CN103492131A - 冲击机构及包括这种冲击机构的凿岩机和钻机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲击机构，其包括外壳（32）、调节装置（31）以及气锤活塞（1），其中，该外壳（32）具有至少两个冲程调节通道（18、19、20），该调节装置（31）具有设置成以能够选择的方式与冲程调节通道（18、19、20）相互作用的至少两个调节销通道（35、36、37、135、136、137），该气锤活塞（1）在外壳（32）中执行往复运动以反复地冲击在砧座（2）上，该气锤活塞（1）具有能够借助于调节销通道（35、36、37、135、136、137）和冲程调节通道（18、19、20）来选择的冲程长度。根据本发明，调节装置（31）包括弹性元件（48）和操作装置（34），该弹性元件（48）设置成将调节装置（31）保持在用于已经选择的冲程长度的位置中；该操作装置（34）设置成选择调节销通道（35、36、37、135、136、137）并因此选择气锤活塞（1）的冲程长度。

Description

冲击机构及包括这种冲击机构的凿岩机和钻机

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的冲击机构。

背景技术

在凿岩机和其他液压冲击机构中，气锤活塞在圆筒形外壳中执行往复运动并且反复冲击到柄适配器或其他类型的砧座上。冲程的长度为气锤活塞在气锤活塞改变其运动方向时所处的位置之间行进的距离。冲程长度可以借助于例如冲程调节销形式的冲程调节装置以如下方式来控制：即，调节装置的调节在不同通道之间或通道的组合之间选择，该调节例如影响了气锤活塞在后方位置处要改变其运动的方向时所处的位置。以此方式影响了冲击的能量和频率。

现有若干个不同变体的冲程调节装置。US4,413,687公开了一种钻机，在该钻机中，操作者必须先从调节销中的凹入部取出弹簧加载的锁定销。操作者必须随后继续向该锁定销上施加力以保持锁定销远离调节销，同时调节销被轴向移位。锁定销可以随后被放置到调节销中的另一凹入部中。缺点是需要两只手去改变冲程长度。由于弹簧加载的锁定销位于外部，因此其将会受到艰苦操作的影响并且存在寿命短的风险。

US3,780,621公开了一种必须从销中移除锁定螺钉以改变冲程长度的钻机。该销随后可以被轴向移位并且锁定螺钉被用来将销锁定在其新位置中。缺点是需要工具来改变冲程长度。

由瑞典厄勒布鲁

的

AB在1982年出版的阿特拉斯科普柯手册（Atlas Copco mannual）第四版的第56页示出了一种用于改变冲程长度的调节销。该调节销具有用于选择冲程长度的沿着轴线的三个通道，这些通道可以通过放松螺母、转动销以及随后重新上紧螺母来选择。缺点是需要工具来改变冲程长度。

在例如EP0080446、EP0112810、WO2007/097677和WO2008/033075中公开了对冲程长度的或多或少的自动调节的各种变体。这些变体都能够有效地工作，但同时也比较复杂并因而比较昂贵。

发明内容

本发明的目的是解决利用现有技术调节冲程长度的问题。该目的根据本发明通过权利要求1中的区别性特征来实现。

优点是可以在不需要工具或复杂构造的情况下，通过一只手以快速、简单且低价的方式手动地改变冲程长度。

附图说明

将借助于优选实施方式并参照附图对本发明进行更加详细地说明，在附图中：

图1a至图1d示出了冲击机构如何工作以及如何能够执行冲程长度的改变的总体视图。

图2a至图2c以及图3a至图3c示出了第一实施方式的截面图、总体视图以及侧视图。

图4a至图4c示出了第二实施方式的总体视图和侧视图。

图5a至图5c以及图6a至图6c示出了第三实施方式的截面图、总体视图以及侧视图。

图7a至图7c以及图8a至图8c示出了第四实施方式的截面图、总体视图以及侧视图。

具体实施方式

图1a至图1d示意性地示出了现有技术的设置在外壳中的液压潜孔冲击钻，该冲击钻具有交替压力型的冲击机构。该冲击机构包括气锤活塞1，该气锤活塞1向前及向后移动且冲击在柄适配器2或类似物上。柄适配器2随后通过钻柱（附图中未示出）和钻头（附图中未示出）将冲击能量传递至岩石。

此处气锤活塞的前端部3指的是冲击柄适配器2的端部，而气锤活塞的后端部4是远离柄适配器2定向的端部。本示例中的气锤活塞1包括具有前驱动区域6的前活塞拦挡件（piston boom）5和具有后驱动区域8的后活塞拦挡件7。向前及向后运动借助于阀门活塞9和若干通道来控制。纳入蓄能器25和返回蓄能器24使该过程期间的压力的峰值平稳。

在图1a中，阀门活塞9位于其第一位置。向前信号通道10通过阀门活塞9朝向高压11敞开，通向气锤活塞的后驱动区域8。向后信号通道14通过阀门活塞9从气锤活塞的前驱动区域6向低压23敞开。

这给予了气锤活塞的后驱动区域8压力，但是没有给予气锤活塞的前驱动区域6压力，从而使得气锤活塞1朝向柄适配器2向前移动。后活塞拦挡件7阻塞了至第一调节通道12的通路，这随后将导致活塞运动的反向。

在图1b中，气锤活塞1向前继续其运动。当气锤活塞1接近柄适配器2时，后活塞拦挡件7不再阻塞至第一调节通道12的通路。这使得阀门活塞的第一调节区域13被布置在压力下，从而使得阀门活塞9移动至其第二位置。

在图1c中，阀门活塞9已经移动至其第二位置。以此方式，向后信号通道14反而通过阀门活塞9向高压11敞开，通向气锤活塞的前驱动区域6。从高压11至向前信号通道10的通路被封闭，使得气锤活塞的后驱动区域8不再处于压力下，而是反而通过阀门活塞9连接至低压23。这种压力方面的变化改变了气锤活塞1的运动方向，使得气锤活塞1反而被迫向后。

在图1d中，气锤活塞1向后移动。呈调节销15的形式的调节装置使得可以设定冲程的长度。本示例中的调节销15具有第一调节销通道（未示出）、第二调节销通道16以及第三调节销通道（未示出）。基础冲程调节通道17、第一冲程调节通道18、第二冲程调节通道19以及第三冲程调节通道20设置在外壳中。基础冲程调节通道17通过第二调节通道21连接至阀门活塞的第二调节区域22。

如果调节销15被布置到第一位置中，则第一调节销通道会将基础冲程调节通道17与第一冲程调节通道18连接。如果调节销15被布置到第二位置中，则第二调节销通道16会将基础冲程调节通道17与第二冲程调节通道19连接。如果调节销15被布置到第三位置中，则第三调节销通道会将基础冲程调节通道17与第三冲程调节通道20连接。

图1d中示出调节销15位于其第二位置。当气锤活塞1在其向后运动期间使第一冲程调节通道18向压力11敞开时，由于第一冲程调节通道18在该位置中未连接至基础冲程调节通道17，因此什么也不会发生。

然而，当气锤活塞1已经进一步向后移动了较小的距离时，第二冲程调节通道19向压力敞开。第二调节销通道16将第二冲程调节通道19与基础冲程调节通道17连接，并且因此将第二冲程调节通道19与第二调节通道21以及阀门活塞的第二调节区域22连接。这使得阀门活塞的第二调节区域22被布置在压力下，从而使得阀门活塞9移动至其第一位置。通至向后信号通道14的通路被封闭，使得气锤活塞的前驱动区域6不再布置在压力下。以此方式迫使气锤活塞1改变方向并再次向前移动，并且冲程循环根据图1a再次开始。

如果调节销16已经转而被布置到其第一位置中，则阀门活塞的第二调节区域22在气锤活塞1经过第一冲程调节通道18时已经被布置在压力下。气锤活塞1因此将较早地改变方向。以相应的方式，如果调节销16已经布置到其第三位置中，则第二调节区域22在气锤活塞1已经经过第三冲程调节通道20之前将不被布置在压力下。气锤活塞1因此将在之后改变方向。以此方式可以选择气锤活塞1的冲程长度，并且与此相关联，能够获得不同能量和频率的冲击。

图1a至图1d中的调节销15可以如在上述阿特拉斯科普柯手册中所述的，通过具有若干调节销通道的调节销15来进行调节，其中，所述若干调节销通道可以借助于下述旋转进行选择：通过首先拧松螺母、继而将调节销旋转至另一位置、并随后再次拧紧螺母。另一替代方案是通过拧松来移除调节销15，并将其换成具有另外的调节销通道的另一类型。这两种替代方案均需要工具并因此难以实施。

在附图中示出了根据本发明的解决方案，该解决方案例如可以用于上述交替压力型的冲击机构，或者类似地，代替附图中示出的调节销15。本发明还可以用于接触压力型的冲击机构以及必须调节冲程长度的其他可想到的冲击机构。这与气锤活塞是否如上所述冲击在柄适配器上、或者直接冲击在钻头或钻柱上、或者替代性地冲击在凿子或其类似物上无关。所有这些均可以认为是在其上被施加冲击的砧座的变体。

图2a至图2c以及图3a至图3c中示出了安装在的冲击机构中的外壳32中的呈调节销31或类似物的形式的调节装置。图3a仅示出了调节销31。图3c仅示出了从侧部观察的外壳32。图2a至图2c以及图3b示出了安装有调节销31的外壳32。

调节销具有内端部33和外端部34。调节销31具有第一凹槽35、第二凹槽36和第三凹槽37。优选的是，这些凹槽为沿着调节销的轴线38铣出的纵向凹槽，并且这些凹槽彼此分开。凹槽35、36、37具有上述调节销通道的功能，并且如以上已经描述的，凹槽35、36、37能够被用来将外壳中的基础冲程通道17分别与第一冲程调节通道18、第二冲程调节通道19或第三冲程调节通道20连接。因此可以选择调节销通道并以此方式通过旋转来选择冲程调节通道。

这些调节销通道35、36、37和冲程调节通道18、19、20可以以不同的方式进行设计：只要执行类似的功能，则与通道数目和通道外观均不相关。具体地，正如有利地为三个通道一样，通道的数目也可以为两个或四个。

在调节销31上优选地设置有呈桩43或类似物的形式的附接装置43，该桩43在此处呈蛋状，但其也可以具有另外的外观。桩43在外壳中配装到呈三个凹口44、45、46的形式的附接装置44、45、46中。通过选择与桩接触的凹口44、45、46，还选择了调节销31将被旋转的量，并因此还选择了调节销通道35、36、37中的一个调节销通道以及——引申开来——选择了冲程调节通道18、19、20中的一个冲程调节通道。与上述相比，以此方式，选择了冲程长度。

参见图4a至图4c中示出的示例，为了获得更高的强度，调节销31可以具有围绕调节销31环形设置的两个或三个桩43a、43b、43c，使得所述两个或三个桩43a、43b、43c可以同时与多于一个的凹口44、45、46接触。

替代性地，并且相比之下，一个或多个桩可以设置在外壳32中，而凹口设置在调节销31中。在不改变功能的情况下，还可以设想其他附接装置。

调节销31可以例如借助于具有孔50的螺母49安装在外壳中，调节销的外端部34可以穿过该螺母49。

在调节销31上设置有凸缘或类似物47，还设置有呈弹簧48或类似物的形式的弹性元件，其中，弹性元件在其张拉条件下在其端部中的一个端部51处与凸缘47接触，并在其端部中的另一端部52处与螺母49或与外壳32的另一部件接触。本文中附接至外壳32的螺母49或其他部件均被认为是外壳32的一部分。

通过以此方式将调节销31布置在轴向弹簧载荷下，桩43在所选择的凹口44、45、46中保持就位，这确保了调节销通道35、36、37保持就位并且按意图工作。

另一替代方案是凸缘47自身设计为三个桩，所述三个桩具有对弹簧48而言能够与它们接触的足够宽度。

为了改变调节销通道35、36、37并因此改变冲程长度，操作者拉动调节销的外端部34或另一相应的操作装置34并因此压缩弹簧48。操作者一直拉，直到桩43从凹口44、45、46释放为止。此时可以对调节销31进行旋转，并且可以将其配装到另一凹口44、45、46中。当操作者释放调节销的外端部34时，弹簧力将使得调节销重新回到其位置，同时桩43快速地保持在新的凹口44、45、46中。

调节销的外端部34可以设置有销53或类似物，以或者有助于抓住调节销31或指示调节销31已经对照外壳上的标记55、56、57而设定在三个位置中的一个位置，或者有助于抓住调节销31并指示调节销31已经对照外壳上的标记55、56、57而设定在三个位置中的一个位置。

图5a至图5c以及图6a至图6b中示出了如下实施方式，在该实施方式中，弹簧48设置成使得在调节销通道35、36、37的变化期间最外端部34不是被回拉而是被按入，因此弹簧48被压缩以从凹口44释放桩43。

图6b还示出了调节销通道35、36、37如何彼此分开的截面图。

还可以设想弹性元件48的其他变体，例如不是被压缩而是被拉开的元件。对于所有实施方式而言都是如此。

图7a至图7c以及图8a至图8b示出了另一实施方式。在先前描述的实施方式中冲击机构不处于运行状态，以能够调节冲程长度。在这些情况中调节销通道35、36、37包括彼此分开的凹槽或类似物。

与之相比，图7a至图7c以及图8a至图8b示出了过渡到彼此中的三个调节销通道135、136、137。这确保了无论怎样旋转调节销31，基础冲程调节通道17与冲程调节通道18、19、10中的一个冲程调节通道之间总能形成连接，并且这转而确保了无论怎样旋转调节销31，冲击机构都能够工作。

在图7a至图7c以及图8a至图8b中，附接装置43和附接装置44通过将外端部34被拉出而彼此放松。为了在外端部34被拉出时还能够保持基础冲程调节通道17与冲程调节通道18、19、20中的一个冲程调节通道之间的连接，图7a至图7c以及图8a至图8b中示出的实施方式中的调节销通道135、136、137比先前示出的实施方式中的调节销通道更长。

当然，如果图5a至图5c以及图6a至图6b中示出的实施方式以与过渡到彼此中的调节销通道对应的方式进行设计，则当然相应的是可行的，因此，自然必须在另一方向上进行调节销通道的伸长，以使得可以通过转而按压外端部34来改变冲程长度。

当然，本发明不限于上述示例，其可以在所附权利要求的框架内进行修改。

Claims (13)

1.一种冲击机构，包括外壳（32）、调节装置（31）以及气锤活塞（1），其中，所述外壳（32）具有至少两个冲程调节通道（18、19、20），所述调节装置（31）具有设置为自由地选择与所述冲程调节通道（18、19、10）相互作用的至少两个调节销通道（35、36、37、135、136、137），所述气锤活塞（1）在所述外壳（32）中执行往复运动以反复地冲击在砧座（2）上，所述气锤活塞（1）具有能够借助于调节销通道（35、36、37、135、136、137）和所述冲程调节通道（18、19、20）来选择的冲程长度，其特征在于，所述调节装置（31）包括弹性元件（48）和操作装置（34），所述弹性元件（48）设置成将所述调节装置（31）保持在用于已经选择的所述冲程长度的位置中；所述操作装置（34）设置成选择调节销通道（35、36、37、135、136、137），并因此选择所述气锤活塞（1）的所述冲程长度。

2.根据权利要求1所述的冲击机构，其特征在于，所述操作装置（34）为所述调节装置（31）的外端部（34）。

3.根据权利要求1或2所述的冲击机构，其特征在于，所述操作装置（34）设置成借助于所述操作装置（34）的旋转来选择调节销通道（35、36、37、135、136、137）。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的冲击机构，其特征在于，所述调节装置（31）包括附接装置（43），所述附接装置（43）设置成以如下方式配合到所述外壳（32）中的对应的附接装置（44、45、46）中：所述调节装置的所述附接装置（43）与所述外壳的所述附接装置（44、45、46）以至少两种不同的方式彼此配合在一起，并使得根据所述外壳的所述附接装置（44、45、46）与所述调节装置的所述附接装置（43）如何联合来选择所述调节销通道（35、36、37、135、136、137）。

5.根据权利要求4所述的冲击机构，其特征在于，所述调节装置的所述附接装置（43）包括至少一个桩（43），以及所述外壳的所述附接装置（44、45、46）包括至少一个凹口（44、45、46）。

6.根据权利要求4所述的冲击机构，其特征在于，所述调节装置的所述附接装置（43）包括至少一个凹口（43），以及所述外壳的所述附接装置（44、45、46）包括至少一个桩（44、45、46）。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的冲击机构，其特征在于，所述操作装置（34）设置成当从所述外壳（32）拉动所述操作装置（34）时从所述外壳的所述附接装置（44、45、46）松开所述调节装置的所述附接装置（43）。

8.根据权利要求4至6中的任一项所述的冲击机构，其特征在于，所述操作装置（34）设置成在所述操作装置（34）被压入到所述外壳（32）中时从所述外壳的所述附接装置（44、45、46）松开所述调节装置的所述附接装置（43）。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的冲击机构，其特征在于，所述调节销通道（35、36、37）设置成彼此分开。

10.根据权利要求1至8中的任一项所述的冲击机构，其特征在于，所述调节销通道（135、136、137）设置成使得所述调节销通道（135、136、137）过渡到彼此中。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的冲击机构，其特征在于，所述砧座（2）为由柄适配器、钻柱、钻头和凿子构成的组中的任一者。

12.一种凿岩机，包括根据权利要求1至11中的任一项所述的冲击机构。

13.一种钻机，包括根据权利要求12所述的凿岩机。

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