KR100322796B1 - 충격식해머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격식 천공장치로서, 상기 몸체 부분상에 몸체 부분과 피스톤 헤드를 구비한 충격식 해머가 제공되고, 상기 피스톤 헤드는 상기 몸체 부분보다 더큰 외부 주변을 가지며, 상기 몸체 부분과 상기 피스톤 헤드는 상기 해머의 길이 방향을 따라 모든 지점에서 동일한 단면적을 가지며, 상기 피스톤 헤드는 상기 몸체 부분의 한 단부에 배치되고 그리고 깔때기 형인 충격식 장치이다.

Description

충격식 해머

통상적으로, 공압식 착암기는 내부에 원통형의 챔버가 형성되어 있는 하우징과, 그리고 이러한 하우징의 챔버내로 장착되는 왕복운동식 해머를 포함하고 있다. 챔버의 일단부에는 모루 혹은 생크가 위치되어 있는데, 이러한 모루 혹은 생크는 해머에 의해서 타격되어 지도록 구성되어 있다. 즉, 해머의 어느 한쪽 측면쪽의 실린더로 압축공기가 공급되면, 실린더내에서 해머가 왕복운동하면서 생크를 반복적으로 타격하도록 구성되어 있다.

어떤 경우에는, 해머와 드릴 비트 사이의 스트링(string)내에 다수의 드릴 로드가 연결되어 있는데, 이를 드릴 로드는 드릴가공되는 구멍의 바닥까지 도달되도록 구성되어 있다. 이들 드릴 로드는 축선방향으로 함께 결합되어 있어서, 해머로부터 전달되는 충격이 드릴 로드의 스트링을 따라서 드릴 비트로 전달된다. 이와 같은 착암기는 통상적으로 암반내에 송풍구를 형성하도록 드릴가공하는데 사용되고 있으며, 이러한 송풍구는 비교적 그 길이가 길고 폭은 좁다.

통상적으로, 종래기술의 공압식 착암기는 그 안전성, 취급상의 특성, 및 공기압축기의 비용 등을 고려하여, 비교적 저압, 대체로 60 내지 100psi(약 4.22 내지 7.03㎏/㎠) 범위의 압력으로 사용되고 있다. 이와 같이 비교적 저압의 압축공기로부터 착암기의 작동에 필요한 힘을 발생시키기 위해서, 종래기술의 착암기에서는 통상적으로 하우징의 챔버 및 해머의 피스톤 헤드를 큰 직경으로 형성하고 있다. 이러한 유형의 전형적인 종래기술의 착암기로서는 "가드너-덴버(Gardner-Denver) 피알(PR)1000, 피알66, 및 피알80"으로 시판되고 있는 착암기가 있다. 이들 착암기의 해머는, 해머의 피스톤 헤드 상에서의 횡단면의 직경이 해머의 종방향으료 나머지 다른 부분 및 해머의 충격면상에서의 횡단면의 직경보다 훨씬 크게 형성되어 있다. 이와 같이 큰 횡단면을 갖는 피스톤 헤드는, 비교적 저압의 압축공기가 작용하여 해머를 가속화시키는 넓은 표면적을 제공한다.

해머가 생크를 타격하면, 해머의 왕복운동에 의해서 발생되는 운동에너지가 충격에너지로 변환되며, 해머내에서의 미량운동으로 인한 입사파형이 발생된다. 착암기 스트링의 여러 부재들 사이의 각각의 계면, 예를 들면 해머와 생크 사이의 계면, 생크와 각각의 드릴 로드 사이의 계면, 드릴 로드 또는 생크와 드릴 비트 사이의 계면, 그리고 드릴 비트와 드릴가공되는 암반사이의 계면 등으로 입사파형이 전달되어서, 이들 부재로부터 반사되는 파형이 착암기 스트링의 전후로 전파된다. 원래의 입사파형의 선단측의 압축부가 드릴 비트에 도달하면 드릴 비트가 암반내로 밀려들어간다.

입사파형의 길이 및 형상은 스트링의 기하학적 변수들, 특히 해머, 생크, 스트링 내부의 다수의 드릴 로드, 및 드릴 비트의 각각의 길이 및 직경에 따라서 다르게 변화된다. 입사파형의 응력요소의 크기는 거의 충격속도에 따라서 결정된다.

종래기술의 공압식 해머는, 왕복운동하는 해머의 운동에너지를 해머의 고정된 생크내에서의 충격에너지로 효율적으로 전환하는 것과, 그리고 이러한 충격에너지를 착암기 스트링을 따라서 드릴 비트로 효율적으로 전환하는 것에 있어서 문제가 있었다. 각각의 계면에서 발생되는 반사된 파형성분은 그러한 계면에서의 임피이던스 혹은 동력학적 강성도의 함수가 된다. 이와 같이 반사된 파형의 압축단부(compressive tail)의 일부가 충격부재로 반사되는 리바운드 손실을 포함한다. 반사된 파형의 라바운드 부분은 강한 반응에서 보다 크지만, 자유단의 반사에 대해서는 영(0)이 될 수가 있다.

반사된 파형 자체는 드릴 로드내에서 반사되지만 결국에는 드릴 비트에 도달하게 되며, 반사된 에너지는 대체로 암반상에서 작은 일만을 수행하게 되며 상당한 부분이 손실된다. 이러한 에너지의 손실은, 예를 들어서 응력 파형이 드릴 스티링 커플링을 통과할 때, 드릴 스트링 커플링에서의 마찰로 일어난다. 제 1 로드로부터 커플링으로 그리고 상기 스트링내에서 상기 커플링으로부터 다음 로드로의 열전달은 상기 커플링내의 언밸런스 인장 및 압축력이 발생하도록 한다. 언밸런스 힘은 마찰 손실을 일으키는 커플링과 로드 사이에서 운동을 일으킨다. 상당한 양의 이들의 에너지 손실은 반사된 에너지에 의해 일어날 수도 있다. 이에 따라서, 드릴 비트에 대한 충격에너지의 효과적인 전달을 이루기 위해서는 반사에너지를 최소화하는 것이 바람직하다. 해머 드릴의 반사된 에너지는 충격중에 생성된 전체 에너지 중에서 상당한 부분을 차지한다. B. Lundberg가 저술한 "충격암반 파손시의 기본적인 문제점들" 214-15쪽(1971)에 설명한 바와 같이, 해머와 연속된 천공장치요소 및 천공되는 암반 사이의 저항 또는 동적경로가 동일한 천공장치에서 반사된 파형요소는 최소화된다. 해머, 생크, 드릴 로드 및 드릴 비트가 동일하거나 유사한 재료들로 형성되어 있는(즉, 재료의 밀도 및 이 재료들을 통과하는 파형속도가 거의 동일한) 충격장치에서, 해머 또는 로드를 통해서 종 축상의 임의의 지점에 있는 평면을 통하여 취한 해머와 생크의 단면적(cross-sectional area)은 동일하다.

통상적인 형태의 해머의 이론적 응력파는 X', X", X'''의 파형으로 제 1A, 1B 및 1C도에 각각 도시되어 있다. 파형의 제 1 응력요소의 응력크기(σ)는 다음의 방정식과 같이 해머의 기하학 형상과 관련이 있다.

여기서, Vi는 충격시 해머의 속도이고, A₁은 해머의 단면적이며, A₂는 생크의 단면적이고, E는 영계수이며, C는 해머재료의 파속도(wave velocity)이고, 그리고 σ는 응력크기이다.

제 1A, 1B, 1C도에서 각각 X', X", X'''의 파형으로 도시된 응력 크기-시간 곡선은 해머 몸체의 나머지 부분 보다는 피스톤 헤드에서 큰 단면적(A₁)을 가지는 통상적인 형태의 해머의 특징이다. 최종의 파형은 다수의 전달 및 반사요소로 구성되어 있다. 파형에서 날카로운 응력 크기 피크(P',P",P''')는 종래의 해머 기하학의 보다 큰 단면파형 반사의 결과이다. 제 1A, 1B 및 1C도는 특정 해머의 속도에 대해서, 또한 해머의 단면적이 최소인 경우에, 즉, 해머의 길이에 걸쳐서 피스톤헤드보다 작은 단면적(A₁)을 가진 일정한 단면적을 가지는 경우에, 해머의 다른 단면적에 기인하는 응력크기 파형의 부분은 최소이다.

리바운드 및 마찰로 인한 반사된 파형의 크기 밀 다양한 손실은 충격중에 생성된 입사 응력파형의 크기 및 장치의 여러 계면에서의 경도반응 특성의 함수이다. 해머, 생크 또는 드릴 스트링의 서로 다른 요소들의 길이에 결쳐서 서로 다른 단면적에 기인하는 입사파의 크기를 줄임으로써, 그리고 경도 반응 특성을 최적화시킴으로써 이러한 에너지 손실이 감소된다.

제 1A, 1B, 1C도의 곡선 아래의 면적은 입사 임펄스(충격)를 나타내고, 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, A는 측정포인트에서 드릴 스트링 부재의 면적이다. 응력파형의 전체 에너지 성분은 다음과 같이 표현된다.

제 1A, 1B 및 1C도는 또한 이론적 응력파 형태 Y', Y", Y'''를 예시하고 있다. 파형 Y', Y" 및 Y'''는 파형 X', X" 및 X''' 보다 장방형에 더 가깝고, 그리고 상기 응력 크기는 최소화되어 있다. 각 파형 Y의 에너지 함량은 각 파형 X의 에너지 함량과 동일할 수도 있다. 종래의 해머는 전형적으로 파형의 제 1 부분에서 대부분의 유용한 에너지를 생성하고, 그리고 나머지 파형에 대해서는 비교적 낮은 응력 크기의 테일(tail)을 생성한다. 파형 B의 상대적으로 일정한 응력 크기는 이들의 길이에 걸쳐 일정한 단면적을 갖춘 해머와 드릴과 연관된다. 이들은 각각 일정할 단면적을 갖추고, 그리고 해머와 드릴 부품의 단면적이 서로 동일하도록 해머와 드릴 부품을 형성함에 의해 파형을 생성하는 것이 가능한 경우 반사된 에너지 손실을 최소화하는 것이 가능하다.

일정하고 동일한 단면적의 해머와 드릴 부품을 구비하는 장치에 의해 생성된 파형 Y가 날카로운 피크를 갖춘 종래의 공압식 장치로 생성된 파형 X보다 더 낮은 피크 응력 크기를 가질 수도 있지만, 그럼에도 불구하고 파형 Y는 상기 파형 X와 동일하거나 또는 더 많은 양의 에너지를 포함할 수도 있는데, 이것은 에너지 전달이 더 오랜 기간의 시간에 걸쳐 일어날 수 있기 때문이다. 나아가 각각의 파형 X, 및 Y의 에너지 함량은 해머 또는 드릴 스트링 부품이 지탱할 수 있는 응력에 의해 제한된다. 이에 따라서, 일정하고 동일한 단면적의 해머와 드릴 부품을 포함하는 장치는 해머와 드릴 스트링 부품을 포함하는 종래의 공압식 장치보다 더 많은 에너지를 전달할 수 있다. 전자의 장치에서는 상기 파형 Y의 피크 응력 크기가 해머 또는 드릴 스트링 부품이 지탱할 수 있는 최대 응력(안정 인자를 더함)과 거의 동일하고, 피크 응력 크기에서 에너지 전달이 약간 연장된 기간에 걸쳐 발생하며, 후자의 장치에서는 상기 파형 X의 피크 응력 크기 P가 종래의 해머 또는 드릴 스트링 부품이 지탱할 수 있는 최대 응력(안전 인자를 더함)과 거의 동일하고, 피크 응력 크기에서 에너지 전달이 비교적 짧다.

유압식 충격 천공장치는 종종 상기 해머가 생크의 외경과 동일한 좁다란 생크와 같은 단면적을 갖는 해머를 사용하여 천공작업을 수행하도록 디자인된다. 그러나, 유압식 천공장치에 있어서, 반사된 에너지 손실을 비교적 간단하게 최소화하면서, 좁다란 피스톤 헤드상에서 작용하는 큰 힘을 발생할 수 있는 고유압 유체의 장점을 갖는다.

이와 대조적으로, 공압식 충격 천공장치는 일반적으로 큰 지름의 피스톤 헤드를 사용함에 의해 낮은 작업 압력에 대해 보정을 가한다. 일반적으로 공압식 천공 장치는 반사된 응력파를 최소화하는 장점을 갖지 않은 가변 단면적을 갖는 해머를 사용한다. 결과적으로, 반사된 에너지 손실은 전형적으로 공압식 장치에서 상당히 중요하다.

본 발명의 목적

이에 따라서, 본 발명의 목적은 에너지를 상기 드릴 비트(bit)에 효과적으로 전달할 수 있는 공압식 착암기(록 천공장치)를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 일정한 단면적을 갖춘 드릴 장치용 해머를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이 분야에서 전형적으로 사용되고 있는 콤프레서와 사용될 수도 있는 공압식 천공장치용 해머를 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 공압식 충격 천공장치는 몸체 부와 상기 몸체부상에 있는 피스톤 헤드를 가진 왕복식 해머를 구비한다. 상기 피스톤 헤드는 바람직하게는 깔때기(funnel) 형태이지만, 그리나 상기 몸체부와 상기 피스톤 헤드는 상기 해머의 길이방향 축을 따라 모든 지점에서 동일한 단면적을 갖춘다. 상기 장치의 하우징은 상기 해머가 왕복운동되는 실린더를 구비한다. 압력하에 있는 공기는 실린더로 향해져서 상기 해머가 상기 실린더내에서 축방항으로 왕복운동되도록 한다. 생크는 해머로 충격을 가하도록 하는 위치로 하우징내에 위치된다. 로드의 스트링은 상기 하우징내의 생크에 접속될 수도 있다. 각 로드의 종축을 따르는 모든 지점에서의 단면적은 상기 해머의 몸체부와 피스톤 헤드가 동일한 단면적을 갖는다. 상기 해머, 생크, 및 로드 각각은 상기 해머, 생크 및 상기 스트링의 길이를 따라 연관하는 축방향 통로에 형성될 수도 있다. 공기는 상기 해머의 축방향 통로 및 상기 생크의 축방향 통로를 통해 흘러서 천공홀로부터 부스러기를 제거한다.

도면의 간단한 설명

본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조로 더 상세하게 기술되며, 참조부호가 같으면 부품들도 같다.

제 1A, 1B 및 1C도는 종래의 공압식 해머 및 드릴 장치의 드릴 스트링에서 다양한 위치에서의 응력-시간 곡선 A와, 본 발명에 따른 드릴 스트링에서 동일한 위치에서의 응력-시간 곡선 B를 비교한 이론 모델 자료를 그래프 적으로 나타낸 도면이다.

제 2도는 본 발명의 실시예에 따른 공압식 천공장치의 길이방향의 단면도이다.

제 3도는 본 발명의 실시예에 따른 해머 및 드릴 스트링 장치의 개략도이다.

제 4도는 본 발명의 실시예에 따른 공압식 해머의 길이 방향의 단면도이다.

제 5도는 제 4도의 선 5-5에 따라 취해진 단면도이다.

제 6도는 제 4도의 선 6-6에 따라 취해진 단면도이다.

제 7도는 제 4도의 선 7-7에 따라 취해진 단면도이다.

본 발명은 충격식 기구에 사용하기 위한 해머, 특히 본 발명은 직경이 큰 공압식 착암기에 관한 것이다.

충격 해머(20)를 구비하는 공압식 천공장치(10)는 제 2도에 단면이 도시되어 있다. 상기 장치(10)는 상기 해머(20)를 수용하는 실린더(52)로 형성된 하우징(50)을 구비한다. 상기 해머(20)는 상기 실린더(52)내에서 축방항으로 운동될 수 있다. 상기 해머(20)의 피스톤 헤드(24)는 상기 실린더(52)의 하부 챔버(62) 및 상부 챔버(64)를 형성한다.

상기 해머(20)는 길다란, 양호하게는 원통형 몸체부(22)로 형성된다(제 4도). 해머(20)의 피스톤 헤드(24)는 양호하게, 깔때기형 부분의 확대 단부로부터 연장하는 원통형 립부분(36)를 갖는 깔때기형 부분(34)을 가진다. 상기 깔때기형 부분(34)은 양호하게 원추형이며, 실질적으로 원추형의 내외부면(48,49)을 가진다. 상기 립부분(36)은 해머 종축(38)과 동심이다.

실린더(52)는 해머(20)의 형상과 일치하는 형상으로 되어 있다. 실린더(52)는 축소 전방부(54)와, 확대 주요부(58), 및 상기 전방부와 주요부 사이의 전이부(56)를 가진다. 전이부(56)가 깔때기형 부분(34)의 외부면(48)의 각도(θ)와 거의 동일한, 실린더(52) 종축에 대한 각도를 형성하고 있으므로 깔때기형 부분의 외부면(48)은 해머(20)가 충돌위치(제 2도 참조)에 있을 때 전이부 액에 인접하게 된다.

압축기(도시않음)로부터의 공기는 해머를 밸브수단에 의해 왕복운동 시키도록 해머(20)의 피스톤 헤드(24)의 상부 및 하부면(45,46)에 대항하게 그리고 실린더(52) 안팎으로 안내된다. 공기는 실린더(52)의 전방부(54)에 있는 입구 공급 포트(65)를 등해 실린더(52)로 진입하고 실린더의 주요부(58)에 있는 배출 포트(67)를 통해 배기된다. 오목구역(30,32)은 해머의 몸체부(22)에 따른 예정 위치에 형성된다. 베어링(60,61)은 해머(20)의 몸체부(22)용 미끄럼 지지대를 제공하도록 축소 전방부(54)에 동심으로 배열된다. 베어링(60,61)를 해머(20)를 왕복운동시키도록 장치(10) 내부의 가압공기를 안내시키는 오목구역(30,32)과 협력한다. 해머(20)의 립부분(36)를 해머(20)의 왕복운동중 배출 포트의 어느 한쪽으로 이동함으로써, 해머의 왕복운동시 피스톤 헤드(24)의 어느 한쪽으로부터 공기가 배기되는 것을 방지한다.

해머(20)의 충돌 행정의 초기에, 오목 구역(32)이 베어링(61)과 관련하여 위치되므로, 입구 공급 포트(65)와 하부 챔버(62) 사이의 연통은 거의 차단되며, 공기압은 피스톤 헤드(24)의 하부면으로 거의 또는 전혀 안내되지 않는다. 립부분(36)은 하부 챔버(62) 내부의 공기가 배기되도록 배출 포트(67)위의 실린더(52)의 주요부에 있는 위치에 놓인다. 상기 입구 공급 포트(65)는 상기 하부 포트(68)와 연통하고 통로(66)와 상부 포트(69)를 통해 상부 챔버(64)와 연통하도록 오목 구역(30)과 베어링(60)이 서로 상대적으로 위치된다. 입구 공급 포트(65)를 통해 장치(10)로 진입하는 가압 공기는 피스톤 헤드의 상부면에 대항하여 상부 챔버(64) 내측으로 안내됨으로써, 해머의 충돌면이 생크(70)와 충돌하는 충돌 위치쪽으로 해머가 이동되게 한다.

해머(20)가 충돌 위치, 즉, 충돌면이 생크(70)와 접촉하는 제 2도에 도시한 위치에 도달하면, 입구 공급 포트(65)와 하부 포트(68) 사이에는 연통되지 않도록 오목 구역(30)과 베어링(60)이 서로 상대적으로 위치된다. 립부분(36)은 상부 챔버(64)가 배출 포트와 연통되도록 배출 포트(67) 아래에 위치된다. 오목 구역(32)과 베어링(61)은 입구 공급 포트(65)가 하부 챔버(62)와 연통되도록 서로 상대적으로 위치된다. 입구 공급 포트(65)를 통해 장치(10)로 진입하는 가압공기는 복귀 행정을 시작하도록 피스톤 헤드(24)의 하부면(46)에 대항되게 하부 챔버(62)로 안내된다.

해머(20)가 생크(70)에 충돌하는 충격 에너지는 생크에 의해 천공될 바위와 부딪히는, 제 3도에 개략 도시한 드릴 비트(88)로 전달된다. 제 3도에 도시한 해머(20)는 드릴 스트링(80) 내부의 생크(70)에 충돌되도록 배열된다. 생크(70)는 커플링(84)에 의해 드릴 스트링(80) 내의 드릴 로드(82)에 연결된다. 드릴 스트링(80)를 특정 천공 작업에 필요한 만큼 길게 형성되며, 하나 이상의 드릴 로드는 드릴 비트(88)에 연결된 로드(82)와 터미널 드릴 로드(86) 사이에 연결될 수 있다.

제 4도에 도시한 아와 같이, 해머(20)의 깔때기형 부분의 외부면(48)은 해머의 종축(38)으로부터의 각도(θ), 즉 90 °이하로 해머 몸체부(22)로부터 돌출한다. 상기 깔때기형 부분의 내부면(49)은 해머(20)의 종축(38)에 대해 θ 보다 큰 각도인 Φ 각도를 이룬다. 깔때기형 부분(34)의 벽(47)은 몸체부(22)와 만나는 지점으로부터 립부분(36)과 만나는 지점으로 두께가 감소한다. 깔때기형 부분(34)의내외부면(49,48)의 각도(Φ, θ)는 공기압을 해머(20)의 쓰러스트 내측으로 전달하는 피스톤 헤드에 형성된 표면적이 해머(20)의 왕복운동중 깔때기형 부분에 충분한 강도와 경도를 제공하는데 필요한 재료 두께와 최적의 균형을 이루도록 선택된다. 양호한 실시예에서, Φ는 약 50° 이며, θ는 약 45° 이며, 피스톤 헤드(24)의 외경은 몸체부(22)에서 비해서 깔때기형 부분(34)의 가장 넓은 부분에서 약 2.5배 크다.

제 5도, 제 6도 및 제 7도에 도시한 바와 같이, 해머(20)의 축(38)에 수직한 어떠한 평면으로부터 취한 단면적은 거의 일정하다. 따라서, 제 1A도의 Y' 파형과 거의 일치하는 장방형 응력 크기-시간파는 해머(20)가 생크(70)와 충돌할 때 형성된다. 또한, 해머(20)와 동일한 임피던스를 갖는 재료로 생크(70)를 형성하고 해머와 거의 동일한 단면적을 갖는 생크로 구성함으로써, 해머 내부의 반사파 형성을 최소화하여 효율적인 에너지 전달을 촉진한다. 깔때기형 부분(34)의 벽(47) 두께를 일정하게 감소시킴으로써, 깔때기형 부분의 직경이 증가할 때 일정한, 또는 거의 일정한 단면적을 유지할 수 있다. 제 5도에 도시한 바와 같이, 피스톤 헤드(24)의 상부면(45)의 표면적은 바위를 가압공기로 천공하는데 필요한 힘을 발생시킬 수 있도록 충분히 크다. 또한, 몸체부(22)의 내외경 및 립부분(36)의 내외경은 일정한 횡단면적을 얻을 수 있도록 선택된다.

제 3도에 개략도로 도시된 본 발명의 드릴 스트링(80)에서, 각각의 연속 드릴 로드(82,86)는 생크(70) 및 해머(20)와 거의 같은 단면적을 가지도록 선택된다. 이러한 방식으로, 해머(20)가 생크(70)를 칠 때 바람직하게 제1B도 및 1C도에 도시된 파형(Y",Y"')과 거의 같은 장방형 응력 크기-시간파가 형성되고, 생크가 드릴 로드(82)를 타격함으로써 해머로부터 드릴 스트링(80)의 아래로 드릴 비트(88)쪽으로의 유효 에너지 전달이 향상된다.

제 2도에 도시된 장치(10)에서, 해머(20)의 양단이 개방된 축방향 통로인 보어(28)와 같은 연속 중심통로가 형성되어 있어서 해머를 통해서 피스톤 헤드(24)로부터 충격면(26)쪽으로 공기가 유동한다. 생크(70)는 실린더(52)의 일단부에서 하우징(50)에 배열되어 있고, 실린더 안으로 부분적으로 연장되어 있다. 생크(70)는 해머(20)의 중심보어(28)와 소통하는 축방향 통로인 보어(72)와 같은 연속 중심통로를 가지고 있다. 블로우 튜브를 지나서 해머 보어(28)를 통해서 흐르는 공기는 보어(72)를 통하여 유동한다. 이런 방식으로, 천공되는 홀로부터 바위조각 및 파편을 제거하기 위해서 천공작업 중에 공기가 제 3도에 도시된 드릴 비트(8B)로 운반된다. 홀로부터 바위파편을 제거함으로써 효율적인 천공을 위한 바위와 드릴 비트간의 접촉이 유지된다. 중심보어는 생크 부근에서 장치의 요소들의 공기-오일의 침출윤활을 촉진할 수 있기 때문에, 생크(70)에 보어(72)가 형성되어 있음에도 불구하고 해머(20)에 중심보어(2B)를 형성하는 것이 바람직하다. 종종, 예를 들면 해머(20)의 충격면(26)에 의해서 생크가 충격을 받는 지점으로부터 다소 먼 생크의 지점에서 바위조각을 제거하기 위해서 공기를 도입하는 것이 바람직하다.

작동시에, 콤프레서(도시되지 않음)가 입구 공급 포트(65)를 통해서 압축공기를 공급할 때 해머(20)가 생크(70)에 충격을 가하도록 구동되고, 공기는 해머(20)가 충격행정을 통해서 추진되도록 하부 포트(68)와 통로(66)와 상부포트(69)를 각각 통해서 상부 챔버(64)내로 그리고 피스톤 헤드(24)의 상부면(45)에 접해서 지나간다. 충격행정의 적어도 일부 기간동안 공기가 배출 포트(67)를 통해서 하부 챔버(62)로부터 배출된다. 충격행정 중에 해머(20)가 제 2도에 도시된 장치(10)의 우측에서 좌측으로 이동한다. 제 2도의 해머(20)는 생크(70)와 접촉된 충격위치에 도시되어 있다. 그 다음 압축공기가 입구 공급 포트(65)를 동해서 하부 챔버(62) 쪽으로 그리고 피스톤 레드의 하부면(46)에 접해서 공급되어서 해머가 복귀행정을 통하여 추진되게 한다. 이러한 복귀행정의 적어도 일부 기간 중에, 배출 포트(67)를 통해서 상부 챔버(64)로부터 공기가 배출된다.

생크(70)의 직경은 그 단면적이 해머(20)의 단면적과 거의 동일하도록 선택되어 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 거의 동일한 단면적을 가진 해머(20) 및 생크(70)의 쌍은 절정의 응력크기와 반사된 파형요소를 최소화시킨다. 또한, 이러한 요소의 전달된 응력파형은 거의 장방형으로 형성되어서, 유효 에너지 전달을 보다 용이하게 한다. 생크(70) 및 드릴 로드(82, 86)에서 거의 장방형의 응력파형은 바람직하게 각각 제 1A, 1B 및 1C도에 도시된 파형(Y',Y",Y''')과 유사하다. 또한, 해머(20), 생크(70)와 드릴 로드(82,86)의 단면적은 이러한 요소들에서 피크 응력 크기가 유지될 수 있는 최대 응력과 바라는 안전계수의 합과 거의 동일하도록 선택될 수 있어서, 바위에 대한 최대 에너지 전달이 촉진된다.

지금까지 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 설명하고 도시했지만 청구범위에 기재한 바와 같이 본 발명의 범위내에서 변형 및 변경이 이루어질 수 있을 이해할 것이다.

Claims (6)

1. 공압식 충격 천공 장치로서,

   제 1 및 제 2 단부와 주요부분을 가지고 예정된 단면적으로 가진 몸체부(22)와 상기 몸체부(22)보다 큰 외주변을 갖추고 상기 몸체부(22)상의 제 2 단부에 인접한 피스톤 헤드(24)를 포함하고, 상기 피스톤 헤드가 상기 몸체부의 주요부분의 단면적과 동일한 예정된 단면적을 구비하므로 상기 충격장치의 충격행정이 진행되는 동안, 장방형의 충격생성된 응력파형이 해머상에서 피크 응력 수준을 감소시키고, 그리고 충격 해머 속도를 용이하게 증가시키는 해머(20)와,

   상기 해머(20)가 축방향으로 이동가능하도록 상기 해머(20)를 수용하기 위한 실린더(52)로 형성된 하우징(50)과,

   상기 해머(20)가 상기 실린더(52)내에서 축방향으로 왕복하도록 상기 실린더(52)에 유체를 안내하기 위한 안내수단과,

   상기 해머(20)로부터 에너지를 전달하기 위한 전달수단을 포함하는 공압식 충격 천공 장치에 있어서,

   상기 전달 수단은 상기 해머(20)에 의해 충격가능하고 상기 전달 수단의 길이방향 축선을 따른 모든 점에서의 단면적은 상기 몸체부(22)와 상기 피스톤 헤드(24)의 단면적과 동일한 것을 특징으로 하는 공압식 충격 천공장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전달수단은 생크(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는공압식 충격 천공 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 전달수단은 접속된 드릴 로드(82)의 스트링(80)을 더 포함하는 공압식 충격 천공 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 몸체부(22), 상기 피스톤 헤드(24)와 상기 전달수단을 관통하여 축방향 통로(28)가 연장된 것을 특징으로 하는 공압식 충격 천공 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 몸체부(22)는 기다란 원통형이며,

   상기 피스톤 헤드(24)는 깔때기형 부분(34)과 상기 깔때기형 부분(34)의 넓은 단부로부터 연장하는 립부분(36)을 가지며; 상기 몸체부(22), 상기 깔때기형 부분(34)과 상기 립부분(36)를 상기 몸체부(22)의 주요부분의 단면적과 동일한 예정된 단면적을 구비하므로, 상기 충격 천공 장치의 충격행정이 진행되는 동안, 장방형의 충격생성된 응력파형에 상기 해머(20)상에서 피크 응력 수준을 감소시키고, 그리고 충격 해머 속도를 용이하게 증가시키며,

   상기 몸체부(22), 상기 깔때기형 부분(34)과 상기 립부분(36)를 통해서 상기 해머(20)의 길이로 축방향 통로(28)가 연장하며, 상기 깔때기형 부분(34)의 외부면(46)이 상기 해머(20)의 종축(38)에 대하며 45도의 각을 형성하고 상기 깔때기형 부분(34)의 내부면(49)이 상기 해머(20)의 종축(38)에 대하여 50도의 각을 형성하며, 상기 깔때기형 부분(34)의 상기 외부면(48)과 상기 내부면(49)이 상기 피스톤 헤드(24)의 하부면(46) 및 상부면(45)중 하나 또는 둘에 각각 형성하며,

   상기 피스톤 헤드(24)는 상기 실린더(52)의 하부 챔버(62)와 상부 챔버(64)를 형성하며,

   상기 해머(20)를 제각기 복귀와 충격행정을 통해서 이동시키기 위한 상기 피스톤 헤드(24)의 하부면(46) 및 상부면(45)에 대향해 교대로 작용하도록 상기 실린더(52)의 하부 챔버(62)와 상부 챔버(64)에 가발 유체를 교대로 안내하기 위한 밸브 수단과,

   상기 해머(20)가 상기 충격행정을 통해 이동될 때 상기 해머(20)에 의해 충격되어지는 위치에서 상기 하우징(50)내에 장착되어 있으며, 축방향 통로(72)가 길이부에 연장하는 생크(70)를 포함하며,

   상기 생크(70)는 상기 몸체부(22)의 주요부분의 단면적과 동일한 단면적을 가지며,

   상기 실린더(52)의 상기 충격 행정 동안 상기 해머(20)의 축방향 통로(28)와 상기 생크(70)의 축방향 통로(72)를 통해서 유체가 유동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공압식 충격 천공 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 실린더(52)의 상기 복귀행정동안 상기 해머(20)의 축방향 통로(28)와 상기 생크(70)의 상기 축방향 통로(72)를 통하여 유체가 유동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공압식 충격 천공 장치.