ES2286877T3 - Dispositivo de impacto que funciona hidraulicamente. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE RELACIONA CON UN DISPOSITIVO DE IMPACTO ACCIONADO HIDRAULICAMENTE, COMO UN MARTILLO DE PERCUSION U OTRO APARATO TRITURADOR, QUE CONSTA DE UNA VALVULA DE CONTROL (6) PARA REGULAR EL FLUIDO DE PRESION SUMINISTRADO AL PISTON DE PERCUSION (1) DE MANERA QUE SE PUEDA CAMBIAR EL SENTIDO DEL MOVIMIENTO DEL PISTON (1) DE ACUERDO CON EL CICLO DE FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO DE IMPACTO. DE ACUERDO CON LA INVENCION, CUANDO LA VALVULA DE CONTROL (6) ESTA EN POSICION DE IMPACTO, SE DOTA AL DISPOSITIVO DE IMPACTO DE UN ESPACIO CERRADO BORDEADO PARCIALMENTE POR LA VALVULA DE CONTROL Y EL PISTON DE PERCUSION. EL PISTON (1) CONSTA DE UNA SECCION QUE SE COMUNICA CON EL CITADO ESPACIO Y TIENE UN DIAMETRO MAYOR QUE EL EXTREMO SUPERIOR DEL PISTON. LA VALVULA DE CONTROL Y EL PISTON DE PERCUSION PUEDEN ASI DESPLAZARSE EN EL MISMO SENTIDO HASTA QUE SE ABRA UNA CONEXION DESDE SU ESPACIO CERRADO HASTA EL EXTREMO SUPERIOR DEL PISTON (1).

Description

Dispositivo de impacto que funciona hidráulicamente.

La presente invención se refiere a un dispositivo de impacto que funciona hidráulicamente que comprende un marco y un pistón de percusión dispuesto para moverse de forma recíproca en el marco debido al fluido de presión, comprendiendo el pistón en su extremo superior una guía cilíndrica que tiene un menor diámetro que el diámetro mayor del pistón de percusión, el extremo superior de la guía comprende una superficie de presión de impacto, el dispositivo comprende adicionalmente un conducto de entrada y un conducto de retorno para suministrar el fluido de presión hacia y desde el dispositivo de impacto, un espacio de presión de control situado cerca del extremo superior del pistón de percusión, disponiéndose la guía del pistón de percusión para entrar en dicho espacio sustancialmente ajustada al final del movimiento de retorno del pistón, y una válvula de control para controlar el movimiento del pistón, cerrándose la válvula de control en la posición de retorno de dicho pistón, el conducto de entrada que contiene fluido de presión y al mismo tiempo abriendo el conducto de retorno, comprendiendo la válvula de control una superficie de presión que comunica continuamente con el espacio de presión de control, y una superficie de presión que actúa en la dirección opuesta a dicho espacio de presión de control (A'') y que está conectada continuamente a un espacio de presión situado más allá de dicho espacio de presión en la dirección de impacto del pistón de percusión, cerrando el pistón de percusión la conexión entre dichas superficies de presión de la válvula de control según se mueve hacia el espacio de presión de control y empujando la válvula de control desde la posición de retorno a la posición de impacto mediante el fluido de presión en el espacio de presión de control, de manera que se abre una conexión desde el conducto de entrada para el fluido de presión a dicho espacio, la presión del fluido de presión en el conducto de entrada actúa sobre ambas superficies de presión de impacto del pistón de percusión y dicha superficie de presión de la válvula de control, provocando el movimiento de impacto del pistón de percusión.

Los dispositivos de impacto que funcionan hidráulicamente, tales como martillos de percusión y otros aparatos de rotura, se usan por ejemplo para romper materiales relativamente duros incluyendo piedra, hormigón, asfalto, suelo congelado, escoria metálica, etc. Por ejemplo, los martillos de percusión están instalados normalmente como equipo auxiliar en excavadoras en lugar de cubetas, pero pueden usarse también otras máquinas base y soportes. Los dispositivos de impacto normalmente funcionan mediante la hidráulica de la máquina base. En consecuencia, las máquinas de perforación que funcionen hidráulicamente que comprenden un aparato de impacto se usan para perforar diferentes materiales de roca.

Un dispositivo importante comprende un pistón percusión hidráulicamente recíproco, que suministra golpes sucesivos mediante una herramienta al objeto a romper. El fluido de presión hacia y desde el pistón de percusión se suministra mediante los conductos adecuados. El flujo del fluido de presión seguía al espacio operativo del pistón de percusión de acuerdo con el ciclo de operación del dispositivo de impacto por ejemplo mediante diferentes válvulas de carrete y correderas. Sin embargo, el funcionamiento de los medios de control conocidos requiere el suministro de presión de control por separado, que a su vez requiere la formación de conductos y surcos complicados que aumentan el número de filtraciones dentro del dispositivo. Otro problema de las presentes correderas y otros componentes que funcionan mediante presión de control es la desviación del fluido de presión, en otras palabras, el fluido de presión usado para el control se libera en el conducto de retorno del circuito del fluido de presión. Esto provoca de forma natural un consumo de energía innecesario. Otras disposiciones de la técnica anterior incluyen diferentes resortes y otros medios mecánicos para mover la válvula de control, pero dichas disposiciones son complicadas, sin embargo, respecto a operación y a fabricación, por no mencionar la durabilidad.

La memoria descriptiva de Patente Europea 0.085.279 describe una disposición conocida para controlar los movimientos del pistón de percusión. En esta referencia, el pistón de percusión está rodeado por una válvula de control de tipo manguito, que controla el flujo del fluido de presión suministrado al pistón de percusión. En el aparato de acuerdo con la referencia, cuando la sección superior del pistón de percusión fuerza su camino hacia el manguito según el pistón sube, la superficie superior del manguito se somete a una presión que hace que el manguito se mueva hacia abajo, con lo que una conexión a un conducto de alta presión se abre y la alta presión empieza a actuar sobre el extremo superior del pistón de percusión, presionándolo hacia abajo para suministrar un impacto. La alta presión actúa simultáneamente sobre la superficie superior del manguito, presionándolo hacia abajo toda la trayectoria hasta su posición inferior. Cuando la sección más inferior del pistón de percusión surge del manguito, la misma alta presión que empuja el pistón de percusión hacia abajo empieza actuar sobre las superficies en la parte inferior del manguito. El tamaño de la superficie de presión en el extremo inferior del manguito es mayor que el tamaño de la superficie de presión en el extremo superior, lo que significa que el manguito empieza a moverse hacia arriba, cerrando de nuevo en su posición superior la conexión al conducto de alta presión. Sin embargo, un problema de esta disposición es que la válvula de control golpea los componentes que bordean su área de movimiento o el fondo, que puede dañar la estructura y provocar un desgaste innecesario a largo
plazo.

El propósito de la presente invención es proporcionar un dispositivo de impacto que funciona hidráulicamente que evita los inconvenientes de la técnica anterior y que es económico de fabricar y usar.

El dispositivo de impacto de acuerdo con la invención se caracteriza porque cuando la válvula de control está en la posición de impacto, cierra la conexión al conducto de retorno de manera que se forma un espacio cerrado de fluido de presión, estando el espacio parcialmente bordeado por la guía del pistón y la válvula de control, y porque el pistón de percusión comprende una segunda sección que está situada por debajo de la guía y que tiene una mayor área de sección transversal que la guía, bordeando dicha segunda sección, a su vez, dicho espacio cerrado de fluido de presión, moviéndose de esta manera el pistón de percusión en la dirección de impacto y, en consecuencia, la válvula de control continua su movimiento desde la posición de retorno hacia la posición de impacto sobre una parte de la distancia de desplazamiento del pistón durante el movimiento de impacto, actuando la presión del fluido de presión sobre la válvula de control que se transmite, mediante la válvula de control y el fluido de presión en el espacio cerrado, para actuar sobre el pistón de percusión en la dirección de impacto del mismo, las velocidades de movimiento del pistón de percusión y la válvula de control son así inversamente proporcionales a la proporción de la diferencia entre las áreas de sección transversal de las secciones del pistón al área de la superficie de presión total de la válvula de control orientada hacia dicho espacio de presión cerrado.

Una idea básica de la invención es que cuando la válvula de control cierra la conexión al conducto de retorno para el fluido de presión, se forma un espacio cerrado bordeado parcialmente por la válvula de control y el pistón de percusión. Al comienzo del movimiento de impacto del pistón de percusión, la válvula de control y el pistón se mueven en la misma dirección de manera que la proporción de velocidades de movimiento del pistón de percusión y la válvula es inversamente proporcional a la proporción del área de una superficie de presión del pistón de percusión orientada hacia el espacio cerrado respecto al área de una superficie de presión de la válvula de control orientada hacia el espacio cerrado. La idea básica de una realización preferida de la invención es que la válvula de control es un elemento de tipo manguito que se sitúa coaxialmente alrededor del pistón de percusión y que se dispone para moverse recíprocamente en un espacio cilíndrico. Dentro de la válvula se forma un espacio de presión cilíndrico que corresponde sustancialmente de forma ajustada a la sección de guía del pistón de percusión, de manera que la sección de guía cilíndrica del pistón de percusión en elevación puede forzar su trayectoria hacia el espacio cilíndrico, desplazando el fluido de presión en el espacio y haciendo que la válvula de control de tipo manguito se mueva hacia abajo. El área combinada de las superficies de presión de la válvula de control orientadas hacia el espacio cerrado es mayor que la diferencia entre el área de la sección de guía del pistón de percusión y el área de la sección del pistón con el mayor diámetro conectado al espacio cerrado, lo que significa que la válvula de control se mueve más lentamente en la dirección de impacto que el pistón de percusión. Adicionalmente, la idea básica de otra realización preferida es que la válvula de control es un elemento de tipo carrete cuya parte superior está conectada hidráulicamente a un espacio cilíndrico formado en el marco, correspondientemente ajustado a la sección de guía del pistón de percusión. De esta manera, cuando el pistón de percusión se mueve hacia la posición superior y empuja su trayectoria hacia este espacio, el fluido de presión desplazado por el pistón de percusión se dispone para mover el carrete hacia abajo.

La invención tiene una ventaja de que la estructura del dispositivo de impacto puede hacerse más sencilla que anteriormente, lo que es ventajoso no sólo respecto a la fabricación sino también respecto al mantenimiento del dispositivo. Adicionalmente, el cilindro que rodea el pistón de percusión o el propio pistón no tienen que estar provistos con surcos de presión de control, ni el marco requiere perforaciones complicadas para implementar el control. Esto simplifica también la estructura y reduce los costes de fabricación. En general, la estructura del dispositivo de impacto de acuerdo con la invención es sencilla y comprende únicamente unas pocas piezas móviles que pueden desgastarse, lo que la hace económica de fabricar, fácil de mantener y duradera. Otra ventaja es que es fácil de hacer que las distancias de flujo del fluido de alta presión sean cortas de manera que las pérdidas de presión permanecen pequeñas. Otra ventaja del dispositivo de impacto de acuerdo con la invención es que puede evitarse que la válvula de control golpee el fondo del espacio donde se mueve la válvula de control. También es una gran ventaja que en la etapa de aceleración se genere una fuerza juntamente mediante la superficie de presión del pistón y la superficie de presión de la válvula de control, de manera que el pistón de percusión se acelera más rápidamente y se obtiene una potencia de impacto mayor con la misma
presión.

Debe mencionarse que en la presente solicitud y en las reivindicaciones, respecto al dispositivo o los componentes del mismo, la definición "extremo inferior" se refiere al extremo del dispositivo de impacto orientado hacia la herramienta, y "extremo superior" se refiere correspondientemente al extremo opuesto del dispositivo de impacto.

La invención se describirá con mayor detalle en los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1a muestra esquemáticamente, en una vista lateral, un pistón de percusión de un dispositivo de impacto de acuerdo con la invención; y la Figura 1b es una vista lateral esquemática en sección parcial, de una posible estructura de una válvula de control,

La Figura 2 es una vista lateral de sección esquemática de un dispositivo de impacto de acuerdo con la invención,

Las Figuras 3a a 3c muestran esquemáticamente, de una forma simplificada, las fases del ciclo de operación del dispositivo de impacto de la Figura 2, desde la elevación del pistón de percusión hasta el suministro del impacto,

Las Figura 4a y 4b muestran esquemáticamente otros posibles dispositivos de impacto de acuerdo con la invención,

Las Figura 5a y 5b son vista de sección esquemática de válvulas de control de tipo carrete de acuerdo con la invención,

La Figura 6 es una vista lateral de sección esquemática de un dispositivo de impacto controlado por una corredera, y

La Figura 7 es una vista de sección esquemática de una estructura del dispositivo de impacto de acuerdo con la invención.

La Figura 1a es una vista lateral de una posible estructura de un pistón de percusión. El pistón de percusión 1 comprende, empezando desde la parte superior del pistón, secciones cilíndricas coaxiales que incluyen una primera sección o una guía A, una segunda sección B, una tercera sección C, y una cuarta sección D. El diámetro de la guía A es el más pequeño. En el extremo superior del pistón en el extremo de guía A hay una superficie de presión de impacto 2, que está sometida a la presión del fluido presión que hace que el pistón de percusión se mueva en la dirección de impacto. La guía A va seguida de la segunda sección B. El diámetro de la sección B es mayor que el diámetro de la sección A, y entre las secciones A y B puede haber un saliente superior 3 del pistón de percusión. La sección B va seguida adicionalmente de la sección C del pistón de la percusión, que a su vez tiene un diámetro mayor que la sección B, de manera que un saliente medio 4 del pistón de la percusión se proporciona entre las secciones B y C. Por consiguiente, entre la sección C y la sección D, que tiene el menor diámetro de las dos, hay una superficie de presión o saliente inferior 5 que provoca el movimiento de retorno del pistón y que recibe el fluido de alta presión para mover el pistón 1 a la posición superior que precede a un impacto. La superficie de presión de impacto 2 del pistón de percusión recibe a su vez el fluido de alta presión cuando el pistón es empujado desde su posición superior hacia la herramienta para suministrar un impacto. El área de la superficie de presión de impacto del pistón de percusión es claramente mayor que el área de la superficie de presión del saliente inferior, lo que significa que el pistón de percusión puede hacer que se mueva rápidamente hacia abajo mediante la presión aplicada al extremo superior, incluso cuando en esta realización el saliente inferior está sometido constantemente a una alta presión y una fuerza que eleva el pistón. Como alternativa, un fluido de presión con una presión adecuada puede aplicarse al saliente medio 4, en cuyo caso el área de la superficie de la presión de impacto 2 puede ser menor que el área del saliente inferior 5 cuando la presión del fluido de presión permanece igual. La presión del fluido de presión que actúa sobre el saliente medio 4 crea una fuerza que trata de mover el pistón de percusión en la dirección de impacto.

La Figura 1b es una vista lateral, en sección parcial, de una posible estructura de una válvula de control 6. La válvula 6 mostrada en la figura es un elemento de tipo manguito que se dispone para guiar el fluido de presión usado en el pistón de percusión mediante el movimiento hacia arriba y hacia abajo de la válvula. La válvula de control guía de esta manera los movimientos del pistón de percusión de acuerdo con el ciclo de operación alternando la alta presión y la presión de la tubería de retorno para que actúe sobre el extremo superior 2 y sobre el saliente superior 3 del pistón de percusión. El otro extremo de la válvula de control, que en esta realización significa el extremo superior, comprende una superficie de presión superior 6a, y el extremo opuesto comprende superficies de presión inferiores 6b y 6c cuya área combinada es igual al área de la superficie de presión 6a. El marco del dispositivo de impacto o preferiblemente un bloque diferente dispuesto en el marco como se muestra a continuación en la Figura 2 está provisto con un espacio cilíndrico para la válvula de control, que puede moverse recíprocamente en el espacio. La superficie externa de la válvula de control de tipo manguito 6 se proporciona en el medio con un alargamiento 7 que tiene un mayor diámetro que los extremos de la válvula, de manera que la superficie superior comprende sustancialmente unos salientes 8a y 8b superior e inferior iguales entre el alargamiento y el extremo superior del manguito, y el alargamiento y el extremo inferior del manguito. Por claridad, el alargamiento y los salientes se muestran de una manera exagerada en la figura. En la práctica, una diferencia suficiente entre el diámetro de los extremos y el diámetro del alargamiento es únicamente de unos pocos milímetros e incluso menor. El saliente 8a en el lado de la superficie de presión superior 6a de la válvula de control se dispone para estar en contacto continuo con el conducto de retorno para el fluido de presión, y por consiguiente, el saliente 8b en el lado de la superficie de presión inferior 6b se dispone para estar en contacto con el conducto interno para el fluido de presión o con algún otro conducto que tiene una mayor presión que el extremo superior. Cuando se está usando el dispositivo de impacto, un fluido de alta presión actúa sobre el conducto de entrada, con lo que la válvula de control 6 puede someterse, mediante los salientes 8a y 8b a una fuerza que eleva continuamente la válvula durante el uso del dispositivo de impacto. Adicionalmente, en un alargamiento 7 hay uno o más conductos 9 que conducen desde la circunferencia externa de la válvula de control hacia la válvula para transportar el fluido de presión al conducto de retorno para fluido de presión. La superficie interna de la válvula de control comprende, desde la parte superior, una primera sección A' que forma un ajuste ceñido con la guía A del pistón de percusión 1. La siguiente sección que sigue a la sección A' en la dirección hacia el pistón de percusión es una segunda sección B', cuyo diámetro es mayor que el de la sección B del pistón de percusión. Por lo tanto, la sección B del pistón de percusión se ajusta de manera holgada en la sección B' de la válvula, lo que significa que la conexión desde el espacio por debajo del manguito al conducto de retorno se mantiene abierta a pesar del movimiento hacia arriba del pistón, como se mostrará a continuación.

La Figura 2 muestra un dispositivo de impacto de acuerdo con la invención que comprende una válvula de control de tipo manguito 6. La estructura del dispositivo de impacto se describirá en este documento respecto únicamente a los componentes que son esenciales para la invención, ya que la estructura básica del dispositivo debe resultar evidente para los especialistas en la técnica. En la disposición de acuerdo con la figura, la cubierta del dispositivo de impacto está provista con una válvula de regulación de presión 10, pero la válvula puede situarse también en el marco 11 del dispositivo de impacto o en cualquier otro lugar adecuado. La válvula de regulación de presión 10 se dispone para controlar la carga de un acumulador de presión 14 en el circuito de presión inferior del dispositivo de impacto. El acumulador de presión puede llenarse con fluido de presión que puede usarse posteriormente durante el ciclo de operación. El acumulador de presión puede usarse de esta manera para sacar uniformemente los flujos del fluido de presión y equilibrar las variaciones de presión. El extremo superior del dispositivo de impacto comprende adicionalmente conexiones para un conducto de retorno 12 para el fluido de presión y para una entrada o conducto de alta presión 13. La conexión desde el conducto de alta presión 13 está constantemente abierta a un espacio de presión 15 formado en el saliente inferior 5 del pistón de percusión y al saliente inferior 8b de la válvula de control 6 mediante un conducto de control 18. Por claridad, la Figura 2 muestra los salientes 8a y 8b de la válvula de control. Durante un impacto, hay una conexión 16 desde el conducto de alta presión a un espacio de presión de control A'' situado dentro de la sección A' de la válvula de control 6. Durante el ciclo de operación, el saliente inferior 5 del pistón de percusión está sometido constantemente a una alta presión que tiende a elevar el pistón a la posición superior. De acuerdo con el ciclo de operación, la válvula de control guía la alta presión para actuar sobre la superficie de presión de impacto 2 del pistón de percusión para hacer que el pistón 1 realice un movimiento de impacto. El conducto de retorno 12, a su vez, conduce aproximadamente a la mitad del espacio cilíndrico formado para la válvula de control. La válvula de control de tipo manguito 6 se dispone coaxialmente con el pistón de percusión en el extremo superior del mismo de manera que la guía A provista en el pistón puede moverse sustancialmente de forma ajustada hacia el espacio de presión A'' proporcionado en la válvula de control. La válvula de control se dispone para moverse en la dirección axial del pistón de percusión en un espacio cilíndrico formado en un bloque de tipo manguito preferiblemente separado situado de forma inmóvil en el marco. Con el propósito de instalar la válvula de control que comprende salientes, el bloque está compuesto por dos bloques separados situados uno encima del otro como se muestra en la Figura: un primer bloque 17a y un segundo bloque 17b. El primer bloque comprende en su circunferencia interna un espacio cilíndrico para el manguito y conductos que son necesarios para el fluido de presión. El segundo bloque comprende también un espacio cilíndrico para la parte inferior de la válvula de control, el extremo inferior del bloque comprende adicionalmente una abertura ajustada para la sección B del pistón de percusión. La superficie de conexión entre estos bloques está provista preferiblemente con un conducto de control 18 que está continuamente en contacto con el conducto de entrada 13. El dispositivo puede comprender uno o varios conductos de control, dependiendo de cómo se implemente el flujo y suministro del fluido de presión a las diferentes partes del dispositivo. Los bloques se forman de manera que la válvula de control con los salientes puede moverse en la dirección hacia arriba y hacia abajo y el fluido de alta presión suministrado desde el conducto de control no puede fluir hacia el conducto de retorno en ninguna etapa. Los bloques que están separados del marco son ventajosos ya que pueden sustituirse fácilmente si fuera necesario. También es fácil y más barato mecanizar las formas requeridas y las superficies de sellado en bloques separados que en un gran marco básico.

Las Figuras 3a a 3c muestran las características generales de una parte del dispositivo de impacto de acuerdo con la invención en una vista lateral de sección. Las partes que no son esenciales para la invención se muestran de una forma simplificada en las figuras. El dispositivo de impacto se activa suministrando fluido de presión desde el conducto de entrada al saliente inferior del pistón de percusión. El fluido de presión se aplica simultáneamente, mediante una válvula reguladora de presión no mostrada en las figuras, hasta el circuito de baja presión, donde se carga el acumulador de presión. El saliente inferior 8b de la válvula de control 6 está sometido siempre a la alta presión en el conducto de entrada, y el saliente superior 8a está sometido siempre a la presión en el conducto de retorno. Por lo tanto, la válvula de control se ajusta en la posición superior o posición de retorno, donde cierra la conexión desde la sección superior A'' del espacio de presión al conducto de entrada 13a. El interior de la válvula de control se conecta al conducto de retorno 12 mediante los conductos 9 proporcionados en el manguito, donde la superficie de la presión de impacto 2 del pistón de percusión está sometido únicamente a la presión de la tubería de retorno, en otras palabras, el espacio está sustancialmente no presurizado. El pistón de percusión 1 se mueve por lo tanto hacia arriba debido a la alta presión que actúa sobre el saliente inferior 5 del pistón, empujando simultáneamente el fluido de presión adelante hacia el conducto de retorno mediante aberturas transversales no deformadas en la válvula 6. Cuando el pistón de percusión se ha elevado a la posición mostrada en la Figura 3a donde el extremo superior 2 del pistón está al mismo nivel que el borde inferior del espacio de presión A'' de la válvula de control, la conexión entre la superficie de presión de impacto 2 del pistón de percusión y la sección B está cerrada. En dicho caso, se forma un espacio de presión cerrado por encima de la superficie de impacto 2 del pistón de percusión, llenándose este espacio con fluido de presión. Como el fluido de presión es sustancialmente incompresible, el volumen del espacio de presión debe permanecer constante. Por lo tanto, la válvula de control 6 empieza a moverse hacia abajo mientras que el pistón de percusión se mantiene subiendo. El pistón de percusión y la válvula de control se mueven, por lo tanto, en direcciones opuestas. Al mismo tiempo, el saliente superior del pistón de percusión y la válvula de control que se mueve hacia abajo empujan al fluido de presión hacia el conducto de retorno 12 mediante la abertura 9.

En la Figura 3b, el pistón de percusión 1 está en el punto superior de inversión o en su posición superior, desde la que es empujado por el fluido de presión hacia la herramienta a una alta velocidad. La válvula de control 6 se ha movido hacia abajo en un grado tal que la conexión con el conducto de entrada 13 para el fluido el presión está abierta, donde un fluido de alta presión puede fluir al espacio de presión por encima de la superficie de la presión de impacto 2 del pistón de percusión. La alta presión puede actuar ahora sobre las superficies superiores de ambos válvulas de control y pistón de percusión. Debido a esta presión, la válvula de control 6 se mueve adicionalmente hacia abajo hacia la posición inferior, y el pistón de percusión empieza simultáneamente su movimiento de impacto, en otras palabras, el pistón empieza a moverse hacia abajo a una alta velocidad para suministrar un impacto en el extremo superior de la herramienta. Simultáneamente, la válvula de control que se mueve hacia abajo cierra la conexión desde el espacio rodeado por el pistón de percusión 1 y la sección B' de la válvula de control a la tubería de retorno 12. Como de esta manera se forma un espacio cerrado de fluido de presión B'' entre el pistón de percusión y la válvula de control, el espacio no libera ni recibe sustancialmente ningún fluido de presión, el movimiento hacia abajo de la válvula de control sólo es posible ya que durante el movimiento hacia abajo del pistón de percusión la sección B más ancha del pistón se mueve lejos del espacio cerrado mientras que el extremo más estrecho del pistón se mueve adicionalmente hacia el espacio aumentando el volumen del mismo. En consecuencia, la válvula de control puede moverse hacia abajo y desplazar el fluido de presión desde el espacio por debajo de una cantidad correspondiente al aumento de volumen. Otro resultado es que cuando los diámetros de la válvula de control y el pistón de percusión se ajustan adecuadamente, la velocidad hacia abajo del pistón de percusión puede ser mayor que la velocidad de la válvula de control. Cuando se usa una válvula de control de tipo manguito como se muestra en las Figuras 3a y 3b, el área combinada de las superficies de presión de la válvula de control orientadas hacia el espacio cerrado debe ser mayor que la diferencia entre el área de la guía del pistón de percusión y el área de la sección con el mayor diámetro orientada hacia el espacio cerrado, para que el pistón de percusión pueda moverse más rápido que la válvula de control y pueda moverse, por lo tanto, fuera del espacio A' proporcionado en la válvula de control. En dicho caso, la velocidad de movimiento del pistón de percusión ya es alta y el pistón continua su movimiento de aceleración hacia abajo y golpea la herramienta después de que la sección de guía A del pistón emerja desde la sección A' de la válvula de control 6 de manera que se abre una conexión desde el espacio de presión A'' al espacio por debajo de la válvula de control 6. La válvula se detiene en la posición inferior según el pistón de percusión continúa su movimiento hacia abajo. Cuando la válvula de control y el pistón de percusión se mueven simultáneamente hacia abajo, el fluido de alta presión actúa tanto sobre la superficie de presión de impacto del pistón de percusión como sobre la superficie de presión superior 6a de la válvula de control como se ha descrito anteriormente. La presión del fluido de presión que actúa sobre la superficie de presión superior 6a de la válvula de control produce una fuerza que se transmite mediante la válvula de control al espacio de presión cerrado mencionado anteriormente y desde allí a través del saliente superior 3 de la sección B del pistón de percusión al pistón, produciendo de esta manera una fuerza adicional sobre el pistón. Por lo tanto, la fuerza que acelera el pistón de percusión es mucho mayor que la mera fuerza producida mediante la superficie de presión de impacto 2 del pistón. Cuando la válvula de control empieza a moverse hacia arriba, cierra de nuevo la conexión con el conducto de entrada 13a y por consiguiente abre una conexión con el conducto de retorno 12, donde posteriormente el extremo superior del pistón de percusión se somete a la presión de tubería de retorno. Como el saliente inferior 5 del pistón de percusión está sometido continuamente a la alta presión en la tubería de entrada, el pistón sigue subiendo toda la trayectoria hacia arriba hasta el punto superior de inversión. Después de la elevación del pistón de percusión, el ciclo de operación descrito anteriormente se repite hasta que el suministro de fluido de presión al dispositivo de impacto se interrumpe.

La Figura 4a es una vista general simplificada de otra parte del dispositivo de impacto de acuerdo con la invención donde la válvula de control es una corredera recíproca de tipo carrete. Este tipo de válvula de control puede situarse libremente en un lugar deseado en el dispositivo de impacto. Sin embargo, a la vista de las pérdidas de presión es más preferible situar la válvula tan cerca de la parte superior del pistón de percusión como sea posible de manera que el fluido de presión no tenga que moverse largas distancias. Una ventaja de dicha disposición es que la válvula de control es un componente que está separado del resto de la estructura, facilitando así la fabricación y es sencillo de sustituir. Funciona de forma similar a la corredera de tipo manguito descrita anteriormente. De esta manera, la válvula de control 19 es un carrete que se dispone para moverse recíprocamente en un espacio cilíndrico proporcionado en un marco adecuado, comprendiendo el carrete, desde la parte superior de la figura, las secciones X, Y y Z. Los diámetros externos de las secciones X y Z son preferiblemente sustancialmente iguales. El diámetro de la sección Y es, por su parte, mayor que los extremos del carrete, lo que significa que un saliente superior 20a del carrete se forma entre las secciones X e Y, y correspondientemente un saliente inferior 20b se forma entre las secciones Y y Z, siendo las áreas de los salientes sustancialmente iguales. De una manera similar en relación con la válvula de control de tipo carrete, el saliente inferior 20b se somete a una alta presión constante y el saliente superior 20a se somete a una presión de la tubería de retorno, que normalmente es próxima a cero. Debido a las diferentes presiones que actúan sobre los salientes de igual tamaño, la válvula de control 19 se somete constantemente a una fuerza que lo empuja hacia arriba. Adicionalmente, el extremo inferior de la válvula de control está provisto con un conducto 21 que comunica con el conducto de retorno 12 cuando la válvula de control 19 está en la posición superior. Una superficie de presión superior 19a en el extremo superior de la válvula de control 19 está conectada a una superficie de presión A' por encima del pistón de percusión 1, y una superficie de presión inferior 19b provista en el extremo inferior del carrete está conectada a un conducto lateral 22. Entre la guía A del pistón de percusión y el espacio de presión cilíndrico A' formado en el marco del dispositivo de impacto hay un ajuste sustancialmente ceñido. La sección B' formada en el marco 11 también está sustancialmente ajustada con respecto a la sección B del pistón de percusión. Cuando la alta presión se suministra al saliente inferior 5 del pistón de percusión 1, el pistón empieza a ascender a su posición superior. La válvula de control 19 está por lo tanto en su posición superior debido a la alta presión que actúa sobre el saliente inferior 20b de la válvula. Cuando la válvula de control 19 está en la posición superior o de retorno, cierra la conexión con el conducto de entrada superior 13a pero abre una conexión desde la sección B' del marco al conducto de retorno 12 mediante el conducto lateral 22 y el conducto 21. Cuando la sección de guía A del pistón de percusión entra en el espacio de presión A'' del marco, se forma un espacio de presión B'' entra la guía A, la sección B' del marco y el saliente 3, estando conectado este espacio mediante el conducto 22 a la superficie de presión 19b de la válvula de control, y mediante el conducto 21 que pasa a través de la válvula 19 al conducto de retorno 12. El movimiento hacia arriba del pistón de percusión 1 requiere el flujo de un medio de presión desde el espacio mencionado anteriormente hasta el conducto de retorno 12. Adicionalmente, cuando la guía del pistón de percusión entra en el espacio de presión A' del marco, la válvula de control empieza a moverse hacia abajo en la figura debido al fluido de presión desplazado por el pistón de percusión. Después se abre una conexión hacia el conducto de entrada 13a, y el medio de alta presión puede fluir al espacio por encima de la válvula de control 19 presionando la válvula hacia abajo. Cuando la válvula de control se ha movido una cierta distancia hacia abajo, la conexión con el conducto 12 se cierra, dando como resultado de esta manera un espacio de presión cerrado B'' que está bordeado por la sección B' del marco, la guía A del pistón de percusión, la segunda sección B, el saliente 3, el conducto lateral 22, el espacio de presión por debajo del carrete y el conducto 21 de la válvula de control. Después de que el conducto 12 se haya cerrado, el pistón de percusión y la válvula de control 19 deben moverse a una cierta velocidad con respecto entre sí para que el movimiento hacia abajo de la válvula de control 19 sea posible. El fluido de presión puede fluir simultáneamente a través del espacio por encima del carrete a lo largo de un conducto de fluido de presión 23 para actuar sobre el extremo superior del pistón de percusión con lo cual el pistón empieza un movimiento acelerado hacia abajo hacia la herramienta. Después del impacto, la válvula de control y el pistón de percusión se elevan de nuevo y el ciclo de operación del dispositivo de impacto continúa automáticamente bajo el control de la válvula de control hasta que el suministro del fluido de presión al dispositivo de impacto se corta.

La Figura 4b muestra otra posible estructura del dispositivo de impacto. La válvula de control no se muestra en la figura, pero es posible usar por ejemplo una válvula de control similar a la mostrada en la figura anterior o la estructura de válvula de control mostrada a continuación en la Figura 5a o 5b. El dispositivo funciona como se ha descrito anteriormente. La diferencia es que en esta realización la guía A no está situada más arriba en el pistón de percusión, sino que forma una sección anular por ejemplo en el medio del pistón. La parte superior del pistón de percusión puede estar compuesta por una sección cilíndrica E que está dispuesta para moverse a través de una sección E' proporcionada en el marco en un espacio de presión E'' según el pistón de percusión sube, formando de esta manera un acumulador de presión en el extremo superior del pistón de percusión. Sin embargo, de una manera correspondiente la sección A del pistón de percusión forma un ajuste con la sección A' proporcionada en el marco, en otras palabras con el espacio de presión A''.

La Figura 5a muestra en una forma muy simplificada la estructura de una válvula de control de tipo carrete alternativa. En esta estructura, la válvula de control 19 comprende únicamente un saliente 20b y no hay saliente superior. El área de la superficie de presión superior 19a en el extremo superior de la válvula de control es de un tamaño igual que la superficie de presión inferior 19b de la válvula de control mediante una chaveta 24. Hay diversas maneras de hacer que las áreas de los extremos opuestos de la válvula de control se igualen en tamaño, si se considera necesario cuando se dimensiona el aparato.

La Figura 5b es una vista lateral de sección de una posible estructura de la válvula de control. Como en la figura anterior, la válvula de control parece un carrete funcional de acuerdo con la idea de la invención. En esta realización, el diámetro del extremo inferior de la válvula de control 19 es mayor que el diámetro del extremo superior de la misma. Adicionalmente, la válvula de control 19 está provista con un conducto 13b que está en contacto continuo con un conducto de alta presión 13a. Este conducto está cerrado desde el extremo inferior de la válvula de control sustancialmente de forma ceñida mediante una chaveta 24, que se pone preferiblemente de forma inmóvil en un espacio de presión por debajo de la válvula de control 19. La válvula de control 19 se dispone para moverse con respecto a la chaveta 24. Un conducto 26 y la chaveta 24 bordean el espacio de presión cerrado que está sometido a una alta presión continua, donde la superficie de presión 20b dirigida hacia arriba del conducto está sometida a una alta presión que intenta elevar la válvula de control 19 a una posición que provocaría un movimiento de retorno del pistón de percusión. La superficie de presión superior e inferior 19a y 19b de la válvula de control 19 se disponen preferiblemente de igual tamaño mediante la chaveta 24, de manera que cuando la presión en el conducto 23 y en el conducto 22 es sustancialmente igual, la válvula de control 19 está sometida mediante las superficies de presión mencionadas anteriormente a fuerzas sustancialmente iguales pero opuestas que se cancelan entre sí. También, en la estructura de válvula de control mostrada en la figura, el movimiento hacia abajo de la válvula de control produce un espacio cerrado. Cuando la válvula de control 19 se ha movido a una cierta distancia hacia abajo debido al medio de presión desplazado por el pistón de percusión que actúa sobre el extremo superior 19a de la válvula, el extremo inferior más ancho cierra la conexión desde el espacio por debajo de la válvula a un conducto de descarga 12. Posteriormente, la válvula de control puede moverse adicionalmente hacia abajo únicamente si el medio de presión puede fluir fuera a través del conducto 22. Esto requiere a su vez que el espacio de presión cerrado con el que el conducto 22 se comunica se expanda debido al movimiento de impacto del pistón de percusión.

La Figura 6 es una vista lateral de sección transversal de otra posible estructura. Esta disposición funciona también como se muestra en las figuras anteriores y se describe la invención. La disposición mostrada en la Figura 6, una válvula de control de tipo manguito 6 se usa para alternar una alta presión y una presión del conducto de retorno en un saliente anular 2 de la guía A del pistón de percusión 1 y un saliente 3 de la sección B. Un saliente 5 está sometido constante a una alta presión. La figura muestra también una sección E que está más por encima en el pistón de percusión. Por encima de la sección puede haber un espacio vacío E'' al que la sección E puede forzar su trayectoria cuando el pistón de percusión se mueve hacia arriba. Como alternativa, la parte superior de la sección E puede estar provista también con un acumulador de presión. La sección E y el espacio de presión E'' situado por encima no son necesarios en absoluto.

La Figura 7 muestra otra posible estructura del dispositivo de impacto de acuerdo con la invención. El dispositivo de impacto de la Figura 7 corresponde a lo que se ha descrito respecto con las figuras anteriores, excepto que ahora la válvula de control de tipo carrete 6 no está sometida a una fuerza de elevación resultante del medio de presión y las diferentes superficies de presión, sino que un resorte 25 se dispone para mover la válvula de control a una posición correspondiente al movimiento de retorno del pistón de percusión. El resorte puede ser también de otro tipo de medio flexible que el mostrado en la figura. El dispositivo de impacto de acuerdo con la figura funciona de manera que cuando la guía A del pistón de percusión 1 entra en el espacio de presión A'' de la válvula de control 6 y forma con la sección A' un ajuste de presión sustancialmente ceñido, la válvula de control 6 empieza a moverse hacia abajo en la figura, comprimiendo simultáneamente el resorte. Cuando el pistón de percusión continúa moviéndose hacia arriba y la válvula de control se mueve en la dirección opuesta, se abre una conexión con el conducto de alta presión 13a, donde el medio de alta presión puede actuar sobre ambas la válvula de control y las superficies de presión superior del pistón de percusión, presionando ambas hacia abajo. La válvula de control que desciende cierra la conexión con el conducto de retorno 12, que da como resultado la formación de un espacio de presión cerrado B'' que está bordeado por el pistón de percusión, el marco y la válvula de control. El pistón de percusión continúa su movimiento de aceleración terminando en un impacto y la válvula de control se mantiene moviéndose hacia abajo. El movimiento hacia abajo de la válvula de control requiere que según el pistón de percusión se mueva hacia abajo, la superficie del saliente 3 cree el espacio para que el fluido de presión se desplace mediante la válvula de control. Cuando la guía A del pistón de percusión emerge del espacio de presión A'' de la válvula de control 6, actúan fuerzas sustancialmente iguales posteriormente sobre las superficies de presión 6a y 6b de la válvula de control que son de un tamaño sustancialmente igual. El resorte presiona así la válvula de control 6 a una posición superior correspondiente al movimiento de retorno del pistón de percusión, cerrando la válvula de control en su posición la conexión con el conducto de alta presión 13a y abriendo una conexión con el conducto de retorno 12.

Los dibujos y la descripción relacionada pretenden únicamente ilustrar la idea de la invención. Los detalles de la invención pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones. El pistón de percusión no tiene necesariamente que comprender un saliente de presión diferente que está conectado al espacio cerrado que se forma durante el movimiento de impacto entre la válvula de control y el pistón de percusión. En lugar de ello, es suficiente que el diámetro del pistón de percusión cambie con la sección del pistón que comunica con el espacio cerrado de manera que el diámetro de la guía es menor que el diámetro de la sección más ancha del pistón de percusión conectado al espacio cerrado mencionado anteriormente durante el movimiento de impacto y situado más allá en la dirección de impacto. El pistón de percusión puede comprender también varios diámetros diferentes uno después de otro, aunque dicha estructura es más cara de fabricar y no proporciona necesariamente una ventaja esencial. Las dimensiones de las diferentes secciones de la válvula de control y el pistón de percusión así como la posición de los conductos de fluido de presión, se disponen de forma natural de acuerdo con los requisitos de funcionamiento. Sin embargo, una disposición con dos diámetros diferentes hace posible ajustar el movimiento y velocidad de movimiento de la válvula de control y de esta manera amortiguar los golpes repentinos dirigidos a la válvula especialmente cuando la válvula es un elemento de tipo manguito, y proporciona un funcionamiento fiable y estacionario del dispositivo. Adicionalmente, es preferible en la estructura de válvula que cuando se aplica la misma presión sobre ambas superficies superior e inferior de la válvula, la fuerza resultante sea siempre igual, en otras palabras el área de las superficies sometidas a la presión permanece igual. La válvula puede comprender también un saliente separado o superficie de presión que se somete constantemente a una alta presión del fluido de presión durante el uso del dispositivo. Esta presión hace después que la válvula se mueva siempre en la misma dirección hacia la posición de retorno, donde el fluido de presión por encima del pistón de percusión puede fluir hacia el conducto de descarga para el fluido de presión para producir el movimiento de retorno del pistón de percusión. La fuerza que eleva constantemente la válvula de control a la posición de retorno puede producirse también mediante un resorte o algún otro medio mecánico correspondiente.

Claims (8)

1. Un dispositivo de impacto que funciona hidráulicamente que comprende un marco (11) y un pistón de percusión (1) dispuesto para moverse recíprocamente en el marco debido al fluido de presión, comprendiendo el pistón en su extremo superior una guía cilíndrica (A) que tiene un diámetro menor que el diámetro más grande del pistón de percusión, comprendiendo el extremo superior de la guía una superficie de presión de impacto (2), comprendiendo el dispositivo adicionalmente un conducto de entrada (13) y un conducto de retorno (12) para suministrar fluido de presión hacia y desde el dispositivo de impacto, un espacio de presión de control (A'') situado cerca del extremo superior del pistón de percusión (1), estando dispuesta la guía (A) del pistón de percusión (1) para entrar en dicho espacio sustancialmente de forma ajustada al final del movimiento de retorno del pistón, y una válvula de control (6; 19) para controlar el movimiento del pistón (1), cerrándose la válvula de control (6; 19) en la posición de retorno de dicho pistón, el conducto de entrada (13) que contiene fluido de presión y al mismo tiempo que abre el conducto de retorno (12), comprendiendo la válvula de control (6; 19) una superficie de presión (6a; 19a) que se comunica continuamente con el espacio de presión de control (A'') y una superficie de presión (6b; 19b) que actúa en la dirección opuesta a dicho espacio de presión de control (A'') y está conectada continuamente a un espacio de presión (B'') situado más allá de dicho espacio de presión (A'') en la dirección de impacto del pistón de percusión, cerrando el pistón de percusión la conexión entre dichas superficies de presión (6a, 6b; 19a, 19b) de la válvula de control (6; 19) según se mueve hacia el espacio de presión de control (A'') y empujando la válvula de control (6; 19) desde la posición de retorno a la posición de impacto mediante el fluido de presión en el espacio de presión de control (A''), de manera que se abre una conexión desde el conducto de entrada (13) para el fluido de presión hacia dicho espacio (A''), actuando la presión del fluido de presión en el conducto de entrada (13) sobre ambas superficie de presión de impacto (2) del pistón de percusión (1) y dicha superficie de presión (6a; 19a) de la válvula de control, provocando el movimiento de impacto
del pistón de percusión, caracterizado porque cuando la válvula de control (6, 19) está en la posición de impacto, cierra la conexión con el conducto de retorno (12) de manera que se forma un espacio cerrado de fluido de presión (B''), estando el espacio parcialmente rodeado por la guía (A) del pistón y la válvula de control (6; 19), y porque el pistón de percusión comprende una segunda sección (B) que está situada por debajo de la guía (A) y que tiene un área de sección transversal mayor que la guía (A), rodeando a su vez dicha segunda sección (B) dicho espacio cerrado de fluido de presión (B''), moviéndose así el pistón de percusión en la dirección de impacto y, por consiguiente, la válvula de control (6; 19) continua su movimiento desde la posición de retorno hacia la posición de impacto sobre una parte de la distancia recorrida por el pistón durante el movimiento de impacto, transmitiéndose la presión del fluido de presión que actúa sobre la válvula de control (6; 19), mediante la válvula de control y el fluido de presión al espacio cerrado (B''), para actuar sobre el pistón de percusión (1) en la dirección de impacto del mismo, siendo las velocidades de movimiento del pistón de percusión (1) y la válvula de control (6; 19), por lo tanto, inversamente proporcionales a la proporción de la diferencia entre las áreas de sección transversal de las secciones (A y B) del pistón al área de la superficie de presión total (6b, 6c; 19b) de la válvula de control (1) orientada hacia dicho espacio de presión
cerrado.

2. Un dispositivo de impacto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la válvula de control es una válvula de tipo manguito situada coaxialmente con el pistón de percusión, porque el espacio de presión de control (A'') hacia el que se mueve la guía (A) del pistón durante la etapa final del movimiento de retorno se forma en la válvula de control (6), y porque el área total de las superficies de presión de la válvula de control (6) conectada al espacio cerrado (B'') durante el movimiento de impacto es mayor que la diferencia de área entre el diámetro de la guía (A) del pistón de percusión (1) y el diámetro de la sección (B) del pistón con el mayor diámetro conectado a dicho espacio cerrado (B'').

3. Un dispositivo de impacto de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el espacio de presión de control (A'') está formado sobre el extremo superior de la válvula de control (6), y porque la válvula de control (6) comprende un espacio que está situado aguas abajo del espacio de presión de control (A'') hacia el extremo inferior del pistón de percusión (1) y que tiene un diámetro mayor que el espacio de presión de control (A''), siendo capaz la sección (B) que tiene una sección transversal mayor que la guía (A) del pistón de percusión de moverse en este espacio.

4. Un dispositivo de impacto de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el efecto de las superficies de presión de la válvula de control (6) que actúan en direcciones opuestas es igual en ambas direcciones, estando sometidas las superficies a la presión del fluido de presión suministrado desde el conducto de entrada (13) durante el uso del dispositivo de impacto cuando la guía (A) del pistón de percusión se ha movido fuera del espacio de presión de control (A'').

5. Un dispositivo de impacto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio de presión de control (A'') hacia el que se mueve la guía (A) del pistón de percusión al final del movimiento de retorno se forma en el marco o en alguna otra parte correspondiente del dispositivo de impacto, y la válvula de control (19) es una válvula de tipo carrete diferente.

6. Un dispositivo de impacto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque fuera de la válvula de control (6; 19) hay una superficie de presión diferente (8b; 20b) que actúa en una dirección opuesta comparada con la superficie de presión (6a; 19) que está siempre conectada al espacio de presión de control (A''), y porque dicha superficie de presión diferente (8b; 20b) está sometida a la presión del fluido de presión durante el uso del dispositivo de impacto.

7. Un dispositivo de impacto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la guía (A) del pistón de percusión es la última sección en el extremo superior del pistón de percusión (1).

8. Un dispositivo de impacto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha guía (A) del pistón de percusión (1) está situada a una distancia desde el extremo superior del pistón (1), y porque el pistón de percusión comprende una sección cilíndrica con un diámetro menor situada hacia el extremo superior de pistón desde la guía (A).