液压破碎锤的中缸体结构的制作方法

1.本发明涉及液压破碎锤技术领域，尤其是涉及一种液压破碎锤的中缸体结构。


背景技术：

2.挖掘机是工程建设中常用的工程机械装备，随着工业水平的提高以及生产力的发展，逐渐趋于智能自动化控制，而破碎锤作为挖掘机中最常见的附件之一，现已被广泛应用于基建、开山、冶金、拆除、路政等用途，它是一种将液压能转化为机械能从而对外做功的设备，其以液压压力为动力，驱动内部活塞往复运动，活塞高速撞击钎杆，钎杆对矿石、混凝土等进行破碎、拆除作业。
3.为了满足破碎锤作业时活塞上下往复运动产生冲击能量的需求，破碎锤中缸体中，活塞与缸体之间采用间隙密封，活塞与缸体之间的间隙常设计单边0.07～0.11mm。破碎锤长时间作业时，由于钎杆无法保证作业时完全垂直状态，再加上由于长时间活塞与钎杆撞击，导致接触面出现斜面，综合以上两点，破碎锤中缸体活塞会在中缸体内产生摆动，长时间的摆动导致活塞与中缸体内腔不同轴，使活塞与中缸体接触、刮擦，造成缸体与活塞划伤和磨损，即：出现“拉缸”。无论是缸体的划伤或者活塞的划伤，直接影响密封件的使用寿命，轻微划伤时，密封系统出现漏油情况，内泄漏导致压力丢失，外泄漏不仅压力剧降同时还要损失大量的液压油，严重划伤时，无法密封，导致整个中缸体报废。
4.再者，由于行业发展需要，破碎锤趋向于高打击力设计。提高破碎锤打击力的常规方法有两种，一种是加大破碎锤中缸体与活塞直径，即：将破碎锤型号加大。第二种是通过提高液压压力提高打击力。无论是哪一种设计，都离不开活塞与中缸体间隙的问题，想要提高活塞撞击的能量，势必要考虑活塞偏心的问题，所以在中大型破碎锤中，活塞与中缸体间隙不得不选择较大间隙来尽量减少活塞与中缸体的碰撞几率。但是在加大活塞与中缸体间隙时，密封件的寿命遭受严重影响，主要体现在密封件的内唇根部由于活塞与中缸体间隙过大且液压频率高、压力大，造成密封件出现“咬根”的情况，随着密封件内唇根部被挤入到间隙中，密封件发生严重的扭曲变形且无法复原，导致密封失效，破碎锤开始漏油，严重时，密封件发生碎裂，导致密封件对活塞的径向支撑力归零，出现活塞与中缸体高频碰撞，严重划伤，即：出现“拉缸”情况。
5.综上，目前行业内深受“拉缸”与打击力不足这两个问题的困扰，也有众多企业与个人通过一些常规方法试图改善或解决这两个问题。
6.公布号为cn206246453u的专利公布了一种液压破碎锤活塞用导向环，该导向环具有斜开口结构，便于安装或更换。该公告中，整个导向环确实可以很方便的安装或更换，但具体使用效果并不理想。原因一，开口导向环确实是常见的油缸导向机构，但应用于破碎锤油缸中并不适用，由于破碎锤中缸体的活塞自重特别大，且高速运动的冲击动能特别高，开口的设计在开口端的支撑力明显下降，导致径向支撑力不均匀，从而导致活塞侧偏。原因二，不论选择四氟乙烯材质的导向环或是选择铜导向环，其材料的压缩模量均相对较低，长时间支撑活塞后自身会发生不可恢复的形变，从而失去导向作用。
7.公布号为cn111350715a的专利公开了一种液压破碎锤的中缸导向结构，其设计在中缸体的前后两腔室分别增加导向套设计，导向套与活塞间隙配合，活塞高速运动时，活塞与导向套相互滑动，避免中缸体与活塞接触造成拉伤。该公告公开的设计在保护活塞与中缸体碰撞方面的确能够起到一定的作用，但是其公开的导向套材质依然为合金钢中的40crni2mo，活塞高速运动时，导向套与活塞接触，拉伤的位置会出现在导向套的内壁与活塞导向部分的外壁，划伤到一定程度时导向套与活塞必须同时更换，虽然保护了中缸体，但实质上并没有保护到整个活塞。
8.公布号为cn112372240a的专利公开了一种支撑套的加工方法和支撑套，其应用原理同公布号cn111350715a相同，都是通过导向套支撑中缸体中的活塞，不同的是该公布号中的设计将支撑套(或导向套)的材质改为铜质。铜制支撑套(或导向套)虽然可以有效保护整个活塞，大大减轻对活塞的磨损，但铜制支撑套的支撑力和耐磨性都不足，长时间接触偏心的活塞之后，铜套会发生不可恢复的变形并伴有大量的磨损铜粉。铜套发生变形后对活塞的径向支撑力会越来越差，最终导致失去支撑与导向的作用，且磨损掉的铜粉会进入到液压介质中，对橡胶类密封件造成划伤，使得密封失效，导致泄露。
9.公布号为cn110219851a的专利公开了一种液压破碎锤活塞导向结构，其设计的要点是进出中缸体液压油的方式以及增设了一条导向带安装沟槽与导向带。优化中缸体中液压油的进出方式的确能够在一定程度上提高活塞与中缸体内腔的同轴度，但对于大型破碎锤活塞的导向作用还是不够，所以该公布号又设计了一条导向带作为支撑和导向作用。关键的导向带设计，该公布号中并未提及其材料、性能、尺寸、精度等数据，所以对该导向带的实际应用效果无法做出准确判断。
10.此外，行业中有将活塞与中缸体间隙增大来避免“拉缸”的做法，但由于对密封件来说间隙过大势必造成密封件根部挤出，所以在密封件的底部增加一条内径较小的挡圈来阻挡密封件根部挤出。理论上该做法可以实现，但实际应用中，由于中缸体内高压、高频的液压压力，对挡圈的材质与尺寸设计要求都非常苛刻，高频高压的工况会导致挡圈的形状发生改变，厚度方向的缩小，直径方向上的延展，由于外径卡在沟槽内无法变化，所以内径会逐渐变小，从而导致挡圈的内侧被严重挤出或直接破损，破碎的挡圈对主油封又造成了划伤，导致主油封破损，从而密封系统失效，导致该方案在实际应用中难以解决挡圈问题。


技术实现要素：

11.本发明的目的在于提供一种液压破碎锤的中缸体结构，以解决现有的活塞与中缸体运动过程中容易产生划伤导致的拉缸现象，从而影响破碎锤使用寿命的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
12.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
13.本发明提供的液压破碎锤的中缸体结构，包括中缸体以及装配在所述中缸体上的活塞，其中：所述中缸体沿其轴线方向的两端的内周壁上设置有活塞固定部，所述活塞固定部与所述中缸体间隙配合；所述活塞固定部包括固定部主体以及辅助保护部，所述固定部主体由合金钢材质制成，所述辅助保护部采用聚醚醚酮材料并通过压铸成型结合于所述固定部主体的内侧；所述辅助保护部的内侧壁上开设有油封安装槽和支撑环安装沟槽，所述活塞在偏心状态下能先与所述支撑环安装沟槽内的支撑环接触摩擦，待支撑环的径向支撑
力被压缩或磨损清零时所述活塞与所述活塞固定部内侧的所述辅助保护部接触；
14.所述活塞外周壁的中间区段上固设有活塞定位部且所述活塞定位部为聚醚醚酮材料，并通过压铸成型结合于所述活塞的外周。
15.作为本发明的进一步改进，所述聚醚醚酮材料包括改性的聚醚醚酮材料或纯聚醚醚酮材料。
16.作为本发明的进一步改进，所述中缸体内设有用于容纳所述活塞的活塞孔，所述活塞安装于所述活塞孔内并能够在轴向上相对所述活塞孔移动，所述活塞孔的孔壁上沿所述活塞孔的中轴线方向间隔设置有若干个第一油槽，所述第一油槽设置于两个所述活塞固定部之间。
17.作为本发明的进一步改进，所述支撑环采用聚甲醛材质或聚四氟乙烯材质制成。
18.作为本发明的进一步改进，所述活塞固定部与所述中缸体之间设置有密封件，其中，所述密封件为密封圈或聚氨酯哑铃。
19.作为本发明的进一步改进，所述固定部主体的外周壁上设置有密封沟槽，所述活塞固定部与所述中缸体之间通过安装在所述密封沟通内的o型密封圈密封。
20.作为本发明的进一步改进，所述活塞定位部的外周壁上沿所述活塞定位部的中轴线方向间隔设置有若干个环形油槽。
21.作为本发明的进一步改进，所述活塞固定部与所述活塞之间的间隙以及所述所述活塞定位部与所述中缸体之间的间隙均为0.05～0.07mm。
22.作为本发明的进一步改进，所述中缸体上靠近钎杆设置的活塞固定部为第一活塞固定器，所述第一活塞固定器上的支撑环安装沟槽设置在远离所述钎杆的端部；所述中缸体上靠近氮气室设置的活塞固定部为第二活塞固定器，所述第二活塞固定器上的支撑环安装沟槽设置在靠近所述钎杆的端部。
23.本发明提供的液压破碎锤的中缸体结构，在中缸体作业过程中，活塞受液压压力在中缸体内腔做高频往复运动，当活塞在偏心状态时首先与支撑环进行摩擦，与正常破碎锤相同，待长时间作业时，支撑环的径向支撑力会被压缩或磨损清零，此时活塞与活塞固定部内侧的辅助保护部(聚醚醚酮材料制作)开始接触。由于辅助保护部采用的聚醚醚酮材料具有极强的冲击强度、耐温性、耐磨性、自润滑性，可以对活塞提供长期连续的径向支撑力，保证活塞在小范围内摆动的同时，降低对活塞的磨损。在破碎锤出现严重偏打的时候，活塞连续受到偏心力的作用，导致在某一点偏心严重，此时，活塞外周的活塞定位部发挥作用，以聚醚醚酮材料为主材的活塞定位部在发生碰撞时能有效的起到保护中缸体内腔的作用，防止中缸体内腔划伤，不仅大大降低了破碎锤的维修、保养成本，同时还提高了破碎锤的使用寿命。
附图说明
24.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。
25.图1是本发明实施例提供的液压破碎锤的结构示意图；
26.图2是图1中a部分的放大图；
27.图3是本发明实施例提供的活塞与活塞定位部的配合示意图；
28.图4是本发明实施例提供的活塞固定部(第一活塞固定器或第二活塞定位器)的结构示意图；
29.图5是本发明实施例提供的支撑环的结构示意图。
30.附图标记：1、中缸体；2、活塞；3、活塞固定部；31、第一活塞固定器；32、第二活塞固定器；4、油封安装槽；5、支撑环安装槽；6、活塞定位部；61、第一定位台；62、第二定位台；7、活塞孔；8、密封沟槽；9、钎杆；10、氮气室；11、支撑环；110、开口；12、固定部主体；13、辅助保护部。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.参见图1～图5，本发明提供了一种液压破碎锤的中缸体结构，包括中缸体1以及装配在中缸体1上的活塞2，其中，中缸体1沿其轴线方向的两端的内周壁上设置有活塞固定部3，活塞固定部3与中缸体1间隙配合；如图4所示的活塞固定部3包括固定部主体12以及辅助保护部13，固定部主体12由合金钢材质制成，辅助保护部13采用聚醚醚酮材料并通过压铸成型结合于固定部主体12的内侧；辅助保护部13的内侧壁上开设有油封安装槽4和支撑环11安装沟槽，活塞2在偏心状态下能先与支撑环11安装沟槽内的支撑环11接触摩擦，待支撑环11的径向支撑力被压缩或磨损清零时活塞2与活塞固定部3内侧的辅助保护部13接触。
35.在常规使用过程中，支撑环11对活塞2提供了一定的支撑力，避免活塞2与中缸体1接触。在长时间作业时，支撑环11失去支撑作用，活塞2与活塞固定部3接触，而此时活塞固定部3内侧的辅助保护部13会对活塞2具有优异的保护作用，防止活塞2划伤。
36.在实际应用中，破碎锤长期处于高压偏打的情况，长期的高压偏打造成活塞2或中缸体1内腔出现小几率的碰撞，造成活塞定位部6与中缸体1内腔中部拉伤。本发明中活塞2外周壁的中间区段上固设有活塞定位部6且活塞定位部6为聚醚醚酮材料，并通过压铸成型结合于活塞2的外周。以聚醚醚酮材料为主材的活塞定位部6在发生碰撞时能有效的起到保
护中缸体1内腔的作用，防止中缸体1内腔划伤。
37.其中，辅助保护部13可以采用改性的聚醚醚酮材料或纯聚醚醚酮材料(简称peek)，通过压铸成型固定在固定部主体12的内侧，也就是说，本实施例中的活塞固定部3为合金钢与碳纤维增强聚醚醚酮(或纯聚醚醚酮材料)复合而成；而活塞定位部6也可以采用改性的聚醚醚酮材料或纯聚醚醚酮材料，并通过压铸成型固定在活塞2的外周。本发明中辅助保护部13和活塞定位部6优选地采用碳纤维增强聚醚醚酮材料(简称c-peek)。
38.中缸体1内设有用于容纳活塞2的活塞孔7，活塞2安装于活塞孔7内并能够在轴向上相对活塞孔7移动，活塞孔7的孔壁上(指的是中缸体1的内壁)沿活塞孔7的中轴线方向间隔设置有若干个第一油槽，并且第一油槽设置于两个活塞固定部3之间。
39.活塞固定部3与中缸体1之间设置有密封件，其中，密封件为密封圈或聚氨酯哑铃。优选的，固定部主体12的外周壁上设置有密封沟槽8，活塞固定部3与中缸体1之间通过安装在密封沟通内的o型密封圈密封，用于防止高压油从活塞固定部3外径泄露。
40.活塞固定部3的内壁(也就是辅助保护部13的内侧壁)上开设有油封安装槽4和一条支撑环11安装沟槽，支撑环11安装沟槽内安装图5所示的支撑环11，具体的，结合图1和图2所示，中缸体1上靠近钎杆9设置的活塞固定部3为第一活塞固定器31，第一活塞固定器31上的支撑环11安装沟槽设置在远离钎杆9的端部；中缸体1上靠近氮气室10设置的活塞固定部3为第二活塞2固定器，第二活塞2固定器上的支撑环11安装沟槽设置在靠近钎杆9的端部。按照图1所示意的液压破碎锤，其第二活塞固定器32位于第一活塞固定器31的上方，第二活塞固定器32上设置有若干沟槽，其中第二活塞固定器32最下方的一个沟槽设计为支撑环安装槽5，第二活塞固定器32上的其它沟槽均为油封安装槽4，且第二固定部上的油封沟槽均位于第二活塞固定器32支撑环11安装沟槽的上方；同理，第一活塞固定器31上也设置有若干沟槽，其中第一活塞固定器31最上方的一个沟槽设计为支撑环安装槽5，第一活塞固定器31上的其它沟槽设计为油封安装槽4，且第一固定部上的油封沟槽均位于第一活塞固定器31上的支撑环11安装沟槽的下方。
41.其中，支撑环11可以选择普通聚甲醛材质支撑环11，也可以选择精细铜粉改性的聚四氟乙烯支撑环11，支撑环11向内凸出于辅助保护部13的内表面设置，通过支撑环11提供径向支撑。支撑环11上设置有开口110，便于拆装。
42.活塞2外周壁的中部设有两个间隔设置的活塞定位部6，分别为第一定位台61、第二定位台62，如图3所示，第一定位台61的外周壁上沿第一定位台61的中轴线方向间隔设置有若干个环形油槽，第二定位台62的外周壁上同样设置有多个环形油槽，用于润滑。其中，第一定位台61和第二定位台62优选的采用c-peek通过压铸成型结合于活塞2外周。
43.在中缸体1作业过程中，活塞2受液压压力在中缸体1内腔做高频往复运动，当活塞2在偏心状态时首先与支撑环11进行摩擦，与正常破碎锤相同，待长时间作业时，支撑环11的径向支撑力会被压缩或磨损清零，此时活塞2与活塞固定部3内侧的辅助保护部13(c-peek)开始接触。由于辅助保护部13采用的c-peek具有极强的冲击强度、耐温性、耐磨性、自润滑性，可以对活塞2提供长期连续的径向支撑力，保证活塞2在小范围内摆动的同时，降低对活塞2的磨损或划伤。
44.在破碎锤出现严重偏打的时候，活塞2连续受到偏心力的作用，导致在某一点偏心严重，此时，活塞2外周的活塞定位部6发挥作用，对活塞2及时校正，以c-peek为主材的活塞
定位部6在发生碰撞时能有效的起到保护中缸体1内腔的作用，防止中缸体1内腔划伤，从而增加了破碎锤的使用寿命。
45.由于活塞2划伤后密封系统必定无法密封，且划伤的活塞2还会对密封件造成划伤，这就更加快了密封失效的速度。且活塞2划伤后很难修复，只能更换整根活塞2，原因如下：
46.(1)厂家在设计破碎锤中缸体1时，活塞2与中缸体1间隙是很重要的参数，它与其他很多零部件配套设计；修复活塞2只能上磨床进行打磨，打磨后的活塞2直径变小，活塞2与中缸体1间隙变大，众多配套零部件及参数都将被改变，导致破碎锤出现众多异常问题；
47.(2)活塞2与中缸体1间隙被增大之后，由于油封是按照标准沟槽与间隙设计，所以很难匹配到尺寸合适的油封，且间隙增大后，油封内唇根部被挤出到间隙中的概率非常高，这就导致整台破碎锤没有稳定的密封系统，破碎锤无法使用。
48.由于c-peek的物理性能(优异的支撑性与耐磨性)，对中缸体1和活塞2都具有较好的保护作用，这也为中缸体1设计时活塞定位部6与中缸体1内壁的间隙或活塞2与活塞固定部3的间隙提供有力的保障。通过c-peek的作用，活塞2间隙可以设计为单边0.05～0.07mm，指的是活塞固定部3与活塞2之间的间隙以及活塞定位部6与中缸体1之间的间隙均可设计为0.05～0.07mm。相比目前行业内0.07～0.11mm的设计，该种间隙设计可以明显提高破碎锤的打击力，同时对密封件提供强有力的支撑作用，避免密封件出现内唇根部挤出现象，增加了密封系统的使用寿命，从而增加了破碎锤的使用寿命。
49.本发明除了解决现有的活塞2与中缸体1运动过程中容易产生划伤导致的拉缸现象，从而影响破碎锤使用寿命的技术问题外，还产生了不可估量的经济效益。破碎锤正常更换油封的时间为400～500小时，达到500小时必须进行更换油封，否则极易出现拉缸的情况。而在实际应用中，用户为避免拉缸的情况，一般350～400小时就已经更换油封了。一台活塞2直径200mm的破碎锤，更换一次油封的费用大约在4000元左右，工作一天的收入在12000元左右，综合计算保养一次总费用(更换油封 误工费)在16000元左右，按照工作400小时更换油封计算，平均每个小时的成本为16000元/400小时＝40元。
50.而应用本发明的中缸体结构的液压破碎锤能有效的避免拉缸的情况，破碎锤可以使用600～1000小时(由于油封的寿命问题，1000小时为油封的寿命极限)，按照600小时进行保养更换油封计算，平均每小时的成本为16000元/600小时＝26.6元。综上对比，用户至少可以节省33％成本。
51.另外，在现有的技术中，破碎锤的中缸体1与活塞2出现“拉缸”情况时，往往通过镗缸进行处理，但中缸体1体积庞大、价格昂贵，再加上要求同心度与真圆度极高，导致镗缸费用非常高，且镗缸的中缸体1必须重新定制一根直径加大的活塞2作为配套使用，导致一台活塞直径200mm的破碎锤镗缸的费用在十几万元。并且，镗缸之后的油封必须为定制非标油封，标准油封无法正常使用，这也导致了镗缸后保养的成本会增加很多，且镗缸后的破碎锤的性能及稳定性无法与原厂生产的破碎锤相比。本发明从根本上缓解了”拉缸”的问题，尽量避免破碎锤的中缸体1内腔与活塞2出现相互碰撞产生拉伤的情况，且中缸体1中的活塞固定部3以及活塞定位部6上的c-peek材料可以通过高热处理的方式重新修复或结合，避免了中缸体1镗缸，同时又不需要更换活塞2，并且修复或结合后的中缸体1、活塞2与原厂设计值相同，对破碎锤的整体性能及稳定性没有任何影响，这大大的降低了后期的维护费用，保
证了旧锤具有与新锤一样的性能，产生了不可估量的经济效益。
52.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。