CN1652901A - 带有压缩弹性储能材料的传动元件的撞击装置 - Google Patents

Abstract

一种用于钻岩机或类似机械的撞击装置，包括用于将撞击也即应力脉冲提供给与该撞击装置相连的工具的部件。该用于提供应力脉冲的部件包括支承于撞击装置主体(2)上的液态应力元件(4)，和用于使应力元件受到压力并相应地突然释放该应力元件(4)的部件，由此作为应力脉冲的应力能被排至直接或间接与该应力元件接触的工具中。

Description

带有压缩弹性储能材料的传动元件的撞击装置

发明领域

本发明涉及一种撞击装置，其具有在与该撞击装置相连的工具中提供应力脉冲的部件。

发明背景

在公知的撞击装置中，利用往复撞击活塞产生撞击，该撞击活塞的运动一般通过液压或者气动产生，且在某些情况下靠电力或通过内燃机来产生。当撞击活塞撞击柄适配器或工具的撞击面时，在像钻杆这样的工具中产生应力脉冲。

公知的撞击装置具有这样的缺陷，即撞击活塞的往复运动产生使得该装置难以控制的动态加速力。当撞击活塞在撞击方向加速的同时，撞击装置的主体趋向于反向移动，从而相对于待处理的材料减轻了钻头或工具头的压制力。为了维持钻头或工具施加在待处理的材料上的足够压制力，必须用足够的力将撞击装置推向所述材料。而这又造成必须考虑撞击装置的支承结构及别的位置中的附加力问题，结果所述装置的尺寸和质量以及制造成本将增加。由撞击活塞的质量所导致的惯性限制了撞击活塞往复运动的频率，由此撞击频率亦然，而原本撞击频率应该从当前水平显著增加以获得更有效的结果。但是，当前方案的结果是工作效率大大降低，所以它在实际中是不可行的。

发明内容

本发明的目的是提供一种有利地用于钻岩机或类似机械的撞击装置，其中撞击诱发的动力的不利影响小于公知方案，通过该装置比目前技术更易于提高撞击频率。本发明的撞击装置的特征在于，所述用于提供应力脉冲的部件包括储能空间，该储能空间位于撞击装置的主体中并由该撞击装置的主体和一个独立的传动元件限定，该独立的传动元件相对于撞击装置的主体以可移动方式位于所述工具的轴向上，储能空间充满弹性的和可逆的、可压缩的储能材料，和用于通过增加储能材料的压力使该储能材料处于应力状态、从而当储能材料处于期望的应力状态时、传动元件相对于撞击装置的主体处于一个位置并可相对于撞击装置的主体从该位置向所述工具移动的部件，以及相应地用于突然释放传动元件以使其向所述工具移动、由此存储在储能材料中的能量作为应力脉冲经由传动元件排至与该传动元件直接或间接接触的工具中的部件。

本发明的基本思想在于，可存储在被压缩的且压缩率较低的弹性的、可逆的、可压缩的材料例如液体、橡胶、弹性体等材料中的能量，用于提供撞击。通过将所压缩的材料突然从应力状态释放，所述能量被转移至所述工具中，由此所述材料趋向于恢复其静态体积，并通过所存储的应力能，该材料将撞击也即应力脉冲传递给所述工具。

本发明具有的优点是，以这种方式提供的冲击状的撞击运动不需要往复的撞击活塞，因此在撞击方向上没有较大质量的来回移动，与公知方案中的沉重的往复撞击活塞的情况相比，动力较低。此外，本结构能够提高撞击频率而不会使工作效率显著降低。

附图的简要说明

以下，本发明将结合附图进行更详细的描述，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的撞击装置的操作原理；

图2示意性地示出了根据本发明的撞击装置的一个实施例；

图3示意性地示出了根据本发明的撞击装置的第二实施例；

图4示意性地示出了根据本发明的撞击装置的第三实施例；

图5示意性地示出了根据本发明的撞击装置的第四实施例；

图6示意性地示出了根据本发明的撞击装置的第五实施例；

图7示意性地示出了根据本发明的撞击装置的第六实施例；

图8示出了根据本发明的撞击装置的第七实施例。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的撞击装置的操作原理。在该图中，虚线表示撞击装置1及其主体2，在其一端安装有工具3，该工具可沿着其纵向相对于撞击装置1移动。在主体2内具有储能空间4，其充满弹性的和可逆的、可压缩的储能材料4a。储能空间4由储能材料4a与工具3之间的传动元件5局部地限定，该传动元件可沿工具3的轴向相对于主体2移动。构成例如储能材料4a的液体受这样一种力压挤，使得其体积、也即在这种情况下其沿着工具3方向的轴长，与静止状态的长度相比发生改变。相应地，液体压力与这种压缩成比例地改变、也即增加。自然地，为了在储能材料中产生应力，需要能够以各种不同的方式如液压方式影响储能材料4a的能量，其实例如图2和3所示。

当储能材料被压挤，例如如图所示被压缩时，撞击装置1被推进从而工具3的一端直接的或通过独立传动件、例如柄适配器等等紧紧压在传动元件5上。通过突然释放所述材料的应力状态，钻杆或其它工具中产生沿箭头A方向扩散的应力波，在待处理的材料中该应力波在到达工具前端时传递冲击力，如同在公知的撞击装置中一样。

扩散应力波的波长和强度不仅与工具和储能材料的物理特性成比例，而且与储能材料的体积和应力状态成比例。

图2示意性地示出了根据本发明的撞击装置的一个实施例。在该实施例中，传动活塞用作储能材料4a与工具3之间的传动元件5。在传动活塞5′与主体2之间具有一个独立的工作缸6，压力介质可供入其中从而产生应力。受压液体从液压泵7经由通道9供入由阀8控制的工作缸6内以产生压力。这样，受压液体的压力将传动活塞5′如图2所示地向左推进，由此构成储能材料4a的液体沿工具3的轴向被压缩并且其压力增加。当预应力达到期望的水平时，阀8的位置发生改变从而受压液体可从工作缸6排至受压液体容器10中，经压缩的储能材料4a中的液体压力趋向于将传动活塞向工具3推进。因为撞击装置1由进给力F以本质上已知的方式推向工具3，并且工具3经由传动活塞从所述储能材料向未示出的要被破裂的材料推进，从而工具3中产生应力脉冲并且该应力脉冲从工具3向将被破裂的材料扩散并使该材料破裂。在图2的实施例中，面向工作缸6的传动活塞5′的表面的剖面大于面向储能材料4a的表面。然而，这在该实施例中决不是一种限制，而是所述表面的大小可相等，与图2中的比例相同或反之亦然。此外，关于传动活塞、以及含有储能材料4a的工作缸或储能空间4的壁，图2不建议本质上已知的任何特定密封件，因为该密封件一般是本质上已知的，对本领域技术人员也是显然的，并且它们与实际的发明无关。可将任何本质上已知的适当结构应用于密封方案中。

图3示出了根据本发明的撞击装置的第二实施例。在该实施例中，储能材料的受力用三分之二的传动活塞来执行。在该实施例中，传动活塞5″包括一个独立的工作法兰5a，该法兰的一端封闭含有液体的储能空间4，该液体用作储能材料4a。相应地，传动活塞5″在与工具3相对的一端、在储能空间4外部延伸至独立的工作缸空间6内，在该工作缸内具有与传动活塞5″关联的独立辅助活塞5b。在该实施例中，辅助活塞5b通过供给工作缸6中的受压液体来推动传动活塞，由此作为储能材料4a的液体被压缩。同时，部分能量也存储在传动活塞5″中作为张应力。另外，这种方案的操作与图2中一致。

图4示意性地示出了根据本发明的第三实施例。它提出了这样一种结构，其中可将应力脉冲的幅度增加，而液压泵7不必提供特别高压的受压液体。该实施例包括一个或多个与工作缸6连通的独立增压活塞11。在图4所示的情况下，增压活塞处于静止位置。然后承压液体可以先前所描述的方式供入工作缸6内。当工作缸6中的受压液体的压力足够时，利用阀12使受压液体的供给停止，同时受压液体的供给经由通道13被引向增压活塞11。通过供给受压液体，增压活塞11被推向工作缸6的缸空间，由此工作缸6中的压力进一步增加并因此使充当储能材料4a的液体的体积进一步减小而压力相应增加。在将增压活塞11推至期望的位置之后，突然从工作缸6以及从增压活塞11后面释放受压液流，由此应力脉冲以先前所描述的方式在工具中产生。

如图4所示，利用液压泵7的压力通过一个独立的控制阀12可以推动增压活塞。在那种情况下，当阀12从图4所示的位置向下切换时，通向工作缸6的受压液体通道9关闭，受压液体流向增压活塞11。因此，当阀8从图4所示的位置向上切换并且阀12恢复至附图中的位置时，受压液体既可从工作缸6排出又可从增压活塞11后面排出，由此产生应力脉冲。

图5示意性地示出了本发明的第四实施例。在该实施例中，工作缸中的受压液体的压力用于增强将在工具中提供的应力脉冲。在该实施例中，在工作阶段开始时，传动活塞5′在附图中抵靠着左侧的肩部13移动，来自泵7的受压液体供至工作缸6内，受压液体将从储能空间4内排入受压液体容器10内。其后，在图中阀8向下切换至其正中位置，由此关闭通向工作缸6的通道9并形成闭合的受压液体空间。同时，受压液体从泵7供入储能空间4内，通过侵入的受压液体的作用，其中的受压液体被压缩从而其体积比原先小些，并且空间4中的压力增加。因为在储能空间4侧的传动活塞5的压力面大于工作缸6侧的，所以与压力面成反比地，工作缸中压力的增加且大于泵7的压力。在将来自泵7的用作储能材料4a的足量承压液体供入储能空间4之后，阀进一步向下切换至其第三位置，在该位置来自泵7的受压液体供给受阻，并且高度承压的受压液体可从工作缸6流入储能空间4内直至压力相等。当将这突然完成时，传动活塞5′趋向于在工具3的方向上移动从而在工具3中以先前描述的方式产生应力脉冲。

图6示出了根据本发明的撞击装置的第五实施例。在该实施例中，储能空间的形状不同于前面的实施例。储能空间4由一个独立的隔膜4b限定，使得产生一个封闭的储能空间4。在隔膜4b的另一侧，具有一个独立的传动件5，用作传动元件并直接或间接与工具3接触。此外，在面向工具3的隔膜4b的一侧具有受压液体空间6′。当受压液体供入受压液体空间6′时，并相应地当从受压液体空间释放压力时，应力脉冲在工具中以先前描述的方式产生。

图7示意性地示出了根据本发明的撞击装置的第六实施例。该实施例在所有其它方面与图5的方案一致，除了储能空间具有一个独立的体积调节活塞16以外，例如在这种情况下，该活塞16调节具有恒定剖面的储能空间的长度。该活塞的位置可通过调节部件、例如借助于螺钉17示意性地示出的机械螺钉来改变。当螺钉按照箭头B所示的任一方向转动时，调节活塞16在储能空间4内移动从而该空间4的体积根据螺钉17的转动方向而减小或增加。可用任何其它的本质上已知的方案来代替螺钉17，以便移动调节活塞16并因此调节储能空间4的体积。所述的体积的改变可用于控制应力脉冲的特性，例如振幅和波长。

图8示意性地示出了根据本发明的撞击装置的第七实施例。该实施例与图4所示的部分一致。但是，在该实施例中，增压活塞11位于储能空间4的一侧。当阀8处于图8所示的位置时开始操作，受压液体从液压泵7流向工作缸6，以将传动活塞5′推向储能空间4a。同时，受压液体能够从增压活塞11后面流入受压液体容器10内，从而能够使传动活塞5′抵靠着肩部推动其法兰。其后，阀8从图8所示的位置切换至正中位置、也即附图中的向上位置，由此工作缸6将变成一个封闭的空间，并且受压液体从泵7经由增压活塞11后面的通道13流动，从而将该活塞11向储能空间4a推进，因此储能空间中的压力随着体积的减小而增加。同时工作缸中的压力也增加，因为受压液体不能从此排出。在储能空间4中的压力达到足够高的水平之后，阀8切换至其第三位置，该位置允许工作缸6中的受压液体被排入受压液体容器内，并且应力脉冲在工具中以前面描述的方式产生。在图8所示的状态下，在阀8的第三位置时，受压液体从增压活塞11后面继续供给，但如果需要，在所述状态下可以停止供给受压液体。然而，在该实施例中受压液体从增压活塞11后面的供给稍微增加了应力脉冲的功率。

在上述的实施例中，本发明仅进行了示意性的描述，与受压液体供给关联的阀和耦合件也仅作示意性描述。为了实施本发明，可以采用本质上已知的任何适当的阀方案，例如阀8和12可构成一个如虚线14示意性表示的单一控制阀。阀8和12还可以是独立的、单独控制的阀，它们分别具有一个或多个用于将受压液体供入工作缸6并将该受压液体从此排出的通道。可以采用任何机械的或机械液力的装置来代替液力增压装置来推动增压活塞11。相应地，增压方案也可用于图3的实施例中以及权利要求书中所限定的本发明的其它实施例中。

在上面的说明和附图中，本发明仅通过实例进行了描述，但决不限于此。为了在工具中提供应力脉冲，必需采用弹性的和可逆的、可压缩的材料，其压缩率相对较低并可存储在一个独立的储能空间内，并可用期望的力进行压缩以产生期望的应力状态，也即压力，随后突然释放储能材料从而使其中的压力直接或间接施加于一个工具端，并进一步穿过该工具到达待破裂材料。代替液体的弹性的和可逆的、可压缩的材料可以是基本为固态的或多孔材料，例如橡胶、聚氨酯、弹性体或类似的弹性材料，其压缩指数显著的小于气体。传动活塞可以与工具分离，但在某种情况下它也可作为工具的不可分割的部分。传动元件，例如传动活塞如图2所示地被推向储能材料，直至该材料中的压力达到期望的水平，并因此达到期望的应力状态，由此传动元件处于与期望的应力状态相对应的位置。而且，传动元件、或传动活塞可如图8所示地被推至预定位置，该位置由肩部或对应的机械部件限定，其相对于撞击装置的主体使传动元件停止在预定位置，而与储能材料中所存储的能量是什么状态无关。

Claims (18)

1.一种撞击装置，具有在与该撞击装置相连的工具中提供应力脉冲的部件，其特征在于：该用于提供应力脉冲的部件包括储能空间，该储能空间位于撞击装置的主体中并由该撞击装置的主体和一个独立传动元件限定，该传动元件相对于撞击装置的主体以可移动方式位于工具的轴向上，该储能空间充满弹性的和可逆的、可压缩的储能材料，和用于通过增加压力使储能材料进入应力状态、从而当储能材料处于期望的应力状态时、该传动元件相对于撞击装置的主体处于一个位置并相对于撞击装置的主体从该位置向工具移动的部件，以及相应地用于突然释放传动元件以使其向工具移动、由此存储在储能材料中的能量作为应力脉冲经由传动元件被排至与该传动元件直接或间接接触的工具上的部件。

2.如权利要求1所述的撞击装置，其特征在于：包括用于接收进给力并经由储能材料和所述传动元件将该进给力传动给所述工具的部件。

3.如权利要求1或2所述的撞击装置，其特征在于：所述用于使储能材料进入应力状态的部件包括用作受压液体空间的工作缸，所述传动元件为一传动活塞，其位于工作缸内并包括面向工作缸的法兰，和用于分别将受压液体供入工作缸并将工作缸的压力释放的部件。

4.如权利要求1或2所述的撞击装置，其特征在于：传动元件为限定储能空间的隔膜，在隔膜与工具之间具有一个与工具直接或间接接触的独立传动件，该装置包括在隔膜的面向工具一侧的受压液体空间和用于分别将受压液体供入受压液体空间以及将受压液体空间的压力释放的部件。

5.如权利要求3所述的撞击装置，其特征在于：包括与工作缸连通的增压活塞，和分别用于将该增压活塞向工作缸移动从而使工作缸的体积减小并使工作缸的压力增加的部件，以及用于释放增压活塞以使其离开工作缸从而使工作缸的体积增加并使工作缸中的压力减小的部件。

6.如权利要求4所述的撞击装置，其特征在于：传动件紧固在隔膜上。

7.如权利要求4或6所述的撞击装置，其特征在于：包括与受压液体空间连通的增压活塞，和分别用于将增压活塞移向受压液体空间从而使受压液体空间的体积减小并使受压液体空间的压力增加的部件，以及用于释放增压活塞以使其离开受压液体空间从而使受压液体空间的体积增加并使受压液体空间的压力减小的部件。

8.如权利要求5至7之一所述的撞击装置，其特征在于：增压活塞被液力地推向工作缸或受压液体空间。

9.如权利要求3至8之一所述的撞击装置，其特征在于：储能材料为液体，所述装置包括与储能空间连通的增压活塞，和分别用于将增压活塞向储能空间移动从而使储能空间的体积减小并使储能空间中的压力增加以及相应地使受压液体空间中的压力增加的部件，以及用于释放增压活塞以使其离开储能空间、由此在所存储的能量作为应力波被排至工具之后、使储能空间的体积增加并使该储能空间的压力减小的部件。

10.如先前任何一项权利要求所述的撞击装置，其特征在于：储能材料为液体，面向储能空间的的传动元件表面积小于面向工具侧的受压液体空间的表面积，所述装置包括用于互连储能空间和所述受压液体空间从而使具有较高压的受压液体可从所述受压液体空间流入具有较低压的储能空间的部件。

11.如先前任何一项权利要求所述的撞击装置，其特征在于：储能材料为液体，储能空间包括调节活塞和用于将调节活塞移入储能空间和相应地从该储能空间离开以改变储能空间的体积的调节部件。

12.如权利要求11所述的撞击装置，其特征在于：储能空间具有恒定的剖面，该储能空间的长度通过移动调节活塞进行调节。

13.如权利要求1至8中任一项所述的撞击装置，其特征在于：储能材料为液体。

14.如权利要求1至8中任一项所述的撞击装置，其特征在于：储能材料为弹性体。

15.如权利要求1至8中任一项所述的撞击装置，其特征在于：储能材料为弹性材料，例如橡胶。

16.如先前任一项权利要求所述的撞击装置，其特征在于：该撞击装置与钻岩机或类似机械相连接。

17.如先前任一项权利要求所述的撞击装置，其特征在于：当储能材料处于期望的应力状态时，传动元件相对于撞击装置的主体处于基本预定的位置处。

18.如权利要求1至16中的任一项所述的撞击装置，其特征在于：当储能材料处于期望的应力状态时，传动元件处于与所述期望的应力状态相对应的位置处。

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