[发明专利]无阀控自配流气液联合做功式冲击器

说明书

技术领域

本发明属于液压冲击机械，特别涉及一种无阀控自配流气液联合做功式冲击器。

背景技术

目前，世界各国应用的液压冲击机械主要有液压凿岩机、液压破碎锤及液压振动桩锤等，其核心部分是液压冲击器。液压冲击器按配流方式可分为有阀型和无阀型两种。

有阀型液压冲击器是目前应用较多的冲击器，其配流阀一般分为柱阀和套阀两种，它们共同的缺点是间隙密封泄漏不可避免，影响了快速换向。虽然液压冲击器冲击能较大，但结构复杂，成本较高，而且效率较低。

中国专利ZL99202340.8公开的无阀液压冲击器，虽然采用了让位皮碗，使其在活塞冲程、回程往复运动中交替工作，起到了储油功能，防止活塞往复运动的困油现象，以减小活塞运动的阻力。但让位皮碗的工作寿命及可靠性制约了液压冲击器技术性能的发挥。

此外，美国英格索兰公司（Engsolang Co.）曾研制了两种无阀液压冲击器，由于采用了“液压弹簧”结构，体积很大，特别是当其活塞冲击运动时，“液压弹簧”对活塞做负功，使其输出冲击能小，影响了其推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、结构简单、工作可靠的无阀控自配流气液联合做功式冲击器。

本发明的无阀控自配流气液联合做功式冲击器，包括缸体、位于缸体工作腔内的冲击活塞、后腔蓄能容器 和氮气室；所述冲击活塞包括杆体，杆体的中部设有两个相互间隔的形成台阶状的与缸体内腔配合的第一、第二塞体，其中第一塞体位于杆体一端的工作面积小于第二塞体位于杆体另一端的工作面积；所述冲击活塞上的第一、第二塞体将缸体工作腔顺序形成常高压前腔、变压腔和后腔三个腔室；所述氮气室设在缸体靠后腔的一端，所述冲击活塞一端的杆体穿过缸体端部伸入氮气室内；所述缸体上设有：与冲击活塞上的第二塞体配合的进油孔、与冲击活塞上的第一塞体配合的回油孔、设有进油油路将进油孔与常高压前腔连通、设有油路将后腔与变压腔连通、后腔蓄能容器与后腔连通。

所述缸体上设有前腔蓄能容器与进油油路连通。

所述氮气室、后腔蓄能容器和前腔蓄能容器充有氮气。

所述氮气室为独立部件固定在缸体上，在氮气室和缸体之间设有密封部件。

将液压冲击器活塞冲程工作时氮气压力做功与油液压力做功之比定义为气液做功分配比Ф。气液做功比为0<Ф<1，设计变量0.333<α<0.369，其关系式为：

本发明的特点是继承了行程反馈原理的可靠性好的优点，通过在缸体后部设置氮气室，并配置前、后腔蓄能器，省去了配流阀，由油路4、油路17及冲击活塞1上的第一、第二塞体与设在缸体3上的进油孔7、回油孔20配合形成液压冲击破碎系统。使用时，在氮气室、前、后腔蓄能器内充有一定初始压力的氮气，利用高压油液体和氮气压缩膨胀联合做功原理实现液压冲击器高效工作，大大简化了结构。

液压冲击器的效率一般为40%～60%，如何提高液压冲击器的效率是一个很重要的课题。液压冲击器要实现提高能量利用率，就要使流道中峰值流量最小。要使液压冲击器的峰值流量最小可以通过选取气液做功比Ф，确定设计变量α，从而设计出合理的液压冲击器结构来实现。

由于液压冲击器冲击末速度比回程最大速度大得多，所以供油峰值流量非常重要，供油峰值流量出现在冲击结束的瞬间，因此，设计时无阀控自配流气液联合做功式冲击器时，可以供油峰值流量最小为优化目标，构造目标函数，确定设计变量α，其关系式为：

Ф值过小时，则氮气室充气压力低，氮气做功少，虽然可降低系统工作油压力，使回程速度加快，但活塞上第二塞体右端面积增大，冲程所需峰值流量增大，压力损失大，能量利用率降低，所以Ф不能取得过小；Ф值过大时，则氮气室充气压力高，氮气做功多，虽然可使活塞上第二塞体右端面积减小，冲程所需峰值流量减小，氮气室回程储能增多，但使回程速度降低，系统油压升高，有可能超过液压系统元件压力的承压值，所以Ф值不能取得过大。

由上式知，对于本发明的液压冲击器，设计变量的最优值与气液做功比Ф有着唯一的关系，在设计过程中只要选定气液做功比Ф，就可以确定最优设计变量α，由α能确定液压冲击器的所有运动特征和结构特征。

本发明的实质是，认定无阀自配流液压冲击器的做功方式是氮气室氮气压缩膨胀做功与液压油联合做功，根据设计优化目标选定气液做功比Ф，从而确定设计变量α。

本发明进一步确定的最优气液做功比Ф=0.4，设计变量α=0.351。