CN102858498B - 液压冲击装置、活塞导向件及钻探机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液压冲击装置，其包括外壳中的可移位装置，在外壳中、在可移位装置处设置有：连接至液压油的回流管路的第一腔室；位于第一腔室的第一侧并且通过沿着可移位装置的第一间隙与第一腔室分隔开的衬套；以及第二腔室，第二腔室具有比第一腔室的液压油压力高的液压油压力、并且设置在第一腔室的第二侧、通过沿着可移位装置的第二间隙与第一腔室分隔开。根据本发明，在第二间隙与第一腔室之间固定设置有第三腔室，并且，第三腔室不仅通过第一通道而且还通过沿着可移位装置的第三间隙而连接至第一腔室。本发明还涉及一种在上述液压冲击装置中的活塞导向件以及一种具有上述冲击装置的钻探机。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压冲击装置、用于安装在具有活塞的钻机的外壳中的活塞导向件、以及具有液压冲击装置的钻探机。
背景技术
冲击式液压凿岩钻机包括外壳，撞击活塞在外壳中前后运动并且撞击在钎尾接合器上。此外，旋转运动从旋转马达传递至钎尾接合器。撞击能量和旋转运动随后通过一个或若干个钻杆和钻头从钎尾接合器传递至岩石，从而产生钻孔。
设置有一个或若干个衬套以密封撞击活塞。多种方案可以用来确保衬套上的载荷较低并且使衬套的使用寿命尽可能长。US 7,152,692披露了一种用于液压锤的装置，该装置也可以用于钻机。紧邻活塞衬套的第一腔室排通至液压油的回流管路，使得衬套将承受尽可能低的液压油压力。具有液压油的高压力的第二腔室通过在活塞与外壳之间形成的间隙而与所述的第一腔室分隔开。
现有技术的缺陷在于：在活塞与外壳之间的间隙中的压力差——该压力差存在于具有其液压油的高压力的第二腔室与排泄用第一腔室之间——将沿着间隙的纵向方向压迫液压油。在活塞具有与液压油被压力驱动的方向相同的方向上的速度的情况下，流体的速度和体积将会很大。该液压油以薄膜的形式沿着活塞的表面以高速流出且与活塞衬套接触。液压油不仅引起会缩短衬套的使用寿命的侵蚀，其还使衬套环局部升起而引起泄漏。
在活塞衬套包括两个串接衬套的情况下，在这些情况下在衬套之间建立了压力，该压力使内部衬套的边缘翻转并且使外部衬套变得沿着活塞被挤压。这样造成了衬套组合的完全失效。
对于除活塞之外的其他的运动构件，会以同样的方式引起相同的问题。
US 6,367,805披露了一种在活塞式压缩机中的活塞，其中运动清扫环围绕活塞设置，以便将液压油从活塞表面移除。清扫环既没有附接至压缩机的外壳与也没有附接至活塞，因此自由地并且部分地伴随着活塞的运动而运动。在钻机中液压油压力较高；而US 6,367,805所披露的方案在这种情况下同样也将不起作用。环在活塞上磨损并且彼此磨损。此外，结果很大程度上取决于环的瞬时位置。而且，环占据大量的空间——特别是当考虑到环要具有运动空间并且环不用于其他任何方面时。而且，在其中定位有环的大的腔室占据空间并且削弱外壳。
发明内容
本发明涉及一种液压钻机，该液压钻机包括外壳中的例如活塞的可移位装置。在外壳中、在可移位装置处设置有：第一腔室，该第一腔室连接至液压油的回流管路；衬套，该衬套位于第一腔室的第一侧上并且通过沿着可移位装置的第一间隙与第一腔室分隔开；以及第二腔室，该第二腔室具有比第一腔室的液压油压力高的液压油压力、并且设置在第一腔室的第二侧上、通过沿着可移位装置的第二间隙与第一腔室分隔开。根据本发明，在第二间隙与第一腔室之间固定设置有第三腔室。第三腔室不仅通过第一通道而且还通过沿着可移位装置的第三间隙而连接至第一腔室。
优点在于，本发明减小了相邻的衬套上的载荷，从而减小了密封功能失效的风险并且延长了钻机的运转时间。这通过沿着分流装置引导液压油、由此液压油不以与现有技术中同样高的速度撞击在衬套上来实现。
通过在外壳中、或在例如活塞导向件的固定设置在外壳中的一些其他的特征部件中设置第三腔室，得到了可预见的结果、以及同样能够承受住液压油的更高压力的装置。
根据一个实施方式，第三腔室设置于活塞导向件中。这种设置的优点在于活塞导向件被用于两种功能，并且这种设置给出了并不占据大量的空间的紧凑方案。
附图说明
将借助优选实施方式且参照附图对本发明进行更详细地说明，在附图中：
图1至图3示出了现有技术的各种变型；
图4示出第一实施方式的截面；
图5示出第二实施方式的截面；
图6示出第三实施方式的截面。
具体实施方式
图1、图2和图3示出液压钻机的外壳11的一部分。撞击活塞1设置于外壳11中的大致圆筒形舱室中。活塞1来回地运动且撞击在钎尾接合器(未在附图中示出)上，并且通过一个或若干个钻杆(未示出)和钻头(未示出)以这种方式将撞击能量向前传递至岩石。活塞具有作为液压压力的驱动区域的两个环岸，所述液压压力来自以往复运动驱动活塞1的液压油。活塞导向件3在外壳11中设置于活塞1的每一端部处，使得活塞1总是直接撞击至钎尾接合器上，并且为了防止活塞1上的环岸与圆筒形舱室的壁接触。
设置有一个或若干个衬套6——分别参见图1与图2——用于密封活塞1。衬套6设置在外壳11中所设置的第一腔室5的第一侧上。沿着活塞1的第一间隙12将衬套6与第一腔室5分隔开。第一腔室5具有至液压油的回流管路7的连接，以便使衬套6将受到尽可能低的液压油压力。在外壳11中，第一腔室5的第二侧上还具有一个或若干个第二腔室2，该第二腔室2处于液压油的高压力下。第二腔室2通过沿着活塞1形成的、活塞导向件3与活塞1之间的第二间隙4而与第一腔室5分隔开。
图3中示出了具有相同功能的一种替代性设计，其中活塞导向件3延伸了至衬套6的全部距离且排泄的第一腔室5设置于活塞导向件中。设置有活塞导向件3中的通道13用于将第一腔室5连接至回流管路7。
目的在于：来自处于液压油的高压力下的第二腔室2的液压油将通过回流管路7被排泄，而并不损坏衬套6。然而，在活塞1与活塞导向件3之间的第二间隙4中，具有其液压油的高压力的第二腔室2与排泄用第一腔室5之间的压力差将沿着第二间隙4的纵向方向压迫液压油。在活塞1具有与液压油被压力驱动的方向相同的方向上的速度的情况下，流体的速度和体积会很大。该液压油以薄膜的形式沿着活塞1的表面高速流出并且与衬套6接触。液压油不仅引起会缩短衬套6的使用寿命的侵蚀，其还使衬套6局部升起而引起泄漏。
如图2所示，在活塞衬套包括两个串接衬套6的情况下，在这些情况下在衬套6之间建立了压力，该压力使内部衬套6的边缘翻转并且使外部衬套6变得沿着活塞1的表面被挤压。这样造成了衬套组合的完全失效。
图4示出本发明的第一实施方式，其意在减小沿着活塞1流动且撞击到衬套6上的油膜的量和速度，以便减小衬套6上的载荷。第三腔室8设置于活塞导向件3中。第三间隙9沿着活塞1设置于第三腔室8与第一腔室5之间。此外，第一通道14设置于第三腔室8与第一腔室5之间的另一位置处。第一通道14例如可以包括一个或若干个孔。如果第一通道14大于第三间隙9，则液压油将自由地流动通过第一通道14。适当的是，第一通道14在流动方向上的横截面面积为第二间隙4的横截面面积的至少两倍。
液压油自由流动通过第一通道14确保了第三腔室8中的液压油压力将大致与第一腔室5中的压力相同。驱动液压油通过第三间隙9的压力梯度因此将是可忽略的。因此，大部分的液压油通过第一通道14被导入到第一腔室5中并且通过回流管路7被导出。这将防止更大部分的以高速流动通过第二间隙4的液压油撞击在衬套6上，从而减小衬套6上的载荷。
图5示出功能相似的一种设计，其中在活塞导向件3与第一腔室5的壁之间设置有独立的衬套10。在这种情况下第一通道14可以包括活塞导向件中的第一凹口，该第一凹口与衬套10接触。可替代地，第一凹口可以设置在衬套10中，然后与活塞导向件3接触。此外，衬套10具有用于将第一腔室5连接至回流管路7的第二通道15。第二通道可以包括与第一腔室5的壁接触的第二凹口。
图6示出功能相似的另一种设计，其中衬套10还包括用于衬套6的第四腔室16。在这种情况下第二通道15包括孔是适当的。一种替代性方案是省略独立的衬套10，并且使活塞导向件3延伸全部距离且包括全部两个通道14、15以及第四腔室16。在这种情况下通道14和通道15两者都包括孔是适当的。
第三间隙9的高度应当为第二间隙4的高度的大约0.5-10倍。优选的是，第二间隙4与第三间隙9是等高的。如果第三间隙9的高度太小，则在第三间隙9中会发生磨损。另一方面，如果第三间隙9的高度太大，则太大体积的液压油将沿着这个通路行进。然而，考虑到横跨第三间隙9的端部的压力梯度较低且因此本发明起作用的范围更宽，因此后一种情形是次要问题。
适当的是，第三间隙9的长度是第二间隙4的高度的大约50-500倍。如果第三间隙9的长度太短，则获得的效果太小；如果第三间隙9长度太大，则这会以不利的方式影响整个钻机的长度。
虽然已经在所有的示例中具体说明了撞击活塞，但明显的是，本方案对于诸如减震活塞之类的其他可移位装置也将起作用。以同样的方式，不必一定在活塞导向件3中设置第三腔室8，而第三腔室8可以直接设置于外壳11的壁中或设置于固定在外壳11中的另一装置中。
在附图中示出具有一个衬套6的示例，但本发明对串接的两个或更多个衬套6提供同样的保护。在这种情况下应当与在图2中示出的现有技术的方案进行比较。除衬套外的其他敏感部件也能够以同样的方式获得保护。
也可以以串接的方式具有带第三间隙9的多个第三腔室8以增强效果。
本发明不仅在钻机中起作用，而且例如还在液压锤以及具有类似问题的其他类似装置中起作用。
本发明自然不限于上述示例，其能够在所附专利权利要求的范围内进行修改。
Claims (13)
1.一种液压冲击装置，所述液压冲击装置包括外壳(11)中的可移位装置，在所述外壳(11)中、在所述可移位装置处设置有：
第一腔室(5)，所述第一腔室(5)连接至液压油的回流管路(7)；
第一衬套(6)，所述第一衬套(6)位于所述第一腔室(5)的第一侧并且通过沿着所述可移位装置的第一间隙(12)与所述第一腔室(5)分隔开；以及
第二腔室(2)，所述第二腔室(2)具有比所述第一腔室(5)的液压油压力高的液压油压力、并且设置在所述第一腔室(5)的第二侧、通过沿着所述可移位装置的第二间隙(4)与所述第一腔室(5)分隔开，其特征在于，
在所述第二间隙(4)与所述第一腔室(5)之间固定设置有第三腔室(8)，并且，所述第三腔室(8)不仅通过第一通道(14)而且还通过沿着所述可移位装置的第三间隙(9)而连接至所述第一腔室(5)。
2.根据权利要求1所述的液压冲击装置，其特征在于，所述可移位装置为活塞(1)。
3.根据权利要求1或2所述的液压冲击装置，其特征在于，所述第三腔室(8)设置于在所述外壳(11)中设置的活塞导向件(3)中。
4.根据权利要求3所述的液压冲击装置，其特征在于，所述活塞导向件还包括用于所述第一衬套(6)的第四腔室(16)。
5.根据权利要求1或2所述的液压冲击装置，其特征在于，所述第三腔室(8)设置于在所述外壳(11)中设置的活塞导向件(3)与在所述外壳(11)中设置的第二衬套(10)之间。
6.根据权利要求5所述的液压冲击装置，其特征在于，所述第二衬套(10)还包括用于所述第一衬套(6)的第四腔室(16)。
7.根据权利要求1或2所述的液压冲击装置，其特征在于，所述第三间隙(9)的高度为所述第二间隙(4)的高度的0.5至10倍。
8.根据权利要求1或2所述的液压冲击装置，其特征在于，所述第三间隙(9)的长度为所述第二间隙(4)的高度的50至500倍。
9.根据权利要求1或2所述的液压冲击装置，其特征在于，所述第一通道的横截面面积为所述第二间隙(4)的横截面面积的至少两倍。
10.根据权利要求1或2所述的液压冲击装置，其特征在于，所述液压冲击装置为液压钻机或液压锤。
11.根据权利要求2所述的液压冲击装置，其特征在于，所述活塞(1)为撞击活塞或减震活塞。
12.一种活塞导向件(3)，所述活塞导向件(3)用于安装在具有活塞(1)的钻机的外壳(11)中，使得在所述活塞(1)的侧向方向上、在所述活塞导向件(3)与所述活塞(1)之间形成有间隙(4)，并且所述间隙(4)沿着所述活塞(1)的纵向方向形成在第一腔室(5)与第二腔室(2)之间，所述第二腔室(2)具有比所述第一腔室(5)中的液压油压力高的液压油压力，其特征在于，所述活塞导向件(3)包括第三腔室(8)，所述第三腔室(8)设置成使得所述第三腔室(8)在安装期间固定设置在所述间隙(4)与所述第一腔室(5)之间，使得所述第三腔室(8)不仅通过第一通道(14)而且还通过沿着所述活塞(1)的另一间隙(9)而连接至所述第一腔室(5)。
13.一种钻探机，所述钻探机具有根据权利要求1至11中任一项所述的液压冲击装置。
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