CN101287577B - 水动式冲击装置 - Google Patents

Abstract

一种用于凿岩锤(10)或凿岩机(图2和图3中，80)的冲击装置(12)，该冲击装置可以由水驱动，其包括可以在气缸(32)内滑动的活塞(34)，所述活塞具有锤部(35)。所述活塞和/或气缸的至少一部分具有陶瓷涂层。所述陶瓷最好为氧化铝-二氧化钛的复合物，其可以使气缸内径和活塞外径之间的间隙减小至8至10微米。

Description

水动式冲击装置

本发明涉及一种水动式冲击装置，其适于在凿岩锤或是称为破碎机、凿岩机或其它冲击工具中作为驱动装置使用。

众所周知，可以采用冲击装置给凿岩锤或凿岩机提供动力。冲击装置典型地由采用油或油/水乳化液作为工作流体的闭环液压系统提供动力。其缺点在于，如果液压系统泄漏，油或油/水乳化液就会污染工作环境。这在受限的工作环境如深矿井中是非常不希望出现的。

由于每下降100米地温通常会增加1.2℃至2.6℃，因此在深井采矿中，局部增温是一个非常重要的问题。对于一个4000或5000米的深井，这可能导致其周围温度在60℃左右，因此必须进行充分的冷却以使工作人员能够在这些深井区工作。

在这种深度的深矿井中所使用的凿岩锤和凿岩机也必须进行冷却，这同样是一个问题。

在使用油或油/水乳化液作为工作流体的冲击装置中不可能采用水作为工作流体，因为水的粘度明显低于油或油/水乳化液的粘度。典型的冲击装置包括由工作流体驱动的气缸和活塞。在使用油或油/水乳化液的冲击装置中，气缸直径和活塞直径之间的间隙通常在20至50微米之间。如果这样一个冲击装置是使用水而不是使用油或油/水乳化液，则对于水压来说，这样的间隙会过大而不能使水保持在冲击装置内。换句话说，在气缸内，水被推动越过活塞，而不是驱动所述活塞。而且，因为水不是一种润滑剂，所以即便冲击装置的零部件之间的间隙被大大的减小至足以将活塞密封在气缸内，那些作相对运动的元件也会粘接或焊接在一起。

本发明的目的是提供一种冲击装置，其可以由水驱动并且基本减少了上述问题。

根据本发明的第一方面，提供一种适于由水驱动的冲击装置，其包括可以在气缸内滑动的活塞，其中，所述活塞和/或气缸的至少一部分涂覆有陶瓷。

优选地，所述活塞上具有锤部。

据发现，通过在活塞和/或气缸的至少一部分上使用陶瓷涂层，该活塞和气缸之间的间隙可以充分地减小至可以使水作为工作流体，同时没有元件粘接在一起。这个惊人的结果被认为是由于水粒子附着在陶瓷表面的孔隙结构内而引起，因此在运行时活塞与气缸之间保持间隔。因此，水可以像普通的油膜一样有效地润滑该表面。

优选地，该陶瓷涂层含有金属氧化物。更优选地，该陶瓷涂层为氧化铝-二氧化钛复合物(aluminium oxide-titanium dioxide composite)。

优选地，该活塞和气缸基本为圆柱形。

所述气缸内壁可以由套筒形成。所述气缸的内直径和所述活塞的外直径之间的间隙优选在8到10微米之间。

优选地，设置压力单元，用于蓄积一定量的压力水并且引导该压力水朝向活塞的端面。压力单元优选地在60至70巴之间含有5至10cc气体。

可以设置阀装置，用于控制流进和流出气缸的水量。优选地阀装置为滑阀，其可以相对于该气缸滑动。

当以每分钟20至30升的速度提供加压水时，冲击装置可以运行。优选地，水被加压至100至110巴之间。

当水的流量为每分钟20升时，冲击装置可以以每分钟约1350次对该工具进行冲击。可替换地，当水的流量为每分钟30升时，冲击装置可以以每分钟约1900次对该工具进行冲击。

优选地，供给冲击装置的水由闭环供应系统提供，其可以被冷却和/或经过10微米过滤器过滤。

本发明的一个优点是，一旦发生泄漏，只有水溢出，而溢出的水是无毒且不易燃的。本发明的另一个优点是，形成的闭环在其环路中基本没有空气，所以冲击装置的腐蚀受到了抑制。

冲击装置可以用在凿岩锤、凿岩机或其它任何冲击工具上。

根据本发明的第二方面，提供一种应用于矿井的工具系统，该系统包括至少一个根据本发明的第一方面的水动冲击装置。

优选地，一个或多个工具可以安装到一个可移动平台，这样该工具可以很容易沿开采矿层前进。有利的是，所述平台包括稳定器装置，例如为一个或多个伸缩元件，其可移动地与隧道的顶面、侧面或底面啮合以防止所述平台在该冲击装置使用时运动或倾倒。

根据本发明的第三方面，提供一个闭环液压系统，其中水是工作流体。

优选地，该闭环液压系统包括蓄水池、水泵和输送装置，该水泵用于将压力水从所述蓄水池提供给工具，该输送装置用于将该工具中的水送回所述蓄水池。

该蓄水池可以处于大气压下，如与空气连通。可替换地，蓄水池对于大气压为密封并保持高于或低于大气压的压力。

优选地，所述工具为冲击装置。所述冲击装置可以是凿岩锤或凿岩机。

为了更好地理解本发明，并更清楚地表明它是如何实现的，结合附图通过举例进行说明，其中：

图1所示为凿岩锤中所采用的冲击装置的横截面示意图；

图2所示为具有冲击装置的凿岩机的透视图；

图3所示为图2中所示凿岩机的部分爆炸透视图。

首先参考图1，凿岩锤或破碎机以标号10标记。冲击装置以标号12标记，该冲击装置包含于壳体14内。压力单元或蓄压器16与所述壳体14的一端连接，该壳体14的另一端与用于引导冲击工具(未示出)的工具导杆18连接。在该工具导杆的末端设置有固定器20，用于可释放地固定工具导杆内的工具，例如凿子。

主流体控制阀24与壳体14的一侧连接并且其可以通过扳柄30手动操作。工作流体供应管线26和回流管线28与主流体控制阀24连接。该凿岩锤10有两个手柄22，其中一个与主流体控制阀24螺纹连接，另一个直接与壳体14螺纹连接。

壳体14具有形成气缸的内腔32，该内腔基本包含冲击装置12的操作部件。壳体14内的腔体32内设置同轴活塞34，所述活塞上具有锤部35。所述活塞以滑动啮合的方式安装于锤套36内，该锤套通过相应的环形安装件38和40固定在壳体上。滑阀42绕锤套36同轴安装在柱形空间内，该空间由锤套36、壳体14和环形安装件38和40限定。锤套36具有多个开口，这些开口由活塞34或滑阀42有选择性地遮盖或打开，以便控制流入和流出工作腔56的流体。该活塞具有腰部58，其位于活塞的两部分60和62之间，使用时，该两部分与轴套36滑动啮合时基本由流体密封。

与套筒36的内表面滑动啮合的活塞34的这些部分涂覆有陶瓷。可替换地，与活塞34滑动啮合的套筒36的这些部分涂覆有陶瓷。所述陶瓷涂层含有金属氧化物，并且最好是氧化铝-二氧化钛复合物。套筒36的内径和活塞34的外径之间的间隙在8至10微米之间。所述间隙允许活塞和套筒之间的运动，但是该间隙还要足够小，从而可以对作用在活塞34端部的高压水起到密封作用。

压力单元16由柔性隔板64密封，其采用气体加压，典型地用氮气加压至60至70巴。在这样的压力下，该压力单元含有5至10cc气体。

使用时，压力典型地在100至110巴的高压水，以20至30升/每分钟的速度供给凿岩锤10。该加压水穿过控制阀24，进入柔性隔板64前面的内腔76。压力单元16内的气体被压缩，一定量的压力水蓄积起来。当水达到一定的体积和压力时，滑阀42纵向移动，该定量的水直接进入工作腔56并作用在活塞34的一端。这使得该活塞在套筒36内朝着导杆内固定的该工具(未显示)轴向滑动。该活塞的端部冲击工具端部，使工具向前移动。所述滑阀40控制活塞44返回，以进行另外一个循环。

当流速为20升/每分钟时，该冲击装置大约以每分钟1350次冲击所述工具，当流速是30升/每分钟时，该冲击装置大约以每分钟1900次冲击所述工具。

供给冲击装置10的水来自闭环供应系统，所述水被冷却并且经过10微米的过滤器进行过滤。水在压力低的回流管道内过滤。采用水作为工作流体的技术具有的优点是，如果所述闭环供应系统泄漏，由于水是无毒且不易燃的，不会危及健康和安全。

图2和图3中所示为凿岩机中的冲击装置12，该凿岩机标记为80。冲击装置12固定在同一壳体14内，其可以采用压力单元或蓄压器16以相同的方式进行操作。然而，该壳体14与工具导杆70连接，该壳体包含用于使该凿岩机旋转的液压马达，该马达也是由水驱动。活塞34以钻头的形式作用在工具的端部，其方式与作用在凿岩锤10上的工具的方式相同。

为了提高采矿业的生产率，大量的工具(未显示)可安装在一个可移动平台上，这样这些工具可以很容易地沿开采矿层前进。所述平台可以用伸缩元件加以稳固，所述伸缩元件可移动地与隧道顶面、侧面或底面啮合，以防止所述平台在冲击装置使用时运动或倾倒。

Claims (22)

1.一种适于用水驱动的冲击装置，包括可在气缸内滑动的活塞，所述活塞在其上载有用于与工具啮合的锤部，其中，所述活塞和/或气缸的至少一部分具有陶瓷涂层。

2.根据权利要求1所述的冲击装置，其中，所述陶瓷涂层包含有金属氧化物。

3.根据权利要求1或2所述的冲击装置，其中，所述陶瓷涂层为氧化铝-二氧化钛复合物。

4.根据权利要求1或2所述的冲击装置，其中，所述活塞和气缸基本为圆柱形。

5.根据权利要求4所述的冲击装置，其中，所述气缸的内径和活塞的外径之间的间隙在8至10微米之间。

6.根据权利要求1或2所述的冲击装置，其中，所述气缸的内壁由套筒形成。

7.根据权利要求1所述的冲击装置，其中，设置有压力单元，用于蓄积一定量的压力水，并且将该压力水导向所述活塞的一个端面。

8.根据权利要求7所述的冲击装置，其中，所述压力单元包含60至70巴之间的5至10cc气体。

9.根据权利要求7或8所述的冲击装置，其中，设置有阀装置，用于控制流进和流出所述气缸的水量。

10.根据权利要求9所述的冲击装置，其中，所述阀装置为可以相对于所述气缸滑动的滑阀。

11.根据权利要求7所述的冲击装置，当以每分钟20至30升的速度供给加压水时，所述冲击装置可以运行。

12.根据权利要求11所述的冲击装置，当水被加压到100至110巴时，所述冲击装置可以运行。

13.根据权利要求11或12所述的冲击装置，其中，当水流速在每分钟20升时，所述冲击装置以每分钟大约1350次冲击所述工具。

14.根据权利要求11或12所述的冲击装置，其中，当水流速在每分钟30升时，所述冲击装置以每分钟大约1900次冲击所述工具。

15.根据权利要求1或2所述的冲击装置，其中，所述锤部直接与所述工具啮合。

16.一种具有如前述任一项权利要求所述的冲击装置的冲击工具。

17.根据权利要求16所述的冲击工具，其中，设置有水供给装置，用于将来自闭环供应系统的水供给所述冲击装置。

18.根据权利要求17所述的冲击工具，其中，所述水供给装置包含10μm的过滤器，用于过滤供给所述冲击装置的水。

19.根据权利要求17所述的冲击工具，其中，所述水供给装置包含用于冷却供给所述冲击装置的水的冷却器。

20.根据权利要求18所述的冲击工具，其中，所述水供给装置包含用于冷却供给所述冲击装置的水的冷却器。

21.根据权利要求16至20中任一项所述的冲击工具，其中，所述冲击工具为凿岩锤。

22.根据权利要求16至20中任一项所述的冲击工具，其中，所述冲击工具为凿岩机。

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