CN101795824B - 无后坐力锤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无后坐力锤，该无后坐力锤包括由壳体支承以沿着锤的轴线往复运动的冲击头，以及一活塞，该活塞能够在从壳体的后部延伸出的细长的管件的腔内运动以便可撞击冲击头。在支靠位置，活塞由从腔的后端部输送的低压空气源保持向前抵靠冲击头，并且通过输送的高压空气作用在活塞的前部上而使活塞缩回到位于腔后端部的充气位置。一旦致动触发机构，则空气从腔的前端部排放至大气，从而产生横跨活塞的低幅度的压力不平衡，以使得活塞向冲击头加速并撞击冲击头。该腔的长度使得当用手把持并操作该锤时，能够以最小的活塞加速后坐力实现高能量击打。

Description

无后坐力锤
技术领域
本发明涉及一种气动致动的无后坐力锤。本发明尤其涉及一种能够用手把持并操作的具有高击打能量的气动致动无后坐力锤。
背景技术
现有技术中有相当多的岩石破碎设备。最基本的设备是大锤。一名经验丰富的“大锤”操作者在水平面内仅能实现大约220焦耳的击打能量，并伴随有相关的疲劳和背部损伤的风险。此外，已知有手持的气动岩石破碎机，其中最大的一种提供大约100焦耳的击打能量。由于后坐力的原因，手持气动岩石破碎机仅能垂直向下地有效使用。
已知有其他的气动工具，比如EP 0181486A(Landmark West有限公司)中公开的利用负压的冲击工具。在该工具中，低压腔与中间腔之间的压力不平衡可产生使活塞向着冲击头(moil)加速所需要的力。将动力给予活塞的装置基本上与简单的气动锤击式凿岩机没什么区别。经由短程的行进比如说小于500mm，可产生施加到活塞的力，这导致相当大的反作用力作用在工具体上，并且这必须由重力以及由操作者来对抗。此外，由于其中形成了真空的低压腔的尺寸相对较小，所以出现相当大的压力波动，这导致作用于活塞的力大幅变化。这样，存在于这种工具中的这种力将会根据低压腔内的压力而变化，导致产生不需要的振动。
许多其他气动撞击工具不适于高能量击打。EP 1690647A(Thyssen-krupp Drauz Nothelfer Gmbh)中公开了一种这样的具有后坐力衰减作用的气动撞击设备。用于使铆接操作过程中机械臂上的振动最小的该设备仅适于低能量击打。从图2所示的接触凸缘18的小尺寸来看这一点尤其明显。此外，该设备中的后坐力衰减作用在击打之后才出现。
已知有更大的气动无后坐力锤，比如国际专利公开No.WO 2002/081152中公开的衬里/内衬螺栓拆除工具。该设备可击出450焦耳的无后坐力击打(能量)，重250kg。使用时，它从上面被悬挂并用手操纵。通常与使锤的活塞加速至撞击速度相关的后坐力被大得多的自由浮动质量块吸收。该质量块在锤的壳体内部以低于操作者所施加的力的速率减速。还已知有甚至更大的液压无后坐力锤。这些液压锤击出大至1500焦耳的无后坐力击打(能量)，且重至500kg，而且它们也从上面被悬挂并用手操纵。通常与使锤的活塞加速直至撞击速度相关的后坐力被更大的质量块吸收，如在气动锤中的情形一样。在该锤中，在锤发出撞击之前，该更大的质量块以受控的速率向前加速。这使得可经由较短的距离吸收活塞的加速力。
现有技术的缺点在于，提供大于150焦耳的击打能量的更大的设备相当可观地重于手持设备。本发明寻求提供一种可选的无后坐力锤，其能够提供显著大于现有技术的气动手持设备的击打能量，但不存在现有技术中更大的设备重量相当大的缺点。
在本说明书中，小于150焦耳的击打能量被认为是“低击打能量”，而显著大于150焦耳的击打能量被认为是“高击打能量”。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及一种气动致动的无后坐力锤，该无后坐力锤包括：
第一壳体；
由所述第一壳体支承以沿着锤的轴线往复运动的冲击头；
设置在从所述第一壳体的后部延伸出的细长的管件中的活塞组件，所述管件的孔限定了第一腔，所述第一腔具有靠近所述第一壳体的前端部和相对地设置的封闭后端部，所述活塞组件能够在所述第一腔内运动，以使得所述活塞组件可撞击所述冲击头，其中，在支靠位置，低压空气源保持所述活塞组件向前抵靠所述冲击头，所述低压空气源从位于或靠近所述第一腔的所述后端部的位置处输送出；通过输送的高压空气作用在所述活塞组件的前部上而使所述活塞组件缩回到位于所述第一腔的所述后端部的充气位置；一旦通过所述操作者致动触发机构，则空气从所述第一腔的前端部排放至大气，产生横跨所述活塞组件的低幅度的压力不平衡，以使得所述活塞组件向所述冲击头加速并撞击所述冲击头；所述第一腔的长度使得当用手把持并操作所述锤时，能够以最小的活塞加速后坐力实现高能量击打。
优选地，缓冲组件包围所述冲击头的一部分并设置在所述冲击头与所述第一壳体之间，所述缓冲组件包括被保持在所述第一壳体内的减振筒和适于在所述冲击头与所述第一壳体之间发生相对运动的减振套。
优选地，在所述减振筒与所述减振套之间设有内减振腔，在所述减振筒与所述第一壳体之间设有外减振腔；在使用时，容纳在所述内减振腔内的液体被排放至所述外减振腔，由此在所述内减振腔内产生的压力以所需的力作用在所述减振套上，以使所述冲击头停止。
优选地，在使用时，当所述冲击头冲击到物体、所述物体不能吸收冲击到其上的击打能量时，所述冲击头能够向前行进并使得所述减振套运动，所述减振套又在相对于所述减振筒运动时吸收击打能量。
优选地，在所述支靠位置，活塞组件通过所述低压空气源保持向前抵靠所述冲击头；为了操作所述锤，操作者必须促使所述冲击头抵靠要被撞击的物体，从而抵抗所述低压空气沿向后的方向对所述活塞组件和所述冲击头施力，从而密封所述第一腔的空气的出口；一旦由所述操作者触发致动，则高压空气被允许进入所述第一腔，从而使得活塞组件缩回至充气位置。
优选地，所述高能量击打由基本上恒定的力提供，在所述活塞组件沿着所述第一腔向所述冲击头行进的过程中，所述基本上恒定的力施加在所述活塞组件的后面。
优选地，所述低压空气源被存储在储存器中。
根据第二方面，本发明涉及一种气动致动的无后坐力锤，该锤包括：
第一壳体；
由所述第一壳体支承以沿着锤的轴线往复运动的冲击头；
设置在从所述第一壳体的后部延伸出的细长的管件中的活塞组件，所述管件的孔限定了第一腔，所述第一腔具有靠近所述第一壳体的前端部和相对地设置的封闭后端部，所述活塞组件能够在所述第一腔内运动，以使得所述活塞组件可撞击所述冲击头，其中，所述活塞组件被气动致动，以使得在所述活塞组件沿着所述第一腔向所述冲击头行进的过程中，基本上恒定的力施加在所述活塞组件的后面；所述第一腔的长度使得当用手把持并操作所述锤时，能够以最小的活塞加速后坐力实现高能量击打。
优选地，所述高能量击打由存储在大的外部蓄能器中的低压空气源来提供。
附图说明
现在将参考附图、通过仅仅示例的方式说明本发明的优选实施方式，其中：
图1是根据本发明的无后坐力锤的一种实施方式的剖视图，其中活塞处于充气位置。以概略图的形式示出了外部储存器。
图2是图1中的圆A中所示的无后坐力锤的壳体与冲击头装置的放大剖视图。
图3是无后坐力锤的壳体、冲击头装置以及活塞的放大剖视图。
具体实施方式
图1至3示出气动致动的无后坐力锤的一种实施方式，该锤具有用于支承其前端附近的冲击头2的主壳体30。基本上细长的管件(筒)16从主壳体30的后部经由凸缘16a和中间的密封保持板18延伸出。管件16的孔提供腔24，该腔具有靠近主壳体30的前端部和相对地设置的封闭后端部。缓冲垫25和入口歧管16c设置在封闭的后端部处。活塞(或活塞组件)1设置在腔24内，以便在其中往复运动。活塞1用来撞击冲击头2，如图2和3所示，以使得冲击头2可以沿着锤的轴线H运动。
优选地，活塞1能够撞击冲击头2，以使得被冲击头2撞击的物体能够被大约250焦耳的“高击打能量”冲击。
缓冲组件3包括从主壳体30的前端延伸出的减振套3c、缓冲壳3b和减振保持螺母3a。缓冲壳3b和减振套3c包围冲击头2的一部分，其中减振套3c的一部分设置在冲击头2与主壳体30之间。缓冲组件3还包括设置在减振套3c与主壳体30之间的减振筒4。减振套3c适于在冲击头2与缓冲筒4之间做相对运动。
如图1所示，低压蓄能器20经由连接到腔24的软管19提供大约190kPa的恒定低压空气至活塞1的后部。低压空气蓄能器20是具有相当大的容积的外部储存器，以使得能够以活塞1的后面的最小压力波动实现“击打”，从而提供基本上恒定的施加力。
在支靠位置，活塞1处于图3所示的前部位置。冲击头2在缓冲组件3中位于前部，并通过活塞1的力保持向前抵靠缓冲件7。缓冲件7通过螺母3b保持在缓冲壳3a内。通过位于缓冲装置内的弹簧12所施加的预载而防止缓冲组件3向前运动。
在使用时，操作者将冲击头2抵靠着要撞击的物体放置；然后操作者在锤上施力，促使活塞1和冲击头2抵抗空气压力返回。当冲击头2到达行程的后部极限时，冲击头密封装置21防止空气从腔24出去，参见图2。
阀31的操作使得空气能够通过通道8流入腔24。假设操作者施加了足够的力，则腔24被密封，以使得大约300kPa的高压空气能够向下流过通道8进入腔24。这使得活塞1缩回到位于腔24的后端的缓冲垫25处。如果操作者停止推动，那么密封装置21将使得空气能够通过减振套/缓冲套3c排到大气中，使活塞返回到安全的支靠位置。抵抗存在于腔24的后部中的恒定的驱动压力向后推动活塞1、直到冲击头2到达“行程极限”，这样的要求确保了在加载过程中由操作者施加的力与为抵抗击发(firing)过程中活塞的加速力所需的力相同。这保证了击发过程中锤与要撞击的物体保持接触。优选地，在充气过程中，腔24的前部中的压力应当不超过可在冲击头2上产生250N的力的值。
当活塞1处于充气位置时，操作者触发一阀32，从而使通道8通风并将压缩空气供应到通道10。空气进入腔11，促使主阀套9抵抗弹簧14向前，使腔24经由径向口15和护罩13向大气敞开。此时，横跨活塞1的压力处于“低幅度”的不平衡，且活塞向冲击头2加速。
当活塞1撞击冲击头2时，发生两件事情中的一件。
(i)如果被撞击的物体具有足够的抵抗能力，那么，冲击头2在缓冲组件3内向前运动直到物体停止，且缓冲组件3保持位置不变。
(ii)如果被撞击的物体不能够吸收全部的250焦耳(或以上)，那么，冲击头2和活塞1继续向前行进直到冲击头2的肩部冲击缓冲件7，使得缓冲套3c向前行进。减振筒4内部的内减振腔4a充满油；减振筒4包含孔口4a，以使得油被排入外减振(低压)腔6。通过所述孔口的时间线性间隔(time-linear spacing)而对该液流按序限制，使得冲击头2和缓冲套3停止。缓冲装置能够耗散锤的全部击打能量。
当操作者释放触发阀(未示出)时，通道10中的压缩空气被排到大气中，使得主阀套9能够关闭，压缩空气被供应到通道8。现在，锤为下一次循环使用做好了准备。
在本实施方式中，优选的是，具有大约42mm孔径的管件16足够长，以便为活塞1提供大约一米的行程，从而为锤传送250焦耳或以上的高击打能量。因为两个起主要作用的因素，该击打能量的传送伴随着最小的施加给操作者的后坐力。第一个起作用的因素是由管件16提供给活塞1的在腔24内的行程长度。第二个起作用的因素是为使活塞1向冲击头2加速所需的“低幅度”不平衡力。该低幅度可以是大约250牛顿。
气动致动的无后坐力锤的上述实施方式尤其适于用作衬里螺栓拆除工具。使用这样的工具从开采用粉碎机(mining mill)拆除螺栓，所述粉碎机使用通过螺栓连接到粉碎机内壳体上的牺牲性的分段衬里。不过，应该理解，本发明的气动致动的无后坐力锤不限于这种应用，并能用于许多其他用途，包括岩石破碎等等。
在上述实施方式中，在锤工作之前，操作者必须在锤上施加力，促使活塞1和冲击头2抵抗空气压力返回。不过，应该理解，在其他未示出的实施方式中，该特征可以通过某些其他方式来实现，比如在手柄上提供加载开关。
在上述实施方式中，当活塞1处于充气位置时，操作者起动阀32，从而使通道8通风并将压缩空气供应到通道10。不过，在可选的未示出实施方式中，锤可以具有切换开关/传感器，当活塞1到达(或行至靠近)充气位置时，该切换开关/传感器自动触发阀32，从而使通道8通风并将压缩空气供应到通道10。
在上述实施方式中，储存器(低压蓄能器)20在锤的外部。不过，应该理解，在另外的未示出的实施方式中，储存器可以与该无后坐力锤成为一体。
在上述实施方式中，高压为300kPa而低压为190kPa。不过，应该理解，也可以采用其他的高压值和低压值，只要它们之间的压差足以导致压力不平衡即可。例如，高压可以是350kPa而低压可以是250kPa。
本文使用的术语“包含”和“包括”(以及它们在文法上的变型)是以包含(包括)的意义而不是以“仅由......组成”的排外的意义来使用的。

Claims (9)

1.一种气动致动的无后坐力锤，该无后坐力锤包括：
第一壳体；
由所述第一壳体支承以沿着锤的轴线往复运动的冲击头；
设置在从所述第一壳体的后部延伸出的细长的管件中的活塞组件，所述管件的孔限定了第一腔，所述第一腔具有靠近所述第一壳体的前端部和相对地设置的封闭后端部，所述活塞组件能够在所述第一腔内运动，以使得所述活塞组件可撞击所述冲击头，其中，在支靠位置，低压空气源保持所述活塞组件向前抵靠所述冲击头，所述低压空气源从位于或靠近所述第一腔的所述后端部的位置处输送出；通过输送的高压空气作用在所述活塞组件的前部上而使所述活塞组件缩回到位于所述第一腔的所述后端部的充气位置；一旦由操作者致动触发机构，则空气从所述第一腔的前端部排放至大气，从而产生横跨所述活塞组件的低幅度的压力不平衡，以使得所述活塞组件向所述冲击头加速并撞击所述冲击头；所述第一腔的长度使得当用手把持并操作所述锤时，能够以最小的活塞加速后坐力实现高能量击打。
2.根据权利要求1所述的气动致动的无后坐力锤，其特征在于，缓冲组件包围所述冲击头的一部分，并设置在所述冲击头与所述第一壳体之间，所述缓冲组件包括被保持在所述第一壳体内的减振筒和适于在所述冲击头与所述第一壳体之间发生相对运动的减振套。
3.根据权利要求2所述的气动致动的无后坐力锤，其特征在于，在所述减振筒与所述减振套之间设有内减振腔，在所述减振筒与所述第一壳体之间设有外减振腔，在使用时，容纳在所述内减振腔内的液体被排放至所述外减振腔，由此在所述内减振腔内产生的压力以所需的力作用在所述减振套上，以使所述冲击头停止。
4.根据权利要求3所述的气动致动的无后坐力锤，其特征在于，在使用时，当所述冲击头冲击到物体、所述物体不能吸收冲击到其上的击打能量时，所述冲击头能够向前行进并使得所述减振套运动，所述减振套又在相对于所述减振筒运动时吸收击打能量。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的气动致动的无后坐力锤，其特征在于，在所述支靠位置，活塞组件通过所述低压空气源保持向前抵靠所述冲击头；为了操作所述锤，操作者必须促使所述冲击头抵靠要被撞击的物体，从而抵抗所述低压空气沿向后的方向对所述活塞组件和所述冲击头施力，从而密封所述第一腔的空气的出口；一旦由所述操作者触发致动，则高压空气被允许进入所述第一腔，从而使得活塞组件缩回至充气位置。
6.根据权利要求1所述的气动致动的无后坐力锤，其特征在于，所述高能量击打由基本上恒定的力提供，在所述活塞组件沿着所述第一腔向所述冲击头行进的过程中，所述基本上恒定的力施加在所述活塞组件的后面。
7.根据权利要求6所述的气动致动的无后坐力锤，其特征在于，所述低压空气源被存储在储存器中。
8.一种气动致动的无后坐力锤，该锤包括：
第一壳体；
由所述第一壳体支承以沿着锤的轴线往复运动的冲击头；
设置在从所述第一壳体的后部延伸出的细长的管件中的活塞组件，所述管件的孔限定了第一腔，所述第一腔具有靠近所述第一壳体的前端部和相对地设置的封闭后端部，所述活塞组件能够在所述第一腔内运动，以使得所述活塞组件可撞击所述冲击头，其中，所述活塞组件被气动致动，以使得在所述活塞组件沿着所述第一腔向所述冲击头行进的过程中，基本上恒定的力施加在所述活塞组件的后面；所述第一腔的长度使得当用手把持并操作所述锤时，能够以最小的活塞加速后坐力实现高能量击打。
9.根据权利要求8所述的气动致动的无后坐力锤，其特征在于，所述高能量击打由存储在蓄能器中的低压空气源来提供。
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