一种自适应智能液气压冲击破碎锤

摘要

本发明公开了一种自适应智能液气压冲击破碎锤，包括钎杆、钎杆往复导向定心机构、活塞往复机构、密闭氮气容积变化机构、光栅位置传感器、光栅信号处理装置和伺服驱动系统，光栅传感器由一个动尺和两个定尺构成，动尺安装在钎杆上并与钎杆同步往复运动；两个定尺沿钎杆进给方向固定在钎杆往复导向定心机构的导向套上，其中定尺A尺在上，定尺B尺在下，定尺A尺检测动尺进给和反弹经过定尺A检测点的时间，控制钎杆的打击速度和频率；定尺B尺上检测点控制钎杆进给的极限位置；光栅位置传感器与光栅信号处理装置连接，光栅信号处理装置与使钎杆根据被打击物体的硬度自适应改变打击物体的频率和速度的伺服驱动系统连接，本发明提高工具的使用效率。

权利要求

1.一种自适应智能液气压冲击破碎锤，包括钎杆（1）、钎杆往复导向定心机构（2）、活塞往复机构（3）和密闭氮气容积变化机构（4），钎杆（1）通过钎杆往复导向定心机构（2）与活塞往复机构（3）同轴定位，活塞往复机构（3）与密闭氮气容积变化机构（4）连接，其特征在于：该破碎锤设有光栅位置传感器（5）、光栅信号处理装置（6）和伺服驱动系统（7），光栅位置传感器（5）由一个动尺和两个定尺构成，动尺（51）安装在钎杆（1）上并与钎杆（1）同步往复运动；两个定尺沿钎杆（1）进给方向固定在钎杆往复导向定心机构（2）的导向套（21）上，其中定尺A（52）尺在上，定尺B（53）尺在下，定尺A尺检测动尺（51）进给和反弹经过定尺A检测点的时间，控制钎杆（1）的打击速度和频率；定尺B尺上检测点控制钎杆（1）进给的极限位置；

光栅位置传感器（5）与光栅信号处理装置（6）连接，光栅信号处理装置（6）与使钎杆（1）根据被打击物体的硬度自适应改变打击物体的频率和速度的伺服驱动系统（7）连接。

2.根据权利要求1所述的自适应智能液气压冲击破碎锤，其特征在于：伺服驱动系统（7）与活塞往复机构（3）中的主油缸（17）和辅助油缸（19）连接，并改变主油缸（17）和辅助油缸（19）的工作流量和压力。

说明书

一种自适应智能液气压冲击破碎锤

技术领域

[0001] 本发明涉及一种智能化工程机械，具体地说是一种自适应智能液气压冲击破碎锤。一定自适应能力冲击的破碎锤，可以根据被破碎物体的硬度输出不同的打击能量和频率。

背景技术

[0002] 破碎锤的功能是将大块或整体坚硬物体快速变成可以移动小块物体。道路、桥梁、高铁等建设是国家建设的基础工程，工程施工中往往需要拆除钢筋水泥建筑物，高速公路维修时需要清除原来的水泥及混合沥青路面，高铁建设施工中要遇山开山、遇河架桥，破碎锤是一种必不可少的施工工具。破碎锤一般安装在工程车辆上(如挖掘机)或专用机械上进行工作。破碎锤的工作效率在于钎杆冲击物体的动能和频率，动能越大越容易破坏物体。但是对于相对松软的物体可以使用较小的能量和较低的频率，而坚硬的物体(如硬岩石)需要更大的打击能量和更高的击打频率。传统的破碎锤击打速度和频率的变化必须通过人工操作，被打击物体的硬度只能通过外表观察和打击声音进行经验性判断，当遇到一块坚硬的物体时，往往经过几次判断、几次人工操作才能选用适合的打击速度和频率，造成工作效率低和能量的浪费。

发明内容

[0003] 为了使破碎锤能够根据被打击物硬度自适应调整活塞的撞击速度和频率，本发明提供一种自适应智能液气压冲击破碎锤，该破碎锤带有传感检测装置和液压伺服驱动系统，实现活塞撞击钎杆的冲击动能和频率随被打击物的硬度变化而变化，从而提高工具的使用效率，减小操作人员工作负担和劳动强度。

[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0005] 一种自适应智能液气压冲击破碎锤，包括钎杆、钎杆往复导向定心机构、活塞往复机构和密闭氮气容积变化机构，钎杆通过钎杆往复导向定心机构与活塞往复机构同轴定位，活塞往复机构与密闭氮气容积变化机构连接，其特征在于：该破碎锤设有光栅位置传感器、光栅信号处理装置和伺服驱动系统，光栅传感器由一个动尺和两个定尺构成，动尺安装在钎杆上并与钎杆同步往复运动；两个定尺沿钎杆进给方向固定在钎杆往复导向定心机构的导向套上，其中定尺A尺在上，定尺B尺在下，定尺A尺检测动尺进给和反弹经过定尺A检测点的时间，控制钎杆的打击速度和频率；定尺B尺上检测点控制钎杆进给的极限位置；光栅位置传感器与光栅信号处理装置连接，光栅信号处理装置与使钎杆根据被打击物体的硬度自适应改变打击物体的频率和速度的伺服驱动系统连接。

[0006] 本发明中，伺服驱动系统与活塞往复机构中的主油缸和辅助油缸连接，并改变主油缸和辅助油缸的工作流量和压力。

[0007] 本发明在传统破碎锤机构的基础上进行改进，增加光栅位置传感器、光栅信号处理装置和伺服驱动系统。在钎杆导向套上安装两个光栅定尺(A和B)，B在下，A在上。定尺B为允许钎杆的最大进给位置，当动尺进给到该位置时即可能产生空打现象，系统通过油压阻尼阻止钎杆继续进给而开始返回；定尺A用来记录动尺进给打击物体和被反弹经过定尺A所需的时间，时间越短证明被打击物越硬，此时可以通过控制系统自动加大钎杆下次的打击速度和击打频率，达到钎杆击打物体的速度和频率最佳要求。

[0008] 冲击活塞所在的主液压缸(17)及钎杆回退辅助液压缸(19)的工作流量和压力都是由伺服驱动系统控制。主液压缸在变量泵、伺服调速阀和伺服压力阀控制下改变流量和压力，从而改变活塞冲击钎杆的速度和频率；通过伺服换向阀准确指令活塞的进给时间，防止活塞空打钎杆；辅助液压缸在钎杆可能空打时及时通过伺服换向阀向缸内进油阻止钎杆的继续进给并产生回退运动到下次活塞进给可以撞击的位置。通过对主液压缸和辅助液压缸的伺服控制即可以避免钎杆空打也可以避免活塞空打现象发生。

[0009] 本发明带有传感检测装置和液压伺服驱动系统，实现活塞撞击钎杆的冲击动能和频率随被打击物的硬度变化而变化，从而提高工具的使用效率，减小操作人员工作负担和劳动强度。

附图说明

[0010] 图1是本发明的结构示意图；

[0011] 图2是本发明中光栅信号处理装置工作过程框图；

[0012] 图3是本发明中伺服驱动系统原理图。

[0013] 图中：1-钎杆、2-钎杆往复导向定心机构、3-活塞往复机构、4-密闭氮气容积变化机构、5-光栅位置传感器、6-光栅信号处理装置、17-主液压缸、18-可动挡块、19-钎杆回退辅助液压缸、21-导向套、27-活塞、51-动尺、52-定尺A、53-定尺B、7-伺服驱动系统、71-液压泵、72-第一单向阀、73-三位四通电磁换向阀、74-先导式溢流阀、75-第一二位二通电磁换向阀、76-直导式溢流阀、77-三位四通手动换向阀、78-第一溢流阀(背压阀)、79-第一调速阀、80-第二溢流阀、81-三位五通伺服阀、82-第二二位二通电磁换向阀、83-第三溢流阀、84-第二调速阀、85-压力继电器、86-压力表、87-储能器、88-第二单向阀、89第三单向阀、
90-二位换向阀、91-电液控制二位换向阀。

具体实施方式

[0014] 一种自适应智能液气压冲击破碎锤，见图1，包括钎杆1、钎杆往复导向定心机构2、活塞往复机构3、密闭氮气容积变化机构4、光栅位置传感器5、光栅信号处理装置6和伺服驱动系统7。钎杆通过钎杆往复导向定心机构与活塞往复机构同轴定位，活塞往复机构与密闭氮气容积变化机构连接。光栅传感器由一个动尺51和两个定尺(A和B)构成，动尺安装在钎杆上并与钎杆同步往复运动；两个定尺沿钎杆进给方向固定在钎杆往复导向定心机构的导向套21上，其中定尺A尺在上，定尺B尺在下，定尺A尺检测动尺进给和反弹经过定尺A检测点的时间，控制钎杆的打击速度和频率；定尺B尺上检测点控制钎杆进给的极限位置；光栅位置传感器与光栅信号处理装置连接，光栅信号处理装置与使钎杆根据被打击物体的硬度自适应改变打击物体的频率和速度的伺服驱动系统连接。伺服驱动系统与活塞往复机构中的主油缸17和辅助油缸19连接，并改变主油缸和辅助油缸的工作流量和压力。

[0015] 光栅传感检测的信号经光栅信号处理装置处理后可以控制伺服驱动系统，改变执行机构的运动速度和工作频率。光栅信号处理装置工作框图如图2所示，可以指令钎杆和活塞避免空打；在检测到高硬度被打击物时，通过变量泵和电液控伺服液压阀(图3中的换向阀、压力阀、调速阀等)增大油压和流量，提高冲击活塞的进给速度；钎杆进给的极限位置受传感器控制；钎杆回退到可以受到活塞撞击位置采用行程开关定位；活塞的进给压力和速度由传感系统指令伺服系统改变流量和调整压力阀确定，活塞的进给极限位置由行程开关控制，回程位置由传感系统指令伺服压力阀控制(坚硬的被打击物设定压力较高)。需要破碎坚硬物体时，传感系统指令变量泵和储能器增大系统流量，使活塞获得高的进给速度；当需要减少活塞进给速度时，通过节流调速阀减少系统流量，通过调压阀减压降低活塞进给压力。

[0016] 伺服驱动系统工作过程，见图3：

[0017] 活塞回退时主油缸17的下油腔进油口开，活塞向上移动，压缩上油腔和氮气室容积。此时从泵输出的液压油经过第一单向阀72、三位四通电磁换向阀73、第一调速阀79、三位四通手动换向阀77进入下油腔，其流量由液压泵71和第一调速阀79确定。当进油压力与上油腔压力(由第一溢流阀78设定)平衡时，完成活塞冲击的准备。当钎杆回退到达被撞击位置时，传感系统指令主油缸17上油腔进油，此时换向阀7换位接通，液压泵(变量泵)71根据传感系统指令按一定流量向主油路供油，液压油经换向阀77进入上油腔，可以控制储能器同时向上油腔注油，使上油腔流量增加，活塞27在大流量液压油推动和氮气膨胀爆炸力作用下获得很大的加速度，开始向钎杆1撞击，完成一次撞击动作。活塞撞击进给时，主油缸下腔进油口关闭，出油口打开，压力油经过三位五通伺服阀81和第二溢流阀80流回到油箱或注入储能器。活塞撞击钎杆时将触发压力继电器85工作，使上油腔所有进油口关闭，下油腔进油口打开使活塞停止运动后开始回退。

[0018] 钎杆在活塞的打击下加速向被破碎物冲击，此时辅助液压缸19下油腔出油口开，油路经电液控制二位换向阀91与油箱相通。钎杆撞击物体后回弹，当回弹到光栅动尺和定尺A重合时，电液控制二位换向阀91换位接通，主油路的液压油经过第一二位二通电磁换向75和电液控制二位换向阀91进入到辅助液压缸的下油腔，使钎杆继续向上回退直到碰撞到可动挡块18后关闭进油口，并保压使钎杆停止在预定的位置等待活塞的下一次撞击。如果由于定位距离不当，钎杆打击不到物体或物体松软不能使钎杆自动回弹，钎杆上的光栅动尺就会与定尺B重合，此时传感系统指令第一二位二通电磁换向75和电液控制二位换向阀
91处于接通状态，使液压缸19下油腔进油，迫使钎杆停止进给和迅速退回上移到活塞撞击的位置。同时传感系统发出指令减少主油缸17推动活塞打击钎杆的流量和压力。