单管分体柱塞式液压破碎锤

摘 要：提出了一种新型的液压破碎锤结构原理，其创新特征有四点：第一点，一反液压破碎锤都有两条油管的常态，将其两条油管合二而一，即这一条油管既是供油管，也是回油管，实现了结构的重要创新；阀体不是装在缸体上，而是独立于缸体之外，可装在动臂的任何地方，阀与缸体之间只有一条油管联系，这是液压锤结构的一项重要创新；第二点，缸体为柱塞式，活塞只有前腔没有后腔；第三点，采用了压力反馈式液压破碎锤控制原理；第四点，在系统中引入了计算机，实现了数字化控制。针对新型液压破碎锤结构，本文提出了两项控制方案：计算机控制-信息化方案和纯机械式顺序阀控制方案。

关键词：信息化：压力反馈；行程反馈；柔性化

中图分类号：HT113 文献标识码：A

Abstract：the paper describes the structure and principle of an innovative hydraulic breaking hammer； the innovation is reflected in the following 4 aspects： first， two oil lines of the hydraulic hammer are combined into one， that is， this one oil line serves as both the supply line and the return line， realizing a essential structural innovation； the valve body， which is separate from the cylinder， is not installed on the cylinder and can be installed anywhere on the boom； there is just one oil line between the valve and the cylinder， which is an important innovation of the hydraulic hammer’s structure； second， the cylinder is of plunger type and the plunger has just a front chamber not a rear chamber； three， the principle of pressure feedback control for the hydraulic hammer is employed； four， the computer is introduced into the system， achieving the digital control. The following two control patterns are proposed for the innovative hydraulic hammer structure： computer control-informationization pattern and mechanical sequence valve control pattern.

Keywords： informationization； pressure feedback； stroke feedback； flexible

1 前言

液压破碎锤问世至今己五十多年了。这五十多年来经过市场竞争和不断的完善，从工作原理到结构性能，从产品品种到制造工艺都已经相当成熟了，基本上能够满足施工现场的需要，且其产品的应用范围还在不断地扩大，己经形成了一个独立的新兴产业。笔者2011年参观了北京工程机械国际展览会和2012年的工程机械上海宝马展。总的印象是，近年来液压破碎锤这一活跃在基本建设工地，量大面广的工程机械装备几乎看不出它们在技术上取得的进步。展台上的展品都是一些老面孔。

展台上的展品，从液压破碎锤的结构原理来讲，气液式工作原理的液压破碎锤占统治地位；只有几个小型锤上还能看到全液压式身影；至于氮爆式液压破碎锤则没有踪影了。究其原因，恐怕与液压破碎锤的结构筒单不无关系，它们都已经这样简单了，如何改变？令业界找不到创新的方向！为此，液压破碎锤的技术进步必需另辟蹊径。

实现液压破碎锤技术的重大创新，必需克服阻碍其技术发展的重要缺陷。现在市场上使用的液压破碎锤，其最主要的缺点是什么呢？一般说来，较为先进的现代化设备，其技术性能完全都是可调的，都能够根据工作对象的变化，改变其技术性能，以提高效率、降低能耗。可是现在市场上的液压破碎锤，其工作参数几乎都是不可调的，输出（冲击能和频率）固定不变，己满足不了施工现场的要求。究其原因，问题就出在液压破碎锤的工作原理上！目前市场上使用和销售的液压锤，其工作原理皆为行程反馈式，这是其技术性能刚性化的根本原因。而今的液压破碎锤市场已对其技术性能提出了更高的要求――柔性化，即根据工作对象的物理机械性质，适时地改变输出（冲击能和频率合理匹配），寻求液压破碎锤工作效率最高和能耗最省[1]。

提高液压破碎锤的技术性能，有一条可行的技术路线：即实现液压破碎锤信息化和液压破碎锤结构原理的现代化；为了提高液压破碎锤的工作可靠性和降低生产成本，还必须实现生产和工艺的现代化。

现今液压破碎锤，全部采用行程反馈原理，这是现状。所谓行程反馈，就是用活塞的行程控制冲程、回程的活塞换向。行程反馈控制，其实质就是在缸体上，即活塞的某行程上钻一个反馈孔，当活塞越过此孔时用高压油推动控制阀换向，从而实现活塞的换向。液压破碎锤工作中，活塞的这种换向操作称为行程反馈控制。很显然，缸体上的反馈孔一经钻出，则反馈行程就变成固定的了，其技术性能也就变成固定的了，变成非常刚性的了。这就是当今液压破碎锤其技术性能不能调节的结构性原因，因此实现液压破碎锤技术性能的柔性化，必须采用另外的结构原理来实现。

（4）本系统调频，与信息化液压破碎锤一样，只要改变泵的流量即可；欲改变冲击能，通过直动顺序阀的调压弹簧改变控制压力就可以了。因此，本系统的调节频率和调节冲击能都是独立、无级的，可方便地满足施工现场对液压破碎锤输出的优化匹配要求。

4 关于单管分体柱塞式液压破碎锤的几点说明

（1）需要说明的是，组成该系统的分系统都经过了实验，己经证明它们是可行和可靠的。但是，把柱塞缸与已成熟的液控或电控分系统作为一个整体进行实验，这项工作还没有完成。笔者认为，既然系统的组成元件都是可靠的，只是把缸体由双作用油缸改为柱塞缸，其作用原理是同样的，没有本质的区别。所以系统的整体工作特性也应当是同样的，可实现液压破碎锤的信息化和柔性化，正常、安全运转，应该是没有问题的。

（2）必须指出，系统图中绘有两个蓄能器，它们在系统中是不可或缺的元件，特别是高压蓄能器更是必不可少。近些年来，业界有一种取消蓄能器的思潮，特别是在小型液压破碎锤上表现较为突出。究其原因，主要是对蓄能器的理论认识还存在不足：一般人只知道蓄能器对系统的流量有调节余缺和吸收振动的作用，却不知道它还有保证准确实现系统的运动学、动力学和提高机器工作效率的作用。为此，对于蓄能器不但要设置，而且其结构参数和工作参数还必须正确设计[5]。

单管分体柱塞式液压破碎锤，属氮爆式液压破碎锤的一种，与所有氮爆式液压破碎锤一样，都必须设置高压蓄能器。笔者在实验室所做的试验也完全证明了这一点：当系统不设置高压蓄能器时，高压油管又蹦又跳，振动得非常厉害，特别是大型锤可达到无法工作的程度；当系统正确地设置了高压蓄能器之后，油管振动可完全消除，效果非常明显。这是因为液压破碎锤的工作原理不同所致，其中的原因这里就不赘述了。

（3） 特别值得一提的是，柱塞缸的加工，与现今广泛采用的缸体加工工艺比较，省去了许多钻孔，大大简化了工艺，减少了工时和加工成本，这是本系统的一大亮点，可有力地提高产品的竞争力。

5 结论

为了促进液压破碎锤的技术进步和现代化，本文推出了几项关于液压破碎锤技术创新的新理念，希望我国的液压破碎产业，能具有我国的特色，尽早走出跟着外国跑的怪圈。这些新理念可概括为两个方面：液压破碎锤结构创新和控制方法的创新。单管分体柱塞式液压破碎锤，实现了多项技术创新，是液压破碎锤的一个重大技术突破，与传统的液压破碎锤比较，其主要的特点在于：

（1）缸体结构的创新，将双作用缸改变为柱塞式缸，使单管供、排油得以实现。缸体结构的创新，还大大简化了缸体结构，降低了造价，提高了产品的竞争力。

（2）控制原理的创新，放弃行程反馈原理，采用了压力反馈原理，使液压破碎锤刚性性能变为柔性。从而液压破碎锤对其输出可实现分别、独立调节，可根据工作对象的不同实现输出参数的最佳匹配，提高工效，节约能耗。

（3）液压破碎锤的信息化是时代的要求，目前技术上既有条件又有可能，应大力发展。

（4）单管分体柱塞式液压破碎锤的实现，有两条可行的技术路线：信息化数字式和纯机械液压式，两者都有广阔的发展空间。

（5）单管分体柱塞式液压破碎锤，属氮爆式液压破碎锤的一种，系统中高压蓄能器是不可或缺的，并必须精心设计。

参考文献：

[1] 杨襄璧，罗 铭.液压冲击器抽象变量设计理论[J]. 凿岩机械气动工具，2012（3）.

[2] 杨襄璧，张 新，丁问司，杨国平.智能型机电一体化液压冲击器研究[J].凿岩机械气动工具，1999（4）.

[3] 杨襄璧，杨国平，张 新.新型压力反馈液压冲击器的研究[J]. 工程机械，2000（4）.

[4] 丁问司.氮爆式机电一体化液压碎石器频率调节方式的研究[J]. 建筑机械， 2000（11）.

[5] 杨襄璧，罗 铭.液压冲击器抽象变量设计理论[J].凿岩机械气动工具，2012（1）.