專利名稱：沖擊運動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓沖擊運動裝置，特別是一種通過在活塞與液壓缸之間安裝異形閥，并使這些液壓元件相互有機(jī)地配合以使往復(fù)運動的活塞在大液壓力作用下高速撞擊/推動軸桿的情況下，效率可以被最大發(fā)揮的沖擊運動裝置。
通常，鉆孔操作是地下隧道掘進(jìn)工程，采石和采礦工程，為了加固脆性不堅固地面所進(jìn)行的混凝土澆鑄工程中先采用的工序。這些鉆孔操作分為兩種類型一種是旋轉(zhuǎn)鉆孔操作，安裝在鉆孔裝置頂端的鉆頭低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以在目的物上鉆孔；另一種是沖擊/旋轉(zhuǎn)鉆孔操作，在高速旋轉(zhuǎn)運動的同時作沖擊運動，以在目的物上鉆孔。在后一種操作中，該操作通常的運動速度為200rpm/3000bpm，前進(jìn)速度為1.5m/min，這與風(fēng)鉆類似，但這兩種操作在應(yīng)用中卻是十分不同的。
應(yīng)用于沖擊/旋轉(zhuǎn)鉆孔操作的沖擊運動裝置采用各種液壓元件組合形成的油壓循環(huán)管路作為液壓系統(tǒng)。在這種沖擊運動裝置中，利用將機(jī)械能量轉(zhuǎn)換為壓力能量的液壓泵產(chǎn)生并循環(huán)高的液壓力。
這種應(yīng)用液體壓力來產(chǎn)生沖擊運動的裝置必須有下列液壓元件，活塞，液壓缸和用來控制源自液壓油的力的方向的閥門。
在這種液壓沖擊運動裝置中，液壓泵一般通過一個進(jìn)油口向前腔和后腔注入高壓液壓油。結(jié)果，當(dāng)液壓缸的前后腔充滿液壓油時，就建立了高壓。基于前后腔之間的面積差值而開關(guān)的閥門被作用在閥門上和下端面的壓力差推動，因此液壓缸后腔可以與一個低壓通道連接。
這時，活塞到達(dá)上終點，同時高壓油通過一個從液壓缸下表面延伸出來的油孔注入閥門控制腔以推動閥門。閥門的這個動作導(dǎo)致液壓缸后腔與高壓油孔連通，同時低壓油孔關(guān)閉，以使活塞下降，撞擊與活塞同軸的軸桿。
為了開關(guān)閥門，必須有閥門插塞，閥門挺桿等等。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的沖擊運動裝置需要閥門插塞、閥門挺桿等等來開關(guān)閥門，而且為了向閥門的閥門控制腔和液壓缸的后腔注入高壓油，該裝置必須具有非常復(fù)雜的多段式油孔。
并且，因為閥門要控制大量的液壓油，閥門的尺寸很大，這就導(dǎo)致整個裝置的尺寸和重量也要增大。
考慮到上述的缺點，本發(fā)明的一個目的是消除上述缺點，提供一種沖擊運動裝置，能增大沖擊力，且通過在活塞和液壓缸之間安裝特殊形狀的閥門來減小零件數(shù)目和降低/減輕裝置的尺寸/重量，可以自動地控制作用在活塞上的液壓油的流動路徑，并且即使使用普通液壓油也可以將液壓能量轉(zhuǎn)換成往復(fù)運動的能量。
為了達(dá)到這個目的，在一個由包含產(chǎn)生沖擊力的最少數(shù)目零件的本體，在液壓缸中往復(fù)運動以釋放通過進(jìn)油口注入的高壓油的活塞，與活塞出口段相連的軸桿，和使軸桿旋轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)組成的沖擊運動裝置中，該沖擊運動裝置包括了安裝在活塞和液壓缸之間的閥門，該閥門構(gòu)造得用以開/關(guān)流動路徑并按照預(yù)定的運動與活塞有機(jī)地配合，閥門整體是圓柱狀的，它的兩個端面，即上端面和下端面的斷面積不同，而且閥門還包括一個有多段臺階的軸向活塞孔，與活塞孔垂直的許多使活塞孔和外界連通的孔，和部分形成于閥門圓周表面上的，有前和后圓周表面的環(huán)狀凸臺，液壓缸安裝在閥門外，它有許多供活塞往復(fù)運動的液壓缸孔；并且一個后蓋安裝在閥門和液壓缸后，活塞，液壓缸和閥門有許多腔，并且通過沿軸向制造徑向直徑差值在內(nèi)和外圓周表面間提供了預(yù)定環(huán)狀腔，從而形成閥門控制腔，液體能被導(dǎo)入其間，液壓缸包括一個制有許多用于吸入/釋放液壓油的液體通道的液壓缸體。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明減少了提供液壓路徑的零件數(shù)目，簡化流動路徑本身，并且因為作用在閥門上的液壓油合適地控制了使活塞往復(fù)運動的液體壓力的吸入/釋放方向，減輕了裝置重量。
在本發(fā)明的構(gòu)造中，液壓缸體還有高壓蓄壓器和低壓蓄壓器，用來補(bǔ)償液壓油數(shù)量或防止活塞往復(fù)運動時的脈動以消除振動壓力。
最好，閥門的許多孔中至少有一個閥門控制腔貫通孔，一個閥門低壓貫通孔和一個閥門歸位貫通孔，許多液壓缸孔中至少有一個液壓缸低壓貫通孔，一個液壓缸歸位貫通孔和一個液壓缸高壓貫通孔，并且許多腔包含至少一個前腔，一個后腔和一個中間腔。
這樣，僅在上述這些孔的適當(dāng)?shù)叵嗷プ饔孟?，由活塞?qū)動的液壓使流動路徑自動地開關(guān)，這就省去了控制流動路徑的單獨的零件或元件，因此不僅減少了裝置本身的尺寸，而且降低了其成本。
這樣，由于單獨的零件，例如，開關(guān)閥門的閥門插塞或閥門挺桿，及高壓分配用的非常復(fù)雜的多段式通道不必要了，閥門不必太大，由于零件數(shù)目的減少就能夠降低裝置的重量和成本。
下面通過詳細(xì)描述優(yōu)選實施例，說明本發(fā)明的上述和其它目的，特點和優(yōu)點。
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的沖擊運動裝置的優(yōu)選實施例，附圖中

圖1是本發(fā)明的沖擊運動裝置的前視圖；圖2是本發(fā)明的沖擊運動裝置的軸向斷面圖3是本發(fā)明的沖擊運動裝置的閥門的放大斷面圖；圖4是本發(fā)明的沖擊運動裝置的液壓缸的放大斷面圖；圖5是本發(fā)明的沖擊運動裝置的后蓋的放大斷面圖；圖6A到6C是本發(fā)明的主要部件的放大的斷面圖。
本發(fā)明的第一個特點是，用來降低活塞的高壓流體路徑是通至液壓缸后腔的一個小路徑。本發(fā)明第二個特點是，通過閥門與活塞的有機(jī)配合，用來開關(guān)閥門的液體流動路徑直接與閥門控制腔連通而不通過由閥門控制液體路徑形成的多段式路徑，因此增大了動能效率并且閥門環(huán)繞活塞。根據(jù)本發(fā)明的這些特點，因為省略了分離式閥門的安裝空間，就能夠提供更輕重量和更簡單結(jié)構(gòu)的沖擊運動裝置。
圖1和圖2分別是根據(jù)本發(fā)明的一個沖擊運動裝置的前視圖和軸向斷面圖。
標(biāo)號“10”表示的是內(nèi)放產(chǎn)生沖擊力的零件的主體。用來補(bǔ)償液壓油數(shù)量或防止活塞往復(fù)運動時的脈動以消除振動壓力的高壓和低壓蓄壓器40，42安裝在主體10的一側(cè)，其它內(nèi)部零件，例如，連通液壓缸的進(jìn)油口60和出油口70等在主體的另一側(cè)。
高壓流體從進(jìn)油口60導(dǎo)入內(nèi)部，轉(zhuǎn)換成低壓流體，然后通過出油口70排出。
沖洗部件20與主體10相連，用來將壓縮空氣不泄漏地傳送到作旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運動的軸桿的一端，而旋轉(zhuǎn)部件30與沖洗部件20相連，用來按照如下所述預(yù)定的傳動比增大液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，并將轉(zhuǎn)矩傳到軸桿上。標(biāo)號“80”，“100”，和“120”分別代表液壓馬達(dá)，向目的物傳輸沖擊力和轉(zhuǎn)矩的軸桿，和后蓋。
參見圖2，主體10包括高壓蓄壓器40，低壓蓄壓器42，活塞130，閥門140和其它內(nèi)部基本零件。主體10還有一個內(nèi)含液壓缸150的液壓缸體12。液壓缸150的形狀結(jié)構(gòu)能夠接收活塞130。閥門140安裝在活塞130和液壓缸150之間。
活塞130與閥門140互相有機(jī)地配合，液壓缸150和后蓋120的構(gòu)造使流動路徑通過閥門140的運動開/關(guān)。
在旋轉(zhuǎn)部件30內(nèi)，上卡盤32，下卡盤34，被動齒輪36和主動齒輪38與軸桿100旋轉(zhuǎn)嚙合。
來自安裝在主體10一側(cè)的液壓馬達(dá)80的力通過聯(lián)接軸82傳到主動齒輪38上，它驅(qū)動被動齒輪36，使作為最終輸出零件的軸桿100轉(zhuǎn)動。
圖3到5分別是根據(jù)本發(fā)明的沖擊運動裝置的零件即閥門140，液壓缸150和后蓋120的放大斷面圖。
參見圖3，閥門140整體基本上為圓柱形，制有活塞孔142，其內(nèi)供活塞130安裝和移動，并且有許多孔143a，143b和143c連通活塞孔142與外界。
詳細(xì)說明一下這些孔，從圖3的左側(cè)看起，在閥門140中打出作為閥門控制腔貫通孔的第一個貫通孔143a，作為閥門低壓貫通孔的第二個貫通孔143b和作為閥門歸位貫通孔的第三個貫通孔143c。
在閥門140的一側(cè)，環(huán)狀凸臺148從閥門140的周邊上突出以形成閥門前周面148a和閥門后周面148b。標(biāo)號“141”和“149”分別代表閥門上端面和閥門下端面。
參見圖4，液壓缸150安裝在閥門140的外面，并且有液壓缸孔152供活塞130和閥門140安裝和往復(fù)運動。從圖4的左面看起，在液壓缸150中制有作為液壓缸低壓貫通孔的第一和第二貫通孔153和154，作為液壓缸歸位貫通孔的第三個貫通孔155和作為液壓缸高壓貫通孔的第四個貫通孔156，以連通液壓缸孔152和外界。
圖5顯示的是安裝在閥門140和液壓缸150后部的后蓋120。后蓋120上有一個具有許多螺栓孔123的安裝法蘭122，還有一個用來與閥門140的一個端面裝配的臺階面。
圖6A到6C是本發(fā)明的主要零部件的放大斷面圖。
參見圖6，由于各圓周面沿軸向具有不同的直徑，分別在活塞130，閥門140和液壓缸150的各內(nèi)和外圓周面間確定了許多空隙(環(huán)狀腔)。流體可以導(dǎo)入這些空隙中。也就是說，活塞130的前和后圓周面132和134都有臺階部分，以使在活塞130的每個臺階部分和內(nèi)圓周面間分別形成前腔136(第一腔)和后腔138(第二腔)。
而且，閥門控制腔145形成于閥門140的內(nèi)和外圓周面之間，基于與活塞130的較大直徑的前圓周面132和較小直徑的中間圓周面133連接的情況，通過控制高壓和低壓狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，就可以使閥門140向前或向后移動。中間腔139(第三腔)形成于活塞130的中間圓周面133和閥門140之間。
外徑與液壓缸150的內(nèi)徑相同的閥門140包括總有高壓作用于其上的下和上端面141和149，總有低壓作用于其上的前圓周面148a，由于高/低壓的作用而產(chǎn)生推動閥門140的力的后圓周面148b，總與低壓油孔相連的第一貫通孔143，和第二貫通孔144，該孔通過閥門140的運動，把低壓側(cè)與后腔138連通或從其上斷開。
活塞130的后部的直徑是如此的小，以致于在活塞130的后部和閥門140之間可以形成后腔138。對應(yīng)于產(chǎn)生或釋放壓力，通過閥門140的運動，這個后腔138與低壓側(cè)連通或從其上斷開。
液壓缸體12有兩個流體通道12a和12b。流體通道12a連接閥門控制腔145和進(jìn)油口60，而流體通道12b連接中間腔139和出油口70，這使活塞產(chǎn)生高速沖擊運動成為可能。
下面參照圖6A到6C描述上文所述構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明的沖擊運動裝置的操作情況。
圖6A所示是沖擊運動裝置最初的狀態(tài)，這時，活塞130和閥門140位于它們下降運動的終點，高壓流體通過進(jìn)油口60注入到主體10內(nèi)，并通過流體通道12a供給到活塞130下部的前腔136內(nèi)(如圖6A左側(cè)所示)。
圖6A的狀態(tài)是前腔和后腔136和138沒有與外界連通的情況，但是它們互相之間是連通的。在這種情況下，因為高壓液體通過進(jìn)油口60被不斷地注入到腔136和138內(nèi)，前腔和后腔136和138的壓力增加到相同的水平。
這時，在前腔136一側(cè)的閥門下端面141與后腔138一側(cè)的閥門上端面149之間建立了下列關(guān)系閥門下端面141的橫截面積大于閥門上端面149的橫截面積。
基于橫截面積關(guān)系的關(guān)系，作用于閥門下端面的在前腔136側(cè)的壓力更大，使閥門140向后腔138移動，也即，閥門140上升。該狀態(tài)如圖6B所示。
如果閥門140上升到一定程度，作用于上端面141和下端面149上的壓力相等，則相等的低壓作用在閥門前圓周面148a和后圓周面148b上。
如圖6B所示，當(dāng)閥門140向右側(cè)(上側(cè))移動時，閥門上端面149開始遮斷作為高壓貫通孔的液壓缸的第四孔156。
當(dāng)閥門140處于完全上升狀態(tài)時，因為由活塞的小直徑端限定的第二腔，即后腔138從作為液壓缸高壓貫通孔的第四孔156上斷開，而與作為液壓缸低壓貫通孔的第三孔連通，高壓和低壓分別作用在活塞前圓周面132和活塞后圓周面134上，而使活塞由于該壓力差的作用上升。
這時，后腔138內(nèi)的液壓油通過第三孔155排到流體通道12b中。
如圖6C所示，如果活塞130上升到活塞前圓周面132經(jīng)過閥門下端面141的位置，活塞前腔136中的高壓液體通過活塞130和閥門140間的第一貫通孔143a作用在閥門控制腔145的閥門后圓周面148b上，促使閥門140下降。
由于閥門140下降，當(dāng)活塞后腔138與液壓缸第四孔156連通時，相同的高壓作用于活塞前和后圓周面132和134上，但是，因為后圓周面134的橫截面積大于前圓周面132的橫截面積，活塞130仍然向前移動至如圖6C所示的位置。然后，同樣的沖程重復(fù)上述過程。
按照上文所述的本發(fā)明的沖擊運動裝置，閥門安裝在活塞和液壓缸之間。利用液壓油本身起到?jīng)_擊運動裝置零件的作用，閥門能夠自動地控制液壓油的吸入/排放路徑。而且，為了控制閥門，省去了控制流動路徑的不同的零件或元件，例如，閥門插塞，閥門挺桿等等。而且，因為高壓液壓油的傳輸不需要非常復(fù)雜的多段式通道，閥門也不必太大而來控制液壓油，由于零件數(shù)目的減少，事故率降低了，裝置尺寸/重量的減少還導(dǎo)致了成本降低。
并且，因為液體通道的長度縮短了，還因為高壓液壓油直接注入到閥門控制腔和活塞后腔內(nèi)，壓力損失減小了，因此效率增大了。最后，通過沿活塞軸向在活塞圓周面上安裝閥門，裝置被簡化和減輕了。
盡管已參照優(yōu)選實施例圖示并描述了本發(fā)明，但是這僅僅是為了說明的目的，行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員很容易理解，在不偏離本發(fā)明所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對本發(fā)明作出變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種沖擊運動裝置，包括至少內(nèi)含產(chǎn)生沖擊力的零件的主體，在液壓缸內(nèi)往復(fù)運動以釋放由進(jìn)油口供應(yīng)的高壓液體的活塞，與活塞輸出段相連的軸桿，和用來旋轉(zhuǎn)軸桿的動力產(chǎn)生裝置，其特征在于，在所述活塞和所述液壓缸之間安裝了閥門，所述閥門的構(gòu)造能夠開/關(guān)流動路徑并且按照預(yù)定的動作與所述活塞有機(jī)地配合，所述閥門整體形狀基本為圓柱形，其兩個端面即上端面和下端面的橫截面積不同，所述閥門還有一個具有多段式臺階的軸向活塞孔，垂直于該活塞孔延伸出許多用來連通活塞孔與外界的孔，并且在閥門圓周面上部分形成具有前和后圓周面的一個環(huán)狀凸臺，所述液壓缸安裝在閥門的外面，它有許多液壓缸孔，用以使活塞往復(fù)運動；且在所述閥門和所述液壓缸后安有后蓋，所述活塞，所述液壓缸和所述閥門具有許多腔，并且，為在其內(nèi)和外圓周面間形成預(yù)定的環(huán)狀腔，由沿軸向制造直徑差形成一個閥門控制腔，這些腔中可以注入液體，并且所述液壓缸包括制有許多用來吸入/釋放液壓油的液體通道的液壓缸體。
2.按照權(quán)利要求1的沖擊運動裝置，其中所述閥門還包括一個位于其圓周面上的環(huán)狀凸臺，和至少一個閥門控制腔貫通孔，位于凸臺的左和右環(huán)狀區(qū)域內(nèi)具有較大環(huán)狀面積的閥門后圓周面的一側(cè)的一個閥門低壓貫通孔和一個閥門歸位貫通孔。
3.按照權(quán)利要求1的沖擊運動裝置，其中所述閥門的活塞孔還包括與閥門控制腔貫通孔相連的第一臺階和第二臺階，用來限制活塞的運動。
全文摘要
本發(fā)明提供的沖擊運動裝置包括安裝在活塞和液壓缸之間的閥門,該閥門上和下端面的橫截面積不同,且有臺階式軸向活塞孔,垂直于活塞孔有許多孔連通活塞孔與外界,在閥門圓周面上部分形成環(huán)狀凸臺,液壓缸安裝在閥門外,有許多液壓缸孔;有后蓋安裝在閥門和液壓缸后;活塞,液壓缸和閥門具有許多腔,沿軸向的直徑差形成閥門控制腔;液壓缸有制有許多液體通道的液壓缸體。本發(fā)明的裝置可增大沖擊力,減少零件的數(shù)目和重量。
文檔編號E21B1/26GK1247252SQ9911118
公開日2000年3月15日 申請日期1999年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月30日
發(fā)明者張明洙, 李日載, 申耿千 申請人:株式會社水山重工業(yè), 張明洙