CN108119058A - 冲击锤 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冲击锤，冲击锤包括：外筒构件，具有竖向的中空腔；惯性件，沿外筒构件的竖向可移动地设置在中空腔内，外筒构件与惯性件之间共同围成提升变容腔室；惯性件具有连通提升变容腔室的第一流道；提升变容腔室具有第一泄流通道；冲击锤还包括：控制件，相对惯性件可移动地安装，控制件具有在惯性件处于下极限位置时连通第一流道的注流通道，注流通道随着控制件相对惯性件移动而处于连通第一流道的第一状态与断开第一流道的第二状态，且在惯性件提升过程中，控制件保持第一状态。本发明的技术方案有效的解决了现有技术中流体动力对惯性件做功距离不足的问题，进一步地解决惯性件往复移动的频率过快造成冲击能力差的问题。

Description

冲击锤

技术领域

本发明涉及井下钻孔设备技术领域，具体涉及一种冲击锤。

背景技术

目前，钻机是在勘探或矿产资源(含固体矿、液体矿、气体矿等)开发中，带动钻具向地下钻进，获取实物地质资料的机械设备。钻机主要作用是带动钻具破碎孔底岩石，可用于钻取岩心、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。

现有技术中，钻孔机包括：机器主体、引导件、头部以及气锤，引导件被安装成垂直于机器主体，头部由引导件引导以上下移动，气锤耦合至头部的驱动轴并安装在驱动杆的端部以上下移动并转动，在机器主体中设有通过驱动杆向气锤提供气压的压缩机。

专利文献CN102686820A公开了一种用于钻孔机的气锤，该气锤包括：主体、承口、第一套筒部件、第二套筒部件、钻头单元、活塞锤以及气压分配部。主体具有第一中空部，承口耦合至主体的顶端；第一套筒部件设置于与承口相邻的主体，并且具有活塞引导部；第二套筒部件设置于主体的端部；钻头单元设置在第二套筒部件的底端，并执行挖掘操作；活塞锤可滑动地设置在活塞引导部上，并且形成有纵向贯通的引导孔，其底端由形成在第二套筒部件中的中空引导部可滑动地支撑，并且活塞锤将第一套筒部件与第二套筒部件之间的主体划分为第一腔和第二腔；气压分配部将通过承口上的第一气压供应通路和第一套筒部件的活塞引导部上的第二气压供应通路提供的气压选择性地供应至第一腔或第二腔，以使活塞锤上下移动。

具体地，第二气压供应通路并未贯穿活塞引导部，在活塞引导部的端部的外周面中形成有与第二气压供应通路连通的排放孔；气压分配部具有第一分配沟槽和第二分配沟槽，第一分配沟槽和第二分配沟槽形成在沿纵向方向引导孔的内周面上并且彼此间隔预定的距离，第一分配沟槽连接至从第一分配沟槽至活塞锤的外周面的、贯通活塞锤的第一分配孔，第一分配孔连接至形成在活塞锤的外周面上的连接沟槽以与主体的内周面连通，在活塞锤的外周面形成有将连接沟槽和第二腔连接的第一分配凹槽。因此，使活塞锤向上移动的气压依次从第一气压供应通路、第二气压供应通路以及排放孔进入第一分配沟槽，然后通过第一分配孔和连接沟槽以及第一分配凹槽供应至第二腔。

第二分配沟槽连接至从第二分配沟槽至活塞锤的外周面的上部、贯通活塞锤的第二分配孔，第二分配孔连接至形成在活塞的外周面上并与第一腔连通的第二分配凹槽；第二套筒部件的内周面形成排气部，在第二套筒部件中，从其顶面沿纵向方向形成有多个第一通路段，在第一通路段的端部形成有从内周面沿圆周方向凹陷的第二通路段；钻头单元具有用于排放气压且与排气部连通的气压排放孔，在钻头单元的底面上形成有与气压排放孔连通的气压排放分部。因此，使活塞锤向下移动的气压从排放孔通过第二分配沟槽和第二分配孔以及第一分配凹槽供应至第一腔；同时，第二腔的气体通过第一通路段、第二通路段以及排气部向气压排放孔排放，并通过钻头单元的底面气压排放分部排出。

上述现有技术中，由于第一分配沟槽和第二分配沟槽分别与排放孔均仅仅在活塞锤移动的终点时接通，因此在活塞锤上下移动期间仅仅是依靠活塞锤自身的重力加惯性移动，也就是说活塞锤仅仅与其在下终点从高压气体所获得的初始动能，克服自身所受到的向下的力来抬升到预定高度，获得所需的势能。显然在这一瞬间该初始动能对活塞锤的做功距离是有限的，解决的方式只有通过增加流体压力，这必然导致设备制造成本的增加。此外，由于上述现有技术中，气锤通过活塞锤的上下移动并对钻头单元施加连续的冲击力进行挖掘操作，活塞锤的第一分配沟槽或第二分配沟槽与排放孔在移动终点对齐即进行进气和排气，活塞锤往复移动的频率过快，特别是向下的动能还没有充分发挥，又要继续向上移动，冲击力作用的时间比较短，导致冲击能力差。

发明内容

本发明解决现有技术中流体动力对惯性件做功距离不足的问题。进一步地解决惯性件往复移动的频率过快造成冲击能力差的问题。由此提出一种脉冲冲击锤。

为实现上述目的，本发明提供了一种冲击锤，包括：外筒构件，具有竖向的中空腔；惯性件，沿外筒构件的竖向可移动地设置在中空腔内，外筒构件与惯性件之间共同围成提升变容腔室；惯性件具有连通提升变容腔室的第一流道；提升变容腔室具有第一泄流通道；控制件，相对惯性件可移动地安装，控制件具有在惯性件处于下极限位置时连通第一流道的注流通道，注流通道随着控制件相对惯性件移动而处于连通第一流道的第一状态与断开第一流道的第二状态，且在惯性件提升过程中，控制件保持第一状态。

进一步地，外筒构件为圆筒部件；惯性件为滑动套设在圆柱形中空腔内的圆筒形部件；控制件轴向可移动地滑动套设在惯性件的内腔中。

进一步地，注流通道具有沿控制件轴向延伸的第一进流孔以及与第一进流孔连通且径向延伸的第一进流出口；第一进流孔连通高压驱动流体，第一进流出口适于连通第一流道。

进一步地，注流通道由惯性件以上部分的中空腔，上端敞口下端封闭内腔的惯性件及设置在惯性件的内腔中的控制件管状内壁构成；或由控制件以上部分的中空腔，上端敞口下端封闭的控制件管状内腔构成；外筒构件的上端设有连通高压驱动流体的连接结构。

进一步地，外筒构件上成型有控制流道，惯性件与控制件之间共同围成第一控制腔，并在惯性件上成型有连通第一控制腔的第一控制孔，第一控制孔在惯性件达到下极限位置时与控制流道连通，以驱动控制件相对惯性件向下移动。

进一步地，惯性件与控制件之间共同围成第二控制腔，并在惯性件上成型有连通第二控制腔的第二控制孔，第二控制孔在惯性件达到上极限位置时与控制流道连通，以驱动控制件相对惯性件向上移动。

进一步地，控制流道具有自顶部沿外筒构件的轴向延伸且成型在外筒构件筒壁内的第二进流孔以及与第二进流孔连通且径向延伸的第二进流出口；第二进流孔连接高压控制流体，第二进流出口适于与第一控制孔或第二控制孔连通。

进一步地，惯性件的对应第二进流出口处的内周面成型有环形凹槽；控制件对应环形凹槽处具有径向伸入环形凹槽中的控制环，控制环将环形凹槽分成由惯性件、控制件围成的第一控制腔和第二控制腔；外筒构件还具有贯通其内外周面的第一排流孔及第二排流孔；惯性件处于下极限位置时，第二进流出口与第一控制孔连通，第二控制孔与第二排流孔连通；惯性件处于上极限位置时，第一控制孔与第一排流孔连通，第二进流出口与第二控制孔连通。

进一步地，环形凹槽由惯性件上成型的缩颈部分及连接在缩颈部分一端上的封堵件共同形成。

进一步地，外筒构件与惯性件之间还共同围成过渡变容腔室，惯性件还具有连通过渡变容腔室的第二流道；过渡变容腔室具有第二泄流通道。

进一步地，过渡变容腔室和提升变容腔室沿竖向间隔设置若干对；工作中每对过渡变容腔室和提升变容腔室的容积总和不变，且两者的容积此消彼长。

进一步地，外筒构件的内周面沿竖向等间隔固定安装有向内凸出的挡环，惯性件外周面对应于相邻两挡环之间的位置成型有向外凸出的凸环；在外筒构件的内周面和惯性件的外周面之间，凸环上下侧与相邻的两个挡环之间分别形成过渡变容腔室和提升变容腔室。

进一步地，过渡变容腔室的第二泄流通道为成型在外筒构件上且从过渡变容腔室连通至外筒构件的外周面的泄流孔；提升变容腔室的第一泄流通道由控制件处于第二状态时的泄流孔、第一流道和第二流道以及成型在控制件上且连通第一流道和第二流道的连通流道构成。

进一步地，泄流孔在对应于过渡变容腔室最小容积与过渡变容腔室连通。

进一步地，第一流道和第二流道交叉错开设置，连通流道为成型在控制件的外表面上的第一连通环槽。

进一步地，惯性件上设有沿周向间隔设置的若干对第一流道和第二流道，控制件上设有沿周向间隔设置的若干第一进流出口，若干第一进流出口连通成型在控制件的外表面上的分布环槽，分布环槽适于连通各个第一流道。

进一步地，提升变容腔室的第一泄流通道由控制件处于第二状态时的第一流道及成型在控制件上与第一流道连通的第一排流通道构成；过渡变容腔室的第二泄流通道由控制件处于第一状态时的第二流道及成型在控制件上与第二流道连通的第二排流通道构成；在第一状态时，第一流道与第一排流通道断开；在第二状态时，第二流道与第二排流通道断开。

进一步地，第一进流出口为一个，第一排流通道的进口和第二排流通道的进口位于第一进流出口的相对的两侧，第一流道和第二流道沿惯性件的轴向间隔设置。

进一步地，第一进流出口为两个，第一排流通道的进口和第二排流通道的进口位于两个第一进流出口之间，第一流道和第二流道交叉错开设置。

进一步地，控制件内具有沿其轴向延伸且上端封闭下端开口的排流孔及连通排流孔且贯通其外周面的第一排流进孔和第二排流进孔，第一排流进孔和第二排流进孔沿控制件的轴向间隔设置，第一排流进孔和排流孔构成第一排流通道，第二排流进孔和排流孔构成第二排流通道。

进一步地，排流孔的开口端连接有排流连接流道。

进一步地，排流连接流道包括在惯性件上成型并与排流孔连通的连接孔、成型在惯性件的外周面上的环形连接凹槽及成型在外筒构件上的泄流孔；连接孔与泄流孔通过连接凹槽保持连通。

进一步地，排流连接流道上设有单向阀。

进一步地，排流孔的轴线与控制件的轴线重合；数个上端开口下端封闭的第一进流孔沿周向环绕排流孔且间隔成型在控制件上。

进一步地，控制件的外周面上设有连通周向相邻的第一进流出口的第二连通环槽、连通周向相邻的第一排流进孔的第三连通环槽以及连通周向相邻的第二排流进孔的第四连通环槽；惯性件的内周面上设有连通多个第一流道的进口中的周向相邻的进口的第五连通环槽及连通多个第二流道的进口中的周向相邻的进口的第六连通环槽。

进一步地，惯性件上设有沿其轴向间隔设置的若干对第一流道和第二流道，各对中第一流道和第二流道分别设置在相应的惯性件上的凸环的上下两侧。

进一步地，控制件和惯性件之间设有向控制件施加趋于第二状态的偏压力的第一偏压件。

进一步地，在外筒构件与惯性件之间设有向惯性件施加向下偏压力的第二偏压件。

进一步地，第二偏压件为设置在中空腔内且对惯性件的顶部施加偏压力的螺旋弹簧。

本发明技术方案，具有如下优点：冲击锤通过设置可相对于惯性件移动的控制件，在惯性件向下移动至下极限位置时，驱动控制件相对于惯性件继续向下移动，控制件相对于惯性件的向下移动也会产生冲击力，在惯性件的冲击力的发挥过程中进一步加强了向下的冲击力，延长了对惯性件的做功距离，增强了冲击能力，冲击效果更好，从而在不增加流体压力的情况下解决对惯性件的做功距离问题，降低设备制造成本，并且，这样可以在惯性件的动能充分发挥后，再继续向上移动，惯性件的往复移动的频率得到降低，冲击力作用的时间延长，提高冲击能力，还延长了冲击锤的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1示出了根据本发明的冲击锤的实施例一的控制件处于第一状态及惯性件处于下极限位置的剖视示意图；

图2示出了图1的冲击锤的部分剖视示意图；

图3示出了图1的冲击锤的控制件处于第一状态及惯性件处于上极限位置的部分剖视示意图；

图4示出了图1的冲击锤的控制件处于第二状态及惯性件处于上极限位置的部分剖视示意图；

图5示出了图1的冲击锤的控制件处于第二状态及惯性件处于上极限位置和下极限位置之间的部分剖视示意图；

图6示出了图1的冲击锤的外筒构件的一半的立体示意图；

图7示出了图1的冲击锤的惯性件的一半的立体示意图；

图8示出了图1的冲击锤的控制件的立体示意图；

图9示出了根据本发明的冲击锤的实施例二的控制件处于第一状态及惯性件处于下极限位置的剖视示意图；

图10示出了图9的冲击锤的控制件处于第一状态及惯性件处于上极限位置的剖视示意图；

图11示出了图9的冲击锤的控制件处于第二状态及惯性件处于上极限位置的剖视示意图；

图12示出了图9的冲击锤的控制件处于第二状态及惯性件处于下极限位置的剖视示意图；

图13示出了图9的冲击锤的惯性件的一半的立体示意图；

图14示出了图13的惯性件的剖视示意图；

图15示出了图9的冲击锤的控制件的立体示意图；

图16示出了图15的控制件的A-A向剖视示意图；

图17示出了图15的控制件的另一角度的立体示意图；

图18示出了17的控制件的主视示意图。

其中，上述附图中的附图标记为：

10、外筒构件；11、泄流孔；12、第二进流孔；13、第二进流出口；14、第一排流孔；15、第二排流孔；16、挡环；30、惯性件；31、凸环；32、第一流道；33、第二流道；34、环形凹槽；35、第一控制孔；36、第二控制孔；37、排流连接流道；371、连接孔；373、连接凹槽；50、控制件；51、第一进流孔；52、第一进流出口；53、连通流道；54、控制环；55、排流孔；56、第一排流进孔；57、第二排流进孔；71、封堵件；72、单向阀；73、第二偏压件；74、连接结构；80、钻头；100、过渡变容腔室；200、提升变容腔室；300、第一控制腔；400、第二控制腔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1、图6、图7及图8所示，实施例一的冲击锤，其包括：外筒构件10、惯性件30、控制件50及钻头80，外筒构件10为具有竖向的中空腔的圆筒部件，外筒构件10的内周面沿竖向等间隔固定安装有向内凸出的挡环16；惯性件30为沿竖向可滑动套设在圆柱形中空腔内的圆筒形部件，惯性件30外周面对应于相邻两挡环16之间的位置成型有向外凸出的凸环31；在外筒构件10的内周面和惯性件30的外周面之间，凸环31上下侧与相邻的两个挡环16之间分别形成过渡变容腔室100和提升变容腔室200，过渡变容腔室100具有由成型在外筒构件10上且从过渡变容腔室100连通至外筒构件10的外周面的泄流孔11构成的第二泄流通道，提升变容腔室200具有由控制件50处于第二状态时的泄流孔11、第一流道32和第二流道33以及成型在控制件50上且连通第一流道32和第二流道33的连通流道53构成的第一泄流通道；惯性件30具有连通提升变容腔室200的第一流道32以及连通过渡变容腔室100的第二流道33；控制件50轴向可移动地滑动套设在惯性件30的内腔中，控制件50具有在惯性件30处于下极限位置时连通第一流道32的注流通道，注流通道随着控制件50相对惯性件30移动而处于连通第一流道32的第一状态与断开第一流道32的第二状态，且在惯性件30提升过程中，控制件50保持第一状态，在所述惯性件30的下降过程中，控制件50保持第二状态；外筒构件10上成型有控制流道，惯性件30的控制流道处的内周面成型有环形凹槽34，控制件50对应环形凹槽34处具有径向伸入环形凹槽34中的控制环54，控制环54将环形凹槽34分成由惯性件30、控制件50围成的第一控制腔300和第二控制腔400，在惯性件30上成型有连通第一控制腔300的第一控制孔35以及连通第二控制腔400的第二控制孔36，外筒构件10还具有贯通其内外周面的第一排流孔14及第二排流孔15；在惯性件30达到下极限位置时，第一控制孔35与控制流道连通，第二控制孔36与第二排流孔15连通，以驱动控制件50相对惯性件30向下移动，在惯性件30达到上极限位置时，第二控制孔36与控制流道连通，第一控制孔35与第一排流孔14连通，以驱动控制件50相对惯性件30向上移动；钻头80连接在外筒构件10的下端。

在本实施例中，在冲击锤工作中，过渡变容腔室100和提升变容腔室200的容积总和不变，且两者的容积此消彼长。具体地，提升变容腔室200的容积逐渐变大及过渡变容腔室100的容积逐渐减小，惯性件30向上移动；过渡变容腔室100的容积逐渐减大及提升变容腔室200的容积逐渐变小，惯性件30向下移动。在冲击锤的工作中，第一控制腔300和第二控制腔400的容积总和也不变，且两者的容积此消彼长。具体地，第一控制腔300的容积逐渐变大及第二控制腔400的逐渐减小，控制件50相对于惯性件30向下移动；第二控制腔400的逐渐减大及第一控制腔300的容积逐渐变小，控制件50相对于惯性件30向上移动。

在本实施例中，注流通道具有沿控制件50轴向延伸的第一进流孔51以及与第一进流孔51连通且径向延伸的第一进流出口52；第一进流孔51连通高压驱动流体，第一进流出口52适于连通第一流道32。上述注流通道的结构便于加工制造，降低生产成本。其中，第一进流孔51由控制件50上的上端敞口下端封闭的管状内腔构成，控制件50的上端与中空腔连通。当然，注流通道的结构也并不限于此，只要能够适于与第一流道连通均可。

在本实施例中，控制件50设置在惯性件30的上端敞口下端封闭的内腔中，下端封闭的内腔起到对控制件50的限位作用。由控制件50以上部分的中空腔构成与第一进流孔51连通的进流通道，外筒构件10的上端设有连通高压驱动流体的连接结构74，高压驱动流体即上述的第二流体，高压驱动流体依次连接结构74、进流通道进入第一进流孔51中。

在本实施例中，控制流道具有自顶部沿外筒构件10的轴向延伸且成型在外筒构件10筒壁内的第二进流孔12以及与第二进流孔12连通且径向延伸的第二进流出口13；第二进流孔12连接高压控制流体，第二进流出口13适于与第一控制孔35或第二控制孔36连通。其中，第二进流孔12的上端敞口下端封闭；环形凹槽34的位置对应第二进流出口13处；惯性件30处于下极限位置时，第二进流出口13与第一控制孔35连通；惯性件30处于上极限位置时，第二进流出口13与第二控制孔36连通。控制流道的结构便于加工制造，降低生产成本。当然，控制通道的结构也并不限于此，只要能够适于与第一控制孔35或第二控制孔36连通均可。

在本实施例中，环形凹槽34由惯性件30上成型的缩颈部分及连接在缩颈部分一端上的封堵件71共同形成，这样可以便于将控制件50安装在惯性件30中。

在本实施例中，过渡变容腔室100处于最小容积时，泄流孔11与过渡变容腔室100连通。

在本实施例中，第一流道32和第二流道33交叉错开设置，连通流道53为成型在控制件50的外表面上的第一连通环槽，简化惯性件和控制件的结构，降低加工难度。当然，第一流道32和第二流道33也可以设置成沿惯性件的轴向间隔设置，这时连通流道的纵截面形状呈U形，加工难度比较大。

在本实施例中，过渡变容腔室100和提升变容腔室200沿竖向间隔设置若干对，惯性件30上也设有沿轴向间隔设置且与若干对过渡变容腔室100和提升变容腔室200对应设置的若干对第一流道32和第二流道33，控制件50上设有沿轴向间隔设置且与的若干对第一流道32和第二流道33对应的若干第一进流出口52，外筒构件上也设有沿轴向间隔设置且与若干对过渡变容腔室100和提升变容腔室200对应设置的若干泄流孔11。上述结构可以加快惯性件的移动，缩短上下运动的时间，提高工作效率。

在本实施例中，惯性件30上设有沿周向间隔设置的若干对第一流道32和第二流道33，控制件50上设有沿周向间隔设置的若干第一进流出口52；若干第一进流出口52连通成型在控制件50的外表面上的分布环槽，分布环槽适于连通各个第一流道32，即控制件50的外周面上设有连通周向相邻的第一进流出口52的连通环槽；惯性件30的内周面上也设有连通多个第一流道32的进口中的周向相邻的进口的连通环槽及连通多个第二流道33的进口中的周向相邻的进口的连通环槽。这样不仅可以使得冲击力均匀的作用在钻头上，而且加快惯性件的移动，提高挖掘的效率。具体地，若干对第一流道32和第二流道33沿所述惯性件30的周向均匀分布，若干第一进流出口52也沿控制件50的周向均匀分布，作用在钻头的冲击力更均匀，进一步提高冲击能力和工作效率。

在本实施例中，所述冲击锤还包括设置在中空腔内且对惯性件30的顶部施加偏压力的第二偏压件73，第二偏压件73为螺旋弹簧，其中，螺旋弹簧设置在连接结构74和惯性件顶部之间。在惯性件30的向下移动过程之中，螺旋弹簧对惯性件30的顶部施加偏压力，增强惯性件下冲的力量，进而提升惯性件向下的冲击力。当然，第二偏压件也可以为其他弹性件，并不限于此。

在本实施例中，外筒构件10的内壁上还设有限制惯性件30在预定的移动范围内移动的上下限位结构。

下面结合图1至图5对本实施例中的冲击锤的工作过程进行说明时，假设冲击锤的初始状态为惯性件30处于下极限位置和控制件50处于第二状态，这时第二进流出口13与第一控制孔35连通、第二控制孔36与第二排流孔15连通及第一进流出口52与第一流道32断开，向第二进流孔12供应第一流体如气体或液体(如图1和图2中的黑色箭头所示)，通过第二进流出口13及第一控制孔35将第一流体供应至第一控制腔300，使得第一控制腔300的容积逐渐变大，与此同时第二控制腔400的容积逐渐变小，如果第二控制腔400中有第一流体，第二控制腔400中的第一流体通过第二控制孔36、第二排流孔15排出；这样在第一流体的作用下，控制件50相对于惯性件30向下移动，控制件从第二状态切换至第一状态，此时第一进流出口52与第一流道32断开切换至与第一流道32连通；然后向进流通道供应第二流体如气体或液体，通过第一进流孔51、第一进流出口52及第一流道32将第二流体供应至提升变容腔室200(如图1和图2中的黑色箭头所示)，提升变容腔室200的容积逐渐变大，与此同时过渡变容腔室100的容积逐渐变小，第二流体作用在挡环16上，对惯性件30产生向上的推力(如图3中的向上的黑色箭头所示)，惯性件30带着控制件50在该推力的作用下一同向上移动；直至惯性件30上的凸环31碰到其相邻的上面的挡环16时，惯性件30停止向上移动且惯性件30移动至上极限位置；此时第二进流出口13与第二控制孔36连通及第一控制孔35与第一排流孔14连通，第一流体通过第二进流孔12、第二进流出口13及第二控制孔36供应至第二控制腔400(如图3中的向上的黑色箭头所示)，第二控制腔400的容积逐渐变大，第一控制腔300中的第一流体通过第一控制孔35及第一排流孔14排出，第一控制腔300的容积逐渐变小；这样在第一流体的作用下，控制件50相对于惯性件30继续向上移动，控制件从第一状态切换至第二状态，此时第一进流出口52与第一流道32连通切换至与第一流道32断开以及作为连通流道53的第一连通环槽将第一流道32和第二流道33连通，这样提升变容腔室200中的第二流体依次通过第一流道32、第一连通环槽及第二流道33泄露到过渡变容腔室100中(如图4中的黑色箭头所示)，失去第二流体作用在挡环16上侧面的向上的推力，在自身重量和螺旋弹簧的作用下，惯性件30带着控制件50向下移动；在惯性件30和控制件50向下移动的过程中，过渡变容腔室100中的第一流体经过泄流孔11排至外筒构件10的外侧(如图5所示)；直到惯性件30上的凸环31碰到其相邻的下面的挡环16时，惯性件30停止向下移动且惯性件30移动至下极限位置，冲击锤恢复至初始状态，如此往复。其中，连接在惯性件30上端的封堵件的顶部的气压也促使惯性件30向下运动，促进运行速度。

惯性件通过重复上述过程而上下移动，并对钻头80施加连续的冲击力进行挖掘操作。上述冲击锤通过设置可相对于惯性件30移动的控制件50，在惯性件30向下移动至下极限位置时，驱动控制件50相对于惯性件30继续向下移动，控制件50相对于惯性件30的向下移动也会产生冲击力，在惯性件30的冲击力的发挥过程中进一步加强了向下的冲击力，延长了对惯性件的做功距离，增强了冲击能力，冲击效果更好，从而在不增加流体压力的情况下解决对惯性件的做功距离问题，降低设备制造成本，并且，这样可以在惯性件30的动能充分发挥后，再继续向上移动，惯性件30的往复移动的频率得到降低，冲击力作用的时间延长，提高冲击能力，还延长了冲击锤的使用寿命，。

实施例二

图9、图13及图15示出了本发明的冲击锤的实施例二的结构，实施例二的冲击锤与实施例一的区别在于第一泄流通道和第二泄流流道的构成结构不同，在实施例二中，第一泄流通道由控制件50处于第二状态时的第一流道32及成型在控制件50上与第一流道32连通的第一排流通道构成；第二泄流通道由控制件50处于第一状态时的第二流道33及成型在控制件50上与第二流道33连通的第二排流通道构成；在第一状态时，第一流道32与第一排流通道断开；在第二状态时，第二流道33与第二排流通道断开。其中，控制件50内具有沿其轴向延伸且上端封闭下端开口的排流孔55及连通排流孔55且贯通其外周面的第一排流进孔56和第二排流进孔57，第一排流进孔56和第二排流进孔57沿控制件50的轴向间隔设置，第一排流进孔56和排流孔55构成第一排流通道，第二排流进孔57和排流孔55构成第二排流通道，排流孔55的开口端连接有由在惯性件30上成型并与排流孔55连通的连接孔371、成型在惯性件30的外周面上的环形连接凹槽373及成型在外筒构件10上的泄流孔11构成的排流连接流道37，连接孔371与泄流孔11通过连接凹槽373保持连通。

在本实施例中，第一进流出口52为一个，第一排流通道的进口和第二排流通道的进口位于第一进流出口52的相对的两侧，第一流道32和第二流道33沿惯性件30的轴向间隔设置，即第一流道32和第二流道33分别设置在相应的惯性件30上的凸环31的上下两侧。设置一个第一进流出口52，简化结构。

在本实施例中，如图13和图14所示，连接孔371包括沿惯性件30的轴向延伸的轴向孔段和沿惯性件30的径向延伸的径向孔段，在轴向孔段中设有单向阀72，这样便于安装单向阀72，也便于加工连接孔371。单向阀72使得排流孔的流体只出不进，可以保证位于中心的排流孔55中保有适当的气压。

在本实施例中，过渡变容腔室100和提升变容腔室200沿竖向间隔设置若干对，惯性件30上也设有沿轴向间隔设置且与若干对过渡变容腔室100和提升变容腔室200对应设置的若干对第一流道32和第二流道33，控制件50上设有沿轴向间隔设置且与的若干对第一流道32和第二流道33对应的若干对第一进流出口52、第一排流进孔56及第二排流进孔57。上述结构可以加快惯性件的移动，缩短上下运动的时间，提高工作效率。

在本实施例中，如图13及图15至图18所示，惯性件30上设有沿周向间隔设置的若干对第一流道32和第二流道33，控制件50上设有沿周向间隔设置的若干对第一进流孔51、第一进流出口52、第一排流进孔56及第二排流进孔57；排流孔55为一个且其轴线与控制件50的轴线重合；数个上端开口下端封闭的第一进流孔51沿周向环绕排流孔55且间隔成型在控制件50上，排流孔55的上端封闭下端开口，第一进流孔51上端开口下端封闭，控制件50的结构简单，制造简便；控制件50的外周面上设有连通周向相邻的第一进流出口52的第二连通环槽、连通周向相邻的第一排流进孔56的第三连通环槽以及连通周向相邻的第二排流进孔57的第四连通环槽；惯性件30的内周面上设有连通多个第一流道32的进口中的周向相邻的进口的第五连通环槽及连通多个第二流道33的进口中的周向相邻的进口的第六连通环槽。这样不仅可以使得冲击力均匀的作用在钻头上，而且加快惯性件的移动，提高挖掘的效率。具体地，若干对第一流道32和第二流道33沿所述惯性件30的周向均匀分布，若干对第一进流孔51、第一进流出口52、第一排流进孔56及第二排流进孔57也沿控制件50的周向均匀分布，作用在钻头的冲击力更均匀，进一步提高冲击能力和工作效率。

在本实施例中，控制件50和惯性件30之间设有向控制件50施加趋于第二状态的偏压力的第一偏压件，具体地，在控制件50的下方设置作为第一偏压件的弹簧，弹簧可以使得控制件50向上的平衡力对称，抵消控制件自身重力的影响，使得控制件在惯性的作用下更灵敏的进行换位。

下面结合图9至图12对本实施例中的冲击锤的工作过程进行说明时，假设冲击锤的初始状态为惯性件30处于下极限位置和控制件50处于第一状态，这时第一进流出口52与第一流道32连通及第二排流进孔57与第二流道33连通，向进流通道供应流体如气体或液体，通过第一进流孔51、第一进流出口52及第一流道32将流体供应至提升变容腔室200(如图9中的黑色箭头所示)，提升变容腔室200的容积逐渐变大，流体作用在挡环16上，对惯性件30产生向上的推力，惯性件30带着控制件50在该推力的作用下一同向上移动，与此同时过渡变容腔室100的容积逐渐变小，如果过渡变容腔室100中有流体，过渡变容腔室100中的流体经过第二排流进孔57、排流孔55、连接孔371、连接凹槽373及泄流孔11排至外筒构件10的外侧；直至惯性件30上的凸环31碰到其相邻的上面的挡环16时，惯性件30停止向上移动且惯性件30移动至上极限位置(如图10中的黑色箭头所示)；控制件50由于惯性作用相对于惯性件30继续向上移动，使得原来对准第一流道32的第一进流出口52移动到了对准第二流道33的位置，控制件从第一状态切换至第二状态，第一进流出口52与第一流道32连通切换至于第二流道33连通及第一排流进孔56与第一流道32连通；这样第二流道33又成了进气道，此时高压流体经过进流通道、第一进流孔51、第一进流出口52及第二流道33将流体供应至过渡变容腔室100(如图11中的黑色箭头所示)，过渡变容腔室100的容积逐渐变大，流体作用在挡环16上，对惯性件30产生向下的推力，惯性件30带着控制件50在该推力的作用下一同向下移动，与此同时提升变容腔室200的容积逐渐变小，提升变容腔室200中的流体经过第一排流进孔56、排流孔55、连接孔371、连接凹槽373及泄流孔11排至外筒构件10的外侧；直到惯性件30上的凸环31碰到其相邻的下面的挡环16时，惯性件30停止向下移动且惯性件30移动至下极限位置(如图12中的黑色箭头所示)，控制件50由于自身重力、控制件50的上端的压力及惯性的作用下继续向下移动，直到第一进流出口52对准第一流道32，冲击锤恢复至初始状态，如此往复。通过惯性件的往复上下跳动，带动固定在固定外筒构件上的钻头也上下跳动，由此实现钻进。

具体地，在惯性件30向下的移动过程中，连接在惯性件30上端的封堵件的顶部的气压及作为第二偏压件73的螺旋弹簧也促使惯性件30向下运动，促进运行速度，提升惯性件下冲的力量。惯性件的向上或向下运动产生的惯性力带动控制件延续运行，不管惯性件向上或向下，单向阀控制排流孔55有一定的压力，控制件50下方的弹簧对应控制件的自身重力及中心的排流孔55的截面积压力差，使控制阀上下运行。

在现有技术中，在深度很深的工况使用上述气锤锤时，供应的气体的气压存在压力损耗，造成气锤的外部的压力高于气锤内部的气压时，气锤外部的泥浆容易通过钻头单元的底面上的气压排放分部进入气压排放孔，进而进入到第二腔或第一腔中，即倒流现象，这时气锤不能正常工作。

而在本实施例中，冲击锤可以气体或液体介质，单向阀的设置使得外部的泥浆不容易进入冲击锤的内部，不会产生倒流现象，保证冲击锤的正常工作。

作为可替换的实施例中，第一进流出口52为两个，第一排流通道的进口和第二排流通道的进口位于两个第一进流出口52之间，第一流道32和第二流道33交叉错开设置。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (29)

1.一种冲击锤，包括：

外筒构件(10)，具有竖向的中空腔；

惯性件(30)，沿所述外筒构件(10)的竖向可移动地设置在所述中空腔内，所述外筒构件(10)与所述惯性件(30)之间共同围成提升变容腔室(200)；所述惯性件(30)具有连通所述提升变容腔室(200)的第一流道(32)；所述提升变容腔室(200)具有第一泄流通道；

其特征在于，所述冲击锤还包括：

控制件(50)，相对所述惯性件(30)可移动地安装，所述控制件(50)具有在所述惯性件(30)处于下极限位置时连通所述第一流道(32)的注流通道，所述注流通道随着所述控制件(50)相对所述惯性件(30)移动而处于连通所述第一流道(32)的第一状态与断开所述第一流道(32)的第二状态，且在所述惯性件(30)提升过程中，所述控制件(50)保持所述第一状态。

2.根据权利要求1所述的冲击锤，其特征在于，所述外筒构件(10)为圆筒部件；所述惯性件(30)为滑动套设在圆柱形所述中空腔内的圆筒形部件；所述控制件(50)轴向可移动地滑动套设在所述惯性件(30)的内腔中。

3.根据权利要求2所述的冲击锤，其特征在于，所述注流通道具有沿所述控制件(50)轴向延伸的第一进流孔(51)以及与所述第一进流孔(51)连通且径向延伸的第一进流出口(52)；所述第一进流孔(51)连通高压驱动流体，所述第一进流出口(52)适于连通所述第一流道(32)。

4.根据权利要求3所述的冲击锤，其特征在于，所述第一进流孔(51)由设置在所述惯性件(30)的上端敞口下端封闭的内腔中的所述控制件(50)管状内壁组合构成，或由上端敞口下端封闭的所述控制件(50)管状内腔构成；所述控制件(50)的上端与所述中空腔连通；所述外筒构件(10)的上端设有连通高压驱动流体的连接结构(74)。

5.根据权利要求2-4任一项所述的冲击锤，其特征在于，所述外筒构件(10)上成型有控制流道，所述惯性件(30)与所述控制件(50)之间共同围成第一控制腔(300)，并在所述惯性件(30)上成型有连通所述第一控制腔(300)的第一控制孔(35)，所述第一控制孔(35)在所述惯性件(30)达到下极限位置时与所述控制流道连通，以驱动所述控制件(50)相对所述惯性件(30)向下移动。

6.根据权利要求5所述的冲击锤，其特征在于，所述惯性件(30)与所述控制件(50)之间共同围成第二控制腔(400)，并在所述惯性件(30)上成型有连通所述第二控制腔(400)的第二控制孔(36)，所述第二控制孔(36)在所述惯性件(30)达到上极限位置时与所述控制流道连通，以驱动所述控制件(50)相对所述惯性件(30)向上移动。

7.根据权利要求6所述的冲击锤，其特征在于，所述控制流道具有自顶部沿所述外筒构件(10)的轴向延伸且成型在所述外筒构件(10)筒壁内的第二进流孔(12)以及与所述第二进流孔(12)连通且径向延伸的第二进流出口(13)；所述第二进流孔(12)连接高压控制流体，所述第二进流出口(13)适于与所述第一控制孔(35)或所述第二控制孔(36)连通。

8.根据权利要求7所述的冲击锤，其特征在于，所述惯性件(30)的对应所述第二进流出口(13)处的内周面成型有环形凹槽(34)；所述控制件(50)对应所述环形凹槽(34)处具有径向伸入所述环形凹槽(34)中的控制环(54)，所述控制环(54)将所述环形凹槽(34)分成由所述惯性件(30)、所述控制件(50)围成的所述第一控制腔(300)和所述第二控制腔(400)；所述外筒构件(10)还具有贯通其内外周面的第一排流孔(14)及第二排流孔(15)；所述惯性件(30)处于下极限位置时，所述第二进流出口(13)与所述第一控制孔(35)连通，所述第二控制孔(36)与所述第二排流孔(15)连通；所述惯性件(30)处于上极限位置时，所述第一控制孔(35)与所述第一排流孔(14)连通，所述第二进流出口(13)与所述第二控制孔(36)连通。

9.根据权利要求8所述的冲击锤，其特征在于，所述环形凹槽(34)由所述惯性件(30)上成型的缩颈部分及连接在所述缩颈部分一端上的封堵件(71)共同形成。

10.根据权利要求3或4所述的冲击锤，其特征在于，所述外筒构件(10)与所述惯性件(30)之间还共同围成过渡变容腔室(100)，所述惯性件(30)还具有连通所述过渡变容腔室(100)的第二流道(33)；所述过渡变容腔室(100)具有第二泄流通道。

11.根据权利要求10所述的冲击锤，其特征在于，所述过渡变容腔室(100)和所述提升变容腔室(200)沿竖向间隔设置若干对；工作中每对所述过渡变容腔室(100)和所述提升变容腔室(200)的容积总和不变，且两者的容积此消彼长。

12.根据权利要求11所述的冲击锤，其特征在于，所述外筒构件(10)的内周面沿竖向等间隔固定安装有向内凸出的挡环(16)，所述惯性件(30)外周面对应于相邻两所述挡环(16)之间的位置成型有向外凸出的凸环(31)；在所述外筒构件(10)的内周面和所述惯性件(30)的外周面之间，所述凸环(31)上下侧与相邻的两个所述挡环(16)之间分别形成所述过渡变容腔室(100)和所述提升变容腔室(200)。

13.根据权利要求10所述的冲击锤，其特征在于，所述过渡变容腔室(100)的所述第二泄流通道为成型在所述外筒构件(10)上且从所述过渡变容腔室(100)连通至所述外筒构件(10)的外周面的泄流孔(11)；所述提升变容腔室(200)的所述第一泄流通道由所述控制件(50)处于所述第二状态时的所述泄流孔(11)、所述第一流道(32)和所述第二流道(33)以及成型在所述控制件(50)上且连通所述第一流道(32)和所述第二流道(33)的连通流道(53)构成。

14.根据权利要求13所述的冲击锤，其特征在于，所述泄流孔(11)在对应于所述过渡变容腔室(100)最小容积与所述过渡变容腔室(100)连通。

15.根据权利要求13或14所述的冲击锤，其特征在于，所述第一流道(32)和所述第二流道(33)交叉错开设置，所述连通流道(53)为成型在所述控制件(50)的外表面上的第一连通环槽。

16.根据权利要求15所述的冲击锤，其特征在于，所述惯性件(30)上设有沿周向间隔设置的若干对所述第一流道(32)和所述第二流道(33)，所述控制件(50)上设有沿周向间隔设置的若干所述第一进流出口(52)，若干所述第一进流出口(52)连通成型在所述控制件(50)的外表面上的分布环槽，所述分布环槽适于连通各个所述第一流道(32)。

17.根据权利要求10所述的冲击锤，其特征在于，所述提升变容腔室(200)的所述第一泄流通道由所述控制件(50)处于所述第二状态时的所述第一流道(32)及成型在所述控制件(50)上与所述第一流道(32)连通的第一排流通道构成；所述过渡变容腔室(100)的所述第二泄流通道由所述控制件(50)处于所述第一状态时的所述第二流道(33)及成型在所述控制件(50)上与所述第二流道(33)连通的第二排流通道构成；在所述第一状态时，所述第一流道(32)与所述第一排流通道断开；在所述第二状态时，所述第二流道(33)与所述第二排流通道断开。

18.根据权利要求17所述的冲击锤，其特征在于，所述第一进流出口(52)为一个，所述第一排流通道的进口和所述第二排流通道的进口位于所述第一进流出口(52)的相对的两侧，所述第一流道(32)和所述第二流道(33)沿所述惯性件(30)的轴向间隔设置。

19.根据权利要求17所述的冲击锤，其特征在于，所述第一进流出口(52)为两个，所述第一排流通道的进口和所述第二排流通道的进口位于两个所述第一进流出口(52)之间，所述第一流道(32)和所述第二流道(33)交叉错开设置。

20.根据权利要求18或19所述的冲击锤，其特征在于，所述控制件(50)内具有沿其轴向延伸且上端封闭下端开口的排流孔(55)及连通所述排流孔(55)且贯通其外周面的第一排流进孔(56)和第二排流进孔(57)，所述第一排流进孔(56)和第二排流进孔(57)沿所述控制件(50)的轴向间隔设置，所述第一排流进孔(56)和所述排流孔(55)构成所述第一排流通道，所述第二排流进孔(57)和所述排流孔(55)构成所述第二排流通道。

21.根据权利要求20所述的冲击锤，其特征在于，所述排流孔(55)的开口端连接有排流连接流道(37)。

22.根据权利要求21所述的冲击锤，其特征在于，所述排流连接流道(37)包括在所述惯性件(30)上成型并与所述排流孔(55)连通的连接孔(371)、成型在所述惯性件(30)的外周面上的环形连接凹槽(373)及成型在所述外筒构件(10)上的泄流孔(11)；所述连接孔(371)与所述泄流孔(11)通过所述连接凹槽(373)保持连通。

23.根据权利要求21或22所述的冲击锤，其特征在于，所述排流连接流道(37)上设有单向阀(72)。

24.根据权利要求20所述的冲击锤，其特征在于，所述排流孔(55)的轴线与所述控制件(50)的轴线重合；数个上端开口下端封闭的所述第一进流孔(51)沿周向环绕所述排流孔(55)且间隔成型在所述控制件(50)上。

25.根据权利要求24所述的冲击锤，其特征在于，所述控制件(50)的外周面上设有连通周向相邻的所述第一进流出口(52)的第二连通环槽、连通周向相邻的所述第一排流进孔(56)的第三连通环槽以及连通周向相邻的所述第二排流进孔(57)的第四连通环槽；所述惯性件(30)的内周面上设有连通多个所述第一流道(32)的进口中的周向相邻的所述进口的第五连通环槽及连通多个所述第二流道(33)的进口中的周向相邻的所述进口的第六连通环槽。

26.根据权利要求17所述的冲击锤，其特征在于，所述惯性件(30)上设有沿其轴向间隔设置的若干对所述第一流道(32)和所述第二流道(33)，各对中所述第一流道(32)和所述第二流道(33)分别设置在相应的所述惯性件(30)上的凸环(31)的上下两侧。

27.根据权利要求1所述的冲击锤，其特征在于，所述控制件(50)和所述惯性件(30)之间设有向所述控制件(50)施加趋于所述第二状态的偏压力的第一偏压件。

28.根据权利要求1所述的冲击锤，其特征在于，在所述外筒构件(10)与所述惯性件(30)之间设有向所述惯性件(30)施加向下偏压力的第二偏压件(73)。

29.根据权利要求28所述的冲击锤，其特征在于，所述第二偏压件(73)为设置在所述中空腔内且对所述惯性件(30)的顶部施加偏压力的螺旋弹簧。