本發(fā)明涉及沖擊器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種閥套式無氣墊高性能氣動(dòng)沖擊器。

背景技術(shù)：

氣動(dòng)沖擊器是快速鉆鑿硬巖的一種有效的鉆鑿工具，在巖土工程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。但在工程使用中，使用氣動(dòng)沖擊器鉆鑿硬巖時(shí)，燃料消耗大，施工成本高。最早氣動(dòng)沖擊器是采用有閥式結(jié)構(gòu)，由于閥式?jīng)_擊器，配氣時(shí)存在氣路“短路”問題，耗氣量大、能量轉(zhuǎn)換率低，燃料消耗、施工成本問題十分突出，已逐步退出市場，隨著技術(shù)的進(jìn)步氣動(dòng)沖擊器現(xiàn)已廣泛的采用了無閥式的配氣結(jié)構(gòu)，無閥氣動(dòng)沖擊器與過去閥式氣動(dòng)沖擊器相比，克服了閥式氣動(dòng)沖擊器的缺陷，同時(shí)充分利用了氣體膨脹做功，在一定程度上降低了燃料消耗和施工成本，能量轉(zhuǎn)換率也得到了提高，但至今為止氣動(dòng)沖擊器的能量轉(zhuǎn)換率一直徘徊在20％-30％左右；最近市場上推出一種氣動(dòng)沖擊器，簡稱“快沖”較其他氣動(dòng)沖擊器相比，由于其沖擊頻率的提高，表現(xiàn)出較高的鉆進(jìn)效率，這種“快沖”是組合優(yōu)化了沖擊器活塞質(zhì)量，工作行程、上下作用面積等設(shè)計(jì)的參數(shù)，以提高沖擊頻率為目標(biāo)，擬定一種更適合提高鉆進(jìn)速度的工況點(diǎn)而設(shè)計(jì)的一種氣動(dòng)沖擊器，僅在結(jié)構(gòu)上去掉了尾管，但這種“快沖”是基于高壓氣動(dòng)沖擊器基礎(chǔ)上，通過適當(dāng)降低沖擊器的單次沖擊功，實(shí)現(xiàn)提高沖擊頻率的，雖然其鉆鑿效率較高，但氣動(dòng)沖擊器的能量轉(zhuǎn)換率沒有明顯的提高。

發(fā)明者通過對(duì)氣動(dòng)沖擊器工作機(jī)理的深入研究，認(rèn)為氣動(dòng)沖擊器的前腔的進(jìn)氣行程對(duì)氣動(dòng)沖擊器的性能有著很大的影響，直接關(guān)系著氣動(dòng)沖擊器的能量轉(zhuǎn)換率，特別是活塞沖程階段，當(dāng)活塞由后止點(diǎn)開始向前做加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)歷過后腔進(jìn)氣做功和膨脹做功過程的加速階段后，沖擊器前腔進(jìn)氣，活塞開始做減速運(yùn)動(dòng)階段，活塞運(yùn)動(dòng)速度在前腔壓力作用下速度不斷降低，直至活塞作用在鉆頭上，完成一次沖擊過程，活塞在沖程階段的運(yùn)動(dòng)是先加速后減速，前腔的進(jìn)氣行程越大，對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)的減速影響越大，也就是說沖擊器活塞在沖程階段加速運(yùn)動(dòng)后，在活塞還沒有撞擊鉆頭上時(shí)，由于換向配氣的需要，壓縮空氣已經(jīng)進(jìn)入沖擊器前腔，形成了一種所謂的“氣墊”，為了抵消前腔進(jìn)氣對(duì)活塞的減速影響，確保足夠大的的單次沖擊功，無閥氣動(dòng)沖擊器活塞的運(yùn)動(dòng)行程設(shè)計(jì)較長，這樣必然導(dǎo)致氣動(dòng)沖擊頻率相對(duì)較低，目前在現(xiàn)有技術(shù)上尚無法消除“氣墊”對(duì)沖擊器的性能影響，以提高沖擊器的能量轉(zhuǎn)換率，進(jìn)而提高鉆鑿的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種閥套式無氣墊高性能氣動(dòng)沖擊器，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種閥套式無氣墊高性能氣動(dòng)沖擊器；包括上接頭、第一密封圈、逆止閥相關(guān)組件、外管、中心配氣桿相關(guān)組件、活塞和鉆頭相關(guān)組件，所述外管的后端螺紋連接有上接頭，所述外管的前端設(shè)置有沖擊鉆頭，所述外管的內(nèi)腔從后至前依次安裝有逆止閥相關(guān)組件、中心配氣桿相關(guān)組件和活塞；

所述逆止閥相關(guān)組件包括逆止閥、逆止閥異形密封蓋、彈簧和逆止閥座，所述逆止閥座固定設(shè)置在外管的內(nèi)腔后端，所述逆止閥座的后端內(nèi)孔中具有彈簧、逆止閥和逆止閥異形密封蓋；

所述中心配氣桿相關(guān)組件包括中心配氣桿、第二密封圈、擋簧、固定銷、配氣閥、半圓卡鍵、固定套、彈性擋圈，所述中心配氣桿的后端外表面通過擋簧與外管相固定，所述中心配氣桿的后端定位外表面嵌入安裝有第二密封圈，所述中心配氣桿的前端配氣桿安裝有固定銷，所述中心配氣桿的前端配氣桿卡接有半圓卡鍵和彈性擋圈，固定套套接在半圓卡鍵上，彈性擋圈位于固定套的前側(cè)，分別通過固定銷、半圓卡鍵、固定套和彈性擋圈，將配氣閥活動(dòng)設(shè)置在中心配氣桿前端的配氣桿上，并置入活塞后端的內(nèi)孔中；

所述鉆頭相關(guān)組件包括尾管、第二擋簧、保持套、半圓卡、第三密封圈、花鍵套和沖擊鉆頭；所述沖擊鉆頭的外側(cè)壁套接有花鍵套，所述花鍵套的外側(cè)壁與外管的前端螺紋固定連接，所述活塞與沖擊鉆頭接觸處設(shè)有尾管，所述沖擊鉆頭的外側(cè)壁的后端套接有保持套，所述保持套的外側(cè)壁的后端套接有第二擋簧，所述保持套的前端和花鍵套后端間設(shè)有半圓卡鍵，所述半圓卡鍵上套有第三密封圈；

所述的中心配氣桿的中心開有中心進(jìn)氣通道，后端有后端外表面與后端定位外表面，前端為前端配氣桿，前端配氣桿處沿圓周布置有若干進(jìn)氣長圓孔；

所述活動(dòng)配氣閥為一套筒類結(jié)構(gòu)，開設(shè)有周向均布的進(jìn)氣長圓孔，外圓周后端為配氣閥的后端控制面，中部有一內(nèi)臺(tái)階控制面，所述活動(dòng)配氣閥的外圓周的前端為配氣閥的前端控制面；

所述活塞的內(nèi)腔后端開設(shè)有配氣槽，所述配氣槽的后端一體成型有后臺(tái)階面，所述配氣槽的前端一體成型有前臺(tái)階面，所述活塞的中部開設(shè)有前腔進(jìn)氣斜向通道和后腔排氣斜向通道；

本發(fā)明其工作壓力不僅適用于低壓0.5mpa-0.7mpa，也適用于中高壓沖擊器0.7mpa-3.5mpa；

本發(fā)明的的結(jié)構(gòu)不僅適用于有尾管的沖擊器，也適用于無尾管的沖擊器。

本發(fā)明的工作原理和過程：

沖擊器活塞回程階段：

沖擊器啟動(dòng)時(shí)，活塞的初始位置位于最前端前止點(diǎn)，配氣閥也在其最前端前止點(diǎn)的位置，沖擊器后腔與沖擊器排氣通道相連，此時(shí)活塞的配氣槽的前臺(tái)階面與配氣閥的前端控制面相互錯(cuò)開少許，沖擊器的進(jìn)氣經(jīng)由中心配氣桿，配氣閥、配氣槽進(jìn)入到活塞的中心腔，再經(jīng)由活塞的前腔進(jìn)氣斜向通道進(jìn)入前腔，進(jìn)入活塞中心腔和進(jìn)入前腔的壓縮空氣分別作用在配氣閥前端控制面和活塞的前端面，由于配氣閥質(zhì)量輕，所以先于活塞向后運(yùn)動(dòng)，直至移動(dòng)至其最后端后止點(diǎn)，這時(shí)活塞的配氣槽的前臺(tái)階面與配氣閥的前端控制面錯(cuò)開的距離加大，沖擊器的前腔進(jìn)氣行程便由此錯(cuò)開的距離決定，在此行程范圍內(nèi)活塞在壓縮空氣的作用下，向后運(yùn)動(dòng)，完成了前腔進(jìn)氣的做功過程；

活塞在該行程內(nèi)運(yùn)動(dòng)至行程末端時(shí)，活塞的配氣槽的前臺(tái)階面與配氣閥的前端控制面相互錯(cuò)開距離越來越小直至關(guān)閉，這時(shí)活塞中心腔、沖擊器前腔的壓縮氣體與沖擊器進(jìn)氣隔離，但依然是高壓壓縮氣體，活塞在氣體壓力的作用下繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，直至前腔與排氣通道連通，這個(gè)過程是沖擊器回程階段的膨脹做功行程，在這個(gè)行程里，配氣閥的前端控制面一直存在著壓縮氣體，所以一直位于配氣閥的后止點(diǎn)邊的位置，隨著活塞繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，活塞中心腔通過前腔進(jìn)氣斜向通道與外管內(nèi)孔設(shè)置的排氣環(huán)槽相連，活塞中心腔壓力變低，作用在配氣閥前端控制面的作用力消失，這時(shí)配氣閥由于有高壓氣體始終作用在中間控制端面，配氣閥便迅速的由后止點(diǎn)向前止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞繼續(xù)后行運(yùn)動(dòng)，活塞前腔內(nèi)孔與尾管的配合連接脫離，前腔連通低壓端，活塞在慣性力的作用下繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞配氣槽的后臺(tái)階面越過配氣閥的后端控制面時(shí)，壓縮氣體開始進(jìn)入活塞的后腔，活塞在后腔壓力的作用下減速運(yùn)動(dòng)，直至后止點(diǎn)，速度降為零；

沖擊器活塞沖程階段：

活塞運(yùn)動(dòng)至后止點(diǎn)后，活塞在后腔壓縮氣體壓力作用下，活塞開始向前做加速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)活塞完成的是進(jìn)氣做功過程；當(dāng)活塞繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞的配氣槽的后臺(tái)階面隨活塞向前運(yùn)動(dòng)越過配氣閥的后端控制面，活塞后腔與進(jìn)氣通道切斷，但活塞在后腔高壓壓縮氣體的作用下繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，完成膨脹做功過程，而前腔由于活塞的向前運(yùn)動(dòng)，活塞前部內(nèi)孔與尾管重新結(jié)合，前腔被封閉起來，隨著活塞的向前運(yùn)動(dòng)，前腔內(nèi)部的低壓空氣被壓縮，當(dāng)活塞完成膨脹做功時(shí)，活塞后腔與外管后部排氣環(huán)槽相通，后腔的工作壓力變成低壓，活塞在慣性力的作用下依然向前運(yùn)動(dòng)，壓縮前腔的低壓氣體，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)將撞擊至鉆頭端面時(shí)，活塞配氣槽的前臺(tái)階面，越過配氣閥的前端控制面，相互之間錯(cuò)開一條縫隙，沖擊器進(jìn)氣通過該縫隙進(jìn)入活塞中心腔，再通過前腔進(jìn)氣斜向通道進(jìn)入前腔，與此同時(shí)活塞撞擊鉆頭端面完成一次沖擊，周而復(fù)始，往復(fù)循環(huán)；

在活塞的沖程階段，通過配氣閥的作用，當(dāng)活塞即將撞擊鉆頭端面時(shí)，壓縮氣體才開始進(jìn)入活塞前腔；而在活塞的回程階段，由于配氣閥先于活塞運(yùn)動(dòng)至后止點(diǎn)，活塞配氣槽的前臺(tái)階面與配氣閥的前端控制面錯(cuò)開，該錯(cuò)開的距離構(gòu)成了活塞回程階段的前腔進(jìn)氣行程，確保了前腔的進(jìn)氣要求。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種閥套式無氣墊高性能氣動(dòng)沖擊器，在氣動(dòng)沖擊器中心配氣桿處設(shè)置一配氣閥，通過控制配氣閥的開啟和往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大幅度的減少如上所述的前腔進(jìn)氣行程，也就是實(shí)現(xiàn)，在活塞向下運(yùn)動(dòng)沖程的階段，大幅度的減少前腔進(jìn)氣導(dǎo)致的減速過程，而在活塞回程階段，活塞前腔又能有足夠的壓縮氣體進(jìn)入；實(shí)質(zhì)上，就是讓配氣閥使得活塞的前腔進(jìn)氣行程是變化的，即活塞沖程階段變小，回程階段變大，由于大幅度的減少了活塞沖程階段前腔的進(jìn)氣行程，使得活塞的沖程階段的加速運(yùn)動(dòng)時(shí)間占比大幅增加，沖擊器工作活塞工作行程可以縮短，就可以獲得足夠大的單次沖擊功，在氣動(dòng)沖擊器同規(guī)格，使用相同的氣源壓力和風(fēng)量，輸出單次沖擊功保持不變的條件下，會(huì)顯著的提高氣動(dòng)沖擊器的沖擊頻率，提高氣動(dòng)沖擊器的能量轉(zhuǎn)換率，鉆鑿效率也會(huì)大幅度的提高，能耗將顯著的下降。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2被本發(fā)明結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)放大示意圖。

圖3為本發(fā)明中中心配氣桿結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明中配氣閥結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明中活塞剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案；一種閥套式無氣墊高性能氣動(dòng)沖擊器，包括上接頭1、第一密封圈4、逆止閥組件、外管7、中心配氣桿相關(guān)組件、活塞16和鉆頭相關(guān)組件，所述外管7的后端螺紋連接有上接頭1，所述外管7的前端設(shè)置有鉆頭23，所述外管7的內(nèi)腔從后至前依次安裝有逆止閥相關(guān)組件、中心配氣桿相關(guān)組件和活塞16；

所述逆止閥相關(guān)組件包括逆止閥3、逆止閥異形密封蓋2、彈簧5和逆止閥座6，所述逆止閥座6固定設(shè)置在外管7的內(nèi)腔后端，所述逆止閥座6的后端內(nèi)孔中具有彈簧5、逆止閥3和逆止閥異形密封蓋2；

所述中心配氣桿相關(guān)組件包括中心配氣桿10、第二密封圈8、擋簧9、固定銷12、配氣閥11、半圓卡鍵13、固定套14、彈性擋圈15，所述中心配氣桿10的后端外表面102通過擋簧9與外管7相固定，所述中心配氣桿10的后端定位外表面101嵌入安裝有第二密封圈8，所述中心配氣桿10的前端配氣桿104安裝有固定銷12，所述中心配氣桿10的前端配氣桿104卡接有半圓卡鍵13和彈性擋圈15，固定套14套接在半圓卡鍵13上，彈性擋圈15位于固定套14的前側(cè)，分別通過固定銷12、半圓卡鍵13、固定套14和彈性擋圈15，將配氣閥11活動(dòng)設(shè)置在中心配氣桿10前端的配氣桿上，并置入活塞16后端的內(nèi)孔中；

所述鉆頭相關(guān)組件包括尾管17、第二擋簧18、保持套19、半圓卡20、第三密封圈21、花鍵套22和沖擊鉆頭23；所述沖擊鉆頭23的外側(cè)壁套接有花鍵套22，所述花鍵套22的外側(cè)壁與外管7的前端螺紋固定連接，所述活塞16與沖擊鉆頭23接觸處設(shè)有尾管17，所述沖擊鉆頭23的外側(cè)壁的后端套接有保持套19，所述保持套19的外側(cè)壁的后端套接有第二擋簧18，所述保持套19的前端和花鍵套22后端間設(shè)有半圓卡鍵20，所述半圓卡鍵20上套有第三密封圈21；

所述的中心配氣桿10的中心開有中心進(jìn)氣通道103，后端有后端外表面102與后端定位外表面101，前端為前端配氣桿104，前端配氣桿處沿圓周布置有若干進(jìn)氣長圓孔105；

所述活動(dòng)配氣閥11為一套筒類結(jié)構(gòu)，開設(shè)有周向均布的進(jìn)氣長圓孔，外圓周后端為配氣閥的后端控制面111，中部有一內(nèi)臺(tái)階控制面112，所述活動(dòng)配氣閥的外圓周的前端為配氣閥的前端控制面113；

所述活塞16的內(nèi)腔后端開設(shè)有配氣槽162，所述配氣槽的后端一體成型有后臺(tái)階面163，所述配氣槽的前端一體成型有前臺(tái)階面164，所述活塞的中部開設(shè)有前腔進(jìn)氣斜向通道165和后腔排氣斜向通道166。

本發(fā)明的工作原理和過程：

請(qǐng)參閱圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示

沖擊器活塞16回程階段：

沖擊器啟動(dòng)時(shí)，活塞16的初始位置位于最前端前止點(diǎn)，配氣閥11也在其最前端前止點(diǎn)的位置，沖擊器后腔a與沖擊器排氣通道相連，此時(shí)活塞16的配氣槽162的前臺(tái)階面164與配氣閥11的前端控制面113相互錯(cuò)開少許，沖擊器的進(jìn)氣經(jīng)由中心配氣桿10，配氣閥11、配氣槽162進(jìn)入到活塞16的中心腔b，再經(jīng)由活塞16的前腔進(jìn)氣斜向通道165進(jìn)入前腔c，進(jìn)入中心腔b和進(jìn)入前腔c的壓縮空氣分別作用在配氣閥11前端控制面113和活塞16的前端面，由于配氣閥11質(zhì)量輕，所以先于活塞16向后運(yùn)動(dòng)，直至移動(dòng)至其最后端后止點(diǎn)，這時(shí)活塞16的配氣槽162的前臺(tái)階面164與配氣閥11的前端控制面113錯(cuò)開的距離加大，沖擊器的前腔c進(jìn)氣行程便由此錯(cuò)開的距離決定，在此行程范圍內(nèi)活塞16在壓縮空氣的作用下，向后運(yùn)動(dòng)，完成了前腔c進(jìn)氣的做功過程；

活塞16在該行程內(nèi)運(yùn)動(dòng)至行程末端時(shí)，活塞16的配氣槽162的前臺(tái)階面164與配氣閥11的前端控制面113相互錯(cuò)開距離越來越小直至關(guān)閉，這時(shí)活塞16中心腔b、沖擊器前腔c的壓縮氣體與沖擊器進(jìn)氣隔離，但依然是高壓的壓縮氣體，活塞16在氣體壓力的作用下繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，直至前腔c與排氣通道連通，這個(gè)過程是沖擊器回程階段的膨脹做功行程，在這個(gè)行程里，配氣閥11的前端控制面113一直存在著壓縮氣體，所以一直位于配氣閥11的后止點(diǎn)的位置，隨著活塞16繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，活塞16中心腔b通過前腔進(jìn)氣斜向通道165與外管7內(nèi)孔缸設(shè)置的排氣環(huán)槽相連，活塞16中心腔b壓力變低，作用在配氣閥11前端控制面113的作用力消失，這時(shí)配氣閥11由于始終有高壓氣體作用在中間控制端面112，配氣閥11便迅速的由后止點(diǎn)向前止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞16繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，活塞16前腔c內(nèi)孔與尾管17的配合連接脫離，前腔c連通低壓端，活塞16在慣性力的作用下繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)活塞16配氣槽162的后階臺(tái)面163越過配氣閥11的后端控制面111時(shí)，壓縮氣體開始進(jìn)入活塞的后腔a，活塞16在后腔a壓力的作用下減速運(yùn)動(dòng)，直至后止點(diǎn)，速度降為零；

沖擊器活塞沖程階段：

活塞16運(yùn)動(dòng)至后止點(diǎn)后，活塞16在后腔a壓縮氣體壓力作用下，活塞16開始向前做加速運(yùn)動(dòng)，這時(shí)活塞16完成的是進(jìn)氣做功過程，當(dāng)活塞16繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞16的配氣槽162的后臺(tái)階面163隨活塞16向前運(yùn)動(dòng)越過配氣閥11的后端控制面111，活塞16后腔與進(jìn)氣通道切斷，但活塞16在后腔高壓壓縮氣體的作用下繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，完成膨脹做功過程，而前腔c由于活塞16的向前運(yùn)動(dòng)，活塞16前部內(nèi)孔與尾管17重新結(jié)合，前腔c被封閉起來，隨著活塞16的向前運(yùn)動(dòng)，前腔c內(nèi)部的低壓空氣被壓縮，當(dāng)活塞16完成膨脹做功時(shí)，活塞16后腔與外管7后部的排氣環(huán)槽相通，后腔a的工作壓力變成低壓，活塞16在慣性力的作用下依然向前運(yùn)動(dòng)，壓縮前腔c的低壓氣體，當(dāng)活塞16運(yùn)動(dòng)將撞擊至鉆頭23端面時(shí)，活塞16的配氣槽162的前臺(tái)階面164越過配氣閥11的前端控制面113，相互之間錯(cuò)開一條縫隙，沖擊器進(jìn)氣通過該縫隙進(jìn)入活塞16中心腔b，再通過后腔進(jìn)氣斜向通道165進(jìn)入前腔c，與此同時(shí)活塞16撞擊鉆頭23端面完成一次沖擊，周而復(fù)始，往復(fù)循環(huán)；

在活塞16的沖程階段，通過配氣閥11的作用，當(dāng)活塞16即將撞擊鉆頭23端面時(shí)，高壓壓縮氣體才開始進(jìn)入活塞16前腔c；而在活塞16的回程階段，由于配氣閥11先于活塞16運(yùn)動(dòng)至后止點(diǎn)，活塞16配氣槽162的前臺(tái)階面與配氣閥11的前端控制面113錯(cuò)開，該錯(cuò)開的距離構(gòu)成了活塞16回程階段的前腔進(jìn)氣行程，確保了前腔c的進(jìn)氣要求。