一种带静压支撑的活塞悬浮式潜孔冲击器的制作方法

本实用新型涉及一种带静压支撑的活塞悬浮式潜孔冲击器，属于凿岩钻孔机械技术领域。

背景技术：

潜孔冲击器是一种气动冲击设备，其工作原理是依靠高压气体推动活塞循环往复运动撞击钻头释放冲击能做功，活塞是潜孔冲击器中的运动件，是负荷最重、工作条件最恶劣的关键易损件，活塞的失效形式有疲劳断裂、外圆表面磨损和擦伤，活塞的磨损将导致气缸磨损、活塞寿命降低，严重影响潜孔冲击器的工作性能。

当前降低活塞磨损的主要方法有增加润滑油加注量、提高活塞和气缸的表面加工质量、选用高性能耐磨材料和合理热处理方式提高零件硬度和耐磨性，其中增加润滑油加注量的方法只能对降低磨损起到轻微作用，且过多的润滑油会与岩石粉尘结合使润滑油变质影响冲击器正常工作；提高零件硬度和耐磨性则会加大零部件加工难度大，令生产成本提高。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题是提供一种主要利用气体静压支撑技术解决潜孔冲击器活塞易磨损的问题，并降低生产成本的带静压支撑的活塞悬浮式潜孔冲击器。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种带静压支撑的活塞悬浮式潜孔冲击器，包括后接头、外套管、活塞、钻头和前接头，所述活塞的前部和后部均设置有悬浮式静压支撑机构。

以下是本实用新型对上述方案的进一步优化：

所述活塞前部的悬浮式静压支撑机构包括安装在外套管内的内缸，所述内缸套装在活塞前部位置，内缸的内壁与活塞的外圆周之间具有一定的间隙。

进一步优化：所述内缸的外圆柱面上靠近活塞的一侧沿周向间隔均匀开设有若干个的第一节流孔，高压气体通过第一节流孔进入内缸和活塞之间的间隙并形成支撑气膜。

进一步优化：所述活塞后部的悬浮式静压支撑机构包括通过轴肩定位安装在外套管内的导向套；导向套的内壁与活塞的外圆周之间具有一定的间隙。

进一步优化：所述导向套的端面上沿周向间隔均匀开设有若干个轴向进气孔。

进一步优化：所述导向套外圆柱面上开设有与轴向进气孔一一对应的第二节流孔，前气室内的高压气体经轴向进气孔和第二节流孔进入由导向套和活塞之间的间隙并形成支撑气膜。

工作时高压气体分别经第一节流孔和第二节流孔进入并充满活塞与内缸、活塞与导向套之间形成的间隙内，再经相应排气孔道排出，使间隙始终充满高速高压气流。

高压气流的静压力使轴与轴套分离，活塞悬浮于内缸之中，该功能的实现要求活塞位于指定位置，经过设计计算，图示结构尺寸的潜孔冲击器能够实现活塞的60%行程受到静压支撑作用，从而在较大程度上减轻了活塞的磨损，由于活塞不承受径向负载，气体静压力只需保证活塞轴向运动过程中不发生偏斜即可，因此需要的静压力较小。

活塞受气体静压力时，高压气体经第一节流孔进入间隙形成润滑气膜，当活塞与内缸同心时，润滑气膜的厚度处处相等，此时气体静压力的合力为零。

当活塞在轴向运动过程中发生偏斜时，润滑气膜厚度发生变化，上方气膜厚度变大，下方气膜厚度变小，润滑气膜厚度不同引起气流阻力变化，上部阻力小流速加快，下部阻力大流速减慢，使得上部气体静压力减小，下部气体静压力增大，形成压力差，此压力差推动活塞回归原位，同时使活塞悬浮在内缸当中，活塞运动过程中不会与内缸接触，从而避免了磨损。

本实用新型通过对潜孔冲击器的活塞、气缸结构进行改进，在气缸上增设节流孔，在活塞外圆柱面开设气槽，形成气膜间隙，在活塞头部和活塞尾部分别设置节流孔和气槽，形成两处静压支撑区域。

本方案使活塞在轴向运动过程中受润滑气膜静压支撑力悬浮在气缸中，从而避免了活塞外圆柱面的磨损；在活塞头部和活塞尾部设置两处静压支撑区域提高了支撑刚度，增强了减磨效果。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

附图1是本实用新型实施例中潜孔冲击器结构图；

附图2是本实用新型实施例中第一节流孔处结构图；

附图3是本实用新型实施例中第一节流孔处横截面结构图；

附图4是本实用新型实施例中活塞后部静压支撑结构图；

附图5是本实用新型实施例中活塞前部静压支撑结构图。

图中：1-防尘套；2-后接头；3-止逆阀；4-外套管；5-配气阀；6-内缸；7-第一节流孔；8-活塞；9-轴向进气孔；10-第二节流孔；11-导向套；12-前接头；13-钻头；14-润滑气膜。

具体实施方式

实施例，如图1、2、4、5所示，一种带静压支撑的活塞悬浮式潜孔冲击器，包括后接头2、外套管4、活塞8、钻头13和前接头12，所述活塞8的前部和后部均设置有悬浮式静压支撑机构。

所述后接头2通过螺纹与外套管4连接，外套管4内安装有具有配气作用的配气阀5，其上安装有弹簧和保证气体单向流动的止逆阀3。

所述后接头2远离外套管4的一端固定连接有防尘套1。

所述前接头12通过螺纹与外套管4连接，钻头13通过花键与前接头12连接。

所述活塞8前部的悬浮式静压支撑机构包括安装在外套管4内的内缸6，所述内缸6通过轴肩在外套管4内定位。

所述内缸6套装在活塞8前部位置，内缸6的内壁与活塞8的外圆周之间具有一定的间隙。

所述内缸6的外圆柱面上靠近活塞8的一侧开设四个沿内缸6周向间隔均匀分布的第一节流孔7，高压气体通过第一节流孔7进入由内缸6和活塞8之间的间隙并形成支撑气膜14。

所述活塞8后部的悬浮式静压支撑机构包括通过轴肩定位安装在外套管4内的导向套11；导向套11的内壁与活塞8的外圆周之间具有一定的间隙。

在导向套11的端面上开设四个沿导向套11周向均匀分布的轴向进气孔9，在导向套11外圆柱面上与轴向进气孔9对应的位置开设4个第二节流孔10。

所述前气室内的高压气体经轴向进气孔9和第二节流孔10进入由导向套11和活塞8之间的间隙并形成支撑气膜14。

工作时高压气体分别经第一节流孔7和第二节流孔10进入并充满活塞8与内缸6、活塞8与导向套11之间形成的间隙内，再经相应排气孔道排出，使间隙始终充满高速高压气流，高压气流的静压力使轴与轴套分离，活塞8悬浮于内缸6之中，该功能的实现要求活塞8位于指定位置，经过设计计算，图示结构尺寸的潜孔冲击器能够实现活塞8的60%行程受到静压支撑作用，从而在较大程度上减轻了活塞8的磨损，由于活塞8不承受径向负载，气体静压力只需保证活塞8轴向运动过程中不发生偏斜即可，因此需要的静压力较小。

活塞8受气体静压力时的第一节流孔7处横截面如图3（a）所示，高压气体经第一节流孔7进入间隙形成润滑气膜14，当活塞8与内缸6同心时，润滑气膜14的厚度处处相等，此时气体静压力的合力为零。

当活塞8在轴向运动过程中发生偏斜时，活塞8位置如图3（b）所示，此时润滑气膜14厚度发生变化，上方润滑气膜14厚度变大，下方润滑气膜14厚度变小，润滑气膜14厚度不同引起气流阻力变化，上部阻力小流速加快，下部阻力大流速减慢，使得上部气体静压力减小，下部气体静压力增大，形成压力差，此压力差推动活塞8回归原位，同时使活塞8悬浮在内缸6当中，活塞运动过程中不会与内缸6接触，从而避免了磨损。

该型潜孔冲击器结构简单，维护方便，能较好地减轻活塞磨损，对促进潜孔冲击器发展、促进节约能源、保护环境具有积极意义。

上述实施例中的第一节流孔和第二节流孔均不局限于四个，还可以根据实际活塞的直径，径向开设若干个。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围之内。