液压破碎锤活塞静压支撑及润滑结构的制作方法

本发明涉及一种工程机械属具，特别是涉及一种液压破碎锤活塞静压支撑及润滑结构。

背景技术：

为了破碎石料、混凝土及其他建筑材料，液压锤可附接到各种机器上，如挖掘机、 反向铲或者其他类似机器。液压锤安装到机器的臂上并连接到液压系统。液压系统中的高压流体供给至液压锤以驱动与作业工具接触的活塞往复运动，并打击作业工具，完成破碎任务。

一般液压破碎锤的结构如图 1 所示，液压破碎锤的本体主要包括长螺栓1、氮气室2、活塞环3、缸体4、活塞5、钎杆座6、内套7、扁销8、钎杆9、外套10、阀套13及阀芯14等。长螺栓1用于连接氮气室2、缸体4、钎杆座6；氮气室2、活塞环3（包含其上的密封件）、缸体4及活塞5形成封闭的空间，并在在该空间（氮气室2内部）中充入氮气，活塞5沿其轴向往复运动的过程中，伴随着氮气能量的储存与释放，活塞5向上运动压缩氮气，能量被储存，活塞向下运动，液压和氮气一同做功，推动活塞5打击钎杆9；缸体4和活塞5及活塞环3（包含其上的密封件，即A区域）形成封闭的空间（上腔B），上腔B间歇性的接通高压与回油（具体控制过程在下面的章节中阐述）；缸体4和活塞5形成封闭的下腔C；D区域（主密封区域）的密封圈防止液压油外泄；在钎杆座6中，设有破碎岩石的钎杆9、起导向作用的外套10、对钎杆9限位作用的扁销8及限位和导向作用的内套7，内套7和外套10具有保护钎杆座6的作用。

液压破碎锤工作原理如下。

初始状态，由于氮气室2中氮气的作用，活塞5处于图示位置的下端；在通入高压油的瞬间，高压油经a5口进入阀组内部，由于阀芯14的上端面的合力大于下端面的合力（此时a8、a3、a2、a9口连通，并通回油，阀芯14在a8口处的台阶面积大于a9口处的台阶面积），阀芯14处于阀套13的下端。

活塞回程阶段，在初始状态的基础上，在下腔C高压油的作用下，活塞5向上运动压缩氮气，上腔B中的液压油经a1口到a6口到a7口流回油箱（液压油经过a6口流到a7口是通过阀套13和阀芯14之间的环形槽回油），当活塞5向上运动至a3口和下腔C连通时，则阀组a8口得高压油，a2口被活塞封闭，a9口回油，此时阀芯14向上运动至阀套13的最上端，阀套上的回油口a7被阀芯14封闭，高压油经阀芯14径向的孔进入阀套上的a6口，然后经a1口进入上腔B。

活塞冲程阶段，在活塞回程结束，由于液压油在上腔B的作用面积大于下腔C的作用面积，向下的力大于向上的力，活塞5在油压及氮气压力的共同作用下，向下运动，并打击钎杆9。

回到初始状态，当活塞5向下运动使a8、a3、a2、a9口连通，并通回油，阀芯14的上端面的合力大于下端面的合力（阀芯14在a8口处的台阶面积大于a9口处的台阶面积），阀芯14向下运动至阀套13的最下端，回到初始状态。

活塞重复以上工作过程完成破碎任务。

由于活塞5和缸体4之间靠间隙密封，活塞在往复运动的过程中很容易使运动副表面拉伤（拉伤一般就是活塞与缸体壁之间的摩擦系数过大导致配合表面很粗糙的现象），拉伤后液压锤不能正常工作，缸体4必须重新磨削与活塞5配合的内孔，活塞5报废。

重新磨削缸体4，会导致以下问题的出现。

1.为陪保证配合间隙，必须用加大的活塞及油封（导致D区域的密封圈不能使用标准件、不通用，增加作业成本）。

2.导致缸体4报废（由于缸体4采用的低碳钢材料，必须渗碳处理，增加表面硬度，拉伤后，进行二次磨削，使得渗碳层变薄或硬度降低，一旦配合面没有足够的硬度，则缸体报废）。

缸体拉伤是导致大型液压锤缸体报废的主要原因，这是大型液压锤的通病，浪费了人力、财力及资源，增加了施工成本。

技术实现要素：

本发明针对液压锤活塞与缸体配合面易拉伤的现象，提供一种液压破碎锤活塞静压支撑及润滑结构。

液体静压支撑活塞主要依靠液压系统供给的压力油，经节流孔进入静压补偿腔，把活塞浮在缸体中，保证了活塞在一定负载、在任何速度（包括静止）时都与缸体处于完全液体摩擦状态，由于两摩擦面之间充满了具有油压的润滑油，使摩擦面分隔开，避免拉伤，减小摩擦，提高机械效率。

活塞头部静压支撑及润滑：在缸体下腔和密封圈之间周向等间隔的开几个油腔（通常为4个）和活塞配合构成封闭的空间作为静压补偿腔，在该油腔和密封圈之间开设用于回油的环形槽，通过静压补偿腔的油经该环形槽回油箱；来自液压锤下腔的高压油经节流孔进入静压补偿腔，当活塞不受载荷时（如：忽略自重），则各油腔的油压相同，保持平衡，活塞在缸体孔的中央。这时各油腔封油面和活塞之间的间隙相同（均为h）；如果活塞上施加径向载荷F（如：考虑活塞的自重），活塞将产生偏心量e。这时活塞和缸体在载荷方向（如：重力方向）的间隙减小为h-e，在载荷反方向一侧的间隙增加为h+e,由于油流向间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流孔的压降减小，各个静压补偿腔的供油压力是相同的（一定的），所以该油腔的压力将升高；反之，在载荷反方向一侧由于油流经间隙大的地方阻力小，流量增大，因此流经节流孔的压降增大，所以该油腔的压力将降低。这种压差变化就可以平衡外载荷。如：油腔径向有效承载面积为A，则F=△P×A，△P为两油腔的压力差。

活塞最大径处静压支撑及润滑：在活塞最大径处等间隔的开几个油腔（通常为4个）和缸体配合构成封闭的空间作为静压补偿腔 ，在活塞上开设环形槽及卸荷（回油）槽，用于静压补偿腔回油及液压锤的行程反馈控制；液压锤下腔的高压油经活塞头部径向的孔、活塞轴向孔及活塞最大径处径向的节流孔进入静压补偿腔；当活塞不受载荷时（如：忽略自重），则各油腔的油压相同，保持平衡，活塞在缸体孔的中央。这时各油腔封油面和活塞之间的间隙相同（均为h1）；如果活塞上施加径向载荷F1（如：考虑活塞的自重），活塞将产生偏心量e1。这时活塞和缸体在载荷方向（如：重力方向）的间隙减小为h1-e1，在载荷反方向一侧的间隙增加为h1+e1,由于油流向间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流孔的压降减小，各个静压补偿腔的供油压力是相同的（一定的），所以该油腔的压力将升高；反之，在载荷反方向一侧由于油流经间隙大的地方阻力小，流量增大，因此流经节流孔的压降增大，所以该油腔的压力将降低。这种压差变化就可以平衡外载荷。如：油腔径向有效承载面积为A1，则F1=△P1×A1，△P1为两油腔的压力差。

附图说明

图1 一般液压破碎锤的剖面结构图。

图2 液压破碎锤活塞静压支撑及润滑结构的剖面图。

图3 活塞头部静压支撑及润滑结构剖视图。

图4 活塞最大径静压支撑及润滑结构剖视图。

图5 静压支撑及润滑活塞的结构示意图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施例进行详细的说明。

部分附图标记说明：

1长螺栓 2氮气室 3活塞环 4缸体 5活塞 6钎杆座 7内套 8扁销 9钎杆 10外套 11油箱 12液压泵 13阀套 14阀芯 15缸体环形槽 16头部 17最大径 18尾部 19节流孔 20活塞环形槽 21卸荷槽 A活塞环及密封件 B上腔 C下腔 D主密封区域。

活塞5的头部16静压支撑及润滑：在缸体4的下腔C和D区域的密封圈之间周向等间隔的开几个油腔（通常为4个）和活塞5配合构成封闭的空间作为静压补偿腔（如图3，依次标记为：V1、V2、V3、V4），在静压补偿腔（V1、V2、V3、V4）和D区域的密封圈之间开设用于回油的缸体环形槽15，通过静压补偿腔（V1、V2、V3、V4）的油经缸体4和活塞5头部16的配合间隙至缸体环形槽15回油箱；来自液压锤下腔C的高压油经缸体4内部的油道及节流孔19进入静压补偿腔（V1、V2、V3、V4），当活塞5不受载荷时（如：忽略自重），保持平衡，活塞5在缸体4孔的中央，这时各油腔（V1、V2、V3、V4）封油面和活塞5之间的间隙相同（均为h），静压补偿腔（V1、V2、V3、V4）的液压油流向缸体环形槽15的阻力是相同的，流过节流孔19的压降是相同的，因而各油腔（V1、V2、V3、V4）的油压相同；如果活塞5上施加径向载荷F（如：考虑活塞5的自重），活塞5将产生偏心量e。这时活塞5和缸体4在载荷方向（如：重力方向）的间隙减小为h-e，在载荷反方向一侧的间隙增加为h+e,由于油流向间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流孔19的压降减小，各个静压补偿腔（V1、V2、V3、V4）的供油压力是相同的（一定的），所以该油腔的压力将升高；反之，在载荷反方向一侧由于油流经间隙大的地方阻力小，流量增大，因此流经节流孔的压降增大，所以该油腔的压力将降低。这种压差变化就可以平衡外载荷。如：油腔径向有效承载面积为A，则F=△P×A，△P为两油腔的压力差。

随着偏心距e的增大，△P将进一步增大，把活塞浮在缸体中，保证了活塞在一定负载、在任何速度（包括静止）时都与缸体处于完全液体摩擦状态，由于两摩擦面之间充满了具有油压的润滑油（液压油），使摩擦面分隔开，避免拉伤。

活塞5最大径17处静压支撑及润滑：在活塞5最大径17处等间隔的开几个油腔（通常为4个）和缸体4配合构成封闭的空间作为静压补偿腔（如图4，依次标记为：V5、V6、V7、V8） ，如图5，在活塞5上开设活塞环形槽20及卸荷槽21（回油槽），用于静压补偿腔（V5、V6、V7、V8）回油及液压锤的行程反馈控制（行程反馈控制在背景技术中有阐述）；液压锤下腔C的高压油经活塞头部16径向的孔、活塞轴向孔及活塞最大径17处径向的节流孔19进入静压补偿腔（V5、V6、V7、V8）；当活塞5不受载荷时（如：忽略自重），则各油腔（V5、V6、V7、V8）的油压相同，保持平衡，活塞5在缸体4孔的中央，这时各油腔封油面和活塞5之间的间隙相同（均为h1）；如果活塞5上施加径向载荷F1（如：考虑活塞5的自重），活塞5将产生偏心量e1，这时活塞5和缸体4在载荷方向（如：重力方向）的间隙减小为h1-e1，在载荷反方向一侧的间隙增加为h1+e1,由于油流向间隙小的地方阻力大，流量减小，因而流过节流孔的压降减小，各个静压补偿腔（V5、V6、V7、V8）的供油压力是相同的（一定的），所以该油腔的压力将升高；反之，在载荷反方向一侧由于油流经间隙大的地方阻力小，流量增大，因此流经节流孔的压降增大，所以该油腔的压力将降低。这种压差变化就可以平衡外载荷。如：油腔径向有效承载面积为A1，则F1=△P1×A1，△P1为两油腔的压力差。

随着偏心距e1的增大，△P1将进一步增大，把活塞浮在缸体中，保证了活塞在一定负载、在任何速度（包括静止）时都与缸体处于完全液体摩擦状态，由于两摩擦面之间充满了具有油压的润滑油（液压油），使摩擦面分隔开，避免拉伤。