FI98402C

FI98402C - Piston design for drill axial bearing

Info

Publication number: FI98402C
Application number: FI954822A
Authority: FI
Inventors: Timo Muuttonen
Original assignee: Tamrock Oy
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1995-10-10
Publication date: 1997-06-10
Also published as: AU698429B2; FI98402B; WO1997013622A1; JPH11513320A; AU7218096A; EP0868263A1; CA2234390A1; FI954822A0

Description

98402 Mäntärakenne porakoneen aksiaalilaakeria varten98402 Piston structure for drill axial bearing

Keksinnön kohteena on mäntärakenne sellaisen pora-koneen aksiaalilaakeria varten, johon porakoneeseen kuuluu 5 runko, runkoon sovitettu iskumäntä ja sen aksiaalisella jatkeella sijaitseva poraniska sekä useita mäntiä, jotka on sovitettu runkoon poraniskan ympärille muodostettuihin aksiaalisuuntaisiin sylinteritiloihin ja on sovitettu vaikuttamaan poraniskaan sitä porakoneen etuosaan päin työn-10 tyvästi mäntien takapintaan vaikuttavan paineväliaineen vaikutuksesta.The invention relates to a piston structure for an axial bearing of a drilling machine comprising a body 5, an impact piston fitted to the body and a drill neck with its axial extension, and a plurality of pistons arranged in the body in axial cylindrical spaces formed around the drill neck 10 under the influence of a pressure medium acting on the rear surface of the pistons.

FI-patentissa 84 701 on esitetty kallioporakone, jossa poraniskaa tuetaan hydraulisella aksiaalilaakerilla. Aksiaalilaakeri on muodostettu niin, että porakoneen run-15 koon on porattu useita porakoneen akselin suuntaisia sy-linteritiloja, joissa kussakin on erillinen sylinterimäi-nen mäntä. Mäntien taakse sylinteritiloihin on johdettu paineväliainekanavat niin, että mäntiä voidaan paineväliaineen paineella työntää porakoneen etupäähän päin. Män-20 tien liikematka eteenpäin on rajoitettu. Mäntien ja poraniskan välillä on tukirengas, johon männät vaikuttavat, jolloin kaikkien mäntien painaessa tukirengasta samanaikaisesti niiden yhteinen työntövoima eteenpäin on suurempi kuin porakoneen syöttövoima ja tällöin poraniskan tukeu-25 tuessa välirenkaaseen se on iskukoneiston toiminnan kannalta optimaalisessa iskupisteessä.FI patent 84 701 discloses a rock drilling machine in which the drill neck is supported by a hydraulic axial bearing. The axial bearing is formed so that a plurality of cylindrical spaces parallel to the axis of the drilling machine, each with a separate cylindrical piston, are drilled in the size of the drill run-15. Behind the pistons, pressure medium channels are led into the cylinder spaces so that the pistons can be pushed towards the front end of the drilling machine under the pressure of the pressure medium. Business travel on the Män-20 road is limited. There is a support ring between the pistons and the drill neck, which is acted upon by the pistons, whereby when all the pistons simultaneously push the support ring, their combined forward force is greater than the drill feed force and then at the optimal impact point for the drill support.

Tällaisessa aksiaalilaakeroinnissa männät toimivat samalla välirengasta vasten olevana laakeripintana. Jotta ne kestäisivät tarvittavan kulutuksen ja rasituksen, ne on 30 valmistettava kokonaan kovametallista, mikä tekee niistä varsin kalliit. Eräs ongelma myöskin on, että rajoittimen tukiessa vain mäntien toiseen reunaan, männät ovat välillä epäsymmetrisesti tuettuja ja niihin kohdistuu tällöin vino voima, mikä asettaa suuria vaatimuksia runko-osan sylinte-35 ritilän kestävyydelle ja voitelulle.In such an axial bearing, the pistons at the same time act as a bearing surface against the intermediate ring. In order to withstand the necessary wear and tear, they must be made entirely of carbide, which makes them quite expensive. Another problem is that when the restrictor only supports one end of the pistons, the pistons are sometimes asymmetrically supported and are then subjected to an oblique force, which places great demands on the durability and lubrication of the cylinder-35 grating of the body part.

2 98402 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen mäntärakenne, jolla tällaisen aksiaalirakenteen kaikki edut ja mahdollisuudet voidaan mahdollisimman hyvin hyödyntää. Keksinnön mukaiselle mäntärakenteelle on omi-5 naista, että mäntärakenteeseen kuuluu varsinainen mäntä-osa, joka on tarkoitettu asennettavaksi runkoon muodostettuun sylinteritilaan, ja laakerikappale, joka on tarkoitettu asennettavaksi mäntäosan ja poraniskan välille män-täosan kanssa samanakselisesti.The object of the present invention is to provide a piston structure with which all the advantages and possibilities of such an axial structure can be utilized as much as possible. The piston structure according to the invention is characterized in that the piston structure comprises an actual piston part intended to be mounted in a cylinder space formed in the body and a bearing piece intended to be mounted between the piston part and the drill neck coaxially with the piston part.

10 Keksinnön olennainen ajatus on, että mäntärakenteen muodostaa kaksi erillistä osaa, joista toinen on varsinainen mäntäosa, joka voidaan tiivisteillä tiivistää sylinte-ritilan seinämiin niin, että mitään paineväliaineen vuotoa männän ohi ei olennaisesti tapahdu ja toinen osa vastaa-15 vasti erillinen, edullisemmin sylinterimäinen kovametal-linen laakeriosa, joka sijaitsee mäntäosan suhteen samanakselisesti, jolloin kovametalli kestää kulutuksen ja syntyvän rasituksen samalla, kun se kuormittaa mäntäosaa keskeisesti ja siten tarpeeton kuluminen vähenee ja mäntä-20 osassa voidaan käyttää halvempia materiaaleja.The essential idea of the invention is that the piston structure consists of two separate parts, one of which is the actual piston part, which can be sealed to the walls of the cylinder space so that no pressure medium leaks past the piston and the other part corresponds to a separate, more preferably cylindrical carbide a bearing part located coaxially with respect to the piston part, whereby the carbide withstands wear and stress while at the same time loading the piston part centrally and thus reducing unnecessary wear and cheaper materials can be used in the piston part 20.

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisessa kuviossa, joka esittää kaavamaisesti porakoneen etupäätä, joka on varustettu aksiaalilaakerilla ja keksinnön mukaisella män-tärakenteella.The invention is described in more detail in the accompanying figure, which schematically shows the front end of a drilling machine provided with an axial bearing and a piston structure according to the invention.

25 Kuviossa on esitetty osa porakoneen rungosta 1.25 The figure shows a part of the drill body 1.

Rungon 1 sisällä liikkuu sinänsä tunnetulla tavalla isku-mäntä 2, jonka iskutoiminta on yleisesti tunnettua ja alan ammattimiehelle itsestään selvää eikä sitä sen vuoksi tässä ole esitetty. Iskumännän 2 edessä sen kanssa samanakse-30 lisesti on poraniska 3, johon iskumäntä lyö ja aikaansaa sen seurauksena poraniskan 3 jatkeena normaalisti olevan, ei esitetyn poranterän iskeytymisen kiveen sen rikkomiseksi. Poraniskaa 3 pyöritetään normaalisti sinänsä tunnetulla pyöritysmoottorilla, mikä on sinänsä täysin tunnettua 35 ja alan ammattimiehelle itsestäänselvä eikä sitä sen vuok- 3 98402 si ole tässä sen tarkemmin esitetty. Tällainen porakoneen ja siihen liittyvän aksiaalilaakerin toiminta on yksityiskohtaisesti selostettu FI-patentissa 84 701, jonka esittämät seikat katsotaan kuuluvaksi tämän patenttihakemuksen 5 selitykseen.An impact piston 2 moves inside the body 1 in a manner known per se, the impact operation of which is generally known and self-evident to a person skilled in the art and is therefore not shown here. In front of the impact piston 2, coaxially therewith, is a drill neck 3 into which the impact piston strikes and consequently causes the drill bit 3, not shown as an extension of the drill neck 3, to strike the rock in order to break it. The drill neck 3 is normally rotated by a rotation motor known per se, which is completely known per se and is obvious to a person skilled in the art and is therefore not described in more detail here. Such operation of the drilling machine and the associated axial bearing is described in detail in FI patent 84,701, the points of which are considered to be part of the description of this patent application 5.

Rungossa 1 on iskumännän kanssa samanakselisesti porauksia, jotka muodostavat sylinterimäiset sylinteriti-lat 4. Kaikki sylinteritilat on kytketty paineväliaineläh-teeseen esimerkiksi mainitun FI-patentin 84 701 mukaisella 10 rengaskanavalla tai muulla vastaavalla tavalla niin, että sylinteritiloihin 4 voidaan syöttää paineellista painevä-liainetta. Kussakin sylinteritilassa 4 on mäntäosa 5, jossa on yksi tai useampi rengasmainen tiiviste 6 mäntäosan ja sylinteritilan välillä. Mäntäosan 5 edessä kuviossa 15 vasemmalla on sen kanssa samanakselisesti sylinterimäinen kovametailinen laakerikappale 7. Kaikkien mäntäosien edessä olevien laakerikappaleiden pitämiseksi paikallaan ja keskenään oikeassa asennossa porakoneessa on ohjausrengas 8, jossa on sylinterimäinen tila kullekin laakerikappa-20 leelle 7. Tämä ohjaa laakerikappaleen 7 jatkuvasti oikeaan asentoon eli koaksiaalisesti mäntäosan 5 kanssa. Ohjain-renkaan 8 etureunassa eli kuviossa vasemmalla on sisäänpäin edullisesti rengasmainen olake 8a, joka ulottuu laakerikappaleen 7 sylinterimäisen tilan kohdalle niin, että 25 laakerikappale 7 voi työntyä eteenpäin ulokkeen 8a pintaa vasten, mutta ei yhtään sen pidemmälle. Laakerikappaleiden 7 ja poraniskan 3 välillä on tukiholkki 9, jonka toiseen, kuviossa oikean puoleiseen pintaan laakerikappaleet 7 painautuvat ja joka toisesta päästään eli kuviossa vasemmalla 30 työntyy poraniskaa 3 päin. Mäntäosan 5 ympäriltä voi vielä johtaa ulos erillinen poistokanava 10, jota kautta tiivisteiden 6 ohi mahdollisesti virrannut paineväliaine saadaan poistetuksi niin, että se ei virtaa poraniskaan. Myös tämä paineväliaineen poisto voidaan toteuttaa useilla eri ta-35 voilla.The body 1 has bores coaxially with the percussion piston which form cylindrical cylindrical spaces 4. All cylinder spaces are connected to the pressure medium source, for example by means of 10 annular passages according to said FI patent 84 701 or the like so that pressurized pressure can be supplied to the cylinder spaces 4. Each cylinder space 4 has a piston part 5 with one or more annular seals 6 between the piston part and the cylinder space. In front of the piston part 5 in Fig. 15 on the left there is a cylindrical carbide bearing piece 7 coaxially with it. To keep all bearing pieces in front of the piston parts in place and in the correct position, the drill has a guide ring 8 with a cylindrical space for each bearing housing 20. coaxially with the piston part 5. At the front edge of the guide ring 8, i.e. on the left in the figure, there is inwards preferably an annular shoulder 8a extending at the cylindrical space of the bearing body 7 so that the bearing body 7 can protrude against the surface of the projection 8a, but not beyond it. Between the bearing pieces 7 and the drill neck 3 there is a support sleeve 9, on one surface of which, in the figure, the bearing pieces 7 are pressed and which at its other end, i.e. on the left in the figure 30, protrudes towards the drill neck 3. A separate discharge channel 10 can still lead out around the piston part 5, through which any pressure medium which may have passed past the seals 6 can be discharged so that it does not flow into the drill neck. This removal of the pressure medium can also be carried out in several different ways.

4 984024 98402

Kun mäntäosien 5 taakse syötetään paineväliainetta, ne työntävät laakerikappaleita 7 eteenpäin, jolloin kaikkien mäntien takana vaikuttavan painenesteen aikaansaama yhteinen voima ylittää porakoneen syöttövoiman ja työntää 5 poraniskan optimaaliseen iskuasentoonsa. FI-patentissa 84 701 esitetty ratkaisu, jossa mäntien mahdolliset liikepi-tuudet ovat ainakin osittain eri mittaiset, saadaan aikaan siten, että ohjainrenkaaseen 8 on työstetty osalle mäntä-osista syvennys 8b, jolloin ne voivat painua syvemmälle ja 10 siten työntää vastaavaa laakerikappaletta 7 pidemmälle tukemaan poraniskaa pidemmän matkaa aksiaalisuunnassa.When pressure medium is fed behind the piston parts 5, they push the bearing pieces 7 forward, whereby the combined force exerted by the pressure fluid acting behind all the pistons exceeds the feed force of the drilling machine and pushes the drill neck 5 to its optimal impact position. The solution presented in FI patent 84 701, in which the possible movement lengths of the pistons are at least partially different, is achieved by machining a recess 8b in part of the piston parts, so that they can sink deeper and thus push the corresponding bearing piece 7 further to support longer than the drill neck in the axial direction.

Keksintöä on edellä selityksessä ja piirustuksissa esitetty vain esimerkinomaisesti eikä sitä millään tavoin rajoitettu siihen. Olennaista on, että mäntärakenteessa on 15 erillinen mäntäosa ja sen lisäksi erillinen laakerikappale niin, että ne ovat keskenään samanakselisesti, jolloin laakerikappale voidaan valmistaa enemmän kulutusta kestävästä materiaalista ja vastaavasti mäntäosa voidaan tehdä edullisemmasta materiaalista ja saada kunnolla tiiviste-20 tyksi sylinteritilaansa erillisten tiivisteiden avulla.The invention has been described above in the description and in the drawings only by way of example and is in no way limited thereto. It is essential that the piston structure has 15 separate piston parts and in addition a separate bearing piece so that they are coaxial with each other, so that the bearing piece can be made of a more wear-resistant material and the piston part can be made of a cheaper material and properly sealed in its cylinder space by separate seals.

Eri pituudelle liikkuvien mäntäosien taakse voidaan myös johtaa eripaineista paineväliainetta kytkemällä esimerkiksi saman liikepituuden omaavat mäntäosat 5 keskenään samaan paineväliainekanavaan, mutta erilleen toisen liikepi-25 tuuden omaavien mäntäosien paineväliainekanavista. Mäntä-osa 5 ja sylinteritilan 4 välille voidaan käyttää joko yksi tai useampi tiiviste ja tiivisteet voidaan asentaa joko mäntäosissa oleviin uriin tai sylinteritilassa oleviin uriin käytettävästä ja halutusta valmistustekniikasta 30 riippuen. Ohjausrengas 8 voidaan korvata myös rungossa olevilla ohjausrei'illä, mikäli se esimerkiksi valmistus-syistä katsotaan tarpeelliseksi. Edelleen poistokanavaa 10 voidaan käyttää johtamaan välyksien läpi virrannut pai-neneste pois silloin, kun mäntäosan 5 ja sylinteritilan 4 35 välillä on vain yksi tiiviste. Eri liikepituuksia omaavat 5 98402 mäntäosat voidaan kytkeä paitsi täysin toisistaan erillisiin painenestesyöttökanaviin myös joko samaan painenes-teen syöttökanavaan tai erillisten painesäätimien kautta samasta kanavasta painenestettä saavaksi. Mäntien sylinte-5 ritilät voivat olla poraniskan ympärillä sekä symmetrisesti samalla kehällä että eri tavoin poraniskan ympärille sijoitettuna.Behind the piston parts moving for different lengths, a pressure medium of different pressures can also be led, for example by connecting piston parts 5 of the same stroke length to each other in the same pressure medium channel, but separately from the pressure medium channels of piston parts of different stroke length. Either one or more seals can be used between the piston part 5 and the cylinder space 4, and the seals can be mounted either in the grooves in the piston parts or in the grooves in the cylinder space, depending on the manufacturing technique 30 used and desired. The guide ring 8 can also be replaced by guide holes in the body, if it is considered necessary, for example for manufacturing reasons. Furthermore, the outlet channel 10 can be used to direct the pressure fluid flowing through the clearances when there is only one seal between the piston part 5 and the cylinder space 435. The piston parts 5 98402 having different stroke lengths can be connected not only to completely separate pressure fluid supply channels but also either to the same pressure fluid supply channel or via separate pressure regulators to receive pressure fluid from the same channel. The cylinders-5 gratings of the pistons can be around the drill neck both symmetrically on the same circumference and in different ways placed around the drill neck.

Claims

98402

A piston structure for an axial bearing of a drilling machine comprising a body (1), an impact piston (2) fitted to the body 5 and a drill neck (3) with an axial extension thereof, and a plurality of pistons arranged in the body (1) around the drill neck (3). formed in the axial cylindrical spaces (4) and is adapted to act on the drill neck (3) projecting towards the front of the drilling machine by a pressure medium acting on the rear surface of the pistons, characterized in that the piston structure comprises an actual piston part (5) for mounting on the body. , and a bearing piece (7) for mounting between the piston part (5) and the drill neck (3) coaxially with the piston part (5).

Piston structure according to Claim 1, characterized in that the bearing body (7) is made of carbide or a similar wear-resistant material.

Piston structure according to Claim 1 or 2, characterized in that both the piston part (5) and the bearing body (7) have a substantially cylindrical cross-section.

Piston structure according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a channel (10) leading out of the cylinder space (4) is formed in the body (1) to remove the pressure medium flowing through the clearances of the piston part (5) and the cylinder space (4).

Piston structure according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that at least one recess is formed in the piston part (5) for an annular seal (6) for sealing the surface between the piston part (5) and the cylinder space (4). 35 98402

Piston structure according to Claim 5, characterized in that at least two recesses are formed in the piston part (5) for the annular seal (6) at a distance from each other greater than the travel length of the piston part (5) in the cylinder space (4). any spilled pressure medium can be led out between the seals (6) by means of a channel (10) formed in the body (1).

Piston structure according to one of the preceding claims, characterized in that at least one recess is formed in the inner surface of the cylinder space (4) for an annular seal for sealing the surface between the piston part (5) and the cylinder space (4). 98402