CN101310088A - 具有气动转换控制机构的冲击式钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有气动转换控制机构的冲击式钻机，包括一个借助通过一条工作空气管道(5)输入的工作空气在一个壳体(1)中往复运动的冲击活塞(8)、一根带有至少一个控制孔(13)的控制管(4、36、54)，一根外管(15、65)、一个通过控制室(16、66)的压缩空气操纵可移动的控制套(10、60)。一根基本上扭转刚性的工作空气管道(5)可转动地与一个给控制室供以工作空气或排气的旋转滑阀(4、40、70)连接。

Description

具有气动转换控制机构的冲击式钻机

技术领域

本发明涉及一种具有气动转换控制机构的冲击式钻机(

)，尤其是用于在土层中进行无坑钻孔和用于无坑铺设地下管道。

背景技术

这种类型的冲击式钻机还用于扩大钻孔和用于破坏性地替换地下铺设的各种管，它们都具有一个借助工作空气可在一个壳体内往复运动的自动控制的冲击活塞。该冲击活塞在向前运行中在一个前死点位置和在向后运行中在一个后死点位置将其动能传递到壳体上。

借助一个转换控制机构实施由向前运行到向后运行的转换。转换控制机构借助工作空气以及后死点位置的后移(

)在其前死点位置产生冲击活塞的制动，而基本上无动能传递到壳体上，并且确保冲击活塞将其动能在那里传递到壳体。

已知这种类型的转换控制机构有多种型式。它们利用一个控制套来调节两个死点位置，控制套一方面借助工作空气而另一方面通常借助预压弹簧可在一个抗移动地(verschiebefest)设置在钻机壳体中的控制管上轴向移动。同时，转换控制机构主要遵循两条结构研发路线，二者相互区别主要在于：它们采用转换时对控制套加载的不同的压缩空气源。

例如在由英国专利说明书1540344或相应的美国专利说明书US 4708211已知的转换控制机构中，通过一根压缩空气软管以及一根抗转动和抗移动的(dreh-und verschiebefest)控制管给冲击活塞供给的工作空气(压缩空气)用于在从向前运动转换到向后运动过程中使控制套纵向移动。从向后运动到向前运动的转换以这样的方式进行：中断供给钻机的工作空气，使得弹簧加载的控制套可以由其后位置运动到其前位置。

一种由德国专利说明书DE 3909567C2或相应的美国专利说明书US 5148878已知的弹簧气动转换控制机构用于将一个借助压缩空气软管可有限转动地设置在一个导向套管中的弹簧加载的控制套从向前运动转换到向后运动。在此这样确定弹簧压力大小，使控制套在其用工作空气全加载情况下能克服弹簧预压力并且由其用于向前运动的前位置运动到其向后运动的后位置。为从向后运动转换到向前运动，需要减小工作空气的逆着压力弹簧作用的压力，它压力弹簧能将控制套移动到其前位置。在这两个位置，控制套将在弹性件作用下绕其纵轴线转动并且这样在轴向上锁定。

这些弹簧气动转换控制机构的缺点在于，它们要求较高的结构或技术花费，并且来自一个统一气源的工作空气既用于冲击活塞的运行又用于转换控制，这需要中断工作空气，继而需要中断钻机运行，或者在转换期间压力减小的情况下，只能接受降低钻机工作效能。

另一方面，为了能不依赖工作空气而转换控制套，还已知一些冲击式钻机，它们采用了来自一个单独的压缩空气源的控制空气来对弹簧加载的控制套进行轴向调节。一种这样钻机由德国专利说明DE 19858519C2或相应的美国专利说明书US 6371220描述。

发明内容

因此，本发明针对一种冲击式钻机，它为转换控制机构结构设计要求的花费较少，特别是可以避免附加的控制空气源。

本发明根据这样的构思，用工作空气自身而不是用附加空气源来转换控制，与如何进行技术上具体转换无关。为达到这一目的，本发明在权利要求1中建议了一个气动转换控制机构，其中控制套借助一个阀用工作空气进行调节。

该阀在技术上可任意配置并且可以其最简单的形式作为可封闭的孔存在于控制管中。根据本发明，该阀(下文称为旋转滑阀)与一个扭转刚性的用于工作空气的软管连接；优选它可以在其用于向后运动的终端位置给控制套的控制室供以工作空气并且在转动例如90度以后进入用于向前运动的终端位置，使控制室排气。旋转滑阀以这种方式可使控制套在工作空气的作用下轴向移动。但为使控制套回位，也可以使用一个预压弹簧。

旋转滑阀可以包括一根可转动安装的控制管或带有一个径向支孔和一个纵向通道的控制管的部分。在此处于控制管或控制管部分的其中一个终端位置的径向支孔在纵向通道封闭情况下，可实现与控制室的一个工作空气孔作用连接，而控制管向回转动进入另一终端位置之后，径向孔封闭并且可将控制室与纵向通道连通，以进行排气。作为备选方案，排气例如也可通过冲击活塞的减压室实施。

在控制管的后端部和用于工作空气软管的连接套管之间可有一个例如由几部分构成的在工作空气的压力下的压力室，以将控制管锁定在其两个终端位置上。压力室中最好设置一个压力弹簧，它在运行中断或无压力状态下取代工作空气，并且由此仍保持锁定。为实现在控制管和连接套管之间的持续的旋转连接，可以使压力室的连接套管在端侧与控制管卡爪式嵌接。

为将控制管锁定在其两个终端位置上，一个与壳体固定的对应套管可以在其端面以一些鞍形凹槽和一些凸起以及在压力室中工作空气压力作用下和/或其内设置的弹簧作用下与一个栓配合作用。但该栓也可设置在壳体侧，而凹槽设置在控制管侧。

在根据本发明的旋转滑阀控制机构中，控制管还可抗转动和抗移动地设置在钻机壳体中。在某些情况下，弹簧加载的控制套的控制室然后由一个在壳体后部中设置中控制管上的管形旋转滑阀通过一个用于工作空气的径向支孔和一条在控制盘中的径向通道供以工作空气，或在其另一终端位置在径向通道封闭的情况下通过一个轴线平行的孔进行排气。

旋转滑阀可包括一个金属盘和一个由永久弹性材料制成的衬层，该层具有两条上述通道。

这种控制机构的优点在于，弹簧加载的控制套通过一次转动(在控制管的最简单的情况下)以工作空气的一股在钻机内分支的分流被从其前进位置进入其后退位置。

在另一种优选的实施形式中，控制套可以在无弹簧的工作空气作用之下实施轴向移动，即实现双向移动。为此控制套可这样设计：控制套在工作空气的压力作用下移动到其中一个功能位置(例如通过作用到控制套的端面上的驱动空气进入到用于向后运动的位置)，而通过另一个通道接通工作空气，使控制套又回动到另一个功能位置。这可通过将可接通(zuschaltbar)的工作空气作用到控制套的一个结构尺寸较大的作用面上来实现。由此控制套借助供入的工作空气可克服来自从相对置的面供入的工作空气压力的较小的反向作用的力。在这种实施形式中，旋转滑阀可作为独立的单元或控制管的组成部分允许通过一个任意配置的可封闭的孔接通工作空气，以使这一供入工作空气与冲击活塞侧供入的空气作用方向相反。这样，作用在控制套的端面的工作空气就使控制套进行一次后移，而控制套在接通工作空气的情况下通过可封闭的孔又回动到前进位置。

根据本发明，软管在转换控制情况下可避免轴向移动。这样还可使根据本发明的转换控制机构用于大直径软管或长软管，即大重量软管，而不会因此而妨碍转换控制。

附图说明

下面根据附图中所示的实施例对本发明进行详述。在附图中：

图1冲击式钻机的轴向纵剖总体图，图中控制管用作旋转滑阀，

图2a/2b钻机的局部放大图(控制套侧的2a，后端部2b)，带有弹簧加载的控制套和一个在前进位置中的后面的锁定件，

图3按图2的III-III线的垂直剖视图，

图4a/4b与图2相应的图，但控制管和控制套在其后退位置，

图5与图3相应的图，但按图4的V-V线剖切，控制管和控制套处在其后退位置，

图6按图2到5的冲击式钻机后端部的放大图，

图7按图6的VII-VII线的纵剖视图，

图8按图6的VIII-VIII线的横剖视图，

图9a/9b另一旋转滑阀控制机构(控制套侧9a，后端部9b)及一个设置在钻机壳体后部的在其用于向前运动的位置的旋转滑阀，

图10按图12的旋转控制机构的控制盘的俯视图，

图11按图9的旋转滑阀控制机构在其后退位置，

图12另一种旋转滑阀控制机构及一个设置在钻机壳体后部的在其用于向后运动的位置的旋转滑阀，

图13另一种旋转滑阀控制机构及一个设置在钻机壳体后部在其用于向后运动的位置的旋转滑阀和一个无弹簧加载的控制套，

图14按图13的旋转滑阀控制机构在其用于向前运动的位置，

图15按图13的旋转滑阀控制机构的前端部的放大图，

图16按图13的旋转滑阀控制机构的后端部的放大图，

图17按图13的旋转滑阀控制机构在其用于向前运动的位置及排气通路的视图。

具体实施方式

根据图1，冲击式钻机包括一个壳体1，其内设有一个带轴线平行的排气通道3的止挡环2。在壳体1中抗移动地安装一个控制管4，它通过一条扭转刚性的软管提供工作空气。控制管4的前端部伸入一个冲击活塞8的设有控制孔6的室7。

在控制管4和活塞室7的外套9之间有一个可轴向移动的控制套10，该控制套可移动地安装在控制管4的扩径部11上。控制管4或控制管扩径部11的前端部设有一个外凸缘12，它盖住控制套10的前端面或与控制套10齐平地终结(图2a)。另外，在控制管4的前扩径部11设有一些控制孔13，如图2、3所示，这些控制孔在冲击式钻机向前运行期间被控制套10覆盖。控制套10后部有一个内凸缘14，控制套10以此在一个包围控制管4的外管15上进行引导。在内凸缘14和控制管扩径部11的后面之间有一个控制室16，一条连接通道17通到该控制室。一个纵向通道18径向向内位错地接着连接通道17。通道18包括一个在控制管4的壁中的纵向槽19，它向外那边由外管15覆盖。

控制套10通过一个预压复位弹簧20支承在外管15的后端部区域中并且在其前进位置(图2、3)以其内凸缘14贴靠在控制管扩径部11的后面16上，而在其后退位置(图4、5)以其后端部21处在外管15的止挡突肩22之前。

控制管4具有一个支孔23，该支孔在前进期间(图2、3)由外管15的壁封闭(图3)，而控制室16则通过纵向通道18与大气连通，亦称排气(图2)。

在向后运动的运行位置(图4、5)，控制管4的支孔23在转动一个90度后通过连接通道17的径向向外位错的前部与控制室16连通(图4)，而纵向通道18则由一个与外管15连接的控制管的突肩24封闭(图5)。结果是，控制套12由其前进位置(图2、3)逆着预压簧的压力向后运动到其用于向后运动的位置(图4、5)。

因此，冲击式钻机借助一个承担旋转滑阀功能的控制管沿一个方向或另一个方向做简单的四分之一圈的转动，就可实现工作方向的转换。

为了将控制管4锁定在两个运行位置的每个位置上，在控制管4的后端部和一个用于工作空气软管5的连接套管25之间有一个由两部分组成的压力室26，在该压力室内设置一个压力弹簧27。不论控制管4的后端部还是连接套管25的前端部都设置在外管15的管形延伸部28中。该延伸部的端面设有一些鞍形凹槽，它们与一个借助锁紧螺母31保持的对应套管32的一些互补的凸起30配合作用。锁紧螺母与壳体延伸部的自由端这样拧紧，以致它可以使连接套管25在压力室26中的工作气体和压力弹簧27作用下或在钻机处于无压状态仅在压力弹簧27作用下在对应套管32中轴向稍微从钻机壳体向外运动。

控制管的锁定这样起作用：在带有连接套管25的工作空气软管5转动90度时，一个栓33从对应套管32的一个凹槽29a向外运动，直到栓33离开其在图8所示的位置碰到一个自由的止挡面34上并经过位于各凹槽之间的凸起30锁止在其中一个止挡面34或另一个运行位置相配的、在图7中未示出的凹槽29b中为止。

在图9到11所示的实施例中，一个通常的控制管36是抗转动和抗移动地设置在壳体1中。控制管36设有一个纵向通道37，该纵向通道在38处直接通到控制室16。在控制管36的后端部区域内，一个旋转滑阀40设有一个支孔39。旋转滑阀40具有一个用于工作空气软管5的连接套管41以及一个带有永久弹性衬层43的控制盘42。该控制盘42与连接套管41单件式连接并在压力室44内的工作空气作用下将衬层43密封地压向保护壳体1的壳体后壁。

纵向通道37经由钻机内部以不同的横截面和不同的走向连续延伸直到一个两部分组成的排气通道。这条排气通道包括一个在弹性衬层43中的L形凹槽45和一个在壳体后壁中对准用于前进运动的滑阀位置的排气孔46(图9b)。

在图9b中所示的排气孔46实际上是相对于在壳体后壁之前的纵向通道37的出口旋转90度位错设置的并且在用于向前运动的运行位置通过一个在衬层43(图10)中的肾形槽48与纵向通道连通。

另外，一个穿过控制盘42的衬层43的工作空气通道50将在用于向后运动的运行位置的支孔39与纵向通道37的大致U形延伸的后端部连接起来(图11)。这样，从控制管36开始以工作空气对控制室16进行加载，并且使控制套10从在图9中所示的运行位置运动到其在图11中所示的后面的运行位置。

图12的实施例与图9和11的实施例不同之处仅在于去掉了支孔39，并且控制室16从压力室35被供以工作空气。这经由一个贯穿控制盘42和衬层43的轴线平行的孔51进行，该孔在用于向后运动的旋转滑阀位置与纵向通道的敞开的端部对准(图12)。

在图9和12的实施例中，压力使控制盘以摩擦方式固定在其相应的位置上。在用于向前运动的运行位置，控制室16如在图9中所述的用于另一种旋转滑阀变化方案那样进行排气。

在图13到17的实施例中示出了一种旋转滑阀控制机构，其中控制管54抗移动地并通过一个L形栓74抗转动地(verdrehfest)固定在壳体中，而控制管的后部区域具有一个旋转滑阀70。在此一个控制套60在控制管的前部以其内凸缘60a在一个滑环61和在一个包围控制管54的外管65的外凸缘65a上进行引导并且借助工作空气可双向移动。在内凸缘60a和一个外凸缘65a之间有一个控制室66，一个纵向通道68通到该控制室。通道68包括一个在控制管54的壁中的纵向槽69，它向外那边由外管65覆盖。

在控制管54的后端部区域内，旋转滑阀70设有一个支孔79。该支孔在向后运动期间(图13)由控制管54的壁封闭，而控制室66通过纵向通道68和一条具有排气孔69b、69c的排气通道69a与大气连通，即排气。

关于用于向前运动的运行位置(图14、15)，旋转滑阀70的支孔79通过在纵向通道68上旋转90度与控制室66连通(图14)。

在控制室66内受纵向通道68输送的工作空气作用的作用面与在控制套60的端面62上的作用面相比，其大小应这样确定：在控制室66内和在端面62区域内存在的相同的工作空气压力导致控制套60朝滑环61方向运动，继而进入用于向前运动的运行位置。在此控制套60以其内凸缘60a(图14、15、17)贴靠在滑环61背面61a上，而在转换到后退位置时(图13)，它向外管65的外凸缘65a游动。

因此，工作空气软管简单的90度旋转的结果是，控制套60由其后退位置(图13)逆着作用到控制套60的端面62上的工作空气的压力向前运动到其用于向前运动的位置(图14、15、17)，而在工作空气软管回转90度之后，由于作用到控制套60的端面62上的工作空气压力，它又运动到用于向后运动的运行位置，也就是说在控制室66排气时。

这样钻机仅利用工作压缩空气并且借助旋转滑阀的一次简单的90度转动，就可以在一个方向或另一个方向进行转换控制。

Claims (14)

1.具有气动转换控制机构的冲击式钻机，包括一个借助通过一条工作空气管道(5)输入的工作空气在一个壳体(1)中往复运动的冲击活塞(8)、一根带有至少一个控制孔(13)的控制管(4)、一根外管(15；65)、一个通过控制室(16、66)的压缩空气操纵可移动的控制套(10；60)，其特征在于，一条基本上扭转刚性的工作空气管道(5)可转动地与一个给控制室供以工作空气或排气的旋转滑阀(4；40；70)连接。

2.按照权利要求1的冲击式钻机，其特征在于，控制管(4)可转动地安装以及在控制室(16)的区域内设有一个径向的支孔(23)并且角位错地设置一条通道(18)，并且由控制室引出一个与支孔和纵向通道相对应的连接通道(17)。

3.按照权利要求2的冲击式钻机，其特征在于，在控制管(4)的后端部和一个用于工作空气软管(5)的连接套管(25)之间有一个在系统压力下的压力室(26)。

4.按照权利要求3的冲击式钻机，其特征在于，在压力室(26)之内或之外设置一个压力弹簧(27)。

5.按照权利要求1到4之一的冲击式钻机，其特征在于，压力室(26)的两个部分卡爪式相互嵌接。

6.按照权利要求3到5之一的冲击式钻机，其特征在于，具有一个与外管的管形延长部(28)连接的、带有凹槽(29a、b)的对应套管(32)和一个用于嵌接一个栓(33)的凸起(30)。

7.按照权利要求1的冲击式钻机，其特征在于，旋转滑阀(40)设置在控制管(4)的后端部区域内并且通过一条来自控制室(16)的纵向通道(37)作用到控制套上。

8.按照权利要求7的冲击式钻机，其特征在于，旋转滑阀(40)包括一个带有一条径向通道和一条轴向平行的通道(45)的控制盘(42)并且压力室(16)通过这些通道承受工作空气的压力或排气。

9.按照权利要求8的冲击式钻机，其特征在于，控制盘(42)包括一个带有永久弹性衬层(43)的金属盘(42)。

10.按照权利要求7到9之一的冲击式钻机，其特征在于，一个支孔(39)和径向通道(50)在旋转滑阀(40)的其中一个控制位置与一个通向纵向通道(37)和控制室(16)的壳体通道对准，并且径向通道在另一控制位置将纵向通道与一个排气孔(46)连通。

11.按照权利要求1的冲击式钻机，其特征在于，控制管(36)抗转动和抗移动地安装在钻机壳体(1)中并且与一个压力室(44)连通，在旋转滑阀的其中一个控制位置，一个轴线平行的通道(51)从压力室通向一个来自控制室(16)的纵向通道(37)。

12.按照权利要求11的冲击式钻机，其特征在于，纵向通道(37)在另一控制位置通过在一个控制盘(42)中的轴线平行的孔(45)与一个排气孔(46)连通。

13.按照前述权利要求1、3或7到12之一的冲击式钻机，其特征在于，控制室(66)和控制套(60)的端面(62)的外形尺寸这样确定，使得在控制室(66)内存在的工作空气压力以一个比沿相反方向作用到端面(62)上的工作空气压力大的纵向力作用到控制套上。

14.用于移动冲击式钻机的控制套的方法，其特征在于，将工作空气引到控制套的一个较大的作用面上，克服相反作用到较小的作用面上的工作空气压力，并且借助压差移动控制套，或减少或中断在较大作用面上的工作空气供给，以使实现控制套沿相反方向的移动。

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