计，若活塞1冲击过程中冲击到钎杆时，缓冲圈4不会与前套2接触，活塞1会直接冲击钎杆；若活塞1在冲击过程中出现空打现象，此时活塞1不会打击钎杆，缓冲圈4会与前套2相接触，此时缓冲圈4可以缓冲活塞1的冲击力，防止水压凿岩机空打时活塞1直接与前套2接触，造成前套2损坏，进而延长水压凿岩机的使用寿命。

所述缓冲圈4和限位台52两处分别设置有缓冲圈通孔43和限位台通孔56，所述缓冲圈通孔43和限位台通孔56组成前后贯通的通孔30。

这样设计，通过在缓冲圈4和限位台52设置通孔30，当活塞1冲击到冲程快结束的位置时，如图1所示，前套2内的高压水通过通孔30流出，使得活塞1能够冲击到预定的位置，保证活塞1有足够的冲击距离；

避免活塞1冲击到冲程快结束的位置时，如图1所示，由于缓冲圈4和限位台52的外径与前套2的内径接近，缓冲圈4和限位台52会压缩前套2内的高压水，由于水具有不可压缩性，导致活塞1冲击距离不足，影响凿岩机的凿岩性能。

由此可见该缓冲圈4只在凿岩机出现空打时才起作用，不会影响凿岩机的性能。

所述缓冲圈4包括一体连接的橡胶层41和金属层42，所述橡胶层41内圈直径略大于金属层42内圈直径。

这样设计，可以通过金属层42，能够将该缓冲圈4固定安装在活塞1上，通过橡胶层41能够对活塞1出现空打时，对活塞1冲击前套2的力进行缓冲，且将橡胶层41内圈直径设计呈略大于金属层42内圈直径，可防止在安装和工作过程中活塞对橡胶层41的磨损。

所述橡胶层41与金属层42通过硫化粘接连接呈一体。

所述橡胶层31的材料为氢化丁腈橡胶HNBR，橡胶硬度为70邵氏A。

所述金属层42的材料为20Cr。

所述回程缓冲装置包括固定安装在缸体3后部的蓄能器9，所述缸体3内位于蓄能器9的前段设置有传递组件，所述传递组件远离蓄能器9的一端伸入活塞后腔27内，所述活塞1回程到位后接触传递组件将回程冲击力通过传递组价传递给蓄能器9。

所述蓄能器9包括同轴装配在缸体3内且靠近后端的蓄能器底座82，所述蓄能器底座82的后方位于缸体3的外部固定设置有外壳84。

所述蓄能器底座82的中部开设有中心孔，位于该中心孔内活动设置有顶杆81。

所述蓄能器底座82上固定设置有与顶杆81配合使用的皮碗83，所述皮碗83横截面呈半圆形。

所述蓄能器底座82上开设有用于安装皮碗83的凹槽，所述皮碗83的外圆周上设置有与凹槽配合使用的凸起，所述皮碗83通过凸起和蓄能器底座82上凹槽以及外壳84的压紧，用于将皮碗83固定安装在蓄能器底座82上。

所述外壳84与皮碗83之间设置有蓄能器氮气腔29，所述外壳84的一侧设有与蓄能器氮气腔29相通的充气阀85。

所述蓄能器氮气腔29通过充气阀85充入氮气，氮气压力为3MPa-4MPa。

这样设计，可以通过充气阀85用于对蓄能器氮气腔29内冲入氮气，使蓄能器氮气腔29内保持一定的空气压力，在蓄能器氮气腔29内空气压力的作用下使皮碗83扩张顶接至顶杆81，使顶杆81有向外移动的力。

所述传递组件包括销轴7，所述销轴7活动安装在内缸5后部开设的内缸小孔71内，且销轴7靠近内缸5的一端穿过内缸小孔71内并伸至活塞后腔27内一段，所述销轴7远离内缸5的一端与顶杆81顶接。

所述销轴7上依次设置有销轴第一密封面61、销轴限位台62和销轴第二密封面63，销轴限位台62的直径大于销轴第一密封面61和销轴第二密封面63的直径。

所述销轴第一密封面61的直径等于内缸小孔71的直径，所述销轴第一密封面61的长度大于内缸小孔71的长度。

这样设计，能够通过销轴限位台62用于限定销轴7的移动距离，通过将销轴第一密封面61的直径设计呈与内缸小孔71直径相等，可以方便的在内缸小孔71内装配销轴7，并且能够在保证密封效果的同时，能够保证使销轴7的销轴第一密封面61可在内缸小孔71内活动。

所述销轴7的销轴第二密封面63的外部设置有第一碟形弹簧8，所述第一碟形弹簧8的两端分别与销轴限位台62和蓄能器底座82相抵。

这样设计，当活塞1回程到快结束的位置时，活塞1推动销轴7后移，而销轴7推动顶杆81后移引起蓄能器氮气腔29的容腔变小，同时在销轴7后移的过程中，销轴7会压缩第一碟形弹簧8，在第一碟形弹簧8和蓄能器9的共同作用下实现减振和缓冲。

所述内缸5靠近限位台52的一端端面上环形排列开设有多个内缸缓冲孔72，所述内缸缓冲孔72内设置有缓冲弹簧10，所述缓冲弹簧10远离内缸5的一端伸出内缸缓冲孔72一段距离。

所述缓冲弹簧10包括第二碟形弹簧11和支撑环12两部分，所述第二蝶形弹簧11与支撑环12为硫化连接，支撑环12的材料为氢化丁腈橡胶，支撑环12压缩在内缸缓冲孔72中，使第二碟形弹簧11能够在内缸缓冲孔72中保持位置。

这样设计，当活塞1回程时，活塞1上的限位台52会压缩缓冲弹簧10，在缓冲弹簧10、蓄能器9、第一碟形弹簧8的作用下，实现活塞1在回程时的缓冲与减振。

在使用时：当活塞1冲程时，高压水从进水口28进入容腔C23，高压水推动滑阀6前移，此时容腔C23和活塞后腔27相通，高压水进入活塞后腔27，活塞1在高压水的推动下进行冲击，此时部分高压水经过回程通道22进入活塞前腔21，使活塞前腔21充满水，减小活塞1在冲击过程中的振动，缓冲圈4能缓冲活塞1的冲击力，实现冲程缓冲。

如图2所示，当活塞1回程时，活塞前腔21内的高压水，经过容腔A24,进入容腔B25，此时滑阀6在高压水的作用下后移，容腔C23和活塞后腔27被滑阀6隔断不再相通，此时活塞前腔21内的压力大于活塞后腔27的压力，活塞1在压差的作用下向后移动，当活塞1后移到接近结束的位置时，活塞1会在蓄能器9和第一碟形弹簧8的作用下减振缓冲，实现回程缓冲，进而减小对水压凿岩机造成的破坏。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明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发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水压凿岩机防空打缓冲系统，包括缸体（3），缸体（3）内设置有往复运动的活塞（1），其特征在于：活塞（1）上设置有用于对活塞（1）冲程的冲击力进行缓冲的冲程缓冲装置，所述缸体（3）的后方设置有用于对活塞（1）回程的冲击力进行缓冲的回程缓冲装置；

所述冲程缓冲装置包括固定套设在活塞（1）上的缓冲圈（4），缓冲圈（4）由活塞（1）上设置的限位台（52）定位轴向位置；

所述缓冲圈（4）和限位台（52）两处分别设置有缓冲圈通孔（43）和限位台通孔（56），缓冲圈通孔（43）和限位台通孔（56）组成前后贯通的通孔（30）；

所述回程缓冲装置包括固定安装在缸体（3）后部的蓄能器（9），缸体（3）内位于蓄能器（9）的前段设置有传递组件，传递组件远离蓄能器（9）的一端伸入活塞后腔（27）内；

缸体（3）内位于活塞（1）上同轴装配体有内缸（5），内缸（5）靠近限位台（52）的一端端面上开设有多个内缸缓冲孔（72），内缸缓冲孔（72）内设置有缓冲弹簧（10），活塞（1）回程带动限位台（52）压缩缓冲弹簧（10）。

2.根据权利要求1所述的一种水压凿岩机防空打缓冲系统，其特征在于：所述缸体（3）上设置有回程通道（22），回程通道（22）分别与缸体（3）内的容腔C（23）和活塞前腔（21）连通。

3.根据权利要求2所述的一种水压凿岩机防空打缓冲系统，其特征在于：所述限位台（52）位于活塞前腔（21）内，且该限位台（52）的两侧面面积相等。

4.根据权利要求3所述的一种水压凿岩机防空打缓冲系统，其特征在于：所述蓄能器（9）包括同轴装配在缸体（3）内且靠近后端的蓄能器底座（82），蓄能器底座（82）的后方固定设置有外壳（84），蓄能器底座（82）的中部开设有中心孔，位于该中心孔内活动设置有顶杆（81）。

5.根据权利要求4所述的一种水压凿岩机防空打缓冲系统，其特征在于：所述蓄能器底座（82）上固定设置有与顶杆（81）配合使用的皮碗（83），皮碗（83）与外壳（84）之间设置有蓄能器氮气腔（29），蓄能器氮气腔（29）通过外壳（84）上设置的充气阀（85）充入氮气。

6.根据权利要求5所述的一种水压凿岩机防空打缓冲系统，其特征在于：所述传递组件包括销轴（7），所述销轴（7）设置在顶杆（81）与内缸（5）之间，且销轴（7）靠近内缸（5）的一端通过内缸（5）后部开设的内缸小孔（71）伸至活塞后腔（27）内，所述销轴（7）外部设置有第一碟形弹簧（8）。

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