一种液压锤加力装置的制作方法

本发明涉及工程机械技术领域，更具体地说，特别涉及一种水下、水上、陆地打桩、打夯、破碎等击打作业的液压锤加力装置及。

背景技术：

目前液压锤的重锤提升缸普遍采用双作用双活塞杆式，或双作用单活塞杆式普通油缸，外接低压蓄能器，或外接低压蓄能器及高压蓄能器，控制系统各异。

重锤提升时，提升缸上腔排油，重锤下落时上腔补油，大致相当于寄存器，液压油空流损失大，能效低。即便采取加力措施，主要作用是部分抵消或抵消高速落锤时的液流阻力，加力效果有限。

作为液压锤典型案例，中央电视台公开报道了一款用于海上施工的大国重器：太原重型机械集团有限公司的“tz-1900双作用式全液压打桩锤”，重锤质量200t、最大落锤高度1.5m、最大落锤高度时击打能量1900kj，其击打能量仅为重锤势能的63%，相当于不足1m的自由落体。“双作用式全液压”的加力效果远未抵消落锤时的排油补油阻力，效能损失巨大，尚未达到无加力的单作用液压锤一般水平。由此例可见，直接向提升缸的上腔提供压力油加力的“双作用式全液压打桩锤”及相关落锤加力技术也未必能够有效提高落锤速度。

匹配良好的差动落锤加力技术可有效提高落锤速度，即利用双作用单活塞杆式油缸活塞两侧面积差与两腔平衡压力的乘积加力，推动活塞加速下行。所谓的平衡压力即是落锤时的有杆腔排油、无杆腔补油的瞬时液流阻力相等，而液流阻力需尽量降低，因此差动力主要是抵消液流阻力。匹配良好时落锤动能接近、等于或略大于势能，相对于前述案例技术优势显著。

而国外可海上施工的液压锤动能与势能之比1.5~2，击打效能为前述案例的2~3倍。

海上施工的液压锤一般水上、水下、陆地皆可工作。为了克服浮力，整机质量大多为重锤质量的2倍左右，深海施工时还需另加配重。

落锤加力值不大于重锤的支承壳体及关联件的重力，否则加力初始将顶起支承壳体及关联件，产生撞击。海上施工的液压锤的支承壳体及关联件的质量接近或超过重锤质量，有利于采取更有效的落锤加力措施。

现有技术中，进出提升缸上腔的液压油基本属于无功流动。双作用双活塞杆式的上腔有活塞杆，不能利用；双作用单活塞杆式提升缸的无杆腔（上腔）为可利用的空腔。

近年来，海上打桩等施工作业越来越多，逐步向更深海域扩展。现有技术击打效能过低。随着下潜深度增加，击打效能进一步降低。即便解决了水压影响等技术难题，也不适合水下作业。主要原因是所需击打能量一定时，低效液压锤需增加重锤质量。由于整机高度不可能无限制增加，必然要增加断面尺寸。随着断面尺寸增加，壳体空腔内内的空气容积成平方级的增加，壳体受压面同时增加。为克服浮力及水压影响所需要的壳体质量巨大，已无实用价值。

有必要提供一种高效能液压锤技术，适应水上、水下及陆地施工需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种液压锤加力装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种液压锤加力装置，包括落锤系统，落锤系统包括提升缸、换向阀、加力蓄能器、液压站，所述提升缸为竖向设置、活塞杆向下的双作用单活塞杆液压缸，其活塞杆端部联接有重锤，无杆腔内设加力蓄能器或外接加力蓄能器。所述换向阀为二位三通换向阀，压力口封闭，出油口与回油口连通，换向后进油口与出油口连通，所述加力蓄能器为气囊式蓄能器或活塞式蓄能器，液压站的压力管接所述换向阀的压力口，液压站的回油管接所述换向阀的回油口，换向阀的出油口接提升缸有杆腔油口。

优选地，设有进油蓄能器，进油蓄能器接液压站压力管，落锤时蓄能，提锤时与液压站共同向提升缸无杆腔供油，缩短提锤时间，提高击打频率。

优选地，设有回油蓄能器，回油蓄能器接液压站回油管，高速落锤时寄存部分液压油，以降低回油阻力，相应提高落锤速度及击打效能。

优选地，所述换向阀用可实现相同机能的二位四通换向阀、三位四通换向阀、插装阀替代。如常通出油口封闭的标准供货的二位四通换向阀，中位时压力口封闭、其余油口连通的标准供货的三位四通换向阀，两件二通基本插件与电磁换向阀组成的插装阀组。小中型液压锤可采用电磁、电液、液动换向阀，大中型液压锤流量大，可选用插装阀组。

优选地，液压站为常流式液压系统时，所述换向阀静止位时压力口、出油口、回油口常通。如装载机等定量泵中低压常流液压系统。

优选地，提升缸无杆腔内设的加力蓄能器，包括缸体、保护件、气囊、压盖、充气阀。缸体上端设有压盖安装面及安装孔，活塞及活塞杆组件置于缸体内腔，活塞上面设有防止活塞及其固定件损伤气囊的保护件，压盖上方安装充气阀，其下方安装气囊，气囊装入缸体无杆腔内后将压盖密封固定在缸体上端。加力蓄能器装于提升缸内结构紧凑、阻力小、可靠性提高。液压锤整机高度受限或其它需要时提升缸无杆腔可外接加力蓄能器。

优选地，提升缸内设的加力蓄能器为充气阀安装在无杆腔缸体上的活塞式蓄能器。如直接利用现有提升缸，在无杆腔油口加装充气阀构成的活塞式蓄能器。

优选地，所述提升缸的导向套及对应的缸体上设有连通的径向油孔，导向套外径油孔两侧设密封件，导向套内径油孔两侧设密封件，油孔连接回油管，用于润滑冷却密封件及防止外泄污染。

利用上述液压锤加力装置及操控方法，包括以下步骤：

s1、液压站启动并接通液压锤油路后向进油蓄能器充液蓄能，提升缸有杆腔通过换向阀出油口、回油口连通液压站回油管，重锤位于下止点。

s2、换向阀换向后，其压力口与出油口连通，液压站压力管与进油蓄能器同时通过换向阀压力口、出油口向提升缸1有杆腔供油推动活塞上行，重锤提升的同时压缩加力蓄能器，积蓄能量。

s3、达到设定提升高度后换向阀复位，出油口与回油口连通，压力口封闭，重锤在重力及加力蓄能器的合力共同作用下加速下落，提升缸有杆腔排出的油液通过换向阀出油口、回油口排出，排油阻力大时寄存回油蓄能器。落锤期间液压站向进油蓄能器充液。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的落锤加力蓄能器置于提升缸内，不存在无杆腔的排油、补油阻力；加力蓄能器利用重锤提升时储存的能量直接推动活塞加速下行，加力效果显著且节能。

因此，本发明具有提高液压锤落锤时的排油补油阻力和加力效果显著的双重效果，相应具有提高落锤速度、击打能量、击打力的作用和特点及节能的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一的结构框图。

图2是本发明实施例二的结构图。

图3是本发明实施例三的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1

附图1为本实施例的附图，本实施例为本发明的基础方案，按技术要求高的水下施工液压锤。

一种液压锤加力装置，包括落锤系统，落锤系统包括液压站、提升缸1、换向阀2、加力蓄能器3，提升缸1为竖向设置、活塞杆向下的双作用单活塞杆液压缸，其活塞杆端部联接有重锤6，无杆腔内设加力蓄能器3，所述换向阀2为压力口封闭，出油口与回油口连通的二位三通换向阀，换向后进油口与出油口连通，所述加力蓄能器为3气囊式蓄能器或活塞式蓄能器，液压站的压力管接所述换向阀2的压力口，液压站的回油管接所述换向阀2的回油口，换向阀2的出油口接提升缸1有杆腔油口。

提升缸1无杆腔内设加力蓄能器3为皮囊式时，无杆腔与加力蓄能器3之间空隙可注入空气、氮气，也可注入液压油或直接利用空隙内的残余空气。

提升缸1无杆腔内设加力蓄能器3为活塞式时，注入空气或氮气。

加力蓄能器3可独立设置，用管件连接提升缸1无杆腔。

为了充分利用液压动力、缩短提锤时间，提高击打频率，还设有进油蓄能器4，进油蓄能器4接液压站压力管，落锤时蓄能，提锤时与液压站共同向提升缸1无杆腔供油。液压动力源为装载机等中低压力定量泵常流式液压系统及其它需要时可不设进油蓄能器4。

为了降低落锤时提升缸1有杆腔的排油阻力，相应提高落锤速度及击打效能，设有回油蓄能器5，回油蓄能器5接液压站回油管，高速落锤时寄存部分液压油，以降低回油阻力，相应提高落锤速度及击打效能。高频率击打的小行程小微型液压锤及其它需要时可不设回油蓄能器5。

为了方便理解工作原理，附图中阀体的各油口均通过字母进行标记。

其落锤方法为：

液压站启动并接通液压锤油路后向进油蓄能器4充液，提升缸1有杆腔通过换向阀2出油口b、回油口t连通液压站回油管，重锤6位于下止点。

换向阀2换向后，其压力口p与出油口b连通，液压站压力管与进油蓄能器4同时通过换向阀2压力口p、出油口b向提升缸1有杆腔供油推动活塞上行，重锤6提升的同时压缩加力蓄能器3，积蓄能量。

达到设定提升高度后换向阀2复位，换向阀2出油口b与回油口t连通，压力口p封闭，重锤6在重力及加力蓄能器3的共同作用下加速下落，提升缸1有杆腔排出的油液通过换向阀2出油口b、回油口t排出，排出的部分液压油进入回油蓄能器5，以降低液流阻力，提高落锤速度。落锤期间液压站向进油蓄能器4充液。

液压站大多额定压力32mpa、最大压力35mpa。当提锤压力20mpa、液流阻力2mpa时，液压站还有约10mpa的余力压缩加力蓄能器3的气体，积蓄能量。重锤6提升所需压力20mpa时40t液压锤需要的提升缸1有杆腔面积为200cm²,提升至最高点1.5m时加力蓄能器3被压缩后产生的回弹力最大值约200kn,理论上为重锤6重力的50%。

液压站额定压力一定时，可通过调整提升缸1直径及活塞杆参数、加力蓄能器3充气压力、提升缸1无杆腔充气（充液）压力等，调整加力水平。

因此，本发明的本实施例不存在无杆腔的排油、补油阻力；加力蓄能器3利用重锤6提升时储存的能量直接推动活塞加速下行，加力效果显著，具有提高落锤速度、击打能量、击打力的作用和特点及节能。

实施例2

附图2为本实施例的附图。本实施例提供了实施例1所述加力蓄能器3的一种实施方案。包括缸体11、保护件12、气囊13、压盖14、充气阀15，还包括无杆腔油口16、活塞17、有杆腔油口18、活塞杆19。缸体11上端设有压盖14安装面及安装孔，其外侧上下分别设有无杆腔油口16、有杆腔油口18，活塞17及活塞杆19组件置于缸体11内腔，活塞17上面设有保护件12，保护件12为下面设有规避活塞17及活塞杆19组件凸起的凹面、上面为光滑面的金属或非金属制件，压盖14上方安装充气阀15，其下方安装气囊13，该组件的气囊23装入缸体11无杆腔内后将压盖24密封固定在缸体11上端。

如实施例1所述，通过提升缸1无杆腔油口16，向提升缸1无杆腔注入空气、氮气或液压油后封闭。

本实施例直接利用无杆腔内的残余空气，并注入少量液压油，保护件12与气囊13之间始终保持少量残余油液，润滑活塞17及其密封件，保护气囊13。可不设无杆腔油口16。

本实施例的加力蓄能器3利用了提升缸1的无杆腔这一无功空间，结构简单可靠，既能规避提升缸1无杆腔排油补油液流损失，又能显著提高落锤加力效果。

实施例3

附图3为本实施例的附图。本实施例提供了实施例1所述提升缸1的一种实施方案。包括缸体11、导向套21、密封件ⅰ22、密封件ⅱ23、密封件ⅲ24、密封件ⅳ25、导向套压盖26、活塞杆19。导向套31中部设有第一径向孔27，导向套21与活塞杆19配合面第一径向孔27内外两侧分别设有活塞杆的密封件ⅰ22、密封件ⅳ25，导向套21与缸体11配合面第一径向孔27内外两侧分别设有密封件ⅱ23、密封件ⅲ24，缸体11与导向套21第一径向孔27对应位置设有第二径向孔28，第一径向孔27与第二径向孔28连通，缸体11第二径向孔28接回油管，也可接泄油管。导向套压盖26固定在缸体11端面。导向套压盖26可采用其它常规形式，如与导向套制成一体或设有内螺纹旋装在设有外螺纹的缸体11端面等。

以高度1.5m的自由落体计，末速度>5m。液压锤提升缸采取有效加力措施后活塞杆伸出的平均速度及末速度快于自由落体。活塞杆与活塞杆密封件之间在高压力下高速度、高频率（每分30～80击）摩擦，密封件易损。为此，液压锤提升缸一般设有多道活塞杆密封件。此时，当内侧密封件密封良好时，外侧密封件往往因缺油而摩擦损坏或过热损坏。外侧密封件损坏或过热变形后加速了内侧密封件失效，液压油外泄。

为防止污染、保证安全，一些施工场合限制液压油外泄，水下液压锤的液压缸一旦外泄，难以发现，密封空间内高速往返的重锤及气流会将泄漏液压油搅得布满液压锤壳体内腔，可能导致监控件失灵或机械故障。

本实施例设于缸体11的第二径向孔28及设于导向套21的第一径向孔27连接回油管，既能冷却润滑导向套21外侧活塞杆密封件ⅳ25及相邻内侧密封件ⅰ22，又能使密封件ⅳ25在回油阻力或背压的作用下张开，以增强密封效果。

因此，本实施例提高了水下液压锤的可靠性，也可用于陆地及水上使用的液压锤，对外泄及可靠性有要求的其它用途油缸。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。