FI104961B - Painenestekäyttöinen iskuvasara - Google Patents

Description

1 104961

Painenestekäyttöinen iskuvasara

Keksinnön kohteena on painenestekäyttöinen iskuvasara, jossa on edestakaisin liikkuva iskumäntä, kanavista painenesteen syöttämiseksi iskuva-5 saraan ja poistamiseksi siitä, pääventtiili, joka on kytketty iskumännän aseman ohjaamaksi niin, että se ohjaa painenesteen virtausta iskumännän painepinnoille edestakaisen liikkeen aikaansaamiseksi sekä poistokanavaan asennettu pai-neensäätöventtiili, joka on kytketty painenesteen tulokanavaan niin, että se aukaisee painenesteen virtauksen iskuvasarasta poistokanavaan vasta, kun 10 painenesteen paine tulokanavassa ylittää ennaltamäärätyn paineen asetusar-von.

Iskuvasaroita käytetään yleensä kohtalaisen kovien materiaalien, kuten kivien, betonin, asfaltin, roudan, metallurgisen kuonan yms, rikotukseen. Kun iskuvasaraa ja sen terää painetaan rikottavaa materiaalia vasten, iskee is-15 kumäntä terän yläpäähän suurella nopeudella, jolloin terän alapäähän syntyy rikottavaan materiaaliin niin suuri voimavaikutus, että materiaali rikkoutuu tai terä tunkeutuu materiaalin sisään. Iskumännän suuri nopeus kehitetään tällaisissa laitteissa yleensä hydraulisesti ja iskuvasaraan liitetyn paineakun avulla. Pai-neakku sisältää tavallisesti suljetussa tilassa määrän typpikaasua ja se kytke-20 tään yleensä painenestekanavistoon, jossa se ottaa vastaan painenestettä iskumännän hitaan paluuliikkeen aikana ja luovuttaa sitä nopean iskusuuntaisen liikkeen aikana.

Paineneste vaikuttaa iskumäntään yleensä olakemuotoisten paine-pintojen kautta siten, että iskusuuntaan kiihdytystä varten voima, joka muodos-” 25 tuu paineiden ja painepintojen pinta-alojen tulon summasta, on suuri, jotta saa taisiin suuri iskumännän nopeus iskua varten kun taas paluusuuntaan mahdollisimman pieni, jotta iskuvasaran tehohäviöt pysyisivät pienenä ja hyötysuhde korkeana. Tästä syystä tarvitaan vähintäin kaksi vastakkaisiin suuntiin vaikuttavaa painepintaa, jotta iskumäntää liikuttava voima voidaan suunnata vuoroin is-.. 30 kusuuntaan ja paluusuuntaan.

Iskuvasarat asennetaan yleensä kaivinkoneiden lisälaitteeksi kaivu-, kauhan tilalle, mutta myös muita perustaneita ja alustoja voidaan käyttää. Isku- vasarat toimivat täten peruskoneen hydrauliikalla siten, että peruskoneesta tulee korkeapaineinen paineneste iskuvasaran käynnistysventtiilin kautta iskuvasa-35 raan tuloputkistoa myöten ja poistuu matalapaineisena paluuputkistoa myöten peruskoneen säiliöön. Painenestekäyttöisten iskuvasaroiden rikotuskyky ja ns.

104961 2 ulosottoteho riippuu pääosin iskumännän iskuenergiasta ja iskuluvusta, mutta myös rikottavan materiaalin ominaisuuksista sekä terän eli työkalun muodosta ja painatusvoimasta, jolla tarkoitetaan sitä voimaa, millä koko iskuvasaraa painetaan terää ja edelleen rikottavaa materiaalia vasten.

5 Jotta iskuvasaraa voitaisiin käyttää edullisesti mahdollisimman mo nessa erilaisessa rikotustehtävässä ja erilaisissa kaivinkoneissa tai muissa perustaneissa, varustetaan iskuvasarat tyypillisesti paineensäätölaitteilla. Tavallisesti iskuvasarat suunnitellaan toimimaan edullisesti sellaisella maksimi tilavuusvirran arvolla, joka sopii yleisimpiin halutun kokoluokan kaivinkoneisiin. Kun 10 iskuvasaraa käytetään suunniteltua tilavuusvirtaa pienemmällä tilavuusvirralla, ei saavuteta haluttua käyttöpainetta eikä myöskään haluttua iskuenergiaa. Paineensäätölaitteilla korotetaan käyttöpaine halutulle tasolle, kun se muuten jäisi pienen tilavuusvirran vuoksi alhaiseksi. Paineensäätölaitteita tarvitaan iskuvasa-rassa myöskin käynnistyksen ja pysäytyksen yhteydessä estämään iskuvasaran 15 toiminta silloin, kun paineakussa ei ole iskua varten riittävää nestemäärää, jolloin on olemassa paineakun vaurioitumisvaara ja kavitaatio painenestekanavistossa. Tällaisen paineensäätöventtiilin avulla voidaan iskuvasaran pysäytyksen yhteydessä sulkea edullisesti iskuvasaran sisään paine ja niin myös paineakkuun haluttu nestetilavuus, jolla nopeutetaan iskuvasaran uudelleen käynnistystä, mi-20 kä on tärkeää rikottaessa esimerkiksi irtokiviä.

Tällaisissa säätöjärjestelmissä on lisäksi epäkohtana rikottavan materiaalin ominaisuuksien aiheuttamat vaihtelut iskuvasaran toimintaan. Iskettäessä kovaa materiaalia heijastuu osa iskuenergiasta ns. pomppuna eli paluupulssina takaisin iskumäntään, antaen sille suuren alkunopeuden paluusuuntaan. Isket-" 25 täessä pehmeään materiaaliin, saattaa lähes koko energia tulla käytetyksi terän tunkeutumiseen rikottavaan materiaaliin, jolloin pomppu jää nollaksi, eikä isku-männälle tule mitään alkunopeutta paluusuuntaan.

Suuri osa kovan kiven aiheuttamasta pompun energiasta voidaan varastoida takaisin painenesteen tulopuolelle tai paineakkuun, jos pompun jälkeen 30 iskumäntään kohdistuva voima pidetään edelleen iskusuuntaan suunnattuna ja .· iskusuuntaan kiihdyttävää painepintaa ei kytketä välittömästi paluukanavistoon.

Tämä saadaan aikaan ajoittamalla iskuvasaran pääventtiili siten, että iskumäntä saa liikkua kohtalaisen pitkän osuuden iskunpituudestaan paluusuuntaan ennen kuin painenesteen poisto paluulinjaan avataan. Tällainen energian takaisinotto-35 järjestelmä parantaa iskuvasaran hyötysuhdetta ja kohottaa iskuvasaran iskulu-kua.

3 104961 Tämä keksintö kohdistuu painekäyttöiseen iskuvasaraan, jossa on paluukanavaan sijoitettu paineensäätöventtiili, siten että iskumännän paluuliik-keen aikana on paluuvirtaus estetty tulokanavan painenesteen ollessa säädetyn asetusarvon alapuolella, jolloin iskumännän paluuliike pysähtyy ja iskumäntä ei 5 saavuta ylintä asentoaan, josta se voisi kääntyä iskusuuntaiseen liikkeeseen. Kun paine ylittää säädetyn arvon, avautuu paineensäätöventtiili portaattomasti sallien paluuvirtauksen ja iskumännän paluuliikkeen. Jos iskuvasaran pääventtiili ajoitetaan siten, että kovaan materiaaliin iskettäessä voidaan suuri osa pompun energiasta siirtää takaisin hydrauliikan korkeapainepuolelle, toimii tunnetuilla 10 ratkaisuilla paluuvirtaus pienillä tilavuusvirroilla sykäyksenomaisesti aiheuttaen ongelmia iskuvasaran putkitukseen ja letkuliittimien kestävyyteen. Koska tällainen paineensäätöventtiili estää pienillä tilavuusvirroilla iskumännän paluuvirtauksen heti pompun jälkeen, on paluuvirtauksen sykäys sitä voimakkaampi mitä pienemmällä tilavuusvirralla iskuvasara käy.

15 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen iskuvasa ra, jolla vältetään tunnetuissa ratkaisuissa esiintyviä ongelmia ja jolla iskuvasaran toiminta sekä suurilla että pienillä tilavuusvirroilla ja kovissa ja pehmeissä materiaaleissa saadaan luotettavaksi. Keksinnön mukaiselle iskuvasaralle on ominaista, että iskuvasarassa on erillinen ohituskanava, jonka kautta paineneste 20 voi iskumännän paluuliikkeen aikana virrata iskumännän yläpuolisesta paineti-lasta poistokanavaan iskumännän paluuliikkeen tiettyyn asemaan saakka silloinkin, kun painenesteen paine tulokanavassa on pienempi kuin mainittu pai-neensäätöventtiilin asetusarvo.

Keksinnön olennainen ajatus on, että iskuvasarassa on erillinen ohi-*’ 25 tuskanava, jonka kautta painenestettä pääsee virtaamaan hitaasti pois isku- männän takaa niin, että iskumännän paluuliike on mahdollista hitaasti silloinkin, kun tulokanavan painenesteen paine ei ylitä säädettyä toiminnan kannalta välttämätöntä asetusarvoa. Edelleen keksinnön erään edullisen toteutusmuodon olennainen ajatus on, että ohituskanava on kytketty iskumännän itsensä ohjaa-30 maksi niin, että ohituskanava on avoinna vain iskumännän tietyn paluuliikkeen ·· liikepituuden aikana, jonka jälkeen iskumännän tullessa mainittuun asemaan ohituskanava sulkeutuu ja iskumäntä pysähtyy tähän asemaan, ellei tulokanavan paine ole noussut asetusarvoon. Keksinnön mukaisen iskuvasaran etuna on, että iskumäntä siirtyy pehmeään materiaaliin iskettäessä takaisinpäin vaik-35 kakin hitaasti, kunnes paine tulokanavassa ylittää säädetyn asetusarvon. Tällöin syntyvät painepulssit kanavistossa jäävät aikaisempaa pienemmiksi ja laitteiston • « 104961 4 kestokyky paranee samalla, kun sen toiminta tulee luotettavammaksi. Toisaalta, mikäli tulokanavan painenesteen paine jo alunperin ylittää pompun jälkeen asetusarvon, pääsee paineneste virtaamaan normaalisti paineensäätöventtiilin kautta ja iskutoiminta jatkuu normaalisti.

5 Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaista iskuvasaraa iskun loppuvaiheessa, kuvio 2 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaista iskuvasaraa isku-männän paluuliikkeen tietyssä vaiheessa ja 10 kuvio 3 kuvaa kaavamaisesti keksinnön mukaista iskuvasaraa isku- männän takimmaisessa asennossa iskun alkaessa.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen iskuvasara kaavamaisesti tilanteessa, jossa iskumäntä on suorittanut iskuliikkeen ja on aloittamassa paluuliikkeen. Kuviossa iskumäntä 1 on iskuasennossa terää 2 vasten. Pääventtiili 15 3 on juuri sulkenut yhteyden tulokanavasta 4 iskumännän yläpuoliseen vaihtu- vapaineiseen paineillaan 5' ja iskumännän painepintaan 5 sekä avannut samalla kanavaa 6 myöten yhteyden paineensäätöventtiilille 7, joka tulokanavan 4 korkeapaineen avulla voi avata yhteyden kanavasta 6 edelleen paluukanavaan 8. Paineensäätöventtiili 7 toimii tunnetulla tavalla siten, että paineen noustessa tu-20 lokanavaan 4 liitetyssä paineakussa 9 liikkuu kara 10 portaattomasti jousta 11 vastaan jolloin yhteys kanavasta 6 avautuu paluukanavaan 8.

Pääventtiili 3 siirtyy asennosta toiseen tunnetulla tavalla iskumännän 1 aseman ohjaamana. Pääventtiiliä 3 siirtää kuvion 1 mukaiseen asentoon pienempi painepinta 12, joka on aina yhteydessä tulokanavaan 4 ja vastakkaiseen ’* 25 myöhemmin kuviossa 3 esitettyyn ja sen yhteydessä selitettyyn asentoon siirtää suurempi painepinta 13, joka iskumännän iskuasennossa kytkeytyy kanavan 14, iskumännän uraan 15 ja kanavan 16 kautta paluukanavaan 8. Iskumännän 1 yläasennossa kytkeytyy iskumännän alapuolisesta paineillasta 17’ korkeapai-neyhteys kanavan 14 kautta kuviossa 3 esitetyllä tavalla pääventtiilin 3 isom-30 paan painepintaan 13, jolloin iskumännän yläpuoliseen painepintaan 5 avautuu ·· tulokanavasta 4 korkeapaineyhteys ja iskumäntä 1 aloittaa iskusuuntaisen liik keen. Painetilassa 17' on iskumännästä 1 paluusuuntaan kohdistuva rengasmainen painepinta 17, joka on pienempi kuin yläpuolinen painepinta 5. Kun painepinnan 5 painetilassa 5’ on korkeapaine, syntyy iskumäntään iskusuuntaan 35 vaikuttava voima, ja kun painetila 5' on kytketty paluukanavaan 8, syntyy isku-mäntään paluusuuntaan vaikuttava voima.

104961 5 Tämän keksinnön mukaisesti paineensäätöventtiilin 7 ohi on järjestetty ohituskanava 18, joka on avoinna iskumännän 1 uran 15 kautta, kun isku-mäntä 1 on terän 2 puoleisessa asennossa liikepituudestaan, ja sulkeutuu, kun iskumäntä 1 lähestyy paluuliikkeensä ylintä asentoa. Iskettäessä pehmeään 5 materiaaliin pienillä tilavuusvirroilla jää iskumännän 1 pomppu vähäiseksi ja iskumäntä pyrkii liikkumaan paluusuuntaan lähes pelkästään painepintaan 17 vaikuttavan voiman vaikutuksesta, Kun tilavuusvirta on pieni, on paineakusta 9 purkautunut iskuliikkeen aikana enemmän painenestettä kuin suurilla tilavuusvirroilla ja paine tulokanavassa 4 on laskenut niin alas, että paineensäätöventtiili 7 io on sulkenut yhteyden kanavasta 6 paluukanavaan 8. Tavanomaiset iskuvasarat toimivat siten, että iskumäntä pysähtyy odottamaan painesäätöventtiilin 7 avautumista, mutta tämän keksinnön mukaisessa laitteessa iskumäntä liikkuu hitaasti paluusuuntaan painenesteen virratessa painetilasta 5' pääventtiilin 3, kanavien 6 ja 18 ja uran 15 kautta kanavaan 16 ja siitä edelleen paluukanavaan 8. Isku-15 männän liike on säädetty ohituskanavassa 18 olevalla kuristimella 19 vastaamaan edullista paluunopeutta iskuvasaran toimiessa minimitilavuusvirralla.

Suurilla tilavuusvirroilla paineneste virtaa paluukanavaan 8 samanaikaisesti ohituskanavan 18 ja paineensäätöventtiilin 7 kautta. Pehmeää materiaalia iskettäessä nousisi tunnetuissa iskuvasaroissa käyttöpaine korkeaksi, kos-20 ka iskumäntä joutuisi liikkumaan lähes koko iskunpituuden matkan paluusuuntaan sen jälkeen, kun paineensäätöventtiili 7 on avautunut, mutta tämän keksinnön mukaisessa laitteessa iskumäntä 1 on tässä vaiheessa liikkunut pitkälle paluusuuntaan. Kovaa materiaalia iskettäessä pomppaa iskumäntä 1 aluksi suurella nopeudella ja aiheuttaisi suuren sykäyksen paluukanavaan 8 ja edelleen 25 kaivinkoneen tai muun peruskoneen putkistoon. Pienillä tilavuusvirroilla isku-mäntä joutuisi ensin odottamaan paineen nousua korkeapainepuolella ja aiheuttaisi täten suuren sykäyksen paluukanavaan 8. Tämän keksinnön mukaisessa iskuvasarassa purkautuu painetilasta 5' painenestettä ohituskanavan 18 ja iskumännän uran 15 kautta, jolloin suurta painesykäystä ei synny paluukanavaan 30 8 ja paluuputkistoon. Keksinnön mukaisesti iskumäntä 1 sulkee ohituskanavan ·· 18, kun se on noussut halutun matkan paluusuuntaan, mikä on esitetty kuviossa 2 esitetyssä tilanteessa. Jos paine tulokanavassa 4 on niin alhainen, ettei pai-, neensäätöventtiili 7 ole vielä avautunut, kuten esimerkiksi on iskuvasaraa käynnistettäessä ja pysäytettäessä, pysähtyy iskumäntä 1 kuvion 2 esittämässä 35 asemassa.

104961 6

On luonnollista, että keksinnön mukaista laitetta voidaan varioida tavanomaisin tunnetuin keinoin, kuten iskumännän pääventtiilin ohjauksen suhteen, jolloin siihen voi olla myös yhdistetty esimerkiksi iskunpituuden säätö, kuten suomalaisessa patenttihakemuksessa 953337 on esitetty. Keksinnön mu-5 kainen laite voi olla rakennettu myös siten, että paineakku on sijoitettu tulokana-van sijasta tai sen lisäksi iskumännän yhteyteen vaikuttamaan iskumäntään jou-senomaisesti lisäten iskumäntää iskusuuntaan kiihdyttävää voimaa.

• ·

» I

Claims (4)

104961 7

1. Painenestekäyttöinen iskuvasara, jossa on edestakaisin liikkuva 5 iskumäntä (1), kanavista painenesteen syöttämiseksi iskuvasaraan ja poistamiseksi siitä, pääventtiili (3), joka on kytketty iskumännän (1) aseman ohjaamaksi niin, että se ohjaa painenesteen virtausta iskumännän (1) painepinnoille (5, 17) edestakaisen liikkeen aikaansaamiseksi sekä poistokanavaan asennettu pai-neensäätöventtiili (7), joka on kytketty painenesteen tulokanavaan (4) niin, että 10 se aukaisee painenesteen virtauksen iskuvasarasta poistokanavaan (8) vasta, kun painenesteen paine tulokanavassa (4) ylittää ennaltamäärätyn paineen asetusarvon, tunnettu siitä, että iskuvasarassa on erillinen ohituskanava (18), jonka kautta paineneste voi iskumännän (1) paluuliikkeen aikana virrata iskumännän (1) yläpuolisesta painetilasta (5') poistokanavaan (8) iskumännän (1) 15 paluuliikkeen tiettyyn asemaan saakka silloinkin, kun painenesteen paine tulo-kanavassa (4) on pienempi kuin mainittu paineensäätöventtiilin (7) asetusarvo.

2. Patenttivaatimuksen 2 mukainen iskuvasara, tunnettu siitä, että ohituskanava (18) on kytketty pääventtiilin (3) ja paineensäätöventtiilin (7) välisestä kanavasta iskumännän (1) sylinteritilaan niin, että se iskumännän (1) 20 ollessa ala-asennossaan on iskumännässä (1) olevan uran (15) kautta yhteydessä poistokanavaan (8) ja että iskumäntä (1) paluuliikkeensä aikana sulkee mainitun yhteyden ennen kuin iskumäntä (1) on ylimmässä asennossaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen iskuvasara, tunnettu siitä, että ohituskanavassa (18) on kuristin (19) painenesteen ohivirtauksen 25 asettamiseksi halutun suuruiseksi.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen iskuvasara, tunnettu siitä, että ohituskanava (18) on kytketty siten, että painenesteen paineen tulokanavassa (4) ylittäessä paineensäätöventtiilin (7) asetusarvon paine-neste pääsee virtaamaan iskumännän yläkammiosta (5') sekä suoraan pai- .. 30 neensäätöventtiilin (7) kautta että ohituskanavan (18) kautta poistokanavaan (8) ennenkuin iskumäntä (1) sulkee yhteyden ohituskanavasta (18) poistokanavaan (8). 104961 8