DE321117C

DE321117C - Rock drilling machine with stepped piston

Info

Publication number: DE321117C
Application number: DE1916321117D
Authority: DE
Original assignee: KONOMAX ROCK DRILL SYNDICATE L
Current assignee: KONOMAX ROCK DRILL SYNDICATE L
Priority date: 1915-10-21
Filing date: 1916-10-18
Publication date: 1920-05-21

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Gesteinbohrmaschine mit Stufenkolben. The present invention provides a rock drilling machine with stepped pistons.

Bei der z. B. durch die deutsche Patentschrift Nr. 199547 bekanntgewordenen Gesteinbohrmaschine befindet sich die hintere Zylinderkammer in ununterbrochener Verbindung mit der Druckluftquelle, so daß beim Rückhub Luft nicht komprimiert, sondern in das Zulaufrohr zurückgegeben wird. Daher ist die zum Anhalten und Anlassen des Kolbens verfügbare Kraft konstant und relativ klein, während die rückwärtswirkende Kraft auf den Vorderkolben niedriggehalten werden muß, um zu verhüten, daß der Kolben auf den hinteren Zylinderkopf schlägt. Es ergibt sich eine geringe Arbeitsgeschwindigkeit. Zur Beseitigung dieses Übelstandes dient die nachfolgend beschriebene Erfindung,, welche darinAt the z. B. by the German patent specification No. 199547 known rock drilling machine the rear cylinder chamber is in continuous communication with the compressed air source, so that when Return stroke air is not compressed, but returned to the inlet pipe. Therefore the force available to stop and start the piston is constant and relative small, while the backward force on the front piston is kept low must to prevent the piston from hitting the rear cylinder head. It results a slow working speed. The following is used to remedy this deficiency described invention ,, which therein

ao besteht, daß die Kolbenrückfläche dauernd unter Druck steht und daß das Druckmittel zu Beginn der Rückwärtsbewegung des Kolbens mit dem Räume vor der vorderen Kolbenfläche in Verbindung steht, während kurz vor Beendigung des Rückhubes die Verbindung unterbrochen und das Druckmittel zur vollen Ausnutzung seiner Expansion beim Vorwärtshube am Rücktritt in den Druckmitteleinlaß verhindert wird.ao consists that the piston rear surface is constantly under Pressure is and that the pressure medium at the beginning of the backward movement of the piston with the space in front of the front piston surface is in connection while the connection is interrupted shortly before the end of the return stroke and the pressure medium is full Exploitation of its expansion during the forward stroke at the step back into the pressure medium inlet is prevented.

In der beiliegenden Zeichnung gibt Fig. 1 in einem Kurvenbilde das Verhältnis zwischen der Zeitdauer und der Bewegungsweite während eines Zyklus des Bohrers, wie er heute in Gebrauch ist, an. Der Winkel der Linie mit den Koordinaten ist das Maß der Geschwindigkeit des Kolbens in irgendeinem Augenblick und die Änderung der Winkelgröße zeigt natürlich eine Beschleunigung an.In the accompanying drawing, Fig. 1 is a graph showing the relationship between the length of time and the range of motion during a cycle of the drill as it is today is in use. The angle of the line with the coordinates is the measure of the speed of the piston at any moment and the change in angular size, of course, indicates an acceleration.

Der Rückwärtshub wird gewöhnlich durch den Rückschlag des Kolbens vom Gestein mit einer Geschwindigkeit eingeleitet, die nach der Stärke des Schlages und der Härte des Gesteins verschieden· ausfällt. Die so durch den. Kolben erworbene Geschwindigkeit wird fortgesetzt und beschleunigt. Dieser Teil des Zyklus ist in der Koordinatenkurve mit A-B bezeichnet. Dämpfung und -Wiederangang des Kolbens findet von B bis C statt; C-D zeigt den Schlaghub. Letzterer ist der nutzbare Teil des Zyklus, nimmt aber nur etwa ¹Z₈ der ganzen Periode ein.The return stroke is usually initiated by the recoil of the piston from the rock at a speed which varies according to the strength of the impact and the hardness of the rock. The way through the. Piston acquired speed continues and accelerates. This part of the cycle is labeled AB in the coordinate curve. Damping and recovery of the piston takes place from B to C ; CD shows the stroke stroke. The latter is the usable part of the cycle, but only takes up about ¹ Z _{8 of} the entire period.

Fig. 2 stellt die Bohrmaschine mit der neuen Einrichtung in einer beispielsweisen Ausführung im Schnitt dar.Fig. 2 shows the drilling machine with the new device in an exemplary manner Execution in section.

Fig. 3 ist eine ähnliche Schnittansicht mit den beweglichen Teilen in anderer Stellung.Figure 3 is a similar sectional view with the moving parts in a different position.

Der Zylinder besteht aus einer größeren Vorderkammer 1 und einer kleineren Hinterkammer 2. Der Kolben ist dementsprechend ein Differentialkolben und besitzt einen größeren Vorderteil 3 mit Druckfläche S und ein kleineres Hinterstück 4 mit Druckfläche 6.The cylinder consists of a larger front chamber 1 and a smaller rear chamber 2. The piston is accordingly a differential piston and has a larger one Front part 3 with pressure area S and a smaller rear part 4 with pressure area 6.

Auf der Kolbenstange 7 sitzt der Kopf S, in dem das Werkzeug 9 befestigt ist.The head S, in which the tool 9 is fastened, sits on the piston rod 7.

Der Steuerschieber 10 im Gehäusen beherrscht den Zu- und Auslaß 12 bzw. 13 an der Kammer 1, in deren nächster Nähe er eingebaut ist. Ein kurzer Kanal 14 führt aus dem Schiebergehäuse zur Vorderkammer. Während des Spiels des Kolbens verbindet der -Schieber den Kanal 14 wechselweise mit dem Zulaß 12 und dem Auslaß 13.The control slide 10 in the housing dominates the inlet and outlet 12 and 13 of the chamber 1, in the immediate vicinity of which it is installed. A short channel 14 leads from the valve body to the anterior chamber. During the play of the piston, the slide connects the channel 14 alternately with the inlet 12 and the outlet 13.

Um den Schieber mit dem Kolben gleichzeitig spielen zu lassen, ist eine Bohrung 15 vorgesehen, die vom Vorderende der Schieberkammer 11 nach der Kolbenkammer 1 führt und darin an zwei Stellen 16 und 17 ausmündet. Die vordere Mündung 16 kann durch ein Niederschraubenventil 18 geschlossen werden. Vom hinteren Ende der Schieberkammer führt eine zweite Bohrung 19 zur hinteren Kolbenkammer 2. Während der Rückwärtsbewegung des Kolbens pufft das Schiebergehäuse am hinteren Ende durch die Bohrung 19, den Ringraum 20 des Kolbens und die Öffnung 21 in der Zylinderwand aus. Luft wird dem vorderen Ende des Schiebergehäuses von der vorderen Zylinderkammer durch die Mündung 16 zugeführt, wenn deren Ventil 18 offen ist, andernfalls durch die Mündung 17, und der Schieber 10 wird demgemäß, wie in Fig. 3, zurückgetrieben. Bevor der Schlag erfolgt, kommt die Bohrung 15 durch den Ringraum 20 und Öffnung21 mit der Außenluft in Verbindung, während Druckluft in die Bohrung 19 dringt und der ! Schieber wieder, wie in Fig. 2, nach vorn getrieben wird. ;A hole 15 is provided to allow the slide to play with the piston at the same time provided that extends from the front end of the slide chamber 11 to the piston chamber 1 leads and opens into it at two points 16 and 17. The front mouth 16 can be closed by a screw-down valve 18. From the rear end of the valve chamber leads a second bore 19 to the rear piston chamber 2. During the Backward movement of the piston puffs the valve body through the rear end Bore 19, the annular space 20 of the piston and the opening 21 in the cylinder wall. Air is drawn into the front end of the valve body from the front cylinder chamber fed through the orifice 16 when its valve 18 is open, otherwise through the Muzzle 17, and the slide 10 is accordingly, as in Fig. 3, driven back. Before the impact occurs, the bore 15 comes with through the annular space 20 and opening 21 the outside air in connection, while compressed air penetrates into the bore 19 and the! Slide again, as in Fig. 2, is driven forward. ;

Der hinteren Zylinderkammer wird Luft ! durch eine etwas weitere Bohrung 22 und den Einlaß 12 zugeleitet und tritt in die Kammer , an deren äußerem Ende ein. Ein Rückschlagventil 23 ist im Einlaß 12 angeordnet.The rear cylinder chamber becomes air! through a slightly more hole 22 and the Inlet 12 is fed and enters the chamber at its outer end. A check valve 23 is arranged in inlet 12.

In Fig. 2 nimmt der Kolben die Stellung kurz nach erfolgtem Schlage ein. Druckluft wirkt nun auf beide Kolbenflächen 5 und 6 \ und, da erstere größer ist, so wird der KoI- , ben dadurch zurückgetrieben. Zu Beginn der Rückbewegung wirkt aus der Zylinderkam- : mer 2 verdrängte Luft mit dazu, die vordere ί Kammer 1 schnell und ganz zu füllen. Da : die Kolbenfläche 5 erheblich größer als die Fläche 6 ist, so wird auch der Kolben mit ' sehr bedeutender Kraft zurückgeworfen, die ' auch weiter anhält, bis der Schieber umkehrt. Der Vorhub und der Rückhub des Kolbens soll in annähernd gleicher Zeit vonstatten gehen und daher wird man die Fläche 5 etwa . doppelt so groß bemessen haben wie die Kolbenfläche 6.In Fig. 2 the piston takes the position shortly after the hit. Compressed air now acts on both piston surfaces 5 and 6 \ and, since the former is larger, the koi is ben characterized driven back. At the beginning of the return movement, the air displaced from the cylinder chamber 2 helps to fill the front ί chamber 1 quickly and completely. Since: the piston area 5 is considerably larger than the area 6, the piston is also thrown back with a 'very significant force which' continues to last until the slide reverses. The forward stroke and the return stroke of the piston should take place in approximately the same time and therefore the area 5 is approximately. twice as large as the piston area 6.

Wenn der Vorderkolbeu 3 die Mündung 16 dem Druck freigibt — vorausgesetzt das Ventil 18 ist offen —, so kehrt der Schieber 10 um und die vordere Zylinderkammer pufft aus, wodurch der Kolben plötzlich vom rückwärts wirkenden Druck entlastet wird.When the front piston 3 reaches the mouth 16 releases the pressure - provided the valve 18 is open - the slide 10 reverses around and the front cylinder chamber puffs out, causing the piston to suddenly move from backwards acting pressure is relieved.

Der Kolben hat zu dieser Zeit ein übergroßes Rückwärtsmoment erworben. Seine fortgesetzte Bewegung treibt weiter Luft aus j der Kammer 2 aus, und da diese nun nicht j in die Vorderkammer 1 dringen kann, so geht j sie in das Zuleitungsrohr zurück und schließt damit sofort das Rückschlagventil 23. Weitere Bewegung des Kolbens drückt daher die in der Kammer 2 und Bohrung 22 enthaltene Luft zusammen. Da diese Luft zu Anfang j Arbeitsdruck besitzt, so bewirkt eine kurze Weiterbewegung des Kolbens einen schnellen Druckanstieg mit der Wirkung, daß der Kolben schnell anhält und infolge Wiederexpansion der Luft wieder anläuft, wobei der Energieüberschuß des Rückhubes auf den Vorwärtshub übergeht. Die punktierten Linien in Fig. 3 zeigen die normale Rückhubgrenze an.The piston has acquired an excessive reverse momentum by this time. His continued movement continues to drive air out of chamber 2, and there it is not j can penetrate into the front chamber 1, j it goes back into the supply pipe and closes thus immediately the check valve 23. Further movement of the piston therefore pushes the air contained in the chamber 2 and bore 22 together. Because this air at the beginning j has working pressure, a short further movement of the piston causes a quick one Increase in pressure with the effect that the piston stops quickly and as a result of re-expansion the air starts up again, with the excess energy of the return stroke on the forward stroke transforms. The dotted lines in Figure 3 indicate the normal return stroke limit.

Ein Luftverlust tritt durch Leckage während der Kompressions- und der Wiederexpansionsperiode ein, aber sobald der Druck in der Kammer 2 auf die Druckhöhe der Einlaßluft sinkt, öffnet sich das Rückschlagventil 23 und hält Arbeitsdruck hinter dem Kolben aufrecht. Da die vordere Kammer 1 auspuffen kann, so setzt sich die Beschleunigung im Laufe des Kolbens während des Vorwärtshubes fort. Kurz bevor der Schlag erfolgt, kehrt der Schieber 10 wieder um, voller Druck erscheint wieder in der vorderen Kammer 1 und wirkt zusammen mit dem Rückstoß, den der Kolben am Gestein erhält, den Kolben mit erheblicher Geschwindigkeit auf den Rückhub zu bringen.Air loss occurs through leakage during the compression and re-expansion periods on, but as soon as the pressure in chamber 2 drops to the pressure level of the inlet air, the check valve opens 23 and maintains working pressure behind the piston. Since the front chamber 1 can exhaust, the acceleration continues in the course of the piston during the forward stroke away. Shortly before the blow occurs, the slide 10 reverses again, full Pressure reappears in the front chamber 1 and works together with the recoil, which the piston receives on the rock, the piston opens at considerable speed to bring the return stroke.

Man sieht, der Zyklus besteht hier aus 1°° einer Periode unterhaltener Rückwärtsbeschleunigung in Fortsetzung der Rückstoßbewegung des Kolbens, während welcher der Kolben einen erheblichen Energieüberschuß erwirbt, einen schnellen Wechsel auf Vor- i°5 wärtsbeschleunigung durch Kompression eines eingeschlossenen Luftvolumens unter hohem Anfangsdruck und Ausübung eines unausgeglichenen Impulses auf den Kolben und einer Fortsetzung der Vorwärtsbeschleu- no nigung unter mindestens vollem Arbeitsdruck, bis der Schlag erfolgt. Dieses ist in der Kurve A-B-C-D' der Fig. 1 verbildlicht. Mit der Kurve A-B-C-D verglichen, ist der Abschnitt B-C in seiner Zeitkomponente erheb-Hch verkürzt, und der ganze Zyklus erfolgt damit in einem Bruchteile der Periode A-D, wobei aber die Geschwindigkeit des Schlages — durch den Winkel a angezeigt — dieselbe bleibt.It can be seen that the cycle here consists of 1 °° of a period of sustained backward acceleration in continuation of the recoil movement of the piston, during which the piston acquires a considerable excess of energy, a rapid change to forward acceleration through compression of an enclosed volume of air under high initial pressure and Applying an unbalanced impulse to the piston and continuing the forward acceleration under at least full working pressure until the impact occurs. This is illustrated in the curve ABCD ' of FIG. Compared with the curve ABCD , the section BC is considerably shortened in its time component, and the entire cycle thus takes place in a fraction of the period AD, but the speed of the stroke - indicated by the angle a - remains the same.

Da der Schieber 10 dicht neben der vorderen Zylinderkammer angeordnet und derSince the slide 10 is arranged close to the front cylinder chamber and the

Kanal 14 daher sehr kurz ist, so findet keine Drosselung der Luft statt, zumal der Kanal 14 eine große Weite erhalten kann, ohne daß dadurch ein merklicher Luftverlust eintritt. Luft wird in der hinteren Zylinderkammer nicht verbraucht und die Bohrung 22, obschon lang, kann daher auch großen Querschnitt erhalten, um vollen Druck auf Fläche 6 des Kolbens aufrecht zu erhalten.Channel 14 is therefore very short, there is no throttling of the air, especially since channel 14 can obtain a large width without causing a noticeable loss of air occurs. Air is not consumed in the rear cylinder chamber and the bore 22, although long, can therefore also have a large cross-section, in order to allow full pressure on surface 6 of the piston to maintain.

Die Lage der Mündung 16 ist so gewählt, daß, bei gewöhnlicher Bohrstellung der Maschine und bei Durchschnittswiderstand gegen das Zurückziehen des Werkzeugs, der Kolben ein erhebliches Überschußmoment erworben hat, wenn sein Teil 3 die Mündung 16 dem Druck freigibt und daher etwas zurückgeht, bevor er angehalten und umgekehrt wird. Wenn der Widerstand vergrößert wird, so sichert die große Fläche 5, die vollem Druck ausgesetzt ist, die Rückwärtsbewegung des Kolbens, bis die Mündung 17 frei und damit genügend Bewegung gegeben ist, um das Werkzeug klar zu halten. Aber der Kolben kann an dem Punkte umkehren und sein Lauf wird entsprechend verkürzt. Damit der Bohrer wirksamer gegen erheblichen Rückwärtswiderstand arbeiten kann, wird die Mündung 16 durch ihr Ventil 18 geschlossen. Der Kolben fährt daher in seiner Rückbewegung unter vollem Druck fort, bis er die Mündung 17 dem Druck freigibt, und gewinnt dabei das gewollte Überschußmoment. Die Mündung 16 kann auch geschlossen oder geöffnet gehalten werden, je nachdem der Druck der Preßluft niedrig oder hoch ist.The position of the mouth 16 is chosen so that, with the normal drilling position of the machine and with average resistance to Withdrawing the tool, the piston acquired a significant excess torque has when its part 3 releases the mouth 16 to the pressure and therefore goes back a little, before it is stopped and vice versa. If the resistance is increased, thus the large surface 5, which is subjected to full pressure, ensures the backward movement of the piston until the mouth 17 is free and thus given enough movement to move the Keep tool clear. But the piston can turn around at that point and run is shortened accordingly. This makes the drill more effective against considerable backward resistance can work, the mouth 16 is closed by its valve 18. Of the The piston therefore continues its return movement under full pressure until it reaches the muzzle 17 releases the pressure, and thereby gains the desired excess torque. The estuary 16 can also be kept closed or open, depending on the pressure of the Compressed air is low or high.

Da die ganze während eines vollen Zyklus dem Kolben übermittelte Energie — von der durch Reibung verlorenen abgesehen -—■ beim Vorwärtshube in, der Maschine angehäuft wird, so ist die Kraft des Schlages und die Periode des Zyklus praktisch konstant, gleichviel in welcher Stellung der Bohrer arbeitet. Beim Bohren eines aufwärts gerichteten Loches verursacht das Gewicht des Kolbens usw. eine starke Kompression, die dem Vorwärtshube zugute kommt, während beim Bohren senkrecht von oben das Gewicht dem Vorwärtshube direkt zugute kommt und die Kompression entsprechend geringer ausfällt.Since all the energy transferred to the piston during a full cycle - from apart from those lost through friction —— ■ accumulated during the forward stroke in the machine then the force of the blow and the period of the cycle are practically constant, no matter in which position the drill is working. When drilling an upward Hole, the weight of the piston etc. causes a lot of compression that benefits the forward stroke during the Drilling vertically from above the weight of the forward stroke directly benefits and the Compression is correspondingly lower.

Claims

Patent claim:

Rock drilling machine with stepped piston, characterized in that the piston rear surface (6) is constantly under pressure and that the pressure medium at the beginning of the backward movement of the piston the space in front of the front piston surface (5) is in communication, while shortly before the end of the return stroke the Connection interrupted and the pressure medium to take full advantage of its expansion is prevented from withdrawing into the pressure medium inlet during the forward stroke.

1 sheet of drawings.