CN1774317A - 气动凿岩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动凿岩机(99)，包括：外壳，所述外壳包括用于接收压缩空气的供气入口和通过一组空气通道连接到供气入口上的气缸(50)；冲击活塞(14)，冲击活塞(14)的至少一部分在气缸(50)内往复运动；以及用于控制压缩空气从供气入口到气缸(50)的供给的气流控制装置；凿岩机(99)包括至少一对相应的接触表面，相对移动的零件在接触表面处彼此接触；并且所述凿岩机的特征在于，包括至少一个供水入口和水路，水路连接到供水入口上并被构造成在操作中向钻具输送水，从而冲洗正在钻的孔并且供应水以润湿上述接触表面。

Description

气动凿岩机

技术领域

本发明涉及一种气动往复式凿岩机。

背景技术

气动冲击式凿岩机是众所周知的。这种机器通常包括冲击马达，马达中包括活塞，活塞在外壳中往复运动并被构造成在操作中向钻具的端部传送往复的冲击。气动凿岩机还通常装备有旋转装置来使钻具旋转。这种旋转装置可以是与冲击马达相独立的气动回转马达或是机械性耦联，例如众所周知的来复杆机构。

气动冲击式凿岩机通常还装备有小直径的刚性管，所述刚性管从凿岩机的后部穿过且刚好止于未达到钻具的撞击面处。这种管经过活塞中心的孔并且或多或少地与沿着钻具中心的孔同心。这种管在凿岩机的后部终止于外部软管接头。在钻孔过程中，相对较低压力的水龙带连接到管接头上，水沿刚性管喷射并且通过钻具中的孔。在钻孔过程中，这种水从钻具中临近岩石断裂点处排出，并且用于抑制空气夹带的粉尘以及从正在钻的孔中冲洗出断裂的岩屑。出于功能和健康及安全原因，水喷射是钻孔加工中必需的一部分，并且因此大多数地下气动岩石钻孔场所配设有压缩空气和相对较低压力的供水。

为了润滑这种凿岩机，通常通过文丘管型加油器向压缩空气供给源中加油。少量进入凿岩机的气载油沉积到内表面上从而确保适当的润滑。这是众所周知的油雾润滑技术。除了往返于冲击马达和回转马达之间的空气通道之外，配设了不同的辅助通道或渗漏路径来将含有粉尘的空气并因此将油运送到凿岩机中需要润滑的其它位置。所述油具有防止各种凿岩机零件腐蚀的辅助功能。

较大比例的进入该类型凿岩机的油会以悬浮在废气中的小液滴的形式排出凿岩机。这对于靠近这种机器的人而言是一种很严重的健康危害。使大量油通过凿岩机的其它缺点是油的成本以及在某些特定的采矿应用中会污染矿石。

已知多种旨在减少经过气动凿岩机的油量的设计。美国专利3,983,788公开了一种冲击马达，所述冲击马达具有两个独立的空气管路，一个是无油的而另一个是有油的。冲击活塞的扩大的中央头部布置成在气缸内径的中心区域具有明显的环形间隙，而冲击活塞的细长端部在闭合的装配衬套中导引。由于存在环形间隙，所以活塞可以由无油空气供给摆动，而导衬和辅助零件由第二充油空气管路润滑。由气动凿岩机消耗的大多数压缩空气用于往复移动冲击活塞，因此通过使用无油空气驱动凿岩机的该部分，可以显著地减少所排出的油雾的数量。该方法的缺点是双空气管路的复杂性。

美国专利4,333,538公开了在冲击马达上游的空气管路中使用分油器。较大比例的进油和进入冲击马达的空气分开，从而确保最少量的润滑所需的油经过冲击马达。剩余的油和一些空气直接管道输送到凿岩机的辅助零件例如卡盘衬套和棘轮机构中。虽然并未宣称为本发明的目的，但是油的更高效的分配将会导致耗油量的总体降低并且因此降低排放的油雾。

水压冲击式凿岩机在凿岩工业中同样是众所周知的。这些凿岩机使用高压水作为工作流体来代替传统液压机中的矿物油。这些凿岩机所排放的水中的一部分沿钻具中心的孔喷射，从而实现抑尘和孔冲洗的功能。已经逐渐形成了各种设计技术和材料选择来使这些凿岩机在没有油或油脂润滑的情况下成功地操作。唯一所需的润滑是通过工作流体——水提供的，并且采用适当材料可以确保腐蚀并不是很重要的问题。因此，水压凿岩机完全没有油雾润滑的气动凿岩机的上述缺陷。

水压冲击式凿岩机的缺点是它们需要的基础结构与气动凿岩机不同。

本发明的目的是提供一种气动凿岩机，该气动凿岩机试图克服上述缺点，或者至少对现有的气动凿岩机提供了有用的可选方案。

发明内容

依照发明的第一方面，提供了一种气动凿岩机，包括：

-外壳，包括用于接收压缩空气的供气入口和通过一组空气通道连接到供气入口上的气缸；

-冲击活塞，至少一部分冲击活塞可以在气缸中往复运动；以及

-用于控制压缩空气从供气入口到气缸的供给的气流控制装置；

-所述凿岩机包括至少一对相应的接触表面，相对移动的零件在接触表面处彼此接触；并且

所述凿岩机的特征在于，包括至少一个供水入口和水路，水路连接到供水入口上并被构造成在操作中向钻具输送水，从而冲洗正在钻的孔并且供应水以润湿上述接触表面。

所述接触表面可以位于冲击活塞和气缸之间的分界面上。可以向气缸和冲击活塞之一配设一个或多个轴承，且接触表面是轴承与气缸和冲击活塞中另一个上的表面。

所述气缸可以包括驱动腔和回位腔。所述冲击活塞包括第一部分和第二部分，第一部分具有比第二部分更大的直径并且在气缸内部往复运动。冲击活塞的第一部分可以将气缸分成驱动腔和回位腔。

所述气流控制装置可以被构造成控制从供气入口的压缩空气的流量，从而向驱动腔和回位腔中的至少一个间歇地供给压缩空气。优选地，气流控制装置被构造成控制压缩空气从供气入口向驱动腔和回位腔中的交替供给。

所述气流控制装置可以由阀提供。

所述水路可以包括主水流量路径和至少一个辅助水流量路径，其中主水流量路径被构造成在操作中向钻具供给水，并且辅助水流量路径被构造成在操作中供给水以润湿接触表面。

所述辅助水流量路径中的至少一个与气缸流体连通。优选地，所述辅助水流量路径与驱动腔和回位腔均流体连通。

在操作中，水由于供给供水入口的水和气缸中的空气之间的压差而导入气缸中。水可以由于上文所述的压差而导入驱动腔的排放室和回位腔。

在一个实施例中，所述凿岩机可以在空气通道靠近供气入口处包括文丘管，且水路包括与文丘管流体连通的通道，这样在操作中，夹带在压缩空气中的水就供给气缸从而润湿接触表面。

所述冲击活塞的第一部分可以位于冲击活塞的近端区域中；并且气缸在其纵向端配设有活塞导管，冲击活塞支撑在所述活塞导管中。气缸和冲击活塞的第一部分的尺寸被设计成可以在气缸和冲击活塞的第一部分之间提供小的环形间隙。活塞导管优选地配设有密封装置，并且水路被构造成润湿邻近密封轴承处的冲击活塞上的接触表面，这样当冲击活塞往复移动时，水就被吸出穿过密封轴承上的接触表面。

所述凿岩机包括在操作中用于使钻具旋转的旋转装置。

所述旋转装置可以包括至少一对相应的接触表面，且水路被构造成供给水以润湿旋转装置的相应的接触表面。

所述旋转装置可以包括离合器装置。离合器装置可以位于与水路组流体连通的腔内，这样在操作中所述腔中就会注水。

或者，所述离合器装置位于与其中夹带了水的空气供给流体连通的腔中。

所述离合器机构可以包括卷簧离合器机构。

或者，所述离合器装置可以包括棘轮和棘爪机构。

所述旋转装置可以包括用于将冲击活塞的往复式运动转换成旋转运动的转换装置。所述转换装置可以由来复杆机构提供。

或者，所述旋转装置可以由气动回转马达提供。

所述凿岩机可以包括至少一个通道，所述通道被构造成在操作中将从气缸中排出的潮湿气体传送到更远的接触表面，从而润湿上述接触表面。所述凿岩机可以包括用于向钻具施加旋转运动的卡盘，并且包括被构造成向位于卡盘和外壳之间分界面处的接触表面传送水的通道。可以向卡盘和外壳中的任一个配设一个或多个轴承，且接触表面处于轴承和卡盘和外壳中的另一个之间的分界面上。

卡盘当然可以包括被构造成从冲击活塞向钻具施加旋转运动的单个元件或元件的组件。

通道也可以被构造成把水输送到冲击活塞和卡盘之间的分界面上的接触表面。

依照本发明的第二方面，提供了一种操作凿岩机的方法，所述凿岩机包括往复式冲击活塞和至少一对位于相对移动的零件之间的接触表面，所述方法包括下列步骤：

-向凿岩机供给压缩空气，从而使冲击活塞往复运动；

-向凿岩机提供水供给；以及

-使来自水供给的水经过钻具排入正在被钻的孔中；

所述方法的特征在于，包括使用来自水供给的水润湿上述接触表面的步骤。

附图说明

现在将参照附图仅仅通过非限制性实例描述本发明，其中：

图1是依照本发明的第一实旋例的凿岩机的纵向剖视图；

图2是经过图1中所示A-A的横向剖视图；

图3是图1中所示凿岩机的阀区域的放大剖视图；

图4是依照本发明的第二实施例的凿岩机的纵向剖视图；

图5是依照本发明的第三实施例的凿岩机的纵向剖视图；

图6是图5中所示凿岩机的阀区域的放大剖视图；

图7是经过图5所示B-B的横向剖视图；以及

图8是经过图5所示C-C的横向剖视图。

具体实施方式

依照本发明的第一实施例并且如图1-3所示的凿岩机99具有外壳，外壳包括全部优选由耐蚀钢或不锈钢制成的端盖1、主体2和转子外壳3。主体2包括气缸50，冲击活塞14在气缸50内往复运动。

卡盘4可以围绕卡盘轴承5、6和7中的纵轴自由旋转。卡盘4还在轴向受到卡盘轴承5和6的限制。卡盘4优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成。卡盘轴承5、6、7优选地由工程塑料例如聚酯或乙缩醛制成并且挤压装配到转子外壳3的内径中。六边形衬垫8如众所周知的那样固定地连接到卡盘4上并且用于从卡盘4向钻杆9传递旋转运动。棘轮环10可以围绕卡盘轴承5和6上的纵轴自由旋转。棘轮环10还在轴向受到卡盘轴承5和6的限制，如图1所示。棘轮环10优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成。卡盘4用于支撑一系列弹簧加载的棘爪11(弹簧未显示)，棘爪11构造成如众所周知的那样与棘轮环10啮合。棘爪11优选地由表面或完全硬化的钢制成。棘轮环10以众所周知的方式由两个分度柱塞12和一个复位柱塞13沿交替变换的方向驱动。柱塞12、13装备有密封轴承32。柱塞12、13优选地由乙缩醛制成，并且密封轴承32如同整个凿岩机中的所有密封轴承一样由超高分子量聚乙烯制成。在南非专利92/4302中描述了用在液力凿岩机中的这样一种机构。

活塞14被支撑在密封轴承15和16中进行线性运动。密封轴承15和16的作用优选地由“O”形环实现(energised)。活塞14包括扩大部分17，扩大部分17可以有效地将气缸50分成驱动腔50.1和回位腔50.2。活塞14的扩大部分17的直径略微小于气缸50的内径。孔18贯穿活塞14的中心。活塞14优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成。

在主体2的后部是阀组件，阀组件如众所周知的那样包括阀19、阀前罩板20、阀体21和阀导管22。然而，和已知凿岩机相反，阀19略微伸长并且支撑在一对密封轴承23上，密封轴承23装配在阀导管22中凹槽内。至少一个孔24经过置于两个密封轴承23之间的阀导管22。阀19优选地由乙缩醛制成，并且其它阀零件20、21和22优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成。作为备选方案，密封轴承23及其位于阀导管22中的凹槽可以省略，并且阀19在阀导管22上具有闭合滑动配合。

在主体2和阀零件20、21、22内部包括各种管道，使得当向入口25供给压缩空气时，活塞14和阀19同步地移动，从而导致压缩空气交替地被供给驱动腔50.1和回位腔50.2，这反过来又会导致活塞14往复移动并且向钻杆9的端部传递往复的冲击，如众所周知的那样。未显示连接柱塞12和13的孔径与供气入口的管道。这些管道的位置对于本领域的普通技术人员是显而易见的，并且在活塞14往复移动时钻杆由柱塞12和13分度的方式是众所周知的。

已用的空气以众所周知的方式经过排出端口30从凿岩机中排出。

向凿岩机供给的压缩空气中并未添加油或水。

在使用中，矿坑水供给水龙带连接到转子外壳3中的入口26上。水进入转子外壳3，穿过卡盘轴承5和6中的孔27，进入卡盘4中的区域28，穿过活塞14中的孔18并且进入端盖1中的区域29。区域29中的水穿过孔24并且润湿密封轴承23之间的阀19的内部。转子零件的摆动和活塞14的往复运动用于彻底地分配和搅动转子外壳3和区域28和29内部出现的水。经过钻杆9中心的孔31是经过入口26进入钻头的水的基本上唯一的出口路径。可以存在图中未显示的辅助泄漏路径。因此，经过入口26进入的水最终会沿钻杆流动并且进入正在被钻的孔中，因此实现孔冲洗和灭尘功能。这类似于当前水压凿岩机中使用的孔冲洗技术，藉此排出的水就倾倒入这种钻头的转子外壳内的区域中。

对图形的仔细研究可以显示密封轴承15、16、23、32用于将“干燥”的空气区域与凿岩机内部被搅动的润湿区域分开。与密封轴承配合的所有孔径和轴颈将连续地在“远离空气(away from air)”一侧被润湿并且转子机构的机械零件将彻底湿透。由于选择适当的材料和提供充裕的水，申请人相信可以实现令人满意的磨损期限。

由于存在上文所提到的直径差异，所以活塞14的扩大部分17就不会与气缸50的内径接触。径向间隙足够小，使得只有很少量的空气穿过扩大部分17，而缺少直接接触意味着处于干燥区域中的该分界面不需要进行润滑。美国专利3,983,788中示教了此种技术。

密封轴承15、16、23、24并不需要完全地密封。绕过密封并且进入气流的少量的水并不会对凿岩机的操作产生不利的影响。

应当理解，所显示的各种水道可以进行变化而基本上实现相同的效果。例如，水入口23可以位于流入区域29的端盖1中。

依照如图4所示的本发明的可选第二实施例的凿岩机100在许多方面类似于已知的凿岩机。与已知凿岩机的差异包括使用碳钢替换耐蚀钢，使用青铜替换工程塑料，以及向独立的配套钢零件添加了几个塑料零件。该凿岩机与已知凿岩机的主要的区别在于包含用于连接入水和压缩空气供给的小通道。通过采用众所周知的文丘里原理，小比例的水夹带在压缩空气供给中并且通过钻头分配以润湿接触表面。申请人预计，这种润湿可以用于接触表面的润滑和冷却。

凿岩机100(100末显示于图4中)具有外壳，外壳包括全部优选由耐蚀钢或不锈钢制成的端盖101、主体102和前端罩103。主体102包括气缸150，冲击活塞111在气缸150内往复运动。

卡盘104可以围绕卡盘轴承105和106中的纵轴自由旋转。卡盘104还在轴向受到卡盘轴承105和106的限制。卡盘104优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成。卡盘轴承105、106优选地由工程塑料例如聚酯或乙缩醛制成并且挤压装配到转子外壳103的内径中。六边形衬垫108如众所周知的那样固定地连接到卡盘104上并且用于从卡盘104向钻杆131传递旋转运动。

优选地由超高分子量聚乙烯或类似工程塑料制成的前活塞导管109挤压装配到气缸150前面中的适当的凹槽内。优选地由超高分子量聚乙烯制成的一系列密封轴承110装配在气缸150中的凹槽内。活塞111被支撑在密封轴承110和前活塞导管109中进行线性运动。活塞具有扩大直径的活塞头112和较小直径的活塞杆113。活塞头112有效地将气缸150分成驱动腔150.1和回位腔150.2。小直径孔114贯穿活塞111。在活塞杆113的前端上有一组直的外花键115。当活塞111在气缸150中往复移动时，密封轴承110与活塞头112连续地接合和脱离。密封轴承110、气缸150和活塞头112的尺寸被设计成活塞头112始终接合在至少一个密封轴承110中。密封轴承110由于其内在的灵活性以及它们之间的压力差而倾向于自我提供能量。在南非专利97/9994中描述了这种密封轴承在水能液力凿岩机中的功能和应用。在该实施例中，密封轴承不能用于使用活塞杆113密封气缸150，因为花键115很可能使这种密封轴承不适合。

优选由乙缩醛或类似工程塑料制成的卡盘螺母116固定地连接到卡盘104上。在卡盘螺母116中有一组与外部活塞花键115配合的直的内花键117。因此，活塞111以众所周知的方式可旋转地联结到卡盘104上。

优选地由乙缩醛或类似工程塑料制成的来复螺母118固定地连接到活塞头112中的凹槽内。在来复螺母118中有一组螺旋内花键119。

优选由完全硬化的马氏体不锈钢制成的来复杆120可以在阀导管129中挤压装配的轴承122内自由地旋转。来复杆120还在轴向受到轴承121、122的限制。轴承121、122优选地由乙缩醛或类似工程塑料制成。在来复杆120上有一组与内部来复螺母花键119配合的外部螺旋花键123。在来复杆120的扩大的直径后端124上支撑着一组弹簧加载的棘爪(图4中未显示)。棘爪优选地由表面或完全硬化的钢制成。

优选地由表面或完全硬化的钢制成的棘轮环125固定地装配在主体102的后面。如众所周知的那样，棘轮环125、来复杆120、棘爪、卡盘螺母116和来复螺母118全部结合起来，在活塞111往复移动时向卡盘104传送步进的旋转运动。

在主体102的后部是阀组件，阀组件如众所周知的那样包括阀126、阀前罩板127、阀体128和阀导管129。阀126优选地由乙缩醛或类似工程材料制成，并且其它阀零件优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成。

端盖101、主体102、阀零件127、128、129和棘轮环125中包括各种管道和流径，这样在向入口130供给压缩空气时，活塞111和阀126就会同步移动，从而导致压缩空气交替地供给驱动腔150.1和回位腔150.2，这反过来又会导致活塞111如众所周知的那样往复运动并且向钻杆131的端部传送往复的冲击。已用的空气以众所周知的方式经过排出端口132从凿岩机100中排出。

刚性水管133如众所周知的那样从凿岩机100的后部、活塞111和来复杆120中心的通孔中伸出，并且刚好止于未达到钻杆131的位置处。为清晰起见，在图4中并未显示通过来复杆120的水管33。在使用中，矿坑供给水龙带连接到水管133末端的管接头上。

具有文丘管134和孔135，其中文丘管134形成于入口130中并且孔135用于将水管33的略微扩大直径部分136连接到文丘管134的喉管。通过注意典型的水压和压缩空气压力并且仔细地设计文丘里喉管134、孔135和水管部分136的尺寸，小部分进入的冲洗水就被夹带在入口130中的压缩空气内。申请人相信，充满水雾的空气因此能够以与已知的凿岩机中充满油雾的空气一样的方式润滑凿岩机零件。

孔的冲洗由未被夹带在进入的压缩空气中的进入水的部分完成。这种水从水管133的端部以相当高速喷射的形式喷射，以众所周知的方式沿钻杆131中心直接进入孔中。

图4中并未显示组合启动阀，该组合启动阀同时关闭和打开水和压缩空气供给源。

图中也未显示向卡盘轴承105和106管道输送潮湿空气的附加的管道，但是这些附加管道在本领域中是众所周知的。

因此描述了水雾润滑的凿岩机，凿岩机在进气管中具有文丘管和用于连接冲洗水的供绐和文丘管喉管的通道。文丘管喉管中的气压低于冲洗水供给压力，并且因此少量的水被吸入气流中。这部分水然后润滑凿岩机的接触表面。

典型的矿坑水和供气压力是类似的(通常在500千帕左右)，并且被期望可以在矿与矿之间以及在任意给定的矿中的不同位置有所变化。处于400千帕至600千帕范围之中的供气压力和供水压力并不是典型的。

在文丘里喉管下游引起不能接受的钻头功率损耗的压力不完全恢复之前可将文丘里管压力降低的程度存在一个极限。申请人的经验是，如果文丘管的尺寸设计成具有可接收的钻孔性能，那么喉管中的压降将会非常小——在500千帕的供气压力下为100千帕的数量级。与可能的供气压力和供水压力变化相比，这种量值的压降是不足的，并且喷射的水量可以在零(空气进入循环水路)和多于所需之间变化。

因此，在供气压力和供水压力变化的情形中，下面所述的第三实施例将优于该第二实施例。

图5-8中显示了依照第三优选实施例的凿岩机200。

该凿岩机200的大部分结构也非常类似于已知的凿岩机。与已知凿岩机的差异同样包括使用碳钢替换耐蚀钢，使用青铜替换工程塑料，以及向独立的配套钢零件中添加了几个塑料零件。

凿岩机200具有外壳，外壳包括全部优选地由耐蚀钢或不锈钢制成的端盖201、主体202和前端罩203。主体包括气缸290，冲击活塞211在气缸290内往复运动。

卡盘204可以围绕卡盘轴承205和206中的纵轴自由旋转。卡盘204还在轴向受到卡盘轴承205和206的限制。卡盘204优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成。卡盘轴承205、206优选地由工程塑料例如聚酯或乙缩醛制成并且挤压装配到前端罩203的内径中。六边形衬垫208如众所周知的那样固定地连接到卡盘204上并且用于从卡盘204向钻杆207传递旋转运动。

优选地由超高分子量聚乙烯、乙缩醛或类似的工程塑料制成的前活塞导管209挤压装配到气缸290前面适当的凹槽内。优选地由超高分子量聚乙烯制成的一系列密封轴承210装配在气缸290中的凹槽内。活塞211被支撑在密封轴承210和前活塞导管209中进行线性运动。活塞具有扩大直径的活塞头212和较小直径的活塞杆213。活塞头212将气缸分成驱动腔230和回位腔231。活塞杆213的直径略微小于前活塞导管209的内径。小直径孔214贯穿活塞211。在活塞杆213的前端上有一组直的外花键215。当活塞211在气缸290中往复移动时，密封轴承210与活塞头212连续地接合和脱离。密封轴承210、气缸290和活塞头212的尺寸设计成活塞头212始终接合在至少一个密封轴承210中。密封轴承210由于其内在的灵活性以及它们之间的压力差而倾向于自我提供能量。在编号为97/9994的南非专利中描述了这种密封轴承在液力凿岩机中的功能和应用。

优选由乙缩醛或类似的工程塑料制成的卡盘螺母216固定地连接到卡盘204上。在卡盘螺母216中有一组与外部活塞花键215配合的直的内花键217。因此，活塞211以众所周知的方式可旋转地联结到卡盘204上。

优选地由乙缩醛或类似的工程塑料制成的来复螺母218固定地连接到活塞头212中的凹槽内。在来复螺母218中有一组螺旋内花键219。(注意，图5和6并不是很严格地准确，其中为方便起见而将花键219显示为直的)穿过来复螺母218有一系列沿径向间隔的孔260，这些孔用来在活塞211往复移动时防止空气在空腔261中封闭和压缩。添加的这些孔260解决了导致来复螺母218失效的过热的问题。

优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成的来复杆220自由地在轴承221和222中旋转，轴承221和222分别挤压装配到端盖201和阀导管229中。来复杆220还在轴向受到轴承221、222的限制。轴承221、222优选地由乙缩醛或类似的工程塑料制成。在来复杆220上有一组与内部来复螺母花键219配合的外部螺旋花键223(注意，图5和6并不是很严格地准确，其中为方便起见而将花键223显示为直的)。在来复杆220的扩大的直径后端224中支撑着一组弹簧加载的棘爪207(图中仅显示了一组弹簧)。棘爪优选地由表面或完全硬化的钢制成。

优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成的棘轮环225固定地装配在主体202的后面。如众所周知的那样，棘轮环225、来复杆220、棘爪207、卡盘螺母216和来复螺母218全部结合起来，在活塞211往复移动时向卡盘204传送步进的旋转运动。

在主体202的后部是阀组件，阀组件如众所周知的那样包括阀226、阀前罩板227、阀体228和阀导管229。阀226优选地由超高分子量聚乙烯、乙缩醛或类似的工程材料制成，并且其它阀零件优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成。

开/闭阀组件233装配在阀体228上方的横向孔中，并且当处于开位时，允许压缩空气经过入口234进入围绕阀体228的外部形成的环形空腔235中。有一系列围绕阀体228沿径向间隔的切块236，它们允许压缩空气从环形空腔235传送到阀226。阀226用来允许压缩空气进入驱动腔230或是经由环形区域250和传送端口(或多个端口)232进入回位腔231，如众所周知的那样，这取决于阀226的位置。活塞211和阀226同步地移动，从而导致活塞211以众所周知的方式往复移动并且向钻杆270的端部传送往复的冲击。

开/闭阀组件233包括转筒237，转筒237优选地由完全硬化的马氏体不锈钢制成，它支撑在一对优选地由乙缩醛或类似的工程塑料制成的轴承238上。转筒通过手柄239而在打开和关闭位置之间旋转。除了材料选择和轴承238之外，开/闭阀的配置是众所周知的。压缩空气由如众所周知的那样通过连接到回转接头240上的空气管(未显示)供给凿岩机。

便利的是，管接头241装配在端盖201中，但是并非必须在钻头的中心线上。在使用中，水龙带(未显示)连接到管接头241上。沿来复杆220中心具有内径242。刚性或半刚性管243固定地连接到内径242中最靠近钻杆270的端部。管243优选地由尼龙或类似的工程塑料制成。管243通过活塞211中心内的孔214，并且止于刚好未达到钻杆270的撞击面的位置处。因此在使用中，水能够经过来复杆220、管243并且沿钻杆270中心进入孔中，从而如众所周知的那样实现抑尘和孔冲洗功能。

围绕来复杆220的扩大直径部分224沿径向间隔有一系列的孔244(仅在图8中可见)。这些孔244允许水从内径242进入由棘爪207和棘轮环225占据的区域。在使用过程中，棘爪因此而连续地浸于水中。

通过来复杆220有一系列沿径向间隔的孔245，它们将内径242连接到在来复杆220和来复杆轴承222之间形成的环形空腔246上。在来复杆轴承222中有一系列沿径向间隔的孔247，它们将环形空腔246与在来复杆轴承222和阀导管229之间形成的环形空腔248连接在一起。还有一系列沿径向间隔的孔249，它们用于将环形空腔248与在阀导管229和阀体228之间形成的环形空腔250连接起来。环形空腔250经由传送端口/多个传送端口232连接到活塞回位腔231上。因此活塞回位腔231在任何时刻均与内径242连通。孔249的总面积远小于孔245的总面积、孔246的总面积和环形空腔246和248的面积。因此可以通过孔249的尺寸和数目控制内径242和活塞回位腔231之间的流量(根据它们各自的压力可以是水或空气)。

在来复杆220中还有一系列沿径向间隔的孔251，它们在任何时刻都将内径242直接连接到活塞驱动腔230上。孔251的总面积与孔249的总面积相近。在来复杆220和来复杆轴承222之间邻近环形空腔246处具有O形环(或类似的密封)252，从而防止流体从环形空腔246向驱动腔230的流动。

沿径向间隔的系列孔251和249分别将冲洗水供给连接到活塞驱动腔和回位腔上。

如众所周知的那样，在气缸250的近似中心处具有排出端口253。排出端口253分成与大气相通的直接出口254和导入前端罩203中的延伸部分255。排出端口延伸部分255与围绕卡盘204的环形空腔256连通。存在将环形空腔256与大气连通的一或多个开口257。卡盘轴承205和206具有一系列沿径向间隔的凹槽258，它们确保潮湿废气润湿卡盘轴承205和206的全部接触区域以及卡盘螺母216和活塞211之间的接触表面。

申请人相信，通过将用于润滑和冷却的必要的水导入钻头的区域中，且这些区域至少在一些时候充满了比供水压力更低并且更恒定压力的空气，该第三实施例克服了上述第二实施例的缺点。

当凿岩机200在循环时，活塞驱动腔230和回位腔231在与供气压力相关(并且类似于供水压力)的“高”压和与大气压相关(并且显著地低于供水压力)的“低”压之间交替，这取决于阀226和活塞211的位置。不管供气压力如何，“低”压或多或少为常数。

两个具有适当地设计尺寸的端口(或端口组)，在此描述中为孔251和249，分别直接或间接地将冲洗水供给连接到活塞驱动腔230和活塞回位腔231上，连接方式取决于端口(或端口组)的位置。两个端口(或者端口组)便利地但非必需地置于阀226的两侧并且靠近阀226。

当特定的室(驱动腔或回位腔)处于“高”压下时，就会有额定流量的水或空气通过相关端口(或端口组)，这取决于供水压力和“高”压之间的压差。如果“高”压高于供水压力，就会有少量的空气流入冲洗水中，这并不是非常重要。如果“高”压低于供水压力，就会有少量的水流入特定室中，从而有助于接触表面的润滑和冷却。

当特定的室(驱动腔或回位腔)处于“低”压下时，相对较大体积的水就会流经相关端口(或端口组)进入特定的室并且提供大量的接触表面的润滑和冷却要求。足够的水会被喷射，从而确保接触表面在“高”压阶段当没有或只有少量的水喷射时保持润湿。因为“低”压或多或少为常数，所以产生的水流量或多或少地独立于供气压力。而且，因为额定供水压力和“低”压之间的压差相对于供水压力中典型的变化很大，所以水流量不会受到供水压力中这种变化的显著影响。

如上所示，潮湿废气中的一些或全部通过延伸通道255和环形空腔256管道输送，从而在排放到大气之前提供水以润湿卡盘轴承205和206。

因此，通过在阀下游导入水，这与如上所述的第二实施例中在上游相反，申请人利用了更加恒定的气压以及远远大于比使用文丘管可能获得的压力差更大的水和空气之间的压力差。

应当理解，第三实施例的特征同样可以很好地应用在具有相对柱塞驱动转子的凿岩机中，如上在第一实施例中所述的那样，而代替上文所述的来复杆类型的旋转。

因此，每个如上所述的实施例都提供了水润滑的无油凿岩机。

虽然上述所有实施例都使用了棘轮和棘爪离合器机构，但是同样可以使用例如编号为92/2561的南非专利中所描述的卷簧离合器机构。

另外，虽然上述所有实施都包括不同于活塞的阀构件，但是本发明也可以用在使用不同的空气开关系统例如“无阀”钻头的凿岩机中。

Claims (33)

1.一种气动凿岩机，包括：

-外壳，包括用于接收压缩空气的供气入口和通过一组空气通道连接到供气入口上的气缸；

-冲击活塞，至少一部分冲击活塞可以在气缸中往复运动；以及

-用于控制压缩空气从供气入口到气缸的供给的气流控制装置；

-所述凿岩机包括至少一对相应的接触表面，相对移动的零件在接触表面处彼此接触；并且

所述凿岩机的特征在于，包括至少一个供水入口和水路，水路连接到供水入口上并被构造成在操作中向钻具输送水，从而冲洗正在被钻的孔并且供应水以润湿上述接触表面。

2.如权利要求1所述的凿岩机，其特征在于，所述接触表面位于冲击活塞和气缸之间的分界面上。

3.如权利要求2所述的凿岩机，其特征在于，向气缸和冲击活塞之一配设轴承，且所述接触表面是轴承与气缸和冲击活塞中另一个上的表面。

4.如权利要求1所述的凿岩机，其特征在于，气缸包括驱动腔和回位腔。

5.如权利要求1所述的凿岩机，其特征在于，所述冲击活塞包括第一部分和第二部分，第一部分具有比第二部分更大的直径并且在气缸内部往复运动。

6.如权利要求1所述的凿岩机，其特征在于，所述冲击活塞包括第一部分和第二部分，第一部分具有比第二部分更大的直径并且可以在气缸中往复运动，并且其中冲击活塞的第一部分将气缸分成驱动腔和回位腔。

7.如权利要求4所述的凿岩机，其特征在于，所述气流控制装置被构造成控制从供气入口的压缩空气的流量，从而向驱动腔和回位腔中的至少一个间歇地供给压缩空气。

8.如权利要求7所述的凿岩机，其特征在于，所述气流控制装置由阀提供。

9.如权利要求7所述的凿岩机，其特征在于，所述气流控制装置被构造成控制压缩空气从供气入口向驱动腔和回位腔中的交替供给。

10.如权利要求1所述的凿岩机，其特征在于，所述水路包括主水流量路径和至少一个辅助水流量路径，其中主水流量路径被构造成在操作中向钻具供给水，并且辅助水流量路径被构造成在操作中供给水以润湿接触表面。

11.如权利要求10所述的凿岩机，其特征在于，所述辅助水流量路径中的至少一个与气缸流体连通。

12.如权利要求11所述的凿岩机，其特征在于，所述辅助水流量路径与驱动腔和回位腔均流体连通。

13.如权利要求10所述的凿岩机，其特征在于，在操作中，水由于供给到供水入口的水和气缸中的空气之间的压差而导入气缸中。

14.如权利要求13所述的凿岩机，其特征在于，所述气缸包括驱动腔和回位腔，其中在操作中，水由于水供给和驱动腔的排放室中空气之间的压差而导入排放室和回位腔。

15.如权利要求1所述的凿岩机，在空气通道靠近供气入口处包括文丘管，并且其特征在于，所述水路包括与文丘管流体连通的通道，这样在操作中，水被夹带在供给到气缸的压缩空气中从而润湿接触表面。

16.如权利要求5所述的凿岩机，其特征在于，所述冲击活塞的第一部分位于冲击活塞的近端区域中；并且气缸在其纵向端配设有活塞导管，冲击活塞支撑在所述活塞导管中。

17.如权利要求16所述的凿岩机，其特征在于，所述气缸和活塞的第一部分的尺寸被设计成在气缸和冲击活塞的第一部分之间提供小的环形间隙。

18.如权利要求16所述的凿岩机，其特征在于，所述活塞导管配设有密封装置。

19.如权利要求18所述的凿岩机，其特征在于，所述水路被构造成润湿邻近密封轴承的冲击活塞上的接触表面，这样当冲击活塞往复移动时，水就被吸出穿过密封轴承上的接触表面。

20.如权利要求1所述的凿岩机，其特征在于，所述凿岩机包括在操作中用于使钻具旋转的旋转装置。

21.如权利要求20所述的凿岩机，其特征在于，所述旋转装置包括至少一对相应的接触表面，且所述水路被构造成供给水以润湿旋转装置的相应的接触表面。

22.如权利要求21所述的凿岩机，其特征在于，所述旋转装置包括离合器装置。

23.如权利要求22所述的凿岩机，其特征在于，所述离合器装置位于与水路组流体连通的腔内，这样在操作中所述腔中就会注水。

24.如权利要求22所述的凿岩机，其特征在于，所述离合器装置位于与其中夹带了水的空气供给流体连通的腔中。

25.如权利要求22所述的凿岩机，其特征在于，所述离合器装置包括卷簧离合器机构。

26.如权利要求22所述的凿岩机，其特征在于，所述离合器装置包括棘轮和棘爪机构。

27.如权利要求20所述的凿岩机，其特征在于，所述旋转装置包括用于将冲击活塞的往复运动转换为旋转运动的转换装置。

28.如权利要求27所述的凿岩机，其特征在于，所述转换装置是由来复杆机构提供的。

29.如权利要求20所述的凿岩机，其特征在于，所述旋转装置是经由气动回转马达提供的。

30.如权利要求11所述的凿岩机，包括至少一个通道，所述通道被构造成在操作中将从气缸中排出的潮湿气体传送到更远的接触表面，从而润湿上述接触表面。

31.如权利要求30所述的凿岩机，包括用于向钻具施加旋转运动的卡盘，其特征在于，所述通道被构造成向位于卡盘和外壳之间分界面处的接触表面传送水。

32.如权利要求30所述的凿岩机，包括用于向钻具施加旋转运动的卡盘，其特征在于，所述通道被构造成向位于冲击活塞和卡盘之间分界面处的接触表面传送水。

33.一种用于操作气动凿岩机的方法，所述凿岩机包括往复式冲击活塞和至少一对位于相对移动的零件之间的接触表面，所述方法包括下列步骤：

-向凿岩机供给压缩空气，从而使冲击活塞往复运动；

-向凿岩机提供水供给；以及

-使来自水供给的水经过钻具排入正在被钻的孔中；

所述方法的特征在于，包括使用来自水供给的水润湿上述接触表面的步骤。

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