CN101918673B - 振动锤 - Google Patents

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Abstract

提供了一种振动锤，该振动锤包括：主体；撞击单元，该撞击单元包括被安装以通过安装在主体中的液压控制阀单元提升的活塞罩壳、可滑动地安装在主体上以与活塞罩壳同轴的锤导向装置、和具有固定于活塞罩壳和锤导向装置的两端并且在相对于活塞罩壳提升方向的预定角度处弹性变形的活塞；以及旋转单元，安装在主体中并且使与活塞一起提升的锤导向装置往复旋转。当侧压施加于连接至活塞的杆时，振动锤可以通过使活塞弹性地变形而防止其被损坏。

Description

振动锤
技术领域
本发明涉及钻孔机，更具体地涉及振动锤，振动锤能够通过使其内安装有钻头的杆振动或旋转而进行钻孔。
背景技术
用于在地面打孔的钻孔机通常基于简单地使钻头循环的技术(振动法)、以及基于不但使钻头或球形铣刀(cutter)循环而且向其加压的技术(反循环钻孔法：ROC)等等。
振动法可以处理软质地面的情况，换言之，钻孔工作通过软质地面(例如土壤)被适当地执行。然而，对于硬质钻孔操作，必须通过落下大型的锤来粉碎地面下的岩石，这就需要例如打桩机的附加装备。
同时，在RCD法中，从钻孔能力的角度看，该方法是比振动法先进的方法，对岩床进行挖掘使得首先通过振动器或旋转器来挖掘土壤层，通过使专门设计的、附于杆端部的钻头旋转来挖掘软岩石层和硬岩石层。RCD法的钻孔能力仍然很差。
为了克服前述的缺点，已经提出了传统钻孔机，该钻孔机被构造为在挖掘工作期间撞击附于杆端部的钻头并使其旋转。所提出的传统钻孔机具有锤，该锤提供来自杆上部的旋转力并且通过气压或液压将撞击力提供给具有钻头的杆下端。
在上述钻孔机中，必须向安装在具有钻头的杆下端的锤提供气压或液压。因此，随着钻孔深度的增加，该结构变得相当复杂。
在另一传统钻孔机中，提供了振动器和钻头，钻头安装在振动器内所安装的杆的端部处，振动器将旋转力和撞击力传递至杆，从而进行钻孔工作。用于对杆施加震动的振动器包括由液压供给回路供给的一种或多种液压流体的流动所驱动的装置，通过柄将从振动器产生的震动传递至杆。柄将来自液压发动机的旋转力传递至杆。
EP 058,650 and EP 856,637公开了结合的(bonding)活塞装置，在该装置中，由撞击装置的主供给回路供给液压。
发明内容
技术问题
为了解决上述问题，本发明的目的是提供振动锤，当滚珠导向装置应用于连接至活塞的杆时，该振动锤可以通过使活塞弹性变形而防止活塞被损坏。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了振动锤，该振动锤包括：主体；撞击单元，该撞击单元包括被安装以通过安装在主体中的液压控制阀单元提升的活塞罩壳、可滑动地安装在主体上以与活塞罩壳同轴的锤导向装置、和具有固定于活塞罩壳和锤导向装置的两端且在相对于活塞罩壳提升方向的预定角度处弹性变形的活塞；以及旋转单元，安装在主体中并且使与活塞一起被提升的锤导向装置往复旋转。
在本发明中，旋转单元包括：主齿轮阻尼装置，与锤导向装置联接并且通过液压发动机往复旋转；以及摩擦抑制装置，安装在联接主齿轮和锤导向装置的阻尼装置联接部中，并且防止主齿轮和锤导向装置因摩擦热而相互固定。
摩擦抑制装置包括：花键单元，通过在纵向方向上分割安装在锤导向装置和主齿轮的至少一侧的花键而形成；滚珠导向装置，安装在花键单元的每个之间；以及滚珠，安装在位于其两侧与花键单元联接的花键之间的滚珠导向部中。位于由活塞罩壳和锤导向装置支撑的活塞两端的弹性变形部的直径小于位于活塞罩壳和锤导向装置之间的中空部的直径。
有益效果
当滚珠导向装置应用于连接至活塞的杆时，该振动锤可以通过使活塞弹性地变形而防止其被损坏，从而提高耐久性和驱动可靠性，并且当振动的活塞旋转时，防止主齿轮和锤导向装置因摩擦热而相互固定。
附图说明
图1是根据本发明的振动锤的截面图；
图2是示出了活塞罩壳和活塞之间的连接关系的局部剖视侧视图；
图3是摩擦抑制装置的分解截面图；
图4是图3中所示出的摩擦抑制装置的局部剖视侧视图；以及
图5是示出了图3中所示的摩擦抑制装置的基本部件的分解透视图。
具体实施方式
根据本发明的振动锤被构造为向杆提供撞击(striking)力和旋转力，该杆通过相对于机体垂直竖立且与具有钻孔钻头的杆连接的引导装置(lead)引导。振动锤的示例性实施方式在图1至图3中示出。
参照图1至图3，振动锤10包括：撞击单元20，安装在主体11中，并且通过与用于钻孔的杆100连接的活塞28、向杆100提供撞击力；旋转单元50，安装在主体11中，由稍后描述的锤导向装置26支撑，并且使锤导向装置26往复(reciprocally)旋转。
撞击单元20包括：保持装置24，安装在主体11中，并且形成圆筒(cylinder)部22和活塞罩壳导向部23；以及活塞罩壳25，支撑于活塞罩壳导向部23，并且与活塞罩壳导向部23一起被提升。活塞罩壳25包括：活塞罩壳支撑部25a，由活塞罩壳导向部23支撑；以及活塞部25b，具有大于活塞罩壳支撑部25a直径的直径，并且沿着圆筒部22滑动。活塞罩壳25在其纵向方向具有中空部25c。在此，保持装置24可以包括具有不同直径且相互联接的多种构件。形成圆筒部22的保持装置24包括第一端201和第二端口202，用于选择性地向被活塞部25b分开且位于圆筒部22上部和下部的上圆筒22a和下圆筒22b提供工作流体(operating fluid)。
主体11包括液压控制阀单元210，用于通过向第一圆筒22a和第二圆筒22b提供工作流体来提升活塞罩壳25。液压控制阀单元210包括：2-端口、2-位置(2-port，2-position)主控制阀211，用于可选地通过在保持装置24中形成的第一端口201和第二端口202，将从液压泵(未示出)抽取的液压流体输送和排放至上圆筒22a和下圆筒22b；以及执行机构212，用于通过使主控制阀211的阀芯(spool)211a在左右方向往复运动来改变流体通道。可通过在主体11的外周表面形成环形凹槽，以及在保持装置24中形成与环形凹槽相对应的多个通孔，实现液压流体通过第一端口201和第二端口202的输送和排放。为了操作2-端口、2-位置控制阀211，执行机构212允许通过使用先导压力(pilot pressure)运送阀芯211a、或者通过液压发动机121b使分离的2-端口、2-位置辅助控制阀212a的阀芯旋转，使工作流体被往复转移。
然而，向上圆筒和下圆筒输送工作流体不限于本实施方式，还可以通过任何结构实现，只要该结构能够将用于提升活塞部25b的工作流体输送和排放至第一端口201和第二端口202。
具有中空部26a的锤导向装置26安装在位于主体11下部的主体11中，以便和活塞罩壳25一起在纵向方向可滑动地移动。活塞罩壳25和锤导向装置26彼此间隔预定距离，以相对于彼此被同轴安装。
同时，其端部形成有杆联接部27的活塞28联接至活塞罩壳25和锤导向装置26的中空部25a和26a。活塞28的上端通过螺纹连接至活塞罩壳25，活塞28的下端通过螺纹连接至锤导向装置26。与活塞25和锤导向装置26的中空部25a和26a中的每个具有相同直径的弹性变形部28a形成于活塞28的无螺纹部处，以防止活塞罩壳25与锤导向装置26之间的干扰。与锤导向装置26相邻的活塞28下端通过导向环29支撑活塞28的弹性变形部28a。导向环29防止弹性变形部28a振动。
用于供给工作流体的中空部28b形成于活塞28的纵向方向。在活塞28端部形成的杆联接部27逐渐变细，并且具有在其外周表面上形成的螺纹。
如图1、图3至图5所示，在锤导向装置26的提升不受旋转单元50影响的情况下，旋转单元50使锤导向装置26往复旋转。外壳51安装在主体11的下部，至少一个第一花键52和第一花键凹槽53形成于锤导向装置26的、相对于外壳51向下突出的外周表面上。
主齿轮56形成于外壳51内，主齿轮56具有分别与第一花键52和第一花键凹槽53联接的第二花键凹槽54和第二花键55。主齿轮56通过轴承57和58支撑于外壳51，并且与安装在外壳51中的驱动齿轮61和62啮合。通过液压发动机使驱动齿轮62旋转。在此，外壳51可以由外壳主体51a和与外壳主体51a联接的盖构件51b构成。与锤导向装置26联接的活塞28的杆联接部27在盖构件52a中突出。
同时，摩擦抑制(dampening)装置70安装在联接锤导向装置26和主齿轮56的花键联接部中，并且当来自主齿轮56的旋转力被传递至正在提升的锤导向装置26时，防止锤导向装置26和主齿轮56因摩擦热而相互固定。
参照图3至图5，摩擦抑制装置70被构造使得锤导向装置26中的第一花键52被分割成彼此间隔预定距离的第一花键单元71和第二花键单元72，滚珠导向装置(ball guider)73安装在第一花键单元71与第二花键单元72之间，从而通过位于与第一花键52联接的主齿轮56两侧的第二花键55，形成具有闭环形状的滚珠导向部75。多个滚珠76形成于滚珠导向部75中。为了实现摩擦抑制装置70，第一花键单元71、第二花键单元72和滚珠导向装置73可以形成于主齿轮56的第二花键55中。在摩擦抑制装置70的可选实施方式中，摩擦抑制装置70的形成可包括可选地在第一花键52和第二花键55中形成摩擦抑制装置70。
然而，摩擦抑制装置70不限于上述实例，还可以通过任何结构实现，只要该结构能够使抑制施加在锤导向装置26与主齿轮56的花键联接部的摩擦。在示例性实施方式中，可以通过在纵向方向上彼此对应的第一花键和第二花键的外周表面上形成滚珠导向装置，以及将多个滚珠支撑于滚珠导向部，实现摩擦抑制装置70。
现在描述根据本发明的上述振动锤的操作。
为了进行钻孔工作，在钻孔杆100安装在支撑于引导装置的振动锤10的杆联接部27中的情况下，液压控制阀单元200被操作以选择性地向由主体11和保持装置24形成的第一端口201和第二端口202供给液压油，从而提升活塞罩壳25和联接至活塞罩壳25的活塞28。驱动齿轮61由安装在外壳51中的液压发动机63驱动，从而使通过轴承支撑于外壳51的主齿轮56旋转。
因此，通过使与活塞28的杆联接部27联接且其端部安装有钻孔钻头(未示出)的杆100旋转和垂直振动，执行钻孔工作。
在钻孔工作期间，来自岩床或岩石的侧压施加在杆100上。在这种情况下，由于活塞28的两端由活塞罩壳25和锤导向装置26支撑，因此活塞28的弹性变形部28a弹性变形，以吸收施加在杆100上的侧压。因此，有可能从根本上防止杆100与活塞28的联接部被施加在杆100上的侧压损坏。也就是说，当正在执行钻孔工作的杆100由于侧压而偏离垂直轴线时，活塞28的弹性变形部28a弹性变形以吸收由偏离而导致的位移量。当钻孔工作连续进行时，杆100通过活塞28的弹性恢复能力而保持笔直前进。
另外，当钻孔工作连续进行时，用于提升锤导向装置26和使锤导向装置26旋转的、主齿轮56和锤导向装置26的花键联接部产生摩擦热。由于花键联接部包括用于减小摩擦力的装置，因此可以防止锤导向装置26和主齿轮53因摩擦力而相互固定。也就是说，由于第一花键52分成第一花键单元71和第二花键单元72，滚珠导向装置73用于引导多个滚珠76，因此可以使第一花键52和第二花键55之间的摩擦力最小。
具体地，由于摩擦抑制装置70具有闭环形状的滚珠导向部75，因此滚珠76沿闭环循环，而且支撑滚珠76的第一花键52的侧表面和前表面分别与第二花键55的侧表面和第二花键凹槽54的内表面接触，从而使第一花键52和第二花键55之间的摩擦力最小。
摩擦力的减小可以从根本上防止锤构件和用于使锤构件旋转的主齿轮56在深孔的钻孔工作期间因增加的摩擦力而相互固定。
如上所述，根据本发明的振动锤可以向杆提供旋转力，并且在杆的纵向方向提供可承受的撞击力。此外，振动锤可以通过减小锤构件和主齿轮之间的摩擦力，避免驱动功率的损失，还可以防止锤构件和主齿轮相互固定。具体地，即使由于在钻孔工作期间施加在杆上的侧压，杆轻微地偏离了垂直轴，但是活塞可以弹性变形以吸收该偏离。因此，有可能从根本上防止杆100与活塞28的联接部或活塞28被损坏。
尽管本发明是参照本发明的示例性实施方式具体的示出和描述，但是那些本领域技术人员可以理解，可以在不背离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前提下，对形式和细节进行各种改变。
因此希望本文的实施方式在所有方面被认为是示例性的而非限制性的，可以参照所附权利要求而不是前述的说明书来表示本发明的范围。
工业应用
根据本发明的振动锤可广泛用于各种类型的钻孔机、地层取样装置等。

Claims (3)

1.一种振动锤，包括：
主体(11)；
撞击单元(20)，所述撞击单元包括：活塞罩壳(25)，被安装以通过安装在所述主体中的液压控制阀单元(210)而在所述主体(11)的上部中提升；锤导向装置(26)，可滑动地安装在所述主体(11)的下部上以与所述活塞罩壳(25)同轴并隔开；活塞(28)，具有固定于所述活塞罩壳(25)的中空部(25c)和所述锤导向装置(26)的中空部(26a)的两端，并且在相对于所述活塞罩壳(25)提升方向的预定角度处弹性地变形；以及杆(100)，安装在所述活塞(28)的端部并在所述杆(100)的端部具有钻孔钻头；以及
旋转单元(50)，安装在所述主体(11)中，并且使与所述活塞(28)一起被提升的所述锤导向装置(26)往复旋转，
其中，位于由所述活塞罩壳(25)和所述锤导向装置(26)支撑的所述活塞(28)的两端之间的弹性变形部(28a)的外径小于所述活塞罩壳(25)与所述锤导向装置(26)的中空部(25c，26a)的内径。
2.根据权利要求1所述的振动锤，其中，所述旋转单元(50)包括：主齿轮(56)，通过花键联接至所述锤导向装置(26)，并且通过液压发动机往复旋转；以及摩擦抑制装置(70)，安装在联接所述主齿轮(56)和所述锤导向装置(26)的花键联接部中，并且防止所述主齿轮(56)和所述锤导向装置(26)因摩擦热而相互固定。
3.根据权利要求2所述的振动锤，其中，所述摩擦抑制装置(70)包括：花键单元(71，72)，通过在纵向方向上分割安装在所述锤导向装置(26)和所述主齿轮(56)的至少一侧的花键而形成；滚珠导向装置(73)，安装在每个所述花键单元(71，72)之间；以及滚珠(76)，安装在其两侧与所述花键单元(71，72)联接的花键之间的滚珠导向部(75)中。
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