一种氮爆式振动系统的制作方法

本实用新型属于弹性元件技术领域，特别涉及一种适用于大型工程破碎设备中的氮爆式振动系统。

背景技术：

氮气是一种惰性气体，具有特有性质：当受到外力作用时氮气可压缩，并可将压缩能量储存起来，卸下外力停止压缩时，氮气发生迅速膨胀，产生氮爆现象。氮气在压缩和膨胀过程中，当控制在一定压力范围时，氮气基本处于绝热状态，其热稳定性好，不易转化成热量，同时，氮气在氮爆膨胀过程中，可获得一定的弹压力，因此用氮气制成的氮气弹簧广泛应用于模具、汽车、电子、仪表等领域。这种氮气弹簧相比传统的弹性元件，体积小、压力大，寿命长，可达到100万次以上，同时在工作过程中，可保持较为恒定的弹压力。

一种用于工程机械领域的破碎设备，常用来破碎例如岩土体、水泥混凝土、钢筋混凝土等材料，属于大型机械设备，对破碎设备要求输出的力大、能适用复杂工作环境、高效的破碎能力、稳固牢靠的结构等。

传统的破碎设备为了减振降噪，常利用钢丝弹簧、剪切式橡胶块、或者空气弹簧连接机构，这种传统的减振方式在振动系统高频振动作用下，尤其是涉及到这种大型工程破碎设备，为提高破碎效率，往往其振动力大、振动频率较高，这种振动条件不仅使得减振器本身容易开裂、变形，导致其性能下降，寿命不长，因此，实际应用中需要经常更换，而且这种减振器的结构，在高频振动下，容易导致其发热、老化，这种发热实际是由于消耗了大量的能量并将其转化为热能的结果，因而使得传统的破碎设备的能耗大、所需功率高、破碎效率不高等问题。

为突出本设备的技术特点，在后文中统一用“氮爆装置”代替“氮气弹簧”名称，以显示本设备不仅仅利用了氮气弹簧的弹性缓冲作用，更是突出利用了氮气在氮爆膨胀过程中获得的相当可观的弹压力，以使本设备在破碎力、能耗、功率等方面的明显优势。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够适用于大型破碎设备，并且噪音低、可增强破碎能力、能量利用率高、破碎效率高的氮爆式振动系统。

本实用新型技术的技术方案实现方式：一种氮爆式振动系统，其特征在于：包括激振器和氮爆装置，至少一个氮爆装置设置在激振器上方，所述氮爆装置的柱塞与激振器的激振箱体固定连接，所述激振器在竖直方向上作线性往复运动，并带动所述氮爆装置的柱塞压缩氮气及接受氮气膨胀力作用。

本实用新型所述的氮爆式振动系统，其所述氮爆装置缸体内的氮气压力值控制在0Mpa～15Mpa之间。

本实用新型所述的氮爆式振动系统，其当所述激振器上方仅设置有一个氮爆装置时，所述氮爆装置设置在激振器运动方向的中心纵轴线上，当所述激振器上方设置有多个氮爆装置时，所述多个氮爆装置以激振器运动方向的中心纵轴线对称分布。

本实用新型所述的氮爆式振动系统，其在所述激振器的激振箱体下端部设置有与之连接的破碎锤头，所述破碎锤头为整体式结构或者组合式结构。

本实用新型所述的氮爆式振动系统，其所述氮爆装置包括缸体以及置于缸体内的柱塞，所述缸体内形成具有一定空间的缸体腔，在所述缸体腔内充满具有一定压力的氮气，所述缸体为上下贯通开口的结构，在所述缸体顶部固定连接有顶盖，在所述顶盖上设置有与缸体腔连通的气孔，所述缸体下部成形为向缸体内侧延伸并凸起的缸体导向部分，所述柱塞顶部沿径向向外侧形成凸起部，所述柱塞顶部的凸起部与缸体导向部分的凸台顶部配合，形成柱塞的下极限位置，在所述缸体的缸体导向部分与柱塞之间设置有密封装置。

本实用新型所述的氮爆式振动系统，其所述氮爆装置包括缸体以及置于缸体内的柱塞，所述缸体内形成具有一定空间的缸体腔在所述缸体上设置有与缸体腔连通的气孔，在所述缸体腔内充满具有一定压力的氮气，在所述缸体内、缸体与柱塞之间设置有导向座，所述导向座由中部的导向部分、底部的连接部分以及顶部的限位部分组成，所述导向座的连接部分与缸体的底部安装部分采用法兰连接的方式通过螺栓固定连接，所述柱塞顶部沿径向向外侧形成凸起部，所述柱塞顶部的凸起部与导向座的限位部分配合，形成柱塞的下极限位置，所述导向座的导向部分与柱塞之间以及导向座与缸体之间分别设置有密封装置。

本实用新型所述的氮爆式振动系统，其所述氮爆装置包括缸体以及置于缸体内的柱塞，所述缸体为上下贯通开口的结构，在所述缸体顶部固定连接有顶盖，在所述顶盖上设置有与缸体腔连通的气孔，所述缸体下部沿纵向设置有至少两道向缸体内侧凸起的导向臂，所述柱塞与导向臂之间设置有密封装置，所述缸体与柱塞配合，在所述缸体内、柱塞上方形成充满一定压力氮气的缸体腔，在所述缸体内、相邻两道导向臂之间形成充满一定压力油液的储油腔，所述储油腔内的油压不小于缸体腔内的初始气压，在所述缸体的侧壁设置有与储油腔连通的油孔，所述柱塞顶部沿径向向外侧形成凸起部，所述柱塞顶部的凸起部与缸体内最上面一道导向臂配合，形成柱塞的下极限位置。

本实用新型所述的氮爆式振动系统，其在所述柱塞底部连接有安装限位板，所述安装限位板与激振器的激振箱体固定连接，所述安装限位板用于对柱塞的上极限行程进行控制，所述安装限位板的外径或边长大于柱塞的外径，当所述柱塞在下极限位置时，所述安装限位板上端面至缸体下端面之间的距离为柱塞的上下极限运动幅度b，即柱塞由下极限位置移动到上极限位置或者由上极限位置移动到下极限位置的行程，所述柱塞的上下极限运动幅度b小于柱塞在下极限位置时缸体内腔体的净高度a。

本实用新型所述的氮爆式振动系统，其所述气孔连接有气阀组成，所述气阀组成包括安全阀及充气阀，所述缸体底部与柱塞底部之间设置防尘罩，所述防尘罩的拉伸长度不小于柱塞的上下极限运动幅度。

本实用新型所述的氮爆式振动系统，其所述顶盖内壁或者缸体顶部内壁设置有向下的延伸部分，所述延伸部分底面与柱塞顶面之间的距离d不大于缸体底面与安装限位板之间的距离b，所述延伸部分用于对柱塞的上极限行程进行控制，所述延伸部分的底面与顶盖内壁或者缸体顶部内壁之间的距离c满足安全行程要求，当柱塞运动至上极限位置时，所述柱塞顶部与延伸部分接触。

基于上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过在大型工程破碎设备中采用氮爆装置与激振器相结合的方式，使激振器的回弹动能压缩氮爆装置的氮气，将其能量储存，并在向下冲击时将绝大部分储存的能量转化为向下击打的氮爆力，因此具有增强向下击打能力、能量利用率高的优势。

2、由于振动系统在往复振动过程中，压缩的是氮爆装置的氮气，不存在与刚性结构之间碰撞等问题，因此，使得本实用新型的振动系统噪音更低，可以应用在噪音要求较高的场合。

3、本实用新型中利用氮爆装置代替传统的减震器，克服了在振动系统高频往复运动中因发热、变形导致的性能及寿命降低的问题，使用设备寿命更长。

4、本实用新型中的氮爆装置由于其导向座与缸体采用法兰连接的方式通过螺栓连接，使得导向座更加稳固，可防止氮爆冲击损坏，因此，可适合氮气高压工作状态，结构稳定可靠，且安装制造过程中更加方便。

5、本实用新型中的氮爆装置把高难度的高压气体动密封转化为相对比较成熟、容易的高压油的动密封，因此其动密封更容易实现，可靠性更高；而且利用储油腔内高压油本身来密封高压气体，使得氮爆装置的密封从单一的固体密封变为固体和液体两种方式密封，提高了氮爆装置的密封效果，同时这种结构可使氮气腔与储油腔的压差降低，使得密封装置的接触压力降低，从而进一步降低了动密封的难度；此外，储油腔内的油液可长期有效地起到润滑作用，降低柱塞与密封装置的摩擦力，同时储油腔内的油液还可以持续吸收因柱塞与密封装置在高速高频工作中产生的热量，从而进一步降低温度，提高密封装置的寿命，降低了柱塞拉伤和密封失效等问题

6、本实用新型中的氮爆装置对柱塞的上下行程进行了精确的控制，可适用于复杂工作环境，起到有效保护氮爆装置的目的。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的一种实施例。

图3是本实用新型的另一种实施例。

图4是本实用新型中氮爆装置的一种结构示意图。

图5是图4中氮爆装置的一种上限位实施例。

图6是图4中氮爆装置的另一种上限位实施例。

图7是本实用新型中氮爆装置的另一种结构示意图。

图8是图7中氮爆装置的一种上限位实施例。

图9是图7中氮爆装置的另一种上限位实施例。

图10是本实用新型中氮爆装置的另一种结构示意图。

图11是图10中氮爆装置的一种上限位实施例。

图12是图10中氮爆装置的另一种上限位实施例。

图中标记：1为激振器，11为激振箱体，12为振动轴，13为偏心轮，14为齿轮，111为激振箱顶部，112为激振箱底部，113为激振箱体侧壁，2为氮爆装置，21为缸体，22为柱塞，23为密封装置，241为安全阀,242为充气阀，25为防尘罩，26为导向座，27为延伸部分，211为气孔，212为缸体腔，213为缸体导向部分，214为底部安装部分，215为顶盖，216为储油腔，217为油孔，221为凸起部，224为安装限位板，3为破碎锤头，31为连接体，32为锤头头部，41为导向部分，42为连接部分，43为限位部分。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

尽管本实用新型容许有不同形式的实施例，但本说明书和附图仅仅公开了如本实用新型的示例的一些特定形式。然而本实用新型并不试图限于所述的实施例。本实用新型的范围在所附的权利要求中给出。

为了方便描述，本实用新型的实施例以典型的取向示出，所述取向使得当氮爆装置竖直静置时以柱塞或活塞杆为底，气阀为顶部，描述中使用的“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等术语都是参照这个位置而使用的，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，应理解的是本实用新型可以不同于所述的位置的取向进行制造、存放、运送、使用和销售。

本实用新型的振动系统适用于需要输出稳定振动力的振动系统，尤其适用用于需要增强破碎力和减少振动能量损耗的各种破碎设备，例如一种破碎设备可破碎各种岩土材料、混凝土材料或其他具有一定结构和强度的材料，这种设备广泛应用于包含但不限于山体岩石、土体开挖，矿物开挖，公路路面结构、市政道路路面结构、机场跑道、港口道路、房屋结构、桥梁结构的破碎。

如图1所示，一种氮爆式振动系统，包括激振器1和氮爆装置2，至少一个氮爆装置2设置在激振器1上方，当所述激振器1上方仅设置有一个氮爆装置2时，所述氮爆装置2设置在激振器1运动方向的中心纵轴线M上，当所述激振器1上方设置有多个氮爆装置2时，所述多个氮爆装置2以激振器1运动方向的中心纵轴线M对称分布，所述氮爆装置2的柱塞22与激振器1的激振箱体11固定连接，所述激振器1在竖直方向上作线性往复运动，并带动所述氮爆装置2的柱塞22压缩氮气及接受氮气膨胀力作用，所述氮爆装置具有储能减振、增强向下振动能力的作用，所述氮爆装置2缸体内的氮气压力值控制在0Mpa～15Mpa之间。

振动系统其中的一个应用领域，用于破碎设备中，如图2和3所示，在所述激振器1的激振箱体11下端部设置有与之连接的破碎锤头3，所述破碎锤头3为整体式结构或者组合式结构，所述破碎锤头将氮爆力、重力和激振器的激振力传递给所需破碎物体或表面。

其中，所述破碎锤头3包含与激振器1连接的连接体31以及与破碎物体接触的锤头头部32，根据破碎锤头3的部件组合关系，破碎锤头3可设置成整体式的也可以设置成组合式的。整体式破碎锤头的各部分是整体加工而成的，组合式破碎锤头的锤头头部32与连接体31为可拆卸的，这样便于更换因磨耗严重或工作过程遭损坏的锤头头部32。

取决于破碎锤头3的具体用途，锤头头部32可设置成尖状或钝状构形，例如包含但不限于锥形、倒三角等尖形以及圆弧形、倒梯形、倒锥台形等钝形的一种，分别如图2和3所示。一般情况下，尖状构形的锤头头部32用于通过劈裂方式破碎物体，钝状构形的破碎锤头头部32用于通过共振破碎方式破碎物体。

其中，所述激振器1包含激振箱体11、安装在激振箱体11上的振动轴12、安装在振动轴上的偏心轮13以及振动轴12之间相互啮合的齿轮14，所述激振箱体11包含激振箱顶部111、激振箱底部112以及激振箱体侧壁113。所述激振器1至少包含两根振动轴12，每根振动轴12上的偏心轮13的数量至少包含一个，通过齿轮14相互啮合的相邻振动轴12之间按同步反向运动。为使激振器1在竖直（或纵向）方向上作直线往复振动，激振器1的所有偏心轮13在运动过程中其水平（或横向）方向的离心力相互抵消，竖向（或纵向）方向的离心力相互叠加。其中，至少一根振动轴12外接动力源，与激振器1连接的外接动力源包含但不限于电动式、电液式、电磁式、液压式的一种。

可以预期地，激振器1的安装方式可以有多种，偏心轮13可以内装在激振箱体11里面，也可以外挂在激振箱体11外面，或者两者都有；偏心轮13之间可以相对式布置，也可以相错式布置，相对式布置限定相邻偏心轮13的垂直于振动轴12的中心横截面重合，相错式布置限定相邻偏心轮的垂直于振动轴的中心横截面错开一定距离。可替换地，也可用构架代替激振箱体11，振动轴12安装在构架上。

如图4所示，为本实用新型中氮爆装置的一种结构示意图，所述氮爆装置2包括缸体21以及置于缸体21内的柱塞22，所述缸体21为上下贯通开口的结构，在所述缸体21顶部固定连接有顶盖215，其固定连接的方式包含但不限于螺栓连接，所述缸体21内形成具有一定空间的缸体腔212，在所述缸体腔212内充满具有一定压力的氮气，所述柱塞用于压缩氮气和接受氮气膨胀力，所述缸体腔具有足够的空间以提供柱塞在上下极限运动的空间。

其中，所述缸体21下部成形为向缸体21内侧延伸并凸起的缸体导向部分213，所述缸体导向部分213用于保持柱塞22作上下往复运动，并与其保持动配合关系，所述柱塞22顶部沿径向向外侧形成凸起部221，所述柱塞22顶部的凸起部221与缸体导向部分213的凸台顶部配合，形成柱塞22的下极限位置，在所述缸体21的缸体导向部分213与柱塞22之间设置有密封装置23。

如图7所示，为本实用新型中氮爆装置的另一种结构示意图，所述氮爆装置2包括缸体21以及置于缸体21内的柱塞22，所述缸体为底部开口的结构，所述缸体21内形成具有一定空间的缸体腔212在所述缸体21上设置有与缸体腔212连通的气孔211，在所述缸体腔212内充满具有一定压力的氮气，所述柱塞用于压缩氮气和接受氮气膨胀力，所述缸体腔具有足够的空间以提供柱塞在上下极限运动的空间。所述缸体的横截面外轮廓可具有不同构形，例如包含但不限于圆形、椭圆形、矩形、方形的一种或多种的组合，缸体壁沿纵向可具有通长一致、突变或渐变的构形，例如由上下不同尺寸的圆（或矩形或方形）组成的凸形缸体。

其中，在所述缸体21内、缸体21与柱塞22之间设置有导向座26，所述导向座26由中部的导向部分41、底部的连接部分42以及顶部的限位部分43组成，所述导向座26的连接部分42与缸体21的底部安装部分214采用法兰连接的方式通过螺栓固定连接在一起，该连接结构可使导向座稳固可靠，进而使导向座可承受更大的氮爆力，所述导向座26的限位部分43用于对柱塞22的下极限行程进行控制，所述柱塞22顶部沿径向向外侧形成凸起部221，所述柱塞22顶部的凸起部221与导向座26的限位部分43配合，形成柱塞22的下极限位置，所述导向座26的导向部分41与柱塞22之间以及导向座26与缸体21之间分别设置有密封装置23，所述密封装置用于防止氮气泄漏以及外界粉尘进入，所述导向座26的导向部分41用于保持柱塞22作上下往复运动，并与其保持动配合关系。

如图10所示，为本实用新型中氮爆装置的另一种结构示意图，所述氮爆装置2包括缸体21以及置于缸体21内的柱塞22，所述缸体21为上下贯通开口的结构，在所述缸体21顶部固定连接有顶盖215，在所述顶盖215上设置有与缸体腔212连通的气孔211，所述缸体21下部沿纵向设置有至少两道向缸体21内侧凸起的导向臂，在本实施例中，优选两道导向臂，即第一导向臂和第二导向臂，所述柱塞22顶部沿径向向外侧形成凸起部221，所述柱塞22顶部的凸起部221与缸体21内最上面的第一导向臂配合，形成柱塞22的下极限位置，所述柱塞22与导向臂之间设置有密封装置23，所述缸体21与柱塞22配合，在所述缸体21内、柱塞22上方形成充满一定压力氮气的缸体腔212，在所述缸体21内、第一导向臂和第二导向臂之间形成充满一定压力油液的储油腔216，所述储油腔216内的油压不小于缸体腔212内的初始气压，在所述缸体21的侧壁设置有与储油腔216连通的油孔217，用于注入或排出油液，所述柱塞用于压缩氮气和接受氮气膨胀力，所述氮气腔具有足够的空间以提供柱塞在上下极限运动的空间。

为了解决气体动密封干摩擦状态引起摩擦力大、磨损严重导致高压气体产生泄漏，降低动密封寿命的问题，尤其是针对要求能在高频高速运动的工作环境条件，本实用新型中氮爆装置的带储油腔的结构设计把高难度的高压气体动密封转化为相对比较成熟简单的高压油的动密封，并利用高压油液自身密封高压气体的方式，进一步提高其密封效果，同时高压油液还能对氮爆装置起到自润滑和降低温度的作用，因此该氮爆装置能大大提高其工作频率和使用寿命。

在上述三种结构的氮爆装置中，为保证氮爆装置安全、稳定工作，氮爆装置设置了多种提供柱塞或活塞杆的上极限行程控制方式，这种上极限行程控制使得氮爆装置适用于复杂工作环境下使用，例如，由于操作不当导致破碎设备突然落地，或者由于工程条件复杂（例如表面凹凸不平），导致氮爆装置过行程，使其承受过大的压力情况。

三种结构的氮爆装置中分别优选地控制柱塞上极限行程的一种实施例，如图5、8和11所示，在所述柱塞22底部连接有安装限位板224，所述安装限位板224与激振器1的激振箱体11固定连接，所述安装限位板224用于对柱塞22的上极限行程进行控制，所述安装限位板224的外径或边长大于柱塞22的外径，当所述柱塞22在下极限位置时，所述安装限位板224上端面至缸体21下端面之间的距离为柱塞22的上下极限运动幅度b，即柱塞22由下极限位置移动到上极限位置或者由上极限位置移动到下极限位置的行程，所述柱塞22的上下极限运动幅度b小于柱塞22在下极限位置时缸体21内腔体的净高度a，且两者之差c满足安全行程要求。

三种结构的氮爆装置中分别优选地控制柱塞上极限行程的另一种实施例，如图6、9和12所示，所述顶盖215内壁或者缸体2顶部内壁设置有向下的延伸部分27，所述延伸部分27底面与柱塞22顶面之间的距离d不大于缸体21底面与安装限位板224之间的距离b，所述延伸部分27用于对柱塞22的上极限行程进行控制，所述延伸部分27的底面与顶盖215内壁或者缸体2顶部内壁之间的距离c满足安全行程要求，当柱塞22运动至上极限位置时，所述柱塞22顶部与延伸部分27接触。

在本实用新型中，氮爆装置除了包含以上三种结构的优选实施例外，不排除现有的氮气弹簧结构。

其中，所述气孔211连接有气阀组成，该气阀组成可用于充入氮气或排出氮气，特殊地，气阀也可用于需要调节气体压力的情况，例如当外界环境（力、温度等因素）变化，导致缸体腔内氮气压力值超过规定的合理工作范围或者超出安全设定值时，需要进行卸压，或者由于破碎设备工作一段时间后，氮气部分泄漏导致压力下降，需要进行补充时，或者为了适应破碎设备更加复杂的工况环境，需要动态调整氮气压力时，均可通过气阀组成实现调节。

在本实施例中，所述气阀组成包括安全阀241及充气阀242，安全阀和充气阀可独立设置。在氮爆装置工作过程中，受到外界高温环境或其他原因，导致缸体腔内氮气压力超过正常工作设定的压力时，安全阀自动排气泄压，保持氮气压力稳定。可替换地，所述气阀组成中的安全阀和充气阀也可设置成一体的结构。

另外，为了防止工作过程中的粉尘或外界环境中的灰尘进入氮爆装置的缸体腔212内，在所述缸体21底部与柱塞22底部之间设置防尘罩25，所述防尘罩25的拉伸长度不小于柱塞22的上下极限运动幅度，以保证氮爆装置具有在上下极限位置运动的空间。

本实用新型增强破碎能力、提高能量利用率的原理如下：本实用新型主要是利用了氮气的特有性质：受到外力作用时压缩，氮气将储存压缩时的能量，卸下外力停止压缩时，氮气发生迅速膨胀，产生氮爆现象。以本实用新型的振动实施例的一个工作过程为例，介绍其原理。当破碎锤头在完成击打物体后，受到激振器向上的惯性力和被破碎物体的反弹作用，柱塞做回程运动，此时压缩缸体腔内的氮气，氮气压力增大，相应地作用在柱塞上的阻力增大，柱塞运动速度减缓直至停止压缩，在压缩过程中，缸体腔内的氮气不仅起到缓冲作用，还可以积蓄能量，即将动能转化为压缩氮气的压力能，当柱塞停止压缩并向下运动时，氮气瞬间膨胀，将积蓄能量迅速释放，柱塞受到氮气膨胀力的作用，连同激振器、破碎锤头一起被迅速加速，在氮爆力、重力和激振器的激振力三者叠加下，作用在被破碎物体上。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限与这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱了本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。