工程机械专利信息之液压破碎锤篇

液压破碎锤,我国国家标准称之为液压冲击破碎器(hydraulicimpactbreaker)。液压破碎锤已成为液压挖掘机的一个重要作业工具,也可与挖掘装载机、轮式装载机、钢厂拆炉机、矿山碎石机等配套使用。由于其载体设备的多样性、工作的灵活性及其对劳动生产率的提高所发挥的有效作用,越来越受到矿山和施工部门的重视,已经被广泛应用于公路再建、市政拆除、矿山、采石、隧道、水下作业等工程建设领域。
1国内外发展概况
液压破碎锤的发展始于20世纪50年代。1963年德国KRUPP(克虏伯)公司第一个申请了液压震动设备专利,1967年生产出世界上第一台车载液压破碎锤,并且在汉诺威展览会上首次展出。随后许多公司在液压震动设备的发展、设计和测试方面
做了大量的投入,液压破碎锤得到了长足的发展。由于车载液压破碎锤可以高效地完成碎石、拆除、公路修补、冻土挖掘、二次破碎等艰苦工作,欧洲和美国的各种车载破碎锤纷纷面世,如ATLASCOPCO(阿特拉斯·科普柯)、Rammer(芬兰锐马)、MONTABERT(英格索兰的蒙特贝特)、INDECO等。1960日本Okada凿岩公司引进并生产了日本第一台车载气动破碎锤,随后日本的液压破碎锤的发展也开始起步,70年代日本的液压破碎锤发展起来,1973年甲南引进当时德国KRUPP(克虏伯)技术开始生产液压破碎锤,接着FURUKAWA(古河)、NPK、TOKU(东空)
等也相继推出液压破碎锤。80年代,韩国的破碎锤继日本之后有了长足的进步,1986年韩国水山重工推出了液压破碎
锤,并相继出现了很多品牌。现今,德国的KRUPP(克虏伯)、Rammer(芬兰锐马)、日本的FURUKAWA(古河)等公司的液压锤都已经过了多次的改进,更新换代了三、四次或五次,小的改进更是不断。ATLASCOPCO(阿特拉斯·科普柯)是世界液压破碎锤市场第一品牌,拥有毋庸质疑的权威技术,在全球115个国家和地区都有销售网络。目前全球液压破碎锤的主要生产厂家有60多家,按产地可分为欧美系、日系、韩系。具体包括:韩国GB(工兵)破碎锤、SB(水山)破碎锤、KOMAC(工马)破碎锤、SG(广林)破碎锤、KOORY(高力)破碎锤、DEMO(大模)破碎锤、S.J.(世进)破碎锤,美国的CAT(卡特彼勒)破碎锤、STANLEY(史丹利)破碎锤、MONTABERT(英格索兰的蒙特贝特)破碎锤,德国KRUPP
工程机械专利信息之篇
液压破碎锤天津职业大学逯彦红河北工业大学
孙建广
张润利
专栏
Column
(克虏伯)破碎锤,日本FURUKAWA(古河)破碎锤、KOMATSU(小松)破碎锤、TOKU(东空)破碎锤,芬兰的Rammer破碎锤等。
我国液压破碎锤的发展可概括为:起步不晚,发展缓慢。开发研制工作起于上世纪70年代,“六五”期间,已被列为重点科技项目,1984年已有液压锤研制项目通过了部级鉴定。从上个世纪80年代初至今,我国的许多单位参与了液压破碎锤产品的研制开发。科研单位有长沙矿山研究院、北京科技大学、中南工大等。制造厂有嘉兴冶金机械厂、宣化采掘机械厂、上海建筑机械厂、通化风动工具厂、长治液压件厂、沈阳风动工具厂、岳阳机床厂、哈尔滨液压机械厂、佛山纺织机械厂、马鞍山惊天公司、湖南山河公司等二十多个单位。有多种型号的液压锤通过技术鉴定。但时至今日,大多数厂家因为产品不能适销对路、质量差等问题,已停止了原来产品的生产。进入21世纪,随着我国基本建设与建筑业的发展,我国的建筑机械市场也大大发展了。作为液压挖掘机工作部件的液压破碎锤的市场需要量也迅速增加。沈阳风动工具厂与日本古河公司生产日本古河G系列液压锤,马鞍山惊天公司、湖南山河在21世纪初开始生产自己商标的液压锤。但国内的液压破碎锤品种、质量与数量都无法满足市场需要,因此大量国外液压锤进入中国市场。德国、芬兰、美国、意大利、加拿大、日本和韩国的液压锤都可以在
市场上见到,其中以韩国液压破碎锤的数量为最多。国内出现了许多液压破碎锤销售商,北京、上海、广州、天津和深圳
等大城市都有十几家甚至几十家
销售商。绝大多数经销国外品牌,
而我国自己的品牌的生产却很
少,只有寥寥数家,国产液压锤的
品种、质量都与国外液压锤有较
大差距,市场占有率很低。目前,
国内主要厂商有湖南山河智能、
马鞍山惊天、山西长治等。
据分析,日本的挖掘机60%
挂液压破碎锤,韩国的比例是
80%,预测中国的比例将为30~
40%,而目前中国只有5~10%的
挖掘机挂了液压破碎锤。所以,未
来的市场容量还将有15~25%的
空间,况且,液压锤不止与挖掘机
配套。这对国内的液压破碎锤厂
家将是个巨大商机,商机不可失,
国内的企业应抓住这一产品市场
大发展的机会,精心制造,不断创
新,扩大销售,夺回国内市场,甚
至出口到国外。
2结构形式
液压破碎锤将控制阀、执行
器、蓄能器等元件集于一身,控制
阀与执行器相互反馈控制,自动
完成活塞的往复运动,将液体、气
体压力能转化为活塞的冲击能,
最后打击钎杆,将能量传递给钎
杆,钎杆在获得冲击能后便可达
到将工作对象破碎的目的。目前
市场上的液压破碎锤的活塞回程
运动都是靠液压作用力完成的,
可根据冲程时作用力的来源不同
将液压锤分为氮爆锤、全液锤与
气液锤三种类型。
2.1氮爆锤
氮气爆发式液压锤简称氮爆
锤,氮爆锤的活塞顶部设置有氮
气室,活塞上腔常通回油,活塞下
腔由控制阀进行切换,回程时通
高压油,冲程时通回油。活塞回程
运动时,高压油进入活塞下腔,推
动活塞上移,同时活塞顶部压缩
氮气室里的氮气,氮气压力上升,
液压能转换为气压能而被存储。
活塞冲程时,下腔的油路已被切
换,从接通高压油转换为接通回
油,氮气压力作用于活塞顶部,氮
气膨胀作功,同时氮气压力下降,
此时已获得足够能量的活塞打击
钎杆,完成冲击动作。
氮爆锤的优点是活塞形状简
单,刚体结构简单没有纵向的孔
道,加工工艺性好,不设置高压隔
膜蓄能器,减少了加工成本。但氮
爆锤的缺点也是显而易见的。从
工作原理上讲,在活塞冲程阶段,
油泵的供油是无路可走的,此时
的高压油只能由胶管膨胀来吸收
或从高压溢流阀溢出,必然造成
液压系统的压力冲击,对油泵、管
路造成不利影响,同时引起系统
发热。氮爆锤的活塞冲击动作完
全靠氮气膨胀实现,为了达到一
定的冲击能以满足破碎作业的需
要,必然要求氮气充气压力较高,
一般大于2MPa。液压锤开始工
作前,挖掘机必须将液压锤压紧,
否则液压锤不能启动,而较高的
氮气室充气压力,必然造成挖掘
机下压困难,甚至使挖掘机机身
抬起,一旦启动后,挖掘机又落
下,造成震动,对挖掘机有损害。
氮爆式液压锤的上述缺点限制了
它的使用范围,对小型液压锤,这
些缺点的影响尚不明显,而对大
型液压锤,这些缺点的影响是严
重的。生产厂家主要有韩国的水
山、高力、工马、大模,日本的东
空,美国的史丹利,国内有湖南山
河、山西长治等。
2.2全液锤
全液压作用式液压锤简称全液锤,活塞前腔常通高压油,后腔接通回油,在前腔压力油作用下,活塞回程,当回程到一定位置时,反馈至三通阀,后腔接通高压油,此时前后腔皆为高压油。但因活塞后端面积大于前端面积,活塞为冲程。获得足够能量的活塞打击钎杆,完成冲击动作。活塞的回程运动和冲程运动皆为液压力的作用,为全液压作用式。
全液锤的活塞顶部不设氮气室,因此液压锤启动前所需的挖掘机的下压力最小,仅靠液压锤自身的重量就够了。全液锤的活塞冲程中,活塞后腔所需的流量很大,系统供油不能满足冲程时的流量需要,所以一般需在锤体上设置高压蓄能器,以补充活塞冲程时的峰值流量。全液锤在回程运动时,因为没有氮气
室的阻力,因此活塞回程速度较快。高压蓄能器、顺序阀的设置,使得全液压锤的结构较为复杂,加工难度也较大。克虏伯的破碎锤就是全液压作功的典型代表,还包括美国卡特彼勒破碎锤、美国蒙特贝特破碎锤、芬兰锐马破碎锤等。
2.3气液锤
氮气液压联合作用式液压锤,简称气液锤,它在冲程过程中,既有活塞后端的高压氮气作用于活塞,同时活塞后腔还有高压油的作用,活塞在高压氮气和高压油的联合作用下作快速冲程运动,因而这种结构的破碎锤一般都具有较大的冲击能。
活塞与钎杆在完成上一次冲击后,压油经过配流阀进入到活塞前腔,活塞后腔此时通回油,因而活塞在前腔压油的作用下开始作回程运动。活塞压缩尾部氮气,储存能量,当活塞运动到一定位
置后,活塞的一个台肩面将打开
冲程反馈孔,压油将通过此反馈
孔使配流阀快速换向,从而再次
切换油路,此时压油将同时进入
到活塞的前腔和后腔,活塞的后
腔压油作用面积要大于前腔的压
油作用面积,同时活塞尾部的氮
气室压力也升高了,活塞在后腔
油压和氮气压力作用下进入冲击
阶段,在很短的时间内,活塞将完
成冲程运动,最后打击钎杆,将能
量传递给钎杆。
气液锤的活塞顶部设有氮气
室,氮气室充气压力比氮爆式小,
一般小于1.6MPa。小型气液锤不
设置隔膜式高压蓄能器,而大中
型液压锤一般要设置隔膜式高压
蓄能器,气液锤综合了氮爆锤与
全液锤优点。现在市场上这种结
构的破碎锤主要是韩国的产品,
它们有韩国的世进、广林、工兵,
日本古河,中国惊天等。
3附属装置
3.1变频装置
变频装置使液压锤运行更合
理、更完美,同时使操作更加简
便,可分为手动与自动。根据作业
对象的不同,采用不同的冲击频
率和冲击能,可提高能量的利用
率和生产效率。
3.2自动润滑装置
自动润滑装置装在液压锤的
外壳上,操作极其简便,并使润滑
油的消耗量最经济。
3.3低噪音结构设计
液压锤锤体与外壳之间填有
隔音材料,实现了锤体与外壳之
间的无声接触。超静音结构大大
降低了液压锤的工作噪音。
3.4防尘装置
在前缸套中,装有特殊的防
尘装置,能够有效地防止灰尘进
入锤体,提高了内部耐磨衬套的
使用寿命。前后端罩备有空气过
滤器及空气防逆阀,能减低活塞
运动时引起的抽气作用,发挥自
动防尘的功效。外界环境粉尘控
制可通过在破碎锤壳体前端装
上一个水雾化喷头来实现,从高
压泵来的高压水经过喷头雾化
喷射到工作对象上,因而可以有
效地控制在破碎过程中产生的
灰尘,既保护了环境,又改善了
工作条件。
3.5减振系统
整个锤体悬置于带预应力的
弹性橡胶块上,防止了破碎锤在
工作过程中对承载机械的损害。
内置能量回收阀,能够有效地减
低振动,增大冲击功。
3.6特殊的耐磨材料
在承受高应力的部位采用了
高标准的抗磨损材料,提高缸套
的使用寿命,特殊材料制成的钎
杆,经过特殊的热处理工艺,使性
能提高,可靠性增加。
3.7隧道和水下作业装置
在加装注气和自动注黄油润
滑装置和相关管路后,可在水中
或隧道中作业。
另外,活塞空打防护装置能
够有效地防止和解决空打问题。
安装标准的安全阀,如果操作压
力超出,安全阀会自动启动,保护
破碎机免受损坏。
4两种典型产品
4.1惊天GT80液压破碎锤
马鞍山惊天液压破碎锤采用
计算机仿真设计,结构简单,易维
专栏Column
护,具有超强打击力。防尘结构可以有效地防止外界灰尘对系统的污染。精选优质合金钢,经特定热处
理后制作的钎杆具有优良的综合机械性能,不但强度高,而且具有高冲击韧性,既耐磨又不易折断、崩顶、炸裂;同时该机还可实现不同工况的变频打击。主要技术参数:钎杆直径:135mm,主机质量:854kg,工作压力:16~18MPa,冲击频率:400~800bpm,适配挖掘机:18~23t。
4.2阿特拉斯·科普柯SBC850液压破碎锤
阿特拉斯·科普柯SBC系列轻型液压破碎锤为整体式制造,使破碎锤更加坚固,能够从容面对恶劣的工作条件,坚固的机身不需要侧栓。由于采用整体铸件,阀、液压缸、前头和破碎锤机座不再是以独立部件的形式出现,而是作为整体部件的组成部分,使得整机的重量减轻了不少,提高了设备的机动性。该机的钎杆选用优质镍铬合金制造,精确成型,回火硬化,具有较好的耐磨性。为了进一步延长使用寿命,工具头经锻造而成。主要技术参数:钎杆直径:95mm,质量:419kg,工作压力:10~15MPa,冲击频率:390~900bpm,适配挖掘机:6~10t。
5国内产品发展趋势
5.1提高稳定性、质量和性能
由于破碎锤工作的环境比较复杂,而且有时需要全天候工作,因此破碎锤必须具有很高的稳定性、质量和性能,否则因破碎锤无法正常工作导致误工,会
造成很大的损失,同时也将造成
破碎锤载体的闲置。随着中国液
压破碎锤市场竞争越来越激烈
和国内破碎锤用户及代理商越
来越成熟,破碎锤的价格在用户
选择破碎锤时所占的比重也在
逐渐下降,而破碎锤的稳定性、
质量、性能及售后服务越来越受
到关注。当前需要解决的主要问
题包括:
①气蚀问题
在破碎锤作业过程中作用
到破碎锤上的打击压力非常大,
当量有几十吨,巨大的打击力不
断作用到钎杆上,如果衬套磨
损,钎杆会形成一个偏角,在这
种情况下活塞以10m/s的速度
打击到钎杆表面上,会造成活塞
弯曲进而产生振动和摇晃,这样
就有可能造成活塞卡住的问题。
与此同时,在活塞卡住的一瞬间
突然停止运动会造成活塞表面
的密封油柱运动破裂,产生零油
压,使液压油不断蒸发。如果设
计时没有充分考虑到这一点,最
终高压会造成蒸发的液压油爆
炸而产生气蚀,使活塞受到损
坏。
②钎杆强度、韧性问题
每一次打击,钎杆都会受到
几种不同力,如活塞向下的打击
力、破碎物体的反作用力、衬套
作用力等,这些力数值大且频繁
变化,所以制造钎杆要选用好的
材质、精良的加工技术和热处理
工艺,保证钎杆的强度和韧性。
③衬套和钎杆的摩擦力
问题
衬套和钎杆的摩擦力既不
能太小也不能过大,摩擦力过大
或过小都会影响钎杆的使用寿
命。为了解决这个摩擦力问题,
润滑就显得十分重要,发展方向
是采用自动润滑系统。
④联结架的问题
联结架通常是一个焊接结
构,破碎锤的巨大振动和平衡载
体大臂的力使得焊缝需要承受
巨大的力。为了减少振动,破碎
锤与联结架要采用弹性连接,然
而,如果破碎锤与载体连接得不
够紧密,破碎锤比较松弛,不仅
会造成破碎锤使用寿命缩短,而
且会降低破碎锤的打击稳定性。
5.2功能多样化、结构柔
性化
为了适用现代施工要求,液
压破碎锤已经从功能单一的破
碎设备发展到具有多种附加功
能的多功能破碎设备。有些液压
破碎锤同时具备陆上和水下作
业功能;有的具有噪声和粉尘控
制功能,成为典型的环保型产
品;有的具有自动润滑功能;有
的具有防空打功能,从而具备了
很高的可靠性。现代破碎锤功能
的多样化,正是通过其结构配置
的柔性化来实现的。以上多种附
加功能,可以通过选购相应的功
能装置来进行配置,因而使液压
破碎锤在功能上也具有了很大
的柔性。
5.3智能化
随着液压技术、电子技术、
控制技术在工程机械上的不断
应用和发展,液压破碎锤也向着
智能化方向发展。通过液压控制
技术和电子控制技术,破碎锤能
够根据作业对象的不同,自动调
节冲击能和冲击频率。实现自动
调频调能是液压破碎锤技术上
的一个重大突破,也是其性能提
升和发展的重要方向。
公开专利说明书
序号专利号专利名称申请人地区100215475.7一种多头破碎锤于连智山东2200410060211.0破碎锤钎杆制造方法华远善河南3200420026137.6工程车用液压破碎锤夏海峰浙江4200480027035.9具有直线导向手柄装置的破碎锤和/或钻孔锤威克建设设备有限公司德国5200510040293.7分裂机、液压破碎锤联合采矿掘进方法马鞍山市惊天液压机械制造有限公司安徽6200520016150.8液压锤马六成北京7200520060069.X破碎锤的防尘装置双牛(厦门)机械有限公司福建8200520086137.X液压破
碎锤设有止退环的上导向套张书来山东9200520140265.8液压锤缸套徐州市八达公路工程机械设施制造厂江苏10200530081105.6液压破碎锤(装载机)侯学武江苏11200620024177.6液压破碎锤导向装置山东金岭铁矿山东12200620024181.2液压破碎锤稳压装置山东金岭铁矿山东13200620050835.9一种用于控制氮爆式液压破碎锤的套阀中南大学;湖南山河智能机械股份有限公司湖南14200620050836.3一种套阀控制氮爆式液压破碎锤中南大学;湖南山河智能机械股份有限公司湖南15200620085179.6具有打桩功能的破碎锤王永才山东16200620094976.0双活塞液压破碎锤姚小林湖北17200630121027.2破碎锤机头(前缸体)夏海峰浙江1893235954.X液压锤哈尔滨工业大学黑龙江1994246085.5小型液压锤蔡河山北京2096220389.0液压锤王革;王继海黑龙江2196247456.8液压锤哈尔滨天鹅液压设备厂黑龙江2298238909.4液压锤张秀峰黑龙江公开专利说明书
序号专利号名称发明人
1D457,534Hydraulicbreaker液压破碎器Kim;KyoungHo(Kyungki-do,KR)
27,152,692Hydraulichammerhavingasealingbushing装有密封轴衬的液压锤Hurskainen;Arvo(Lahti,FI)
37,124,838Grippingassemblyforimpacthammer冲击锤夹具Stewart;BillyM.(Spokane,WA)
46,510,904Protectedtoolbushingforanimpacthammer冲击锤保护轴衬Tyrrell;DanielE.(Ravenna,OH)
56,491,114Slowstartcontrolforahydraulichammer液压锤缓起动控制Webel;RogerA.(Copley,OH)
66,119,795Hydraulichammerhavingimprovedsealring附有增强密封圈的液压
Lee;Gun-jik(Incheon,KR)
76,095,257Hydraulichammerhavingbufferassembly附有缓冲装置的液压锤Lee;Gun-jik(Incheon,KR)
85,944,120Hydraulichammerassemblyhavinglowvibrationcharacteristics低震
液压锤
Barden;WilliamMark(Raleigh,NC)
95,755,294Abrasion-resistanthydraulichammerwithlownoiselevel低噪音抗磨
损液压锤
Lee;Gun-jik(Incheon,KR)
105,718,297Hydraulicimpacthammer液压冲击破碎器Weber;Emil(Kilchberg-Zuerich,CH)115,419,404Hydraulicimpacthammer液压冲击破碎器Niemi;Ilkka(Hollola,FI)
125,370,193Hydraulicimpacthammer液压冲击破碎器Sippus;Timmo(Lahti,FI)
135,325,929Hydraulicimpacthammer液压冲击破碎器Sippus;Timmo(Hollola,FI)
145,134,989Hydraulicbreaker液压破碎器Akahane;Ieto(Matsumoto,JP)
155,065,824Hydraulicallypoweredrepetitiveimpacthammer液压驱动冲击锤Ottestad;JackB.(LaJolla,CA)
164,736,805Hydraulicbreakerwithhighpressurewaterattachment附有高压水装
置的液压破碎器
Shook;ForrestA.(Fenton,MI)
专栏Column

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