本發(fā)明大體上涉及液壓錘，并且更具體地涉及用于液壓錘中的磁導系統(tǒng)。

背景技術：

通常已知液壓錘包括部分地延伸出殼體的工具。這些錘可以包括液壓致動動力單元，其具有操作地聯(lián)接至工具的沖擊系統(tǒng)。該沖擊系統(tǒng)針對設置在殼體內(nèi)的工具的近端產(chǎn)生重復的縱向定向力。延伸出殼體的工具的遠端可以抵靠著巖石、石頭或其它材料定位以破碎這些材料。在操作期間，液壓錘將形成大塊的破碎材料以及石屑和細小沙粒。石屑可以包括磨料(諸如石英)，其沿著工具遷移并進入液壓錘的內(nèi)部時可增加磨損并引起部件的過早失效。

已經(jīng)設計出各種密封裝置來解決遷移灰塵的問題。在許多這樣的裝置中，密封件居中于殼體內(nèi)，靠近動力單元的內(nèi)部部件。然而，已提出了其它密封裝置和密封策略，其在將液壓錘的活塞和內(nèi)部工件與有害污染物隔離方面取得了不同程度的成功。

然而，盡管液壓錘中具有各種密封、襯套和潤滑，但是液壓錘最常見、最重要且造價最高的故障之一是因活塞在其中往復運動而磨傷汽缸或套筒。引起磨傷的潛在原因有許多，例如有害污染物的存在，活塞和汽缸元件缺乏精確加工以及不良的質(zhì)量表面光潔度等。

液壓錘的一種用途是穿隧，其中液壓錘在水平位置中使用。液壓錘的水平用途趨向于導致活塞和汽缸組件上的磨損更大。如果可防止活塞機械地接觸汽缸且如果可維持其間的選定空隙，那么將至少減少磨傷和磨損。另外，如果可減小活塞在液壓錘內(nèi)的徑向運動的范圍和大小，那么將減少磨傷和磨損。

將明白的是，此背景描述已經(jīng)由發(fā)明者創(chuàng)建來輔助讀者，而并未被視為指示任何所指示問題均在本領域中自然而然地便明白了。雖然所述原理在某些方面和實施例中可緩解其它系統(tǒng)中固有的問題，但是將明白的是，受保護創(chuàng)新的范圍是由所附權利要求書限定，而非由任何所公開特征解決本文提及的任何具體問題的能力來限定。

技術實現(xiàn)要素：

在一個方面中，本發(fā)明描述了一種具有動力單元的液壓錘。作業(yè)工具部分地容納在該動力單元中并且可相對該動力單元移動。套筒位于該動力單元中并限定中心線?；钊牡囟ㄎ挥谔淄仓胁⑶铱稍谠撎淄仓性谂c作業(yè)工具接觸的第一位置與不與作業(yè)工具接觸的第二位置之間移動。磁導系統(tǒng)包括設置在活塞中的至少一個第一磁導部件以及設置在套筒中的至少一個第二磁導部件，該第一磁導部件和該第二磁導部件相互作用以在其間產(chǎn)生排斥磁力從而推動該活塞徑向位置朝向中心線。

在本發(fā)明的其它方面中，磁導系統(tǒng)可以包括電動力軸承系統(tǒng)。第一磁導部件可以包括以軸向間隔配置設置在活塞中的第一環(huán)形磁體和第二環(huán)形磁體。第二磁導部件可以包括第一導電柱體和第二導電柱體，該第一和第二導電柱體設置成分別鄰近于第一和第二環(huán)形磁體?；钊梢跃哂袥_程，且第一和第二環(huán)形磁體可以具有第一軸向長度，該第一軸向長度大于該沖程。第一和第二環(huán)形磁體可以具有第一軸向長度，且第一和第二導電柱體可以具有第二軸向長度，該第一軸向長度小于該第二軸向長度。磁導系統(tǒng)可以包括磁懸浮系統(tǒng)。磁懸浮系統(tǒng)的第一磁導部件可以包括以軸向間隔配置設置在活塞中的第一磁環(huán)部件和第二磁環(huán)部件。第一和第二磁環(huán)部件可以是永磁體。第一和第二磁環(huán)部件可以沿著直徑方向磁化。磁懸浮系統(tǒng)的第二磁導部件可以包括設置成鄰近于第一和第二永磁體的電磁元件的陣列。液壓錘可以進一步包括與電磁元件的陣列操作地連通的動力源。磁導系統(tǒng)可以包括抗磁懸浮系統(tǒng)?？勾艖腋∠到y(tǒng)的第一磁導部件可以包括以軸向間隔配置設置在活塞中的第一抗磁環(huán)和第二抗磁環(huán)?？勾艖腋∠到y(tǒng)的第二磁導部件可以包括第一永磁環(huán)和第二永磁環(huán)，該第一和第二永磁環(huán)設置成分別鄰近于第一和第二抗磁環(huán)。

在本發(fā)明的又一方面中，一種機器包括附接至該機器的機具系統(tǒng)。液壓錘附接至機具系統(tǒng)，該液壓錘包括動力單元。作業(yè)工具部分地容納在該動力單元中并且可相對該動力單元移動。套筒位于該動力單元中并且限定中心線?；钊ǘ鄠€液壓表面?；钊牡囟ㄎ挥谔淄仓胁⑶铱稍谠撎淄仓性谂c作業(yè)工具接觸的第一位置與不與作業(yè)工具接觸的第二位置之間移動。磁導系統(tǒng)包括設置在活塞中的至少一個第一磁導部件以及設置在套筒中的至少一個第二磁導部件，該第一磁導部件和該第二磁導部件相互作用以在其間產(chǎn)生排斥磁力從而推動該活塞徑向位置朝向中心線。

在本發(fā)明的其它方面中，該磁導系統(tǒng)可以包括電動力軸承系統(tǒng)、磁懸浮系統(tǒng)和抗磁懸浮系統(tǒng)之一。

本發(fā)明提供了一種減少液壓錘中磨損的方法，其包括為液壓錘設置活塞和圍繞活塞同心地設置的套筒。磁導系統(tǒng)設置在液壓錘中，其中磁導系統(tǒng)包括活塞中的至少一個第一磁導部件和套筒中的至少一個第二磁導部件。第一磁導部件和第二磁導部件相互作用以在其間產(chǎn)生排斥磁力從而推動活塞的徑向位置朝向套筒的中心線。磁導系統(tǒng)可以包括電動力軸承系統(tǒng)、磁懸浮系統(tǒng)和抗磁懸浮系統(tǒng)之一。

根據(jù)以下具體實施方式和附圖將明白所公開原理的進一步和替代性方面和特征。如將明白的是，與具有本文公開的電動力軸承的液壓錘有關的原理能夠在其它和不同實施例中實行并且能夠在各個方面中做出修改。因此，應理解的是，前述一般描述和以下具體實施方式二者均僅僅是示例性且解釋性的，而不限制所附權利要求書的范圍。

附圖說明

圖1是具有液壓錘的機器的示意圖。

圖2是液壓錘的橫截面?zhèn)纫晥D。

圖3是圖2的液壓錘的部分橫截面視圖，其示出了液壓錘的動力單元中的電動力軸承系統(tǒng)，其中活塞在最大頂部作業(yè)位置中。

圖4是圖2的液壓錘的部分橫截面視圖，其示出了液壓錘的動力單元中的電動力軸承系統(tǒng)，其中活塞在相對于圖3中所示的較低作業(yè)位置處。

圖5是圖2的液壓錘的部分橫截面視圖，其示出了液壓錘的動力單元中的磁懸浮系統(tǒng)。

圖6是圖2的液壓錘的部分橫截面視圖，其示出了液壓錘的動力單元中的抗磁懸浮系統(tǒng)。

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種帶有磁導系統(tǒng)的液壓錘。圖1示出了包括液壓錘14的示例性機器10，該液壓錘14使用磁導系統(tǒng)，其具有保持液壓錘的活塞對齊的功能，并因此減小或消除了活塞不對齊、意外的或不期望的運動所產(chǎn)生的磨傷和其它影響。應當理解，本發(fā)明的各種實施例中使用的磁性部件可包括使用永磁體、電磁體、鐵磁體、抗磁體、超導磁體、由于導體內(nèi)的感應電流而產(chǎn)生的磁體，以及它們的適當組合。

機器10可具體為固定式或移動式機器，該機器執(zhí)行與工業(yè)(諸如礦業(yè)、建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)、運輸業(yè)或本領域已知的任何其它工業(yè))相關的某些類型的操作。例如，機器10可以是運土機器，諸如反鏟挖土機、挖掘機、推土機、裝載機、機動平路機或任何其它的運土機器。機器10可包括配置為移動液壓錘14的機具系統(tǒng)12、用于推進機器10的驅動系統(tǒng)16、為機具系統(tǒng)12和驅動系統(tǒng)16提供動力的動力源18，以及供操作者至少控制機具系統(tǒng)12和驅動系統(tǒng)16的操作員站20。

動力源18可具體為發(fā)動機，諸如，例如柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機、氣體燃料發(fā)動機，或本領域已知的任何其它類型的內(nèi)燃機。可以預期的是，可選地，動力源18可具體為非燃燒動力源，諸如燃料電池、電功率或機械功率存儲裝置，或本領域已知的其它動力源。動力源18可產(chǎn)生機械功率或電功率輸出，該功率輸出隨后可轉換為用于移動機具系統(tǒng)12的液壓力。

機具系統(tǒng)12可包括連桿結構，流體致動器作用在連桿結構上以移動液壓錘14。機具系統(tǒng)12的連桿結構可能會很復雜，例如，包括三個或更多個自由度。機具系統(tǒng)12可承載液壓錘14，該液壓錘14具有用來沖擊物體或地表面26的工具22。

圖2是圖1中的液壓錘14的橫截面視圖。液壓錘14包括殼體30，其限定了腔室32。殼體30可包括上殼體構件34和下殼體構件36，它們焊接或通過其它方式連接在一起。上、下殼體構件34、36分別限定了上、下腔室，并共同形成腔室32。殼體30的遠端(即，下殼體構件36)限定了開口38。

動力單元40設置在殼體腔室32內(nèi)部，并包括液壓錘14的幾個內(nèi)部部件。如圖2所示，動力單元40的近端部分提供了沖擊組件，該沖擊組件包括活塞42?；钊?2可操作地容納在腔室32內(nèi)，使得活塞42可沿著中心線或縱軸44在箭頭46和48所示的大致方向上移動，該縱軸44也被稱為中心線。特別地，在作業(yè)沖程期間，活塞42在箭頭46所示的大致方向上移動，而在返回沖程期間，活塞42在箭頭48所示的大致方向上移動。

套筒72圍繞著活塞42設置在腔室32內(nèi)，并與縱軸44對齊。套筒72具有朝向活塞42的內(nèi)表面74，該內(nèi)表面74設置有潤滑劑，用以(當活塞在套筒內(nèi)移動時)潤滑和支撐活塞。

動力單元40的遠端部分包括作業(yè)工具22以及操作時用于導向該作業(yè)工具22的結構。因此，動力單元40包括插入到下殼體構件36的前側頭部50，其中耐磨板52置于前側頭部50和殼體30之間。下襯套54插入到前側頭部50的遠端，使得下襯套54的遠端56鄰近殼體30的遠端定位。該襯套進一步限定了內(nèi)導向表面58。作業(yè)工具22包括近端段60，該近端段60的尺寸設置成可滑動地容納在下襯套54的內(nèi)導向表面58內(nèi)。作業(yè)工具22進一步具有遠端段62，該遠端段62通過開口38從下襯套54和殼體30突出。

液壓回路(未示出)提供加壓流體，以在作業(yè)沖程期間朝作業(yè)工具22驅動活塞42，在返回沖程期間使活塞42返回。沒有對該液壓回路作進一步描述，這是因為對于本領域的技術人員而言是顯然的，即任何合適的液壓系統(tǒng)都可用于為活塞42提供加壓流體，諸如在美國專利號5,944,120中描述的布置。可選地，可以使用氣動或其它類型的驅動力來驅動活塞42。

操作過程中，臨近作業(yè)沖程結束時，活塞42會沖擊作業(yè)工具22的近端段。作業(yè)工具22的遠端段可包括尖端64，該尖端64定位成接合物體或地表面26。活塞42對近端段60的沖擊驅使尖端64進入物體或地表面26，從而產(chǎn)生多塊破碎材料，以及灰塵、粗砂和其它碎屑。液壓錘14可進一步包括復合密封件70，該復合密封件70用于防止灰塵和其它破碎材料沿著作業(yè)工具22移動并進入到動力單元40的內(nèi)部部件中。

活塞42在套筒72內(nèi)做往復運動。當活塞42表現(xiàn)為不期望的運動時，即徑向位移時，活塞可導致套筒的內(nèi)表面74損壞。損壞的一種形式是磨傷，它是一種由滑動表面之間的粘附引起的磨損形式。例如，當潤滑油的潤滑性能由于長時間而受損，或者由于突然的和/或較大的力而失效，就會發(fā)生磨傷。

圖3和圖4示出了磁導系統(tǒng)76，該磁導系統(tǒng)76為液壓錘14的第一實施例中的徑向移動的活塞42提供回復力。圖4的液壓錘14處于與作業(yè)工具接觸的第一位置，而圖3的液壓錘處于與作業(yè)工具不接觸的第二位置。

本實施例的磁導系統(tǒng)76包括電動力軸承系統(tǒng)78的元件。圖3示出了處于初始或起始位置或狀態(tài)的液壓錘，其中活塞42定位在近端，圖4示出了活塞的延伸位置，該活塞相對于起始位置向遠側移動。

電動力軸承(edb)的工作原理在本領域中通常是已知的。電動力軸承的操作是基于移動通過磁場的導體內(nèi)渦流的感應。當導電材料移動通過磁場時，材料內(nèi)會生成與磁場的變化相反的電流。換句話說，在移動通過磁場的物體內(nèi)所生成的電流會導致在該移動的物體內(nèi)產(chǎn)生磁場，該磁場與物體移動通過的磁場是反向的。因此該導電材料充當了磁鏡的作用。edb利用由渦流生成的排斥鏡力來實現(xiàn)維持元件間的間隔。在這種情況下，導體和磁場之間的相對運動在導體內(nèi)感應出渦流，從而生成了可用于維持期望或選定間隔的力。根據(jù)相同的基本原理而不同的配置是可能的，同時不必要的渦流損耗可被實質(zhì)消除。

所示電動力軸承系統(tǒng)78至少包括活塞42內(nèi)的至少一個第一磁導部件79。第一磁導部件79可以是一對軸向間隔開的磁化的環(huán)形磁體80、82。第一環(huán)形磁體80大體定位在活塞42內(nèi)的近端(方向p)，并以活塞的中心線44為中心。第二環(huán)形磁體82大體定位在活塞內(nèi)的遠端(方向d)，并以活塞的中心線為中心。環(huán)形磁體的磁極方向是相同的，例如第一和第二環(huán)形磁體80、82的南極均設置在它們的遠端。第一和第二環(huán)形磁體80、82中每個的軸向長度都至少是活塞42的沖程的長度?；钊?2可由非磁性材料制成。在一個可選的實施例中，環(huán)形磁體80、82可構造為電磁體。

所示的電動力軸承系統(tǒng)78包括套筒72內(nèi)的至少一個第二磁導部件83。第二磁導部件83可包括第一導電柱體84和第二導電柱體86，它們分別圍繞著第一和第二環(huán)形磁體80、82。導電柱體84、86設置在套筒72內(nèi)，并且也以活塞42的中心線44為中心，使得當活塞以該中心線為中心時，至少當活塞處于圖3所示的初始或起始位置時環(huán)形磁體80、82分別同心地定位在柱體84、86內(nèi)。

第一和第二導電柱體84和86的各自軸向長度大于第一和第二環(huán)形磁體80和82的軸向長度。導電柱體84和86由諸如銅的導電材料形成。套筒72由非磁性材料制成。

所示出的電動力軸承系統(tǒng)78的示例是基于無源磁性技術的。其不需要任何控制電子裝置以進行操作，并且由于在活塞42與套筒72之間的相對移動所產(chǎn)生的電流引起的回復力而起作用。在此類系統(tǒng)的一個實施例中，活塞42的自然移動產(chǎn)生必需的相對移動從而產(chǎn)生回復力。電動力軸承系統(tǒng)78的另一個示例(未示出)是基于有源磁性控制的，其實現(xiàn)對本領域技術人員而言是可實施的。

在具有圖3和圖4所示的電動力軸承系統(tǒng)78的液壓錘14中，當活塞42在液壓錘運行中從中心線44移動時，由第一和第二環(huán)形磁體80和82與第一和第二導電柱體84和86產(chǎn)生的磁場的相互作用引起復位力的產(chǎn)生從而使活塞在套筒72中重新回到中心。當活塞42與套筒72之間的縫隙在移位系統(tǒng)中最窄時，該復位力相互排斥且在活塞42與套筒72之間附近為最大。當活塞42與套筒72之間的縫隙在移位系統(tǒng)中最寬時，復位力相互吸引且在活塞42與套筒72之間附近相對較小。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明的磁導系統(tǒng)176的再一個實施例。液壓錘14與包括設置在動力單元40中的磁懸浮系統(tǒng)188的磁導系統(tǒng)176一同示出。磁懸浮系統(tǒng)188設置在液壓錘14中，該磁懸浮系統(tǒng)188與上述類似且產(chǎn)生與圖3和圖4中所公開系統(tǒng)的電動力軸承系統(tǒng)78類似的復位效果。

具體地，磁導系統(tǒng)176包括以軸向間隔配置設置在活塞42內(nèi)的第一和第二磁環(huán)部件180和182。第一和第二磁環(huán)部件180和182可為永久磁體。第一和第二磁環(huán)部件180和182可沿直徑方向磁化。以線性方式或串聯(lián)布置的電磁元件184的陣列設置在套筒72中且大致圍繞著活塞42(具體為包括第一和第二磁環(huán)部件180和182的活塞部分)。

在一個實施例中，電磁元件184的陣列可由連接到該陣列獨立元件的動力源200來供電。動力源200可為該陣列的每個元件184提供能量，從而使得產(chǎn)生的磁場在相鄰元件之間交替。如已知的，動力源200可包括放大器和控制與反饋電路，且其可額外地響應于測量活塞42與套筒72之間距離的傳感器，從而保持兩者之間選定的縫隙。

可選地，磁導系統(tǒng)176可產(chǎn)生自身的電力。當活塞42在套筒72中軸向移動時，第一和第二磁環(huán)部件180和182也相對套筒中電磁元件184的陣列而移動。第一和第二磁環(huán)部件180和182的磁場通過電磁感應在套筒中電磁元件184的陣列中產(chǎn)生電流。因此而產(chǎn)生的磁場生成推動活塞徑向位置朝向中心線44(即徑向遠離電磁元件184)的磁懸浮力，且該力在活塞外周延伸。根據(jù)本發(fā)明，磁導系統(tǒng)176的實現(xiàn)被認為對于本領域技術人員而言是可實施的。

圖6示出包括抗磁懸浮系統(tǒng)276的磁導系統(tǒng)267?？勾艖腋∠到y(tǒng)276包括活塞42中的至少一個第一磁導部件279。第一磁導部件279可為一對間隔的抗磁環(huán)280和282。這對間隔的抗磁環(huán)280和282可為實心或中空柱體。第一抗磁環(huán)280大體定位在活塞42內(nèi)的近端(方向p)，并以活塞的中心線44為中心，第二抗磁環(huán)282大體定位在活塞內(nèi)的遠端(方向d)，并以活塞的中心線為中心。第一和第二抗磁環(huán)280和282可由任何合適的抗磁材料制成，諸如熱解石墨、鉍等。

所示的抗磁懸浮系統(tǒng)276包括套筒72中的至少一個第二磁導部件283。第二磁導部件283可包括分別圍繞著第一和第二抗磁環(huán)280和282的第一永磁環(huán)284和第二永磁環(huán)286。第一和第二永磁環(huán)284和286設置在套筒72內(nèi)，且也以活塞42的中心線44為中心，從而使得當活塞以中心線為中心時，至少活塞在圖3所示起始或開始位置時第一和第二抗磁環(huán)280和282分別同心地位于第一和第二永磁環(huán)284和286內(nèi)。可沿著柱體的長度而設置額外的磁環(huán)。第一和第二永磁環(huán)284和286中每個的軸向長度都大于第一和第二抗磁環(huán)280和282的軸向長度。第一和第二抗磁環(huán)280和282的軸向長度至少等于活塞42的軸向沖程。

操作時，抗磁材料產(chǎn)生與外部施加的磁場方向相反的感應磁場，并且被所施加磁場排斥。因此，在所示的實施例中，第一和第二抗磁環(huán)280和282被第一和第二永磁環(huán)284和286在外部施加的磁場所排斥。以此方式，包括第一和第二抗磁環(huán)280和282的活塞42被徑向推動朝向動力單元40的中心線44。

根據(jù)本文公開的實施例，可減少液壓錘內(nèi)的磨傷和磨損。

工業(yè)實用性

本發(fā)明適用于任何形式的液壓錘，以及任何帶有移動活塞且其活塞移動產(chǎn)生明顯的力的機器。具體地，當活塞運動呈現(xiàn)不利的橫向或徑向運動時，采用根據(jù)本發(fā)明的磁導系統(tǒng)是有優(yōu)勢的。根據(jù)本發(fā)明實施例的系統(tǒng)減少了不利運動，且有助于磨傷和磨損的降低或消除。

盡管已經(jīng)參照錘組件描述了所公開的實施例，(該錘組件中通過液壓致動活塞驅動工具)，所公開的實施例適用于具有可借助合適驅動結構和/或返回結構而在腔室內(nèi)移動的往復作業(yè)工具的任何工具組件。所公開的實施例包括氣動工具和其它沖擊工具。

將明白的是，前面的描述提供了所公開的系統(tǒng)和技術的示例。然而，可以預料到，本發(fā)明的其它實施方式可與前述示例在細節(jié)上不同。所有對公開或其示例的引用旨在提及在該點討論的特定示例并且而不旨在暗示對在更一般意義上本發(fā)明范圍的任何限制。除非另外指出，否則關于某些特征的差別和貶低的所有語言旨在指示缺乏對這些特征的偏好，而不意在將這些完全排除在本發(fā)明的范圍之外。

除非本文中另外指出，否則本文中對數(shù)值范圍的敘述僅僅用作一種速記方法，分別指代落入范圍內(nèi)的各單獨數(shù)值，并且各單獨數(shù)值包含在說明書內(nèi)，如同在本文中個別列舉一樣。本文所述的所有方法可以任何合適的順序進行，除非本文中另外指出或在上下文中清楚地相反指示。

因此，本發(fā)明包括適用的法律所允許的所附權利要求書中列舉的主題的所有修改和等同物。此外，除非本文中另外指出或在上下文中清楚地相反指示，上述要素所有可能變化的任意結合包括在本發(fā)明中。