EA013041B1

EA013041B1 - Ударный блок с водяным приводом

Info

Publication number: EA013041B1
Application number: EA200800645A
Authority: EA
Inventors: Алан Барроуз; Дуглас Барроуз
Original assignee: Гленкросс Лимитед
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2010-02-26
Also published as: BRPI0617169A2; EP1931502A1; DE602006013165D1; EP1931502B1; AP2008004398A0; GB0518249D0; UA94425C2; ATE461790T1; US8033343B2; CA2621483A1; JP2009506903A; CN101287577B; AU2006288923A1; WO2007029004A1; CA2621483C; US20090101378A1; ZA200802833B; JP5173812B2; EA200800645A1; DK1931502T3

Abstract

Предложен ударный блок (12) для отбойного молотка (10) или бурильного молотка (80, фиг 2 и 3), выполненный с возможностью приведения в действие водой и содержащий поршень (34), установленный с возможностью скольжения в цилиндре (32) и несущий ударную часть (35). По меньшей мере часть поршня и/или цилиндра покрыта керамикой. Керамикой предпочтительно является композит оксид алюминия - диоксид титана, который обеспечивает возможность уменьшения зазора между внутренним диаметром цилиндра и внешним диаметром поршня до величины от 8 до 10 мкм.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к ударному блоку с водяным приводом, пригодному для использования в качестве приводного узла отбойного молотка, также известного как отбойник, бурильного молотка (перфоратора) или другого ударного инструмента.

Предшествующий уровень техники

Известно использование ударного блока для приведения в действие отбойного молотка или бурильного молотка. Ударный блок обычно приводится в действие гидравлической системой замкнутого цикла, использующей масло или масловодяную эмульсию в качестве рабочей жидкости. Недостаток заключается в том, что в гидравлической системе происходят протечки и масло или масловодяная эмульсия будет загрязнять рабочую окружающую среду. Это особенно нежелательно в замкнутых рабочих средах, таких как глубинные шахты.

Локальный нагрев является значительной проблемой в глубинных шахтах, поскольку температура земли обычно повышается на величину от 1,2 до 2,6°С на каждые 100 м погружения. Для шахты глубиной 4000 или 5000 м это может привести к температуре окружающей среды в области 60°С и для работы людей на таких глубинах должен быть обеспечен значительный объем охлаждения.

Существует проблема охлаждения отбойных и бурильных молотков, используемых в шахтах на таких глубинах.

В ударных блоках, предназначенных для работы с маслом или масловодяной эмульсией, невозможно использовать в качестве рабочей жидкости воду, поскольку вязкость воды значительно ниже таковой у масла или масловодяной эмульсии. Обычный ударный блок включает в себя цилиндр и поршень, который приводится в действие рабочей жидкостью. Зазор между диаметром цилиндра и диаметром поршня в ударном блоке для использования с маслом или масловодяной эмульсией обычно лежит в переделах между 20 и 50 мкм. Если такой блок используется с водой, а не с маслом или масловодяной эмульсией, то зазор слишком велик для того, чтобы поддерживать в блоке давление воды. Другими словами, вода выталкивается в цилиндре за поршень, а не приводит поршень в движение. Кроме того, вода не является смазкой, и даже в том случае, если зазоры между деталями ударного блока значительно уменьшены с целью герметизации поршня относительно цилиндра, компоненты, которые движутся один относительно другого, имеют склонность к заеданию или привариванию друг к другу.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание ударного блока, который может приводиться в действие водой и в котором значительно уменьшены указанные выше проблемы.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается ударный блок, выполненный с возможностью приведения в действие водой, содержащий поршень, установленный с возможностью скольжения внутри цилиндра, причем по меньшей мере часть поршня и/или цилиндра покрыта керамическим материалом.

Поршень предпочтительно несет ударную часть.

Было установлено, что при использовании керамического покрытия по меньшей мере на части поршня и/или цилиндра зазоры между поршнем и цилиндром могут быть существенно уменьшены для обеспечения возможности использования воды в качестве рабочей жидкости без заедания компонентов. Предполагается, что этот неожиданный эффект вызывается тем, что частицы воды захватываются пористой поверхностной структурой керамики, так что поршень и цилиндр в процессе работы удерживаются на расстоянии друг от друга. Таким образом, вода может смазывать поверхности также эффективно, как и пленка обычного масла.

Керамическое покрытие предпочтительно содержит оксид металла. Наиболее предпочтительным керамическим покрытием является композит оксида алюминия - диоксида титана.

Поршень и цилиндр предпочтительно имеют, по существу, цилиндрическую форму.

Внутренняя стенка цилиндра может быть образована гильзой. Зазор между внутренним диаметром цилиндра и внешним диаметром поршня предпочтительно составляет от 8 до 10 мкм.

Для создания заряда воды и направления заряда воды под давлением к передней стороне поршня предпочтительно предусмотрен блок давления. Блок давления заряжается газом в объеме от 5 до 10 см³при давлении от 60 до 70 бар.

Предпочтительно предусмотрены клапанные средства для управления перемещением заряда воды к цилиндру и из цилиндра. Клапанные средства предпочтительно являются золотником, который установлен с возможностью скольжения относительно цилиндра.

Ударный блок может быть выполнен с возможностью работы при подаче воды под давлением с расходом от 20 до 30 л/мин. Вода предпочтительно находится под давлением от 100 до 110 бар.

Ударный блок может совершать около 1350 ударов в минуту по резцу при расходе потока воды 20 л/мин. Альтернативно, ударный блок может совершать около 1900 ударов в минуту по резцу при расходе потока 30 л/мин.

Вода предпочтительно подается в ударный блок из устройства подачи замкнутого цикла (с замкнутым контуром) и охлаждается и/или фильтруется посредством 10-микронного фильтра.

Преимуществом изобретения является то, что в случае протечки выделяется только вода, которая не

- 1 013041 токсична и не огнеопасна. Дополнительным преимуществом изобретения является то, что подавляется коррозия ударного блока, поскольку он образует, по существу, замкнутый контур с отсутствием воздуха.

Ударный блок может быть использован в отбойном молотке, бурильном молотке или любом другом ударном инструменте.

Согласно второму аспекту изобретения предлагается система инструментов для использования в шахтах, содержащая по меньшей мере один ударный блок с водяным приводом согласно первому аспекту изобретения.

На подвижной платформе устанавливается предпочтительно один или более инструментов, так что инструменты могут легко подаваться вдоль разрабатываемого пласта. Платформа включает в себя средства стабилизации, такие как один или более телескопических элементов, выполненных с возможностью вхождения в контакт с потолком, сторонами или дном тоннеля для удержания платформы от смещения или опрокидывания при использовании ударных блоков.

Согласно третьему аспекту изобретения предлагается гидравлическая система замкнутого цикла (с замкнутым контуром), в которой рабочей жидкостью является вода.

Гидравлическая система замкнутого цикла предпочтительно включает в себя резервуар для воды, насос для подачи воды под давлением из резервуара в инструмент и средства для доставки воды из инструмента обратно в резервуар.

Резервуар может находиться под атмосферным давлением, т.е. иметь сообщение с атмосферой. Альтернативно, резервуар может быть герметизирован относительно атмосферы и находиться под давлением выше или ниже атмосферного.

Инструмент предпочтительно является ударным инструментом. Ударный инструмент может быть отбойным молотком или бурильным молотком.

Перечень фигур чертежей

Для лучшего понимания настоящего изобретения и для более ясной демонстрации его осуществления далее в качестве примера приводится описание со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых на фиг. 1 представлено схематичное поперечное сечение ударного блока, встроенного в отбойный молоток;

на фиг. 2 представлен вид в перспективе бурильного молотка со встроенным ударным блоком;

на фиг. 3 - разобранный вид бурильного молотка по фиг. 2.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Со ссылкой на фиг. 1 отбойный молоток или отбойник в целом обозначен позицией 10. Ударный блок, обозначенный в целом позицией 12, установлен в корпусе 14. К одному концу корпуса 14 прикреплен блок давления или аккумулятор 16, а к другому концу корпуса 14 прикреплена направляющая 18 резца для направления ударного резца (не показан). На конце направляющей резца предусмотрен фиксатор 20 резца для удержания с возможность освобождения резца, выполненного, например, в виде долота.

К боковой стороне корпуса 14 прикреплен главный регулятор 24 расхода рабочей жидкости, который управляется вручную переключателем 30. Линия 26 подачи рабочей жидкости и возвратная линия 28 подключены к главному регулятору 24. Отбойный молоток 10 имеет две ручки 22, одна из которых прикреплена болтовым соединением к главному регулятору 24, а другая прикреплена болтовым соединением непосредственно к корпусу 14.

Корпус 14 имеет внутреннюю камеру 32, образующую цилиндр, в которой установлены рабочие детали ударного блока 12. Поршень 34, несущий ударную часть 35, удерживается коаксиально внутри камеры 32 в корпусе 14. Поршень 34 установлен в скользящем контакте внутри ударной гильзы 36, которая прикреплена к корпусу кольцеобразными монтажными элементами 38 и 40. Скользящий золотник 42 установлен концентрическим образом вокруг ударной гильзы 36 в цилиндрическом пространстве, ограниченном ударной гильзой 36, корпусом 14 и монтажными элементами 38 и 40. Ударная гильза 36 снабжена множеством отверстий, избирательно закрываемых и открываемых либо поршнем 34, либо золотником 42 для управления поступлением потока жидкости в рабочую полость 56 и выводом потока жидкости из указанной полости. Поршень имеет суженную часть 58 между частями 60 и 62 поршня, которая в процессе работы уплотнена по жидкости при нахождении в скользящем контакте с гильзой 36.

Части поршня 34, которые находятся в скользящем контакте с внутренней поверхностью гильзы 36, покрыты керамикой. Альтернативно, керамикой покрыты части гильзы 36, которые находятся в скользящем контакте с поршнем 34. Керамическое покрытие содержит оксид металла и наиболее предпочтительным является композит оксид алюминия - диоксид титана. Зазор между внутренним диаметром гильзы 36 и внешним диаметром поршня 34 находится в пределах между 8 и 10 мкм. Этот зазор позволяет осуществлять движение поршня относительно гильзы и достаточно мал, так что он обеспечивает герметичность в отношении воды высокого давления, воздействующей на поршень 34.

Блок давления 16 уплотняется с помощью гибкой диафрагмы 64 и в нем создается давление газа, обычно азота, в пределах между 60 и 70 бар. Блок давления вмещает от 5 до 10 см³ газа при этом давлении.

В процессе использования вода под высоким давлением, обычно в пределах между 100 и 110 бар, подается в отбойный молоток 10 с расходом от 20 до 30 л/мин. Вода под давлением проходит через глав

- 2 013041 ный регулятор 24 в камеру 76 перед гибкой мембраной 64. Газ в блоке давления 16 сжимается и заряд воды удерживается под создаваемым давлением. Когда объем и давление заряда воды достигают определенных значений, золотник 42 продольно смещается и заряд воды направляется в рабочую полость 56 для воздействия на конец поршня 34. Это приводит к скольжению поршня вдоль оси в гильзе 36 по направлению к резцу (не показан), удерживаемому в направляющей. Конец поршня ударяет по концу резца, приводя резец в движение. Золотник 42 управляет возвратом поршня 34 для следующего цикла.

Ударный блок осуществляет примерно 1350 ударов в минуту по резцу при расходе потока порядка 20 л/мин. При возрастании расхода до 30 л/мин ударный блок 12 осуществляет примерно 1900 ударов в минуту по резцу.

В ударный блок 12 подается вода из устройства подачи замкнутого цикла, которая охлаждается и фильтруется 10-микронным фильтром. Вода фильтруется в линии возврата, где давление мало. Возможность использования воды в качестве рабочей жидкости дает преимущество в том, что при протечке устройства подачи замкнутого цикла отсутствует риск для здоровья и безопасности, поскольку вода нетоксична и неогнеопасна.

На фиг. 2 и 3 показан ударный блок 12 в составе бурильного молотка, обозначенного позицией 80. Ударный блок 12 удерживается в таком же корпусе 14 и управляется точно таким же образом с помощью блока давления или аккумулятора 16. Однако корпус 14 прикреплен к направляющей 70 резца, которая содержит в себе гидравлический двигатель, также имеющий водяной привод для вращения бура. Поршень 34 воздействует на конец резца в виде бура точно таким же образом, как и на резец в отбойном молотке 10.

В целях повышения производительности в шахте, некоторое количество инструментов (не показаны) могут быть установлены на подвижную платформу так, что они могут легко перемещаться вдоль разрабатываемого пласта. Платформа может быть стабилизирована с помощью телескопических элементов, которые выполнены с возможностью перемещения для вхождения в контакт с потолком, боковыми сторонами или дном тоннеля с целью удержания платформы от перемещения или опрокидывания при использовании ударных блоков.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Ударный блок, выполненный с возможностью приведения в действие водой, содержащий поршень, установленный с возможностью скольжения внутри цилиндра и несущий ударную часть для введения в контакт с резцом, причем по меньшей мере часть поршня и/или цилиндра снабжена керамическим покрытием.
2. Ударный блок по п.1, отличающийся тем, что керамическое покрытие содержит оксид металла.
3. Ударный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что керамическое покрытие является композитом оксид алюминия - диоксид титана.
4. Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поршень и цилиндр выполнены, по существу, цилиндрическими.
5. Ударный блок по п.4, отличающийся тем, что зазор между внутренним диаметром цилиндра и внешним диаметром поршня составляет от 8 до 10 мкм.
6. Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что внутренняя стенка цилиндра образована гильзой.
7. Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрен блок давления, выполненный с возможностью подготовки заряда воды под давлением и направления заряда воды под давлением к передней стороне поршня.
8. Ударный блок по п.7, отличающийся тем, что блок давления выполнен с возможностью наполнения от 5 до 10 см³ газа под давлением от 60 до 70 бар.
9. Ударный блок по п.7 или 8, отличающийся тем, что предусмотрены клапанные средства для управления перемещением заряда воды к цилиндру и из цилиндра.
10. Ударный блок по п.9, отличающийся тем, что клапанные средства выполнены в виде золотника, установленного с возможностью скольжения относительно цилиндра.
11. Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выполнен с возможностью работы при подаче воды под давлением с расходом от 20 до 30 л/мин.
12. Ударный блок по п.11, отличающийся тем, что выполнен с возможностью работы при давлении воды от 100 до 110 бар.
13. Ударный блок по п.11 или 12, отличающийся тем, что выполнен с возможностью совершения порядка 1350 ударов/мин по резцу при расходе потока воды 20 л/мин.
14. Ударный блок по п.11 или 12, отличающийся тем, что выполнен с возможностью совершения порядка 1900 ударов/мин по резцу при расходе потока воды 30 л/мин.
15. Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что ударная часть выполнена с возможностью непосредственного контакта с резцом.
16. Ударный инструмент, снабженный ударным блоком по любому из предыдущих пунктов.

- 3 013041
17. Ударный инструмент по п.16, отличающийся тем, что предусмотрены средства для подачи воды в ударный блок из устройства подачи замкнутого цикла.
18. Ударный инструмент по п.17, отличающийся тем, что средства для подачи воды включают в себя десятимикронный фильтр для фильтрации воды, подаваемой в ударный блок.
19. Ударный инструмент по п.17 или 18, отличающийся тем, что средства для подачи воды включают в себя охладитель воды, подаваемой в ударный блок.
20. Ударный инструмент по любому из пп.16-19, отличающийся тем, что ударный инструмент выполнен в виде отбойного молотка.
21. Ударный инструмент по любому из пп.16-19, отличающийся тем, что ударный инструмент выполнен в виде бурильного молотка.