專利名稱：柱塞滑閥高效氣動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氣動(dòng)式?jīng)_擊機(jī)構(gòu)，特別是一種礦用氣動(dòng)沖擊鉆機(jī)。
以壓氣為動(dòng)力的沖擊機(jī)具，例如氣動(dòng)鑿巖機(jī)、氣鎬、氣鏟、氣鉚槍等，使用相當(dāng)廣泛。然后這類氣動(dòng)沖擊工具的能量利用率卻十分低下，壓氣對(duì)外作功與壓縮氣體的有效能量之比只達(dá)26～35％。
氣動(dòng)鑿巖機(jī)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4、圖5所示，當(dāng)閥體40處于圖4所示的左端位置時(shí)，壓氣源31從沖程氣道35向缸體1的后室29供氣，前室28與大氣相通，活塞作沖程運(yùn)動(dòng)?；钊?A－A面越過(guò)排氣孔71，壓縮前室氣體，形成制動(dòng)氣墊消耗活塞動(dòng)能。此前活塞沖擊桿3沖擊釬子作功。活塞B－B面越過(guò)排氣孔71，見圖5，使后室與大氣相通，壓力突降，其時(shí)前室壓力增高，通過(guò)回程氣道36推閥40右移，后室斷氣，前室供氣，回程開始?；爻痰倪\(yùn)動(dòng)過(guò)程與沖程相似。
以上，我們可以看出傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主要特征1.沖程和回程交替供給壓氣，只能進(jìn)行等壓作功，而不能進(jìn)行膨脹作功。2.由一個(gè)固定排氣孔突然地?cái)嗬m(xù)排放高壓廢氣，而且排氣是不完全的。排氣后，氣缸中殘留著一定量廢氣，受到活塞的絕熱壓縮。這部分被壓縮的廢氣，在重新膨脹時(shí)不能回復(fù)到原態(tài)，而是在中途被高壓排放，故而一部分壓縮功被被白白消耗掉，我們稱之為氣墊損失。在通常使用條件下，連續(xù)供氣和隨之而來(lái)的斷續(xù)高壓排氣，使壓氣能量損失約40％，對(duì)殘留廢氣絕熱壓縮而形成的氣墊，又使壓氣能量損失16％以上巨大的排氣噪聲是現(xiàn)有沖擊機(jī)具的另一嚴(yán)重缺點(diǎn)。由于排氣孔內(nèi)壓力高，短促、急劇的排氣過(guò)程形成脈沖噪聲，成為現(xiàn)有氣動(dòng)沖擊機(jī)具噪聲的主要來(lái)源。
顯然，現(xiàn)有氣動(dòng)沖擊機(jī)具的低效率和高噪聲是由其結(jié)構(gòu)上的缺陷決定的，且不可能通過(guò)設(shè)計(jì)尺寸的變動(dòng)，工藝和材料的改進(jìn)而得到克服。這一點(diǎn)已由發(fā)明人從理論上得到證明。
本發(fā)明的任務(wù)是要克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)，而提出一種連續(xù)排氣——反沖氣墊型氣動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)，使進(jìn)入氣缸中作功的壓氣可以膨脹到接近大氣壓力、排氣能在沖程和回程的全過(guò)程中連續(xù)進(jìn)行，活塞工作的背壓始終接近大氣壓力。另外，還能將活塞回程的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為沖程動(dòng)能，使氣動(dòng)沖擊機(jī)具的有效熱效率大幅度提高。
本發(fā)明的任務(wù)是以如下方式完成的在缸體內(nèi)的活塞具有前、后兩個(gè)配氣桿，其中前配氣桿同時(shí)作為沖擊桿，后配氣桿內(nèi)有軸向氣道，經(jīng)活塞內(nèi)的徑向氣道可與沖程或回程推閥氣道相通。缸體前、后室各有進(jìn)排氣通道，柱塞缸內(nèi)的滑閥兩端有環(huán)形槽，以啟閉沖程、回程的進(jìn)、排氣通道，氣缸前、后蓋側(cè)壁有進(jìn)氣口，與配氣桿的配氣圓柱面形成定距離供氣，氣缸兩端還各設(shè)有前、后氣墊蓋。
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例。


圖1是本發(fā)明一種具體結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖，活塞處在回程開始的狀圖2是該機(jī)構(gòu)處在沖程開始的狀態(tài)。
圖3是柱塞滑閥的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的沖程運(yùn)動(dòng)。
圖5是傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的回程運(yùn)動(dòng)。
參照
圖1、圖2，在缸體1內(nèi)的活塞2具有前、后兩個(gè)配氣桿3、4，其中前配氣桿3同時(shí)作為沖擊桿。后配氣桿4內(nèi)有軸向進(jìn)氣道41，與活塞內(nèi)的徑向氣道42相連，在活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可分別與缸壁上的沖程推閥氣道43及回程推閥氣道44相通。其中沖程推閥氣道43由氣缸后部壁面孔口45通至柱塞缸52的右端，回程推閥氣道44則由前部的孔口通至柱塞缸52左端。氣道41及38均與壓氣源連通，氣缸后室29設(shè)有沖程進(jìn)氣道12和回程排氣道60，氣缸室設(shè)有回程進(jìn)氣道11和沖程排氣道59。排氣道59、60通過(guò)柱塞滑閥5(以下簡(jiǎn)稱滑閥)的環(huán)形槽71、72與外界大氣連通，其出口段在圖中用虛線表示。為節(jié)省圖面，圖中各交叉管道都不相通。柱塞缸52與氣缸1聯(lián)為一體。通過(guò)其中的二位滑閥5可以控制沖程和回程的進(jìn)、排氣?；y5隨兩側(cè)推閥氣道的壓差動(dòng)作。當(dāng)進(jìn)、排氣道與滑閥的環(huán)形槽相對(duì)時(shí)，管道被接通，其余位置則關(guān)閉。
氣缸前、后蓋19、49側(cè)壁有進(jìn)氣口20、21，在前、后蓋孔內(nèi)滑動(dòng)的前、后配氣桿具有定距離供氣的配氣圓柱面17、18，當(dāng)配氣桿細(xì)頸15、16經(jīng)過(guò)進(jìn)氣口20、21時(shí)，壓氣可以通過(guò)其間的通道進(jìn)入氣缸，如
圖1右側(cè)，圖2左側(cè)；當(dāng)粗頸的配氣圓柱面17、18經(jīng)過(guò)時(shí)則關(guān)閉該進(jìn)氣孔，停止供氣。從而形成定距離供氣。定距離供氣由配氣桿細(xì)頸長(zhǎng)度決定，可設(shè)計(jì)成需要的長(zhǎng)度。
在氣缸前、后蓋19、49與缸體壁面之間設(shè)有環(huán)形的前、后氣墊蓋6、7，其封閉容積構(gòu)成前、后氣墊室30、31，氣墊室可與壓氣源連通。氣墊蓋受到背部氣體的壓力，通過(guò)缸體上的臺(tái)肩32、33定位。進(jìn)氣道11、12可以由氣墊蓋內(nèi)穿過(guò)。當(dāng)氣墊蓋受到活塞沖擊時(shí)，就可縮背部的氣體而向后移動(dòng)。緩沖氣墊室30在空擊時(shí)對(duì)氣缸起保護(hù)作用。本機(jī)構(gòu)前、后兩部分基本對(duì)稱，如前后配氣桿，前后推閥氣道，前后進(jìn)、排氣孔，前后氣墊室等，工作原理也相同。
圖3所示的柱塞滑閥為一圓柱體，其外圓φ1兩側(cè)開有環(huán)形凹槽71、72，直徑以φ2表示?；y與柱塞缸滑動(dòng)密封，其間形成的兩個(gè)環(huán)形腔室能夠啟閉前述的各進(jìn)排氣通道。
下面說(shuō)明機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程。參見
圖1、圖2，后蓋孔38和氣道53都與壓氣源連通，麻點(diǎn)部分表示充滿壓氣。假設(shè)啟動(dòng)時(shí)活塞處于任意位置，活塞在后蓋孔38內(nèi)壓氣作用下將向前運(yùn)動(dòng)到
圖1右端位置，即沖程終了、回程開始的位置。由后配氣桿內(nèi)進(jìn)氣道41進(jìn)入的壓氣經(jīng)活塞徑向氣道42、回程推閥氣道44進(jìn)入柱塞缸52左側(cè)腔，柱塞缸右側(cè)腔則經(jīng)沖程推閥氣道43與后氣室29相通，此時(shí)后氣室的壓氣經(jīng)膨脹作功已接近大氣壓力。兩側(cè)的壓差推動(dòng)滑閥貼向右端。其環(huán)形槽71、72分別將回程排氣道60和回程進(jìn)氣道11接通，而沖程進(jìn)氣道12和沖程排氣道59封閉。此時(shí)壓氣經(jīng)回程進(jìn)氣道11、活塞沖擊桿細(xì)頸15與前蓋19內(nèi)孔面之間的環(huán)形氣道8進(jìn)入缸體前氣室，對(duì)活塞等壓作功，推動(dòng)活塞向左作回程運(yùn)動(dòng)。此時(shí)后氣室29內(nèi)的廢氣則經(jīng)回程排氣道60及環(huán)形槽72與大氣連通，可以在活塞回程的全過(guò)程中連續(xù)排氣，使活塞回程運(yùn)動(dòng)的背壓始終接近大氣壓力。當(dāng)沖擊桿粗頸配氣圓柱面17越過(guò)進(jìn)氣口20時(shí)，將其封閉，氣缸前室28供氣中斷。已進(jìn)入前室的由配氣桿細(xì)頸長(zhǎng)度決定的定量壓氣對(duì)活塞膨脹作功，活塞動(dòng)能繼續(xù)增加。當(dāng)前氣室的壓氣膨脹至大氣壓力，壓氣能量已得到充分利用時(shí)，活塞徑向氣道42與沖程推閥氣道43接通，壓氣進(jìn)入滑閥右腔，左腔與前室相通降至大氣壓力，故滑閥被推向左端，見圖2。此時(shí)，后氣室29與沖程進(jìn)氣道12、環(huán)形槽72接通，前氣室的沖程排氣道59亦打開，而回程進(jìn)、排氣道11、60關(guān)閉，沖程開始。活塞回程終了時(shí)具有相當(dāng)?shù)膭?dòng)能，與后氣墊蓋(7)相撞，推動(dòng)氣墊蓋一起向后運(yùn)動(dòng)。后氣墊開始?jí)嚎s，使活塞和氣墊蓋制動(dòng)下來(lái)。隨后氣墊的壓縮勢(shì)能又迅速轉(zhuǎn)化為活塞向前運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。使活塞在沖程開始時(shí)就獲得一定初始速度，與壓氣在沖程中所作之功迭加，充分利用了回程壓氣的能量。也相當(dāng)于增加了氣缸的有效容積，使氣缸體積可以變的更小。
圖2為沖程開始的狀態(tài)，壓氣經(jīng)沖程進(jìn)氣道12和后配氣桿細(xì)頸16的通道進(jìn)入后氣室29，推動(dòng)活塞作沖程運(yùn)動(dòng)(向右)。前氣室膨脹作功后的廢氣則經(jīng)沖程排氣道59排入大氣，活塞沖程的背壓始終接近大氣壓力，當(dāng)后配氣桿4的大頸圓柱面18封閉了沖程進(jìn)氣道12時(shí)，后室進(jìn)氣中斷，進(jìn)入后室的定量壓氣對(duì)活塞膨脹作功。膨脹至接近大氣壓力時(shí)，活塞速度最高，沖擊桿沖擊釬子作功?；钊匦禄氐?br> 圖1的位置，一個(gè)循環(huán)結(jié)束，第2個(gè)回程開始。
本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有沖擊機(jī)具，具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本結(jié)構(gòu)的排氣方式是連續(xù)的，即缸體前、后交替排氣，從整體上說(shuō)氣缸處于不停頓地連續(xù)排氣狀態(tài)。由于連續(xù)排氣，壓氣作功后的廢氣可以完全排出，活塞的背壓可以減小到接近大氣壓力，氣缸中作功的壓氣也可以膨脹到接近大氣壓力。
2.這種結(jié)構(gòu)的供氣方式是斷續(xù)的，即只在沖程和回程的一定距離內(nèi)才進(jìn)行供氣，定距離供氣是壓氣膨脹作功的必要條件。
3.這種結(jié)構(gòu)在氣缸后部有一個(gè)反沖氣墊裝置。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)活塞回程需要消耗能量，本結(jié)構(gòu)能將活塞回程時(shí)的動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)換為活塞沖程的動(dòng)能。
4.排氣壓力接近大氣壓力，大大降低了排氣噪聲，改善了工作環(huán)境。
本發(fā)明使壓氣能量得到充分利用，有效熱效率成倍提高，確為氣動(dòng)沖擊機(jī)具的重大突破。
權(quán)利要求1.一種氣動(dòng)沖擊機(jī)構(gòu)，包括缸體1、活塞2、活塞沖擊桿3、沖程及回程氣道12、11和壓氣源，其特征在于所說(shuō)的活塞2具有前、后兩個(gè)配氣桿3、4，其中前配氣桿3同時(shí)作為沖擊桿，后配氣桿4內(nèi)有軸向氣道41、經(jīng)活塞內(nèi)的徑向氣道42可與沖程及回程推閥氣道43、44相通，缸體前、后端各有進(jìn)排氣通道11、59和12、60，柱塞缸52內(nèi)的二位柱塞滑閥5兩端有環(huán)形槽71、72，以啟閉沖程、回程的進(jìn)排氣通道12、59和11、60，氣缸前、后蓋19、49側(cè)壁有進(jìn)氣口20、21，與配氣桿3、4的配氣圓柱面17、18形成定距離供氣，可以相對(duì)缸體移動(dòng)的前、后氣墊蓋6、7背部有緩沖氣墊室30、31。
專利摘要本氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的活塞具有前、后兩個(gè)配氣桿，其中前配氣桿同時(shí)是沖擊桿，后配氣桿內(nèi)有氣道，經(jīng)活塞可與沖程或回程推閥氣道相通。柱塞缸內(nèi)的滑閥兩端有環(huán)形槽，用以控制沖程、回程的進(jìn)排氣通道。配氣桿與側(cè)壁進(jìn)氣口形成定距離供氣。缸室的兩端設(shè)有緩沖蓄能氣墊室。這種連續(xù)排氣—反沖氣墊型沖擊機(jī)構(gòu)使氣缸中作功的壓氣可以膨脹到接近大氣壓力，活塞背壓大大降低，從而使壓氣能量得到充分利用。
文檔編號(hào)E21B4/00GK2080099SQ90220630
公開日1991年7月3日 申請(qǐng)日期1990年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月15日
發(fā)明者黨治國(guó) 申請(qǐng)人:黨治國(guó)