ES2290050T3 - Una herramienta de impacto. - Google Patents

Abstract

Una herramienta de impacto (20) que comprende: un cuerpo (25) que tiene un eje longitudinal (26), un conducto longitudinal central (27), un extremo de golpeo (28) y un extremo cerrado (29): una herramienta de golpeo (102) montada con movimiento alternativo en dicho conducto (27); un martillo (90) montado con movimiento alternativo en dicho conducto (27), colocado y dispuesto de tal manera que golpee la herramienta de golpeo (102) en una dirección de movimiento; un manguito (82) de válvula fijado en dicho conducto, siendo de movimiento alternativo una parte de dicho martillo (90) y estando encajada herméticamente en un orificio interior (96) de dicho manguito (82) de válvula, incluyendo dicho manguito (82) de válvula un orificio (120) en un extremo, y un canal axial (184) que se extiende a lo largo de la parte exterior del manguito (82) de válvula y que comunica con el interior del manguito de válvula.

Description

Una herramienta de impacto.

Antecedentes de la invención

Un martillo de percusión, para proporcionar impactos repetitivos, es accionado por aceite hidráulico que es aplicado rápidamente a presión, obtenido de una fuente de sistema y de gas comprimido.

Son bien conocidos los martillos de percusión que proporcionan impactos bruscos, usualmente para rotura de pavimentos, cavado de zanjas, trabajos de excavaciones y rotura de estructuras obsoletas. Están caracterizados por la patente de EE.UU. Nº 4.111.269 de Ottestad. Este campo ha experimentado un gran desarrollo de productos en las últimas pocas décadas, y el producto funcional de muchas realizaciones ha sido fabricado y vendido por un gran número de compañías sólidamente establecidas.

El objetivo común de estas compañías ha sido desarrollar un martillo que pueda proporcionar un golpe más fuerte con el menor coste de energía, mayor vida útil del producto entre reparaciones y revisiones, reducción de la gravedad de circunstancias que conduzcan a fallos tempranos, ligereza del peso del producto para los golpes que han de ser proporcionados, economía de fabricación, y facilidad de montaje y desmontaje.

El concepto de todos estos dispositivos es elegantemente sencillo. Una herramienta de golpeo, soportada en el cuerpo, es golpeada por un martillo interno que se mueve rápidamente para accionar la herramienta (usualmente en punta, en forma de pala o cangilón) contra un lugar de impacto hacia el cual es apuntada la herramienta, o contra el cual es presionada. La energía es suministrada en un impulso muy corto para producir un impacto con una curva de fuerza de gran pendiente y un pico brusco.

Para accionar el martillo, un volumen de gas a alta presión es comprimido por un pistón hasta una presión todavía mayor. El pistón es accionado por una carga de fluido hidráulico a presión. Por conveniencia, éste se llamará "aceite" de aquí en adelante. El martillo está aislado de la presión del fluido de accionamiento durante la operación de carga, y es empujado hacia su posición retraída. Cuando el dispositivo es disparado, la cara del martillo es expuesta rápidamente al aceite que está sometido a presión, tanto por la fuerza del pistón accionado por el gas, como por la presión de la tubería de suministro que, juntas, accionan el martillo para golpear la herramienta.

La elegante sencillez de este concepto reduce los problemas implicados en el diseño y fabricación de un dispositivo económico, efectivo y de larga vida útil. Los flujos muy rápidos del fluido, la necesidad de parar el martillo sin dañar el dispositivo cuando la herramienta es disparada "en el aire" y, especialmente, la complejidad de las piezas (y su coste), requeridos por los diseños anteriores, atestiguan la dificultad de la tarea.

El tema central de la presente invención está definido por las características de las reivindicaciones.

Una herramienta de impacto según la presente invención incluye un cuerpo que tiene un conducto interno con un eje longitudinal a lo largo del cual se mueven las piezas de la herramienta. Éste es el eje a lo largo del cual son aplicados los golpes.

Una herramienta de golpeo está montada con movimiento alternativo en una superficie de soporte, del conducto. Una disposición de espiga y ranura permite a la herramienta un margen adecuado de movimiento axial sin que se salga. La herramienta de golpeo tiene una cara que ha de ser golpeada por un martillo para accionar, por ello, la herramienta de golpeo. Éste es el objetivo de la herramienta de impacto.

El martillo está encajado axialmente en el conducto de manera deslizante y hermética. Tiene una cara de golpeo para impactar sobre una cara de la herramienta de golpeo, y una cara de accionamiento que mira en la dirección axial opuesta a la herramienta de golpeo.

Un manguito está encajado y fijado en el conducto. Una parte agrandada del martillo se desliza dentro de un conducto central del manguito. Una parte reducida del martillo se desliza dentro de una parte reducida del conducto del cuerpo. El manguito tiene superficies de asiento de válvula dirigidas hacia la cara de accionamiento del martillo, y otras caras dirigidas en sentido opuesto hacia una válvula de movimiento alternativo.

Un pistón anular de movimiento alternativo está encajado deslizantemente en el conducto. El conducto está cerrado por una tapa extrema de modo que el pistón limita parcialmente una cámara de gas en una de sus caras y una cámara de aceite en su otra cara.

Una válvula tubular está encajada con movimiento alternativo en una abertura a través del pistón. Por ello, tanto el pistón como la válvula se pueden mover axialmente con respecto al cuerpo y entre sí.

Una abertura de presión admite aceite a presión a la cámara de aceite. Una abertura de drenaje, cuando está abierta, permite la salida de aceite de la cámara de aceite a través de la válvula tubular.

La válvula tiene superficies de asiento de válvula que hacen contacto con las superficies del manguito que miran a la válvula, y también superficies de asiento de válvula que cooperan con la tapa extrema.

La válvula y el pistón incluyen medios limitadores de posición que establecen importantes posiciones relativas. La cara de accionamiento del martillo tiene superficies de asiento de válvula para mantener el martillo en su estado retraído hasta que es disparado.

Estas características están provistas en una construcción que requiere solamente un número mínimo de piezas fabricadas fácilmente, que pueden ser montadas de una manera que requiera un esfuerzo mínimo para montar la herramienta de impacto.

Las anteriores, y otras características de esta invención, se comprenderán completamente con la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 es un corte transversal axial, de la realización actualmente preferida de la invención. Las partes ilustradas, que son de sección transversal lateral circular, muestran los componentes de la herramienta en una disposición arbitraria, el borde derecho de la Figura 1A se ajusta directamente al borde izquierdo de la Figura 1B;

las Figuras 2 - 4 son cortes transversales axiales similares pero parciales, que muestran algunos elementos en orientaciones progresivas;

la Figura 5 es un corte transversal fragmentario, de la parte 5-5 de la Figura 4;

la Figura 6 es un corte transversal fragmentario, de la parte 6-6 de la Figura 4;

las Figuras 7 - 10 son cortes transversales axiales, que muestran los elementos en otras orientaciones progresivas;

la Figura 11 es un corte transversal de una espiga transversal óptima para ser usada en esta invención, mostrada instalada en la herramienta; y

la Figura 12 es una vista lateral de la espiga transversal de la Figura 11, sin comprimir.

La herramienta de impacto 20 de esta invención se muestra en las Figuras 1A y 1B, que se deben consultar conjuntamente. Las piezas de esta figura se muestran en posiciones arbitrarias con propósitos ilustrativos. La herramienta mostrada no está sometida a presión o en cualquier condición particular de funcionamiento o de reposo. Las piezas están separadas en este dibujo para facilitar la exposición de sus estructuras.

El cuerpo 25 tiene un eje longitudinal 26 que es el eje de su funcionamiento y aplicación de sus golpes. Un conducto longitudinal 27 se extiende de extremo a extremo del cuerpo. Tiene varios diámetros con propósitos que se explicarán. Tiene un extremo abierto de golpeo 28 y un extremo tapado 29 (Figura 1B).

Una tapa extrema 30 tiene un saliente periférico 31 que se apoya en el extremo 29 del cuerpo. Un casquillo extremo roscado 32 está atornillado en el cuerpo mediante las roscas 33. Este casquillo tiene un reborde 34 que se apoya en el saliente 31 de la tapa extrema. Una junta 35 forma un cierre hermético entre el cuerpo y la tapa extrema.

Una abertura de drenaje 37 pasa a través del costado de la tapa extrema, siendo la tapa extrema en forma de copa. Un tapón de drenaje 40 está retenido en el interior de la tapa extrema con un tornillo 41. Una junta 42 está colocada entre el tapón extremo y la pared interior de la tapa extrema. El tapón extremo incluye una superficie cilíndrica periférica 43 de drenaje de válvula, y una superficie periférica rebajada 44 que forma un canal para la abertura de drenaje 37.

La tapa extrema también tiene una superficie 46 de drenaje de válvula, opuesta a la superficie 43 de drenaje de válvula. Éstas están fijadas axialmente entre sí con un espacio 46a de drenaje de válvula entre ellas.

Adyacente a la tapa extrema, y extendiéndose lejos del extremo cerrado 29, el conducto tiene un orificio 50 para un pistón, que es cilíndrico y adecuadamente liso. Un pistón 51 está encajado deslizantemente en el orificio 50 para pistón, con un cuerpo de pistón que tiene juntas 52, 53 y un faldón cilíndrico 54 que se extiende axialmente. Una muesca periférica 55 está formada en la cara 56 del pistón por un motivo que se explicará. La cara 57 del pistón mira hacia la cámara de gas 58.

Una válvula tubular 60 se puede deslizar libremente en un conducto 61 del pistón. La junta 53 forma un cierre hermético entre ellos. Esto forma el cierre de la cámara de gas 58, cuyo volumen varía en función de la posición axial del pistón. La pared exterior de la válvula forma un ajuste deslizante con la superficie 46 de drenaje de válvula de la tapa extrema. Una junta 64 forma un cierre hermético entre ellas. Esto completa el cierre de la cámara de gas 58.

Un tope 65 de pistón, formado como un anillo asentado en una ranura de la pared exterior del miembro de válvula, limita el recorrido del pistón en la cámara de gas al ser golpeado por el faldón del pistón.

Escalones 66 y 67 en la pared exterior de la válvula 60 están alineados con la muesca 55 de la cara 56 del pistón con propósitos que se describirán cuando se explique la Figura 6.

Un borde 68 de asiento de válvula se extiende axialmente desde el extremo izquierdo de la válvula 60 de la Figura 1B. Una superficie 69 de orificio de asiento de válvula está formada adyacente a él, como se describirá posteriormente con mayor detalle en la Figura 5.

En su otro extremo, se observará que la válvula 60, en la posición ilustrada, puede cerrar el espacio 46a de drenaje de válvula entre el tapón extremo y la tapa extrema. En ese estado, impedirá el flujo entre el espacio 46a de paso, el conducto de drenaje 45 y la abertura de drenaje 37.

La abertura de presión 80, a través de la pared del cuerpo, da entrada a la cámara de presión de aceite 75. Esta cámara se extiende a través del conducto central 76 de la válvula 60, alrededor de la válvula, hasta la cara 56 del pistón y, cuando la válvula 60 está cerrada, hasta la cara 81 de un manguito 82 de válvula.

El manguito 82 de válvula está fijado en una parte agrandada 83 del conducto del cuerpo. No se mueve en sentidos opuestos. Un grupo de ranuras axiales 84, en forma de estrías, se extiende de extremo a extremo del manguito 82. A su vez, éstas comunican con un hueco periférico de desaceleración 85, en la pared del conducto del cuerpo, con un propósito que se describirá.

Un martillo 90, que tiene una cabeza 91 de martillo, de diámetro reducido (Figura 1B), está encajado deslizantemente en un orificio 92 para martillo, en la pared del conducto del cuerpo, con una junta deslizante 93 entre ellos. El martillo tiene una parte agrandada 95 que está encajada deslizantemente en un orificio 96 para martillo, del manguito 82 de válvula. Una junta 97 está colocada entre ellos.

Un apoyo de retorno 100, entre las partes 91 y 95 del martillo, mira hacia el hueco 85. El diámetro exterior de la parte 95 es algo menor que el diámetro del hueco 85, lo que permite el flujo desde el hueco 85 hacia las ranuras 84 con propósitos de desaceleración y retorno del martillo, que se describirán más adelante.

El martillo 90 tiene una cara de golpeo 101 que mira hacia la herramienta de golpeo 102. La herramienta de golpeo 102 tiene una cara 103 para recibir golpes desde la cara 101. Se puede mover en sentidos opuestos dentro del cuerpo, con límites de movimiento axial establecidos por una espiga transversal 104 que está fijada en el cuerpo, y la longitud de una ranura axial 105 que pasa a través de la herramienta de golpeo.

Aunque las espigas transversales pueden tener cualquier forma de sección transversal adecuada, sufren considerables esfuerzos desproporcionados durante el uso, y tales espigas son, a menudo, difíciles de sacar, y también son molestas de instalar.

La espiga transversal ilustrada en la Figura 11 tiene considerables ventajas. Comprende dos piezas 111, 112. Estas piezas son algo mayores que un semicírculo, teniendo ambas el mismo diámetro y una altura mayor que sus radios. Están distanciadas y unidas entre sí por una capa 113 de caucho rígido o material similar al caucho, tal como un material de banda de rodamiento de neumático. Las espigas están pegadas a esta capa mediante un adhesivo adecuado de metal a caucho. Dos pasadores 114, 115 del tipo de cabeza para avellanado tienen sus cabezas redondeadas pegadas a la capa de caucho 113, y sus vástagos pasados a través de taladros 114a, 115a en las piezas 111 y 112. Sus vástagos tienen extremos redondeados 114b y 115b con propósitos de actuar como levas. En reposo, los extremos de los vástagos sobresalen por encima de la superficie de las piezas. Si los vástagos están apretados con suficiente fuerza, se pueden mover hacia dentro lo suficiente como para permitir que los pasadores entren en los taladros del cuerpo y sean recibidos en huecos 114c, 115c. Esto los retendrá en los huecos y la espiga transversal quedará retenida. Un golpe brusco los soltará porque sus vástagos de extremos redondeados pueden resbalar fuera de los huecos, que también pueden tener un perfil inclinado. El caucho se puede deformar para permitir la cantidad de movimiento axial de los pasadores que sea necesaria. Toda esta estructura puede estar metida a presión en aberturas 114e, 115e formadas complementariamente en la pared del cuerpo, y quedará fuertemente retenida por la fuerza expansiva del material similar al caucho. Si se prefiere, se puede usar en su lugar una espiga circular convencional sin la capa intermedia de caucho, pero esto se preferirá raramente. La capa de caucho 113 reduce significativamente el ruido, comparada con una espiga de metal sólido.

Se observará que la herramienta de golpeo se puede deslizar libremente dentro de límites establecidos por la espiga transversal y la ranura. Es golpeada por el martillo 90. Su colocación en el conducto será determinada por la posición y orientación de la herramienta de impacto con respecto a su lugar de impacto. Si el operador está presionando la herramienta contra el lugar de impacto, será empujada hacia el conducto. Si no está en contacto con nada, puede salir tan lejos como pueda llegar. Entonces, el martillo 90 debe ser desacelerado para evitar la autodestrucción de la herramienta de impacto debido a su exceso de recorrido pasada la posición del movimiento de retorno de la herramienta de golpeo. Esta característica será descrita con todo detalle más adelante.

Volviendo ahora al manguito 82 de válvula, y específicamente a su función, se verá que mira tanto hacia la válvula 60 como hacia la cara 115 del martillo 90. Su función es proporcionar un aislamiento adecuado entre una cámara de accionamiento 116 y la cámara 75 de presión de aceite, y permitir el flujo entre ellas en otros momentos.

Para estos propósitos, está formado un orificio 120 en el extremo del manguito 82 en forma de copa. Éste tiene una superficie 121 de orificio de asiento de válvula, complementaria del borde 68 y, extendiéndose desde ella hacia la válvula 60, una superficie cónica 122 de asiento de válvula, como se muestra más particularmente en la Figura 5.

La parte 95 del martillo tiene una cabeza 130 de válvula. Ésta incluye dos superficies cónicas 131, 132 que están separadas escalonadamente. Un conducto de ventilación 133 se extiende desde la cara 134 hasta la pared lateral 135 con un propósito que se explicará y describirá más adelante.

Una abertura 140 de carga de gas, con una válvula 141 de cierre de carga, da acceso a la cámara de gas 58 a través de un conducto 142 de carga. Una carga de un gas adecuado, tal como nitrógeno comprimido a una presión deseada, es inyectada en la cámara de gas y, después, se cierra la válvula de carga hasta que se necesite una reposición de gas. Esto completa la descripción general de las piezas. Ahora se describirá el funcionamiento de la herramienta, junto con alguna otra explicación de formas de estructuras.

La Figura 2, que por conveniencia de ilustración no muestra la herramienta de golpeo y gran parte del martillo 90, muestra la herramienta de impacto siendo cargada con gas. Para este propósito, se ha abierto la válvula 141 de carga de gas y se ha introducido una carga de gas. Esto moverá el pistón hacia la izquierda, como se ilustra. Como se describirá con mayor detalle más adelante, una superficie de la muesca 55 hace contacto con una superficie del escalón 67 de la válvula 60 (véase Figura 6). La fuerza sobre la cara 57 del pistón mueve la válvula contra el manguito 82, como se muestra.

Se permite que la presión del gas se estabilice en la cámara de gas, que está a su volumen máximo en este momento, y se cierra la válvula 141 de carga de gas. En este estado, la presión es menor que la presión hidráulica disponible en la tubería de suministro, por ejemplo, una presión de gas de 10,34 MPa (1500 psi) en su estado expandido que, cuando se comprime, se elevará a alrededor de 12,41 MPa (1800 psi). Ésta todavía será menor que la presión disponible en la tubería de aceite que, usualmente, será de alrededor de 13,8 MPa (2000 psi).

Esto cierra la válvula 60 en el manguito 82 de válvula y deja abierto el espacio 46a de drenaje de válvula pasado el tapón de drenaje, como se muestra. Hasta ahora no se ha ejercido ninguna presión de aceite. La herramienta de impacto está simplemente cargada con gas y preparada para su uso. Esta situación espera la aplicación de presión de aceite. Hasta entonces, las posiciones del martillo 90 y de la herramienta de golpeo son arbitrarias.

La Figura 3 ilustra el comienzo de la secuencia de disparo. Para accionar esta herramienta de impacto, el aceite de una fuente 150, tal como un depósito de aceite, se hace pasar a través de una bomba 151 y una válvula selectora 152. La válvula selectora tiene dos posiciones. La posición 153 suministra fluido a presión a la abertura de presión 80 a través de la tubería 154. La posición 155 devuelve aceite al depósito a través de la tubería 156. La bomba puede continuar funcionando y no tiene que ser desactivada entre golpes, de modo que la válvula 152 actúa como un control de funcionamiento para la herramienta. El fluido desviado vuelve al depósito a través de la tubería de drenaje 156. El fluido drenado de la herramienta vuelve al depósito a través de la tubería 157.

Con la válvula 60 cerrada en el orificio 120, el aceite a presión entra en la cámara de presión 75. Su flujo se muestra mediante flechas 160 a través de canales 84, para aplicar presión sobre el apoyo de retorno 100 del martillo 90. Esto hace que el martillo se aleje de la herramienta de golpeo y conduzca cualquier aceite a la cámara de presión 75 delante de ella, a través de la válvula de drenaje 46a entre la válvula 60 y el tapón de drenaje 40. El aceite pasará libremente al depósito como se muestra mediante flechas 163. En este estado, el martillo 90 está alejado de la herramienta de golpeo. La herramienta de golpeo permanece en el sitio donde la disponga el operador.

La Figura 4 muestra la siguiente etapa de funcionamiento en la que el aceite a presión ha seguido pasando a la cámara de presión 75. Como se muestra mediante las flechas 160, el martillo 90 ha sido presionado fuertemente contra el manguito 82 para formar un cierre hermético con él. La válvula 60 todavía está cerrada en este extremo, y el espacio 46a está abierto para drenar, como lo está el conducto tubular 76 de la válvula. Sin embargo, el martillo 90 ha cerrado el orificio 120.

La Figura 5 (que como la Figura 6 no está dibujada en sección para facilitar su comprensión) muestra una superficie de cierre troncocónica 170 en el manguito 82. Ella mira hacia la superficie de cierre 131 del martillo, que también es troncocónica. El semiángulo de la superficie de cierre 131 es alrededor de 2 grados menor que el semiángulo de la superficie de cierre 170. Por tanto, se produce un cierre lineal 171 entre las dos. Esto impedirá un bloqueo cara a cara entre estas dos superficies, y facilitará su rápida separación.

También se llama la atención sobre otra relación del cilindro 130 del martillo 90. El borde 68 de la válvula 60 ha entrado en el orificio 120 con un pequeño espacio (holgura) 175, 176 en ambos lados. Además, la cara de cierre 123, del manguito, y la 69 de la válvula 60, tienen diferentes semiángulos cónicos que difieren en alrededor de 2 grados, de modo que se produce un cierre lineal 177 entre ellas. También hay un espacio 178 entre las superficies del manguito y de la válvula. Por tanto, los espacios 176 y 178 actúan como cojines para evitar dañar potencialmente el contacto duro entre la válvula y el manguito.

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Además, se llama la atención sobre la Figura 6, que también ilustra relaciones entre los escalones 67 y 68a de la válvula 60, y la muesca 55 del pistón. Cuando el apoyo 67a se aproxima a la cara 55a de la muesca, el líquido entre ellos será dosificado a través de un espacio 180. Esto evitará un golpe demasiado duro entre el pistón y la válvula cuando contactan entre sí.

Además, una fuerza de empuje predominante, que empuja la válvula hacia el manguito 82, será ejercida sobre la cara 181 del escalón 68. Esto mantiene la válvula cerrada y la válvula de drenaje abierta.

Lo anterior debe poner de manifiesto que, cuando se ejerce suficiente presión de aceite, la válvula será empujada hacia el manguito y el martillo 90 será empujado hacia el orificio. El orificio está ahora cerrado desde ambos lados.

La continua introducción de aceite moverá el pistón 51 hacia la cámara de gas para comprimir el gas en ella. La energía almacenada en la cámara de gas es función de la presión inicial del gas sobre el pistón 51, más el pequeño aumento incremental causado por el cambio de volumen. Esto está limitado por lo lejos que se pueda mover el pistón.

Finalmente, se intenta que el extremo del faldón 54 del pistón golpee el anillo de limitación 65. Como se muestra en la Figura 7, la fuerza neta sobre el pistón 51 puede alejar la válvula del manguito, abriendo, por tanto, el orificio 120. Este movimiento de la válvula cerrará el espacio de drenaje 46a entre el tapón de drenaje y la tapa extrema, y cerrará el drenaje.

Ahora, el aceite a presión irrumpirá a través del orificio, y abrirá totalmente la válvula, como se muestra en la Figura 8. Ahora, la cabeza del martillo está expuesta a la presión total del aceite sobre toda su superficie, directamente sobre la parte central, y a través del conducto de derivación 133. La presión de aceite aplicada viene tanto de esta fuente de entrada como del desplazamiento del pistón.

Como se muestra en la Figura 9, el martillo 90 está siendo accionado por el aceite, y la válvula está siendo movida por el pistón hacia el orificio. Esta carrera de accionamiento continuará hasta que la válvula 60 vuelva a cerrar el orificio 120 y abra el espacio 46a de drenaje de válvula. El espacio 46a permanece cerrado hasta el cierre del manguito para permitir que continúe el movimiento. Se abrirá cuando la válvula 60 cierre el orificio 120 para permitir que retorne el pistón. Ésta es la carrera de accionamiento destinada a enviar al martillo a desplazarse rápidamente para golpear la herramienta de golpeo. Éste es el golpe previsto, que es el objetivo último de la herramienta.

La Figura 10 muestra el estado al final pretendido de la carrera de accionamiento. Cuando la válvula 60 está cerrada sobre el orificio, el martillo ha golpeado la herramienta de golpeo. El apoyo de retorno 100 del martillo ha pasado el borde 160, dejando un espacio 161 entre el martillo y la pared interior de la cámara de desaceleración 162. Un siguiente recorrido del martillo es obstaculizado por la necesidad de desplazar fluido a través de este espacio, en oposición a la presión de aceite del suministro continuado. Cuando el apoyo 100 pasa el borde 160, está totalmente expuesto al aceite a presión a través del canal 84. Esto continúa como una fuerza de empuje sobre el martillo para que éste retorne.

Por lo tanto, si el martillo 90 no golpeara la herramienta de golpeo en la posición más retraída, la herramienta sería desacelerada por todas estas fuerzas. El recorrido de desaceleración es de 4 a 8 veces el de la carrera de accionamiento, de modo que se evita un exceso de recorrido potencialmente perjudicial.

Ahora se repetirá el proceso mientras se suministre presión de aceite a la herramienta. Esto puede ser continuo (cíclico) manteniendo la válvula de control en su posición abierta. Esto parará cuando se cambie la posición de la válvula. Se puede disparar simplemente abriendo brevemente la válvula de control.

El lector observará la elegante simplicidad de este diseño, y del pequeño número de piezas y, especialmente, la ausencia de varillas de unión. El uso de varillas de unión para mantener unida una herramienta de percusión conduce a complicaciones de peso adicional, estiramientos y doblamientos, y dificultades de montaje y reparación.

La herramienta de esta invención usa solamente piezas de sección circular fabricadas convenientemente, hechas fácilmente por operaciones de torneado, escariado y fresado. El montaje se mantiene retenido en conjunto solamente mediante un casquillo roscado. Es de sección circular.

El montaje de esta herramienta puede ser completado en sólo unos pocos minutos, como lo puede ser su desmontaje para la reparación, con el uso de herramientas sencillas. Las herramientas convencionales tardan generalmente horas en este proceso, y requieren utillaje muy robusto y especial para la tarea.

La herramienta de impacto ilustrada, que es de sección circular, utiliza un martillo cuyo diámetro mayor es alrededor de 152 mm (6 pulgadas). Otras dimensiones pueden ser deducidas de ésta a partir de los dibujos. Los materiales de fabricación son convencionales, generalmente, un acero de alta calidad para las piezas de impacto. Si se desea, el martillo puede estar compuesto de dos partes, sus superficies de asiento de válvula hechas de material más ligero y adaptable. Las juntas pueden ser de cualquier tipo adecuado. Son apropiadas una presión de suministro de aceite de alrededor de 13,8 MPa (2000 psi) y una presión de gas de alrededor de 10,34 MPa (1500 psi), cuando el pistón está extendido. Con esta herramienta, se puede suministrar un golpe de aproximadamente 678 N\cdotm (500 libras fuerza\cdotpie) por un martillo que se desplaza alrededor de 12,7 mm (media pulgada).

Este martillo mejorado de impacto tiene numerosas características únicas que contribuyen a su longevidad, conveniencia de uso y ahorro de energía. Algunas de éstas son las siguientes:

1. La presión de accionamiento de la cámara de gas coincide con la presión del suministro de aceite entrante, de modo que no hay amplificación de la presión de gas, como era necesario en muchos dispositivos de la técnica anterior.

2. Durante la carrera de potencia, el aceite a presión continúa alimentando la herramienta. El suministro de aceite permanece constante por lo que se elimina sustancialmente el ciclo de presión.

3. Se puede seleccionar y regular la energía del golpe cambiando la presión del gas en la cámara de gas.

4. Cerca del final de su carrera de potencia, la fuerza de accionamiento del fluido se suprime del martillo, de modo que la aceleración del martillo se para justamente antes del impacto sobre la herramienta de golpeo. Esto elimina "golpeteos".

5. Esta herramienta puede funcionar contra una mayor presión de drenaje. Los sistemas hidráulicos en este campo no están ventilados. En cambio, sus presiones de drenaje (depósito) son del orden de MPa (centenares de libras por pulgada cuadrada). Esta herramienta es insensible a tales altas contrapresiones.

6. No hay disminución de la presión de aceite entrante durante la carrera de carga cuando el pistón es forzado hacia la cámara de gas. Por tanto, hay menos batimientos de las tuberías - la tendencia de las tuberías a traquetear de un lado a otro cuando las presiones son pulsadas.

7. La cavitación es reducida considerablemente por el hecho de que la presión hidráulica permanece casi constante. La cavitación tiende a ocurrir cuando hay flujos rápidos a través de espacios y orificios bajo diferencias de presión sustanciales.

8. Si el martillo no golpea la herramienta de impacto, hay una reducción de energía, ya que la cabeza es desacelerada y retornada. Esto puede ahorrar considerable energía, porque devuelve aceite para mover el pistón.

Esta invención no ha de estar limitada por las realizaciones mostradas en los dibujos y descritas en la descripción, que se dan a modo de ejemplo y no como limitación, sino solamente según el ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

Aunque la presente invención ha sido descrita con referencia a realizaciones preferidas, las personas expertas en la técnica reconocerán que se pueden hacer cambios en la forma y detalles, sin apartarse del ámbito de la invención definida en las reivindicaciones.

Claims (10)

1. Una herramienta de impacto (20) que comprende:

un cuerpo (25) que tiene un eje longitudinal (26), un conducto longitudinal central (27), un extremo de golpeo (28) y un extremo cerrado (29):

una herramienta de golpeo (102) montada con movimiento alternativo en dicho conducto (27);

un martillo (90) montado con movimiento alternativo en dicho conducto (27), colocado y dispuesto de tal manera que golpee la herramienta de golpeo (102) en una dirección de movimiento;

un manguito (82) de válvula fijado en dicho conducto, siendo de movimiento alternativo una parte de dicho martillo (90) y estando encajada herméticamente en un orificio interior (96) de dicho manguito (82) de válvula, incluyendo dicho manguito (82) de válvula un orificio (120) en un extremo, y un canal axial (184) que se extiende a lo largo de la parte exterior del manguito (82) de válvula y que comunica con el interior del manguito de válvula;

teniendo dicho martillo (90) una superficie de cierre (131, 132) para cerrar el orificio (120) en una primera superficie interior (171) que define el orificio en el manguito (82) de válvula, y teniendo una superficie (100) separada de la superficie de cierre (131, 132) y abierta al canal axial (184);

una válvula tubular (60) de movimiento alternativo axial en el conducto (27), entre el manguito (82) de válvula y el extremo cerrado (29), y que tiene una pared exterior separada de la pared del cuerpo (25);

un pistón (51) encajado deslizable y herméticamente entre la pared del cuerpo (25) y la pared exterior de la válvula (60) de movimiento alternativo, siendo deslizable dicho pistón (51) en dicha válvula (60) de movimiento alternativo, y un tope (65) para limitar el movimiento del pistón (51) en una dirección hacia el extremo cerrado (29) a lo largo de la válvula (60) de movimiento alternativo;

un borde (68) en un extremo de dicha válvula (60) de movimiento alternativo, proporcionado para entrar en dicho orificio (120) y dejar un espacio alrededor del borde (68), y un apoyo de cierre (69) adyacente al borde (68), que forma un cierre hermético sobre una segunda superficie exterior (122) que define el orificio (120) en el manguito (60) de válvula;

teniendo la pared exterior de dicha válvula de movimiento alternativo un escalón (66, 67) que puede hacer contacto con una muesca en dicho pistón (51);

formando dicha válvula (60) de movimiento alternativo, y una primera cara (57) del pistón (51), una cámara de gas (58) para contener una carga de gas a presión elevada en el extremo cerrado (89) del conducto (27);

un canal anular de drenaje (43, 44) adyacente al extremo cerrado (29) del conducto (27), teniendo dicha válvula (60) de movimiento alternativo una parte que entra en dicho canal de drenaje (43, 44) para cerrar el canal de drenaje (43, 44) cuando la válvula (60) de movimiento alternativo se mueve hacia el extremo cerrado (29);

una abertura de presión (80) para admitir aceite a presión elevada en una cámara de aceite (75) en el lado opuesto del orificio (120) del manguito (82) de válvula, desde el martillo (90), una segunda cara (56) del pistón (51) que mira hacia la cámara de aceite (75), que forma una pared de la misma;

en la que la herramienta de impacto está diseñada de modo que el gas a presión elevada es cargado en dicha cámara de gas (75), haciendo que dicho pistón (51) haga contacto con el tope (65) y mueva dicha válvula (60) de movimiento alternativo para cerrar la segunda superficie (121) del orificio (120), de tal manera que el aceite a presión admitido en la cámara de aceite (75) fuerce la superficie de cierre (131, 132) del martillo, de la primera superficie (121) de orificio (120), a cerrar el orificio (120) del maguito (82) de válvula:

el pistón (51) está adaptado para ser movido por la presión de aceite contra el tope (65) de la válvula (60) de movimiento alternativo, para mover la válvula (60) de movimiento alternativo lejos del orificio (120) a fin de cerrar el canal (43, 44) de drenaje de aceite de tal manera que la presión de aceite mueva el martillo (90) hacia la herramienta de golpeo (102), retornando, la acción de la carga de gas sobre el pistón (51), la válvula (60) de movimiento alternativo para cerrar la segunda superficie (122) del orificio y abriendo el canal de drenaje (43, 44), actuando la presión de aceite proporcionada al canal axial (184) para retornar el martillo (90) a fin de hacer contacto con la primera superficie (121) del orifico (120) cuando el aceite sale a través de una parte interior de la válvula (60) de movimiento alternativo y el canal de drenaje (43, 44).

2. Una herramienta de impacto (20) según la reivindicación 1, en la que dicho conducto (27) incluye una ranura de desaceleración (162) siempre en comunicación con un apoyo de retorno (100) formado en el martillo (90).

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3. Una herramienta de impacto (20) según la reivindicación 1, en la que dicho martillo (90) tiene una cara extrema (134) que mira hacia el orificio (120), y un conducto de ventilación (133) que se extiende desde dicha cara extrema (134) hasta una posición del costado de dicho martillo (90), en el otro lado de la superficie de cierre (131, 132) de dicho martillo (90).

4. Una herramienta de impacto (20) según la reivindicación 3, en la que la primera superficie (121), que define dicho orificio (120) en el manguito (82) de válvula, es una primera superficie troncocónica que mira hacia el martillo (90), y la superficie de cierre (131) del martillo (90), que mira hacia el orificio (120), es una segunda superficie troncocónica con un semiángulo cónico diferente del de la primera superficie troncocónica.

5. Una herramienta de impacto (20) según la reivindicación 1, en la que dicho apoyo de cierre (69) en el extremo de dicha válvula (60) de movimiento alternativo, y dicha segunda superficie exterior (171) que define dicho orificio (20), son ambas troncocónicas con diferentes semiángulos cónicos una de otra.

6. Una herramienta de impacto (20) según la reivindicación 5, en la que dicha primera superficie (121), que define el orificio (20) en el manguito (82) de válvula, y la superficie de cierre (131) del martillo (90), que mira a la primera superficie (121) que define el orificio (20), son ambas troncocónicas, con un semiángulo cónico diferente una de otra.

7. Una herramienta de impacto (20) según la reivindicación 1, en la que el cierre del orificio (120) por la válvula (60) de movimiento alternativo es alternativo al cierre del canal de drenaje (43, 44) por la válvula (60) de movimiento alternativo en el canal de drenaje (43, 44).

8. Una herramienta de impacto (20) según la reivindicación 1, en la que dicho canal de drenaje (43, 44) descarga a un depósito cerrado (150), y en la que una bomba (151) de funcionamiento continuo extrae aceite desde dicho depósito (150) y lo suministra a dicha abertura de presión (80) a presión constante, y en la que una válvula selectora (152), aguas debajo de dicha bomba (151), pasa alternativamente dicho aceite a dicha abertura de presión (82) y al depósito (150).

9. Una herramienta de impacto según la reivindicación 1, en la que dicho cuerpo (25) incluye un conducto central (27) con una pared periférica, un conducto transversal (114e, 115e) a través de dicha pared (151), y la herramienta de golpeo (102) en dicho conducto (27) incluye una ranura transversal (105), y en la que una espiga transversal (104) se extiende a través de dicho conducto transversal (114e, 115e) y la ranura transversal (105), comprendiendo dicha espiga transversal (104): piezas metálicas (111, 112) que tienen, cada una, una dimensión de longitud, una superficie longitudinal exterior curvada y una superficie plana, y una capa (113) de material similar al caucho, que tiene un par de superficies opuestas a las cuales están adheridas dichas superficies planas, y en la que la espiga transversal (104) tiene una dimensión de altura cuando está sin comprimir y puede ser comprimida a una altura menor para entrar en el conducto transversal (114e, 115e).

10. Una herramienta de impacto (20) según la reivindicación 9, en la que cada una de dichas piezas metálicas (111, 112) tiene un taladro (114a, 115a) a través de ella, y en la que un pasador (114, 115), con una cabeza y un vástago con un extremo redondeado, está situado con su vástago en uno de dichos taladros (114a, 115a), con su cabeza contra la capa (113) y su vástago sobresaliendo más allá de su pieza metálica (111, 112), por lo que el vástago es retráctil dentro del taladro (114a, 115a) lo suficiente como para permitir que el pasador (114, 115) forme leva con la pieza metálica (111, 112), para permitir la inserción de la espiga transversal (104) y, después, sea extendida en huecos internos de la herramienta de impacto (20).