锤保护系统和方法与流程

本发明涉及液压锤保护系统和方法领域。特别地，本发明涉及一种用于液压锤的自动关闭阀组件。

背景技术：

液压锤可被附接至各种机器，例如挖掘机、反铲机、工具载体或其它类似机器，旨在打破石头、混凝土以及其它建筑材料。液压锤被安装至机器的吊杆，并且被连接至液压系统。然后将高压力流体供应至锤，以驱动往复式活塞以及与该活塞相接触的作业工具。

由于系统效率低，液压锤在操作时倾向于变热。液压锤的操作员可能不能够追踪锤的连续操作时间，且可能在长时间内运行该液压锤。当液压锤被长时间连续地操作时，液压锤的部件以及液压流体的温度可能超过容许限值，且在系统中积聚的过量热量会损坏液压锤的部件。积聚起的过量热量还会增加液压锤中的间隙，这会对系统的整体效益造成负面影响。在某些情形下，锤的不间断的连续操作还会导致液压锤或它的部件(例如，衬套或密封构件)的失效。

因此，期望的是，防止液压锤长时间的连续操作且保护锤由于长时间的连续操作而产生的损坏。us专利号3,664,435提供了一种用于当从锤移除载荷时停止锤的系统。该'435号专利公开了锤壳体内的旁路导管以及旁路阀，该旁路导管将锤的流体入口流体地连接至锤的流体出口，该旁路阀基于锤中工具的位置来关闭或打开旁路导管。然而，这种该系统并不保护该锤使其不长时间连续运行。

技术实现要素：

提供了一种液压锤。该液压锤包括流体入口以及流体出口，该流体入口被配置成接收用于运行液压锤的加压流体，该流体出口用于从液压锤排放液压流体。旁路通道流体地连接流体入口和流体出口，该旁路通道具有流体地连接至流体入口的旁路入口以及流体地连接至流体出口的旁路出口。自动关闭阀被设置在位于旁路入口与旁路出口之间的旁路通道中，且被配置成打开或关闭旁路通道。该自动关闭阀被配置成在液压锤连续运行一设定时间时在加压流体的压力下打开旁路通道，以停止锤。

提供了一种包括壳体的液压锤。该液压锤具有活塞，该活塞被布置成用于当液压锤在运行时在该壳体内作往复运动。该液压锤还包括流体入口以及流体出口，该流体入口被配置成接收用于运行液压锤的加压流体，该流体出口用于从液压锤排放出液压流体。旁路通道流体地连接流体入口和流体出口。进一步地，该旁路通道具有流体地连接至流体入口的旁路入口以及流体地连接至流体出口的旁路出口。自动关闭阀被设置在位于旁路入口与旁路出口之间的旁路通道中，且被配置成打开或关闭旁路通道。该自动关闭阀包括将旁路入口流体地连接至旁路出口的第一腔室，配置成在第一腔室内在将旁路入口流体地连接至旁路出口的打开位置与将旁路入口从旁路出口流体地断开连接的关闭位置之间移动的阀芯，以及用于保持抵靠阀芯的一定体积的流体的第二腔室以基于从第二腔室的所述一定体积的流体的流动来限制阀芯从关闭位置朝向打开位置移动。在自动关闭阀内限定第一孔。该第一孔被配置成允许该容积流体以限制的速率从第二腔室流动，以将阀芯从关闭位置朝向打开位置的移动延迟一设定时间。

提供了一种保护液压锤的方法。该液压锤具有流体入口以及流体出口，该流体入口用于接收用于运行液压锤的加压流体，该流体出口用于从液压锤排放流体。旁路通道将流体入口流体地连接至流体出口，且自动关闭阀被定位在旁路通道中并被配置成打开或关闭该旁路通道。该自动关闭阀包括在用于关闭旁路通道的关闭位置与用于打开旁路通道的打开位置之间能够移动的阀芯。该自动关闭阀为朝向关闭位置偏置的阀。该方法包括步骤：在预定量的连续运行时间的过程中，通过提供通过连接至流体入口的通道的加压流体以及同时在加压流体的压力下将该自动关闭阀从关闭位置朝向打开位置移动来操作锤。该方法还包括：通过限制阀芯的移动(通过允许定位在阀芯与止回阀之间的流体以限制的速率穿过在阀芯中限定的第一孔来限制阀芯的移动)来延迟自动关闭阀从关闭位置移动至打开位置预定量的时间，以及当阀芯通过开启旁路通道达到打开位置时停止液压锤。

附图说明

图1示出了根据实施例的作业机器的示意图。

图2示出了根据实施例的锤的示意性剖视图以及该剖视图的一部分的放大视图。

图3示出了根据实施例的自动关闭阀的示意性布置。

图4示出了根据实施例的自动关闭阀的示意性布置。

图5示出了根据本发明的液压锤的操作方法。

具体实施方式

图1示出了示意性作业机器100，该作业机器可包含液压锤，在下文中被称作为锤102。该作业机器100可被配置成执行与特定工业相关联的工作，例如，例如采矿或建筑。例如，作业机器100可为反铲装载机、挖掘机(在图1中示出)、滑移装载机、或任何其它机器。该锤102通过吊杆104和臂106可被连接至作业机器100。可以设想的是，可选地可采用本领域中已知的其它连杆布置来将锤102连接至作业机器100。

在公开的实施例中，一个或多个液压缸108可提升、降低、和/或摆动吊杆104和臂106，以相应地提升、降低、和/或摆动锤102。液压缸108可被连接至作业机器100内的液压供应系统。具体地，该作业机器100可包括通过一个或多个液压供应管线连接至液压缸108以及连接至锤102的液压泵。液压供应系统可将加压流体(例如油)从泵引导至液压缸108内。用于液压缸108和/或锤102的移动的操作员控制器可位于作业机器100的舱室110内。

该锤102可包括外壳112以及位于外壳112内的致动器组件114(在图2中示出)。作业工具116可被操作性地连接至致动器组件114的与臂106相对的端部。可以理解的是，该作业工具116可包括任何已知的能够与锤102一起使用的工具。在一个实施例中，该作业工具116包括凿子头。

如在图2中所示，除了其它之外，致动器组件114可包括壳体118和头部120。该壳体118可以为中空圆柱体，且该头部120可盖在壳体118的一个端部上。除了其它部件之外，该致动器组件114还可包括：活塞122、分配阀124,、以及在壳体118内设置的用于致动壳体118内的活塞122的液压回路126。在锤102的操作过程中，该活塞122可被配置成在壳体118与头部120内往复运动。

参考图2，锤102可包括用于从加压流体源130(例如，液压泵)接收加压流体供应的流体入口128，以及用于将流体返回至液压流体源或贮存器134的流体出口132。该作业机器100可包括用于冷却液压流体的冷却系统136。该冷却系统136可被设置在流体出口132与贮存器134之间。

进一步，壳体118可限定用于从流体入口128接收加压流体且将该流体供应至液压回路126的入口通道138。在壳体118中限定的出口通道140可从液压回路126接收流体并经由流体出口132将流体传送至贮存器134。入口通道138和出口通道140可以为液压回路126的一部分。

进一步，旁路通道142可被限定在壳体118中。旁路通道142将入口通道138与出口通道140相流体地连接。旁路通道142可具有旁路入口144和旁路出口146。旁路入口144将旁路通道142流体地连接至流体入口128，且旁路出口146将旁路通道142流体地连接至流体出口132。在下文中被称作为阀组件148的自动关闭阀被设置在液压回路126中以选择性地打开或关闭旁路通道142。

参考图2-4，阀组件148可被设置在旁路入口144与旁路出口146之间的旁路通道142中。在其它实施例中，阀组件148可被设置在与入口通道138或出口通道140相交界的旁路通道142的端部处。该阀组件148可选择性地关闭或打开旁路通道142。打开旁路通道142可允许入口通道138中的流体朝向出口通道140流动。当旁路通道142打开时，旁路通道142可为入口通道138中的流体提供最小阻力路径。

阀组件148可包括腔体150以及在腔体150内设置的阀芯152。腔体150和阀芯152可限定第一腔室154(在图4中示出)和第二腔室156，以使得阀芯152将第一腔室154从第二腔室156流体地分离。阀芯152可具有邻接表面158，其邻接于腔体150的壁184，以将第一腔室154从第二腔室156流体地分离。邻接表面158可以被配置成在腔体150的壁184上滑动，以使得阀芯152能够在腔体150内产生移动。阀芯152可被设置成在腔体150是可移动地，以使得阀芯152的移动改变在第二腔室156内限定的容积。阀芯152还可具有配置成面向第一腔室154内的流体的第一表面160以及配置成面向第二腔室156内的流体的第二表面162。

进一步，阀组件148可具有将第一腔室154流体地连接至旁路入口144的阀入口164以及将第一腔室154流体地连接至旁路出口146的阀出口166。通过将阀入口164流体地连接至阀出口166，可打开旁路通道142。类似地，通过将阀入口164和阀出口166流体地断开，可关闭旁路通道142。

阀芯152在腔体150内在打开位置与关闭位置之间是可移动的。图2示出了位于关闭位置的阀芯152。如所示，在关闭位置处，阀芯152的第一表面160靠近于阀入口164移动，以使得阀芯152填充第一腔室154并将阀出口166与阀入口164流体地断开。图4示出了处于打开位置的阀芯152。如所示，阀芯152的第一表面160远离于阀入口164移动，以使得阀芯152允许阀出口166与阀入口164的流体连接。因而，阀芯152在关闭位置与打开位置之间的移动可以分别地关闭或打开自动关闭阀。

当阀打开旁路通道142时，从流体入口128进入的流体可被部分地或完全地返回至贮存器134，而无需在锤102内作任何工作。一旦打开旁路通道142，则进入流体入口128的流体可以通过旁路通道142从入口通道138移动至出口通道140，并然后从流体出口132流出锤102。当旁路通道142为全部地或部分地打开时，锤102可以被配置成停止操作或以降低的容量操作。在关闭位置处，阀组件148可限制在旁路通道142内流动的任何流体，且从流体入口128接收的所有流体可被导向成用于锤102的操作，用于使得活塞122在壳体118内往复运动。

第二腔室156保持抵靠阀芯152的第二表面162的一定体积的流体。为了将阀芯152从关闭位置移动至打开位置，第二腔室156内的流体必须逃离，以允许阀芯152朝向打开位置产生移动。阀芯152可限定第一孔168。第一孔168可以被定位成以使得第一孔168允许第二腔室156内的流体朝向旁路出口146流过第一孔168。如在图2-4中所示，第一孔168可被限定在阀芯152的第二表面162上，以允许第二腔室156内的流体流过第一孔168。

阀芯152还可限定中间腔体170，该中间腔体提供通道，用于使得第一孔168与旁路出口146之间的流体流过阀出口166。第一孔168的尺寸可别设计成以使得第一孔168允许流体以限制的速率或较慢的速率流动。

阀组件148还可包括压力均衡回路172。通过使用该压力均衡回路172，第二腔室156可被流体地连接至旁路出口146。压力均衡回路172可具有流体地连接至第二腔室156的第一端部174以及流体地连接至旁路出口146的第二端部176。进一步，在下文中被称作为止回阀178的单向止回阀可被设置在压力均衡回路172中，以允许流体从第二端部176朝向第一端部174流过压力均衡回路172。止回阀178保证阻断任何反向流动，即从第一端部174朝向第二端部176。因而，止回阀178保证压力均衡回路172供应流体至第二腔室156，而阻断任何流体通过压力均衡回路172逃离第二腔室156。因此，第二腔室156内的流体仅能通过第一孔168逃离。

进一步，压力均衡回路172可具有用于调节压力均衡回路172内流体的流动速率的第二孔180。第二孔180可被设计成允许足够的流体从第二腔室176朝向第一端部174流动，用于供应流体至第二腔室156。在实施例中，第二孔180可被配置成允许流体以比第一孔168所允许的流体的流动速率大至少5倍的速率流动。

通过使用偏置构件，阀芯152可朝向关闭位置偏置。偏置构件被设计成以使得该偏置构件允许当锤102运行时在加压流体的压力下阀芯152朝向打开位置产生移动。在如所示出的实施例中，偏置构件被示作为弹簧182。可被理解的是，可使用任何其它已知的偏置机构来使得阀芯152朝向关闭位置偏置。如所示，弹簧182可在第二腔室156内被设置在阀芯152的第二表面162与腔体150的壁184之间。

通过第一孔168的限制流动提供阀芯152在打开位置与关闭位置之间移动的延迟。为了将阀芯152从关闭位置移动至打开位置，第二腔室156内容积流体的流体必须逃离，以允许阀芯152朝向打开位置产生移动。

进一步，如在图2-4中所示，阀芯152的第一表面160可以为阶梯式表面。如本领域所已知的，由弹簧182施加的力与弹簧182的压缩或扩张量成正比。阶梯式表面面向来自旁路出口146的加压流体，用于抵抗由于从关闭位置朝向打开位置移动时阀芯152压缩弹簧182而由弹簧182施加在阀芯152的第二表面162上偏置力。如所示，腔体150的壁184可以限定用于与具有阶梯式构造的第一表面160一起工作的相应的表面。在阶梯式构造中，第一表面160可具有第一阶梯表面186、第二阶梯表面188以及第三阶梯表面190。阶梯式表面的工作将在后面描述。

现在将描述锤保护系统的操作。图2示出了位于关闭位置的阀组件148的阀芯152。在该状态下，弹簧182将阀芯152推动至关闭位置，且因而旁路通道142在这个阶段中被关闭。为了运行锤102，通过流体入口128供应加压流体。由于流体入口128通过旁路入口144被流体地连接至阀入口164，因此通过流体入口128供应的加压流体在阀芯152的第一表面160上施加压力。加压流体的压力开始使得阀芯152从关闭位置朝向打开位置移动。同时，来自第二腔室156的容积流体开始通过第一孔168逃离。由于第一孔168允许流体以限制的速率流动，因此该容积流体通过第一孔168以非常慢的流动速率逃离。因此，阀芯152朝向打开位置的移动速率取决于容积流体通过第一孔168的流动速率。由于容积流体逐渐地逃离，因此阀芯152朝向打开位置逐渐地移动。

进一步，由于阀芯152在加压流体的压力下从流体入口128朝向打开位置移动，因此阀芯152压缩弹簧182。为了抵抗弹簧182的增加的偏置力，第一表面160具有阶梯式构造。最初，加压流体在第一阶梯表面186上施加力。如在图3中所示出，由于阀芯152朝向打开位置移动，因此阀芯152允许加压流体朝向第二解体表面188至加压流体。在该阶段中，除了第一表面160之外，现在加压流体工作在第二阶梯表面188上。如本领域已知的，由于压力而施加的力与压力所施加的表面面积量成正比。因而，由于加压流体达到第二阶梯表面188，在第一表面160上施加的净力被增加，以抵抗弹簧182的增加的偏置力。类似地，由于阀芯152在加压流体的压力下还朝向打开位置移动，第三阶梯表面190暴露于加压流体，以进一步增加由于第一表面160上的压力而产生的净力，以便抵抗由弹簧182建立的进一步增加的偏置力。可以理解的是，可以基于不同的需求来设计阶梯表面以及腔体150的壁184的表面的数目。

由于阀芯152开始朝向打开位置移动，因此阀芯152增加了第二腔室156内的压力，且第二腔室156内的容积流体逐渐地逃离第二腔室156并通过阀出口166经由阀芯152中的中间腔体170朝向较低压力区域流出。当阀芯152达到打开位置时，阀入口164变得流体地连接至阀出口166，这导致打开旁路通道142。一旦打开旁路通道142，通过流体入口128在锤102中接收的流体将通过旁路通道142被旁通，且因而没有流体将被供应至液压回路126用于运行锤102。旁路通道142保持关闭直至阀芯152达到打开位置，以使得锤102在阀芯152从关闭位置移动至打开位置的过程中能够运行。

由于阀芯152从关闭位置朝向打开位置的移动取决于容积流体通过第一孔168的流动速率，因此阀芯152的移动被延迟一设定时间。该设定时间可以基于在关闭位置中储存在第二腔室156内的容积流体以及腔体150、阀芯152和第一孔168的尺寸发生变化。该设定时间还可取决于供应至流体入口128的加压流体的压力发生变化。可基于不同的需求来设计阀组件148以实现用于阀组件148的不同设定时间。

进一步，由于通过打开旁路通道142来停止锤102，因此操作员可认识到锤102已经停止工作且可以停止加压流体至锤102的供应。一旦停止供应加压流体，则阀芯152在弹簧182的偏置下朝向关闭位置向回移动。同时，由于通过阀芯152朝向关闭位置的移动而在第二腔室156内建立的低压，第二腔室156通过压力均衡回路172可填充有流体。止回阀178可允许流体从压力均衡回路172的第二端部176流进第二腔室156中。一旦阀芯152返回到达至关闭位置，则旁路通道142被再次关闭且锤102可再次运行。

在实施例中，在由于锤的连续运行而打开旁路通道142之后，阀芯152可被配置成在一设定延迟之后返回至关闭位置。例如，用于将阀芯152复位在关闭位置的供应至第二腔室156的流体可以以限制的流动速率被调节，以延迟阀芯152返回至关闭位置。阀芯152返回至关闭位置的延迟可提供用于在锤102再次运行之前冷却锤102的时间。这将防止锤102在由于锤102连续操作一设定时间而建立起来的过量热量下运行。

工业实用性

本发明提供一种锤保护系统，该锤保护系统用于保护锤102使其免受由于锤102的长时间运行而引起的损坏。该锤保护系统可在锤102连续运行一设定时间之后停止锤102。根据本发明的锤保护系统可防止锤102的部件的损坏或锤102的失效，该损坏或失效是由于因长时间连续操作在锤102内积聚起的过量热量造成的。根据本发明的锤保护系统在连续运行一设定时间之后可自动地停止锤102，且因而代替操作员采取一种预防措施。

进一步，本发明提供了一种锤102的保护方法200。方法200包括步骤202：在预定量的连续运行时间的过程中，通过提供通过连接至流体入口128的通道的加压流体以及同时在加压流体的压力下将该自动关闭阀从关闭位置朝向打开位置移动来操作锤102。当锤102运行时，加压流体的压力开始使得阀芯152从关闭位置朝向打开位置移动。

方法200还包括步骤204：通过限制阀芯152的移动(通过允许定位在阀芯152与止回阀178之间的流体以限制的速率穿过在阀芯152中限定的第一孔168来限制阀芯的移动)来延迟自动关闭阀从关闭位置移动至打开位置预定量的时间。第二腔室156保持抵靠阀芯152的第二表面162的一定体积的流体。止回阀178可防止容积流体通过压力均衡回路172逃离，且在第二表面162上定位的第一孔168可具有尺寸，以使得用于允许第二腔室156内的容积流体以非常慢的流动速率朝向阀出口166流动，且因而延迟了阀芯152从关闭位置朝向打开位置的移动。

方法200还可包括步骤206：当通过打开旁路通道142使阀芯152达到打开位置时停止锤102。一旦阀芯152达到打开位置便将阀出口166流体地连接至阀入口164，且将加压流体从流体入口128朝向流体出口132直接地旁通。因此，在不存在供应用于驱动活塞122的加压流体的情况下，锤102停止工作。这种方式，锤102可被保护防止受到由于锤102连续运行超过一设定时间而产生的损坏。

根据本发明的锤保护系统和方法200可提供一种简化系统，以防止锤102连续运行超过设定时间。可根据用于不同的锤的设定时间需求来设计锤保护系统。

作业机器100上的保护系统可能不足以保护锤102的部件。根据本发明的锤保护系统可定位在锤102内。因而，本发明提供了一种用于锤102的内置的锤保护系统。因此，根据本发明的锤保护系统保护锤102使其并不长时间连续运行，并不考虑作业机器100是否具有位于适当地方的锤保护系统。因此，包含有根据本发明的锤保护系统的锤102可与不同的作业机器一起使用。

进一步，根据本发明的锤保护系统提供用于保护锤102使其并不长时间连续运行的简单的且成本有效的解决方案。根据本发明的锤保护系统通过保护锤102使其不受到由于长时间连续运行锤102而发生的损坏可降低停机时间以及维修或维护的成本。