KR101118941B1 - 응력 펄스를 발생시키기 위한 충격 장치 및 방법 - Google Patents

응력 펄스를 발생시키기 위한 충격 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 작동식 충격 장치에서 응력 펄스를 발생시키기 위한 방법과 함께 공구 (3) 가 길이 방향으로 운동가능하도록 장착되는 프레임 (2) 및 충격 장치 (1) 에 대한 압력 유체 공급을 제어하기 위한 제어 수단 (7) 을 포함하는 유압 작동식 충격 장치에 관한 것이다. 상기 충격 장치 (1) 는 작동실 (8) 과 이 작동실 내에서 운동하는 전달 피스톤 (9) 을 포함한다. 압력 유체의 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장 수단과 상기 제어 수단은 주기적으로 그리고 교번적으로 연결되어 압력 유체가 상기 작동실 (8) 에 유입되게 되고, 이어서 이 작동실 (8) 로부터 압력 유체를 방출한다. 상기 방법에서는, 압력 유체가 작동실 (8) 로 공급되어, 상기 전달 피스톤 (9) 을 공구 (3) 의 방향으로 미는 힘을 발생시키고 따라서 공구 (3) 에 응력 펄스가 발생된다.

Description

응력 펄스를 발생시키기 위한 충격 장치 및 방법{IMPACT DEVICE AND METHOD FOR GENERATING STRESS PULSE THEREIN}
본 발명은 유압 작동식 충격 장치에 관한 것으로 이 장치는 공구가 길이 방향으로 운동가능하도록 장착되는 프레임, 충격 장치에 대한 압력 유체 공급을 제어하기 위한 제어 수단, 그리고 압력 유체의 압력에 의해 응력 임펄스를 공구에 발생시키기 위한 수단을 포함한다. 또한, 본 발명은 유압 작동식 충격 장치에 응력 펄스를 발생시키기 위한 방법에 관한 것이기도 하다.
종래 기술의 충격 장치에서는, 왕복 충격 피스톤에 의해 스트로크를 발생시키며 이 왕복 충격 피스톤은 유압 또는 공압에 의해 구동되는 것이 일반적이지만, 전기에 의해 또는 연소 기관에 의해 구동되는 경우도 있다. 충격 피스톤이 생크 또는 공구의 충격면을 타격할 때, 드릴 로드 등의 공구에는 응력 펄스가 발생한다.
종래 기술의 충격 장치가 지닌 문제점은 충격 피스톤의 왕복 운동이 장치의 제어를 어렵게 하는 동적인 가속력을 발생시킨다는 점이다. 충격 피스톤이 충격 방향으로 가속된다면 동시에 충격 장치의 프레임은 반대 방향으로 움직이는 경향이 있기 때문에, 작업 대상물에 대한 드릴 비트 또는 공구의 단부의 가압력이 감 소되게 된다. 작업 대상물에 대한 드릴 비트 또는 공구의 가압력을 충분히 높게 유지하기 위해서는 충격 장치는 상기 대상물을 향하여 충분히 강하게 밀려야 한다. 이 때문에 충격 장치의 다른 지지 구조에 작용하게 되는 추가적인 힘을 고려해야 하며, 따라서 장치가 더욱 대형화, 중량물화 되고 그 제조비가 상승한다. 충격 피스톤이 자체의 질량으로 인해 느려지며, 충격 장치의 효율을 향상시키기 위해서는 충분히 증가 되어야만 하는 충격 피스톤의 왕복 주파수를 제한하여 결국 타격 주파수를 제한하게 된다. 그러나 현재의 해결방안으로는 더욱 낮은 효율을 가져와서 충격 장치의 주파수를 증가시키는 것이 실제적으로 불가능하다.
본 발명의 목적은 이러한 충격 장치의 작동에 의해 발생하는 동적인 힘의 단점을 공지의 해결방안보다 작게 하는 충격 장치 및 응력 펄스를 발생시키는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 충격 장치는,
압력 유체로 가득 찬 작동실과, 이 작동실 내에서 프레임에 대해 공구의 길이 방향으로 운동가능하게 장착되는 전달 피스톤을 포함하고, 전달 피스톤의 공구와 마주하는 일단은 적어도 응력 펄스의 발생 중에 공구와 직접 또는 간접적으로 접촉하게 되고, 전달 피스톤은 그 축선 방향으로 공구에 대해 반대편에서 상기 작동실 쪽에 있는 압력면을 구비하고,
상기 충격 장치는 응력 펄스를 발생시키기 위해 충격 장치에 공급될 압력 유체의 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장 수단을 포함하고,
상기 제어 수단은 상기 작동실 내에 있는 압력 유체의 압력보다 더 높은 압력을 가지는 압력 유체를 주기적으로 그리고 교번적으로 상기 작동실로 흐르도록 허용하도록 연결되고 따라서 작동실 내에 갑작스런 압력 증가가 발생되고, 그 결과 상기 전달 피스톤을 공구 쪽으로 미는 힘이 발생되어, 상기 공구가 길이 방향으로 가압되고 이에 의해 공구에 응력 펄스가 발생하고, 상기 응력 펄스의 발생은 공구에 대한 힘의 작용이 종료됨과 실질적으로 동시에 종료되며 그리고 상기 작동실로 부터 압력 유체를 방출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법은, 작동실 내에 있는 압력 유체의 압력보다 더 높은 압력을 갖는 압력 유체가 충격 장치의 작동실 안으로 공급되고, 상기 작동실은 압력 유체로 가득 채워지고, 상기 작동실 내에 갑작스런 압력 증가가 초래되고, 그 결과 상기 전달 피스톤을 공구 쪽으로 미는 힘이 발생되어 상기 공구가 길이 방향으로 가압되고 이에 의해 공구에 응력 펄스가 발생하고, 상기 응력 펄스의 발생은 공구에 대한 힘의 작용이 종료됨과 실질적으로 동시에 종료되며, 이어서 상기 압력 유체를 작동실로부터 방출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바탕을 이루는 사상은 유체가 압축되어 있는 동안에 유체에 저장된 에너지를 활용함으로써 충격을 발생시키고, 상기 가압된 유체를 갑작스럽게 작동실 내에 구비된 전달 피스톤에 작용시킴으로써 이 전달 피스톤이 압력 펄스의 작용으로 공구를 그 공구의 축선 방향으로 가압하고, 충격, 즉 응력 펄스를 공구에 발생시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태의 바탕을 이루는 사상은 상기 충격 장치가, 에너지의 저장을 위해서, 압력 유체 펌프로부터 압력 유체가 공급되는 에너지 저장 공간부를 구비하는 것이고, 그리고 응력 펄스를 발생시키기 위해서, 압력 유체가 상기 에너지 저장 공간부로부터 주기적으로 방출되어 응력 펄스를 발생시키기 위해 전달 피스톤에 작용한다는 것이다.
또한, 본 발명의 제 2 바람직한 실시형태의 바탕을 이루는 사상은 상기 에너지 충전 공간의 체적은 일 응력 펄스의 발생 중에 상기 작동실로 공급되는 압력 유체량의 체적에 비해 바람직하게는 적어도 5~10배 크다는 것이다. 또한, 본 발명의 제 3 실시형태의 바탕을 이루는 사상은 상기 충격 장치의 작동 중에 에너지 저장 공간부로 압력 유체가 계속하여 공급된다는 것이다.
본 발명의 이점은 이렇게 발생된 임펄스성 충격 운동은 왕복 충격 피스톤을 필요로 하지 않아 커다란 질량체가 충격 방향으로 왕복 운동하지 않으며, 공지된 해결방안에 따른 무거운 왕복식 충격 피스톤에 비해 동적인 힘이 작다는 것이다. 매우 간단하여 실시가 용이하다는 것은 본 구성의 다른 이점이다.
도 1 은 본 발명에 따른 충격 장치의 작동 원리를 보여주는 개략도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 충격 장치의 일 실시형태를 보여주는 개략도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 충격 장치의 제 2 실시형태를 보여주는 개략도이다.
도 4a 및 도 4b 는 본 발명에 따른 충격 장치의 일 실시형태에 의해 얻어진 응력 펄스를 보여주는 개략도이다.
도 5a 및 도 5b 는 도 4a 및 도 4b 에 나타낸 충격 장치의 실시형태에서의 펄스 에너지와 에너지 손실을 보여주는 개략도이다.
도 6a 및 도 6b 는 본 발명에 따른 충격 장치의 제 3 실시형태를 보여주는 개략도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 충격 장치의 제 4 실시형태를 보여주는 개략도이다.
도 1 은 본 발명에 따른 충격 장치의 작동 원리를 개략적으로 보여준다. 도 1 은 충격 장치 (1), 그 프레임 (2), 그리고 그 프레임의 일단에서 그 공구의 길이 방향으로 충격 장치 (1) 에 대해 상대 운동 가능하게 장착된 공구 (3) 를 보여준다. 상기 충격 장치는 또한 에너지 저장 공간부 (4) 를 포함하며, 이 에너지 저장 공간부는 프레임 (2) 의 내에 배치될 수 있거나 또는, 그 프레임에 부착된 별도의 압력 유체 탱크일 수 있다. 이 대안적인 구성은 별도의 프레임과 압력 유체 탱크 사이의 가능한 연결을 나타내는 파선 (2a) 으로 도시되어 있다. 또한, 에너지 저장 공간부 (4) 는 하나 이상의 축압기를 포함할 수 있다. 이 에너지 저장 공간부 (4) 는 압력 유체로 가득 채워져 있다. 충격 장치의 작동 중에 압력 유체는, 예를 들어 압력 유체 펌프 (5) 에 의해 압력 유체 유입 채널 (6)을 거쳐 에너지 저장 공간부 (4) 안으로 계속 공급된다. 또한, 에너지 저장 공간부 (4) 는, 공급 채널 (4a) 에 의해 작동실 (8) 로의 압력 유체 공급을 제어하는 제어 밸브 (7) 에 연결된다. 작동실 (8) 안에서, 전달 피스톤 (9) 이 상기 작동실과 공구 (3) 사이에 있고, 이 전달 피스톤은 공구 (3) 의 축선 방향으로 프레임 (2) 에 대해 운동 가능하다. 또한, 상기 전달 피스톤 (9) 은 멤브레인 형 피스톤인 것을 특징으로 한다. 작동실 (8) 도 역시 압력 유체로 가득 채워져 있다. 에너지 저장 공간부 (4) 내의 상기 압력 유체에 작용하는 압력은 그 압력 유체에 작용하는 압력에 대해 압력 유체를 압축한다.
사용 중 상기 충격 장치는 전방으로 밀리고, 적어도 응력 펄스 발생기간 중에 그 공구 (3) 의 일단부는 직접 또는 생크 등의 별도의 연결 부재를 통하여 전달 피스톤 (9) 에 대해 확고하게 눌려진다. 따라서 상기 전달 피스톤은 처음에는 공구와 거의 접촉이 없지만, 응력 펄스 발생의 개시에서는 실질적으로 그리고 즉각적으로 공구에 영향을 미치기 시작한다. 제어 밸브 (7) 에 의해, 압력 유체가 갑자기 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 작동실 (8) 로 흐르게 되면, 공구의 축선 방향으로 공구 반대쪽에 있는 전달 피스톤의 압력면 (9a) 에 영향을 주게 된다. 작동실 (8) 로의 가압된 압력 유체의 갑작스런 흐름이 압력 펄스를 발생시키고, 그 결과, 전달 피스톤 (9) 에 힘이 작용하여 전달 피스톤 (9) 을 공구 (3) 쪽으로 밀고 공구를 그 길이방향으로 가압한다. 그 결과, 드릴 로드나 여타의 공구에 응력 펄스가 발생 되어 파로서 그 공구단부에 전달되고 이 응력 펄스는 종래 기술에 의한 충격 장치와 마찬가지로 작업 대상물에 충격을 일으킨다. 응력 펄스가 발생된 후에는, 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 작동실 (8) 로의 연결이 제어 밸브 (7) 에 의해 차단되어, 응력 펄스의 발생이 종료되며, 작동실 (8) 을 복귀 채널 (10) 을 거쳐 압력 유체 탱크 (11) 로 연결함으로써 작동실 (8) 로부터의 압력이 배출된다.
전달 피스톤 (9) 에 의해 공구 (3) 에 발생된 힘의 작용은 작동실 (8) 에 대한 압력 유체 공급을 중단시키는 것 이외의 다른 방법으로 종료시킬 수 있다. 그 다른 방법은 쇼울더 (2') 에 대한 전달 피스톤 (9) 의 운동을 정지시키는 등의 방법으로 이루어질 수 있으며 이 경우 전달 피스톤 (9) 뒤에 가해지는 압력은 프레 임 (2) 에 대하여 상기 전달 피스톤 (9) 을 공구 (3) 쪽으로 더 이상 밀 수 없다. 또한, 이 실시형태에서는 압력 유체가 작동실 (8) 로부터 복귀 채널 (10) 을 거쳐 압력 유체 탱크 (11) 로 흐르도록 허용되기 때문에 전달 피스톤 (9) 이 그 본래의 위치로 복귀하게 된다.
작동실 (8) 내에서 작용하는 압력 펄스에 의해 발생된 힘의 결과로 제공된 공구 (3) 에서의 응력 펄스의 발생은 약간의 지연이 있긴 하지만, 공구에 대한 그 힘의 작용의 종료와 실질적으로 동시에 종료된다.
충분한 양의 에너지를 작동실 (8) 에 전달하고, 계속해서 이를 통해 전달 피스톤 (9) 에 전달하기 위해서는, 일 응력 펄스의 발생 중에 작동실 (8) 에 공급된 압력 유체량의 체적보다 에너지 저장 공간부 (4) 의 체적이 실질적으로 커야한다. 또한, 유동 손실을 가능한 작게 유지하기 위해서는 에너지 저장 공간부 (4) 와 작동실 (8) 사이의 거리가 비교적 짧아야만 하고 공급 채널(4a) 의 단면적은 비교적 커야만 한다.
또한, 상기 에너지 저장 공간부 (4) 는 그 에너지 저장 공간부의 체적이 압력의 증가에 따라 증가하도록 압력의 작용에 기인하여 벽이 변형되는 탱크인 것을 특징으로 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 충격 장치의 일 실시형태를 개략적으로 보여준다. 이 실시형태에서, 압력 유체는 유입 채널 (6) 을 거쳐 에너지 저장 공간부 (4) 로 공급된다. 이 실시형태에서, 제어 밸브 (7) 는 작동실 (8) 과 전달 피스톤 (9) 둘레의 슬리브형 제어 요소 (7a) 를 포함하는 회전 밸브이다. 제어 요소 (7a) 는 압력 유체를 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 공급 채널 (4a) 을 거쳐 작동실로 주기적으로 그리고 교번적으로 흐르게 허용하는 하나 이상의 개구를 구비하고, 반대 방향의 흐름도 마찬가지이다.
에너지 저장 공간부 (4) 와 제어 밸브 (7) 사이의 공급 채널 (4a) 의 길이는 Lk 이다. 제어 요소 (7a) 의 개구가 공급 채널 (4a) 과 작동실 (8) 의 연결을 개방하기 전에, 에너지 저장 공간부 (4) 의 압력과 공급 채널 (4a) 에서의 압력이 pi 로 같다. 이에 따라, 작동실 내의 압력은 "탱크 압력"인데, 즉, 작동실 내의 압력은 대략 0이다. 회전 중에 제어 밸브 (7) 가 제어 요소 (7a) 의 개구가 공급 채널 (4a) 과 작동실 (8) 의 연결을 개방하는 상태에 도달하게 되면 압력 유체는 작동실로 흘러들어가게 된다. 제어 밸브 바깥의 공급 채널 (4a) 내의 압력이 감소함에 따라서 작동실 내의 압력이 증가하여 그 압력의 크기가 동일해진다. 동시에, 음의 압력파가 발생되고, 이 음의 압력파는 공급 채널 (4a) 안에서 에너지 저장 공간부 (4) 쪽으로 전달된다. 상기 음의 압력파가 에너지 저장 공간부 (4) 에 도달하기까지는 시간 tk 가 소요된다. 다음의 식으로 이 소요 시간을 결정할 수 있다.
Figure 112006001204108-pct00001
여기서 coil 은 사용된 압력 유체 내에서의 음속이다. 상기 압력파가 에너지 저장 공간부 (4) 에 도달하면, 공급 채널 (4a) 의 압력이 떨어지게 되고, 동시에 실질적으로 압력이 일정한 에너지 저장 공간부로부터 공급 채널 (4a) 로 압력 유체가 흐르게 된다. 이렇게 되면, 공급 채널 (4a) 을 거쳐 작동실 (8) 쪽을 향해 전달되는 양의 압력파가 발생된다. 만일 공급 채널 (4a) 로부터 제어 밸브 (7) 의 제어 요소 (7a) 를 거쳐 작동실로의 연결이 여전히 개방되어 있다면, 상기 양의 압력파는 작동실 내로 방출한다. 다시, 만일 작동실 (8) 내의 압력이 여전히 에너지 저장 공간부 (4) 내의 압력보다 낮다면, 새로운 음의 압력파가 발생되어 에너지 저장 공간부 (4) 쪽을 향하여 다시 전달되고 또다시, 양의 압력파로서 반사되어 돌아온다. 이러한 현상은 작동실 (8) 과 에너지 저장 공간부 (4) 사이의 압력이 같아질 때까지 또는 제어 밸브 (7) 가 상기 작동실과 에너지 저장 공간부 사이의 연결을 차단할 때까지 반복된다. 공급 채널 (4a) 과 작동실 (8) 사이의 연결이 개방되었을 때 압력파가 거리 Lk 를 적어도 1회 왕복할 수 있는 충분한 시간을 갖도록 공급 채널의 길이 Lk 를 설정한다면, 작동실 (8) 내의 압력은 점진적으로 상승하게 된다. 이 결과, 공구 (3) 에 발생된 응력 펄스의 형상도 점진적인 형상으로 된다.
도 3 은 본 발명에 따른 충격 장치의 제 2 실시형태를 개략적으로 보여준다. 이 도면은 압력 유체가 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 별도의 두 공급 채널 (4a1, 4a2) 을 거쳐 작동실 (8) 에 공급되는 실시형태를 보여준다. 단순화를 위해, 상기 에너지 저장 공간부를 별도의 두 유닛으로 나타낸다.
이 실시형태에 있어서, 길이가 Lk1 이고 단면적은 Ak1 인 공급 채널 (4a1) 은 에너지 저장 공간부에서부터 시작하여 제어 밸브 (7) 까지 이른다. 상기 길이 및 단면적의 치수는 제 2 공급 채널 (4a2) 의 길이 Lk2 및 단면적 Ak2 의 치수보다 크다. 이 실시형태에 있어서, 응력 펄스는 주로 도 2 에서와 마찬가지의 방법으로 발생된다. 그러나 이 경우, 공급 채널 (4a1, 4a2) 들이 서로 다른 치수를 가지기 때문에 이들 공급 채널에서의 압력파의 왕복운동 횟수는 다르다. 마찬가지로, 공급 채널 (4a1) 과 공급 채널 (4a2) 의 단면적도 그 크기가 다르기 때문에, 공급 채널 (4a1, 4a2) 안을 왕복운동하는 압력파의 작동실 (8) 안의 압력 증가에 대한 영향도 서로 다르다. 결과적으로, 압력파에 대한 체적 변화도 더 작기 때문에 더 작은 공급 채널 (4a2) 내를 왕복하는 압력파의 방출은 압력을 증가시킨다. 공급 채널 (4ai) (i=1-n) 의 길이 및 단면적을 적절히 설정함으로써, 단지 하나의 공급 채널을 사용하여 가능한 것보다 작동실 (8) 안의 압력 증가를 더 효과적으로 조정할 수 있다. 응력 펄스의 형상과 강도를 소망하는 방식으로 매우 효과적으로 조절하는 데는 적절한 길이의 공급 채널이 3 개가 있으면 충분하지만, 필요할 경우 공급 채널의 수를 하나로 할 수도 있고 두 개 이상으로 할 수도 있다.
도 4a 및 도 4b 는 각각 도 2 및 도 3 에 나타낸 실시형태를 사용하여 발생된 응력 펄스의 형상 및 강도를 개략적으로 보여준다. 도 4a 는 도 2 에 나타낸 구성에 따른 응력 펄스로서, 어떻게 제어 밸브를 개방하는 것이 0 으로부터 대략 40 Mpa 까지 응력 증가를 일으키며 이어서 응력 펄스의 반사가 제 2 의 증가를 일으켜서 결과적으로 스트레스의 피크 값이 대략 90 Mpa 로 되는가를 보여준다. 도 4b 는 서로 다른 치수를 갖는 세 개의 공급 채널을 사용한 경우이다. 도 4b 는 도 3 의 실시형태를 사용하여 발생된 응력 펄스를 보여준다. 우선, 스트레스 증가가 일어나고, 이어서, 두 공급 채널 (4a1, 4a2) 에 있어서의 압력 펄스의 영향에 기인하여 응력이 전체적으로 대략 120 Mpa 까지 증가한다. 그러므로 도 2 에 나타낸 구성과 비교할 때 에너지 저장 공간부의 압력이 서로 동일한 조건에서 응력 펄스는 더 바람직한 형상으로 됨과 동시에 그 최대값도 약 30% 증가하게 된다. 이것은 다수의 경우에도 마찬가지이다. 서로 다른 다수의 공급 채널의 사용은 충격 장치의 효율도 개선할 수 있다. 밸브는 어느 정도까지는 항상 초크로서 작용하여 에너지 손실이 늘 있으며, 이 에너지 손실은 다음의 식으로부터 계산할 수 있다.
Figure 112006001204108-pct00002
여기서 q 는 초크에 대한 유동이고, Δp 는 초크에 대한 압력차이다. 적절히 긴 압력 유체 공급 채널을 사용함으로써, 상기 제어 밸브에 대한 압력차는 에너지 저장 공간부 (4) 와 작동실 (8) 의 압력이 동일하게 될 필요없이, 매우 신속하게 없어진다. 결과적으로 제어 밸브에 의해 야기된 에너지 손실이 더 작아진다.
도 5a 및 도 5b 는 도 4a 및 도 4b 의 각각의 실시형태로부터 발생된 펄스 에너지와 제어 밸브에서의 초크에 의한 에너지 손실을 함께 보여준다. 상기 도면에서 보는 바와 같이, 한 개의 공급 채널을 구비한 실시형태에서는 펄스 에너지가 최대일 때 대략 35 J 이었고 그 에너지 손실은 대략 10 J 이었다. 세 개의 공급 채널을 가지고 실시된 경우에서는, 그 펄스 에너지는 약 55 J 이었고, 그 에너지 손실은 대략 13 J 이었다. 도 5a 에 따른 경우에 있어서의 순 이득은 약 25J 이었고, 도 5b 에 따른 경우에 있어서의 순 이득은 약 42J 이었다.
도 6a 및 도 6b 는 응력 펄스의 형상과 특성을 조절하는 경우, 공급 채널의 길이를 조정하는 방법을 보여준다. 이 실시형태는 에너지 저장 공간부 (4) 안에 있는 조정 슬리브 (4b) 를 사용하여 공급 채널 (4a) 의 연결 길이 Lki 를 조정가능하게 하는 구성을 채택하고 있다. 조정 슬리브 (4b) 의 위치를 이동시킴으로써, 작동실 (8) 로의 공급 채널 (4a) 의 연결을 에너지 저장 공간부 (4) 에 더 가깝게 또는 그로부터 더 멀리 이동시킬 수 있고, 따라서 압력 유체의 유동 및 그 압력 유체의 응력 펄스에 대한 영향이 변한다. 도 6b 는 도 6a 에 따른 구성의 A-A 단면을 보여준다.
도 7 은 본 발명에 따른 충격 장치의 공급 채널의 길이를 조정하는 다른 실시형태를 개략적으로 보여준다. 이 실시형태는 하나 이상의 공급 채널(도 7 에 나타낸 경우에는 두 개의 공급 채널 (4a1, 4a2))안에 배치되고, 대응하는 공급 채널의 길이 방향으로 작동실 (8) 쪽으로, 그리고 마찬가지로 작동실로부터 멀어지는 쪽으로 이동 가능한 조정 슬리브 (4b1, 4b2) 를 사용한다.
이러한 구성으로도 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 작동실 (8) 에 이르는 공급 채널의 길이를 조절할 수 있어, 응력 펄스의 형상과 다른 특성들을 조절가능하게 한다.
본 발명을 상기 설명과 도면에서 단지 예로서 설명하였지만, 본 발명은 결코 이것에만 한정되는 것은 아니다. 개시된 실시형태는 단지 본 발명을 개략적으 로 보여주는 것으로서 압력 유체의 공급과 관련된 밸브 및 커플러를 개략적으로만 제시하였다. 본 발명은 임의의 적합한 밸브를 사용하여 실시될 수 있다. 중요한 점은, 공구에 응력 펄스를 발생시키기 위해서, 그리고 소망하는 충격 주파수를 제공하기 위해서는, 공구에 응력 펄스가 발생하여 이 응력 펄스가 공구를 통해 작업 대상물에 전달되도록 전달 피스톤의 압력면에 소망하는 간격으로 압력 펄스로서 전달되는 압력 유체가 사용된다는 것이다.
전달 피스톤은 공구와는 별도의 유닛으로 될 수 있지만, 경우에 따라서는 공구와 일체로 될 수도 있다.

Claims (33)

  1. 공구 (3) 가 길이 방향으로 운동가능하도록 장착되는 프레임 (2), 충격 장치 (1) 에 대한 압력 유체 공급을 제어하기 위한 제어 수단 (7), 그리고 압력 유체의 압력에 의해 응력 임펄스를 공구에 발생시키기 위한 수단을 포함하는 유압 작동식 충격 장치로서,
    상기 충격 장치 (1) 는 압력 유체로 가득 찬 작동실 (8) 과, 이 작동실 (8) 내에서 프레임 (2) 에 대해 공구 (3) 의 길이 방향으로 운동가능하게 장착되는 전달 피스톤 (9) 을 포함하고, 전달 피스톤의 공구 (3) 와 마주하는 일단은 적어도 응력 펄스의 발생 중에 공구 (3) 와 직접 또는 간접적으로 접촉하게 되고, 전달 피스톤은 그 축선 방향으로 공구 (3) 에 대해 반대편에서 상기 작동실 (8) 쪽에 있는 압력면 (9a) 을 구비하고,
    상기 충격 장치 (1) 는 응력 펄스를 발생시키기 위해 충격 장치에 공급될 압력 유체의 에너지를 저장하기 위한 에너지 저장 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 작동실 (8) 내에 있는 압력 유체의 압력보다 더 높은 압력을 가지는 압력 유체를 주기적으로 그리고 교번적으로 상기 작동실 (8) 로 흐르도록 허용하도록 연결되고, 따라서 작동실 (8) 내에 갑작스런 압력 증가가 초래되고, 그 결과 상기 전달 피스톤 (9) 을 공구 (3) 쪽으로 미는 힘이 발생되어, 상기 공구 (3) 가 길이 방향으로 가압되고 이에 의해 공구 (3) 에 응력 펄스가 발생하고, 상기 응력 펄스의 발생은 공구 (3) 에 대한 힘의 작용이 종료됨과 실질적으로 동시에 종료되며 그리고 전달 피스톤 (9) 을 실질적으로 본래의 위치로 복귀시키기 위해 상기 작동실 (8) 로 부터 압력 유체를 방출하는 것을 특징으로 하는 유압 작동식 충격 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 힘의 작용을 중단시키기 위해 압력 유체가 상기 작동실 (8) 로 들어가는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 작동실 (8) 로부터 압력 유체를 방출함으로써 상기 힘의 작용을 중단시키는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 전달 피스톤 (9) 의 공구 (3) 방향으로의 운동을 중단시켜 공구에 대한 힘의 작용을 종료시키는 정지 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충격 장치 (1) 는, 에너지 저장 수단으로서, 가압된 압력 유체로 가득 차 있으며, 일 응력 펄스의 발생 중에 작동실 (8) 로 공급되는 압력 유체량의 체적에 비해 더 큰 체적을 갖는 에너지 저장 공간부 (4) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 충격 장치의 작동 중에 압력 유체가 상기 에너지 저장 공간부 (4) 에 공급되어 상기 에너지 저장 공간부 (4) 가 소정의 압력 수준으로 유지되고, 상기 제어 수단은 압력 유체를 주기적으로 그리고 교번적으로 상기 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 상기 작동실 (8) 로 흐르도록 허용하고, 이어서 상기 에너지 저장 공간부 (4) 와 작동실 (8) 사이의 연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어 수단은 압력 유체를 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 복수의 공급 채널 (4a) 을 거쳐 작동실 (8) 로 동시에 공급하기 위해 회전 방향으로 연속하여 배열된 복수의 개구를 가지는 회전형 제어 밸브 (7) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 각 공급 채널 (4a) 의 길이 및 단면적이 서로 동일한 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 길이 및/또는 단면적이 서로 다르고 에너지 저장 공간부로부터 작동실 (8) 까지 이르는 적어도 두 개의 공급 채널 (4a1, 4a2) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 길이 및/또는 단면적이 서로 다른 공급 채널 (4a1, 4a2) 을 활성화 및 비활성화하기 위한 적어도 하나의 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  11. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 작동실 (8) 까지 이르는 적어도 하나의 공급 채널 (4a; 4a1, 4a2) 의 길이는 조정가능한 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  12. 제 5 항에 있어서, 상기 에너지 저장 공간부 (4) 는 그 에너지 저장 공간부의 체적이 압력의 증가에 따라 증가하도록 압력의 작용에 기인하여 벽이 변형되는 탱크인 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  13. 제 5 항에 있어서, 상기 에너지 저장 공간부 (4) 는 프레임 (2) 과는 별개인 탱크인 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  14. 제 5 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 공간부 (4) 는 축압기인 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전달 피스톤 (9) 은 멤브레인 형 피스톤인 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전달 피스톤 (9) 이 상기 충격 장치의 공급력에 의해 응력 펄스 발생 전 위치로 복귀하는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 충격 후에, 충격 장치 (1) 와 전달 피스톤 (9) 사이에 작용하여 전달 피스톤 (9) 을 작동실 (8) 쪽으로 미는 별도의 힘을 가하여 전달 피스톤 (9) 을 충격 장치에 대해 충격 전의 위치로 복귀시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 장치.
  18. 삭제
  19. 제 1 항에 따른 유압 작동식 충격 장치에서 응력 펄스를 발생시키기 위한 방법으로서, 작동실 (8) 내에 있는 압력 유체의 압력보다 더 높은 압력을 갖는 압력 유체가 충격 장치 (1) 의 작동실 안으로 공급되고, 상기 작동실은 압력 유체로 가득 채워지고, 상기 작동실 (8) 내에 갑작스런 압력 증가가 초래되고, 그 결과 상기 전달 피스톤 (9) 을 공구 (3) 쪽으로 미는 힘이 발생되어 상기 공구 (3) 가 길이 방향으로 가압되고 이에 의해 공구 (3) 에 응력 펄스가 발생하고, 상기 응력 펄스 (3) 의 발생은 공구 (3) 에 대한 힘의 작용이 종료됨과 실질적으로 동시에 종료되며, 그리고 전달 피스톤 (9) 을 실질적으로 본래의 위치로 복귀시키기 위해 상기 압력 유체를 작동실 (8) 로부터 방출하는 것을 특징으로 하는 유압 작동식 충격 장치에서 응력 펄스를 발생시키기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 에너지 저장 수단으로서, 가압된 압력 유체로 가득 차 있으며 일 응력 펄스의 발생 중에 작동실 (8) 로 공급되는 압력 유체량의 체적에 비해 더 큰 체적을 갖는 에너지 저장 공간부 (4) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 충격 장치 (1) 의 작동 중에 압력 유체가 상기 에너지 저장 공간부 (4) 에 공급되어 상기 에너지 저장 공간부 (4) 가 소정의 압력 수준으로 유지되고, 상기 제어 수단은 압력 유체를 주기적으로 그리고 교번적으로 상기 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 상기 작동실 (8) 로 흐르도록 허용하고, 이어서 상기 에너지 저장 공간부 (4) 와 작동실 (8) 사이의 연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 수단으로서, 압력 유체를 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 복수의 공급 채널 (4a) 을 거쳐 작동실 (8) 로 동시에 공급하기 위해 회전 방향으로 연속하여 배열된 복수의 개구를 포함하는 회전형 제어 밸브 (7) 를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 유체가 길이 및 단면적이 서로 동일한 적어도 두 개의 공급 채널 (4a) 을 거쳐 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 작동실 (8) 로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 유체는 길이 및/또는 단면적이 서로 다른 적어도 두 개의 공급 채널 (4a) 을 거쳐 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 작동실 (8) 로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 응력 신호의 특성을 조정하기 위해 길이 및/또는 단면적이 서로 다른 공급 채널 (4a1, 4a2) 을 활성화 및 비활성화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 저장 공간부 (4) 로부터 작동실 (8) 까지 이르는 적어도 하나의 공급 채널 (4a; 4a1, 4a2) 의 길이가 조정 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 저장 공간부 (4) 로서, 그 에너지 저장 공간부의 체적이 압력의 증가에 따라 증가하도록 압력의 작용에 기인하여 벽이 변형되는 탱크를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 에너지 저장 공간부 (4) 로서는 프레임 (2) 과는 별개인 탱크를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 에너지 저장 공간부 (4) 로서는 축압기를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 전달 피스톤 (9) 으로서는 멤브레인 형 피스톤을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 충격 장치 (1) 의 공급력을 사용하여 전달 피스톤 (9) 을 응력 펄스 발생 전 위치로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 충격 후에 전달 피스톤 (9) 을 충격 장치에 대해 충격 전의 위치로 복귀시키기 위해, 충격 장치 (1) 와 전달 피스톤 (9) 사이에 작용하여 전달 피스톤 (9) 을 작동실 (8) 쪽으로 미는 별도의 힘을 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 삭제
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