FI60362C - Hydrauliskt drivet slagverktyg - Google Patents

Description

• ΓβΙ KUULUTUSjULKAISU / η 7 / Λ ( * UTLÄGGNINGSSKRIFT 60362 C(45) Patentti ey3nnetty 11 01 1902 Patent neddelat y (51) Kv.lk?/Int.CI.3 B 25 D 9/16 SUOMI—FINLAND (21) P*Unttlh*k*mut — P*t«ntan*8knlnj 78 1 067 (22) Hik«miipilvl — Ansöknlngsdig 07.Oi. 78 * ' (23) Alkupllyf—Giltighctsdag 07. Oi. 78 (41) Tullut |utkl**kil —Bllvlt offentlig qq 79

Patentti- ia rekisterihallitus .... ........ .......

. t t ' . . . . (44) Nlhtlvlkilpanon ja kuul.|ulkaltun pvm. — ,n no 0,

Patent-och registerstyrelsen ’ Ansakin utlagd oeh utl.*krift«n pubikmd 30.09.^1 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus—Begird prioritet (71) Rammer Oy, Sammonkatu 6, 15ll+0 Lahti 1^, Suomi-Finland(FI) (72) Väinö Esko Juvonen, Klaukkala, Suomi-Finland(Fl) (5I+) Hydraulisesti käytetty iskulaite - Hydrauliskt drivet slagverktyg Tämän keksinnön kohteena on iskulaite, jossa hydraulisesti käytetty edestakaisin liikkuva iskumäntä suorittaa perättäisiä iskuja laitteen sisään asennetun työkalun päähän, jolloin suuri iskuteho saadaan aikaan holkkimaisella ohjausventtiilillä, jonka sisältä sen liikkuessa öljy poistetaan molempien päiden kautta, jolloin toisen pään yhteyteen kytketyn paineakun paine auttaa suuren amplitudin aikaansaamiseksi venttiilin ohjaukseen käytetyssä minimipaineventtii-lissä.

Kovien aineiden rikkomiseen iskemällä ja kallion iskuporauk-seen on kehitetty viime aikoina runsaasti erilaisia hydraulisesti käytettyjä iskulaitteita, mutta vain hyvin harvat kehitelmät ovat onnistuneet sarjatuotantoasteelle. Syynä tähän ovat varsinkin jako-venttiileihin ja niiden ohjaukseen liittyvät epäkohdat. Monet virheet ja epäkohdat ovat yleisesti tunnettuja, mutta toistaiseksi niitä ei ole voitu riittävästi poistaa, tai sitten laitteista on tullut isku-energiaansa tai taajuuteensa nähden liian painavia, kalliita ja hyötysuhteeltaan kehnoja.

Ennestään ovat tunnettuja esim. jakoventtiilit, jotka on 2 60362 sijoitettu männän kanssa samaan sylinteriin, jopa männän ympärille. Näissä, samoinkuin joissakin männästä erilleen sijoitetuissa venttiileissä pääsee korkeapaine vaikuttamaan osalle venttiiliä vuoroin venttiilin sisäpuolelle ja ulkopuolelle. Tällöin paineen aiheuttamasta muodonmuutoksesta johtuen joudutaan tarpeettoman suuriin välyksiin, ettei venttiili tarttuisi kiinni pesäänsä. Suurista välyksistä aiheutuu öljyn läpivirtausta, joka huonontaa hyötysuhdetta. Tällainen venttiili on myöskin väsyttävän vaihtorasituksen alainen, ja saattaa murtua lyhyessäkin käyttöajassa.

Ennestään ovat tunnetut myöskin jo mainitut männästä erilleen sijoitetut venttiilit. Epäkohtana näissä on, että läpäistäkseen iskumännän tarvitsemat suuret nesteen tilavuusvirrat, tulee näistä paksuja ja massiivisia. Tällaisen venttiilin liikkuessa syntyy toinen suuri tilavuusvirta venttiilin päiden välille, mikä aiheuttaa liikettä jarruttavaa painetta venttiilin edellä ja kavitaatiovaaran venttiilin takana. Epäkohta on suurimmillaan umpinaisissa venttiileissä, mutta on selvää, että toimenpiteet, joissa venttiilin läpi on aksiaalisesti porattu pieni reikä sekä venttiilin sivulle porattu kiertokanava ovat riittämättömiä toimenpiteitä, joissa lisäksi vas-tapaine joudutaan kumoamaan tarpeettoman suurella venttiilin ohjaus-voimalla, joka huonontaa hyötysuhdetta paitsi sinänsä myös ottamalla paineakusta öljyä juuri ennen iskua, jolloin iskumännän öljyn tarve on suurimmillaan.

Eräässä tunnetussa laitteessa jopa johdetaan myös männän tarvitsema tilavuusvirta venttiilin aksiaalisen porauksen läpi, jolloin venttiilin liikkuessa kaksi suurta tilavuusvirtaa summaantuu. Eräässä tunnetussa keksinnössä on korkeapaine johdettu venttiilin sisälle, jolloin kavitaatiovaara on pienentynyt.

Tässäkin ratkaisussa on sellainen epäkohta että venttiilin keskelle tehty poikittainen ura kytketään vuoroin korkeapaine- ja matalapainepiiriin, jolloin venttiilin ohuin kohta joutuu sisäpuolisen paineen ansiosta väsyttävän tykytysrasituksen alaiseksi.

Venttiilien ohjaustapaan liittyy myös runsaasti epäkohtia. Eräs yleinen tapa on käyttää itse mäntää venttiilin ohjaamiseen, jolloin mäntä ja ohjausventtiili toimivat vuoroin tai osittain samanaikaisesti toistensa venttiileinä. Koska maksimi tilavuusvirta voi olla jopa 15-kertainen pumpun antamaan tilavuusvirtaan verrattuna jää koneen iskuvoima riippumaan kullakin iskulla ensisijaisesti paineakun antamasta öljymäärästä. Pienetkin vaihtelut iskettävän aineen kovuudessa ja jousto-ominaisuuksissa saavat tällä tavalla 3 60362 ohjatun iskulaitteen käymään epätasaisesti. Männän suorittaessa nopean iskun kimmah-taa mäntä nopeasti paluuliikkeeseen, jolloin paineakku ei ehdi riittävästi varautua seuraavaan iskuun, josta tulee hidas isku. Tätä seuraa taas nopeampi isku.

Tätä ongelmaa on monissa tunnetuissa keksinnöissä pyritty poistamaan ohjauspiiriin sijoitetulla minimipaineventtiilillä. Tällainen venttiili sallii ohjaus-venttiilin tai männän liikkua tietystä asemasta edelleen vain, jos paine ylittää asetetun arvon. Tällaiset venttiilit ovat yleensä jousikuormitettuja toisesta päästä ja korkeapaineen kuormittamia vastakkaisesta päästä. Koska korkeapaine pyritään pitämään paineakun avulla lähes vakiona joutuu paineventtiili toimimaan hyvin pienellä paine-erolla. Venttiilin massaa liikuttava voima on hyvin vähäinen, jolloin venttiilin amplitudi korkeimman paineen ja matalimman paineen välillä on hyvin pieni. Iskusta aiheutunut värinä koneen rungossa, jousen oma värähtely ym. tekijät saavat tällaisen venttiilin toimimaan epämääräisesti, jolloin syntyy häiriöitä koneen käyntiin, puoli-tehoisia iskuja sekä nesteen läpivuotoa.

Tämän keksinnön mukaisella laitteella on jäljempänä esitetyn vaatimuksen mukaisesti mainitut epäkohdat poistettu männästä erilleen sijoitetulla venttiilillä, jonka poikittainen mäntää ohjaava ura on jatkuvasti kytkettynä korkeapainepiiriin ja läpimenevä aksiaalinen reikä on kytketty toisesta suuremmasta päästään matalapaineak-kuun ja toisesta pienemmästä päästään suoraan paluuletkuun. Venttiiliin ei täten kohdistu väsyttävää painekuormitusta paitsi ohjauskammion kohdalla, jossa on riittävästi ainepaksuutta. Venttiiliä ohjataan toiseen suuntaan männän avulla ja toiseen suuntaan mönimipaineventtiilin avulla. Keksinnön mukaisesti ohjausventtiilin toiseen päähän kytketyn paineakun painetta samoinkuin ohjausventtiilin liikkuessa syntyvää painetta tai paineen laskua käytetään hyväksi rniinirnipaineventtiilissä sen amplitudin lisäämiseksi ja toiminnan varmentamiseksi.

Keksinnölle on tunnusomaista, että holkkimaisen jakoventtiilin läpi kulkevasta virtauskanavasta johtaa kaksi erillistä kanavaa minimipaineventtiilin vastakkaisille puolille tehtyihin painekairmioihin ja että jakoventtiili on sijoitettu sanottujen kanavien väliin.

Keksintöä selostetaan seur aavassa lähemmin viittaamalla oheiseen piirustukseen.

Kuva esittää toimintaperiaatteen selvittämiseksi tärkeitä laitteen osia ja nesteen virtauskanavia.

Runkoon 1 on sijoitettu edestakaisin liikkuvaksi iskumäntä 2, joka etummaisessa ääriasennossaan iskee rungon sisään osittain asennetun työkalun 3 päähän. Männän vaimennuslaippa 4 on sijoitettu 60362 rengasmaiseen vakiopainekammioon 5, joka on jatkuvasti avoimessa yhteydessä korkeapainekanavaan 6 ja 7.

Vakiopainekammiossa 5 on etummainen vaimennuskammio 8 ja takimmainen vaimennuskammio 9 männän 2 pysäyttämistä varten ääriasennossaan. Etummaiseen vaimennuskammioon 8 mäntä 2 tulee vain, jos työkalu 3 ei ole männän ulottuvilla. Männän takapään yhteyteen on muodostettu rengasmainen vaihtuvapaineinen kammio 10. Paineen vaikutuspinta vakiopainekammiossa 5 on tehty pieneksi, jolloin mäntään kohdistuu vakiovoima, joka pyrkii palauttamaan mäntää työkalusta poispäin. Vaihtuvapaineisessa kammiossa muodostuu korkeapaineen vaikutuksesta monta kertaa suurempi voima, joka kiihdyttää mäntää iskusuuntaan työkalua kohti. Kun vaihtuvapaineinen kammio kytketään matalapainekanavan 11 yhteyteen pyrkii mäntä palaamaan taka-asentoon.

Kammiossa 10 vaihtuu paine jakoventtiili 12 avulla. Jako-venttiiliin on koneistettu keskelle ura 13, joka on jatkuvasti avoimessa yhteydessä rungossa olevan uran 14 välityksellä korkeapainekanavaan 7. Runkoon on uran 14 viereen koneistettu toinen ura 15, joka on avoimessa yhteydessä vaihtuvapaineiseen kammioon 10. Jakoventtiilin 12 ollessa takimmaisessa asennossaan, kuten kuvassa, on yhteys korkeapainekanavasta 7 avoinna urien 14, 13 ja 15 kautta vaihtuvapaineiseen kammioon 10. Jakoventtiilin liikkuessa etummaiseen asentoonsa sulkeutuu yhteys urien 15 ja 13 välillä.

Tällöin avautuu urasta 15 yhteys matalapainekanavaan 11 jakoventtii-liin tehtyjen säteittäisten reikien 16 kautta. Uran 15 ja kammion 10 kytkentä painetasosta toiseen tapahtuu edullisimmin jakoventtiilin ollessa asennossa, joka vastaa noin yhtä kolmasosaa iskunpituu-destaan etupäästä luettuna.

Männän liikkuessa iskusuuntaan tietyssä kohdassa avaa mäntään koneistettu ura 17 yhteyden korkeapainekammiosta 5 runkoon koneistettujen urien 18 ja 19 kautta jakoventtiilin ohjauskammioon 20. Urat 18 ja 19 ovat sijoitetut siten, että ura 17 yhdistää ne vain männän 2 ollessa määrätyllä etäisyydellä työkalun 3 päästä. Jos työkalu 3 on poistunut männän ulottuvuudelta sulkeutuu uran 17 ja 19 välinen yhteys kun mäntä liukuu etuvaimennukseen 8. Täten on koneen tyhjäkäynti estetty. Urat 17, 18 ja 19 ovat sovitetut myös siten, että tietyllä käyttöpaineellaan toimiessa jakoventtiili ehtii liikkua noin yhden kolmasosan iskunpituudestaan ennenkuin mäntä tavoittaa työkalun pään ja isku alkaa. Tällöin ei aiheudu kuristusta 5 60362 nesteen tilavuusvirrassa urasta 13 uraan 15. Iskun aikana liikkuu jakoventtiili edelleen noin yhden kolmasosan iskunpituudestaan jolloin vaihtuvapaineinen kammio 10 kytkeytyy korkeapainepiiristä 7 matalapainepiiriin 11 .

Jakoventtiilin palauttamiseksi taka-asentoon on uran 13 yhteyteen muodostettu halkaisijaerot siten, että rengaspintaan kohdistuva korkeapaine pyrkii siirtämään jakoventtiiliä paluusuun-taan. Rengaspinta urassa 13 on huomattavasti pienempi kuin paineen-vaikutuspinta jakoventtiilin vaihtuvapaineisessa ohjauskammiossa 20. Kun kammioon 20 kytkeytyy korkeapaine pyrkii jakoventtiili 12 liikkumaan eteenpäin avatakseen kammiosta 10 yhteyden matalapainepiiriin 11. Kun kammio 20 kytkeytyy matalapainepiirin yhteyteen pyrkii jako-venttiili liikkumaan paluusuuntaan avatakseen yhteyden korkeapaine-kanavasta männän vaihtuvapaineiseen kammioon 10. Tällä tavalla muodostuu jakoventtiilin 12 etupää 21 suuremmaksi kuin takapää 22. Jako-venttiilin sisään on koneistettu mahdollisimman suuri poraus 23 kuitenkin ottaen huomioon riittävän aineenpaksuuden painerasituksen vuoksi. Koska väsyttävää kuormitusta uran 13 kohdalla ei esiinny on aineenpaksuus tavanomaista pienempi, jolloin jakoventtiilin massa on saatu pieneksi ja kiihtyvyys suureksi.

Jakoventtiilin etupäästä 21 johtaa jatkuvasti avoin yhteys matalapaineakkuun 24 ja takapäästä 22 avoin yhteys matalapainepiiriin 11. Tähän voidaan kytkeä myös paineakku, jos paineen sykinnän vuoksi se osoittautuu tarpeelliseksi. Sitä ei ole esitetty kuvassa. Jako-venttiilin pesään on molempiin päihin muodostettu tavanomaiset vaimennuskammiot 25 ja 26.

Jakoventtiilin 12 vaihtuvapaineinen ohjauskammio 20 kytketään matalapainepiiriin männän asennosta riippumatta minimipaineventtii-lin 27 avulla. Minimipaineventtiilin yhteyteen on muodostettu kolme painekammiota: - matalapainekammio 28, johon on sijoitettu myös säädettävä jousi 29 - matalapainekammio 30 - korkeapainekammio 31

Matalapainekammio 28 on kytketty kanavalla 32 jakoventtiilin 12 etupäähän 21. Matalapainekammio 30 on kytketty kanavalla 33 jakoventtiilin 12 takapäähän 22. Korkeapainekammio 31 on avoimessa yhteydessä korkeapainepiiriin 7 ja korkeapaineakkuun 34.

Minimipaineventtiiliin 27 on koneistettu ohennus 35, joka venttiilin tietyssä asennossa avaa runkoon koneistetusta urasta 36 6 60362 yhteyden matalapainekairanioon 28. Ura 36 on kytketty kanavan 37 avulla jakoventtiilin 12 vaihtuvapaineiseen kammioon 20. Jousi 29 ja kammiossa 28 vallitseva paine pyrkivät siirtämään minimipaine-venttiiliä siten, että yhteys uran 35 kautta sulkeutuu, kun taas kammiossa 30 ja 31 vallitsevat paineet pyrkivät avaamaan tätä yhteyttä.

Keksinnön mukainen laite toimii seuraavasti: Mäntä 2 liikkuu tunnetulla tavalla edestakaisin suorittaen iskuja työkaluun 3.

Männän liikesuunta määräytyy jakoventtiilin aseman perusteella.

Kuva esittää tilannetta, jossa mäntä on liikkunut niin pitkälle iskusuuntaan, että yhteys korkeapainekammiosta 5 avautuu urien 18, 17 ja 19 kautta jakoventtiilin vaihtuvapaineiseen kammioon 20. Männän liikkuessa iskusuuntaan on nesteen kulutus suuri ja paine korkea-painepiirissä on laskenut minimipaineventtiilillä 27 säädetystä arvosta. Minimipaineventtiili on siten sulkeutunut, mutta pienen voimavaikutuksen vuoksi venttiili ei ole ehtinyt liikkua pienessä ajassa kovin suurta matkaa, joten yhteys urasta 36 uran 35 kautta kammioon 28 saattaa vielä vuotaa nestettä läpi. Kun jakoventtiili 12 lähtee liikkeelle eteenpäin työntää se edellään nestettä, jolloin paine venttiilin etupään 21 edessä kasvaa ja takapään 22 takana laskee.

Etupään 21 edessä kohonnut paine pääsee kanavan 32 kautta vaikuttamaan minimipaineventtiiliin 27 pyrkien sulkemaan sitä. Jakoventtiilin takapään takana laskenut paine aiheuttaa kanavan 33 kautta paineen laskua myös matalapainekammiossa 30 edesauttaen minimipaineventtiilin 27 sulkeutumista.

Kun iskumäntä 2 on iskenyt vasten työkalua 3 kimmahtaa se paluusuuntaan. Jakoventtiili 12 on avannut yhteyden vaihtuvapainei-sesta kammiosta 10 reikien 16 kautta matalapainepiiriin 11. On selvää että männän paluuliikkeen aikana ei kaikki neste ehdi siirtyä matala-painekanavaan 11 liitettyä paluuletkua pitkin konetta käyttävän hydraulijärjestelmän säiliöön tai pumpun matalapainepuolelle, vaan sitä varastoituu myös matalapaineakkuun 24, josta sitä virtaa sitten ulos männän seisoessa takimmaisessa ääriasennossaan ja jopa osittain iskuliikkeenkin aikana. Männän paluuliikkeen aikana kasvaa paine paineakussa 24 mikä edesauttaa entisestäänkin minimipaineventtiilin 27 sulkeutumista.

Männän 2 paluuliikkeen aikana on korkeapaineisen öljyn kulutus vähäistä verrattuna pumpun antamaan tilavuusvirtaan. Tällöin nestettä alkaa varastoitua korkeapaineakkuun 34, jolloin paine korkea- 7 60362 painepiirissä 7 alkaa nousta. Kohoava paine korkeapainekammiossa 31 alkaa siirtää minimipaineventtiiliä 27 siten, että yhteys uran 35 kautta avautuisi. Jakoventtiili 12 on pysähtynyt etummaiseen vaimennuskammioonsa 25 ja paine päiden 21 ja 22 välillä samoinkuin kammioissa 28 ja 30 on tasoittunut. Tällätavoin minimipaineventtii-lin toiminta on tässä vaiheessa riippuvainen jousen 29 säätöarvosta sekä korkeapainepiirissä kasvavasta paineesta. Kun kammiossa 31 paine on kasvanut yli jousella 28 säädetyn arvon avautuu jakoventtii-lin 12 vaihtuvapaineisesta kammiosta 20 yhteys matalapainepiiriin 11. Tällöin jakoventtiili 12 alkaa liikkua paluusuuntaan korkeapaineen vaikutuksesta uran 13 yhteyteen järjestettyyn rengaspintaan sulke-akseen männän 2 vaihtuvapaineisesta kammiosta 10 yhteyden matalapainepiiriin 11 ja avatakseen yhteyden korkeapainepiiriin 6, jolloin mäntä lähtee uuteen iskuliikkeeseen.

Jakoventtiilin 12 liikkuessa paluusuuntaan kasvaa paine sen pienemmässä päässä 22 ja laskee suuremmassa päässä 21. Näin muodostunut paine-ero pääsee kanavien 33 ja 32 kautta vaikuttamaan minimi-paineventtiiliin 27 pyrkien avaamaan sitä suuremmalla. Tämä pienentää kammiossa 20 vallitsevaa painetta ja varmistaa jakoventtiilin 12 toiminnan, sillä korkeapainepiirissä 6 alkaa paine laskea välittömästi, kun mäntä lähtee iskusuuntaan jolloin minimipaineventtiili pyrkii sulkeutumaan liian aikaisin. Tämä vaara esiintyy varsinkin syötettäessä konetta pienillä tilavuusvirroilla.

Keksinnön mukaan voidaan jakoventtiilistä tehdä suurihal-kaisijäinen, jotta se läpäisee iskumännän suuret tilavuusvirrat pienillä painehäviöillä. Venttiilin liikkuessa päiden välille muodostuva suuri tilavuusvirta tasoitetaan paineakun ja sisäpuolisen porauksen avulla minkä lisäksi tilavuusvirrasta muodostuvaa paine-eroa käytetään hyväksi varmistamassa minimipaineventtiilin toimintaa. Jos koneeseen syötetty korkeapaineinen tilavuusvirta on pieni ehtii mäntä seisoa kauan takimmaisessa asennossaan ennenkuin uusi iskuliike alkaa. Jos syötetty tilavuusvirta kasvatetaan hyvin suureksi tai jousen 29 säätöarvoa alennetaan riittävästi kääntyy isku-mäntä kesken paluuliikettään uuteen iskuliikkeeseen saavuttamatta takimmaista ääriasentoa. Koneen iskunpituus pienenee tällöin ja iskuluku kasvaa korkeammaksi kuin tilavuusvirran lisäys edellyttäisi. Iskuenergia sitävastoin pienenee. Tätä ominaisuutta voidaan käyttää hyväksi monin eri tavoin. Näitä ei kuitenkaan tässä selvitetä tarkemmin. Keksinnön mukaisella laitteella voidaan saavuttaa huomattavasti tavanomaista parempi iskuteho koneen painoon ja syötettyyn tehoon verrattuna.

Claims (2)

1. 8 60362
2. 1. Hydraulisesti käytetty iskulaite, jossa on - runko (1), - rungossa edestakaisin isku- ja paluusuuntaan liikkuva, työkalua (3) vasten iskevä iskumäntä (2), - runkoon sovitettu korkeapainepiiri (6) ja matalapaine-piiri (11) paineakkuineen (34 ja 24), - iskumäntää ympäröivät kaksi painenestekammiota (5 ja 10), - ontto jakoventtiili (12) painenesteen ohjaamiseksi mainittuihin kammioihin mainituista painepiireistä (6 ja 11), - mäntään muodostettu ura (17), joka männän liikkuessa iskusuuntaan ennen iskua työkalua (3) vasten antaa jako-venttiilille ohjauspaineen sen liikkumiseksi sellaiseen asentoon, että männän paluuliike mahdollistuu, - minimipaineventtiili (27), joka paineen ylittäessä korkea-painepiirissä asetetun arvon, avaa jakoventtiilille ohjauspaineyhteyden sen liikkumiseksi sellaiseen asentoon, että männän iskuliike alkaa, - holkkimaiseen jakoventtiiliin koneistettu ohennus (13), joka on jatkuvasti avoinna vain toiseen painepiiriin (6), tunnettu siitä, että holkkimaisen jakoventtiilin (12) läpi kulkevasta virtauskanavasta johtaa kaksi erillistä kanavaa (32 ja 33) minimipaineventtiilin vastakkaisille puolille tehtyihin painekam-mioihin (28 ja 30) ja että jakoventtiili (12) on sijoitettu sanottujen kanavien (32 ja 33) väliin.