JPH09506688A - Hole drilling machine - Google Patents
Hole drilling machineInfo
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- JPH09506688A JPH09506688A JP7516703A JP51670395A JPH09506688A JP H09506688 A JPH09506688 A JP H09506688A JP 7516703 A JP7516703 A JP 7516703A JP 51670395 A JP51670395 A JP 51670395A JP H09506688 A JPH09506688 A JP H09506688A
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- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
- E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
- E21B4/14—Fluid operated hammers
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Abstract
(57)【要約】 本発明の孔内削岩機は、端部でのみ案内されるピストン・ハンマ(24)を備えた管状ハウジング(12)を有し、その前部はハウジング内の肩部(13)に対する支えとなる案内ブシュ(18)によって案内され、その後端は弁ハウジング(20)によって案内される。案内ブシュ(18)、弁ハウジング(20)およびそれらの間の離間チューブ(19)は、機械ハウジング(12)に螺合したバック・ヘッド(22)によって肩部(13)に対して一緒に締め付けられている。バック・ヘッドが所定位置に螺合したとき、離間チューブ(19)は、その長さの少なくとも0.3/1000、好ましくは、その長さの0.8〜3/1000軸線方向に圧縮されるようになっている。この構成によれば、頑丈な機械を得ることができ、また、機械の組み立て、分解が簡単になる。長さの公差は重要でなくなり、種々の機械部品の加工もそれほど重要でなくなる。 (57) [Summary] The hole drilling machine of the present invention has a tubular housing (12) with a piston hammer (24) guided only at the end, the front part of which is a shoulder in the housing. It is guided by a guide bush (18) serving as a support for (13), and its rear end is guided by a valve housing (20). The guide bush (18), the valve housing (20) and the spacing tube (19) between them are clamped together against the shoulder (13) by a back head (22) screwed onto the machine housing (12). Has been. When the back head is screwed into place, the spacing tube (19) is adapted to be axially compressed at least 0.3 / 1000 of its length, preferably 0.8 to 3/1000 of its length. There is. With this configuration, a sturdy machine can be obtained, and the machine can be easily assembled and disassembled. Length tolerances become less important, and machining of various mechanical parts becomes less important.
Description
【発明の詳細な説明】 孔内削岩機 本発明は、ピストン・ハンマの前端を案内するように案内ブシュを前端に設け た管状ハウジングと、ピストン・ハンマの後端を案内するように機械ハウジング の後端に配置した弁ハウジングとを包含する孔内削岩機に関する。 本発明の目的は、このような機械をより構造簡単にすることにあり、特に、軸 線方向公差についての要求を低減し、機械の組み立て、分解を簡略化することを 目的とする。これらおよび他の目的を達成すべく、本発明は特許請求の範囲に記 載されている特徴を与えられている。 以下、本発明をその一実施例を示す図面を参照しながら説明する。 第1図および第2図は、共に、本発明による孔内削岩機の側面図である。第1 図は機械の後部を示しており、第2図は前部を示している。機械の中間部は図示 していない。 図に示す孔内削岩機はハウジングを有する。ハウジングの主要部分は円筒状の チューブ12であり、このチューブは内側肩部13と各端部における内ねじとを有す る。 ドリル・ビット14がチューブ12内に螺合されたスリーブ15によってハウジング 内に保持されている。スリーブ15はドリル・ビットとスプライン結合している。 ドリル・ビットはハウジング内でスリーブ15と案内ブシュ16によって案内される 。そして、止めリング17がドリル・ビットが抜け落ちるのを防いでいる。したが って、ドリル・ビット14は限られた距離を通してハウジング12内で軸線方向に移 動 できるが、ハウジングに対して相対的に回転することはできない。従来と同様に 、ドリル・ビット14は軸線方向のフラッシング流体流路を有する。この流路はそ の前面にあるフラッシング流体放出孔で終わっている。 案内ブシュ18が肩部13に対する支えとなっている。そして、離間スリーブ19が 案内ブシュ18の支えとなっている。バック・ヘッド38を持つ弁ハウジング20は離 間スリーブ19に対する支えとなっている。そして、フィルタ21aを持つチューブ 状のフィルタ支え21は弁ハウジング20のバック・ヘッド38の支えとなっている。 機械ハウジングのバック・ヘッド22はチューブ12の後端に螺合させてあり、肩部 13に対して部品18、19、20、38、21を軸線方向に締め付けるように配置してある 。これらの部品18、19、20、38、21は一緒になって1つのばねとして作用する。 そして、それらの合計長さは、バック・ヘッド22が螺合されたとき圧縮されるよ うな長さとなっている。軸線方向の全圧縮は0.4〜2mmであるのが好ましい。離 間スリーブ19は、その優先的な長さならびに横断面での鋼面積が比較的小さいた めに、この圧縮に最も寄与する。その長さの少くとも0.3、好ましくは、0.8〜3 /1000(promille)に圧縮されるようになっている。フィルタ支え21は離間スリー ブ19とほぼ同じ鋼の横断面積を持つが、それより短い。したがって、ばね作用へ の貢献度は小さい。このように、弁ハウジング20のバック・ヘッド38は、弁ハウ ジング20の主要な部分に対して締め付けられる。機械ハウジングのバック・ヘッ ド22は、回転を削岩機に伝える従来のドリル・チュービングに螺合されるように なっている。このドリル・チュービングは圧力水の形の液圧駆動流体も削岩機に 送る。したがって、作動に際して、弁ハウジング 20の後部にある環状スペース58は濾過済みの加圧水で絶えず満たされる。機械を 組み立てるとき、全ての部品18、19、20、38、21を上下にゆるく重ねる。これは 、組立を単純にして、軸線方向公差についての要求を減らす。余分な公差は軸線 方向の弾性圧縮によって吸収される。全ての部分は容易に機械ハウジング内で滑 動する。したがって、機械を分解しようとするときに取り外すのが容易である。 チューブ23は弁ハウジング20の一部をなしている。貫通流路25を持つピストン ・ハンマ24は案内ブシュ18内で案内される前端部を有する。ピストン・ハンマ24 の後端27は、弁ハウジング20内で弁ハウジングのスリーブ状前部35と弁ハウジン グのチューブ23の間に形成された環状のシリンダ室26(駆動室)内に延びている 。したがって、ピストン・ハンマ24の後端はシリンダ室26の壁、すなわち弁ハウ ジング20によって案内される。ピストン・ハンマ24の後端27は後部端壁29を持つ 溝28を有する。したがって、ピストン・ハンマ24は端壁29の後に定まった外側案 内面30を有する。ピストン・ハンマ24はまた定まった長さの内側案内面31を有す る。外側、内側の案内面30、31はほぼ同じ長さが適当である。案内面の実際の長 さは、案内面18(ピストン・ハンマの前端)と案内面30、31(ピストン・ハンマ の後端)によって決まる。そして、それはピストン・ハンマ24の長さの小部分の みを吸収する。実際の案内長さはピストン・ハンマの長さの20%未満である。ピ ストン・ハンマ24の主要部分32はこれらの案内面間にある。そして、それは機械 ハウジング12の離間スリーブ19まで広いすきまを有する。ピストン・ハンマをで きるだけ重くするために、ピストン・ハンマー24の主要部分32は、その案内され る端部と比べて半径方向に大きくするのが適当である。 ピストン・ハンマの、案内ブシュ18に対して滑動する案内面33は、弁ハウジン グ20に対する案内面30よりも小さい直径を有する。したがって、ピストン・ハン マは、案内ブシュ18と弁ハウジング20の間に軸線方向に形成された前部駆動室34 内にピストン面積差を持つことになる。溝28と前部案内面33が同じ直径を有する ならば、この面積差は、面積36によって、すなわち、溝28の後壁29の面積によっ て表わされる。この面積差は、後部シリンダ室26内の環状ピストン面積37よりよ り小さい。 弁ハウジング20は、3つの環状の制御室45、46、47にある3つの制御面A1、 A2、A3を持つスプール弁40を収容している。面A3の有効面積は、面A1の 近くの弁40のすべり面の直径が面A2の近くのすべり面の直径より大きいので、 面積差となる。これらの面積間の関係は、A3<A1<A2+A3である。面積 A2は面積A3より大きい。A1とA2が等しいかほぼ等しく、A3の約2倍ほ どの大きさであると適当である。もう一つの環状の室48がある。この環状の室48 は、弁40がその図示位置にあるときに環状の室47に通じる。弁40がその他の位置 内のあるとき、弁ハウジング内の肩部49は、室47と48を切り離す。弁40は一連の 大きい穴50と2つの小さい穴51とを有する。 制御ダクト52が環状の室46と後部シリンダ室26間に通じている。そして、それ は後部シリンダ室26に通じる制御ポート53を有する。もう一つの制御ダクト54が 環状の室45と後部駆動室26の間に通じている。そして、制御ダクト54は駆動室26 と34のそれぞれに通じる制御ポート55、56を有する。多数の平行流路57が弁ハウ ジング20を通して軸線方向に延びている。これらの平行流路は弁ハウジング20の 後部で前部駆動室34を絶えず加圧されるスペース58と接続する。多数の流路59が 後部の駆動室26に通じる一連のポート60を環状の室48に通じる一連のポート61と 接続している。多数の流路が環状の室47に通じる一連のポート62を弁ハウジング 20の後部にある常時加圧スペース58と接続している。 機械の作動サイクルを以下に説明する。 ここで、弁40がその図示の位置にあり、そして、ピストン・ハンマ24がちょう どその前進作業行程を開始してドリル・ビット14と衝突したと仮定する。(ピス トン・ハンマ24は衝突位置に示してある。)ポート62、61と60を通して、弁40は 後部のシリンダ室26を連続的に圧力下にある室58と接続する。弁の制御面A1は 、ピストン・ハンマ24の全作業行程中、圧力の下にある。制御流路54の制御ポー ト56が最初に連続的に加圧された前部駆動室34に対して開き、そして、ポート56 が閉じてすぐに、制御流路54の制御ポート55が圧力下にある後部駆動室26に開く からである。図示のように、ピストン・ハンマの案内面30の長さは、両ポート56 、55が短い期間閉じるようにしてもよい。しかしながら、この期間は制御流路54 内の圧力に影響しない程度に短くなければならない。したがって、制御流路52の 制御ポート53が閉じられる限り、弁40は、面積A1が面積A3を凌駕するので、 その図示の前方位置に安定状態で留まることになる。環状室46からの漏洩は、環 状の室46内で圧力が上昇するのを防ぐ。 作業行程にあるピストン・ハンマが制御流路54の制御ポート55を開いた直後に 制御流路52の制御ポート53を開いたとき、制御流路52と環状の室46が加圧される 。次に圧力下に置かれた面積A2はすでに圧力下にある面積A1と等しいので、 これらの面積は互いに釣り 合う。そして、面積A3は、弁を図示しないその後方位置に移動させることにな る。弁40の穴51が環状の室46へ開くことになるが、これらの孔は環状の室46の加 圧を妨げるほど大きくはない。穴51を通る漏洩は全動力効率に大きく影響するほ ど大きくない。弁40は減衰室を遮断するノーズ部65によって制動を受ける。その ため、弁はその図示されていない後部位置に到着する前に減速される。したがっ て、弁が跳ね返る傾向がない。環状の室48は、環状の室47から遮断され、弁の穴 50を通して弁内部に連絡する。チューブ23を通して、弁の内部は連続的にピスト ン・ハンマ内の流路25に開く。そして、常に、流路25はドリル・ビット14内のフ ラッシング流体流路に開いている。したがって、後部の駆動室26は、ピストン・ ハンマがその衝突位置に到着すると同時に、減圧されることになる。そして、連 続的に加圧された前部の駆動室34はその戻り行程でピストン・ハンマを後方へ駆 動し始める。 制御ポート53と55の相対的な軸線方向の位置は変えることができる。そして、 制御ポート53がポート55の軸線方向前方にある必要はない。 したがって、ピストン・ハンマ24の戻り行程中に後部駆動室26から流れる水は 、地面に掘抜いた穴から廃石を洗い流すためのフラッシング流体として利用され る。 後部の駆動室26が減圧されると、制御面A1とA2は、両方とも減圧される。 制御流路52のポート55と制御流路52のポート53が後部駆動室26に開くことになる からである。 戻り行程の間、ピストン・ハンマ24はポート55と53を閉じる。しかしながら、 環状の室46は弁を貫く小さい穴51を通してドレン状態 に留まる。次に、ピストン・ハンマー24は制御流路54のポート56を開く。そのた め、制御流路54と環状の室45が前部駆動室34から加圧され、面A1が加圧される ことになる。面A2が加圧されないので、面A1は弁40をその図示した前方位置 に強制的に切り換える。弁40の前方移動の最後の部分で、弁の2つの小さい穴51 は環状の室46から遮断される。そして、圧力が制御面A2に対して上昇するため に、室46および制御流路53内に閉じ込められた水が弁が到達する前に弁を減速す る。この圧力は、弁の大きい穴50の列が環状の室46に近いので、前方位置に安定 状態で留まっている弁を危険にさらすほど高くなることはない。穴50からの漏洩 は、弁40の端からの漏洩と共に、比較的大きく、閉じたポート53への漏洩より大 きくなる。今や、弁はポート62、61、60とポート61、60間の流路59を通して後部 駆動室26を加圧することになる。その結果、ピストン・ハンマが先に述べたよう にその作業行程において減速し、回転し、加速し、そして、このサイクルが繰り 返される。Detailed Description of the Invention Hole drilling machine The present invention provides a guide bush at the front end so as to guide the front end of the piston hammer. Tubular housing and machine housing to guide the rear end of piston hammer A hole drilling machine including a valve housing arranged at the rear end of the hole. The object of the invention is to make such a machine more structurally simple, in particular To reduce the demands on linear tolerances and simplify machine assembly and disassembly. To aim. To the accomplishment of these and other objectives, the invention is set forth in the following claims. Given the features listed. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings showing an embodiment thereof. 1 and 2 are both side views of the borehole rock drilling machine according to the present invention. First The figure shows the rear part of the machine and FIG. 2 shows the front part. The middle part of the machine is shown I haven't. The hole drilling machine shown has a housing. The main part of the housing is cylindrical A tube 12, which has an inner shoulder 13 and internal threads at each end You. Housing with sleeve 15 with drill bit 14 screwed into tube 12 Is held within. The sleeve 15 is splined with the drill bit. The drill bit is guided in the housing by the sleeve 15 and the guide bushing 16. . And the stop ring 17 prevents the drill bit from falling out. But Therefore, the drill bit 14 moves axially within the housing 12 through a limited distance. Movement Yes, but not relative to the housing. As before , The drill bit 14 has an axial flushing fluid flow path. This channel is Ends with a flushing fluid discharge hole on the front of the. A guide bush 18 supports the shoulder 13. And the separation sleeve 19 Supports the guide bush 18. The valve housing 20 with the back head 38 Supports the inter-sleeve 19. And the tube with the filter 21a The filter support 21 in the form of a square supports the back head 38 of the valve housing 20. The back head 22 of the machine housing is screwed onto the rear end of the tube 12 and the shoulder Arranged so that parts 18, 19, 20, 38, 21 are tightened axially with respect to 13 . These parts 18, 19, 20, 38, 21 together act as a spring. And their total length is compressed when the back head 22 is screwed on. It has a long length. The total axial compression is preferably 0.4-2 mm. Separation The inter-sleeve 19 has a relatively small steel area in its preferential length and cross section. Therefore, it contributes most to this compression. Its length is at least 0.3, preferably 0.8-3 It is designed to be compressed to / 1000 (promille). The filter support 21 is a separated three It has about the same steel cross-section as Bu19 but is shorter. Therefore, to spring action Has a small contribution. Thus, the back head 38 of the valve housing 20 is Tightened to the main part of the ging 20. Machine housing back head Do 22 to be screwed onto conventional drill tubing that conveys rotation to the rock drill Has become. This drill tubing can also be used as a rock drill for hydraulically driven fluid in the form of pressure water. send. Therefore, in operation, the valve housing The annular space 58 at the rear of 20 is constantly filled with filtered pressurized water. Machine When assembling, loosely stack all parts 18, 19, 20, 38, 21 up and down. this is , Simplifying assembly and reducing demands on axial tolerances. Extra tolerance axis Absorbed by elastic compression in the direction. All parts easily slide in the machine housing. Move. Therefore, it is easy to remove when trying to disassemble the machine. The tube 23 forms part of the valve housing 20. Piston with through passage 25 The hammer 24 has a front end guided in the guide bushing 18. Piston hammer 24 The rear end 27 is connected to the valve housing sleeve front 35 and the valve housing within the valve housing 20. Extends into an annular cylinder chamber 26 (drive chamber) formed between the tubes 23 . Therefore, the rear end of the piston hammer 24 is connected to the wall of the cylinder chamber 26, that is, the valve housing. Guided by Jing 20. The rear end 27 of the piston hammer 24 has a rear end wall 29. It has a groove 28. Therefore, the piston hammer 24 is designed outside the end wall 29. It has an inner surface 30. Piston hammer 24 also has a fixed length inner guide surface 31 You. It is suitable that the outer and inner guide surfaces 30 and 31 have substantially the same length. Actual length of guideway Guide surface 18 (front end of piston hammer) and guide surfaces 30, 31 (piston hammer Rear end). And it is a small part of the length of the piston hammer 24 Absorb only. The actual guide length is less than 20% of the piston hammer length. Pi The main part 32 of the Ston Hammer 24 lies between these guideways. And it is a machine It has a wide clearance up to the spacing sleeve 19 of the housing 12. With piston hammer In order to be as heavy as possible, the main part 32 of the piston hammer 24 is It is suitable to make it larger in the radial direction than the end portion. The guide surface 33 of the piston hammer, which slides on the guide bush 18, is fitted with a valve housing. It has a smaller diameter than the guide surface 30 for the guide 20. Therefore, the piston han The front drive chamber 34 formed in the axial direction between the guide bush 18 and the valve housing 20. There will be a piston area difference within. Groove 28 and front guide surface 33 have the same diameter Then this area difference is due to the area 36, i.e. the area of the rear wall 29 of the groove 28. Is represented. This area difference is due to the annular piston area 37 in the rear cylinder chamber 26. Small The valve housing 20 has three control surfaces A1 in three annular control chambers 45, 46, 47, A spool valve 40 having A2 and A3 is housed. The effective area of surface A3 is Since the diameter of the sliding surface of the nearby valve 40 is larger than the diameter of the sliding surface near the surface A2, Area difference. The relationship between these areas is A3 <A1 <A2 + A3. area A2 is larger than area A3. A1 and A2 are equal or almost equal, and about twice as large as A3. Any size is suitable. There is another annular chamber 48. This circular chamber 48 Communicates with the annular chamber 47 when the valve 40 is in its illustrated position. Valve 40 in other positions When inside, a shoulder 49 in the valve housing separates chambers 47 and 48. Valve 40 is a series of It has a large hole 50 and two small holes 51. A control duct 52 leads between the annular chamber 46 and the rear cylinder chamber 26. And that Has a control port 53 leading to the rear cylinder chamber 26. Another control duct 54 It communicates with the annular chamber 45 and the rear drive chamber 26. The control duct 54 is connected to the drive chamber 26. And control ports 55, 56 leading to 34 and 34, respectively. Many parallel channels 57 It extends axially through the ging 20. These parallel flow paths of the valve housing 20 The front drive chamber 34 is connected at the rear with a space 58 which is constantly pressurized. Many channels 59 A series of ports 60 leading to the rear drive chamber 26 and a series of ports 61 leading to the annular chamber 48 Connected. A series of ports 62 with a number of flow paths leading to the annular chamber 47 have a valve housing It is connected to the constant pressure space 58 at the rear of 20. The operating cycle of the machine is described below. Now the valve 40 is in its illustrated position and the piston hammer 24 is hinged. Suppose that you started its forward working stroke and collided with drill bit 14. (Piss Ton Hammer 24 is shown in the collision position. ) Through ports 62, 61 and 60 valve 40 The rear cylinder chamber 26 is continuously connected to a chamber 58 under pressure. The control surface A1 of the valve is , Under pressure during the entire working stroke of the piston hammer 24. Control port of control channel 54 56 first opens to the continuously pressurized front drive chamber 34, and port 56 Control port 55 of control flow path 54 opens to rear drive chamber 26 under pressure shortly after Because. As shown, the length of the piston hammer guide surface 30 is , 55 may be closed for a short period of time. However, during this period, the control flow path 54 It must be short enough not to affect the pressure inside. Therefore, the control flow path 52 As long as control port 53 is closed, valve 40 has area A1 that exceeds area A3, It will remain stable in the front position shown. The leakage from the annular chamber 46 Prevents pressure buildup in the chamber 46. Immediately after the piston hammer in the working stroke opens the control port 55 of the control channel 54 When the control port 53 of the control channel 52 is opened, the control channel 52 and the annular chamber 46 are pressurized. . Then the area A2 put under pressure is equal to the area A1 already under pressure, These areas are fishing each other Fit. The area A3 is to move the valve to its rear position (not shown). You. The holes 51 in the valve 40 will open into the annular chamber 46, but these holes will add to the annular chamber 46. Not big enough to hinder pressure. Leakage through hole 51 has a significant effect on overall power efficiency. Not big. The valve 40 is braked by the nose portion 65 which shuts off the damping chamber. That Thus, the valve is decelerated before reaching its rear position, not shown. Accordingly And the valve does not tend to bounce. The annular chamber 48 is isolated from the annular chamber 47, and the valve hole Contact inside the valve through 50. Through tube 23, the inside of the valve is continuously Open in channel 25 in the hammer. And, at all times, the flow path 25 is the flap in the drill bit 14. Open to lashing fluid flow path. Therefore, the rear drive chamber 26 As soon as the hammer arrives at the collision location, it will be decompressed. And Ren The front drive chamber 34, which is continuously pressurized, drives the piston hammer rearward on its return stroke. Start moving. The relative axial position of control ports 53 and 55 can be varied. And Control port 53 need not be axially forward of port 55. Therefore, the water flowing from the rear drive chamber 26 during the return stroke of the piston hammer 24 is Used as a flushing fluid to wash away waste stones from holes dug in the ground You. When the rear drive chamber 26 is depressurized, both control surfaces A1 and A2 are depressurized. Port 55 of control channel 52 and port 53 of control channel 52 will open to rear drive chamber 26 Because. During the return stroke, piston hammer 24 closes ports 55 and 53. However, The annular chamber 46 is drained through a small hole 51 through the valve. Stay in. The piston hammer 24 then opens the port 56 in the control channel 54. That Therefore, the control flow path 54 and the annular chamber 45 are pressurized from the front drive chamber 34, and the surface A1 is pressurized. Will be. Since surface A2 is not pressurized, surface A1 will position valve 40 in its illustrated forward position. Switch to forcibly. At the end of the forward movement of valve 40, two small holes 51 in the valve Is isolated from the annular chamber 46. Since the pressure rises with respect to the control surface A2 In addition, water trapped in the chamber 46 and control flow path 53 slows down the valve before it reaches it. You. This pressure stabilizes in the forward position because the row of large valve holes 50 is close to the annular chamber 46. It is not high enough to jeopardize a valve that remains stuck. Leak from hole 50 Is larger with leakage from the end of valve 40 and greater than leakage into closed port 53. I hear The valve is now aft through the passage 59 between ports 62,61,60 and ports 61,60. The drive chamber 26 will be pressurized. As a result, as Piston Hammer mentioned earlier Slows down, spins, accelerates, and this cycle repeats returned.
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