KR102591330B1 - 왕복 운동 임팩트 해머 - Google Patents
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Abstract
작업 표면(5)을 파쇄하기 위한 임팩트 해머(1)로서, 해머는 구동 메커니즘(11, 12, 14)과 내측 격납 표면(8)을 갖는 하우징(6)과 왕복 운동 해머 웨이트(9)를 포함한다. 해머 웨이트(9)의 왕복 운동 사이클은 각각 해머 웨이트(9)가 위쪽으로 그리고 아래쪽으로 이동하는 상향 스트로크와 하향 스트로크를 포함한다. 하향 스트로크에서, 해머 웨이트(9)는 피구동 단부(17)와 작업 표면 충돌 단부(18)를 갖는 스트라이커 핀(7)에 충돌한다. 하우징 내의 진공 챔버(22)가 격납 표면(8), 해머 웨이트(9)에 결합된 상부 진공 실링(24) 및 하부 진공 실링(25)에 의해 형성된다. 해머 웨이트(9)는 상향 스트로크에서 형성된 진공 챔버(22)와 대기 사이의 압력 차이에 의해 스트라이커 핀(4)을 향하여 구동된다. 하향 스트로크 벤트(43)는 하향 스트로크에서 진공 챔버(22)로부터의 유체 유출을 허용한다.
Description
본 발명은 충격력이 질량체(mass)를 왕복 운동시켜 얻어지는 임팩트 해머(impact hammer), 드롭 해머(drop hammer) 및 다른 파쇄 장치를 포함하는 장치를 구동하는 수단에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 진공 보조 왕복 운동 임팩트 해머(vacuum-assisted reciprocating impact hammer)에 관한 것이다.
중력 임팩트 해머(gravity impact hammer)는 주로 노출된 암반, 콘크리트 또는 다른 재료의 표면 파쇄를 위하여 주로 설계되고, 일반적으로 해제(release) 전에 하우징 또는 가이드 내에서 소정의 높이까지 상승될 수 있는 질량체로 이루어진다. 질량체는 중력 하에서 낙하하여, 직접적으로(따라서, 해머 하우징 내의 구멍(aperture)을 통해 돌출한다) 또는 스트라이커 핀(striker pin)을 통하여 간접적으로 파쇄될 표면을 타격한다.
본 발명은 본 명세서에서 미국 등록 특허 제5,363,835호, 제8,037,946호, 제7,980,240호, 제8,181,716호와, US2015/202763에 상응하는 PCT 공보 제WO2014/013466호에 설명된 장치를 포함하는 본 발명자에 의해 발명된 암반 파쇄 장치에 관하여 논의된다. 이러한 공보들은 파쇄될 암반 또는 물품에 힘을 전달하는 '스트라이커 핀' 또는 다른 도구의 일단을 낙하시켜 충돌시키기 위하여 해제 전에 하우징 내에서 소정의 높이까지 상승될 수 있는 질량체를 갖는 암반 파쇄 해머를 설명한다.
역시 본 발명자에 의한 미국 등록 특허 제7,407,017호, 제7,331,405호 및 제8,316,960호는 각각 하향 구동(drive-down) 메커니즘에 의해 추가된 추가 추동력으로 표면에 충돌 위하여 상승되어 낙하되는 하우징 내의 단일의 웨이트(unitary weight)를 포함하는 피구동 해머를 위한 임팩트 해머 록(lock), 구동 메커니즘 및 암반 파쇄 장치를 특징으로 한다.
따라서, 중력 드롭 해머 또는 임팩트 해머는 중력에 의해서만 동력이 공급되는 것에 더하여 동력 공급식 임팩트 해머를 포함하도록 본 명세서에서 사용된다.
본 발명자는 PCT 공보 제WO2014/013466호에서 설명된 '쿠셔닝 슬라이드(cushioning slide)'의 사용을 통해 위에서 참조된 임팩트 해머의 성능을 개선할 수 있었다. 쿠셔닝 슬라이드는 질량체와 하우징 사이에서 해머에 피팅되었고, 하우징에 접촉하는 저마찰 외부 레이어와 질량체에 대한 쿠셔닝 내부 레이어를 포함한다.
전술한 쿠셔닝 슬라이드는 마찰 손실을 감소시키고, 해머 구동 메커니즘으로 하여금 더 무거운 질량을 들어올리게 하고, 하향 구동 해머의 경우에 감소된 마찰과 충돌 에너지에서의 상응하는 개선을 가지면서 웨이트를 아래쪽으로 구동한다.
더욱이, 충격 흡수 내부 레이어 때문에 장치에 인가된 충격 부하(shock load)에서의 감소는 장치의 실용 수명에서의 연장 또는 더 가볍고 더 저렴한 구성으로 하우징을 제조하는 능력을 가능하게 한다. 또한, 전술한 쿠셔닝 슬라이드의 사용은 장치가 더 넓은 공차(tolerance)로 제조될 수 있게 하여, 비용을 더 감소시킨다. 따라서, 진공 구동 임팩트 해머에서 쿠셔닝 슬라이드의 이점을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
중력 드롭 해머와 같은 임팩트 해머(출원인의 종래 미국 등록 특허 제5,363,835호, 제8,037,946호, 제7,980,240호에 설명된 바와 같은)는 주로 노출된 표면 암반을 파쇄하기 위하여 활용된다. 이러한 해머들은 대체로 무거운 해머 웨이트를 수용하는 하우징의 단부에 위치 설정된 노즈 콘(nose cone) 외부에 연장하는 스트라이커 핀으로 이루어진다. 사용시, 스트라이커 핀의 하부 단부는 암반 상에 배치되고, 이어서 해머 웨이트는 스트라이커 핀의 상부 단부에 충돌하도록 상승된 위치로부터 중력 하에서 낙하하도록 허용되어, 그 다음 충격력을 암반에 전달한다.
'스트라이커 핀(striker pin)'이리는 용어는 이동하는 질량체의 운동 에너지를 암반 또는 작업 표면(working surface)에 전달하기 위한 도관(conduit) 역할을 하는 임의의 요소를 말한다. 바람직하게는, 스트라이커 핀은 한 단부(일반적으로 하우징에서 내부에 위치됨)는 해머 웨이트로부터의 충돌에 의해 제공되는 임펄스에 의해 구동되는 구동 단부이고, 다른 단부는 충돌되는 작업 표면에 놓이는 (하우징의 외부에 있는) 충돌 단부인 2개의 대향하는 단부를 갖는 기다란 요소를 포함하고, 이다. 스트라이커 핀은 임의의 적합한 형상 또는 크기를 가지도록 구성될 수 있다.
높은 스트레스 수준이 이러한 파쇄 동작과 연관된 높은 충격력에 의해 전체 해머 장치 및 연관된 지원 기계류(예를 들어, 캐리어(carrier)로 알려진 굴착기(excavator)) 전체에 걸쳐 생성된다. 미국 등록 특허 제5,363,835호는 노즈 콘 내에서 스트라이커 핀을 지지하는 리테이너(retainer)와 함께 단일의 충격 흡수 수단을 이용하여 이러한 동작으로부터의 충격력을 완화하기 위한 장치를 개시한다. 따라서, 진공 보조 임팩트 해머에서 이러한 충격 흡수기의 이점을 포함하는 것이 바람직하다.
어큐뮬레이터(accumulator)는 에너지가 저장될 수 있게 하는 수단으로서 다양한 공학 분야에서 사용되는 잘 알려진 장치이며 때때로 작은 연속하는 동력 소스를 에너지의 짧은 서지(surge)로 변환하거나 그 반대로 변환하기 위하여 사용된다, 어큐뮬레이터는 전기식, 유체식 또는 기계식일 수 있으며, 충전 가능한 배터리나 유압 어큐뮬레이터, 커패시터, 보상 펄스 발전기(compulsator), 증기 어큐뮬레이터, 파 에너지 기계, 양수 수력 발전 플랜트 또는 이와 유사한 것의 형태를 가질 수 있다.
유압 어큐뮬레이터는 피스톤 어큐뮬레이터, 블래더(bladder) 어큐뮬레이터, 다이아프램(diaphragm) 어큐뮬레이터, 가중 및 스프링 로딩식 어큐뮬레이터를 포함하는 많은 형태로 생산된다. 유압 어큐뮬레이터의 주요 작업은 유압 시스템의 특정 부피의 가압된 유체를 유지하고 요구에 따라 시스템으로 이를 되돌려주는 것이다. 그러나, 유압 어큐뮬레이터는 또한 에너지 저장, 충돌, 진동 및 파동 제동, 에너지 회수, 체적 유량 보상 및 이와 유사한 것을 포함하는 복수의 작업을 수행하도록 구성될 수 있다.
대부분의 어큐뮬레이터는 주로 주기적인 작동의 피크 동력의 일부를 취하고 이를 저동력 유효성을 가지면서 사이클의 일부로 재도입함으로써 동력 출력의 일관성을 개선하는데 목적이 있다. 그러나, 이것은 정반대의 요건을 갖는 주기적인 작동, 즉 일정하지 않은 동력 요건을 갖는 주기적인 작동을 돕지는 않는다. 특히, 대부분의 어큐뮬레이터는 임팩트 해머와 같은 주기적인 작동을 돕지 않으며, 추가 동력이 사이클의 다른 부분에서 매우 바람직하여, 사이클의 일부 동안 사용 가능한 동력이 활용될 수 있다. 본 발명자에 의한 PCT 공보 제WO2013/054262호는 임팩트 해머의 주기의 한 부분에서 잉여 가용 에너지를 저장하고 임팩트 해머의 하향 스트로크에서 해제되어 가해진 힘을 상당히 증가시키도록 설계된 어큐뮬레이터를 설명한다.
전술한 참조 공보에서의 하나 이상의 특징과 함께 임팩트 해머에서 진공 보조 시스템의 성능 이점을 활용하는 것이 바람직할 것이다.
본 명세서에서 인용된 임의의 특허 또는 특허 출원을 포함하는 모든 참조 문헌은 본 명세서에서 참조로서 편입된다. 어떠한 참조 문헌도 선행 기술을 구성한다고 인정되지 않는다. 참조 문헌의 논의는 이들의 저자들이 주장하는 것을 기술하며, 본 출원인은 인용된 문헌의 정확성 및 적절성을 제기할 권리를 유보한다. 다수의 선행 기술이 본 명세서에서 참조되더라도, 이러한 참조가 임의의 이 문헌들이 뉴질랜드 또는 임의의 다른 나라에서 당업계에서의 일반적인 공지된 지식의 일부를 형성한다는 것을 인정하는 것으로 여겨지지 않는다.
'포함한다(comprise)'라는 용어는, 다양한 관할권 하에서, 배타적 또는 포괄적 의미로 귀속될 수 있다는 것이 인정된다. 본 명세서의 목적을 위하여, 그리고 달리 언급되지 않는다면, '포함한다'라는 용어는 포괄적 의미를 가질 것이다 - 즉, 이것이 참조하는 열거된 컴포넌트뿐만 아니라 다른 특정되지 않은 컴포넌트 또는 요소를 포함하는 것을 의미하도록 취해진다. 이 이론적 근거는 또한 '포함된(comprised)' 또는 '포함하는(comprising)'이라는 용어가 방법 또는 프로세스에서의 하나 이상의 단계와 관련하여 사용될 때도 사용될 수 있다.
전술한 문제점을 해결하거나 적어도 공중에게 유용한 선택을 제공하는 것이 본 발명의 과제이다.
본 발명의 다른 양태 및 이점이 단지 예로서 제공되는 이어지는 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 작업 표면(working surface)을 파쇄하기 위한 임팩트 해머(impact hammer)을 제공하며, 이 임팩트 해머는,
- 격납 표면(containment surface)의 적어도 일부를 형성하는 적어도 하나의 내부 측벽을 갖는 하우징;
- 구동 메커니즘;
- 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치된 왕복 운동 해머 웨이트(weight)로서, 상기 왕복 운동 해머 웨이트는 왕복 운동 축을 따라 왕복 가능하고, 상기 왕복 운동 해머 웨이트의 왕복 운동 사이클은, 상기 왕복 운동 축이 대략 수직 축선 상에 있을 때,
■ 상기 왕복 운동 해머 웨이트가 상기 구동 메커니즘에 의해 상기 왕복 운동 축을 따라 위로 이동하는 상향 스트로크(up-stroke)와,
■ 상기 왕복 운동 해머 웨이트가 상기 왕복 운동 축을 따라 아래로 이동하는 하향 스트로크(down-stroke)
를 포함하는, 상기 해머 웨이트;
- 피구동 단부 및 작업 표면 충돌 단부를 구비하는 한편, 상기 작업 표면 충돌 단부가 상기 하우징으로부터 돌출하도록 상기 하우징 내에 위치되는 스트라이커 핀(striker pin);
- 상기 스트라이커 핀에 결합된 충격 흡수기; 및
- 가변 체적 진공 챔버로서,
● 상기 격납 표면의 적어도 일부;
● 상기 해머 웨이트에 결합된 적어도 하나의 상부 진공 실링(sealing); 및
● 상기 하향 스트로크의 적어도 일부 동안 상기 가변 체적 진공 챔버로부터의 유체 유출을 허용하도록 동작 가능한 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트(vent)
를 포함하는, 상기 가변 체적 진공 챔버
를 포함하며,
상기 가변 체적 진공 챔버는 적어도 하나의 하부 진공 실링을 포함하며, 상기 가변 체적 진공 챔버는 상기 상향 스트로크의 적어도 일부 동안 부기압(sub-atmospheric pressure)을 가져, 상기 왕복 운동 해머 웨이트가 상기 하향 스트로크 중 적어도 일부 동안 대기와 상기 부기압 사이의 압력 차이에 의해 상기 스트라이커 핀을 향해 구동되도록 한다.
본 발명은 왕복 운동 경로를 따라 이동 가능한 왕복 운동 해머 웨이트를 포함하는 장치를 제공하며, 상기 왕복 운동 해머 웨이트는 해머 웨이트의 상기 왕복 운동 이동 동안 상기 장치의 격납 표면(containment surface)과 적어도 부분적으로 밀봉 접촉하도록 구성되고 배향된다.
- 격납 표면(containment surface)의 적어도 일부를 형성하는 적어도 하나의 내부 측벽을 갖는 하우징;
- 구동 메커니즘;
- 상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치된 왕복 운동 해머 웨이트(weight)로서, 상기 왕복 운동 해머 웨이트는 왕복 운동 축을 따라 왕복 가능하고, 상기 왕복 운동 해머 웨이트의 왕복 운동 사이클은, 상기 왕복 운동 축이 대략 수직 축선 상에 있을 때,
■ 상기 왕복 운동 해머 웨이트가 상기 구동 메커니즘에 의해 상기 왕복 운동 축을 따라 위로 이동하는 상향 스트로크(up-stroke)와,
■ 상기 왕복 운동 해머 웨이트가 상기 왕복 운동 축을 따라 아래로 이동하는 하향 스트로크(down-stroke)
를 포함하는, 상기 해머 웨이트;
- 피구동 단부 및 작업 표면 충돌 단부를 구비하는 한편, 상기 작업 표면 충돌 단부가 상기 하우징으로부터 돌출하도록 상기 하우징 내에 위치되는 스트라이커 핀(striker pin);
- 상기 스트라이커 핀에 결합된 충격 흡수기; 및
- 가변 체적 진공 챔버로서,
● 상기 격납 표면의 적어도 일부;
● 상기 해머 웨이트에 결합된 적어도 하나의 상부 진공 실링(sealing); 및
● 상기 하향 스트로크의 적어도 일부 동안 상기 가변 체적 진공 챔버로부터의 유체 유출을 허용하도록 동작 가능한 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트(vent)
를 포함하는, 상기 가변 체적 진공 챔버
를 포함하며,
상기 가변 체적 진공 챔버는 적어도 하나의 하부 진공 실링을 포함하며, 상기 가변 체적 진공 챔버는 상기 상향 스트로크의 적어도 일부 동안 부기압(sub-atmospheric pressure)을 가져, 상기 왕복 운동 해머 웨이트가 상기 하향 스트로크 중 적어도 일부 동안 대기와 상기 부기압 사이의 압력 차이에 의해 상기 스트라이커 핀을 향해 구동되도록 한다.
본 발명은 왕복 운동 경로를 따라 이동 가능한 왕복 운동 해머 웨이트를 포함하는 장치를 제공하며, 상기 왕복 운동 해머 웨이트는 해머 웨이트의 상기 왕복 운동 이동 동안 상기 장치의 격납 표면(containment surface)과 적어도 부분적으로 밀봉 접촉하도록 구성되고 배향된다.
왕복 운동 해머 웨이트를 포함하는 그러한 장치는 많은 형태를 취할 수 있으며, 본 발명은 임의의 개별 구성에 한정되지 않는다. 이러한 장치의 예는 기계적 임팩트 해머, 중력 드롭 해머, 동력 공급식 드롭 해머, 잭(jack) 해머, 항타기(pile-driver), 쇄석기(rock breaker) 및 이와 유사한 것을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '왕복 운동(reciprocating)'이라는 용어는 장치의 임의의 작동 사이클을 포함하며, 이에 의해 장치의 작동 동안 왕복 운동하는 컴포넌트는 직선형 경로, 비직선형 경로, 단속적 경로, 궤도 경로 및 불규칙 경로와 이들의 임의의 조합을 포함하는 동일한 경로를 따라 반복적으로 이동한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '부분적인 접촉(partial contact)'이라는 용어는 시간 및/또는 거리에 대하여 격납 표면과의 간헐적 접촉, 연속적 접촉, 단속적 접촉, 순간적 접촉, 부분적인 접촉, 드문 접촉, 주기적 접촉 및 불규칙 접촉과 이들의 임의의 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '격납 표면(containment surface)'이라는 용어는 장치의 작동 동안 왕복 운동 컴포넌트, 이의 부분들 또는 이에 대한 부착물과 적어도 부분적으로 접촉하도록 위치 설정된 임의의 구조, 표면, 물체 또는 이와 유사한 것을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '작업 표면(working surface)'라는 용어는 장치에 의해 충돌, 접촉, 조작 또는 이동을 겪는 임의의 표면, 재료 또는 물체를 포함한다. 본 명세서에 개시된 많은 실시예서, 작업 표면은 통상적으로 암반, 강철, 콘크리트 또는 파쇄될 다른 재료를 포함할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '대기(atmosphere)' 및 '대기의(atmospheric)'라는 용어는 장치를 둘러싸는 가스 상태의 질량체 또는 기낭(envelope)을 나타내거나 그에 관한 것이고, 상기 가스 상태의 질량체는 유체(fluid)를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '진공(vacuum)'이라는 용어는 임의의 부기압(sub-atmospheric pressure)을 포함하며, 즉 대기보다 더 낮은 유압을 가진다. 따라서, '진공'에 대한 언급은 절대 진공을 필요로 하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '벤트(vent)'라는 용어는 능동적으로 또는 수동적으로 이를 통한 유체의 통과를 허용하기 위한 임의의 부재(feature), 메커니즘 또는 시스템을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '밸브(valve)'라는 용어는 이를 통한 유체의 통과를 선택적으로 방지하도록 구성될 수 있는 임의의 벤트를 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '진공 실링(vacuum sealing)'이라는 용어는 상호적인 상대 이동을 할 수 있는 적어도 2개의 표면 사이의 실링을 말하고, 상기 상대 이동 동안 상기 표면들 사이에 적어도 부분적인 밀봉을 유지할 수 있는 임의의 가요성(flexible) 시일, 가변 시일 및/또는 미끄럼 이동 가능한(slideable) 시일(seal)을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '구동 메커니즘(drive mechanism)'이라는 용어는 중력의 효과에 대응하여 왕복 운동 컴포넌트를 상승시키는 것을 포함하여 작업 표면으로부터 멀리 왕복 운동 컴포넌트를 이동시키는데 사용되는 임의의 메커니즘을 포함하고, 또한, 개별 드라이브로서 또는 상승 구동 메커니즘의 통합 부분으로서 중력의 효과와 결합하여 왕복 운동 컴포넌트를 하강시키는 것을 포함하여 작업 표면을 향하여 왕복 운동 컴포넌트를 구동하는데 사용되는 임의의 하향 구동 메커니즘을 포함한다. 구동 메커니즘은 유압 램(ram) 또는 회전하는 체인 드라이브 또는 이와 유사한 것과 같은 임의의 편리한 형태를 취할 수 있다. 본 명세서에서 체인 드라이브 하향 구동 메커니즘이 예시적인 목적으로 더욱 상세하게 고려되지만, 이것은 전혀 한정하는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다.
본 발명은 특히 기계적 임팩트 해머와 함께 사용하기에 적합하며, 명확성을 위하여 그리고 장황함을 더 줄이기 위하여, 본 발명은 본 명세서에서 이와 함께 사용화는 것에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 이것은 단지 예시적인 것이며 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니라는 것이 이해될 것이다.
통상적으로, 중력 임팩트 해머는 암반 콘크리트, 암석, 금속, 아스팔트 및 이와 유사한 것을 부수기 위해서 대형 웨이트의 형태로 제공된 왕복 운동 컴포넌트를 주기적으로 들어올리고 낙하시키며, 웨이트는 일부 형태(예를 들어, 유압식)의 동력 공급식 구동 메커니즘에 의해 상승되고 중력 하에서 자유 낙하한다. 이러한 중력 드롭 해머의 개발 중, 본 발명자는 동력 공급식 드롭 해머를 고안하였고(미국 등록 특허 제7,333,405호에 설명되고, 참조로 본 명세서에 편입됨), 이 웨이트는 능동적으로 아래쪽으로 구동되어 표면에 충돌한다.
본 명세서에서 웨이트(weight), 해머 웨이트(hammer weight), 충돌 질량체 또는 유사한 것에 대한 언급은 '왕복 운동 컴포넌트(reciprocating component)'를 나타내는 것으로도 이해되어야 한다.
일부 실시예에서, '해머 웨이트(hammer weight)'라는 용어는 또한 왕복 운동 사이클 동안 해머 웨이트와 함께 이동하도록 해머 웨이트에 부착되거나, 결합되거나, 연결되거나 아니면 맞물리는 임의의 컴포넌트, 물품 또는 중재 요소를 포함할 수 있다.
해머는 그 횡단면이 불규칙한 직사각형, 정사각형 또는 원형을 포함하는 임의의 형상으로 형성될 수 있지만, 이는 통상적으로 수직 방향으로 길고 직선 충돌 축을 중심으로 상승 및 하강된다.
웨이트 그 자체는 해머로서 직접 형성될 수 있고, 이에 의해 웨이트의 하나 이상의 원위 단부에는 작업 표면을 타격하는 형상을 가진 도구 단부로 형성된다. 이 대신에, 웨이트는 그 다음에 작업 표면을 타격하는 하향 스트로크에서 스트라이커 핀 상으로 낙하하는 임의의 편리한 형상의 블록으로서 간단하게 형성될 수 있다(참조로서 본 명세서에 편입되는 본 발명자의 이전 공보인 미국 등록 특허 제5,363,835호, 제7,980,240호, 제8,037,946호 및 제8,181,716호에 설명되어 있는 것과 같음).
웨이트는 장치의 취약부를 보호하고, 장치를 오염시키는 충돌 작업시 파편의 유입을 감소시키는 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치되고, 그 안에서 작동한다. 하우징은 또한 장치를 손상시키고 그리고/또는 불안정하게 하는 것을 방지하기 위하여 상향 또는 하향 스트로크 동안의 웨이트의 경로가 횡 방향으로 구속된 상태를 유지하는 것을 보장하는 가이드 역할을 한다. 이상적으로는, 웨이트는 하우징의 내부 측면들을 건드리지 않으면서 위쪽 및 아래쪽으로 이동할 수 있고, 이에 의해 불필요한 마찰을 회피한다.
실제로, 충돌 작업은 매우 다양한 경사에서 착수되고, 완벽한 수직 방향은 드물다. 더욱이, 작업 표면의 성질은 파괴가 일어나기 전에 다수의 충돌을 야기할 수 있고, 따라서 해머 또는 스트라이커 핀은 파쇄되지 않은 작업 표면으로부터 멀리 반동할 수 있다. 반동하는 해머/스트라이커 핀의 방향은 대부분 횡 방향 성분을 포함할 것이고, 이에 의해 하우징의 내부 측벽들과 접촉한다. 본 발명의 일 실시예에서, 쿠셔닝 슬라이드가 해머의 왕복 운동 부분과 하우징의 격납 표면 사이의 바람직하지 않은 접촉 효과를 완화하기 위하여 활용될 수 있다. 쿠션 슬라이드의 구성과 구현예가 나중에 더욱 상세히 설명된다.
명확성을 돕기 위하여, 본 발명의 배향과 이의 구성 요소는 실질적으로 수직인 왕복 운동 축을 중심으로 상기 왕복 운동 경로를 따라 이동하는 상기 왕복 운동 컴포넌트와 함께 동작하는 장치의 사용에 관하여 관련되고, 이에 의해 기술어 '하부' 및 '상부'를 '작업 표면'으로부터 각각 더 가깝고 더 먼 위치에 비교적 관련되는 것으로 나타낸다. 그러나, 이러한 배향에 대한 명칭은 단지 설명적 목적을 위한 것이며, 장치를 수직 축에서의 사용에 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다는 것이 이해될 것이다. 사실 본 발명의 바람직한 실시예는 이어서 더 논의되는 바와 같이 다양한 배향에서 작동할 수 있다.
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일 양태에 따라, 왕복 운동 컴포넌트의 왕복 운동 경로는 직선 충돌 축을 포함한다. 바람직하게는, 상기 해머 웨이트는 충돌 축을 따르는 일정한 방향으로의 상기 왕복 운동 경로의 크기와 동일한 스트로크 길이를 가진다.
일 실시예에서, 상기 장치는 하우징을 포함하고, 상기 격납 표면은 임팩트 해머의 하우징 내부 측벽을 포함한다.
일 양태에 따라, 본 발명은 격납 표면의 적어도 일부와 해머 웨이트 사이에 형성된 가변 체적 진공 챔버를 포함하고, 진공 챔버는 상기 왕복 운동 이동의 적어도 일부에서 부기압을 갖는다.
바람직하게는, 상기 진공 챔버는 상기 진공 챔버와 유체 연통하는 적어도 하나의 벤트(vent)를 포함한다.
바람직하게는, 상기 진공 챔버는,
● 적어도 하나의 이동 가능한 진공 피스톤 면; 및
● 격납 표면의 적어도 일부와 해머 웨이트 사이의 적어도 하나의 진공 챔버 진공 실링(sealing)(본 명세서에서 상부 진공 실링이라 함)
를 포함한다.
바람직하게는, 상기 진공 피스톤 면은 해머 웨이트의 일부에 의해 형성된다.
대안적인 일 실시예에 따르면, 상기 진공 피스톤 면은 해머 웨이트의 일부로서 일체로 형성될 수 있거나, 그에 대한 부착물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 진공 피스톤 면은 상기 왕복 이동 경로에 평행하거나 그에 동축인 경로를 따라 이동 가능하다.
바람직하게는, 상기 진공 챔버는,
● 해머 웨이트와 격납 표면 사이의 상부 진공 실링; 및
● 하부 진공 실링
을 포함한다.
상기 하부 진공 실링의 위치와 구성은 임팩트 해머 웨이트가 스트라이커 핀을 통해 작업 표면에 충돌 에너지를 전달하는 웨이터로서 구성되는지 또는 이 대신에 그에 작업 표면을 직접 타격하기 위한 도구 단부가 형성되는지에 따른다. 전자의 경우에, 하부 진공 실링은 웨이트의 하부 부분에 주위에 또는 스트라이커 핀 어셈블리 주위에 형성될 수 있다. 후자의 경우에, 하부 진공 실링은 상부 진공 실링 아래의 위치에서 격납 표면과 해머 웨이트 사이에 위치될 수 있다.
양 웨이트 구성에서, 웨이트와 격납 표면 사이의 이동은 실링이 그 사이의 상대적인 미끄럼 이동을 수용할 수 있는 것을 함축적으로 요구한다. 실링은 웨이트, 스트라이커 핀 어셈블리, 격납 표면 또는 이들의 조합에 고정될 수 있고, 이러한 변형들은 나중에 더욱 상세히 설명된다.
또한, 가능한 상술된 웨이트 구성에서의 차이에도 불구하고, 상술된 바와 같은 동일한 진공 챔버 구성 범주가 채용될 수 있다. 작동시, 장치의 전체 왕복 운동 사이클은, 상향 스트로크(up-stroke), 상부 스트로크 전이(upper stroke transition), 하향 스트로크(down-stroke) 및 하부 스트로크 전이(lower stroke transition)로 이루어지는 4개의 기본적인 스테이지(이어서 더욱 완전하게 설명됨)를 포함한다.
이 4개의 스테이지 동안, 진공 챔버에서의 대응하는 효과는 다음과 같다:
● 상향 스트로크: 해머 웨이트가 구동 메커니즘에 의해 작업 표면으로부터 멀리 구동됨에 따라(즉, 수직으로 배향된 충돌 축에 대하여, 웨이트가 상승된다), 진공 챔버의 체적이 증가한다. 진공 챔버가 격납 표면과, 웨이트의 표면과 상부 및 하부 진공 실링에 의한 공기 유입으로부터 밀봉되기 때문에, 챔버의 체적 팽창은 상부 및 하부 진공 실링을 통한 누설에 따라 통상적으로 1 bar의 대기압인 진공 챔버 외부의 압력과 진공 챔버 사이의 대응하는 압력 차이를 발생시킨다. 밀봉 손실의 효과에도 불구하고, 진공 챔버 압력 차이는 해머 웨이트가 이의 왕복 운동 경로의 상향 스트로크 이동 한계까지 이동함에 따라 유지된다;
● 상부 스트로크 전이: 최대 포텐셜 에너지의 위치(즉, 수직 왕복 운동 축에 대한 최대 높이에 대응할 수 있는 상향 스트로크 이동 한계)에서, 웨이트는 해제되고(채용된 임의의 하향 구동 메커니즘의 효과에도 불구하고), 이것은 웨이터에 작용하는 압력 차이와 중력 모두를 받아 작업 표면을 향하여 이동하도록 추진된다;
● 하향 스트로크: 웨이트가 작업 표면/스트라이커 핀으로 이동함에 따라, 웨이트가 하향 스트로크의 종점에 도달할 때까지 진공 챔버의 체적이 감소된다;
● 하부 스트로크 전이: 진공 챔버의 체적은 웨이트로부터 작업 표면으로의 에너지 이동 순간에 최소이고, 웨이트는 이의 왕복 운동 사이클의 최하위에 있다. 그 다음, 사이클은 반복된다.
나타낸 바와 같이, 상기 설명은 진공 챔버 체적 증가에 의한 상향 스트로크 동안 생성된 압력 차이를 제거할 수 있는 임의의 밀봉 손실의 영향을 무시한다.
따라서, 본 발명의 일 양태에 따르면,
● 내부 측벽을 갖는 하우징;
● 직선 충돌 축을 따라 왕복 운동하여 이동 가능한 해머 웨이트로서, 상기 해머 웨이트는 해머 웨이트의 왕복 운동 이동 동안 상기 임팩트 해머의 격납 표면과 적어도 부분적으로 밀봉 접촉하도록 구성되고 배향되고, 상기 격납 표면은 상기 하우징 내부 측벽을 포함하는, 해머 웨이트; 및
● 격납 표면의 적어도 일부와 해머 웨이트 사이에 형성된 가변 체적 진공 챔버
를 포함하는 임팩트 해머가 제공된다.
바람직하게는, 상기 직선 충돌 축을 따르는 해머 웨이트의 완전한 왕복 운동 사이클은, 수직으로 배향될 때,
● 최소 해머 웨이트 포텐셜 에너지를 갖는 하부 초기 위치로부터 최대 해머 웨이트 포텐셜 에너지를 갖는 상기 하우징의 원위 단부에서의 상부 위치까지의 해머 웨이트 상향 스트로크 길이와 동일한 거리에 대하여 충돌 축을 따라 상기 해머 웨이트가 이동되는 상향 스트로크;
● 충돌 축을 따라 방향을 바꾸기 전에 해머 웨이트 이동이 정지하는 상부 스트로크 전이;
● 상기 하우징의 원위 단부에서의 상기 상부 위치로부터 상기 하부 위치까지의 해머 웨이트 하향 스트로크 길이와 동일한 거리에 대하여 충돌 축을 따라 상기 해머 웨이트가 다시 이동하는 하향 스트로크; 및
● 후속 상향 스트로크 전에 상기 해머 웨이트 이동이 정지하는 하부 스트로크 전이
로 이루어지는 4가지 스테이지를 포함한다.
바람직하게는 상기 해머 웨이터 포텐셜 에너지는,
● 상향 스트로크 시작 위치로부터의 해머 웨이트의 수직 변위에 중력을 곱한 것과 동일한 중력 포텐셜 에너지; 및
● 상기 진공 챔버와 대기 사이의 압력 차이와 피스톤 면의 면적의 곱에 상기 해머 웨이트의 스토로크 길이를 곱한 것과 동일한 진공 챔버가 생성한 포텐셜 에너지
를 포함한다.
임팩트 해머의 구성에 따르면, 해머 웨이트 상향 스트로크 길이와 해머 웨이트 하향 스트로크 길이는 동일할 수 있거나, 약간 상이할 수 있다. 후자의 경우에, 예를 들어 스트라이커 핀에 미끄럼 이동 가능한 커플링이 포함되는 경우, 상향 스트로크의 시작에서의 해머 웨이트의 정밀한 위치는 운전자가 하우징 내부의 스트라이커 핀에 힘을 가하는지 여부에 의존할 것이다.
일 양태에 따르면, 상기 격납 표면은 실질적으로 길고, 상부 원위 단부와 반대편의 하부 원위 단부로 충돌 축을 실질적으로 길게 둘러싼다.
바람직하게는, 상기 하부 격납 표면 단부는 임팩트 해머의 캐리어로의 부착을 위한 부착 위치에 근접한다.
바람직하게는, 상기 왕복 운동 작동 사이클 동안, 상기 격납 표면 상부 및 하부 원위 단부에서, 해머 웨이트는 각각 최대 및 최소 포텐셜 에너지를 가진다.
일 양태에 따라, 상기 하우징은 실질적으로 길고, 상부 원위 단부와 반대편의 하부 원위 단부로 충돌 축을 실질적으로 길게 둘러싼다.
바람직하게는, 상기 하부 격납 표면 단부는 임팩트 해머의 캐리어로의 부착을 위한 부착 위치에 근접한다.
임팩트 해머 분야에서 본 발명의 중요성을 완전히 이해하기 위하여, 적용 가능한 임팩트 해머 구성들의 범위와 이들의 핵심적인 특징들의 중요성을 고려하는 것이 도움이 된다.
2가지 주요 대안적인 웨이트 구성이 있으며, 이들은 모두 어느 하나의 웨이터 구성 카테고리, 즉 다음과 같은 웨이트 구성에 적용 가능한 2가지 유형의 구성으로 세분화된다:
케이스 1 임팩트 해머 웨이트 자체가 원위 도구 단부를 갖는 해머를 직접 형성한다;
또는
케이스 2 임팩트 해머 웨이트는 작업 표면에 충돌하는 스트라이커 핀 상으로 충돌하는 질량체이다.
케이스 1 또는 케이스 2에서, 왕복 운동 사이클의 하향 스트로크는.
● 상승된 웨이트가 작업 표면에 운동 에너지를 전달하기 위하여 중력만 받아 낙하할 수 있게 하도록 구성될 수 있거나,
또는
● 중력으로부터만 제공되는 것에 비하여 충돌 면에 전달되는 운동 에너지를 증가시키기 위하여 작업 표면을 향하여 웨이트를 능동적으로 구동하도록 구성될 수 있다.
더욱이, 장치의 효율과 능률은, 위에서 참조된 해머 웨이트 및 구동 메커니즘 구성의 각각에 대하여, 다음의 중요한 성능 파라미터, 즉,
● 장치의 전체 질량(및 크기); - 그리고, 장치를 작동시키고 조작하기 위하여 필수적인 캐리어의 크기와 동력에 대한 상응하는 효과;
● 필요한 충돌 에너지; - 그리고 해머 웨이트가 필요한 충돌 에너지 레벨을 생성하는데 필수적인 해머 질량 및 높이;
● 필요한 충돌 에너지의 빈도(frequency); - 그리고 구동 메커니즘 및/또는 하우징에 대한 역효과 없이 대응하는 시간 프레임에서 웨이트를 왕복 운동시키기 위한 임팩트 해머의 능력
에 의해 영향을 받는다.
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종래의 중력 임팩트 해머의 경우에, 다른 것에 대한 불리한 영향 없이 임의의 하나의 상기 파라미터를 개선하기 위한 옵션은 매우 제한적이다. 에너지 생산은 보통 해머 웨이트의 중력 가속도와 수직 낙하 거리의 곱에 마찰, 수직으로부터의 각도 또는 리프트 메커니즘으로부터의 견인(drag)에 의한 손실을 뺀 것이다. 작업 표면으로의 충돌 에너지 전달은 해머 웨이트의 질량과 속도의 제곱의 곱에 비례하는 웨이트의 운동 에너지에 의해서 전적으로 제공된다. 따라서, 기존의 임팩트 해머를 위한 전술한 파라미터들의 상호 의존성은 다른 2개의 파라미터 중 하나 또는 양자에 대한 불리한 영향 없이 전체 질량, 충돌 에너지 또는 충돌 빈도에서의 임의의 상당한 개선을 심각하게 방해한다.
종래의 중력 임팩트 해머를 위한 파라미터 상호 의존성의 한계는 다음의 3가지 주요 성능 개선에 관하여 더욱 완전하게 예시된다:
● 충돌 에너지를 유지하면서 해머 웨이트를 감소: - 더 가벼운 해머 웨이트를 이용하여 주어진 운동 에너지를 성취하는 것은 대응하는 더 가벼운 임팩트 해머 및 이에 상응하는 잠재적으로 더 가벼운 캐리어의 잠재적인 이점을 제공한다. 그러나, 이것은 필요한 충돌 속도의 필수적인 증가를 성취하기 위하여 (낙하 높이를 증가시키기 위한) 스트로크 길이의 증가를 필요로 할 것이다. 그러나, 장치의 왕복 운동 기간 및/또는 활용성/조작성에 불리한 영향을 미치지 않는 최대의 실현 가능한 웨이트 높이에 대한 실제의 제한이 있다.
추가의 낙하 높이는 불가피하게 추가 장치 구조를 필요로 하고, 이에 따라 캐리어에 의해 지탱될 질량을 추가한다. 더욱이, 증가된 거리에도 불구하고 동일한 상승 기간을 유지하기 위하여 더 많은 강력한 구동 메커니즘을 이용하는 것은 장치의 중량과 비용을 엄연하게 증가시킨다. 대안에서, 동일한 동력을 갖는 구동 메커니즘을 이용하는 것은 사이클 시간 증가를 야기할 것이다. 더하여, 해머 웨이트가 왕복 운동 경로 상에서 다시 복귀하기 전에 상부 스트로크 전이에서 반드시 정지하게 된다는 점을 고려하면, 웨이트를 정지 상태로 감속시키기 위하여 비실용적으로 강력하고 점점 더 거대한 충격 흡수 버퍼 없이는 해머 웨이트의 실행 가능한 상승 속도에서의 불가피한 제한이 있다. 이러한 버퍼 없이는, 어셈블리 하우징의 높이는 해머 웨이트가 구동 메커니즘 마찰과 중력의 효과를 통해서만 감속할 수 있게 하도록 여전히 더 증가되어야만 할 수 있다.
이미 논의된 바와 같이, 이것은 이에 따라 더욱 강력한 구동 메커니즘의 이점에 반작용하고, 웨이트의 추가로 필요한 이동 거리에 기인하는 성취 가능한 충돌 빈도를 더 감소시킨다. 따라서, 감소된 해머 웨이트로부터의 임의의 이점은 감소된 충돌 빈도, 감소된 활용성/조작성 및 상술된 다른 웨이트 증가에 의해 방해받을 것이다.
● 해머 웨이트를 증가시키지 않고 충돌 에너지를 증가: - 낙하 높이를 증가시키지 않고(위에서 요약된 동일한 부수적인 단점을 가짐), 해머 웨이트를 증가시키지 않으면서 종래의 임팩트 해머의 충돌 에너지를 증가시키는 능력은 무시해도 될 정도이다.
● 해머 웨이트를 감소시키지 않고 충돌 빈도를 증가: - 해머 높이를 감소시키지 않고 충돌 빈도를 증가시키기 위하여, 낙하 높이가 감소되어야 하거나 구동 메커니즘 상승 속도가 증가되어야 한다. 그러나, 전자의 경우에, 충돌 에너지는 대응하여 감소할 것이다. 후자의 경우에, 하향 스트로크 전에 해머 웨이트의 증가된 속도가 정지되어야 하는 필요성의 어려움이 여전히 있을 것이다. 상술된 바와 같이, 이것은 증가된 낙하 높이 및/또는 버퍼를 필요로 할 수 있고, 이는 모두 전체 중량을 모두 증가시킨다.
이러한 인자들은 중력 임팩트 해머의 웨이트의 충돌 속도를 증가시키는 대안적인 방법을 장려한다. 하나의 이러한 방법은 하향 스트로크에서 하향력을 또한 가하는 구동 메커니즘, 즉 하향 구동 메커니즘을 활용하다. 제2 방법은 충돌 하향 스트로크에서의 사용을 위하여 상향 스트로크 중량 리프팅 동안 사용 가능한 구동 메커니즘으로부터 임의의 활용되지 않은 잉여 동력을 저장함으로써 제1 방법을 보충한다. 이러한 방법들은 모두, 해머 중량 감소, 상승 높이 감소, 충돌 에너지 증가 또는 왕복 운동 기간 감소를 포함하는 하나 이상의 임팩트 해머 파라미터를 유익하게 변경할 수 있는 능력을 제공한다.
이러한 방법들은 미국 등록 특허 제7,331,405호 및 PCT 공보 제WO2013/054262호에 각각 설명되는 본 발명자의 이전 발명들에서 해결되었다. 이러한 방법들이 모두 전술한 이점을 제공하지만, 하향 구동 메커니즘과 에너지 저장 컴포넌트 및 하향 스트로크 동안 웨이트에 커플링하는 수단은 본질적으로 복잡성과 중량을 장치에 추가한다.
본 명세서에 설명된 장치가 본 발명자의 참조된 방법들의 모두와 유사한 이점을 제공할 뿐만 아니라, 이는 장치의 중량 또는 복잡성에 대한 추가 없이 성취될 수 있다. 또한, 유익하게는, 본 명세서에 설명된 장치는 향상된 장치를 제공하기 위하여 선택적으로 상기 전술된 방법의 하나 또는 양자에 추가하여 사용될 수 있다.
왕복 운동 경로의 상향 스트로크에서의 웨이트의 상승 동안 진공 챔버 내의 진공의 형성은 진공 챔버와 대기 사이의 압력 차이에 기인하는 대응하는 반대력을 생성한다. 웨이트가 왕복 운동 경로에 구속되기 때문에, 웨이트에 가해진 대기압의 힘은 왕복 운동 경로를 따라 아래쪽으로 분해되고, 이에 의해 해머 웨이트에 작용하는 중력과 합성된다.
그러나, 진공 챔버의 진공 피스톤 면에 (웨이트를 통해) 가해진 대기압은 하향 스트로크에서 작동하기 위한 캐리어 또는 구동 메커머니즘으로부터의 어떠한 추가 에너지를 필요로 하지 않는다. 진공 챔버 어셈블리도 어떠한 추가 외부 저장 장치의 추가 중량 및 복잡성을 요구하지 않는다. 분명하게, 실링의 무시할 만한 중량 이외에, 진공 챔버 자체는 장치의 중량에 추가할 필요가 없다. 해머 웨이트 및 임팩트 해머의 연관된 하우징은 주목할 만한 단면적을 가져, 해머 웨이트 아래에서 매우 상당한 진공의 생성을 허용한다.
따라서, 나머지 임팩트 해머 성능 변수를 실질적으로 일정하게 유지하면서, 충돌 에너지, 시간당 총 톤수 생산 레이트 또는 임팩트 해머 중량과 같은 파라미터에서의 임의의 개선을 개별적으로 식별함으로써, 종래 기술의 중력만 받는 임팩트 해머(gravity-only impact hammer)에 대하여 본 명세서에서 설명된 임팩트 해머의 비교 평가를 하는 것이 가능하다. 주요 예로서, 임팩트 해머 중량 절약(그리고 이에 따라 더 가벼운 굴착기를 사용하는데 있어서의 상응하는 비용 절약)에서의 임의의 이득을 비교하기 위하여, 비교된 임팩트 해머가, 예를 들어, 동일한 충돌 에너지 또는 다른 밀접한 성능 기준을 나타내는 것이 필요하다. 이의 연관된 캐리어/굴착기의 전반적인 비용에서의 임팩트 해머 중량 절약의 중요성은 다음과 같이 확장된다.
굴착기 시장은 잘 구축되어 있고, 상업적인 전래의 관습적인 이유로, 굴착기는 지정된 대역 또는 등급에 속하는 사양으로 제조된다. 특히, 굴착기는 주로 다음과 같은 등급에 속하는 전체 중량으로 구성된다:
● 20 내지 25톤
● 30 내지 36톤
● 40 내지 55톤
● 65 내지 80톤
● 100 내지 120톤
각각의 등급이 상당한 중량 범위를 포함하지만, 굴착기의 비용은 이의 특정 중량에 의해 직접 지배된다. 따라서, 굴착기 구매자는 필요한 작업을 수행할 수 있는 주어진 등급 내의 가장 가벼운 굴착기를 선택하도록 매우 동기 부여된다. 예를 들어, 56톤의 굴착기를 필요로 하는 부착물을 갖는 운전자/구매자는 대략 US$10/Kg의 비용을 발생시킬 것이고, 따라서, 이론적으로 56톤 굴착기는 US$570,000이어야 한다. 그러나, 운전자는 실제로 US$650,000의 비용으로 65톤의 굴착기를 사용할 필요가 있을 것이다; 14%의 비용이 더 가벼운 등급에서의 굴착기에 비하여 증가한다. 상업적 실제 현실은 정밀하게는 등급의 중량 경계의 한계에서 굴착기의 가용성에 의해 더욱 악화되어, 운전자가 훨씬 더 무거운 굴착기를 사용하게 강제한다. 더욱이, 캐리어의 킬로그램당 비용은 상이한 중량 등급들 사이에서 균일하지 않고, 이 대신에 이들의 제한된 가용성 때문에 더 무거운 캐리어 클래스(특히 40톤 이상)에 대하여 불균형적으로 증가한다. 따라서, 필수적인 가장 가벼운 굴착기를 이용하는 것에 의해 비용을 절약하는 것이 가장 중요하다는 것을 알 수 있다.
캐리어의 중량과 이의 임의의 부착물을 위한 중량 지탱 용량 사이의 상호 관계는 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있고, 이에 의해 비례 관계에서 캐리어(통상적으로 굴착기)는 부착물의 중량의 적어도 6 내지 7배의 중량을 가져야 한다. 따라서, 임팩트 해머와 같은 부착물의 중량에서의 감소는 잠재적으로 부착물을 동작시키는데 필요한 굴착기의 중량에서의 대응하는 6 내지 7배의 감소를 잠재적으로 생성할 수 있다. 굴착기 중량 등급과 더 높은 중량 등급으로부터의 이동에 필요한 중량 절약의 비교가 아래에서 보여진다.
표 1로부터 임의의 등급에서의 대략 11 내지 20% 사이의 임팩트 해머 전체 중량 절약이 더 가벼운 등급으로 필요한 굴착기를 변경하는데 잠재적으로 충분할 것이라는 것을 알 수 있다. 이러한 잠재적인 중량 절약은 굴착기 등급의 인접한 한계들 사이의 이동에 필요한 최소 중량 절약에 기초한다. 따라서, 상기 표들은 본질적으로 더 가벼운 등급의 굴착기를 이용하는 매우 유익한 비용 절약을 제공할 수 있는 부착물 중량 절약의 최소 범위의 개요를 서술한다.
훨씬 더 높은 중량 절약은 운전자가 등급 내의 더 무거운 굴착기의 상당히 더 넓은 선택 범위로부터 선택하는 것을 허용할 것이다. 실제로, 임의의 주어진 시간/위치에서 사용 가능한 굴착기의 선택 범위는 최적 중량의 굴착기의 사용을 쉽게 불가능하게 할 수 있어, 더 무거운 기계의 사용을 강제한다. 더욱이, 굴착기 등급들에서는 주변부가 아니라 중량 대역의 중심에 있는 중량을 갖는 기계가 훨씬 더 많이 자리를 차지한다. 따라서, 다음 등급의 경계 내의 상태로부터 굴착기의 사용을 허용하는 임팩트 해머 중량 절약은 단지 굴착기 중량 등급을 넓히는 질량 절약에 비하여 불균형적인 이득을 제공한다. 많은 다른 성능 파라미터에 더하여, 이러한 중량 절약을 위한 본 발명의 가능성은 아래에서 종래 기술과 비교하여 예시된다.
본질적으로, 자체의 중량 감소는, 위에서 논의된 바와 같이, 단순히 임팩트 해머의 다른 성능 파라미터를 절충함으로써 다양한 수단에 의해 성취될 수 있다. 따라서, 의미 있는 평가는 단지 단일 파라미터, 예를 들어, 임팩트 해머 증량에 관한 종래 기술과의 비교 동안 소정의 주요 파라미터들을 고정함으로써만 가능하다.
따라서, 표 2 및 표 3(부록 참조)은 최상으로 수행하는 비교할 만한 종래 기술의 중력만 받는 임팩트 해머와의 진공 보조 임팩트 해머의 하나의 실시예의 3가지 상이한 임팩트 해머 중량의 비교를 도시한다. 열거된 종래 기술의 임팩트 해머는 상기 중량 등급 내의 굴착기를 필요로 하는 사용 가능한 가장 잘 수행하는 임팩트 해머들이다. DX900과 DX1800은 그 다음에 작업 표면에 충돌하는 스트라이커 핀에 떨어지는 중력만 받는 해머 웨이트로 구성된 상이한 크기/중량의 임팩트 해머이다. 본 발명자는 이 DX 기계들 모두의 발명자이다. 모든 DX 기계들이 본 발명에 대하여 가장 가까이 수행하는 경쟁자들을 나타내지만, SS80 및 SS150 형태인 추가의 종래 기술이 적합한 산업계 상황을 제공하기 위하여 포함된다. SS80과 SS150는 Surestrike International, Inc에 의해 제조되고, 또한 스트라이커 핀에 떨어지는 중력만 받는 해머 웨이트로 유사하게 구성된 장치이다.
위의 표 2 및 표 3(부록 참조)은 실제 종래 기술의 중력만 받는 임팩트 해머와 본 발명에 따른 진공 보조 임팩트 해머의 주요한 물리적 파라미터 및 성능 파라미터를 상세히 열거한다. 종래 기술의 임팩트 해머는 비교할 만한 해머 웨이트 질량과 스트로크 길이에 때문에 비교를 위하여 선택되었다. 이해 가능하게는, XT1000, XT2000 및 XT4000로 명명된 본 명세서에서 개시된 실시예들은 종래 기술의 임팩트 해머와의 비교를 용이하게 하기 위하여 특별히 구성되지는 않고, 따라서 충돌 에너지 및 생산성과 같은 여러 관점에서 상이하다. 본 발명의 진공 보조의 이점 중 하나는 성능 개선이 상이한 크기를 갖는 임팩트 해머에 대하여 본질적으로 측정할 수 있다는 것이다. 따라서, 이어지는 표 4와 표 5는 종래 기술의 중력만 받는 임팩트 해머의 특정된 파라미터를 정밀하게 매칭시키도록 구성된 진공 보조 임팩트 해머(1 내지 8로 표시됨)를 위하여 만들어졌다.
표 4(부록 참조)는 동일한 전체 임팩트 중량(따라서 동일한 캐리어 중량)을 갖는 진공 임팩트 해머 1 내지 4를 종래 기술의 DX900, SS80, DX188 및 SS150과 비교하여, 각각 105%, 260%, 183% 및 206%의 충돌 에너지 개선을 결과로서 제공한다. 수직 충돌 축에서의 생산 속도에서의 상응하는 개선은 각각 325%, 695%, 337% 및 505%로 훨씬 더 이질적이다. 45° 충돌 축 경사에서, 생산 속도에서의 개선은 각각 712%, 1,394%, 727% 및 1,045%로 훨씬 더 증가한다.
표 5(부록 참조)는 충돌 에너지가 동일하게 될 때 상기 종래 기술의 임팩트 해머와 본 발명의 진공 임팩트 해머(5 내지 8) 사이의 중량 차이에 초점을 둔다. 본 발명의 임팩트 해머(5 내지 8)와 DX900, SS80, DX188 및 SS150 사이의 결과적인 중량 감소는 각각 42%, 60%, 48% 및 58%이다. 본 발명의 임팩트 해머 5 내지 8은 감소된 사이클 시간(다른 곳에서 더욱 완전하게 고려된다)과 함께 더 가벼운 캐리어를 사용할 수 있는 결과로서 DX900, SS80, DX188 및 SS150에 대하여 각각 65%, 81%, 69% 및 76%의 생산의 시간당 톤당 캐리어 비용에서의 개선을 제공한다(수직 충돌 축 배향에서).
표 6(부록 참조)은 생산성이 이전 예들에서 참조된 동일한 종래 기술의 임팩트 해머들과 대응하여 동등하게 되는 본 발명의 임팩트 해머(9 내지 12)의 추가의 4가지 구성을 나타낸다. 이미 보인 바와 같이, 본 발명은 비교할 만한 종래 기술의 임팩트 해머보다 상당히 더 가볍다.
따라서, 본 발명이 생산성에 있어서 개념상으로 종래 기술과 동일하게 되도록 구성될 때에도, 이의 감소된 중량은 이에 대응하여 더 가벼운 하우징 및 해머 웨이트가 필요하기 때문에 캐리어 비용에서의 상당한 절약과 제조 비용 절약을 제공한다. 이러한 절약들은 수직으로 배향된 충돌 축에 대해 DX900, SS80, DX188 및 SS150에 대하여 각각 151%, 345%, 181% 및 274%의 진공 임팩트 해머 9 내지 12에 의한 생산 개선에 관한 시간당 톤당 캐리어 비용으로 변환된다. 개선은 45°에서의 생산에 관한 시간당 톤당 캐리어 비용을 위한 수치들에 표시된 바와 같이 경사진 충돌 축 배향에 대해 훨씬 더 두드러진다.
본 명세서에서 설명된 실시예들은 종래 기술에 비하여 매우 상당한 성능 개선을 성취하기 위한 수단을 제공한다. 임팩트 해머의 진공 보조는 임팩트 해머 자체의 재료 및 생산 비용을 감소시킬 뿐만 아니라 더 가벼운 굴착기를 이용하는 것과 연관된 운전 비용을 감소시키는 더 가벼운 해머 웨이트의 사용을 허용한다.
본 발명과 종래 기술 사이의 격차는 훨씬 더 보수적인 개선(아래에서 설명됨)이 본 발명의 실시예들에 의해 제공되는 발명적 이점의 명확한 징후를 나타낸다.
바람직하게는, 상기 임팩트 해머는,
● 최대 3.6톤의 전체 장치 중량에 대해 적어도 70 킬로줄(Kilojoule)의 충돌 에너지;
● 4.5 내지 6.5톤 사이의 중력만 받는 임팩트 해머 이상의 충돌 에너지 출력을 갖는 최대 3.6 톤의 전체 장치 중량;
● 30 내지 36톤 캐리어를 필요로 하는 중력만 받는 임팩트 해머 이상의 충돌 에너지 출력을 갖는 최대 3.6톤의 전체 장치 중량;
● 최대 6.0톤의 전체 장치 중량에 대해 적어도 150 킬로줄의 충돌 에너지;
● 8 내지 11톤 사이의 중력만 받는 임팩트 해머 이상의 충돌 에너지 출력을 갖는 최대 6.0톤의 전체 장치 중량;
● 65 내지 80톤 캐리어를 필요로 하는 중력만 받는 임팩트 해머 이상의 충돌 에너지 출력을 갖는 최대 6.0톤의 전체 장치 중량;
● 최대 11톤의 전체 장치 중량에 대해 적어도 270 킬로줄의 충돌 에너지;
● 15 내지 20톤 사이의 중력만 받는 임팩트 해머 이상의 충돌 에너지 출력을 갖는 최대 11톤의 전체 장치 중량;
● 65 내지 80톤 캐리어를 필요로 하는 중력에 비해 적어도 50%에 동일한 충돌 에너지 출력을 갖는 최대 11톤의 전체 장치 중량
중 하나 이상으로 구성된다.
굴착기의 통상적인 자본 비용이 킬로그램당 대략 USD $10 또는 €6.25이기 때문에, 더 무거운 등급의 굴착기를 위한 위에서 참조된 불균형적인 비용 증가를 특히 고려하면, 임의의 상기 구성이 상당한 비용 절약을 제공한다는 것이 바로 이해될 수 있다.
또한, 위에서 자명하게 입증된 바와 같이, 작업 표면에 필요한 충돌 에너지를 성취하기 위하여 가능한 가장 가벼운 임팩트 해머 웨이트를 활용하는 것이 매우 바람직하다. 해머 웨이트 자체가 전체 임팩트 해머 장치 중량에서의 지배적인 인자이기 때문에, 더 가벼운 해머 웨이트는, 이어서 논의되는 바와 같이, 많은 결과적인 중량 절약(예를 들어, 더 가벼운 격납 표면/하우징에 대한 필요성)과 함께 더 가벼운 전체 장치 중량에 직접 기여한다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 하향 구동 메커니즘의 사용에 의해 발생되는 추가 중량 없이 하향 스트로크에서 웨이트에 초중력(super-gravitational force)(중력보다 더 큼)이 가해질 수 있게 한다.
종래 기술의 중력만 받는 임팩트 해머에 대한 본 발명의 실시예들의 또 다른 이점은 비수직 충돌 축 배향에서 동작하기 위한 엄청나게 개선된 성능 용량이다. 통상적으로, 중력만 받는 임팩트 해머가 경사짐에 따라, 유효 낙하 높이는 감소하는 반면, 주기적인 동작 동안 해머 웨이트가 점점 더 하우징을 누르기 때문에 마찰로부터의 저항은 증가한다. 수직으로부터 60°를 넘는 충돌 축 경사각은 통상적으로 중력만 받는 임팩트 해머에서 왕복 운동하는 해머 웨이트가 이동을 중지하게 한다.
그러나, 임팩트 해머의 진공 보조에 의해 제공되는 포텐셜 에너지는 배향 변화에 의해 소멸되지 않고, 대조적으로 위쪽으로 향하는 것을 포함하는 임의의 충돌 축 배향에 의해서 변경되지 않는 상태를 유지한다. 또한, 진공 효과가 임팩트 해머의 질량에 추가하지 않기 때문에, 임팩트 해머가 경사짐에 따라 진공에 기인하는 격납 표면과의 마찰 증가가 없다. 따라서, 경사진 진공 보조 임팩트 해머의 전체 마찰 손실은, 충돌 에너지의 진공 생성 부분이 경사진 임팩트 해머에 추가 마찰에 처하게 하지 않지만 더 큰 충돌 에너지를 제공하기 때문에, 동일한 충돌 에너지를 제공할 수 있는 종래의 중력만 받는 임팩트 해머보다 비례적으로 훨씬 더 낮다.
수치적인 예로 성능 이점을 예시하기 위하여, 표 8(부록 참조)은 0°와 45°의 충돌 축 경사 모두에서 중력만 받는 임팩트 해머를 진공 보조 임팩트 해머의 형태인 본 발명의 일 실시예와 비교한다.
상기 비교에서 대하여 알 수 있는 바와 같이, 수직 충돌 축 및 이론적으로 동일한 충돌 에너지(30,000J)로도, 중력만 받는 임팩트 해머는 진공 보조 임팩트 해머에 대한 1,600J에 비교하여 더 큰 에너지 손실, 즉 4,500J을 발생한다. 이러한 더 큰 손실은 더 큰 해머 웨이트에 의해 생성되는 더 큰 마찰과 더 큰 공기 변위 손실의 직접적인 결과이다. 차이는 증가하는 충돌 축 경사에 따라 두드러지게 증가한다. 45° 충돌 축 경사에서, 중력만 받는 임팩트 해머 및 진공 보조 임팩트 해머의 마찰 및 공기 변위 통한 에너지 손실들은 이제 각각 6,360J 및 2,350J이다. 따라서, 진공 보조 임팩트 해머는 0° 충돌 축 경사에서 중력만 받는 임팩트 해머에 의해 수행된 일의 115%를 수행할 수 있고, 45° 충돌 축 경사에서 194%까지 증가한다. 차이는 중력만 받는 임팩트 해머가 모두 기능을 중단하는 지점(대략 65 내지 70°)까지 경사가 증가함에 따라 훨씬 더 두드러진다.
바람직하게는, 상기 임팩트 해머는 수직으로부터 0°에서 적어도 60°까지의 충돌 축 경사각으로 동작 가능하게 구성된다.
일 실시예에서, 상기 동작 가능한 충돌 축 경사각은 수직으로부터 0° 내지 90°이다.
또 다른 일 실시예에서, 상기 동작 가능한 충돌 축 경사각은 수직으로부터 0° 내지 180°이다.
일 실시예에서, 상기 최대 중력 포텐셜 에너지는 상기 최대의 진공 챔버가 생성한 포텐셜 에너지보다 작다.
바람직하게는, 상기 해머 웨이트는 스트라이커 핀의 세로 축과 실질적으로 동축인 충돌 축을 따라 스트라이커 핀의 상기 피구동 단부에 충돌한다.
바람직하게는, 상기 스트라이커 핀은, 상기 충돌 단부가 하우징으로부터 돌출하도록 노즈 블록(nose block) 내의 하우징 내에 위치 가능하고, 상기 충격 흡수기는 상기 노즈 블록 내부의 스트라이커 핀에 결합된다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 모바일 캐리어에 의해 지지되는 실질적으로 전술한 바와 같은 임팩트 해머를 포함하는 모바일 임팩트 해머가 제공되고, 상기 임팩트 해머는 수직으로부터 0°에서 적어도 45° 그리고 바람직하게는 적어도 60°까지의 충돌 축 경사각으로 사용시 동작 가능하다.
바람직하게는, 상기 모바일 임팩트 해머는 해머 웨이트의 왕복 운동 사이클 마다 적어도 5000 줄의 충돌 에너지를 부여하도록 구성된다.
이러한 경사각으로 동작하는 성능은 가파른 암반면, 터널링, 트렌칭 및 이와 유사한 것에 가까운 제한된 영역에서의 작업과 같은 중력만 받는 임팩트 해머로 실현 가능하지 않은 애플리케이션에서의 작업을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 모바일 임팩트 해머는, 상기 임팩트 해머가 상기 지지하는 모바일 캐리어의 질량과 실질적으로 같거나 더 크도록 구성된다.
추가 실시예에 따르면, 상기 임팩트 해머는 원격으로 작동되는 임팩트 해머 및/또는 로봇 터널링 임팩트 해머로서 구성된다.
본 발명은 특별히 만들어진 로봇 터널링 임팩트 해머가 운전자를 위험에 놓이게 하는 낙하하는 잔해물에 대한 우려 없이 얕은 충돌 각도로 동작하는 것을 실현 가능하게 한다. 자명하게, 수평에 가까운 충돌 축 각도에서의 작업은 충돌 에너지의 지배적인 대부분(>80%)이 진공 효과에 의해 생성되는 것을 필요로 하고, 이에 따라 중량에 대한 큰 진공 표면적 비율을 요구한다.
이해되는 바와 같이, 임팩트 해머가 임의의 상향 경사에서의 동작을 위하여 의도될 때, 해머 웨이트는 사슬(tether), 안전 장치(restraint), 리스(lease) 또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 해머 웨이트에 대한 이러한 안전 장치는 진공 챔버 밀봉 실패의 경우에 웨이트가 하우징으로부터 미끄러져 나가 잠재적으로 구동 메커니즘 컴포넌트를 손상시키고 위험을 제공하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명이 터널링 작업 및/또는 60°보다 큰 다른 충돌 작업을 할 수 있는 본 발명의 임팩트 해머가 작업의 특정 상황에 따라 반드시 로봇 제어 및/또는 원격 제어될 필요는 없다는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 진공 보조 임팩트 해머를 이용하는 적합하게 보호된 인간이 운전하는 굴착기는 이러한 상황에서 사용할 수도 있다.
바람직하게는, 구동 메커니즘은 왕복 운동 축을 따라 해머 웨이트를 상승시키도록 동작 가능한 상향 스트로크 구동 메커니즘이다.
바람직하게는, 구동 메커니즘은 가요성 커넥터에 의해 해머 웨이트에 연결된 드라이브를 포함한다. 가요성 커넥터는, 벨트, 케이블, 스트롭(strop), 체인, 로프, 와이어, 라인 또는 다른 충분히 강한 가요성 연결부를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 드라이브는 하우징의 상부 원위 단부 아래에 위치 설정된다.
바람직하게는, 드라이브는 해머 웨이트 상향 스트로크의 종점 아래에 위치 설정되고, 하우징의 상부 원위 단부와 스트라이커 핀의 피구동 단부 사이에 중력 중심이 있다.
바람직하게는, 드라이브는 해머 웨이트 상향 스트로크의 종점 아래에 위치 설정되고, 격납 표면의 원위 단부들 사이에 중력 중심이 있다.
바람직하게는, 가요성 커넥터는 하우징의 상부 원위 단부에 위치된 적어도 하나의 풀리(pulley)의 둘레로 지나가고, 드라이브는 풀리의 둘레로 가요성 커넥터를 통해 위쪽으로 해머 웨이트를 당기도록 구성된다.
청구항 1에 청구된 바와 같은 임팩트 해머로서, 드라이브는 직선형 왕복 운동 드라이브이다.
일 양태에 따르면, 구동 메커니즘은 바람직하게는 해머 웨이트 상향 스트로크의 종점 아래에 위치 설정되고, 격납 표면의 상기 원위 단부들 사이에 중력 중심이 있다.
바람직하게는, 상기 구동 메커니즘은 해머 웨이트 상향 스트로크의 종점 아래에 위치 설정되고, 하우징의 상기 원위 단부와 스트라이커 핀의 피구동 단부 사이에 중력 중심이 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 구동 메커니즘은,
● 드라이브;
● 적어도 하나의 스트롭;
● 적어도 하나의 시브(sheave)
를 포함한다.
바람직하게는, 상기 구동 드라이브는 풀리 및/또는 윈치(winch)를 더 포함한다. 바람직하게는, 드라이브는 스트롭을 통해 해머 웨이트를 당기도록(직접적으로 또는 풀리나 윈치를 통해) 구성되고 하우징의 상부 원위에서의 시브 주위로 회전하는 유압식 또는 공압식 램 또는 이와 유사한 것을 포함한다.
따라서, 임팩트 해머는 버퍼, 또는 구동 메커니즘 램 드라이브, 압력 챔버 또는 이와 유사한 것의 질량을 하우징/격납 표면의 원위 단부에 불리하게 더하지 않고 경사진 충돌 축에서의 동작 동안 효율적인 충돌 에너지 레벨 및 낮은 사이클 시간을 제공할 수 있다. 이것은 해머 웨이트가 캐리어 부착 지점으로 과도한 추가 토크 하중을 더하지 않고 종래의 캐리어/굴착기에 의한 이동성과 조작 가능성을 유지할 수 있게 한다.
또한, 진공 보조의 포함은 주어진 충돌 에너지를 성취하기 위하여 해머 중량에서의 감소에 더하여 더 추가되는 결과적인 중량 절약을 제공한다.
다른 곳에서 논의되는 바와 같이, 동작 사이클 동안, 하향 스트로크의 종점에, 스트라이커 핀의 피구동 단부와의 해머 웨이트 충돌은 스트라이커 핀을 통해 작업 표면으로 운동 에너지를 전달한다.
실제로 다음과 같은 상황에서와 같이, 해머 웨이트의 모든 운동 에너지가 작업 표면으로 전달되지는 않는다:
● 충돌 단부가 작업 표면과 접촉하지 않고 운전자가 스트라이커 핀의 피구동 단부 상에 해머 웨이트를 낙하시킬 때 해머 웨이트의 충돌이 임팩트 해머를 통해 주목할 만한 충격 하중을 가하고, 그리고 임팩트 해머에 의해 흡수되는 '오타격(mis-hit)'
● 작업 표면이 타격 이후에 성공적으로 균열되지 않더라도 충돌이 스트라이커 핀과 해머 웨이트의 운동 에너지의 일부만 흡수할 수 있는 '과타격(over-hitting)'. 이러한 경우에, 임팩트 해머에 대한 결과적인 효과는 '오타격'에 직접 비교할 만하다.
● 작업 표면의 성질은 균열이 발생하기 전에 다수의 충돌을 필요로 하고, 이에 따라 스트라이커 핀 또는 해머 웨이트는 파쇄되지 않은 작업 표면으로부터 멀리 반동할 수 있다. 반동하는 해머 웨이트의 방향은 주로 충돌 축에 횡 방향인 성분을 포함할 것이고, 이에 의해, 격납 표면에 접촉하게 될 것이다.
실제로, 충돌 작업은 매우 다양한 경사로 착수되고, 완벽한 수직 충돌 축으로는 드물게 수행된다.
이러한 횡 방향 충돌로부터의 해머 웨이트와 격납 표면 사이의 주요 접촉 영역 위치는 스트라이커 핀을 접촉할 때 해머 웨이트에 바로 인접한다. 따라서, 스트라이커 핀과의 충돌 지점에서 해머 웨이트를 둘러싸는 인접한 해머 하우징과 격납 표면의 횡 방향 접촉 영역(본 명세서에서, 강화된 하우징 부분(strengthened housing portion)이라 한다)은 하우징의 나머지에 비하여 추가로 강화된다. 따라서, 본 발명의 실시예는, 충돌 축에 평행한 해머 웨이트의 감소된 크기 때문에 짧아진 강화된 하우징 부분에 의해 동일한 충돌 에너지를 생산하는 중력만 받는 임팩트 해머에 비하여 추가 중량 절약을 할 수 있다.
추가 양태에 따르면, 진공 보조 임팩트 해머는 동일한 충돌 에너지를 생성하고 동일한 단면적을 갖는 중력만 받는 임팩트 해머에 비교할 만한 하우징 중량 절약을 제공할 수 있고, 상기 하우징 중량 절약은 충돌 축을 따르는 웨이트의 치수에서의 차이에 비례한다.
상기 하우징 중량 절약은, 다음을 포함하는 여러 추가 성분 때문에 해머 웨이트 체적 크기에서의 감소에 비례한다:
● 진공 보조 임팩트 해머의 더 작은 체적 크기를 갖는 해머 웨이트는 충돌 축을 따르는 동일한 해머 웨이트 이동 거리를 둘러싸기 위한 더 짧은 하우징과 격납 표면을 필요로 한다;
● 진공 보조 임팩트 해머의 더 작은 체적 크기의 해머 웨이트의 감소된 질량은 강화된 하우징 부분에 대한 비례적으로 더 낮은 횡 방향 충격력을 생성하여, 비례적으로 더 적은 강화를 필요로 한다;
● 진공 보조 임팩트 해머의 해머 웨이트의 충돌 축에 평행한 더 짧은 길이(비교할 만한 횡 방향 단면적의 해머 웨이트에 대하여)는 해머 웨이트의 횡 방향 이동으로부터의 더 작은 커플링을 생성하여, 격납 표면과의 대응하는 더 작은 점 하중 횡 방향 충격을 생성하고, 비례적으로 더 적은 강화를 필요로 한다.
임의의/모든 전술한 이유로 중력만 받는 임팩트 해머에 의해 요구되는 추가 중량은 전체 증가된 중량이 결과적으로 필요한 굴착기의 중량에 그 값의 6 내지 7배를 더하기 때문에 본 발명의 실시예들에 비하여 상대적인 성능 약점을 더 약화시킨다.
따라서, 바람직하게는, 충격 축을 따르는 웨이트의 치수에서의 차이에 비례하는 하우징 중량 절약 감소는,
● 상기 해머 웨이트 상향의 스트로크 길이에서의 차이에 대응하는 하우징 길이에서의 차이에 기인하는 하우징 중량 절약;
● 상기 상향 스트로크의 상기 시작 위치로부터 충돌 축을 따르는 웨이트의 치수와 적어도 실질적으로 동일한 길이를 위하여 충돌 축에 평행하게 연장하는 강화된 하우징 부분의 치수에서의 차이에 비례하는 하우징 중량 절약; 및/또는
● 상기 상향 스트로크의 시작 위치로부터 상기 충돌 축을 따르는 상기 웨이트의 치수와 적어도 실질적으로 동일한 길이를 위하여 충돌 축에 횡 방향으로 연장하는 강화된 하우징 부분의 치수에서의 차이에 기인하는 하우징 중량 절약
중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 실시예들의 또 다른 이점은 작동 사이클 시간에서의 개선에 관련된다. 이전에 설명된 바와 같이, 작동시, 장치의 완전한 왕복 운동 사이클은 상향 스트로크, 상부 스트로크 전이, 하향 스트로크 및 하부 스트로크 전이로 이루어진 4개의기본 스테이지를 포함한다. 상부 스크로크 전이가 통상적으로 순간적인 것을 고려하면, 왕복 운동 사이클의 지배적인 시간 성분은 상향 스트로크와 하향 스트로크다. 더 낮은 스트로크 전이 타이밍은 해머 웨이트가 초기 충돌 이후에 임의의 튐(bouncing)을 중지시켰다는 것을 보장하는데 필요한 시간에 의해 영향을 받지만, 임의의 튐의 크기 또한 진공 챔버 내에서 생성된 대응하는 진공의 영향에 의해 약화된다.
그러나, 단순히 상승 속도를 증가시키는 것에 대한 장애물은 상향 스트로크의 종점에 해머 웨이트를 정지시키는 문제이다. 구동 메커니즘이 상향 스트로크에서 해머 웨이트를 능동적으로 상승시키는 것을 중지한 후에도, 모멘텀은 구동 메커니즘과 격납 표면의 접촉으로부터의 마찰과 중력에 반대로 해머 웨이트의 움직임을 계속하도록 작용할 것이다. 따라서, 해머 웨이트 상승 속도가 증가되면, 구동 메커니즘에 의해 능동적으로 상승되는 것의 종점에 해머 웨이트의 증가된 모멘텀은 이것이 정지 상태로 감속할 때까지 웨이트를 수용하고 가이드하기 위한 연장된 격납 표면을 필요로 할 것이다.
또한, 더 짧은 거리에 대하여 해머 웨이트를 감속시키기 위하여 버퍼 또는 일부 쿠셔닝 형태를 추가하는 대안도 매우 매력적인 것은 아니다. 해머 웨이트가 높은 질량은 임의의 의미 있는 효과를 제공하고 충분하게 강하게 되는데 기본적인 버퍼를 필요로 할 것이다. 어느 하나의 대안에 의해 하우징의 상부 극단에 추가된 추가 중량은 상당한 성능 영향을 제공한다. 추가 중량에 의해 캐리어에 대한 임팩트 해머 부착물에 가해지는 추가 토크는 추가 하우징 길이의 직접적인 중량 불이익에 더하여 대응하는 강화를 필요로 한다.
더욱 중요하게는, 물리적 버퍼 내로의 해머 웨이트의 충돌은 작업 표면 위에서의 바람직한 위치(즉, 암반의 중심, 또는 크랙 등등) 상의 스트라이커 핀의 운전자의 위치 설정을 불가피하게 방해하여, 시간을 소비하는 재위치 설정을 필요로 하고 그리고/또는 바람직하지 않은 '오타격'을 야기할 것이다.
하향 스트로크의 지속 시간은, 간단히, 유효 낙하 높이와, 해머 웨이트와 하우징 격납 표면 사이의 대립하는 마찰력과, 구동 메커니즘의 관성의 함수이다. 위에서 역시 논의된 바와 같이, 수직 충돌 축으로부터 멀어지는 임팩트 해머의 경사에 따라 해머 웨이트 유효 낙하 높이는 감소하고, 반대편의 마찰력은 증가한다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 하향 스트로크 동안의 최소 가능 지속 시간은 중력 하에서 낙하하는 제한 받지 않는 웨이트의 자유 낙하 시간 아래로 감소할 수 없다. 따라서, 실제로, 하향 스트로크의 지속 시간은 전술된 마찰 제한 때문에 항상 이것보다 더 크다.
상술한 한계 모두에 대조적으로, 진공 보조의 추가는 임의의 전술한 단점 없이 전체 사이클 시간 동안 뚜렷한 감소를 제공한다. 진공 챔버 상의 대기력(atmospheric force)은 배향에 관계 없이 진공 챔버를 압축하기 위하여 웨이트를 구동하도록 동작한다. 따라서, 상향 스트로크에서, 해머 웨이트를 상승시키는 것을 중지한 후에, 진공 챔버의 팽창(즉, 충돌 축 위로의 해머 웨이트의 계속된 이동)에 반대하는 힘이, 중력의 효과에 더하여, 여전히 해머 웨이트를 감속시키고 정지시키도록 동작한다. 동등하게, 하향 스트로크에서, 진공 챔버에 작용하는 대기의 복원력이 중력에 더하여 해머 웨이트에서의 힘을 증가시킨다. 이러한 명확하고 중요한 효과를 예시하기 위하여, 표 9는 5m의 동일한 낙하 높이와, 동일한 해머 중량과, 동일한 구동 메커니즘을 가지며, 본 발명의 임팩트 해머에 제공된 진공 보조에서만 다른, 비슷한 임팩트 해머들 사이의 비교를 한다. 중력만 받는 임팩트 해머와 진공 보조 임팩트 해머의 수치들은 모두 통상적인 항력 인자(drag factor)를 갖는 수직으로 배향된 충돌 축으로부터 얻어진다. 표 9의 예에서, 진공 대 중력 비는 2:1이다. 더 높은 진공 비가 가능하여 이에 대응해 더 짧은 사이클 시간을 생성한다는 것이 이해될 것이다.
실제로, 해머 웨이트에 대하여 선택된 정지 거리는 다른 임팩트 해머 성능 기준의 중요성에 따라 200mm에서 500mm까지 변동할 수 있다. 그러나, 의미 있는 비교를 보장하기 위하여, 중력만 받는 임팩트 해머와 진공 보조 임팩트 해머를 위한 정지 거리들은 420mm로 집중되고, 각각 3m/s 및 5 m/s의 해머 웨이트 속도로 성취된다.
따라서, 중력만 받는 임팩트 해머에 대한 실제 최소 사이클 시간은 대략 3.27s이고, 진공 보조 임팩트 해머에 대하여 1.91s이다. 사이클 시간에서의 이러한 감소는 중력만 받는 임팩트 해머에 비하여 진공 보조 임팩트 해머에게 171%의 개선을 제공한다. 임팩트 해머의 생산성이 작업 표면에 대한 충돌 타격(impact blow)의 빈도에 직접적으로 관련되기 때문에, 이 사이클 시간 감소는 생산성에서의 개선으로 직접 변환된다.
구동 메커니즘이 해머 웨이트에 작용하는 것을 중지한 후에 상향 스트로크 동안 해머 웨이트의 운동을 지연시키거나 제동하는데 있어서 진공의 효과는, 본질적으로, 완충 작용을 제공한다. 진공이 생성한 포텐셜 에너지의 크기는 상향 스트로크의 종점에 피크를 가진다. 그러나, 임의의 밀봉 손실에도 불구하고, 진공 챔버에 대항하는(해머 웨이트를 통해) 대기압의 힘은, 상향 스트로크 전체에 걸쳐 일정하고, 따라서 구동 메커니즘이 그 다음에 해머 웨이트를 능동적으로 추진하는 것을 중지한 후에도, 해머 웨이트의 운동에 제동 효과를 계속 가한다. 따라서, 대기압 차이는 중력의 감속 효과를 합성하도록 작용하여, 사이클의 이 부분으로부터 사이클 시간을 상당히 감소시킨다.
물리적 버퍼 시스템을 이용한 이러한 심오한 효과를 모사하는 것은 매우 문제가 많을 것이다. 첫째, 하우징의 상부 원위 극단에 위치 설정된 추가된 질량의 위치는 이동 동안 굴착기 부착물에 대한 임팩트 해머에 의해 생성된 토크를 약화시킬 것이다. 둘째, 추가 중량의 크기는, 전술한 바와 같이, 굴착기 중량을 6 내지 7배 추가할 더할 것이다. 셋째, 중력 감속 효과를 더 감소시키는 충돌 축 경사를 증가시키는 효과는 훨씬 더 강하고 이에 따라 더 무거운 버퍼를 필요로 할 것이다. 대조적으로, 진공이 생성한 제동력은 각도 배향에 의해 영향을 받지 않는다.
일 실시예에 따라, 본 발명은,
● 내부 측벽을 갖는 하우징;
● 직선 충돌 축을 따라 왕복 운동하는 이동 가능한 해머 웨이트로서, 상기 해머 웨이트는 해머 웨이트의 왕복 운동 이동 동안 상기 임팩트 해머의 격납 표면과 적어도 부분적으로 밀봉 접촉하도록 구성되고 배향되고, 상기 격납 표면은 상기 하우징 내부 측벽을 포함하는, 해머 웨이트; 및
● 구동 메커니즘
을 포함하여, 동작시, 상기 직선 충돌 축을 따르는 해머 웨이트의 완전한 왕복 운동 사이클은, 수직으로 배향될 때,
● 초기의 구동되는 부분 및 구동되지 않는 부분으로 구성된 해머 웨이트 상향 스트로크 길이와 동일한 거리에 대하여 충돌 축을 따라 상기 해머 웨이트가 이동되고, 상기 해머 웨이트가 상기 구동되지 않는 부분을 따라 이동하기 전에 상기 구동되는 부분을 따라 하부 초기 위치로부터 상기 하우징의 원위 단부에 있는 최종 상부 위치까지 구동 메커니즘에 의해 이동되는, 상향 스트로크;
● 충돌 축을 따라 왕복 운동 방향을 상향 스트로크로 바꾸기 전에 해머 웨이트 이동이 정지하는 상부 스트로크 전이;
● 상기 하우징의 원위 단부에서의 상기 상부 위치로부터 상기 하부 위치까지의 해머 웨이트 하향 스트로크 길이와 동일한 거리에 대하여 충돌 축을 따라 상기 해머 웨이트가 다시 이동하는 하향 스트로크; 및
● 후속 상향 스트로크 전에 상기 해머 웨이트 이동이 정지하는 하부 스트로크 전이
로 이루어지는 4가지 스테이지를 포함하고,
상기 임팩트 해머는,
● 격납 표면의 적어도 일부와 해머 웨이트 사이에 형성된 가변 체적 진공 챔버
를 포함하는 대기 상향 스트로크 브레이크(atmospheric up-stroke brake)를 더 포함하고,
상향 스트로크에서 충돌 축을 따르는 해머 웨이트의 상기 이동은 상기 진공 챔버와 임팩트 해머 대기 사이의 압력 차이를 생성하고, 상기 상향 스트로크 대기 브레이크는 상기 압력 차이를 구동되지 않는 부분에 대한 해머 웨이트의 이동에 가하여, 해머 웨이트 상향 스트로크 이동을 감속한다.
바람직하게는, 상기 해머 웨이트의 상부면의 적어도 일부는 상기 대기에 개방된다.
다른 양태에 따라, 본 발명은 모바일 캐리어와, 상기 상향 스트로크 대기 브레이크를 포함하는 실질적으로 전술한 바와 같은 진공 보조 임팩트 해머를 제공하고, 상기 임팩트 해머는 수직으로부터 0°에서 적어도 45° 그리고 바람직하게는 적어도 60°까지의 충돌 축 경사각으로 동작 가능하다.
본 명세서에 참조된 본 발명의 구성들의 과잉으로부터 주목될 수 있는 바와 같이, 순수한 유통성(sheer versatility)은 그 자체가 진공 보조 해머의 주목할 만한 특성이다. 충돌 에너지를 추가하고, 중량을 감소시키고, 장치 간결화를 증가시키고, 운전 및 제조 비용을 감소시키고, 생산성을 증가시키고, 사이클 시간을 감소시키는 등을 위한 진공 보조의 능력은 상이한 운전자 우선 사항에 맞도록 임팩트 해머를 최적으로 구성하기 위하여 설계자가 사용할 수 있는 넓은 스펙트럼의 가변하는 파라미터를 보여준다. 다음의 대비표들은 상이한 성능 우선 사항을 갖는 운전자가 본 발명에 의해 수용되는 여러 다양하고 상이한 시나리오를 나타낸다. 각 시나리오에서의 본 발명의 진공 보조 임팩트 해머는 가장 가깝게 수행할 수 있는 종래의 중력만 받는 임팩트 해머에 비교된다. 종래 기술의 임팩트 해머의 어느 것도 각각의 성능 기준을 충족하는데 있어서 조금도 경쟁적이지 않다는 것이 주목될 것이다.
본 발명의 다양한 가능한 표현과 종래 구술에 대한 이의 이점의 구현에 있어서의 유연성은 그 자체로 고유의 이점을 제공한다는 것이 인식될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 표 1은 (고정된 충돌 에너지에 대하여) 주어진 중량 등급에서의 가장 가벼운 굴착기에 의해 작동되는 임팩트 해머가 인접한 더 가벼운 등급에서의 가장 무거운 굴착기에 의해 작동될 수 있게 하는데 필요한 최소 임팩트 해머 중량 절약을 나타낸다. 이것이 엄청난 경제적인 운영 절약을 제공하지만, 운전자에게 최대의 이론적인 융통성을 제공하기 위하여, 이상적인 중량 절약은 한 등급의 중량 하한과 다음 등급의 중량 상한 사이의 전이를 가능하게 할 것이다.
일례로서, 도 11은 2개의 가장 무겁고 가장 강력한 중력만 받는 임팩트 해머, 즉 SS150 및 DX1800의 각각의 시간당 생산 총 톤수를 여전히 일치시키면서 가장 가벼운 가능한 굴착기에 운반될 수 있는 임팩트 해머를 요청하는 운전자의 시나리오를 나타낸다. 시간당 총 톤 수는 충돌 작업에서의 생산성의 주요 표시자(indicator)이고, 캐리어의 비용은 단일의 가장 큰 운전 비용이다.
따라서, 후자를 감소시키면서 전자의 동등성을 유지함으로써, 본 발명의 일 실시예의 진공 보조 임팩트 해머(XT1200으로 표시됨)는 상당히 더 비용 효율적이다. 더욱이, 중량이 3.9톤에 이르는 XT1200는 20 내지 25톤 등급에서 25 캐리어에 의해 운반될 수 있는 반면, SS150과 DX1800인 종래 기술의 해머는 모두 65 내지 80톤 등급에서의 캐리어를 필요로 한다. 따라서, XT1200은 65톤과 80톤 DX1800 및 SS150에 비하여 2개의 전체 등급 더 가벼운 캐리어를 필요로 하고, 각각 $330,000 및 $480,000의 캐리어 비용 절약을 갖는다. XT1200의 우수성은 실제로 경사진 충돌 축에서의 생산 총 톤수를 고려할 때 훨씬 더 두드러진다. 표가 예시하는 바와 같이, 45° 경사에서, XT1200은 SS150과 DX1800의 출력의 대략 2배를 생산한다.
표 12는 임팩트 해머가 터널링 또는 다른 높이 제한을 받는 것에서 접하는 것과 같은 5m의 최대 높이 제한을 갖는 환경에서 작동하는 것을 운전자가 필요로 하는 예시적인 시나리오를 도시한다. 표 12에서의 모든 임팩트 해머는 임팩트 해머의 다른 필수적인 부분과 함께 5m 높이 여유 중 2m까지 차지하여, 최대 3m의 상향 스트로크 길이를 허용하는 스트라이커 핀 구성으로 장비된다. 그러나, 중력만 받는 임팩트 해머의 추가 크기는 추가 1m를 차지한다. 따라서, 중력만 받는 임팩트 해머는 최대 2m의 상향 스트로크를 가지며, 진공 보조 임팩트 해머에 대한 3m에 비교된다. 이전에 분석된 바와 같이, 중력만 받는 임팩트 해머는 수직 충돌 축으로 작동할 때 이의 최대 충격 에너지와 사이클 시간을 생산한다. 표 12는 중력만 받는 임팩트 해머가 수직 배향과 15의 사이클 레이트로 33,354J의 최대 충돌 에너지를 생산하는 것을 보여준다.
그러나, 손실이 더 낮은 충돌 에너지와 더 낮은 사이클 레이트를 초래하기 때문에 수직이 아닌 충돌 축으로 경사진 더 큰 중력만 받는 임팩트 해머를 사용하는 것은 소용 없다. 일례로서, 45°에서 2.82m의 상향 스트로크 길이를 갖는 임팩트 해머는 2m 상향 스트로크 길이의 해머와 동일한 수직 낙하를 가지나, 12의 사이클 레이트에서 32,212J, 즉 3m의 중력만 받는 임팩트 해머보다 3.4% 더 적은 충돌 에너지만을 생산한다. 결과적인 생산성도 각각 22로부터 떨어진다. 대조적으로, 45° 경사진 진공 보조의 4.24m 상향 스트로크 길이를 갖는 임팩트 해머(3m인 수직으로 배향된 중력만 받는 임팩트 해머와 동일한 수직 해머 웨이트 낙하)는 (더 느린 사이클 레이트에도 불구하고) 직립의 3m 진공 보조 임팩트 해머보다 30% 더 큰 충격 에너지와 14% 더 큰 생산성의 증가를 생산한다. 45° 경사진 진공 보조 임팩트 해머의 생산성은 또한 전면적인 조건에서 중력만 받는 임팩트 해머보다 568% 더 크다. 따라서, 운전자는 간단하게 맞춤 생산된 더 짧은 임팩트 해머를 주문하는 대신에 더 큰 존재하는 진공 보조 임팩트 해머를 이용하는 옵션을 제공받는다.
표 13은 운전자의 우선 사항이 주어진 캐리어 중량에 대한 생산 총 톤수의 속도인 시나리오를 나타낸다. 이러한 시나리오는, 상당히 더 무거운 임팩트 해머를 획득하여 이의 대응하는 더 무겁고 더 비싸고 입수 가능성이 더 낮은 캐리어에 의존하지 않고, 소음 및/또는 교통 규제가 충돌 작업을 한정된 절호의 기회로 제한하여, 이에 의해 생산 속도에 우선 순위를 두는 것에 존재할 수 있다. 여기에서, 40톤 캐리어 대신에 36톤 캐리어를 필요로 하는, 가장 가까운 종래 기술의 중력만 받는 임팩트 해머(DX900)보다 약간 더 가벼운 진공 보조 임팩트 해머(XT1200)에도 불구하고, 이의 생산성은 63톤/시간에 비교되는 315톤/시간이다. 즉, 5배 더 빠르다. 따라서, 경사진 작동 각도에서의 증가된 생산 속도 차이를 고려하더라도(296 대 31톤/시간, 즉 9.5배 빠르다), 진공 보조 해머는 개념적으로 하루에 5일의 작업을 완료할 것이다.
본 발명의 추가 양태에 따르면, 대응하는 중력만 받는 임팩트 해머에 대한 임팩트 해머 성능에서의 다음의 개선 중 적어도 하나의 선택에 의해 실질적으로 전술한 바와 같은 임팩트 해머를 구성하는 방법이 제공되고, 상기 개선은,
● 주어진 왕복 운동 기간, 충돌 에너지, 해머 중량, 왕복 운동 경로 길이 및 캐리어 중량을 위한 작업 표면에 가해지는 더 높은 충돌 에너지;
● 주어진 왕복 운동 기간, 충돌 에너지, 캐리어 중량 및 왕복 운동 경로 길이를 위한 더 가벼운 해머 중량;
● 주어진 해머 중량, 왕복 운동 기간, 캐리어 중량 및 충돌 에너지를 위한 더 짧은 왕복 운동 경로;
● 주어진 왕복 운동 경로 길이, 해머 중량, 캐리어 중량 및 충돌 에너지를 위한 감소된 왕복 운동 기간; 및/또는
● 주어진 왕복 운동 충돌 에너지, 경로 길이, 해머 중량 및 충돌 에너지를 위한 감소된 캐리어 중량
을 포함한다.
상기 리스트가 배타적이지 않으며, 원하는 성능 결과에 따라, 파라미터의 하나 이상의 조합이 또한 다양한 정도로 변경될 수 있다는 것이 명확하게 이해될 것이다.
추가 양태에 따르면, 본 발명은, 왕복 운동 기간, 충돌 에너지, 왕복 운동 경로 길이, 해머 중량, 하우징 중량, 임팩트 해머 중량 및 캐리어 중량을 포함하는 성능 기준으로 중력만 받는 임팩트 해머를 개선하는 방법을 제공하고, 상기 방법은,
상기 중력만 받는 임팩트 해머의 성능 기준 중 적어도 2개를 실질적으로 변경되지 않게 유지하면서, 전술한 바와 같이 실질적으로 진공 챔버를 포함하는 것에 의해,
● 감소된 왕복 운동 기간;
● 증가된 충돌 에너지;
● 감소된 왕복 운동 경로 길이;
● 감소된 캐리어 중량;
● 감소된 해머 중량;
● 감소된 하우징 중량;
● 감소된 임팩트 해머 중량;
● 수직으로부터의 증가된 운전 충돌 각도
를 포함하는 개선 사항으로부터의 선택을 포함한다.
논의되는 바와 같이, 에너지 생산은 보통 해머 웨이트의 중력 가속도와 수직 낙하 거리의 곱에 마찰, 수직으로부터의 각도 편차, 구동 메커니즘으로부터의 견인 및 해머 웨이트 아래의 가이드 컬럼의 하부 부분에서의 임의의 공기의 압축에 의해 발생된 임의의 손실을 뺀 것이다. 본 발명의 진공 보조 임팩트 해머 실시예의 경우에, 동일한 힘과 손실이 여전히 적용된다. 진공 챔버 내의 임의의 잔류 또는 누설 공기의 존재는 상향 스트로크에 의해 생성되는 진공의 효율성을 감소시키고, 하향 스트로크에서의 공기의 압축은 해머 웨이트의 모멘텀에서의 저지력(retarded force)을 생성한다. 진공 챔버에 남아 있는 공기의 이러한 명백하게 해로운 효과는 이상적으로 완화된다.
밀봉 손실의 효과 및/또는 진공 챔버 내의 잔류 공기의 효과를 고려하기 전에, 진공 챔버와 이의 수행 결과를 형성하기 위하여 사용 가능한 밀봉 옵션을 고려하는 것이 도움이 된다.
상기 하부 진공 실링을 위한 위치와 구성은 임팩트 해머 웨이트가 이의 충돌에너지를 스트라이커 핀을 통해 작업 표면에 전달하는 개별 웨이트로서 구성되는지 작업 표면을 직접 타격하는 도구로 형성되는지에 따른다. 전자의 경우, 하부 진공 실링은 하우징의 하부 부분 주위에 또는 스트라이커 핀 어셈블리 주위에 형성될 수 있다. 후자의 경우에, 하부 진공 실링은 상부 진공 실링 아래의 위치에서 격납 표면과 해머 웨이트 사이에 위치된다. 따라서, 비스트라이커 핀(non-striker pin) 임팩트 해머 구성과 함께 사용될 때 상부 및 하부 진공 실링 모두에 대하여 동일한 실링 구성을 복제하는 것이 가능하다.
양 웨이트 구성에서, 웨이트와 격납 표면 사이의 이동은 실링이 그 사이의 상대적인 미끄럼 이동을 수용할 수 있는 것을 함축적으로 요구한다. 실링은 웨이트, 노즈 블록/스트라이커 핀 어셈블리, 격납 표면 또는 이들의 조합에 고정될 수 있고, 변형이 아래에서 더욱 상세히 고려된다.
상기 상부 진공 실링을 고려하면, 위치, 구조 및 구성은 격납 표면과 해머 웨이트의 제한과 필요한 성능 특성에 따라 변동될 수 있다. 해머 웨이트 상에 위치되는(그에 부착되는) 하나 이상의 시일로부터 상부 진공 실링을 형성하는데 있어서, 예를 들어, 다음과 같은 여러 이점이 있다:
● 충돌 축을 따라 해머 웨이트에 의해 이동되는 거리는 웨이트 자체의 길이보다 더 크다. 따라서, 격납 표면 상에 배치된 시일은 웨이트 이동 거리 위로 연장될 필요가 있고, 웨이트 상의 실링은 단지 충돌 축 주위의 단일 위치에 위치될 필요만 있다;
● 해머 웨이트의 이동 경로를 따라 격납 표면 상에 위치되는 실링은 충격 흡수 및 마모 내성 성능의 포함 없이는 웨이트의 횡 방향 이동에 의한 손상에 취약하다. 대조적으로, 해머 상의 실링은 횡 방향 충격 흡수 또는 중심 맞춤(centering) 능력을 제공할 필요 없이 횡 방향 웨이트 이동을 수용하도록 구성될 수 있다.
● 웨이트가 하우징으로부터 제거될 수 있기 때문에 마모된 시일의 교체는 더 쉽다.
● 시일은 본질적으로 가요성이고, 일반적으로 하우징과는 상이한 재료로 이루어진다. 통상적으로, 임팩트 해머가 작업할 수 있는 넓은 범위의 주위 온도 및 운전 온도가 있다. 밀봉 재료와 하우징의 열팽창 계수는 통상적으로 매우 다르며, 이는 이들이 다양한 온도에서 형성을 변경하게 한다. 이 형상 변경은 물리적으로 관리하기 어렵고, 시일 품질은 시일이 하우징이나 해머 웨이트에 잘 맞지 않을 때마다 손상된다.
해머 웨이트에 포함된 실링의 성능 특성은 또한 웨이트의 질량, 크기, 충돌 축을 따르는 속도, 충돌 축으로부터의 횡 방향 이동의 정도, 충돌 축의 배향, 균일성, 격납 표면의 표면 마감 및 정확성, 수명 예측 및 이와 유사한 것에 종속할 수 있다.
일 양태에 따르면, 상기 해머 웨이트는 하부 충돌 면, 상부면 및 적어도 하나의 측면을 포함한다. 원통형 해머가 단일의 상기 '측(side)'면을 포함한다는 것이 이해되어 한다.
스트라이커 핀을 포함하는 임팩트 해머 실시예에 대하여, 하부 충돌 면은 사용시 스트라이커 핀에 충돌하고, 비스트라이커 핀 임팩트 해머 실시예에서, 하부 충돌 면은 사용시 작업 표면에 충돌한다는 것이 이해될 것이다.
또한, 해머 웨이트는 정육면체, 입방체, 기다란 실질적인 직사각형/입방체 플레이트 또는 블레이드 구성, 프리즘, 실린더, 평행 6면체, 다면체 등등을 포함하는 임의의 편리한 형상을 취할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일 양태에 따르면, 상기 상부 진공 실링은 상기 해머 웨이트 측면 주위에 위치된 하나 이상의 시일을 포함한다.
바람직하게는, 상기 시일은 상기 해머 웨이트를 둘러싸는 적어도 하나의 실질적으로 차단되지 않은 실링을 형성한다. 바람직하게는, 상기 실링은 접하고, 중첩하고, 인접하고, 상호 잠금(interlocking)하고, 짝을 이루고 그리고/또는 근접하게 인접하는 시일로 형성될 수 있다. 복수의 상기 시일을 활용하는 실시예에서, 하나 이상의 시일은 상이하게 구성되거나 상이한 치수를 가질 수 있고 그리고/또는 실링을 제공하는 것에 더하여 별개 기능 또는 능력이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 시일은,
● 쿠셔닝 슬라이드;
● 중재 요소 상의 마운팅 또는 중재 요소로의 유지 또는 부착;
● 해머 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및/또는 중재 요소에서의 리세스, 공극, 공간, 구멍, 그루브 또는 이와 유사한 것에서의 유지;
● 상기 측면 상의 직접적인 마운팅; 및/또는
● 전술한 것의 임의의 조합이나 치환
에 의해 상기 해머 웨이트에 결합된다.
일 양태에 따르면, 상기 시일은 가요성 엘라스토머로부터 형성된다.
추가 양태에 따르면, 상기 시일은 프리로드에 의해 상기 격납 표면과 접촉하도록 바이어스되는(biased) 강성 또는 탄력성 재료로 형성된다. 상기 프리로드는 압축 가능한 매체, 스프링, 엘라스토머, 버퍼 또는 이와 유사한 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는 여러 형태를 취할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일 실시예에서, 정체(retention)에 의해 해머 웨이트에 결합된 상기 시일은 격납 표면과 밀접하게 접촉하도록 바이어스될 수 있다. 상기 바이어스는 스프링 또는 동등한 것, 엘라스토머, 버퍼 또는 이와 유사한 것에 의해 제공될 수 있으며, 충돌 축으로부터 바깥쪽으로 횡 방향으로 그리고 및/또는 원주 방향으로 상기 시일에 작용할 수 있다.
원통형 해머 웨이트를 활용하는 일 실시예에서, 상기 원주 방향 바이어스는 것은 인접한 시일들 사이의 하나 이상의 교차(intersection)를 통해 가해진다. 바람직하게는, 보충 필렛(fillet)이 상기 시일의 교차 부분들 사이에서 밀폐 연속성을 제공하여, 이에 의해 격납 표면과 해머 웨이트 사이에 실질적으로 지속적인 밀봉을 유지한다.
2 이상의 쪽지점에서 결합된 복수의 측면을 갖는 해머 웨이트를 활용하는 일 실시예에서, 상기 원주 방향 바이어스는 상기 꼭지점들 사이의 교차 부분을 통해 가해질 수 있다.
사용시, 해머 웨이트가 수직이 아닌 배향에서 작동될 때, 정체에 의해 해머 웨이트에 결합된 실링은 해머 웨이트가 충돌 축에 대하여 횡 방향으로 배향되더라도 여전히 격납 표면과 밀접하게 접촉하도록 배향된다.
일 양태에 따르면, 상기 시일의 적어도 일부는 단방향 벤트를 제공하도록 구성된다. 추가 실시예에서, 시일의 대부분 또는 전부가 단방향 벤트를 제공하도록 구성된다. 일 실시예에서, 상기 시일은 적어도 하나의 단방향 벤트이다.
바람직하게는, 상기 쿠셔닝 슬라이드는 복합 쿠셔닝 슬라이드이다.
일 양태에 따르면, 상기 해머 웨이트는 해머 웨이트의 외부 표면 상의 적어도 하나의 복합 쿠셔닝 슬라이드와 맞추어지고, 상기 복합 쿠셔닝 슬라이드는:
- 컴포넌트의 상기 왕복 운동 동안 상기 장치의 격납 표면과 적어도 부분적으로 미끄럼 접촉하도록 구성되고 배향되는 외부 표면이 형성되어 있는 외부 제1 레이어로서, 상기 제1 레이어는 미리 정해진 내마찰 및/또는 내마모 특성을 구비한 재료로 형성되는, 외부 제1 레이어; 및
- 상기 제1 레이어와 상기 왕복 운동 컴포넌트 사이에 위치되는 내부 제2 레이어로서, 상기 제2 레이어는 미리 정해진 충격 흡수 특성을 가지는 충격 흡수 재료로 적어도 부분적으로 형성되는, 내부 제2 레이어
를 포함한다.
바람직하게는, 제2 레이어는 제1 레이어에 연결되는 적어도 하나의 표면과, 해머 웨이트에 연결되는 내부 표면을 가진다.
제1 레이어의 외부 표면은 바람직하게는 상기 제2 레이어에 비하여 저 마찰 표면이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 제1 레이어 및 제2 레이어와 관련되어 있는 '연결되는(connected)'이라는 용어는 연결을 위한 임의의 가능성 있는 메커니즘이나 방법을 말하고, 점착, 해제 가능한 연결, 짝을 이루는 프로파일 또는 부재, 중첩(nesting), 클립, 나사, 나사산, 결합수단(coupling) 또는 이와 유사한 것을 포함하되 이에 제한되지 않는다.
또 다른 양태에 따르면, 상부 진공 실링은 상기 쿠셔닝 슬라이드에 의해 직접 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 제공된다.
일 양태에서, 하나 이상의 중재 요소가 상기 충돌 면 아래에서 그리고/또는 상기 상부면 위에서 해머 웨이트에 결합된다; 상기 중재 요소는, 사용시 중재 요소가 상기 상부 진공 실링의 적어도 일부를 형성하도록, 격납 표면과 밀접하게 접촉하는 상기 중재 요소의 주변부 주위에 위치되는 적어도 하나의 시일을 포함한다. 중재 요소는 플레이트, 디스크, 고리형 링 및 이와 유사한 것을 포함하는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 상기 충돌 면 아래에서 해머 웨이트에 결합된 중재 요소가 해머 웨이트와 스트라이커 핀 사이의 아무 방해를 받지 않는 접촉을 허용하도록 중심 구멍으로 구성될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다.
해머 웨이트로의 중재 요소의 커플링은 가요성(스트랩, 라인, 연결 장치(linkage), 커플링 등)이고 그리고/또는 충돌 축에 대하여 횡 방향으로 미끄럼 가능할 수 있지만, 충돌 축에 실질적으로 평행할 정도로 실질적으로 견고하다. 이러한 결합 구성은 해머 웨이트의 횡 방향 이동에 의해 영향을 받지 않으면서 중재 요소가 효율적인 밀봉을 유지할 수 있게 하고, 예를 들어, 가요성 연결 장치의 형태인 커플링이 이동 방향을 따른 해머 웨이트의 이동과 해머 웨이트에 상대적인 중재 요소의 상대적인 위치에 의해 왕복 운동 경로를 따라 당겨지거나 눌러진다.
바람직하게는, 상기 진공 피스톤 면은 해머 웨이트의 일부에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 상기 진공 피스톤 면은 해머 웨이트 충돌 면을 포함한다. 상기 쿠셔닝 슬라이드를 포함하는 해머 웨이트에 부착된 이동 가능한 시일이 또한 진공 피스톤 면의 일부를 형성할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
대안적인 일 실시예에 따라, 상기 진공 피스톤 면은 해머 웨이트의 일부로서 일체로 형성될 수 있거나, 그에 대한 부착물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 진공 피스톤 면은 상기 왕복 운동 경로 또는 그에 평행하거나 동축인 경로를 따라 이동 가능하다.
사용시, 상향 스트로크 동안 진공 챔버가 팽창하기 때문에, 진공 챔버로의 대기 공기 유입이, 불완전하거나 마모되거나 손상된 시일 또는 격납 표면, 공기로 운반되는 잔류 잔해물, 재료나 설계 특성 또는 제한 등등에 기인하여 밀봉 누설을 통해 발생할 수 있다. 필요한 성능과 제조 및/또는 동작 실현 가능성 사이의 균형 있는 경합 관계(trade-off)를 제공하기 위하여 제한된 정도의 누설의 존재가 사실 의도적으로 포함될 수 있다. 밀봉 누설은, 특히 통상적으로 관련되는 매우 순간적인 진공 지속 시간(예를 들어, 2 내지 4초)을 고려하면, 상향 스트로크 동안 생성되는 진공의 크기에 상당한 영향을 제공할 필요는 없다. 밀봉 누설이 상당한 레벨, 예를 들어, 60%만큼 진공 레벨을 감소시켰다 하더라도, 해머 웨이트에 대한 나머지 40%의 진공 보조는 여전히 의미 있는 성능 이점을 제공할 것이다.
또한, 해머 웨이트의 이동에 의해 지나가지 않는 임의의 공극(void)의 존재를 포함하는 다양한 이유로, 잔류 공기가 상향 스트로크의 시작 전에 진공 챔버 내에 존재할 수 있다. 더욱이, 이러한 고속의 고에너지 왕복 운동에서 진공 챔버 내에 완전하게 폐쇄된 시일을 성취하는 것은 극히 어렵고, 따라서, 상향 스트로크 동안, 상부 및/또는 하부 진공 실링은 진공 챔버 내로의 일부 공기 통과를 허용할 수 있으며, 이에 의해 그 내의 압력을 증가시킨다. 이러한 공기 누설의 체적은 밀봉 효율성, 밀봉 면적, 진공 챔버와 대기 사이의 압력 차이 및 압력 차이가 실링에 걸쳐 가해지는 노출 시간을 포함하는 다수의 파라미터에 의존한다.
누설은 더 많은 가요성 시일을 사용하여 최소화될 수 있지만, 이것은 본질적으로 마찰을 증가시키고, 이러한 고속 왕복 운동에서, 이러한 시일은 빠르게 손상될 수 있거나 해머 웨이트 이동을 지연시킨다. 따라서, 밀봉 효율과 마찰 사이에 균형이 필요하다. 바람직한 실시예에서들, 해머 웨이트는 고무 또는 다른 '연성(soft)' 시일과 같은 효율적인 시일이 빠르게 손상되고 비기능적으로 되는 이러한 속도 및 힘으로 이동한다. 따라서, 진공 챔버 내로 더 많은 공기 누설을 야기할 수 있더라도 고 마찰 하중을 견딜 수 있는 덜 효율적인 '경성(hard)' 시일을 사용하는 것이 바람직하다.
그러나, 하향 스트로크에서의 진공 보조 임팩트 해머 내부에서의 임의의 공기의 존재는 해머 웨이트에 의해 성취 가능한 충격력에 해롭다. 진공 챔버 내의 공기는 압력 차이를 감소시키고 하향 스트로크 동안 점점 더 압축되게 되어, 공기 압축에 기인하는 상당히 해로운 열과 함께 해머 웨이트의 이동에 저지력을 가한다.
본 발명은 진공 챔버 내에서의 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트의 포함에 의해 이 심각한 문제를 해결한다. 하향 스트로크 벤트는 하향 스트로크의 적어도 일부 동안 공기 유출을 하용하고, 바람직하게는, 상향 스트로크까지의 적어도 일부 동안, 더욱 바람직하게는, 상향 스트로크의 대부분 또는 전부 동안 공기 유입을 방지하거나 적어도 제한한다.
벤트는 바람직하게는 하향 스트로크에서 진공 챔버로부터의 공기 유출을 허용하도록 동작 가능한 단방향 밸브이다.
바람직하게는, 밸브는 닫히도록 바이어스되는 플랩(flap) 또는 동등한 메커니즘을 갖는 플랩 밸브 또는 유사한 것이며, 밸브는 압력 차이가 바이어스를 초과하는 힘을 인가하기에 충분한 대기로 형성되도록 진공 챔버 내의 공기의 압력이 초기압에 도달할 때 열릴 수 있어, 이에 따라 플랩 또는 동등한 메커니즘이 열리게 한다. 상향 스트로크에서 공기 유입을 제한하거나 방지하고 하향 스트로크의 적어도 일부에서 공기 유출을 허용하는 한, 자동화되거나 수동적인 것에 관계없이 다른 밸브 종류가 활용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
진공 챔버와 유체 연통하는 한, 하향 스트로크 벤트는 하우징 내에 또는 하우징 상에 위치될 필요는 없다. 따라서, 일 실시예에서, 하향 스트로크 벤트는 진공 챔버에 연결된 도관(conduit)에 연결된 포트에 의해 형성될 수 있다.
바람직하게는, 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트는,
● 격납 표면;
● 상부 진공 실링;
● 하부 진공 실링;
● 노즈 블록; 및/또는
● 해머 웨이트
내에, 그 상에 또는 이를 통해 형성되거나 위치된다.
벤트는 일측으로부터 더 높은 기압의 공기의 통과가 격납 표면으로부터 시일 에지를 들어올릴 수 있게 하는 시일 자체의 형상, 예를 들어, V 형상의 외부 단면을 갖는 바깥쪽으로 테이퍼진 립(lip) 형상의 가요성 외부 주변부로 통합된다. 반대로, 반대측에서의 더 높은 기압의 공기는 격납 표면에 대하여 외부 에지에 점점 더 많은 힘을 가한다.
상기 벤트는 단방향의 자기 밀봉 밸브 또는 시일을 갖는 하우징 또는 해머 웨이트를 통과하는 포트로서 형성될 수 있다. 밸브는 탄력 있거나 스프링으로 바이어스된 플랩 또는 가요성 포핏(또는 머쉬룸) 밸브, 강성 포핏 밸브 및 측부 개방형 플랩 밸브 또는 임의의 다른 종래의 단방향 밸브 종류일 수 있다.
닫힐 때(예를 들어, 상향 스트로크 동안 그리고 하향 스트로크의 적어도 일부 동안), 벤트는 진공 챔버 내로의 유체 유입을 방지하거나 제한한다. 하행 스트로크 벤트가 개방될 때(예를 들어, 하향 스트로크에서 진공 챔버 내의 임의의 유체의 압축이 대기압 레벨 위로 압력을 상승시킬 때), 압축된 유체는 벤트에 바로 인접한 대기로 직접 배출되거나 더 멀리 있는 위치로 도관을 통해 배출된다. 도관은 강성, 가요성 또는 이의 조합일 수 있고, 하우징에 대하여 횡 방향으로 또는 외부로 경로가 정해진다.
일 실시예에서, 도관은 해머 웨이트 위의 위치에서 진공 챔버로부터 격납 표면으로 통과하는 유체 통로를 제공하도록 경로가 정해질 수 있다. 추가 실시예에서, 왕복 운동 경로를 따르는 해머 웨이트의 이동은 상향 스트로크 및 하향 스트로크에서 벤트를 각각 닫거나 여는데 사용될 수 있어, 단방향 밸브의 역할을 제공한다.
추가 실시예에서, 임의의 잔류 공기를 제거하고 그리고/또는 왕복 운동 동작 사이클 전체에 걸쳐 진공 챔버 내 에서 진공을 유지하기 위하여 진공 펌프가 상기 벤트 또는 포트에 연결될 수 있다.
하향 스트로크 벤트가,
- 진공 챔버와 대기 사이의 압력 차이 크기;
- 하향 스트로크 벤트와 유체 연통하는 도관과 진공 챔버 사이의 압력 차이 크기;
- 하향 스트로크에서의 해머 웨이트의 위치;
- 하향 스트로크에서의 진공 챔버의 온도;
- 하향 스트로크에서의 해머 웨이트 이동의 경과 시간;
- 이들의 임의의 조합이나 치환
을 포함하는 다양한 상이한 파라미터에 따라 개방하도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
따라서, 일 실시예에서, 하향 스트로크 동안, 해머 웨이트는 해머 웨이트 상부면에 작용하는 대기압과 진공 챔버 내의 압력 사이의 압력 차이의 효과와 중력을 하에서 내려온다. 해머 웨이트가 작업 표면을 향하여 이동하는 동안, 이전 왕복 운동 및/또는 진공 실링 누설로부터의 진공 챔버 내의 임의의 잔류 공기는 압축된다. 따라서, 진공 챔버 내의 압력은 대기압과 동등하게 될 때까지 상승한다. 따라서, 해머 웨이트의 추가 하향 스트로크 이동은 배출이 발생하지 않는다면 진공 챔버 내에 초기압을 생성할 것이다.
위에서 참조된 바와 같이, 하향 스트로크 벤트는 하향 스트로크의 임의의 스테이지에서 개방하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 하향 스트로크 벤트는 진공 챔버 내의 임의의 초기압 생성과 실질적으로 동시에 개방하도록 구성된다.
상술된 바와 같이, 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 충돌 축을 따라 이동 가능한 왕복 운동하는 해머 웨이트와 하우징을 포함하는 상술된 바와 같은 임팩트 해머가 제공되고, 상기 임팩트 해머는,
- 피구동 단부, 충돌 단부 및 피구동 단부와 충돌 단부 사이로 연장하는 세로 축을 갖는 스트라이커 핀으로서, 상기 충돌 단부가 하우징으로부터 돌출하도록 하우징 내에 위치 가능한 상기 스트라이커 핀; 및
- 스트라이커 핀에 결합된 충격 흡수기
를 포함하고,
상기 해머 웨이트는 스트라이커 핀의 세로 축과 실질적으로 동축인 충돌 축을 따라 스트라이커 핀의 상기 피구동 단부에 충돌한다.
바람직하게는, 상기 충격 흡수기는 리테이너에 의해 스트라이커 핀에 결합되고, 상기 리테이너는 스트라이커 핀의 세로 축을 따라 또는 그에 평행하게 상기 하우징 내부에 위치된 제1 및 제2 충격 흡수 어셈블리(상부 및 하부 충격 흡수 어셈블리라고도 함) 사이에 끼워지고, 상기 제1 충격 흡수 어셈블리는 상기 리테이너와 상기 해머 웨이트 사이에 위치 설정된다.
바람직하게는, 상기 제1 충격 흡수 어셈블리는 비탄성 레이어가 끼워지는 적어도 2개의 탄성 레이어를 포함하는 복수의 비접합(non-bonded) 레이어로 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 제2 충격 흡수 어셈블리는 비탄성 레이어가 끼워지는 적어도 2개의 탄성 레이어를 포함하는 복수의 비접합 레이어로부터 형성된다. 이 대신에, 상기 제1 충격 흡수 어셈블리의 어느 하나 또는 모두는 단일 탄성 레이어와 같은 단일의 충격 흡수 레이어 또는 버퍼로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 스트라이커 핀은 미끄럼 이동 가능한 커플링에 의해 리테이너에 결합된다. 바람직하게는, 미끄럼 이동 가능한 커플링은 스트라이커 핀과 스트라이커 핀의 세로 축과 동축이거나 평행한 리테이너 사이의 상대적인 이동을 가능하게 한다.
작업 표면에 가까운 임팩트 해머의 영역은 본질적으로 먼지, 암반, 콘크리트, 강철 조각, 흙 그리고 파쇄 작업의 다른 부산물에 더 근접한다. 결과적으로 하부 진공 실링 구성이 스트라이커 핀 주위의 영역을 통한 임의의 이물질의 유입을 완화하는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 상부 진공 실링에 대조적으로, 하부 진공 실링은 인접한 밀봉 표면들 사이에서 더 큰 상대적인 이동을 받지 않는다. 상부 진공 실링은 왕복 운동 축을 따르는 이의 이동의 전체 범위를 따르는 해머 웨이트의 이동을 수용하는 것이 요구된다. 대조적으로, 스트라이커 핀 구성의 하부 진공 실링은 상기 충격 흡수기에 대한 스트라이커 핀의 상대적으로 더 작은 이동만을 받는다.
바람직한 실시예에서, 스트라이커 핀과 리테이너 사이의 상대적 이동은 유지 위치 내에서의 상기 미끄럼 이동 가능한 커플링의 이동에 기인한다. 바람직하게는, 상기 유지 위치는 근위 이동 스톱과 원위 이동 스톱에 의해 스트라이커 핀의 피구동 단부에 대하여 구분된다.
일 실시예에서, 리테이너('리코일 플레이트'라고도 알려져 있음)가 각각 제1 및 제2 충격 흡수 어셈블리의 탄성 레이어와 인접하게 접촉하도록 위치 설정된 평행하고 평평한 하부 및 상부 표면으로 스트라이커 핀을 적어도 부분적으로 둘러싸는 강성 플레이트로서 형성된다. 일 실시예에 따르면, 충격 흡수기는 상기 충격 흡수 어셈블리들 사이에 위치 설정된 상기 리테이너를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 '미끄럼 이동 가능한 커플링(slideable coupling)'이라는 용어는 하우징 및/또는 리테이너에 대하여 적어도 일부 스트라이커 핀 세로 축 이동을 허용하는 임의의 이동 가능하거나 미끄럼 이동 가능한 커플링, 맞물림 또는 구성을 포함한다. 바람직하게는, 운전 사용 동안 근위 또는 원위 이동 스톱에 대한 미끄럼 이동 가능한 커플링의 맞물림은 힘을 충격 흡수기에 전달한다. 바람직하게는, 운전 사용 동안 근위 또는 원위 이동 스톱에 대한 미끄럼 이동 가능한 커플링의 맞물림은 각각 힘을 제1 및 제2 충격 흡수 어셈블리에 전달한다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 미끄럼 이동 가능한 커플링은 리테이너 또는 스트라이커 핀의 어느 하나를 적어도 부분적으로 통과하고 리테이너 또는 스트라이커 핀의 어느 하나 상에서 세로 방향 리세스 내로 적어도 부분적으로 돌출하는 하나 이상의 유지 핀을 포함한다. 바람직하게는, 상기 세로 방향 리세스는 상기 유지 위치이다. 설명을 더 간략하게 하고 더 명료하게 하기 위하여, 유지 핀의 세로 방향 리세스는 본 명세서에서 스트라이커 핀 상에 위치되는 것으로 설명되지만, 이는 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다.
스트라이커 핀이 하우징으로부터 돌출하는 최대 및 최소 범위는 스트라이커 핀의 길이, 리세스의 위치와 길이 및 해제 가능한 유지 핀(들)의 위치에 의해 정의된다. 충돌 쇼크를 제1 충격 흡수 어셈블리로 전달하는 것에 더하여, 근위 이동 스톱은 사용하는 동안 스트라이커 핀이 하우징으로부터 떨어져 나가는 것을 방지한다. 근위 이동 스톱은, 리코일 충격을 제2 충격 흡수 어셈블리로 전달하는 것에 더하여, 운전자가 스트라이커 핀을 준비된(primed) 위치에 위치 설정할 때 스트라이커 핀이 하우징 내부에서 완전히 눌러지는 것을 방지한다.
상기 제1 및 제2 충격 흡수 어셈블리는 (그 사이에 끼워진 리테이너 또는 '리코일 플레이트'와 함께) 바람직하게는 상기 하우징의 일부(본 명세서에서 '노즈 블록(nose block)'이라 함) 내에 노즈 블록의 내부 벽에 의해 그리고 스트라이커 핀의 외부 벽에 의해 함께 유지되는 요소들의 집합으로서 수용된다. 일 실시예에서, 리테이너를 포함하는 노즈 블록 내의 충격 흡수 어셈블리의 모든 요소들은 상호 접합되지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '접합되지 않는(unbonded)'라는 용어는 접착되지(adhered) 않거나, 일체로 형성되지 않거나, 연결되지(joined) 않거나, 부착되지(attached) 않거나 또는 물리적으로 접촉하여 배치되는 것 외의 임의의 다른 방식으로 연결되지 않는 2개의 표면 사이의 임의의 접촉을 포함한다.
노즈 블록은 스트라이커 핀을 위한 구멍에 의해 천공된 하부 및 상부의 실질적으로 평평한 경계를 제공하고, 각각의 상기 평평한 경계는 각각 제1 및 제2 충격 흡수 어셈블리를 위한 스트라이커 핀의 세로 축에 직각으로 배향된다. 상부 및 하부 노즈 블록 경계는 유지 보수 액세스를 위한 필요 조건 및 성능을 제공하는 임의의 편리한 형태를 취할 수 있다.
일 실시예에서, 상부 노즈 블록 경계는, 바람직하게는 스트라이커 핀을 위한 평평한 하부측과 구멍을 갖는, 강성 캡 플레이트에 의해 제공된다.
하부 노즈 블록 경계는, 바람직하게는 일 실시예에서 스트라이커 핀을 위한 평평한 상부측과 구멍을 갖는, 강성 노즈 플레이트('노즈 콘(nose cone)'이라고도 함)에 의해 제공된다. 리테이너와 제1 및 제2 충격 흡수 어셈블리는 노즈 블록의 측벽에 의해 둘러싸이는 캡 플레이트와 노즈 플레이트 사이에서 서로 적층되어 위치된다. 노즈 블록 및/또는 노즈 플레이트는 대응하는 형상을 갖는 측벽(들)에 의해 경계를 이루는 원형, 정사각형, 직사각형, 다각형 등등을 포함하는 임의의 편리한 횡단면으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 캡 플레이트와 노즈 플레이트는 스트라이커 핀의 세로 축에 평행한 기다란 노즈 블록 볼트에 의해 노즈 블록 측벽 내부에서 제1 및 제2 충격 흡수 어셈블리를 함께 고정한다. 바람직하게는, 노즈 블록은 평면 단면도에서 정사각형 또는 원형이고, 스트라이커 핀은 충격 흡수 어셈블리와 리테이너를 중심으로 통과한다.
대안적인 일 실시예에서, 노즈 블록과 노즈 콘은 단일의 연속하는 강성 구조로 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.
따라서, 상부 및 하부 노즈 블록 경계의 평평한 표면과 리테이너의 평평한 표면은 충격 흡수 어셈블리의 탄성 레이어에 인접한 4개의 강성 비탄성 표면을 제공한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 일 실시예에서 채용되는 탄성 레이어와 비탄성 레이어의 개수에 따라, 개별 탄성 레이어에는,
- 상부 노즈 블록 경계와 비탄성 레이어;
- 하부 노즈 블록 경계와 비탄성 레이어;
- 2개의 비탄성 레이어; 또는
- 비탄성 레이어와 리테이너
중 하나의 강성의 비탄성의 평평한 표면이 끼워질 수 있다.
상기 구성의 각각에서, 탄성 레이어는 스트라이커 핀 세로 축에 직각인 인접한 강성 비탄성 표면의 평행하고 평평한 표면들 사이에 끼워진다.
따라서, 스트라이커 핀을 포함하는 본 발명에 따른 임팩트 해머가, 충격 축에 대하여 다음의 순서대로 상기 스트라이커 핀의 피구동 단부와 충돌 단부 사이에서 스트라이커 핀 주위로 실질적으로 위치 설정된,
● 캡 플레이트;
● 제1(또는 상부) 충격 흡수 어셈블리;
● 리테이너;
● 제2(또는 하부) 충격 흡수 어셈블리;
● 노즈 콘
을 포함하는 노즈 블록 요소로 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다.
하부 진공 실링은 전술한 순서의 노즈 블록 요소들에서 여러 대안적이거나 누적하는 위치에 위치 설정되는 시일들을 포함할 수 있다.
일 양태에 따라, 상기 하부 진공 실링은
● 캡 플레이트와 스트라이커 핀의 사이에;
● 제1(상부) 충격 흡수 어셈블리와 스트라이커 핀의 사이에;
● 리테이너와 스트라이커 핀의 사이에;
● 리테이너와 노즈 블록 내부 측벽의 사이에;
● 제2(하부) 충격 흡수 어셈블리와 스트라이커 핀의 사이에; 그리고/또는
● 노즈 콘과 상기 스트라이커 핀의 사이에
위치된 적어도 하나의 시일을 포함한다.
다른 양태에 따르면, 상기 하부 진공 실링은, 또한, 또는 이 대신에, 스트라이커 핀을 횡 방향으로 둘러싸는 개별의 독립적인 레이어로서 형성되고,
● 노즈 콘과 하부 충격 흡수 어셈블리 사이에;
● 제1(상부) 충격 흡수 어셈블리와 캡 플레이트 사이에; 그리고/또는
● 캡 플레이트와 해머 웨이트의 하부 충돌 면의 하부 이동 극단 사이에
위치된 하나 이상의 시일에 의해 제공된다.
일 실시예에서, 상기 개별의 독립적인 레이어는 가요성 다이어프램(diaphragm)을 포함한다. 바람직하게는, 스트라이커 핀에 대항하여 밀봉하는 상기 가요성 다이어프램의 일부는 충돌 축을 따라 스트라이커 핀 이동에 따라 자유롭게 이동한다.
다른 양태에 따라, 상기 개별의 독립적인 레이어는 다이어프램과 내부 노즈 블록 벽 사이에 적어도 하나의 정적(static) 시일을 더 포함한다.
하부 진공 실링의 시일은 상부 진공 실링에 대하여 본 명세서에서 설명된 것을 포함하는 다양한 형태를 취할 수 있다.
따라서, 상기 하부 진공 실링의 시일은.
● 가요성 엘라스토머;
● 프리로드(preload) 또는 밀접한 피트(intimate fit)에 의해 스트라이커 핀 및/또는 노즈 블록 내부 측벽과 접촉하도록 바이어스되는 탄성 또는 비탄성 재료;
● 적어도 하나의 단방향 벤트; 및/또는
● 이들의 임의의 조합이나 치환
을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 충격 흡수 어셈블리 내에 위치된 상기 시일은,
● 탄성 레이어의 통합 부분으로서;
● 충격 흡수 어셈블리의 탄성 레이어에 인접하게 위치 설정된 별개 탄성 시일로서;
● 충격 흡수 어셈블리의 비탄성 레이어 내에 형성된 탄성 또는 비탄성 시일로서;
● 충격 흡수 어셈블리의 비탄성 레이어 내에 또는 충격 흡수 어셈블리의 비탄성 레이어에 인접하게 위치 설정된 탄성 또는 비탄성 시일로서;
● 충격 흡수 어셈블리의 비탄성 레이어와 상기 스트라이커 핀 사이의 밀접한 피트로부터; 그리고/또는
● 전술한 것의 임의의 조합이나 치환으로
형성될 수 있다.
일 실시예에서, 탄성 레이어는 엘라스토머와 같은 실질적으로 비압축성(incompressible) 재료로부터 형성된다. 이러한 실시예에서, 충격 흡수기가 사용하는 동안 압축력을 받을 때, 비압축성 탄성 레이어를 위한 유일하게 허용 가능한 편향(deflection) 방향은 스트라이커 핀 세로 축에 직각인 횡 방향이다. 형상에서의 이러한 변화는 이하 '편향(deflection)'이라 할 것이고, 동등한 팽창, 변형, 왜곡, 퍼짐(spreading) 및 이와 유사한 것을 포함한다. 따라서, 탄성 레이어의 횡 방향 편향을 수용하기 위하여 탄성 레이어 외주와 노즈 블록 벽 및/또는 스트라이커 핀 사이의 충분한 횡 방향 체적이 있는 것이 필수적이다.
전술된 바와 같이, 임팩트 해머는 사용하는 동안 탄성 레이어가 상기 스트라이커의 핀 세로 축에 대하여 상기 비탄성 레이어에 비해 횡 방향으로 이동 가능하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '이동 가능한(movable)'이라는 용어는 임의의 이동, 변위, 편향, 전이, 팽창, 퍼짐, 부풀어 오름(bulging), 수축, 따라가기(tracking) 또는 이와 유사한 것을 포함한다는 것이 이해되어야 한다.
탄성 레이어가 2개의 비탄성 표면 사이에서 압축을 받을 때, 탄성 재료는 편향되고 횡 방향으로 '퍼진다(spread)'는 것이 더 이해될 것이다. 인접하는 탄성 및 비탄성 표면들이 함께 접합되지 않기 때문에, 탄성 재료는 비탄성 표면을 가로질러 횡 방향으로 미끄러질 수 있다. 스트라이커 핀을 횡 방향으로 둘러싸도록 구성되는 탄성 레이어를 갖는 실시예에서, 탄성 재료는 압축을 받을 때 널 포인트(null-point)로부터 바깥쪽 및 안쪽 모두로 이동한다. 비탄성 레이어에 접합된 탄성 레이어를 갖는 종래 기술의 충격 흡수기는 상술된 바와 같이 횡 방향으로 이동할 수 없다.
더욱이, 탄성 레이어가 편향함에 따라 상당한 레벨의 마찰이 탄성 및 비탄성 레이어 사이에 발생한다. 마찰은 탄성 레이어 편향과 반대이고, 이에 따라 접합된 다층 충격 흡수기 또는 단일의 충격 흡수기에 비하여 충격 흡수 능력을 개선한다.
바람직하게는, 제1 및/또는 제2 충격 흡수 어셈블리는 노즈 플레이트 및/또는 캡 플레이트의 마모를 보상하기 위한 횡 방향 '여유(clearance)'를 갖도록 구성된다. 일 실시예에서, 제1 및/또는 제2 충격 흡수 어셈블리의 비탄성 레이어는 스트라이커 핀의 중심 맞춤 맞물림 외에 노즈 블록으로 구속되지 않고, 상기 횡 방향 여유가 비탄성 레이어의 횡 방향 외주와 노즈 블록 내부 벽 사이에 형성된다. 추가 양태에 따라, 제1 및/또는 제2 충격 흡수 어셈블리의 탄성 레이어에는 노즈 블록 내벽이 중심에 오고, 충격 흡수 어셈블리의 횡 방향 외주와 스트라이커 핀 사이에 횡 방향 여유가 제공된다.
일 실시예에 따라, 적어도 하나의 상기 탄성 및/또는 비탄성 레이어는 실질적으로 고리형이고 그리고/또는 스트라이커의 핀 세로 축에 대하여 동심이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 탄성 레이어는 30 기가 파스칼(GPa) 미만의 영률(Young's modulus)을 갖는 임의의 재료로 형성되고, 상기 비탄성 레이어는 30GPa보다 큰(그리고 바람직하게는 50GPa보다 큰) 영률을 갖는 임의의 재료로 형성된다. 이러한 정의는 탄성 또는 비탄성으로서 재료를 분류하기 위한 정량적인 경계를 제공하지만, 최적 영률이 반드시 이 값들에 가까이 있어야 한다는 것을 나타내도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 바람직하게는, 비탄성 및 탄성 레이어의 영률은 각각 >180x109 Nm-2 및 < 3x109 Nm-2이다.
바람직하게는, 비탄성 레이어는 강철 플레이트(통상적으로 대략 200GPa의 영률을 가짐) 또는 높은 응력과 압축 하중을 견딜 수 있고 바람직하게는 상대적으로 낮은 정도의 마찰을 보이는 유사한 재료로부터 형성된다. 탄성 재료는 어느 정도의 탄성을 보이는 이러한 다양한 재료로부터 선택될 수 있지만, 폴리우레탄(0.02x109Nm-2보다 큰 영률을 가짐)이 이러한 적용을 위한 이상적인 특성을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
압축 부하 동안, 고무 재료 및 이와 유사한 것은 체적이 줄 수 있고 그리고/또는 열악한 열, 탄성, 하중 및/또는 회복 특성을 나타낼 수 있다. 그러나, 폴리우레탄과 같은 엘라스토머 폴리머는 본질적으로 비압축성 재료이고, 이에 따라 압축 하중 동안 체적이 아니라 형상을 변경하려고 하며, 또한 원하는 열, 탄성, 하중 및/또는 회복 특성을 나타낸다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 상기 탄성 레이어는 강성의 표면들 사이에서 대향하는 실질적으로 평행하고 평평한 측들 사이에 끼워진 엘라스토머 레이어로서 형성되고, 이에 의해 엘라스토머 레이어의 평면에 실질적으로 직각으로 가해진 압축력이 이에 따라 접합되지 않은 엘라스토머가 횡 방향으로 편향하게 한다. 횡 방향 편향의 정도는 자유롭게 팽창하는 하중을 받지 않은 표면의 전체 면적에 대한 하나의 하중을 받은 표면의 면적의 비에 의해 주어지는 실험적으로 얻어지는 '형상 계수(shape factor)'에 의존한다.
평행한 비탄성의 강성 표면들 사이에 배치된 실질적으로 평평한 엘라스토머 레이어는 압력을 받을 때 엘라스토머를 횡 방향으로 편향하거나 '퍼지게' 함에 따라, 순 효과는 유효 하중 지탱 면적(effective load bearing area)이다. 폴리우레탄으로 형성된 탄성 레이어들 사이에 끼워진 비탄성 레이어를 제공하는 강철 플레이트를 갖는 충격 흡수 어셈블리가 단일의 통합된 피스의 탄성 재료로 성취될 수 있는 것보다 훨씬 더 큰 압축 강도를 제공하는 구성을 제공한다고 판단되었다. 이것은 주로 탄성 레이어의 '형상 계수' 때문이다 - 즉, 두께에 대한 직경의 비가 증가함에 따라 하중 지탱 용량이 기하급수적으로 증가하여 결과적으로 다수의 더 얇은 레이어들이 동일한 공간에 사용되는 단일의 더 두꺼운 레이어보다 상당히 더 큰 하중 용량을 가진다.
아래에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 충격 흡수 레이어와 같은 노즈 블록 내부 컴포넌트의 체적 효율성을 최대화하는 것이 매우 유익하다. 동일한 전체 체적을 갖는 단일의 두꺼운 레이어 대신에 다수의 얇은 레이어를 이용하는 것은 단지 개별 탄성 레이어에 관리 가능한 정도의 편향만을 가하면서 높은 하중 용량을 제공한다. 일례로서, 각각 30%, 즉 18mm 편향하는 30mm의 폴리우레탄으로 이루어진 2개의 별개 레이어는 18mm 편향하는 단일 60mm 레이어의 하중 지탱 용량의 2배를 가진다. 이것은 종래 기술에 비하여 상당한 이점을 제공한다. 시험에서, 본 발명은 단일의 일체형 탄성 레이어를 갖는 비교할 수 있는 충격 흡수기의 부하의 2배를 견뎌, 동일한 체적의 해머 노즈 블록 내의 충격 흡수기에 의해 2개의 충격 부하가 저지될 수 있게 한다는 것이 밝혀졌다.
편향의 정도는 탄성 레이어의 두께 변화에 직접 비례하고, 이는 그 다음 해머 웨이트의 감속률에 영향을 미친다; 전체 두께 변화가 더 작을수록, 감속이 더 격렬하다. 따라서, 탄성 재료로 이루어진 여러 얇은 레이어를 이용하는 것은 또한 해머 웨이트의 감속률이 해머의 특정 파라미터에 대하여 효율적으로 맞추어질 수 있게 하고, 이는 단일의 일체형 탄성 컴포넌트로는 비현실적이다.
하중 표면 상태에서의 변동은 탄성 레이어의 강성(stiffness)에서의 상당한 결과적인 변동을 야기한다. 예를 들어, 매끄럽게 된(lubricated) 표면은 횡 방향 이동에 대한 저항을 사실상 제공하지 않지만, 깨끗하고, 건조한 하중 표면은 더 큰 정도의 마찰 저항을 제공한다. 그러나, 종래 기술의 해결 방안에서 채용된 바와 같이, 탄성 재료와 비탄성 재료를 함께 접합하는 것은 탄성 레이어와 비탄성 레이어 사이의 계면에서의 임의의 횡 방향 이동을 불리하게 방해한다. 따라서, 탄성 레이어와 어느 한 측에서의 인접한 강성의 비탄성 표면 사이의 접합되지 않은 계면은 접합된 계면에 비하여 상당한 이점을 제공한다.
하우징 노즈 블록 내부의 공간의 체적은 제한되고, 결과적으로 임의의 공간 절약은 중량 감소 및/또는 성능에서의 결과적인 개선을 가지면서 피팅될 더 강하고 더 유능한 컴포넌트를 허용한다. 예를 들어, 본 발명은 해머 노즈 블록 내에서 충분한 중량 절약(통상적으로 10 내지 15%)을 허용하여, 더 가벼운 캐리어가 운송/운전을 위하여 사용될 수 있게 한다. 일례로서, 36톤 캐리어(통상적인 중력만 받는 임팩트 해머를 위하여 사용됨)으로부터 30톤 캐리어로의 감소는 감소된 운영 비용 및 유지 보수 비용에서의 증가된 효율에 더하여 대략 €37500의 구매 절약을 제공한다(대략 €6.25/kg). 또한 36톤 캐리어를 운송하는 것은 훨씬 실용적인 30톤 캐리어에 비하여 운전자에 대하여 비싸고 힘겨운 부담이다.
이전에 논의된 바와 같이, 엘라스토머와 같은 탄성 레이어는 2개의 강성의 평행한 비탄성 레이어 사이에서 하중을 받을 때 바깥쪽으로 편향할 것이다. 탄성 레이어가 스트라이커 핀을 횡 방향으로 둘러싸는 실질적으로 고리형 구성으로 구성으로 구성된다면, 탄성 재료는 또한 구멍의 중심을 향하여 안쪽으로도 편향할 것이다. 반대하는 횡 방향들로의 이러한 동시 이동은 탄성 레이어가 이의 전체 내부 및 외부 주변부 외주 주위로 자유롭게 편향하는 상태를 유지하면서 충격 흡수 어셈블리의 강성 요소들(즉, 비탄성 레이어 및/또는 리테이너)이 스트라이커 핀 주위에 중심을 두고 머무르도록 주의 깊은 관리를 필요로 한다. 탄성 및 비탄성 플레이트와 리테이너의 전체 충격 흡수 어셈블리는 스트라이커 핀 핀의 세로 축과 평행하거나 동축으로 그리고 스트라이커 핀 및/또는 하우징의 벽에 대항하여 충돌하는 탄성 레이어에 의한 직접적인 접촉이 최소이거나 없이 횡 방향으로 자유롭게 이동한다는 것은 중요하다.
충격 흡수 사용 동안, 충격 흡수 어셈블리는 스트라이커 핀의 세로 축에 평행하게 이동한다. 따라서, 탄성 레이어의 스트라이커 핀 및/또는 노즈 블록의 벽으로의 직접적인 임의의 주목할 만한 충돌은 탄성 레이어가 접촉 지점에서 변형되거나 손상되게 할 수 있다. 그러나, 충격 흡수기는 또한 이동 동안 노즈 블록 내에 중심을 둔 채로 있는 것을 필요로 하고, 결과적으로 탄성 레이어의 일부 형태의 정렬 또는 중심 맞춤이 바람직하다.
일 실시예에서, 하나 이상의 공극 감소 물체가 해머 웨이트 하부 충돌 면과 노즈 블록 사이에 위치 설정된다. 일 양태에 따르면, 상기 공극 감소 물체는 구(sphere), 상호 잠금(interlocking) 형상, 팽창 가능한 폼(foam) 등등 중 적어도 하나를 포함한다.
따라서, 충돌 작업의 주기적인 과정 중 3개의 별도의 단계 동안 해머 웨이트와 격납 표면 사이에 바람직하지 않은 접촉이 일어날 수 있다는 것이 이해될 것이고, 여기서 해머 웨이트는:
- 상향 스트로크 동안 하우징 격납 표면에 대하여 끌리고;
- 하향 스트로크에서 격납 표면과 비스듬하게 접촉하도록 스치거나 튀어오르고;
- 하향 스트로크 동안, 특히 해머 웨이트가 하우징을 따라 미끄럼 이동함에 따라 장치가 수직으로부터 기울어질 때, 격납 표면과 횡 방향 접촉하고;
- 구동 메커니즘에 의해 가해지는 힘 때문에 격납 표면과 횡 방향 접촉하고; 그리고/또는
- 작업 표면에 충돌한 후에 하우징 내부 측벽 내로 다시 튀어오른다.
상술된 웨이트와 격납 표면 사이의 접촉은 장치의 설계, 충돌 작업 동안의 장치의 경사 및 작업 표면의 특수성에 따라 지속 시간, 충돌 각도 및 크기가 달라질 수 있다. 출원인 자신의 파쇄 기계 내의 해머 웨이트의 속도는 피구동 해머에서는 8ms-1에 도달하고 중력만 받는 임팩트 해머에서는 10ms-1까지 도달할 수 있다. 중력만 받는 임팩트 해머는 해 웨이트가 하우징 측벽들을 지지함에 따라 수직으로부터 대략 30° 경사질 때 최대 PV(압력×속도)를 경험한다.
장치 설계에 관하여, 관련 파라미터는 해머 웨이트의 크기와 형상, 및 해머 웨이트의 획 방향 주변과 격납 표면 사이의 횡 방향 여유의 정도를 포함한다.
위에서 언급한 바와 같이, 격납 표면은 재료의 유입에 대한 장벽으로서 작용하고, 또한 격납 표면의 횡 방향 한계 범위 내에서 해머 웨이트의 이동을 구속하거나 가이드한다. 종래 기술의 장치에서, 웨이트와 격납 표면 사이의 여유는 경합하는 요인들 사이의 절충점(compromise)이고, 다시 말해서;
- 좁은 여유는 해머 웨이트가 횡 방향으로 가속되는 공간을 최소화하고, 이에 의해 제조 동안 높은 정밀 요건을 이용하여 격납 표면 상의 충격력을 감소시킬 수 있고;
- 넓은 여유는 더 긴 지속 시간 동안 힘의 횡 방향 성분의 영향을 받아 해머 웨이트가 가속되는 것을 이용하여 제조 동안 요구되는 정밀도를 감소시키고, 격납 표면 상에 더 큰 충격력을 야기한다.
임팩트 해머의 작업 효율을 최대화하기 위하여, 장치의 마모는 증가시키면서 장치의 사이클 타임은 늦출 수 있는, 해머 웨이트를 들어올리는 동안의 하우징에 의해 야기되는 장애, 방해 또는 끌림을 최소화하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 하향 스트로크 중 해머 웨이트의 통과에 대한 이러한 장애는 작업 표면에 다른 방법으로 부여될 수 있는 에너지를 분산시킬 수 있다. 따라서 웨이트는 통상적으로, 예를 들어 해머 웨이트의 상부 중심에 부착되는 스트롭(strop)에 의하여 하우징과의 과도한 접촉 압력을 회피하도록 설계되는 방식으로 구동 메커니즘에 의해 상승된다.
격납 표면이 해머 웨이트의 경로를 구속하지만 웨이트의 경로에 걸쳐 지속적이면서도 능동적이거나 직접적인 방향 제어를 제공한다는 의미에서 해머 웨이트를 항상 가이드하지는 않는다는 것은 이해될 것이다. 그러나, 해머 웨이트의 경로에 인접한 하우징 내부 측벽은 한정된 경계 내부로 해머 웨이트의 경로를 여전히 횡 방향으로 구속하여, 가이드로서 효과적으로 작용한다.
결과적으로 그리고 명확성을 돕기 위하여, 해 웨이트의 경로에 인접한 격납 표면은 하우징 내부 측벽이라 한다.
임팩트 해머와 같은 기계적 파쇄 장치는 충돌 순간에 대형 해머 웨이트의 급격한 감속에 의해 성취되는 큰 충격력을 작업 표면에 가함으로써 작동한다. 따라서 하우징 내부 측벽과의 임의의 충돌이 상당한 충격력과 소음을 유발하는 것은, 해머 웨이트의 아래쪽을 향하는 가속에 의해 발생되는 큰 에너지의 운동력의 피할 수 없는 결과이다. 더욱이, 작업 표면이 파괴되지 않거나 모든 충돌 에너지를 완전히 분산시키는데 불충분하여 변형되는 경우, 다시 튀어오르는 웨이트의 운동에 관한 횡 방향 성분은 해머 웨이트와 하우징 내부 측벽 사이에 충돌을 야기할 것이어서, 또한 높은 수준의 충격과 소음을 발생시킨다.
본 발명의 실시예들은 상기 쿠셔닝 슬라이드들을 왕복 운동하는 해머 웨이트 상에 제공함으로써 이러한 문제점들을 해결한다. 쿠셔닝 슬라이드들을 하우징 내부 측벽의 정적인 표면 상에 배치하는 것도 생각해볼 수는 있지만, 이는 여러 이유로 실용적이지 않을 뿐만 아니라 경제적이지 못하다.
첫 번째로, 해머 웨이트의 왕복 운동 경로의 전체 길이는 쿠셔닝 슬라이드 보호를 필요로 할 것이다. 이에 비해, 해머 웨이트의 상대적으로 작은 일부만이 보조 재료 비용 절감 측면에서 쿠셔닝 슬라이드들로 커버하는 것을 필요로 한다.
두 번째로, 하우징(격납 표면을 포함함)은 매우 견고할 필요가 있기 때문에, 통상적으로는 기다란 단조 강철(forged) 통로로서 형성되고, 따라서 격납 표면에 부착된 쿠셔닝 슬라이드를 추가하거나 유지하거나 교체하는 것은 큰 문제가 된다.
세 번째로, 기다란 쿠셔닝 슬라이드 상의 해머 웨이트에 의한 반복되는 충돌/접촉의 효과는 낙하하는 해머 웨이트의 경로 내로 비틀리는 물결 무늬(ripple)를 제1 레이어와 제2 레이어에 발생시키게 되고, 궁극적으로 고장을 초래한다.
마지막으로, 이는 상술된 단점을 상쇄하기 위해서 쿠셔닝 슬라이드를 해머 웨이트 상에 위치시키는 것에 비해 고유한 이점을 제공하지는 않는다. 당연히, 쿠셔닝 슬라이드들에서 사용되는 재료들의 특성들은 그 성공적인 기능 수행에 중요하다.
상술된 해머 웨이트와 격납 표면 사이의 접촉의 유형은 큰 속도와 매우 큰 충격력을 특징으로 한다. 유감스럽게도, 낮은 마찰 계수를 갖는 재료는 통상적으로 큰 충격 흡수성이 있는 것은 아니다. 반대로, 큰 충격 흡수성 재료는 통상적으로 높은 마찰 계수를 가진다. 따라서, 단일의 재료로 효과적으로 쿠셔닝되는 슬라이드를 만들어 내는 것은 가능하지 않다.
또한, 쿠셔닝 슬라이드를 임팩트 해머 웨이트의 표면 상에 부착하거나 형성하는 실제적인 해결 과제에는 어려움이 있다. 작업 표면에 (직접 또는 스트라이커 핀에 의해) 충돌할 때는 왕복 운동하는 해머 웨이트의 거의 순간적인 감속 및 관련된 큰 충격력 때문에, 매우 큰 하중(예를 들어, 2000G)이 슬라이드를 해머 웨이트에 고정하는데 사용되는 임의의 부착 시스템에 걸린다. 따라서, 쿠셔닝 슬라이드가 이러한 하중을 최소화하는 것이 가능할 만큼 가벼운 것이 바람직하다.
제1 레이어 외부 표면은 바람직하게는 미리 정해진 저 마찰 특성을 구비한 재료, 및 하우징 내부 측벽들과의 반복되는 고속의 접촉 동안(예를 들어, 최대 10ms-1) 마찰을 최소화하고 내마모성을 최대화할 수 있는 적합한 재료로 형성된다. 일 양태에 따르면, 상기 제1 레이어는 다음, 즉:
- 초 고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)), Spectra®, Dyneema®;
- 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK(Polyether Ether ketone));
- 폴리아미드-이미드(PAI(PolyAmide-lmide));
- 폴리벤즈이미다졸(PBI(PolyBenzimldazole));
- 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETP(PolyEthylene Terephthalate));
- 폴리페닐렌 설파이드(PPS(PolyPhenylene Sulphide));
- NylatronT™ NSM 또는 Nylatron™ GSM과 같은 강화 충진 나일론 및/또는 윤활제를 포함하는 나일론;
- Orkot와 같은 합성물; 및
- 전술한 것의 임의의 조합이나 치환
을 포함하는 공업용 플라스틱 그룹으로 형성된다.
위 목록은 한정하는 것은 아니며, 충전물을 수정하는 것, 재료를 강화하는 것 및 가교 폴리머 사슬을 위한 조사(irradiation)와 같은 사후 성형 처리에 의한 상기 재료의 수정을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 제1 레이어 재료에 관한 바람직한 특징은 경량성, 높은 속도와 압력에 적당한 높은 내마모성, 내충격성, 충돌시 소음 수준을 최소화하기 위한 낮은 경도와 낮은 마찰 계수를 포함한다.
더욱 견고한 재료가 요구되는 제1 레이어를 위한 재료를 사용하는 것도 바람직하고, 일 실시예에서 제1 레이어는:
- 주철 및/또는;
- 합금 및/또는 열처리한 강철을 포함하는 강철;
로 형성된다.
금속 플레이트의 중량은 대부분의 애플리케이션에 있어서 너무 클 수 있어서, 제1 레이어에서 사용되는 경우 바람직하게는 단위 면적당 질량을 감소시키도록 속을 비게 하는 같이 중량 저감 수단을 활용한다.
현재는 상업적으로 통용되지는 않지만 그래핀(graphene)과 같은 새로운 재료는 머지않아 위의 플라스틱 또는 금속 재료의 유용한 대체물이 될 수 있고, 본 발명에서 사용하기에 적합할 수 있는 제1 레이어의 물리적 요건을 만족하거나 능가하도록 제공될 수 있다.
바람직하게는, 제1 레이어의 상기 소정의 저 마찰 특성은 Ra 0.8 내지 1.1㎛의 표면 거칠기를 구비한 드라이 강철에 대하여 비윤활 마찰 계수가 0.35 미만이다.
바람직하게는, 제1 레이어의 상기 소정의 내마모 특성은 ASTM D4060의 미터법 환산을 사용하여 마모율이 10×10-5m2/N 미만이다.
바람직하게는, 상기 제1 레이어는 또한:
- 20 MPa 초과 상태에서의 인장 강도 및 30 MPa 초과 상태에서 10% 편향되는 압축 강도;
- 55 쇼어 D를 초과하는 경도;
- 예를 들어, 3000을 초과하는 높은 PV(압력×속도) 값;
을 갖는다.
당해 기술분야에서의 통상의 기술라면 낮은 마찰 계수를 구비한 재료가 높은 내마모성을 반드시 가질 필요가 없다는 것 또는 그 반대의 경우가 이해될 것이다. UHMWPE의 사용은 낮은 속도와 압력에서의 낮은 내마찰성 및 내마모성 모두에 대해 특별한 성능 이득을 제공한다. UHMWPE는 큰 거칠기를 가지고, 사용하기에 경제적이며, 제2 레이어가 더 얇고 그리고/또는 덜 복잡한 레이어로서 형성되는 것을 허용한다. 더 큰 속도와 압력을 위하여, Nylatron™ NSM과 같이 큰 PV 값을 구비하고 감소된 거칠기를 구비한 다른 고가의 플라스틱은 단위 면적당 충격 흡수를 더 잘할 수 있도록 형성된 제2 레이어와 함께 제1 레이어를 위하여 사용될 수 있다.
강철과 같은 고밀도 재료의 사용은 충돌 작업 동안 해머 웨이트로부터 탈거되지 않는 것을 보장하기 위해서 적합하게 설계된 마운팅을 필요로 한다.
일 실시예에서, 제1 레이어 외부 표면은 분무식 흑연, 테플론 또는 이황화 몰리브덴과 같은 건식 윤활제가 도포될 수 있고, 그리고/또는 제1 레이어는 이황화 몰리브덴과 같은 건식 윤활제가 내재되어 있을 수 있다.
제1 레이어 외부 표면을 위하여 선정된 재료의 선택은 쿠셔닝 슬라이드의 효율성에 있어서 중요하고, 왕복 운동 컴포넌트의 크기, 관련된 힘 및 작동 환경에 따라 선택될 것이다. 저마찰 재료에는 제2 레이어에 의해 실행되는 충돌 흡수 후에 남아 있는 충격력에 대해 충분한 내충돌성을 가지지 않는 매우 적은 마찰 재료(예를 들어, PTFE)의 내마모성과 내충돌성 사이에 경합 관계(trade-off)가 종종 생긴다. 바람직한 일 실시예에서, 제1 레이어는, 대략 Ra = 0.8 내지 3㎛의 표면 거칠기를 가진 강철의 하우징 내부 측벽 상에서 사용될 때 이동 거리(미터) 당 0.01cm3 이하의 마모율로 0.05MPa을 초과하면서 최대 4MPa인 미끄럼 압력 상태에서 5ms- 1를 초과하면서 최대 10ms-1인 미끄럼 순간 속력을 견딜 수 있으면서 가능한 한 저 마찰 계수를 가지도록 선정된다. 제1 레이어는 바람직하게는 영구 변형 없이 0.3MPa을 초과하면서 최대 20MPa인 충격 압력을 견딜 수 있다.
제2 레이어는 바람직하게는 소정의 충격 흡수 특성을 구비한 재료로 형성되고, 금속 웨이트와 제1 레이어에 부착 가능할 수 있을 필요가 있을 뿐만 아니라, 가요성이면서 충격 흡수성일 필요가 있다.
제2 레이어의 충격 흡수 특성은 더 큰 충격력을 흡수할 수 있는 재료를 선정하거나 간단히 동일한 재료로 된 두꺼운 레이어를 만들어서 개선될 수 있다. 그러나, 두꺼운 레이어는 다음 충돌을 준비하기 위해서 그 원래 형상으로 되돌아 가는데 시간이 걸리고, 또한 그 형상을 유지하지 않으면서 과열될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 레이어는 다수의 서브 레이어로 형성된다. 제2 레이어 내에 다수의 서브 레이어를 제공하는 것은 동일한 두께의 단일의 레이어의 단점 없이도 충격 흡수 특성을 개선할 수 있다. 제2 레이어에 대한 본 명세서에서의 참조는 잠재적으로는 다수의 서브 레이어를 포함하는 것으로 이해되어야 하되 단일의 레이어로 제한되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 레이어는 엘라스토머 레이어, 바람직하게는 폴리우레탄을 포함한다.
바람직하게는, 상기 엘라스토머는 40 내지 95 쇼어 A 측정값을 가진다.
쿠셔닝 슬라이드 내의 제1 레이어와 제2 레이어의 특성을 조합하는 것은 제1 레이어를 손상시키거나 파쇄하는 큰 충돌 충격 하중을 방지하고, 쉽게 벗겨지는 제2 레이어가 하우징 내부 측벽과 반복적으로 미끄럼 접촉하여 손상되거나 마모되는 것을 방지한다.
제1 레이어와 제2 레이어의 다른 재료를 성공적으로 조합하는 것은 충돌 작업 동안 부과되는 하중을 견딜 수 있는 견고한 구조를 필요로 한다. 바람직하게는, 제1 레이어와 제2 레이어는 서로 해제 가능하게 부착된다. 상기 해제 가능한 부착은 클립, 나사, 상호 작동하는 결합 부품, 역방향 접시형 구멍(reverse countersink) 또는 중첩 수단의 형태를 취할 수 있다. 일 실시예에서, 해제 가능한 부착은 중첩 배열일 수 있어서, 하우징 내부 측벽들은 왕복 운동 컴포넌트의 소켓 내의 적소에서 레이어들을 유지한다. 대체 실시예에서, 제1 레이어와 제2 레이어는 일체로 형성되거나 접착되고, 또는 여러 다른 방식으로 해제 가능하지 않는다. 그러나 제1 레이어를 제2 레이어로부터 분리 가능하게 구성함으로써 전체 쿠셔닝 슬라이드의 교체를 필요로 하지 않으면서도 일정 기간 마모 후 레이어를 교체할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
압축 하중이 제2 레이어를 형성하는 엘라스토머에 가해질 때, 엘라스토머는 충돌 지점으로부터 멀어지는 엘라스토머의 체적 변위에 의해 충격을 흡수한다. 엘라스토머가 강성 경계에 의해 둘러싸이는 경우, 이는 제한 없는 경계에서 일어나는 엘라스토머 체적 변위의 방향에 힘을 가한다. 따라서, 엘라스토머가 상부 표면과 하부 표면 상의 강성 표면에 의해 구획되는 경우, 엘라스토머는 압축 하에 있을 때 강성 레이어 사이에 횡 방향으로 변위된다. 그러나, 엘라스토머가 자유롭게 변위될 수 없는 경우, 엘라스토머는 한정된 비압축성 액체와 같이 작용하고, 결과적으로는 잠재적으로 파괴적인 큰 압력을 그 주변에 가한다. 둘러싸는 구조가 충분히 견고한 경우, 엘라스토머 자체는 파괴된다.
충격 흡수 장치와 같이 효과적으로 기능하기 위하여, 엘라스토머는 그 속에서 변위된 체적이 압축의 영향을 받을 수 있는 공극을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 추가 양태에 따르면, 상기 쿠셔닝 슬라이드 및/또는 쿠셔닝 슬라이드에 인접한 상기 왕복 운동 컴포넌트의 일부는 압축시 변위되는 상기 제2 레이어의 일부를 수용하도록 구성되어 있는 적어도 하나의 변위 공극이 제공된다.
제1 실시예에서, 상기 변위 공극은 다음, 즉;
- 상기 제1 레이어;
- 상기 제2 레이어;
- 상기 왕복 운동 컴포넌트; 또는
- 상기의 조합;
내에 형성될 수 있다.
변위 공극들이 제1 레이어 내에 형성될 수 있지만, 이들은 통상적으로 제1 레이어 재료(예를 들어, UHMWPE, 나일론 또는 강철과 같은 것)로 된 구조로 기계 가공되는 것을 필요로 한다. 더욱이, 압축 공극이 기계 가공되거나 이와 달리 직접 해머 웨이트 속에 형성되더라도, 해머 웨이트의 표면 내의 불연속성으로 응력 균열이 발생하는 것을 회피하도록 주의할 필요가 있다.
따라서, 제2 레이어 내에 적어도 하나의 상기 변위 공극을 형성하는 것은 제조 및 설치 상 용이한 몇몇 이점을 제공한다. 따라서, 본 발명의 추가 양태에 따르면, 상기 쿠셔닝 슬라이드는 적어도 하나의 변위 공극이 형성된다. 바람직하게는 상기 변위 공극은:
- 제2 레이어를 통해 연장하는 구멍;
- 제1 레이어 및/또는 왕복 운동 컴포넌트에 접촉하는 적어도 하나의 제2 레이어 측면에 적용된 반복적인 주름형, 릿지형, 비드형, 톱니형 및/또는 성곽형 패턴;
- 물결 형상형(scalloped) 또는 다른 리세스형 횡방향 외부 주변부;
- 이들의 조합 또는 치환
으로서 형성된다.
바람직하게는, 상기 제1 레이어와 제2 레이어는 실질적으로 평행하다. 바람직하게는, 상기 제2 레이어는 상기 왕복 운동 컴포넌트의 외측 표면에 대해 실질적으로 평행하다. 따라서, 충격력은 전체적으로 대부분의 제2 레이어에 수직하게 작용할 것이다.
일 실시예에서, 제1 레이어와 제2 레이어는 서로 접합되지 않는 상태이고, 바람직하게는 클립, 나사, 나사산, 결합 수단 또는 이와 유사한 것으로 상호 접촉하여 유지된다. 대조적으로, 접착제나 이와 유사한 것으로 엘라스토머를 제1 레이어에 부착하는 것은 엘라스토머가 외주에서는 제외하고 압축시 횡 방향으로 변위하는 것을 방지한다. 결과적으로, 이는 엘라스토머의 충격 흡수 성능을 감소시킬 뿐만 아니라, 2개의 레이어가 상호 접착 상태를 파열시키는 작용을 하는 것과 같이 높은 하중시 손상의 가능성을 증가시킨다.
충돌 작업을 수반하는 심한 감속에 의해 발생되는 큰 힘이 정지 웨이트와 이에 부착된 구성 요소에 의해 가해지는 중력(1000G)에 비해 천배까지 생길 수 있다는 것은 실제로 알려져 있다. 따라서, 0.75kg 중량에 불과한 쿠셔닝 슬라이드는 2000G를 받을 때 750kg의 충격 하중을 발생시킨다.
일 실시예에서, 본 발명은 쿠셔닝 슬라이드들을 왕복 운동 컴포넌트나 웨이트 내의 소켓 내에 위치시킴으로써 쿠셔닝 슬라이드들 상에서 이러한 큰 G 힘을 견디는 문제를 해결한다.
일 양태에 따르면, 쿠셔닝 슬라이드들은 적어도 하나의 소켓 내에서 왕복 운동 컴포넌트 상에 위치되고, 상기 왕복 운동 컴포넌트는 하부 충돌 면과 적어도 하나의 측면을 가지고 있고, 상기 소켓은 적어도 하나의 릿지, 숄더, 돌출부, 리세스, 립, 돌출부, 또는 왕복 운동 컴포넌트의 측벽 상의 소켓에 위치되어 있는 쿠셔닝 슬라이드의 적어도 일부와 상기 하부 충돌 면 사이에 강성 유지면이 제공되어 있는 다른 형태가 형성되어 있다.
이 대신에, 여기서 상기 왕복 운동 컴포넌트는 하부 충돌 면과 적어도 하나의 측면을 가지고, 쿠셔닝 슬라이드들은 상기 측면의 외측 표면 상의 왕복 운동 컴포넌트 상에 위치되고, 상기 측면은 적어도 하나의 릿지, 숄더, 돌출부, 리세스, 립, 돌출부, 또는 왕복 운동 컴포넌트의 상기 측벽 상에 위치되어 있는 쿠셔닝 슬라이드의 적어도 일부와 상기 하부 충돌 면 사이에 강성 유지면이 제공되어 있는 다른 형태가 형성되어 있다.
일 실시예에서, 상기 유지면은 다음과 같은 것의 주위, 즉:
- 쿠셔닝 슬라이드의 측면 외주;
- 쿠셔닝 슬라이드를 통한 내부 구멍; 및/또는
- 쿠셔닝 슬라이드 내의 리세스;
의 주위에 위치되어 있는 쿠셔닝 슬라이드 외곽에 위치 설정된다.
유지면은 분리되어 있는 쿠셔닝 슬라이드가 작업 표면/스트라이커 핀 및/또는 하우징 내부 측벽들과 왕복 운동 컴포넌트의 충돌시 왕복 운동 컴포넌트로부터 분리되는 것을 방지하도록 지지한다. 유지면은, 왕복 운동 컴포넌트 표면의 측벽들에 대해 실질적으로 직각인 돌출부 또는 리세스를 각각 형성하면서 바깥쪽이나 안쪽으로 연장하는 벽들로서 형성될 수 있다.
유지면은 또한 왕복 운동 컴포넌트 측벽에 대해 실질적으로 직각인 힘의 성분으로 쿠셔닝 슬라이드를 왕복 운동 컴포넌트 측벽에 고정시키는 여러 가지 유지 부재가 형성될 수 있다. 이러한 유지 부재는 왕복 운동 컴포넌트에 부착되는 쿠셔닝 슬라이드를 유지하기 위해서 역방향 테이퍼, 상부 립, O-링 그루브, 나사산, 중첩 수단, 또는 다른 상호 잠금 부재를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
일 실시예에서, 상기 유지면은, 적어도 제2 레이어 내에 있고, 선택적으로는 제1 레이어 내에도 있는 구멍을 통과하는 적어도 하나의 위치 맞춤 돌출부를 형성하는 벽들로서 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 쿠셔닝 슬라이드의 제1 레이어의 위치 맞춤부는 상기 제2 레이어를 통해 왕복 운동 컴포넌트 측벽 내의 리세스 내로 연장하고, 이에 의해 상기 리세스는 유지면을 상기 위치 맞춤부에 제공할 수 있다.
위치 맞춤부 또는 위치 맞춤 돌출부의 이용이 쿠셔닝 슬라이드의 전체 외주를 둘러싸는 유지면이 없는 상태로 쿠셔닝 슬라이드가 왕복 운동 컴포넌트 측벽의 원위 에지에 위치 설정되는 것을 가능하게 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
제1 레이어는 또한 역방향 테이퍼, 상부 립, O-링 그루브, 나사산, 클립, 중첩수단, 또는 다른 상호 잠금 또는 상호 결합 구성을 포함하는 여러 가지 고정 부재들에 의해 제2 레이어에 해제 가능하게 고정될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 레이어는 왕복 운동 컴포넌트 측벽의 표면에 직접 접착되는 엘라스토머 레이어이다. 당해 기술 분야에서의 통상의 기술자에게 익숙할 수 있는 바와 같이, 폴리우레탄과 같은 엘라스토머의 표면은 매우 점착성이 있어서, 직접 접촉되어 형성됨으로써 강철 웨이트 왕복 운동 컴포넌트에 접착될 수 있다.
쿠셔닝 슬라이드들의 크기, 위치 및 형성은 자명하게도 왕복 운동 컴포넌트의 형상에 좌우된다. 스트라이커 핀에 충돌하는데 사용되는, 그 단면이 직사각형/정사각형인 블록 형상의 웨이트로서 형성된 왕복 운동 컴포넌트의 경우에는, 4개의 측면 중 일부와 코너가 잠재적으로 하우징 내부 측벽들과 접촉하게 될 수 있다는 것은 이해할 수 있을 것이다.
왕복 운동 컴포넌트가 아래쪽으로 이동할 때, 왕복 운동 컴포넌트의 경로 및/또는 하우징 내부 측벽들의 배향을 위한 완전히 수직한 배향으로부터의 이탈은 상호 접촉을 초래할 수 있다. 접촉점과 같은 충돌의 시작 지점은, 예를 들어, 횡 방향 면들의 코너와 같은 왕복 운동 컴포넌트의 '선단부(apex)' 중 하나와 주로 가깝다. 이 충돌은 직경 방향으로 반대편에 있는 선단부 상에 충돌할 때까지 왕복 운동 컴포넌트를 회전시키는 모멘트를 왕복 운동 컴포넌트에 가한다. 따라서, 쿠셔닝 슬라이드들은 바람직하게는 왕복 운동 컴포넌트의 원위 단부들을 향하여 위치된다. 본 명세서에서 지칭한 바와 같이, 왕복 운동 컴포넌트의 '선단부'는 그 단면이 정사각형이나 직사각형인 코너들 또는 왕복 운동 컴포넌트의 2개의 면 사이의 연결 지점과 같은 왕복 운동 컴포넌트의 횡 방향 지점 또는 에지로 지칭된다.
따라서, 본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 제1 레이어는 쿠셔닝 슬라이드에 인접한 왕복 운동 컴포넌트 측벽의 외부 주변부를 넘어 돌출하도록 형성된다.
일 양태에 따르면, 상기 왕복 운동 컴포넌트는 실질적으로 평평한 측벽들이 4개의 선단부로 연결되어 있는 상태로 횡단면이 정사각형 또는 직사각형이고, 여기에서 쿠셔닝 슬라이드는 적어도 2개의 측면들, 2개의 선단부 및/또는 하나의 측면과 하나의 선단부 상에 위치된다. 바람직하게는, 상기 쿠셔닝 슬라이드는 적어도 2 쌍의 반대편에 있는 측벽 및/또는 선단부 상에 위치된다.
상술된 쿠셔닝 슬라이드의 횡 방향 배치에 더하여, 쿠셔닝 슬라이드들의 세로 방향 위치(기다란 왕복 운동 컴포넌트의 세로 방향 축에 대한 것)는 장치의 작동 특성에 의해 영향을 받는다. 쿠셔닝 슬라이드들의 적합한 세로 방향 위치 설정은 다음의 카테고리, 즉;
- 스트라이커 핀들에 충돌하는데 사용되는 단일의 해머 웨이트 및 웨이트들과 같은 단방향;
- 역전 가능한 해머의 양쪽 단부들에 있는 임팩트 도구 단부들을 가진 단일의 해머 웨이트, 및/또는 들어올리는 동작과 긁어 모으는 동작을 위하여 사용되기도 하는 단방향 해머들과 같은 양방향;
으로 세분화될 수 있다.
WO/2004/035939에 설명되어 있는 바와 같은 임팩트 해머들은 해머 끝이 해머 하우징으로부터 연장하는 상태로 암반 및 이와 유사한 것을 긁어 모으거나 들어올리기 위하여 사용될 수도 있다. 작업 표면의 이러한 조종은 매우 거칠고, 쿠셔닝 슬라이드를 가진 해머 웨이트의 일부와 작업 표면의 접촉은 쿠셔닝 슬라이드를 손상시킬 것이어서 회피되어야 한다. 결과적으로, 쿠셔닝 슬라이드는, 2개의 양쪽 도구 단부들을 가진 역전 가능한 해머와 결합하여 사용될 때, 어떤 배향에서도 해머의 손상을 회피하기 위해서 노출된 해머 도구로부터 충분히 멀리 등거리로 배치될 필요가 있다.
역전 가능한 해머와 사용하기 위한 쿠셔닝 슬라이드들의 실시예들은 바람직하게는 한 쌍의 평행한 좁은 측면들로 결합되는 한 쌍의 넓은 평행한 세로 방향 면들을 가진 기다란 실질적인 직사각형/입방형 플레이트 또는 블레이드 구성과 같은 형상을 가진다. 이러한 구성은 짧은 측면들 상에 위치된 쿠셔닝 슬라이드들이 모든 넓은 측면들을 위한 쿠셔닝을 제공하기에 충분히 용이하게 연장하는 것을 가능하고, 그 효과로 웨이트의 측면들 주위를 감싼다. 이러한 구성은 단지 2개의 쿠셔닝 슬라이드들이 모두 4개의 측면 상의 충돌로부터 보호하는데 사용되는 것을 가능하게 한다.
따라서, 일 양태에 따르면, 본 발명은 직사각형 단면을 가지는 왕복 운동 컴포넌트의 양쪽 측면 상에 위치되어 있는 적어도 2개의 쿠셔닝 슬라이드들을 포함하고, 상기 쿠셔닝 슬라이드들은 한 쌍의 인접한 선단부들 주위에 연장하는 구성 및 치수를 가진다.
통상적인 암반 파쇄 기계 왕복 운동 사이클은 충돌 스트로크가 뒤따르는 웨이트를 들어올리는 동작을 수반한다. 웨이트는 하나 또는 2개의 하우징 측벽을 따라 하우징으로 하강하고, 암반 표면이나 스트라이커 핀을 때리고 다시 튀어오르고, 잠재적으로는 다른 측벽을 때릴 수 있다. 상술된 바와 같이, 잠재적인 충격력, 및 웨이트와 하우징 내부 측벽들의 충돌로부터 발생된 소음은 웨이트와 하우징 내부 측벽들 사이의 분리가 증가함에 따라 증가하는데, 이는 웨이트가 상대 속도를 높이기 위해서 더 큰 거리를 가지기 때문이다. 그러나, 측벽들에 대한 '여유(clearance)'을 감소하는 것은 하우징과 웨이트가 보다 정밀하게 제조되는 것을 필요로 한다.
추가 실시예에 따르면, 상기 쿠셔닝 슬라이드들은 제1 레이어를 하우징 측벽들을 향하여 바이어스하기 위하여 적어도 하나의 사전 인장 부재를 포함한다.
바람직한 일 실시예에서, 사전 인장 부재는 다음, 즉:
- 제1 레이어 하부 표면:
- 제2 레이어 상부 표면;
- 제2 레이어 하부 표면;
- 제2 레이어 서브 레이어의 표면; 및/또는
- 제2 레이어의 하부면에 인접한 왕복 운동 컴포넌트 측벽
에 형성되거나 이들 중 적어도 하나에 형성되는 사전 인장 표면 부재일 수 있고,
상기 사전 인장 부재는 적어도 하나의 사전 인장 부재가 제공되는 표면과, 상기 사전 인장 부재에 접촉하는 인접한 표면을 떨어뜨려 바이어스한다.
사전 인장 부재는 바람직하게는 상기 제2 레이어를 보다 용이하게 압축하도록 하는 형상 및 크기를 가지는 표면 부재이다.
일 실시예에서, 사전 인장 부재는 상기 제2 레이어 재료보다 더 낮은 탄성률을 가지는 재료로 형성된다.
다른 실시예에서, 사전 인장 부재는 상기 바이어스를 제공하기 위해서 제2 레이어 또는 그 서브 레이어를 성형함으로써 형성되고, 바람직하게는 쿠셔닝 슬라이드가 왕복 운동 컴포넌트 상에서 조립될 때 인장된다.
따라서 사전 인장 부재는 하우징 측벽들을 향하여 제1 레이어를 바이어스할 수 있고, 자명하게는 왕복 운동 컴포넌트를 하우징 측벽들로부터 이격시킬 수 있다. 따라서, 사전 인장 부재들은 쿠셔닝 슬라이드들과 하우징 측벽들 사이의 간격을 제거하거나 최소한 감소시킬 수 있고, 이에 의해 잠재적인 횡 방향 충돌 소음을 줄일 수 있다. 사전 인장 부재는 또한 마모에 기인한 제1 레이어의 두께의 감소를 보정한다. 사전 인장 부재는 수직 상태가 아니거나 가변적인 측면 간격을 가지는 하우징을 통해 이동하는 경우 왕복 운동 컴포넌트를 중심에 오게 하는 것을 보조할 수도 있다.
바람직하게는, 쿠셔닝 슬라이드들이 적어도 하나의 사전 인장 부재에 통합되어 있는 상기 왕복 운동 컴포넌트는 적어도 하나의 상기 쿠셔닝 슬라이드가 왕복 운동 컴포넌트의 왕복 운동 동안 하우징의 내부 측벽들과 계속 접촉하는 구성 및 치수를 가진다. 바람직하게는, 상기 사전 인장 부재는 탄성이 있다.
일 실시예에서, 사전 인장 부재는 왕복 운동 컴포넌트가 하우징 내부 측벽들 내부에 측면으로 등거리로 위치 설정될 때 사전 인장될 수 있다.
따라서, 쿠셔닝 슬라이드의 제1 레이어의 외부 표면은 하우징이 실질적으로 수직상태일 때 하우징 내부 측벽들과 약간 접촉하도록 바이어스된다. 왕복 운동 컴포넌트가 왕복 운동할 때 사용시, 왕복 운동 컴포넌트에 의해 경험하게 되는 힘의 횡 방향 성분은 사전 인장 부재를 압축하도록 작용한다. 따라서, 사전 인장 부재는 추가적인 압축력이 제2 레이어의 엘라스토머를 이전의 실시예에서 상술된 바와 같이 편향시키는 지점으로 압축된다. 사전 인장 부재와 제2 레이어 엘라스토머의 바이어스 및 형상을 적합하게 선택함으로써, 제1 레이어는 왕복 운동 동안 분리되는 것을 방지하도록 충분히 바이어스된 상태로 하우징 내부 측벽들과 접촉하는 상태로 유지될 수 있지만, 제2 레이어의 충격 흡수 성능을 방해하지는 않는다.
일 실시예에서, 상기 사전 인장 부재는 제2 레이어 내에 형성되는 스파이크, 핀, 버튼 또는 이와 유사한 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 쿠셔닝 슬라이드들은 마모 버퍼(buffer)을 포함한다. 예를 들어, 임팩트 해머가 상당한 경사로 장기간 사용되는 경우, 최하부 하우징 내부 측벽, 및 하부 측벽을 향하고 있는 쿠셔닝 슬라이드들 상에는 힘이 작용하게 된다. 이러한 장기간의 사용은 영향을 받고 있는 쿠셔닝 슬라이드들 내의 엘라스토머를 초과 응력 상태가 되게 할 수 있고, 잠재적으로는 고장을 일으킬 수 있다. 엘라스토머는 초과 응력의 강도 및/또는 지속 기간이 일정한 한계를 초과하지 않는다면 탄력 성능을 회복할 수 있다. 결과적으로, 마모 버퍼는 미리 정해진 임계값을 넘는 제2 레이어 엘라스토머의 압축을 방지하는 수단을 제공한다. 일 실시예에서, 마모 완화수단은 제1 레이어와 제2 레이어 내의 구멍들을 통과하는 적어도 하나의 위치 맞춤 돌출부를 형성하는 벽들로서 구성되는 상기 유지면에 의해 제공된다. 상술된 바와 같이, 위치 맞춤 돌출부는 충격력을 받는 상태에서 쿠셔닝 슬라이드를 왕복 운동 컴포넌트 측벽들에 고정하는 수단이다. 그러나, 위치 맞춤 돌출부는 마모 버퍼로서 구성될 수 있는 성능도 제공하고, 이에 의해 제2 레이어의 편향 후, 엘라스토머는 엘라스토머의 두께를 소정의 지점을 넘어 감소시키고, 위치 맞춤 돌출부는 제1 레이어 내의 구멍을 통해 연장하여 하우징 내부 측벽에 충분히 접촉한다. 따라서 강철 하우징 측벽은 엘라스토머 제2 레이어의 추가 압축 및 엘라스토머 제2 레이어의 손상을 방지하도록 위치 맞춤 돌출부를 지지한다. 이로써 일부 증가된 소음 발생이 야기되더라도, 버퍼가 전혀 없는 경우보다는 실질적으로 소음 발생이 적을 것이다.
다른 실시예에서, 쿠셔닝 슬라이드는, 제2 레이어가 그 정상 작동 한계(통상적으로 전형적인 엘라스토머의 30%)를 지나 압축될 때 쿠셔닝 슬라이드를 포함하는 리세스를 둘러싸는 왕복 운동 컴포넌트의 표면이 하우징 내부 측벽들을 지지하는 치수로 구성된다.
추가 양태에 따르면, 본 발명은 장치 내의 왕복 운동 컴포넌트에 부착하기 위한 쿠셔닝 슬라이드를 제공하고;
상기 왕복 운동 컴포넌트는 상기 장치의 적어도 하나의 격납 표면과 적어도 부분적으로 미끄럼 접촉하여 왕복 운동 경로를 따라 이동가능하고,
상기 쿠셔닝 슬라이드는 외부 제1 레이어 및 내부 제2 레이어가 형성되어 있는데, 여기서;
- 상기 제1 레이어는 왕복 운동 컴포넌트의 상기 왕복 운동 이동 동안 상기 격납 표면과 적어도 부분적으로 접촉하도록 구성되고 배향되는 외부 표면이 형성되어 있고, 상기 제1 레이어는 소정의 저마찰 특성을 구비한 재료로 형성되며,
- 상기 제2 레이어는 상기 제1 레이어에 연결되는 적어도 하나의 표면과, 상기 왕복 운동 컴포넌트에 연결 가능한 적어도 하나의 내부 표면이 형성되어 있고, 상기 제2 레이어는 소정의 충격 흡수 특성을 구비한 재료로 형성되어 있다.
추가 양태에 따르면, 왕복 운동 컴포넌트를 조립하는 방법이 제공되어 있고, 상기 방법은 전술된 쿠셔닝 슬라이드를 왕복 운동 컴포넌트에 부착하는 단계를 포함한다.
이전에 언급된 바와 같이, 본 발명은 임팩트 해머 또는 다른 암반 파쇄 장치로 제한되지 않고, 장치의 부품들 사이에 다수의 상호 충돌을 수반하는 왕복 운동 컴포넌트를 가진 장치에 적용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 충돌 성능의 개선, 제조 비용과 유지 비용의 절감 및 소음의 감소 측면에서 종래 기술에 비해 상당한 이점을 제공한다.
본 발명이 출원인의 중력 드롭 해머로 15dBA의 소음 감소를 달성한다는 것은 알려져 있다. 이는 매우 상당한 작업상 개선을 제공한다. 종래의 임팩트 해머는 사용시 30m에서 90dBA을 발생하지만, 본 발명은 30m에서 75dBA만 발생한다. 더욱이, 도시 지역에 인접한 곳에서 이러한 기계를 작동하기 위한 광범위한 법적 소음 제한인 55dBA의 소음이, 이전에는 1700m까지 도달되었던 것이 현재는 300m까지만 도달하여, 5배를 초과하여 개선되었다.
임팩트 해머 웨이트의 통상적인 마찰 동력 손실은 대략 12% 내지 15%이다. 강철 대 강철의 마찰 계수는 0.35 인 반면, 강철 대 UHMWPE 또는 나일론은 0.20 미만이다. 따라서, 쿠셔닝 슬라이드 제1 레이어와 같이 UHMWPE를 이용하는 본 발명은 이러한 손실을 7% 내지 9%로부터 대략 40%만큼 감소시키는 것으로 알려져 있다. 따라서 해머 구동 메커니즘은 3% 내지 5% 더 무거운 중량을 들어올릴 수 있고, 하향 구동 해머의 경우 중량을 3% 내지 5% 더 적은 손실 상태로 아래쪽으로 구동하여 파괴 효과가 적당히 개선된다.
충격 흡수용 제2 레이어 때문에 장치에 가해지는 충격 하중의 감소는 장치의 작업 수명의 연장, 및 제조비용이 저렴하면서도 경량인 하우징을 제조하는 능력의 향상을 가능하게 한다.
전술한 쿠셔닝 슬라이드의 사용은 또한 장치가 여유 있는 공차로 제조되는 것을 가능하게 하고, 이로써 추가로 비용을 절감하는 것이 가능하다. 이는 웨이트와 하우징 웨이트 가이드(하우징 내측 가이드 벽) 사이의 강철 대 강철 접촉으로부터 강철 하우징 웨이트 가이드와의 저 마찰 제1 레이어(예컨대 UHMWPE) 접촉으로의 변경 때문에 달성할 수 있다. 강철/강철 접촉은 가능한 한 충격과 소음의 수준을 최소화하기 위해서 높은 수준의 기계 가공 정확성 및 작은 공차를 필요로 한다. 더욱이, 하우징 케이싱은 통상적으로 정확한 공차로 제조하기가 어려운 미가공 용접물이고, 부정확한 경우에는 웨이트의 기계 가공을 필요로 하는데, 이는 어렵기도 하거니와 시간이 소모되고 표준을 만족하지 못한 부품을 위한 요건을 요구한다.
대조적으로, 전술한 쿠셔닝 슬라이드의 사용은 웨이트가 대략의 공차로 제조되는 것을 허용하고, 또는 쿠셔닝 슬라이드들의 배치를 위하여 웨이트 측면들의 비교적 작은 부품을 정확하게 기계 가공하기 전에 대강 주조되거나 단조되는 것을 허용한다. 웨이트 폭의 불가피한 오차는 쿠셔닝 슬라이드의 두께를 간단히 조절함으로써, 통상적으로는 제1 레이어를 조절함으로써 적합하게 될 수 있다.
본 발명과 함께 스트라이커 핀 구성의 상세가 아래에서 더욱 상세하게 고려된다.
사용시, 스트라이커 핀은 작업 표면에 부딪히거나 작업 표면에 가능한 한 가까이 스트라이커 핀의 충돌 단부를 위치 설정하는 운전자에 의한 준비된 위치에 배치된다. 작업 표면에 부딪혀 배치된다면, 스트라이커 핀은 원위 이동 스톱과 맞물리는 유지 핀(들)에 의해 제한될 때까지 하우징 내로 힘을 받는다. 따라서, 임팩트 해머가 해머 웨이트로부터 작업 표면까지 충돌을 받아 전달하도록 준비된다.
해머 웨이트가 스트라이커 핀 상으로 낙하될 때, 작업 표면이 균열되지 않는다면, 스트라이커 핀은 해머 웨이트에 가장 가까운 미끄러지는 커플링 리세스의 단부에서 근위 이동 스톱과 접촉하는 유지 핀에 의해 임의의 추가 이동이 방지될 때까지 작업 표면 내로 힘이 가해진다. 작업 표면이 균열되지 않거나 아니면 충돌 후에 스트라이커 핀이 관통하도록 충분히 비틀어지는 무효 타격의 경우에, 스트라이커 핀은 스트라이커 핀의 축을 따라 왕복 운동하게 반동하여, 원위 이동 스톱이 유지 핀을 부딪치게 한다.
'오타격'은 운전자가 스트라이커 핀의 피구동 단부 상에 해머 웨이터를 낙하시키고 충격 단부가 작업 표면과 접촉하지 않을 때 발생한다. 오타격의 경우, 해머 웨이트의 충돌은 근위 이동 스톱이 미끄럼 이동 가능하게 결합된 유지 핀을 부딪히게 한다.
작업 표면이 타격 후에 성공적으로 균열되지 않더라도, 충격은 단지 스트라이커 핀과 질량체의 운동 에너지의 일부만을 흡수할 수 있다. '과타격'으로 알려진 이러한 경우에, 임팩트 해머에 대한 결과적인 효과는 '오타격'과 직접 비교 가능하다.
따라서, 유지 핀(들)이 원위 또는 근위 이동 스톱과 결합되게 되는 충돌 작업 동안, 임의의 나머지 스트라이커 핀 이동은 리테이너로 전달되고, 이는 그 다음 충격 흡수 시스템 역할을 한다.
추가 실시예에 따르면, 적어도 하나의 충격 흡수 어셈블리는 스트라이커 핀 주위의 하우징 내에 미끄럼 이동 가능하게 유지되고, 상기 임팩트 해머에는 충격 작업 동안 충격 흡수 어셈블리의 탄성 레이어에 대한 중심 맞춤 효과를 제공하도록 구성된 상기 노즈 블록 내에 위치되는 가이드 요소가 제공된다.
본 발명은 상술된 기다란 슬라이드에 더하여 많은 상이한 구성의 가이드 요소의 사용을 가능하게 한다. 물리적 형태와 구현에서의 차이에도 불구하고, 모든 가이드 요소 실시예는 탄성 레이어와 하우징 및/또는 스트라이커 핀의 상대적 유치를 유지하는 공통된 목표를 공유한다. 하우징 및/또는 스트라이커 핀 벽과의 간섭 없이 각각의 탄성 레이어를 위한 가장 큰 지지 표면을 포함하기 위하여 사용 가능한 체적을 최소화하기 위하여 그렇게 하는 것이 유익하더라도, 충격 흡수기가 가이드 요소 없이 기능할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "중심 맞춤(centering)" 또는 "중심 맞춤된(centered)"라는 용어들은 충돌 작업 동안 세로 방향 충돌 축으로부터 멀어지는 충격 흡수 어셈블리의 횡 방향 변위에 대한 회복 또는 보정 효과를 적어도 부분적으로 적용하는 임의의 구성 또는 배열을 포함한다. 충돌 축과 스트라이커 핀의 세로 방향 축이 보통 실질적으로 동축인 반면, 노즈 블록 상의 스트라이커 핀의 임의의 마모가 스트라이커 핀의 세로 방향 축이 벗어나게 할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 임의의 이러한 편차는 충격 흡수 어셈블리가 노즈 블록의 측벽과 불리하게 간섭하게 할 수 있고, 이에 따라 충격 흡수기의 정렬을 허용 가능한 한계 내에 유지하기 위하여 복원하는 중심 맞춤 작용을 필요로 한다.
더욱이, 다른 곳에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 충격 흡수 어셈블리의 탄성 레이어는 비탄성 레이어, 인접한 노즈 블록의 하부 및 상부의 평평한 경계 및/또는 리테이너에 접합되거나 부착되지 않고 압축 동안 횡 방향으로 자유롭게 편향하도록 구성된다. 결과적으로, 스트라이커 핀, 노즈 블록 측벽 및/또는 노즈 블록 볼트와의 어떠한 파괴적인 간섭을 방지하기 위하여, 노즈 블록 내의 탄성 레이어의 횡 방향 정렬은 허용 가능한 레벨 내에 위치되어야 한다. 즉, 중심 맞춤되어야 한다.
추가 양태에 따르면, 충격 흡수 어셈블리의 탄성 레이어의 정렬은 상기 탄성 레이어의 일부로서 형성된 상기 하부 진공 실링에 의해 제공되고, 상기 정렬은 또한 비탄성 레이어에 의해 직접 제공될 수 있고, 상기 하부 진공 실링은 상기 비탄성 레이어에 의해 형성되거나, 그 내에 형성되거나 또는 그에 인접하게 형성된다.
일 양태에 따르면, 가이드 요소가 하우징의 내벽 상에 배열되고 스트라이커 핀의 세로 축에 평행하게 배향되는 기다란 슬라이드의 형태로 제공되고, 상기 기다란 슬라이드는 탄성 레이어 주변부의 협력하는 형상 부분과 미끄럼 운동 가능하게 결합하도록 구성된다. 일 실시예에서, 기다란 슬라이드 가이드 요소는 세로 방향 리세스로 형성되고, 탄성 레이어의 상기 형상 부분은 상보적인 돌출부로서 형성된다. 대안적인 일 실시예에서, 기다란 슬라이드는 세로 방향 돌출부로 형성되고, 탄성 레이어의 상기 형상 부분은 상기 돌출부의 단면에 상보적인 리세스로서 형성된다. 대안적인 일 실시예에서, 가이드 요소들은 스트라이커 핀의 외부에 배열된 기다란 슬라이드 형태로 제공될 수 있다. 또한, 탄성 레이어 주변부와 스트라이커 핀 사이의 미끄럼 이동 가능한 결합이 기다란 슬라이드 가이드 상의 리세스와 탄성 레이어 주변부 상의 돌출부에 의해 형성되거나, 그 반대에 의해 형성될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다.
바람직하게는, 상기 돌출부는 상보적인 형상의 리세스 또는 그루브 내에서 미끄러지는 실질적으로 둥글거나 또는 단부가 만곡된 삼각형 구성이다. 따라서, 상술된 실시예들은 충돌을 충격 흡수함으로써 발생되는 세로 방향 이동 동안 탄성 레이어의 위치 맞춤 또는 중심 맞춤을 제공하여, 탄성 레이어의 횡 방향으로 변위/편향된 부분들이 하우징 및/또는 스트라이커 핀 벽에 충돌하는 것을 방지한다.
압축 사이클 동안, 탄성 레이어의 에지는 큰 크기 및 형상 변화를 겪는다. 에지에서의 임의의 과도하게 급작스러운 기하학적 불연속은 점진적인 불연속보다 상당히 높은 응력을 받는다. 따라서, 탄성 레이어는 바람직하게는, 모두 높은 응력 집중과 결과적인 균열을 생성할 수 있기 때문에 뾰족한 반경, 작은 홀, 얇은 돌출부 및 이와 유사한 것이 없는 실질적으로 매끄러운 고리로서의 형상을 가진다. 따라서, 엘라스토머 레이어 상에 직접 형성되는 지지되지 않는 안정화 부재는 성공적으로 구현되기 어렵고, 빠르게 마모에 노출될 수 있거나, 기다란 슬라이드 가이드 부재가 강성 재료로 형성되었다면, 심지어 떨어져 나갈 수도 있다. 결과적으로, 추가 양태에 따라, 상기 기다란 슬라이드 가이드 요소들은 반 강성(semi-rigid) 또는 적어도 부분적으로 가요성인 재료로 형성된다.
대형의 그리고/또는 지지되지 않는 안정화 부재가 형성되면, 대응하는 충격 흡수 어셈블리의 횡 방향 주변부를 나가는 지점에서 균열될 수 있는 위험이 있다.
폴리우레탄과 같은 탄성 레이어가 강성 표면에 의해 국지적으로 구속되는(즉, 특정 방향으로 팽창되는 것이 방지되는) 임의의 지점에서, 이는 그 위치에서 비압축성이 되고, 가해지는 압축력에 의해 발생되는 강한 자체 생성된 열에 의해 급속히 파괴된다. 따라서, 탄성 레이어는 압축 사이클 과정에 걸쳐 항상 자유 확장할 수 있거나 적어도 한 방향으로 상대적으로 자유롭게 팽창할 수 있어야만 한다. 이는 탄성 레이어의 횡 방향 치수를 매우 보수적으로 제한하는 것에 의해 간단히 성취될 수 있을 것이다. 하지만, 이러한 접근 방법은 노즈 블록 내의 사용 가능한 단면적을 충격을 흡수하는데 효율적으로 이용하지 않는다. 따라서, 탄성 레이어의 무결성을 해치지 않으면서 사용 가능한 횡 방향 면적의 활용도를 최대화하는 것이 유익하다. 가이드 요소의 포함은 이러한 효율성을 획득하는 수단을 제공한다.
탄성 레이어가 또한 스트라이커 핀을 향해 안쪽으로 팽창하더라도, 하중이 가해진 충격 흡수 어셈블리(즉, 충격 흡수 동안 압축되는 충격 흡수 어셈블리)와 세로 방향으로 실질적으로 함께 이동하는 스트라이커 핀 때문에, 스트라이커 핀과의 접촉은 문제가 되지 않는다는 점을 이해할 것이다. 본 발명의 일 양태에서, 기다란 슬라이드 형태인 가이드 요소는 탄성 레이어보다 더 큰 탄성(즉, 더 연성이다)의 재료로 형성된다. 결과적으로, 탄성 레이어가 압축하의 사용시에 횡 방향으로 팽장되고 돌출부(들)가 가이드 요소와 증가된 접촉력으로 접촉하도록 이동함에 따라, 2가지 다른 유형의 상호 작용 메커니즘이 발생한다. 초기에는, 돌출부는, 접촉 압력이 가이드 요소가 스트라이커 핀 세로 축에 평행한 탄성 요소와 함께 이동하기 시작하는 지점에 도달할 때까지, 안내 요소가 세로 방향 스트라이커 핀 축에 평행하게 미끄러진다. 따라서, 가이드 요소는 탄성 레이어의 돌출부에 대해 최소한의 마모성 또는 이동 저항을 제공한다. 더욱이, 탄성 레이어의 돌출부에 비해 더 증가된 가이드 요소의 연성은, 돌출부가 국지적으로 비압축성이 되는 것을 방지하는 것에 더하여, 임의의 마모 효과가 가이드 요소에 우세하게 나타나도록 만든다. 가이드 요소가 충격 흡수 어셈블리를 제거하거나 분해할 필요 없이 쉽게 교체될 수 있기 때문에, 이것은 유지 보수 간접비를 감소시킨다
추가 양태에 따라, 적어도 하나의 돌출부는 돌출부 선단부에 실질적으로 오목한 리세스를 포함한다. 바람직하게는, 상기 리세스는 탄성 레이어의 평면 내에 기하학적 회전축으로 배향된 부분 원통형 단면으로서 구성된다. 압축 하중 하에서, 탄성 레이어의 중심은 가장 큰 정도로 바깥쪽으로 변위된다. 돌출부 선단부로부터 제거된 리세스 또는 '움푹 파인 부분(scoop)'은 돌출부의 중심이 레이어의 주변부를 범위를 넘어 횡 방향으로 부풀어 오르는 것을 야기하지 않으면서 탄성 레이어가 바깥쪽으로 팽창되는 것을 가능하게 한다. 리세스의 체적 및 형상은 탄성 레이어의 주변부가 탄성 및 비탄성 레이어의 평평한 표면에 수직이라면 인접한 비탄성 레이어를 넘어 바깥쪽으로 돌출할 수 있는 탄성 레이어의 상반되거나 전도된 체적 및 형상과 실질적으로 동등하다.
리세스를 형성하기 위한 재료의 양을 제거하는 것은 충격 흡수가 유발하는 탄성 레이어의 압축 동안 가이드 요소 및/또는 노즈 블록 측벽을 접촉하는 탄성 레이어 주변부에 의해 가해지는 압력에서의 감소(이러한 리세스가 없는 탄성 레이어에 비하여)를 발생시킨다. 압축된 탄성 레이어의 주변 에지가 실질적으로 수평을 이루는 평면을 갖는 가이드 요소 및/또는 노즈 블록 측벽을 접촉하기 때문에, 리세스가 없는 탄에 의해 생성된 부풀어 오르는 접촉 지점의 더 작은 표면적에 비하여 더 크다(따라서, 압력은 더 작다).
탄성 레이어 주변부와 가이드 요소 및/또는 노즈 블록 측벽 사이에 감소된 접촉 압력을 생성하기 위한 대안적인 방법은 탄성 레이어와 비탄성 레이어의 주변부 에지 프로파일에서의 변형에 의해 성취된다. 일 실시예에 따르면, 주변부 에지에 인접한 탄성 레이어의 두께는 테이퍼진 부분을 형성하도록 감소된다. 대안적인 일 실시예에 따르면, 주변부 에지에 인접한 비탄성 레이어의 두께는 테이퍼진 부분을 형성하도록 감소된다. 실질적으로는, 양 실시예는 전체 레이어의 체적 또는 두께에 무시할 만한 영향만 미치면서 탄성 레이어의 주변부 에지 또는 비탄성 레이어의 주변부 에지 중 어느 하나의 체적을 감소시키기 위하여 압축 하에서 탄성 레이어의 주변부에 가해지는 압력을 감소시키는 수단을 제공한다.
상술한 실시예에서 탄성 레이어에 의해 가이드 요소에 가해진 압력에서의 감소는 충격 흡수 어셈블리의 압축 동안 가이드 요소의 기능성 또는 무결성에서의 임의의 부정적인 영향을 방지하는 추가적인 이점을 가진다.
대안적인 일 실시예에서, 가이드 요소는 스트라이커 핀의 세로 축과 실질적으로 평행한 개별 충격 흡수 어셈블리 내의 각각의 탄성 레이어를 통과하고 이를 횡 방향으로 위치 맞춤하도록 배향된 탄성 레이어의 내부 횡 방향 주변부와 외부 횡 방향 주변부 사이에 위치되는 위치 맞춤(locating) 핀이다. 바람직하게는, 상기 핀은 상기 비탄성 레이어에 부착되고, 탄성 레이어를 통과하도록 비탄성 레이어의 상기 평평한 표면으로부터 직각으로 연장한다. 일 실시예에서, 비탄성 레이어의 대향하는 평평한 측들에서의 위치 맞춤 핀은 동축으로 정렬되고, 선택적으로는 단일의 연속하는 요소로서 형성되어, 적어도 2개의 탄성 레이어와 하나의 비탄성 레이어를 통과한다. 대안적인 일 실시예에서, 상기 핀은 쌍으로 위치되어, 비탄성 레이어의 대향하는 측들에 동축으로 마운팅된다. 그러나, 비탄성 레이어의 어느 측에서의 위치 맞춤 핀도 반드시 정렬될 필요는 없고 개수가 동일할 필요도 없다는 것이 이해될 것이다.
탄성 레이어가 압축 하에서 노즈 블록을 향하여 바깥쪽으로 스트라이커 핀을 향하여 안쪽으로 편향되더라도, 고정된 내부 횡 방향 주변부와 외부 횡 방향 주변부 사이의 널 포인트(null-point)가 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 이 널 포인트가 충격 흡수 동안 횡 방향으로 고정되기 때문에, 탄성 레이어와 탄성 레이어를 통과하는 위치 맞춤 핀 가이드 요소 사이에 상대적인 이동이 없고, 결과적으로 그 사이에 생성된 인장(tension) 또는 압축(compression)이 없다. 따라서, 다른 대안적인 실시예에서, 상기 위치 맞춤 핀은 대응하는 탄성 레이어 내의 널 위치에 대응하는 위치에서 비탄성 레이어 상에 위치된다. 대체로 고리형인 탄성 레이어를 위한 널 위치가 탄성 레이어의 내부 주변부 및 외부 주변부 사이에 위치되는 대체로 고리형인 경로일 것이라는 점이 이해될 것이다.
바람직하게는, 스트라이커 핀 주위에 등간격으로 반경 방향으로 배치된 4개의 위치 맞춤 핀이 상기 비탄성 레이어의 각각의 측에 채용된다. 그러나, 탄성 레이어의 중심 맞춤을 보장하기 위하여 2 이상의 핀이 채용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
또 다른 실시예에서, 가이드 요소의 다른 대안적인 구성이 탄성 레이어를 둘러싸는 인장 밴드(tension band)와 하나 이상의 고정점(anchor point)의 형태로 제공된다. 일 실시예에서, 상기 고정점은 노즈 블록 벽의 측 주위로 중심으로 등간격으로 위치된 4개의 노즈 블록 볼트에 의해 제공된다. 바람직하게는, 별개의 인장 밴드가 각각의 탄성 레이어를 위하여 제공된다. 그러나, 인장 밴드가 노즈 블록 볼트 및/또는 노즈 블록 측벽의 다른 일부나 그에 대한 부착물을 포함하는 상이한 개수의 고정점 주위로 지나가도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
또한, 인장 밴드는 엘라스토머와 같은 탄성 재료로 형성될 수 있다. 일 양태에 따르면, 노즈 블록 볼트 주위로 지나가는 인장 밴드 부분은 인접하는 노즈 블록 측벽 내의 얕은 만입부(intent)를 통과하고, 이에 의해 사용하는 동안 노즈 볼트의 위나 아래로 미끄러지지 않도록 밴드를 고정한다. 인장 밴드는 반드시 노즈 볼트 주위로 지나갈 필요는 없고, 대신에 측벽의 일부 및/또는 일부 다른 피팅과 같은 다른 고정점 주위로 지나가거나 이를 통과할 수 있다. 인장 밴드에 의해 탄성 레이어 상으로 인가된 중심 맞춤 힘은 탄성 레이어의 외부 주변부에 의해 2개의 고정점 사이의 직선 경로로부터의 밴드가 변위된 정도에 비례한다. 따라서, 인장 밴드에 의해 인가된 잠재적인 중심 맞춤 복원력은 상이한 인장 밴드 재료, 고정점의 간격과 위치 및 탄성 레이어의 형상과 치수, 그리고 이것이 연속하는 고정점 사이의 밴드 부분에 생성하는 편향의 정도의 선택에 의해 가변될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
이전에 설명된 바와 같이, 탄성 레이어 상에 직접 형성된 지지되지 않는 안정화 부재는 성공적으로 구현되기 어렵고, 비강성(non-rigid)의 기다란 슬라이드의 형태인 가이드 요소와 함께 사용되지 않는다면, 사용하는 동안 빠른 마모 또는 심지어 고장을 겪을 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 가이드 요소의 다른 대안적인 구성이 노즈 블록 측벽을 접촉하도록 탄성 레이어의 외부 주변부로부터 직접 돌출하는 지지된 안정화 부재의 형태로 제공된다. 바람직하게는, 상기 탄성 레이어 상의 상기 지지된 안정화 부재는 대응하는 형상을 갖는 인접한 비탄성 레이어에 의해 적어도 하나의 평평한 표면 상에 지지된다. 일 실시예에서, 비탄성 레이어는 인접한 탄성 레이어 상의 대응하는 안정화 부재의 형상 및/또는 위치에 실질적으로 대응하는 형상을 갖는 외부 주변부에 위치된 적어도 하나의 탭(tab) 부분을 갖는 실질적으로 정사각형 또는 직사각형의 평평한 표면으로 형성된다. 바람직하게는, 상기 탭부분은 비탄성 레이어의 각각의 선단부에 위치되고 이러한 블록 측벽에 바로 근접하는 인접하는 노즈 볼트들 사이를 통과하는 형상을 가진다,
사용의 불가피한 결과는 임팩트 해머가 본질적으로 마모 및 찢어짐을 겪는다는 것이다. 스트라이커 핀의 부식성 마모에 더하여, 스트라이커 핀의 측부들은 노즈 플레이트와 캡 플레이트를 통과하는 구멍의 측부들을 마모시킨다. 이 마모는 스트라이커 핀의 세로 축이 충돌 축으로부터 오정렬되게 만들고, 결과적으로 스트라이커 핀을 둘러싸는 충격 흡수 어셈블리가 노즈 블록 벽과 더 가까이 근접하게 한다. 스트라이커 핀과 내부 비탄성 레이어 주변부 사이 또는 노즈 블록 측벽과 외부 비탄성 레이어 주변부 사이에 어느 정도의 횡 방향 여유를 포함하는 것은 상응하는 정도의 상기 마모가 성공적으로 수용될 수 있게 한다. 지속적인 여유 간격을 유지하기 위하여, 비탄성 레이어의 대향하는 횡 방향 주변부는, 또한, 탄성 레이어의 전술한 중심 맞춤에 더하여, 일부 형태의 중심 맞춤을 필요로 한다. 비탄성 레이어가 본질적으로 압축 하에서 팽창하거나 편향하지 않지만, 충격 사용 동안 횡 방향 정렬에서의 임의의 변동은 노즈 블록 벽 및/또는 상기 노즈 블록 볼트와 같은 노즈 블록 내부의 임의의 다른 구조와의 간섭을 야기시킬 수 있다.
일 실시예에서, 비탄성 레이어는 스트라이커 핀에 바로 인접하게 위치 설정된 이의 내부 주변부로 구성되며, 외부 비탄성 레이어 주변부와 노즈 블록 벽 사이에 여유가 있다.
대안적인 실시예에서, 비탄성 레이어는 노즈 블록 벽의 적어도 일부 및/또는 노즈 볼트에 바로 인접하게 위치된 이의 외부 주변부로 구성되며, 내부 비탄성 레이어 주변부와 스트라이커 핀 사이에 여유가 있다. 전자의 실시예에서, 비탄성 레이어가 스트라이커 핀에 대한 이의 근접성을 통해 중심이 맞추어지지만, 스트라이커 핀을 중심으로 회전하는 비원형 비탄성 레이어 및 이에 따른 노즈 블록 측벽 및/또는 노즈 블록 볼트와의 해로운 간섭의 가능성이 남아 있다.
따라서, 본 발명에는, 세로 방향 충돌 축에 평행한 이동을 허용하면서 비탄성 레이어의 회전을 막기 위하여 위치 설정되고 이를 위한 치수를 갖는, 내부 노즈 블록 벽 주위로 배치된, 한 쌍의 제한 요소가 제공된다. 일 실시예에서, 상기 제한 요소는 노즈 블록 측벽에서 한 쌍의 노즈 볼트를 넘어 스트라이커 핀으로 향하여 횡 방향으로 안쪽으로 연장하는 노즈 블록 내부 벽에 인접하게 위치 설정된 실질적으로 기다란 한 쌍의 입방체를 포함한다.
일 실시예에서, '하우징(housing)'이라는 용어는 해머 웨이트 및 스트라이크 핀(장치의 일부인 경우)을 위치시키고 고정하는데 사용되는 임팩트 해머의 임의의 부분을 포함하도록 사용되고, 외부 케이싱 또는 보호 커버, 노즈 블록(스트라이커 핀이 이를 통해 돌출함), 및/또는 스트라이커 핀을 접촉하도록 상기 해머 웨이트를 작동시키고 그리고/또는 가이드하기 위하여 상기 보호 커버의 내부 또는 외부에 위치된 임의의 다른 피팅류 및 메커니즘을 포함한다. 노즈 블록은 별개의 항목(하우징의 나머지에 부착됨)으로서 형성될 수 있거나, 일체로 형성된 하우징의 일부일 수 있다; 모두 이러한 노즈 블록 구성 변형은 본 명세서에서 정의된 바와 같은 하우징의 일부로서 포함된다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들은 다음을 포함하지만 이에 한정되지 않는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 종래 기술에 비한 다수의 이점과 이득을 제공한다:
● 중량에 대한 해머 웨이트 단면적의 비에 따른, 진공에 의해 제공되는 전체 충돌 에너지의 비율을 용이하게 구성;
● 진공 보조 임팩트 해머 비교할 만한 크기의 중력만 받는 임팩트 해머의 2배인 충돌 에너지 대 중량비를 갖도록 생성될 수 있게 하기에 충분한 중량 절약;
● 동일한 충돌 에너지를 위하여 더 낮은 굴착기 중량 등급으로 이동하는데 충분할 뿐만 아니라 굴착기를 위한 자본 비용 감소가 종래 기술의 중력 해머의 전체 비용을 초과하는 전체 해머 중량 감소로 구성된 진공 보조 임팩트 해머.
본 명세서의 개시 내용이 개별적으로, 부분적으로, 또는 집합적으로 임의의 하나의 실시예 또는 양태의 특징, 컴포넌트, 방법 또는 양태 중의 하나 이상이 임의의 다른 실시예 또는 양태의 임의의 다른 특징과 임의의 방식으로 조합될 수 있는 실시예를 포함하고, 명시적으로 달리 언급되지 않는다면 본 개시 내용이 어떠한 가능한 조합도 배제하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
본 발명의 추가적인 양태와 이점은 다음의 첨부 도면을 참조하여 단지 예로써 제공된 다음의 발명의 상세한 설명으로부터 자명할 것이다.
도 1은 굴착기에 부착된 임팩트 해머의 형태인 장치에 관한 본 발명의 바람직한 실시예의 측면도를 도시한다;
도 2a는 해머 웨이트가 하향 스트로크의 하부에 있는 도 1에 도시된 임팩트 해머의 측면의 확대도를 도시한다;
도 2b는 해머 웨이트가 상향 스트로크의 상부에 있는 도 2a에 도시된 임팩트 해머의 측면도를 도시한다;
도 3은 도 2에 도시된 임팩트 해머의 하부 단부의 단면의 확대된 측면도를 도시한다;
도 4a는 바람직한 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 시일의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 4b는 바람직한 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 결합된 시일의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 4c는 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 단면의 측면도를 도시한다;
도 4d는 도 4c의 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 섹션 XX의 평면도를 도시한다;
도 4e는 도 4c의 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 섹션 YY의 평면도를 도시한다;
도 4f는 대안적인 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 평면도를 도시한다;
도 4g는 도 4f의 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 하부 단면의 평면도를 도시한다;
도 4h는 중재 요소를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 측면도를 도시한다;
도 4i는 도 4f에 도시된 중재 요소의 확대된 측면도를 도시한다;
도 4j는 추가 중재 요소를 포함하는 추가 실시예의 측면도를 도시한다;
도 4k는 도 4h에 도시된 중재 요소의 확대된 측면도를 도시한다;
도 5a는 벤트와 단방향 가요성 포핏 밸브의 측단면도를 도시한다;
도 5b는 벤트와 단방향 강성 포핏 밸브의 측단면도를 도시한다;
도 5c는 벤트와 단방향 측부 개방 플랩 밸브의 측단면도를 도시한다;
도 6은 벤트와 진공 펌프의 측단면도를 도시한다;
도 7은 벤트, 진공 챔버 및 진공 펌프의 측단면도를 도시한다;
도 8은 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 9a는 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 측면도를 도시한다;
도 9b는 도 9a의 하부 진공 밀봉 실시예의 확대된 측면도를 도시한다;
도 10은 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 11은 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 12는 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 13은 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 14는 로봇 원격 제어 임팩트 해머의 형태인 본 발명의 추가 실시예의 측면도를 도시한다;
도 15는 도 1의 임팩트 해머의 측단면도와 종래 기술의 임팩트 해머의 측단면도를 도시한다;
도 16은 소형 굴착기에 부착된 소형 임팩트 해머의 형태인 장치에 관한 본 발명의 바람직한 실시예의 측면도를 도시한다;
도 17는 대형 굴착기에 부착된 대형 임팩트 해머의 형태인 장치에 관한 본 발명의 추가 실시예의 측면도를 도시한다;
도 18의 a) 내지 도 18의 d)는 도 16에 도시된 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 해머 웨이트의 사시도를 도시한다;
도 19는 도 17에 도시된 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 사시도를 도시한다;
도 20의 a)는 도 17에 도시된 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 확대된 단면도의 분해도를 도시한다;
도 20의 b)는 도 20의 a)에 도시된 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 확대된 단면의 평면도를 도시한다;
도 20의 c)는 도 20의 a)에 도시된 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 평면도를 도시한다.
도 21은 쿠셔닝 슬라이드의 추가 실시예와 함께 도 17에 도시된 실시예에 따르는 웨이트의 사시도를 도시한다;
도 22의 a)는 도 16에 도시된 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 해머 웨이트의 정면도를 도시한다;
도 22의 b)는 도 22의 a)에 도시된 실시예의 쿠셔닝 슬라이드와 대체 해머 웨이트의 정면도를 도시한다;
도 23의 a)는 작업 표면에 충돌하는 도 16에 도시된 실시예의 해머 웨이트의 정면도이다;
도 23의 b)는 도 23의 a)에 도시된 실시예의 측면도를 도시한다;
도 24는 도 17에 도시된 실시예의 해머 웨이트의 정면도를 도시한다;
도 25a는 도 16에 도시된 해머 웨이트를 위한 쿠셔닝 슬라이드의 등축도를 도시한다;
도 25의 b)는 도 17에 도시된 웨이트의 선단부를 위한 쿠셔닝 슬라이드의 등축도를 도시한다;
도 25의 c)는 도 17에 도시된 웨이트의 측벽을 위한 직사각형 쿠셔닝 슬라이드의 등축도를 도시한다;
도 25의 d)는 도 17에 도시된 웨이트의 측벽을 위한 원형 쿠셔닝 슬라이드의 등축도를 도시한다;
도 26의 a)는 비압축 상태 및 압축 상태에 있는 도 25의 a)의 AA를 따라 절단한 쿠셔닝 슬라이드 제2 레이어의 단면도를 도시한다;
도 26의 b)는 비압축 상태 및 압축 상태에 있는 도 25의 b)의 BB를 따라 절단한 쿠셔닝 슬라이드 제2 레이어의 단면도를 도시한다;
도 26의 c)는 비압축 상태 및 압축 상태에 있는 도 25의 c)의 CC를 따라 절단한 쿠셔닝 슬라이드 제2 레이어의 단면도를 도시한다;
도 26의 d)는 비압축 상태 및 압축 상태에 있는 도 25의 d)의 DD를 따라 절단한 쿠셔닝 슬라이드 제2 레이어의 단면도를 도시한다;
도 27의 a)는 제1 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 27의 b)는 제2 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 27의 c)는 제3 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 27의 d)는 제4 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 27의 e)는 제5 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 28의 a) 내지 도 28의 f)는 각각 제6 고정 부재, 제7 고정 부재, 제8 고정 부재, 제9 고정 부재, 제10 고정 부재 및 제11 고정 부재를 가진 도 16의 해머 웨이트의 부분적인 단면의 평면도를 도시한다;
도 29의 a)는 추가 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드의 확대된 단면의 분해도를 도시한다;
도 29의 b)는 도 29의 a)의 쿠셔닝 슬라이드의 조립도를 도시한다;
도 30의 a)는 도 17의 웨이트에 피팅된 쿠셔닝 슬라이드의 확대된 단면의 분해도를 도시한다;
도 30의 b)는 도 30의 a)의 웨이트에 피팅된 쿠셔닝 슬라이드의 확대된 조립도를 도시한다;
도 31은 추가 쿠셔닝 슬라이드 실시예를 가진 도 17의 웨이트의 일부가 분해된 등축도를 도시한다;
도 32은 도 17의 웨이트에 피팅된 사전 인장(pre-tensioning) 부재를 포함하고 있는 쿠셔닝 슬라이드의 확대된 단면의 분해도를 도시한다;
도 33의 a)는 하우징 내부 측벽 내부에 위치되는 도 32의 쿠셔닝 슬라이드들과 웨이트의 확대된 단면도를 도시하고, 여기서 쿠셔닝 슬라이드는 피팅된 사전 인장 부재를 가지고 있다;
도 33의 b)는 압축력이 사전 인장 부재에 가해진 도 33의 a)의 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 확대된 단면의 평면도를 도시한다;
도 34의 a)는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드의 분해도를 도시한다;
도 34의 b)는 도 34의 a)의 쿠셔닝 슬라이드의 조립도를 도시한다;
도 35은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 36는 도 35의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 37은 도 35과 도 36에 도시된 노즈 블록 어셈블리의 확대 사시도를 도시한다;
도 38a와 도 38b는 유효 타격 전과 후의 임팩트 해머를 나타내는 개략도를 도시한다;
도 39a와 도 39b는 오타격 전과 후의 임팩트 해머를 나타내는 개략도를 도시한다;
도 40a와 도 40b는 무효 타격 전과 후의 임팩트 해머를 나타내는 개략도를 도시한다;
도 41은 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 42은 도 41의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 43는 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 44은 도 43의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 45은 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 46는 도 45의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 47은 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 48a는 도 47의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 48b는 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 도 47의 암반 파쇄 충격 해머에 도시된 섹션 AA의 확대도를 도시한다;
도 48c는 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 도 47의 암반 파쇄 충격 해머에 도시된 섹션 BB의 확대도를 도시한다;
도 1은 굴착기에 부착된 임팩트 해머의 형태인 장치에 관한 본 발명의 바람직한 실시예의 측면도를 도시한다;
도 2a는 해머 웨이트가 하향 스트로크의 하부에 있는 도 1에 도시된 임팩트 해머의 측면의 확대도를 도시한다;
도 2b는 해머 웨이트가 상향 스트로크의 상부에 있는 도 2a에 도시된 임팩트 해머의 측면도를 도시한다;
도 3은 도 2에 도시된 임팩트 해머의 하부 단부의 단면의 확대된 측면도를 도시한다;
도 4a는 바람직한 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 시일의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 4b는 바람직한 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 결합된 시일의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 4c는 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 단면의 측면도를 도시한다;
도 4d는 도 4c의 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 섹션 XX의 평면도를 도시한다;
도 4e는 도 4c의 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 섹션 YY의 평면도를 도시한다;
도 4f는 대안적인 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 평면도를 도시한다;
도 4g는 도 4f의 웨이트, 쿠셔닝 슬라이드 및 시일의 하부 단면의 평면도를 도시한다;
도 4h는 중재 요소를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 측면도를 도시한다;
도 4i는 도 4f에 도시된 중재 요소의 확대된 측면도를 도시한다;
도 4j는 추가 중재 요소를 포함하는 추가 실시예의 측면도를 도시한다;
도 4k는 도 4h에 도시된 중재 요소의 확대된 측면도를 도시한다;
도 5a는 벤트와 단방향 가요성 포핏 밸브의 측단면도를 도시한다;
도 5b는 벤트와 단방향 강성 포핏 밸브의 측단면도를 도시한다;
도 5c는 벤트와 단방향 측부 개방 플랩 밸브의 측단면도를 도시한다;
도 6은 벤트와 진공 펌프의 측단면도를 도시한다;
도 7은 벤트, 진공 챔버 및 진공 펌프의 측단면도를 도시한다;
도 8은 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 9a는 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 측면도를 도시한다;
도 9b는 도 9a의 하부 진공 밀봉 실시예의 확대된 측면도를 도시한다;
도 10은 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 11은 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 12는 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 13은 추가 하부 진공 실링 실시예를 갖는 노즈 블록과 스트라이커 핀의 확대된 측면도를 도시한다;
도 14는 로봇 원격 제어 임팩트 해머의 형태인 본 발명의 추가 실시예의 측면도를 도시한다;
도 15는 도 1의 임팩트 해머의 측단면도와 종래 기술의 임팩트 해머의 측단면도를 도시한다;
도 16은 소형 굴착기에 부착된 소형 임팩트 해머의 형태인 장치에 관한 본 발명의 바람직한 실시예의 측면도를 도시한다;
도 17는 대형 굴착기에 부착된 대형 임팩트 해머의 형태인 장치에 관한 본 발명의 추가 실시예의 측면도를 도시한다;
도 18의 a) 내지 도 18의 d)는 도 16에 도시된 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 해머 웨이트의 사시도를 도시한다;
도 19는 도 17에 도시된 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 사시도를 도시한다;
도 20의 a)는 도 17에 도시된 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 확대된 단면도의 분해도를 도시한다;
도 20의 b)는 도 20의 a)에 도시된 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 확대된 단면의 평면도를 도시한다;
도 20의 c)는 도 20의 a)에 도시된 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 평면도를 도시한다.
도 21은 쿠셔닝 슬라이드의 추가 실시예와 함께 도 17에 도시된 실시예에 따르는 웨이트의 사시도를 도시한다;
도 22의 a)는 도 16에 도시된 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드와 해머 웨이트의 정면도를 도시한다;
도 22의 b)는 도 22의 a)에 도시된 실시예의 쿠셔닝 슬라이드와 대체 해머 웨이트의 정면도를 도시한다;
도 23의 a)는 작업 표면에 충돌하는 도 16에 도시된 실시예의 해머 웨이트의 정면도이다;
도 23의 b)는 도 23의 a)에 도시된 실시예의 측면도를 도시한다;
도 24는 도 17에 도시된 실시예의 해머 웨이트의 정면도를 도시한다;
도 25a는 도 16에 도시된 해머 웨이트를 위한 쿠셔닝 슬라이드의 등축도를 도시한다;
도 25의 b)는 도 17에 도시된 웨이트의 선단부를 위한 쿠셔닝 슬라이드의 등축도를 도시한다;
도 25의 c)는 도 17에 도시된 웨이트의 측벽을 위한 직사각형 쿠셔닝 슬라이드의 등축도를 도시한다;
도 25의 d)는 도 17에 도시된 웨이트의 측벽을 위한 원형 쿠셔닝 슬라이드의 등축도를 도시한다;
도 26의 a)는 비압축 상태 및 압축 상태에 있는 도 25의 a)의 AA를 따라 절단한 쿠셔닝 슬라이드 제2 레이어의 단면도를 도시한다;
도 26의 b)는 비압축 상태 및 압축 상태에 있는 도 25의 b)의 BB를 따라 절단한 쿠셔닝 슬라이드 제2 레이어의 단면도를 도시한다;
도 26의 c)는 비압축 상태 및 압축 상태에 있는 도 25의 c)의 CC를 따라 절단한 쿠셔닝 슬라이드 제2 레이어의 단면도를 도시한다;
도 26의 d)는 비압축 상태 및 압축 상태에 있는 도 25의 d)의 DD를 따라 절단한 쿠셔닝 슬라이드 제2 레이어의 단면도를 도시한다;
도 27의 a)는 제1 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 27의 b)는 제2 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 27의 c)는 제3 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 27의 d)는 제4 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 27의 e)는 제5 고정 부재를 가진 쿠셔닝 슬라이드의 외주부의 확대된 단면의 측면도를 도시한다;
도 28의 a) 내지 도 28의 f)는 각각 제6 고정 부재, 제7 고정 부재, 제8 고정 부재, 제9 고정 부재, 제10 고정 부재 및 제11 고정 부재를 가진 도 16의 해머 웨이트의 부분적인 단면의 평면도를 도시한다;
도 29의 a)는 추가 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드의 확대된 단면의 분해도를 도시한다;
도 29의 b)는 도 29의 a)의 쿠셔닝 슬라이드의 조립도를 도시한다;
도 30의 a)는 도 17의 웨이트에 피팅된 쿠셔닝 슬라이드의 확대된 단면의 분해도를 도시한다;
도 30의 b)는 도 30의 a)의 웨이트에 피팅된 쿠셔닝 슬라이드의 확대된 조립도를 도시한다;
도 31은 추가 쿠셔닝 슬라이드 실시예를 가진 도 17의 웨이트의 일부가 분해된 등축도를 도시한다;
도 32은 도 17의 웨이트에 피팅된 사전 인장(pre-tensioning) 부재를 포함하고 있는 쿠셔닝 슬라이드의 확대된 단면의 분해도를 도시한다;
도 33의 a)는 하우징 내부 측벽 내부에 위치되는 도 32의 쿠셔닝 슬라이드들과 웨이트의 확대된 단면도를 도시하고, 여기서 쿠셔닝 슬라이드는 피팅된 사전 인장 부재를 가지고 있다;
도 33의 b)는 압축력이 사전 인장 부재에 가해진 도 33의 a)의 쿠셔닝 슬라이드와 웨이트의 확대된 단면의 평면도를 도시한다;
도 34의 a)는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 쿠셔닝 슬라이드의 분해도를 도시한다;
도 34의 b)는 도 34의 a)의 쿠셔닝 슬라이드의 조립도를 도시한다;
도 35은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 36는 도 35의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 37은 도 35과 도 36에 도시된 노즈 블록 어셈블리의 확대 사시도를 도시한다;
도 38a와 도 38b는 유효 타격 전과 후의 임팩트 해머를 나타내는 개략도를 도시한다;
도 39a와 도 39b는 오타격 전과 후의 임팩트 해머를 나타내는 개략도를 도시한다;
도 40a와 도 40b는 무효 타격 전과 후의 임팩트 해머를 나타내는 개략도를 도시한다;
도 41은 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 42은 도 41의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 43는 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 44은 도 43의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 45은 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 46는 도 45의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 47은 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 암반 파쇄 충격 해머를 위한 노즈 블록 어셈블리의 측면도를 도시한다;
도 48a는 도 47의 노즈 블록 어셈블리의 단면도를 도시한다;
도 48b는 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 도 47의 암반 파쇄 충격 해머에 도시된 섹션 AA의 확대도를 도시한다;
도 48c는 본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에 따르는 도 47의 암반 파쇄 충격 해머에 도시된 섹션 BB의 확대도를 도시한다;
도 1 내지 도 15는 진공 보조 임팩트 해머(1)의 형태인 장치로서 제공되는 임팩트 해머의 별개의 실시예들을 도시한다. 도 1은 척도 목적으로 1.8m 키의 운전자(3)에 인접한 굴착기(2)의 형태인 캐리어에 부착된 임팩트 해머(1)를 도시한다. 도 1에 도시된 임팩트 해머(1) 실시예는 충돌 및 조작 작동을 위하여 작업 표면(5)과의 접촉 지점으로서 스트라이커 핀(4)으로 구성된다. 작업 표면(5)은 임팩트 해머(1)에 의한 충돌, 접촉, 조정 및/또는 이동을 겪는 임의의 표면, 재료 또는 물체를 포함하고, 예를 들어, 작업 표면은 채석장에서의 암반일 수 있다. 스트라이커 핀(4)은 임팩트 해머(1)의 취약한 부분을 위한 보호를 제공하고, 잔해 유입을 감소시키며, 굴착기의 아암(7)을 통해 굴착기(2)로의 부착을 제공하는 하우징(6)으로부터 돌출한다.
도 2a와 도 2b는 도 1에서 임팩트 해머(1)를 통한 확대된 측면 단면도를 도시한다. 하우징(6)은 격납 표면(8)의 형태인 내부 측벽을 갖는 실질적으로 중공의(hollow) 기다란 원통형 컬럼으로서 구성되어, 충돌 또는 왕복 운동 축(10)의 형태인 왕복 운동 경로를 따라 이동 가능한 해머 웨이트(9)의 형태인 왕복 운동 컴포넌트를 둘러싼다. 구동 메커니즘(11, 12, 14)의 형태인 리프팅 및/또는 왕복 운동 메커니즘은 스트라이커 핀(4)과 접촉하는 위치(도 2a에 도시된 바와 같음)로부터 왕복 운동 경로의 반대편의 최대 범위(도 2b에 도시된 바와 같음)까지 충돌 축(10)을 따라 해머 웨이트(9)를 상승시킨다. 구동 메커니즘은 개략적으로 도시되고, 컬럼(6)의 일측으로 위치되는 유압 램(ram)(11)의 형태로 제공되는 직선형 드라이브를 포함한다. 램(11)은 일련의 풀리(14)의 둘레를 지나가는 가요성 커넥터(12)를 통해 해머 웨이트(9)에 연결된다. 가요성 커넥터(12)는 하우징(6)의 상부 주변부에(또는 상부 단부에 인접하게) 위치된 회전 가능한 시브(sheave)(14a) 위로 통과한 후에 해머 웨이트(9)의 상부면(13)에 부착된 스트롭(strop), 벨트 또는 밴드이다.
풀리(14a)는 시브(14a)의 회전 축을 따라 커넥터(12)의 횡 방향 이동을 제한하는 시브로서 형성된다.
임팩트 해머(1)가 충돌 축(10)이 수직인 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 배향될 때, 충돌 축(10)을 따르는 해머 웨이트(9)의 이동의 최대 범위(도 2b에 도시된 바와 같음)는 또한 웨이트(9)가 도달할 수 있는 최대 수직 높이라는 것이 이해될 것이다.
가독성과 명료함을 돕기 위하여, 임팩트 해머(1)와 이의 구성 요소들의 배향은 실질적으로 수직 축을 중심으로 상기 충돌 축(10)을 따라 이동하는 상기 해머 웨이트(9)와 함께 동작하는 임팩트 해머(1)의 사용에 관하여 관련되고, 이에 의해 기술어 '하부' 및 '상부'를 작업 표면(5)으로부터 각각 더 가깝고 더 먼 위치에 비교적 관련되는 것으로 나타낸다. 그러나, 이 배향은 단지 설명적 목적을 위한 것이며, 장치를 수직 축에서의 사용에 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다는 것이 이해될 것이다. 임팩트 해머(1)는 이어서 더 논의되는 바와 같이 다양한 범위의 배향에서 작동할 수 있다.
작동시, 구동 메커니즘(11)은 가요성 스트롭(12)을 통해 해머 웨이트(9)를 들어 올린다. 해머 웨이트(9)는 상기 상부면(13)에 대하여 반대측 상의 하부 충돌 면(15)과 해머 웨이트 하부면(16)을 가지면서 실질적으로 원통형으로 형성된다.
도 1과 도 2에 도시된 임팩트 해머(1)는 피구동 단부(17)와 충돌 단부(18)를 갖는 스트라이커 핀(4)으로 구성되며, 세로 축이 피구동 충돌 단부(17, 18) 사이에 연장한다. 스트라이커 핀(4)은 상기 충돌 단부(18)가 하우징(6)으로부터 돌출하도록 하우징(6) 내에 위치 가능하다.
해머 웨이트(9)는 스트라이커 핀(4)의 세로 축과 실질적으로 동축인 충돌 축(10)을 따라 스트라이커 핀(4)의 피구동 단부(17)에 충돌한다.
충격 흡수기(19)는 스트라이커 핀(4)에 결합되고, 이 양자는 본 명세서에서 "노즈 블록(nose block)"(20)이라 하는 하우징(6)의 하부 부분에 유지된다.
가변 체적 진공 챔버(22)가,
● 해머 웨이트(9)와 격납 표면(8) 사이에 위치되고, 해머 웨이트(9)를 둘러싸는/두르는 상부 진공 실링(24);
● 해머 웨이트(9)의 하부 충돌 면(8);
● 노즈 블록(20)의 하부 경계(본 명세서에서 "캡 플레이트(cap plate)"라 함);
● 캡 플레이트(21)를 통해 돌출하는 스트라이커 핀(4)의 피구동 단부(17);
● 격납 표면(8)의 적어도 일부; 및
● 도 8 내지 도 13에서 더욱 명확하게 인식할 수 있는 하부 진공 실링(25)
에 의해 형성된다.
진공 챔버(22)는 해머 웨이트와 격납 표면 사이의 상부 진공 실링(24)과 하부 진공 실링(25)을 포함한다(도 8 내지 도 13에서 더욱 명확하게 인식 가능하다).
도 2a는 체적이 최소에 가까운 진공 챔버(22)를 도시하고, 도 2b는 최대 진공 챔버(22) 체적을 도시한다.
진공 챔버(22)는 도 2의 실시예에서 해머 웨이트(9)의 하부 충돌 면(15)에 의해 제공되는 적어도 하나의 이동 가능한 진공 피스톤 면(23)으로 구성된다. 대안적인 실시예에서(도시되지 않음), 진공 피스톤 면(23)은, 예를 들어 하부 충돌 면(15)과 유사하게, 일체로 형성되는 대신에 해머 웨이트(9)에 부착되어 형성될 수 있다. 이의 구성에 관계없이, 진공 피스톤 면(23)은 충돌 축(10)에 대하여 평행하거나 그에 동축인 경로를 따라 이동 가능하다.
충격 흡수기(19)와 스트라이커 핀(4)에 더하여, 노즈 블록(20)은 또한 리코일(recoil) 플레이트(26), 유지 핀(27), 강성 노즈 플레이트(본 명세서에서는 노즈 콘(28)이라 함) 형태의 하부 경계 및 굴착기(2)로의 임팩트 해머(1)의 부착을 위한 부착 커플링(29)을 포함한다. 노즈 블록(20)의 컴포넌트들의 상호 작용은 다른 곳에서 더욱 상세하게 설명된다.
사용시 임팩트 해머(1)의 동작과 해머 웨이트(9)와 스트라이커 핀(4)의 이동은 진공 실링(24, 25)이 그 사이에서 상대적이고 그리고/또는 미끄러지는 이동을 수용할 수 있는 것을 요구한다. 진공 실링(24, 25)은 노즈 블록(20), 격납 표면(8) 또는 이들의 조합 내부에서 해머 웨이트(9)에 고정될 수 있으며, 이 변형들은 이어서 나중에 더욱 상세하게 고려된다.
작동시, 임팩트 해머(1)의 전체 왕복 운동 사이클은, 상향 스트로크(up-stroke), 상부 스트로크 전이(upper stroke transition), 하향 스트로크(down-stroke) 및 하부 스트로크 전이(lower stroke transition)로 이루어지는 4개의 기본적인 스테이지(이어서 더욱 완전하게 설명됨)를 포함한다.
이 4개의 스테이지 동안(수직 충돌 축(10)으로 배향된 임팩트 해머(1)를 참조한다), 진공 챔버(22)에서의 대응하는 효과는 다음과 같다:
● 상향 스트로크: 도 2a에 도시된 시작 위치로부터, 해머 웨이트(9)가 가요성 커넥터(12)를 통해 캡 플레이트(8)와 스트라이커 핀(4)으로부터 멀리 위쪽으로 당겨짐에 따라, 진공 챔버(22)의 체적은 증가한다. 진공 챔버(22)의 체적 팽창은, 어떠한 밀봉 손실에도 불구하고, 진공 챔버(22) 밖의 공기 압력, 즉 대기에 비하여 진공 챔버(22) 내의 상응하는 압력 강하를 발생시킨다. 해머 웨이트(9)는 해머 웨이트(9)가 그 왕복 운동 경로의 상향 스트로크 한계에 도달할 때(도 2b에 도시됨)까지 진공 챔버(22)에서의 상응하는 압력 감소를 가지면서 상승된다;
● 상부 스트로크 전이: 도 2b는 해제되기 전에 최대 포텐셜 에너지의 위치에서 있고 해머 웨이트(9) 체적을 통해 진공 챔버(22)에 작용하는 대기압과 중력의 힘 모두를 받아 캡 플레이트(8)와 스트라이커 핀(4)을 향하여 구동되는 해머 웨이트(9)를 도시한다;
● 하향 스트로크: 해머 웨이트(9)가 스트라이커 핀(4)의 피구동 단부(17)를 향하여 이동함에 따라, 진공 챔버(22)의 체적은 압축되고, 하향 스트로크의 종점에 도달할 때(도 2a에 도시됨)까지 이의 내부 압력은 증가한다;
● 하부 스트로크 전이: 진공 챔버(22)의 체적은 스트라이커 핀(4)을 통한 해머 웨이트(9)로부터 작업 표면(5)으로의 에너지 이동 후에 최소에 있다. 이 지점에서, 해머 웨이트(9)는 이의 왕복 운동 사이클의 하부에 있다.
그 다음, 사이클은 해머(1)를 왕복 운동시켜 작업 표면(5)을 파쇄하기 위하여 반복된다.
사용시, 스트라이커 핀(4)은 작업 표면(5) 내로 구동되기 때문에 도 2a에 도시된 것보다 더 낙하하고, 따라서, 도 38 내지 도 40에 더욱 명확하게 보이는 바와 같이, 스트라이커 핀(4)과 해머 웨이트(9)의 가능한 최하 지점은 더 낮다. 따라서, 진공 챔버(22)는 또한 도 2a에 도시된 것보다 더 작은 체적을 가질 것이다. 그러나, 이 설명의 목적으로, 최소 체적 또는 최하 지점에 대한 참조는 왕복 운동 사이클의 시작에서의 지점인 것으로 도 2a에 도시된 것을 참조한다.
상술된 왕복 운동 사이클 동안, 상부 체적 실링(24)은 정적인 격납 표면(8)과 이동하는 해머 웨이트(9) 사이의 동적 밀봉(dynamic sealing)을 형성한다. 도 2 내지 도 4와 도 8 내지 도 13에 도시된 실시예에서, 해머 웨이트(9)에는 이의 측면(16) 주위에 쿠셔닝 슬라이드(1-13)가 제공된다. 쿠셔닝 슬라이드(1-3)는 다음, 즉:
- 미리 정해진 저 마찰 특성(예를 들어, UHMWPE, 나일론, PEEK 또는 강철)을 갖는 재료로 형성되는 제1 레이어(1-14); 및
- 엘라스토머, 예를 들어, 폴리우레탄과 같은 미리 정해진 충격 흡수 특성을 갖는 재료로 형성되는 제2 레이어(1-15)
로 형성된다.
쿠셔닝 슬라이드(1-3)의 기능과 역할은 도 16 내지 도 34b를 참조하여 아래에서 더욱 포괄적으로 확대된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예는 한 쌍의 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)과 인웨이트(in-weight) 시일(31)의 형태인 2가지 유형의 상부 진공 실링(24)을 포함한다. 쿠셔닝 슬라이드(1-3)는 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)을 형성하기 위하여 인웨이트 시일(31)의 구성과 같은 추가 시일들의 커플링, 마운팅 또는 유지를 위하여 사용될 수 있다. 쿠셔닝 슬라이드(1-3)가 또한 상기 상부(및/또는 하부) 진공 실링(24, 25)의 일부 또는 전부를 직접 형성할 수 있고, 이에 따라 또한 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)로서 지정될 수 있다.
도 4a는 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)과 인웨이트 시일(31)을 모두 더욱 상세히 도시한다.
도 4b 내지 도 4k는 상부 진공 실링(24)의 추가 실시예들을 도시한다.
대안적인 실시예(도시되지 않음)에서 상부 진공 실링(24)이 대신에 하우징(6)의 격납 표면(8)에 고정될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 해머 웨이트(9) 상에 상부 진공 실링(24)을 위치시키는 데에는 여러 이점이 있다. 먼저, 충돌 축(10)을 따라 해머 웨이트(9)가 이동하는 거리는 해머 웨이트(9)의 측면(6)의 길이를 상당히 초과한다. 격납 표면(8) 상에 위치된 상부 진공 실링(24)이 충돌 축(10)을 따르는 해머 웨이트(9) 이동의 전체 범위에 대하여 연장될 필요가 있는 한편, 해머 웨이트(9) 상에 위치된 상보 진공 실링(24)은 단지 충돌 축 주위에서의 단일 위치에서만 필수적이다. 두 번째로, 충돌 축(10)을 따르는 해머 웨이트(9)의 경로에 인접한 격납 표면(8) 상에 위치된 상부 진공 실링(24)은 해머 웨이트(9)의 임의의 횡 방향 이동에 의한 손상에 취약하다. 이것이 충격 흡수기와 내마모 성능을 포함하는 것에 의해 해결될 수 있지만, 이들은 해머 웨이트(9)의 통로에 인접한 격납 표면(8)의 전체 범위를 따라 연장하여야 한다. 대조적으로, 해머 웨이트(9) 상에 위치 설정된 상부 진공 실링(24)은 횡 방향 충격 흡수 또는 중심 맞춤(centering) 성능을 제공할 필요 없이도 횡 방향 웨이트 이동을 수용하도록 구성될 수 있다.
또한, 해머 웨이트(9)가 정육면체, 입방체, 기다란 실질적인 직사각형/입방체 플레이트 또는 블레이드 구성, 프리즘, 실린더, 평행 6면체, 다면체 등등을 포함하는 다양한 고체 체적으로 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 4에 도시된 실시예는 원통형 해머 웨이트(9)를 도시하지만, 이는 단지 예시적이다. 원통형 해머 웨이트(9)의 한 이점은, 다수의 면을 가진 해머 웨이트(9)의 각각의 측면(16)에 대한 별개의 시일 대신에, 해머 웨이트(9)의 횡 방향 주변부 또는 측면(16)을 둘러싸는 링 시일을 활용하는 능력이다.
도 4a는 인웨이트 시일(31) 내에 형성된 하향 스트로크 벤트의 확대도를 도시한다. 시일(31)은 내마모 가요성 재료 또는 마모 저항, 가요성 및 내열성을 제공하는 다른 재료로부터 형성된다. 인웨이트 시일(31)의 외부 프로파일은 선단부가 진공 챔버(22)로부터 멀리 위쪽으로 각을 이루면서 배향된 복수의 V 형상 돌출부(32)로 구성된다. 이 돌출부(32)는 하향 스트로크 벤트를 형성하고, 상향 스트로크에서의 공기 유입을 방지하거나 또는 적어도 제한하면서 하향 스트로크에서의 진공 챔버(22)로의 공기 유출을 허용한다. 따라서, 해머 웨이트(9)가 상승되는 상향 스트로크 동안, 진공 챔버(22) 압력은 부기압 레벨로 강하하고, 이에 의해 진공 챔버(22)와 둘러싸는 대기 사이의 증가하는 압력 차이를 생성시킨다. V 형상의 돌출부(32)는 이에 따라 격납 표면(8)에 대항하게 되어, 진공 챔버(22)를 공기 유입으로부터 폐쇄한다. 하향 스트로크의 하부에서, 진공 챔버 내의 임의의 공기는, 잔류하는지 또는 진공 실링(24, 25)를 지나서 누설되었는지에 관계 없이, 초기압(super-atmospheric) 레벨(즉, 대기압보다 크다)로 압축되고, 이에 따라, 압력 차이는 역전되고, 돌출부(32)가 눌러져 개방되어, 공기를 대기로 배출한다.
도 4a는 쿠셔닝 슬라이드(1-3)의 제1 레이어(1-14)의 최외곽 표면이 격납 표면(8)과 친밀하게 미끄럼 접촉하는 쿠셔닝 슬라이드 시일(30) 역할을 할 수 있는 실시예를 도시한다. 쿠셔닝 슬라이드(1-3)가 또한 쿠셔닝 슬라이드 시일(30) 역할을 하는지 또는 단지 쿠셔닝 슬라이드(1-3) 역할을 하는지는 실링 배리어를 형성하기 위한 해머 웨이트 측면(16) 주위의 이의 연속성의 정도에 의존한다는 것이 이해될 것이다.
도 4b는 쿠셔닝 슬라이드(1-3)의 제1 레이어(1-14) 내의 인서트에서의 원주 시일로서 형성된 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)의 다른 실시예를 도시한다. 도 4a의 인웨이트 시일(31)에 대한 대응하는 방식으로, 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)의 외부 프로파일은 또한 선단부가 진공 챔버(22)로부터 멀리 위쪽으로 각을 이루면서 배향되는 복수의 V 형상 돌출부(32)로 구성된다. 도 4b에서의 쿠셔닝 슬라이드(1-3)는 격납 표면(8)을 향하여 반경 방향 바깥쪽으로 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)을 바이어스하는 엘라스토머 링으로 형성된 '프리로드(pre-load)'를 포함하는 보유 리세스(33)의 형태인 추가 부재를 도시한다. 이러한 프리로드(36)는 또한 다른 진공 실링(24, 25) 실시예들에서도 사용될 수 있다. 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)은 보유 리세스(33) 내로 힘이 가해질 수 있어, 예를 들어, 수직이 아닌 충돌 축, 스트라이커 핀(4)과의 충돌 후의 리코일 바운스, 격납 표면(8) 불완전 또는 이와 유사한 것 때문에 해머 웨이트(9)가 왕복 운동 사이클 동안 임의의 횡 방향 이동을 겪을 때, 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)이 쿠셔닝 슬라이드 제1 레이어(1-4)의 인접한 표면과 동일한 평면이 될 때까지 프리로드(36) 레이어를 압축한다. 이것은 해머 웨이트(9)의 잠재적으로 상당한 횡 방향 힘이 상대적으로 손상되기 쉬운 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)의 작은 표면적에 의해서만 지탱되는 것을 방지한다.
상부 진공 실링(24)은 해머 웨이트(9)를 횡 방향으로 둘러싸는 실질적으로 차단되지 않은 밀봉을 형성한다. 상부 진공 실링(24)은 단일의 연속하고 차단되지 않은 시일로부터 형성되거나, 다수의 접하고, 중첩하고, 인접하고, 상호 잠금하고, 짝을 이루고 그리고/또는 근접하게 인접하는 시일 섹션에 의해 형성될 수 있다.
도 4c에 도시된 실시예에서, 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)은 해머 웨이트 측면(6) 내의 보유 리세스(33) 내에 위치된다. 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)은 쿠셔닝 슬라이드 제1 레이어(1-14)의 외부 표면(8)에 의해 직접 형성되고, 원형 또는 부분적으로 원형인 쿠셔닝 슬라이드 제1 레이어(1-14)에서의 분리 세그먼트에 위치된 바이어스 수단(스프링(34))에 의해 격납 표면(8)과 밀봉 접촉하여 유지된다. 바이어스 수단(34)은 다른 형태의 프리로드(36)이고, 탄성 재료 또는 압축 스프링이나 이와 유사한 형태를 취할 수 있으며, 격납 표면(8)과 친밀하게 접촉하도록 반경 방향으로 바깥쪽으로 제1 레이어(1-4)의 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)을 원주 방향으로 바이어스하도록 동작한다. 해머 웨이트(9)가 작동 동안에 편향되어 격납 표면(8)과 접촉될 때, 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)은 쿠셔닝 슬라이드 제2 레이어(1-15)의 압축에 의해 보유 리세스(33) 내로 후퇴할 수 있고, 따라서 임의의 잠재적으로 손상을 입히는 하중을 방지한다.
도 4c 내지 도 4e는 밀봉 누설을 야기할 수 있는 바이어스 수단(34) 주위의 공기의 임의의 우회를 방지하기 위하여 상부 및 하부 바이어스 수단(34) 사이에 위치 설정되는 필렛(fillet)(35)을 도시한다. 도 4d는 도 4c의 바이어스 수단(34)을 통한 섹션 XX의 평면도이고, 도 4e는 필렛(35) 바로 위의 섹션 YY의 평면도를 도시한다. 단지 하나의 차단이 원주 시일에 필요하다(원통형 해머 웨이트(9)와 함께 사용되는 도 4c 내지 도 4e에 도시되는 바와 같음). 대조적으로, 직육면체, 입방체 또는 다른 다면 해머 웨이트(9)는 해머 웨이트(9)의 각각의 꼭지점(37) 주위로 밀봉을 유지하기 위하여 다수의 개별 시일을 포함하는 것을 필요로 한다.
도 4f와 도 4g는 정사각형 단면 형상의 웨이트(9)에 사용되는 상부 진공 실링(24)을 도시한다. 실링(24)은 입방체 해머 웨이트(6)의 꼭지점(37)을 둘러싸는 다수의 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)의 형태로 제공된다. 본 실시예에서의 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)은 쿠셔닝 슬라이드(1-3)의 제1 레이어(1-14)의 외부 표면에 의해 형성된다. 바이어스 스프링(34)은 쿠셔닝 슬라이드 시일(30)이 도 4c 내지 도 4e에 도시된 것과 유사한 방식으로 격납 표면(8)을 향하여 바이어스되는 것을 보장한다. 필렛(35)은 상부 및 하부 바이어스 수단(34) 사이에 위치 설정되어 밀봉 누설을 야기할 수 있는 바이어스 수단(34) 주위의 공기의 임의의 우회를 방지한다.
이 실시예들에서, 진공 실링(24, 25)은 반경 방향으로 작용하는 프리로드(46)와 원주 방향으로 작용하는 바이어스 수단(34)을 갖는 시일을 포함할 수 있다. 프리로드는, 압축 가능한 매체, 스프링, 엘라스토머, 버퍼 또는 이와 유사한 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는 여러 형태를 취할 수 있다.
도 4h 내지 도 4k는 충돌 축(10)에 횡 방향으로 디커플링된 이동을 허용하면서 충돌 축(10)을 따라 해머 웨이트(9)의 이동에 상부 진공 밀봉(24)을 연결하는 수단을 제공하기 위하여 충돌 면(10) 아래로 그리고/또는 상부면(13) 위로 해머 웨이트(9)에 중재 요소(34)가 결합되는 실시예들을 도시한다. 도 4h 내지 도 4k에 도시된 중재 요소(38)는 진공 챔버(22)의 상부 진공 실링(24)을 형성하도록 구성되지만, 중재 요소(38)가 또한 쿠셔닝 슬라이드 시일(30), 인웨이트 시일(31) 및 이와 유사한 것과 같은 본 명세서에서 설명된 다른 시일 종류와 함께 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
중재 요소(38)는 플레이트, 디스크, 고리형 링 및 이와 유사한 것을 포함하는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 도 4h 및 도 4i는 스트랩(39)의 형태의 가요성 연결 장치를 통해 해머 웨이트(9)의 상부면(13)에 결합된 중재 요소(38)를 도시한다.
중재 요소(38)를 해머 웨이트(9)에 결합하기 위한 대안적인 실시예들은, 라인, 와이어, 브레이드(braid), 체인, 유니버셜 조이트 등등과 같은 대안적인 가요성 연결 장치뿐만, 아니라 충돌 축(10)에 대하여 실질적으로 견고하게 평행하면서, 충돌 축(10)에 대하여 횡 방향으로 미끄럼 이동 가능한 비가요성 커플링을 포함한다. 이러한 커플링 구성들은 중재 요소(38)가 해머 웨이트(9)의 횡 방향 이동에 의해 영향을 받지 않으면서 격납 표면(8)과의 효율적인 밀봉을 유지할 수 있게 한다.
도 4h의 실시예에서, 단일 중재 요소(38)가 해머 웨이트(9)로의 부착을 위하여 스트롭(12)의 통과를 허용하는 중앙 구멍(aperture)을 갖는 실질적으로 평평한 디스크로서 형성된다. 스트롭(12)과 중재 요소(38) 사이의 가요성 시일(40)은 진공 챔버(22)로의 잠재적인 공기 유입을 방지한다. 실질적으로 평평한 디스크 형상의 중재 요소(38)는 상부 밀봉 실링(24)을 형성할 수 있는 외부 주변부 림 부분(74)을 포함한다. 이 대신에, 또는 추가로, 상부 진공 실링(24)은 중재 요소(38)에 결합된 별개의 시일(75)을 포함할 수 있다(도 4h 내지 도 4k에 도시된 바와 같이).
도 4j와 도 4k는 가용성 고리 멤브레인(41a, 41b)을 통해 각각 상부면(13)과 하부 충돌 면(15)에 결합된 해머 웨이트(9)의 양측에 위치 설정된 한 쌍의 중재 요소(38a, 38b)를 갖는 추가 실시예를 도시한다. 그러나, 앞선 실시예에 대조적으로, 도 4j와 도 4k에서의 중재 요소(38)는 실질적으로 고리형 링으로 구성되어, 이에 의해 중앙 구멍이 해머 웨이트(9)의 하부 충돌 면(15)과 스트라이커 핀(4)의 피구동 단부(17) 사이의 방해 받지 않는 접촉을 허용한다. 고리형 멤브레인(41)은 또한 이동 가능한 진공 실링(24)의 일부를 제공한다.
임팩트 해머(1)의 왕복 운동 동작 동안, 중재 요소(38)(스트랩(38)과 고리형 멤브레인(41a, 41b)을 포함)는 이동 방향에 따른 해머 웨이트(9)의 이동과 해머 웨이트(9)에 상대적인 중재 요소(38)의 상대적 위치에 의해 왕복 운동 경로를 따라 당겨지거나 눌러진다.
따라서, 상부 진공 밀봉(24)을 형성하는 시일은 다음에 의해, 즉:
● 쿠셔닝 슬라이드(1-3);
● 중재 요소(38) 상의 마운팅 또는 중재 요소(38)로의 유지 또는 부착;
● 해머 웨이트(9), 쿠셔닝 슬라이드(1-3) 및/또는 중재 요소(38)에서의 리세스(33), 공극, 공간, 구멍, 그루브 또는 이와 유사한 것에서의 유지;
● 상기 측면(16) 상의 직접적인 마운팅; 및/또는
● 전술한 것의 임의의 조합이나 치환
에 의해 해머 웨이트(9)에 결합될 수 있다.
이전에 설명된 바와 같이, 상향 스트로크 동안 진공 챔버(22)가 팽창하는 동안인 충돌 동작 동안, 진공 챔버(22) 내로의 공기 누설이 임의의 오정렬되거나, 잘못 맞추어지거나, 마모되거나, 부적절하거나 손상된 시일 또는 오염 표면, 공기로 운반되는 잔류 잔해물로부터의 간섭, 재료 또는 설계 특성 또는 한계 등등을 통해 발생할 수 있다. 도 1 내지 도 4에 도시된 모든 실시예들에서, 잔류 공기가 또한 하부 충돌 면(15), 격납 표면(8), 캡 플레이트(21) 및 캡 플레이트(21)를 통해 돌출하는 스트라이커 핀의 피구동 단부(17) 사이에 형성된 공극(42) 내에서 상향 스트로크의 시작 전에 진공 챔버(22) 내에 존재할 수 있다.
이러한 고속 고에너지 왕복 운동에서 완전히 통과 불가능한 진공 실링(24, 25)을 성취하는 것은 매우 어려우며, 따라서 상향 스트로크 동안, 상부 진공 실링(24) 및/또는 하부 진공 실링(25)은 일부 공기가 진공 챔버(22) 내로 통과할 수 있게 하고, 이에 의해 그 내의 압력을 증가시킨다. 이러한 공기 누설의 체적은 밀봉 효율성, 밀봉 면적, 진공 챔버(22)와 대기 사이의 압력 차이 및 압력 차이가 실링에 걸쳐 가해지는 노출 시간을 포함하는 다수의 파라미터에 의존한다.
압력 차이가 가해지는 시간은 각각의 왕복 운동의 사이클 시간이 2 내지 4초이기 때문에 상대적으로 작다. 2 내지 4 사이클 시간으로 3 내지 6 미터의 스트로크 길이에 대하여 무거운 웨이트(9)(대략 수천 킬로그램)를 왕복 운동시키는 것은 '연성의(soft)', 예를 들어 고무인 실링(24, 25)에서의 마찰에 의해 생성될 수 있는 열이 몇 번의 스트로크 후에 이를 녹일 가능성이 있을 수 있는 빠른 속도이다.
누설은 더 많은 시일 및/또는 더 가요성이 있는 시일에 의해 최소화될 수 있지만, 이것은 본질적으로 마찰을 증가시키고, 이러한 고속의 왕복 운동에서, 이러한 시일은 빠르게 손상되거나 또는 해머 웨이트 운동을 지연시킨다. 따라서, 밀봉 효율성과 마찰 사이에 균형이 필요하다. 바람직한 실시예들에서, 해머 웨이트(9)는 고무 또는 다른 '연성' 시일들과 같은 매우 효율적인 시일이 빠르게 손상되고 비기능적으로 되는 이러한 속도와 힘으로 이동한다. 따라서, 진공 챔버 내로 더 많은 누설을 제공할 수 있더라도 고 마찰 하중을 견딜 수 있는 덜 효율적인 '경성(hard)' 시일을 사용하는 것이 바람직하다.
공극(42) 내의 임의의 잔류 공기와 진공 실링(24, 25) 및/또는 하우징(6)을 통한 임의의 누설은 진공 챔버(22) 내에 생성된 진공의 크기를 감소시키는데 기여한다. 더욱이, 하향 스트로크에서, 진공 챔버(22) 내부의 임의의 공기는 하향 스트로크 동안 점점 더 압축되어, 해머 웨이트(9)의 이동에 저지력을 가한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 임팩트 해머는 하향 스트로크 동안 공기가 통기되는 것을 보장하기 위하여 진공 챔버(22)와 유체 연통하는 하우징(6) 측에 형성된 단방향의 하향 스트로크 벤트(43)의 포함에 의해 이 심각한 문제를 해결한다.
그러나, 하나 이상의 벤트(43)가 이 대신에 또는 추가로 상부 진공 실링(24) 내에 형성될 수 있다(도 2와 도 4a 내지 4i에 도시된 바와 같음)는 것이 이해될 것이다.
하향 스트로크 벤트는 이 대신에 또는 추가로 하부 진공 실링(25) 내에, 노즈 블록(20) 내에 그리고/또는 해머 웨이트(9)를 통해 형성될 수 있다(도시되지 않음).
도 2와 도 3에 도시된 벤트(43)는 격납 표면(8) 내에 위치되고, 하우징(6)을 통해 대기로 통과하고, 단방향 밸브(44)를 포함한다. 도 5a 내지 도 5c는 각각 가요성 포핏(poppet)(또는 머쉬룸) 밸브(도 5a), 강성 포핏 밸브(도 5b) 및 측부 개방 플랩(flap) 밸브(도 5c) 형태인 단방향의 자기 밀봉(self-sealing) 밸브(44)의 3가지 변형을 도시한다. 각각의 실링 밸브(44)의 개방 벤트 위치는 도 5a 내지 도 5c의 각각에서 도면 부호 44'로 표시된다.
진공 챔버(22) 내의 잔류 공기를 제거하는 추가적인 또는 대안적인 메커니즘이 도 6에 도시되고, 벤트(43)에 연결된 외부 진공 펌프(45)의 형태인 하향 스트로크 벤트에 의해 제공된다.
또한, 도 7은 중간 진공 탱크(46)에 밸브(44)를 통해 벤트(43)에 장착된 외부 진공 펌프(45)를 도시한다. 진공 펌프(45)는 임계 체적 레벨에 따라 또는 다른 감지 기준이나 입력 기준에 따라 트리거되는 동작 사이클 동안 연속으로 동작하도록 구성될 수 있다. 진공 탱크(46)는 진공 펌프(45)가 반드시 동작하지 않으면서 벤트(43)에서 어느 정도의 진공 압력을 제공한다.
각각의 실시예에서, 하향 스트로크 벤트(43)는 진공 챔버(22)로부터의 공기 유출을 허용하기 위하여 해머 하향 스트로크에 열리고 진공 챔버(22)로의 공기 유입을 방지하거나 적어도 제한하기 위하여 상향 스트로크에 닫히도록 설계된다. 하향 스트로크 벤트는 진공 챔버 내의 압력이 임계 초기압 레벨, 예를 들어, 0.1 Bar에 도달할 때 열리는 동안 해머 진동 또는 충격에 기인하는 바람직하지 않은 개방을 방지하기에 충분한 바이어스로 닫힌다.
따라서, 진공 챔버 내부의 임의의 공기의 압축과 결과적인 열은 공기 및 열이 통기됨에 따라 최소화된다. 공극(42) 내의 잔류 공기에 대한 가능성을 선택적으로 감소시키는 수단이 도 3에 도시되며, 여기에서, 스트라이커 핀(4)의 피구동 단부(17) 주위의 진공 챔버(22)의 부분은 적어도 부분적으로 하나 이상의 공극 감소 물체들로 채워진다. 도 3은 하부 충돌 면(15)과 스트라이커 핀의 피구동 단부(17) 사이의 충돌 동안 해머 웨이트(9)로부터의 접촉을 제거한 채로 유지하기 위하여 공극(42) 내에 위치 설정된 폼(foam)(73) 형태인 공극 감소 물체를 도시한다. 대안적인 공극 감소 물체는, 구(sphere), 상호 잠금(interlocking) 형상, 구, 상호 잠금 형상, 겔(gel) 및 이와 유사한 것을 포함한다.
상기 상부 진공 실링(24)으로부터의 다양한 대안적인 실링 구성들이 상기 하부 진공 실링(25)을 형성하기 위하여 채용될 수 있다.
상부 진공 실링(24)에 대조적으로, 하부 진공 실링(25)은 인접한 밀봉 표면들 사이에서 동일한 크기의 상대적인 이동을 겪지 않는다. 상부 진공 실링(24)이 (적어도 수 미터로) 왕복 운동 축을 따르는 이동을 따라 해머 웨이트(9)의 이동을 밀봉하는데 필요한 반면, 하부 진공 실링(25)은 단지 노즈 블록(20)의 요소들에 대한 스트라이커 핀(4)의 이동을 밀봉할 필요만 있다.
도 8 내지 도 13은 임팩트 해머(1) 노즈 블록(20) 내에 위치된 하부 진공 실링(25)의 상이한 실시예를 도시한다. 스트라이커 핀(4), 충격 흡수기(19) 및 노즈 블록(20) 내의 이의 하우징에 대한 더 완전한 설명은 도 35 내지 도 48c를 참조하여 아래에서 설명된다. 그러나, 부분적으로, 그리고 도 1 내지 4 및 도 8 내지 13을 참조하여, 다음을 알 수 있다:
- 스트라이커 핀(4)은, 각각의 핀(27)의 일부가 스트라이커 핀(4) 내에 형성된 리세스(47) 내로 안쪽으로 부분적으로 돌출하도록, 리코일 플레이트(26)를 통해 횡 방향으로 통과하는 2개의 유지 핀(27)의 형태인 미끄럼 이동 가능한 커플링에 의해 임팩트 해머(1)에 부착된다.
- 리코일 플레이트(26)는 (스트라이커 핀(4)의 피구동 단부에 대하여) 원위 이동 스톱(48)과 근위 이동 스톱(49) 사이의 리세스(47)의 길이에 의해 정의되는 유지 위치에서 미끄럼 이동 가능한 커플링을 통해 스트라이커 핀(4)을 연결한다.
- 제1 충격 흡수 어셈블리(50)와 제2 충격 흡수 어셈블리(51)(상부 충격 흡수 어셈블리(50)와 하부 충격 흡수 어셈블리(51)라고도 함)의 형태인 충격 흡수기(19)가 노즈 블록(20) 내부의 스트라이커 핀(4)을 횡 방향으로 둘러싸고, 코일 플레이트(26)가 사이에 끼워진다.
- 도 2, 도 4f, 도 4h 및 도 9에 구체적으로 도시된 실시예들에서, 제2 충격 흡수 어셈블리(51)는 비탄성 레이어(53, 26, 28)가 끼워진 다수의 탄성 레이어(52)를 포함하는 복수의 접합되지 않은 레이어로부터 형성된다. 이것은 도 9b에 가장 잘 도시된다.
- 도 8 내지 도 13에서의 제1 충격 흡수 어셈블리(50)와 도 8과 도 10 내지 도 13에서의 제2 충격 흡수 어셈블리(51)는 버퍼 기호로 도시되고, 단일 탄성 레이어(52) 또는 비탄성 레이어(53)가 끼워진 적어도 2개의 탄성 레이어(52)를 포함하는 복수의 접합되지 않은 레이어와 같은 단일의 충격 흡수 레이어 또는 버퍼를 나타낸다.
노즈 블록(20) 내측 경계의 평평한 표면이 캡 플레이트(21)에 의해 상부 단부에 그리고 노즈 콘(28)에 의해 하부 단부에 형성된다.
따라서, 리코일 플레이트(26)의 상부 및 하부의 평평한 표면과 이러한 내측 경계가 충격 흡수 어셈블리(50, 51)에 인접한 4개의 강성의 비탄성 표면을 제공한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 일 실시예에서 채용되는 탄성 레이어(52) 및 비탄성 레이어(53)의 개수에 따라, 개별 탄성 레이어(52)는 다음, 즉:
- 캡 플레이트(21)와 비탄성 레이어(53) 중 어느 하나;
- 노즈 콘(28)과 비탄성 레이어(53) 중 어느 하나;
- 2개의 비탄성 레이어(53) 중 어느 하나; 또는
- 비탄성 레이어(53)와 리코일 플레이트(26) 중 어느 하나
의 강성의 평평한 표면이 끼워질 수 있다.
상기 구성의 각각에서, 탄성 레이어(52)는 충돌 축(10)과 동축인 스트라이커 핀 세로 축에 직각인 인접한 강성의 표면의 평행한 평평한 표면 사이에 끼워진다.
따라서, 다음의 순서, 즉:
● 캡 플레이트(21);
● 제1(또는 상부) 충격 흡수 어셈블리(50);
● 리코일 플레이트(26);
● 제2(또는 하부) 충격 흡수 어셈블리(51); 및
● 노즈 콘(28)
의 순서의 노즈 블록 요소(20)가 피구동 단부(17)와 충돌 단부(18) 사이의 스트라이커 핀(4) 주위에 위치 설정된다는 것을 알 수 있다.
하부 진공 실링(25)은 위에서 열거된 노즈 블록 요소를 통한 진공 챔버(22) 내로의 공기 유입을 방지하거나 적어도 제한하기 위하여 필요하고, 노즈 블록 요소의 상기 순서에서의 여러 대안적이거나 누적되는 위치들에 위치 설정된 시일들로부터 형성될 수 있다.
따라서, 하부 진공 실링(25)은 노즈 블록(20)의 인접한 요소들 사이의 하나 이상의 인터페이스들에 위치 설정된 하나 이상의 시일들에 의해 제공될 수 있다. 시일의 상이한 잠재적인 위치는:
● 노즈 콘(28)과 스트라이커 핀(4)의 사이(도 8에 도시됨);
● 하부 충격 흡수 어셈블리(51)와 스트라이커 핀(4)의 사이(도 9a와 도 9b에 도시됨);
● 리코일 플레이트(28)와 스트라이커 핀(4)의 사이(도 10에 도시됨) 및/또는 노즈 블록 내부 측벽(54) 사이(도 10에 도시됨);
● 상부 충격 흡수 어셈블리(50)와 스트라이커 핀(4)의 사이(도시되지 않음); 및/또는
● 캡 플레이트(21)와 스트라이커 핀(4)의 사이(도시되지 않음);
추가 실시예에 따라, 하부 진공 실링(25)은 스트라이커 핀을 횡 방향으로 둘러싸는 개별의 독립적인 밀봉 레이어(55)로서 형성된 하나 이상의 시일에 의해 제공되고, 다음, 즉:
● 노즈 콘(28)과 하부 충격 흡수 어셈블리(51)의 사이(도 11에 도시됨);
● 상부 충격 흡수 어셈블리(50)와 캡 플레이트(21)의 사이(도 12에 도시됨); 및/또는
● 캡 플레이트(21)와 해머 웨이트(9)의 하부 충돌 면(15)의 하부 이동 극단의 사이(도 13에 도시됨)
에 위치된다.
위에서 참조된 구성들을 개별적으로 더욱 상세히 고려하면, 도 8은 노즈 콘(28) 내에서 대응하는 고리형 리세스(57) 내에 위치된 복수의 노즈 콘 링 시일(58)로부터 형성된다. 노즈 콘 링 시일(56)은 노즈 블록(20) 내부 내로 그리고 이어서 진공 챔버(22)로의 공기, 먼지 및 폐기물의 유입을 금지시키기 위하여 스트라이커 핀(4)의 표면에 대항하여 결합된다. 노즈 콘 링 시일(58)은 통기형(즉, 추가 하향 스트로크 벤트 역할을 함) 또는 비통기형일 수 있고, 스트라이커 핀(4)에 대항하여 바이어스된 탄성 또는 비탄성 재료로 형성될 수 있다. 도 9 내지 도 13에 도시된 임의의 하부 진공 실링(25) 실시예들이 임팩트 해머(1)의 특수 요건들에 따라 통기형 또는 비통기형 시일로서 형성될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 통기가 하부 진공 실링(24) 및/또는 하우징(6) 내의 벤트(43)를 통해 수행될 수 있기 때문에 통기가 하부 진공 실링(25)을 통해 수행되는 것이 필수적이지 않을 수 있다. 더하여, 통기 없이 하부 진공 실링(25)을 형성하는 것은 더 강력하고 더 높은 성능의 시일이 사용될 수 있게 하고, 따라서 대기 유입에 대한 더 큰 저항성을 가능하게 한다. 노즈 블록(20)이 충돌 동작으로부터 잔해 및 공기로 운반되는 오염물에 직접 노출되어 위치 설정되는 것을 고려하면, 진공 챔버(22) 통기를 보충하는 대신에 노즈 블록(20) 대기 유입 방지를 최대화하는 것이 통상적으로 더욱 바람직하다.
도 9a는 하부 충격 흡수 어셈블리(51)와 상부 충격 흡수 어셈블리(50) 중 어느 하나 또는 양쪽과 스트라이커 핀(4) 사이에 형성된 하부 진공 실링(25)을 도시한다.
도 9b는 비탄성 레이어(53)가 끼워진 복수의 탄성 레이어(52)로 형성된 하부 충격 흡수 어셈블리(51)의 확대도를 도시한다. 시일은 탄성 레이어(52)와 비탄성 레이어(53)의 어느 하나 또는 양쪽으로부터 형성되거나 그 내에 형성될 수 있고, 도 9b는 여러 대안적인 구성을 도시한다. 도 9b에서의 하부 진공 실링(25) 배열 묘사는 예시적이고, 시일의 이러한 조합이 요구되고 본 발명이 이에 제한된다고 암시하는 것은 아니다.
도 9b는 다음의 형태로 하부 충격 흡수 어셈블리(51) 내의 하부 진공 실링(25)을 도시한다:
● 스트라이커 핀(4)에 인접한 탄성 레이어(52)의 내부 주변부 에지(및 선택적으로는 외부 주변부 에지(도시되지 않음))를 형성하는 내부 탄성 레이어 시일(58). 시일(58)은 하부면 상의 압력이 초기압이면 공기가 통과하게 하는 형상을 가진다. 즉, 시일(58)은 이전에 설명된 바와 같은 하향 스트로크 벤트 역할을 한다;
● 스트라이커 핀(4)에 인접한 탄성 레이어(52)의 내부 주변부 에지(및 선택적으로는 외부 주변부 에지(도시되지 않음))에 접하는 별개의 탄성 레이어 시일(59). 이 시일(59)은 또한 시일(58)과 같이 하향 스트로크 벤트 역할을 한다;
● 비탄성 레이어(51)의 내부 주변부 에지(및 선택적으로는 외부 주변부 에지(도시되지 않음)) 내에 유지되거나 그에 결합되고, 탄성 또는 비탄성 재료로 형성되는 비탄성 레이어 시일(60);
● 충격 흡수 어셈블리 비탄성 레이어(51)와 스트라이커 핀(4) 사이 그리고/또는 비탄성 레이어(51)와 노즈 블록 내부 측벽(54)(도시되지 않음) 사이의 밀접한 피트 시일(61);
● 스트라이커 핀(4)에 인접한 비탄성 레이어(53)의 내부 주변부 에지(및 선택적으로는 외부 주변부 에지(도시되지 않음))에 접하는 별개의 탄성 또는 비탄성 시일(75); 및/또는
● 전술한 것의 임의의 조합이나 치환.
도 10은 각각 스트라이커 핀(4) 및 노즈 블록 내부 측벽(54)에 인접한 리코일 플레이트(28)의 내부 및 외부 주변부 주위의 고리형 리세스(63) 내에 위치된 한 쌍의 리코일 플레이트 링 시일(62)을 도시한다. 노즈 블록 내부 측벽(54)에 대항하여 결합되는 외부 리코일 플레이트 링 시일(62)이 내부 리코일 플레이트 링 시일(62)에 대한 추가 안전 장치 시일로서 제공된다는 것이 이해되어야 한다. 노즈 블록(20) 요소들(즉, 상부 및 하부 충격 흡수 어셈블리(50, 51)와 리코일 플레이트(28))의 결합된 스택 자체가 공기의 유입에 대한 복합 시일을 효율적으로 제공한다. 따라서, 노즈 블록 내부 측벽(54)과 상부 및 하부 충격 흡수 어셈블리(50, 51) 사이의 대응하는 시일(도시되지 않음)이 또한 추가 안정 장치 시일로서 가능하다는 것이 이해될 것이다.
도 11 내지 도 13은 하부 진공 실링(25)을 제공하기 위한 개별의 독립적인 밀봉 레이어(55)의 사용을 도시한다. 독립적인 밀봉 레이어(55)가 다양한 형태로 구성될 수 있지만, 도 11 내지 도 13의 실시예들에서, 각각의 독립적인 밀봉 레이어(55)는 내부 가요성 다이어프램(64) 부분과 원통형의 실질적으로 강성인 외부 림(65) 부분으로 형성된다. 스트라이커 핀(4)에 접촉하는 가요성 다이어프램(64)의 주변부는 충돌 축(10)을 따르는 스트라이커 핀(4)의 이동에 대하여 자유롭게 휘어진다. 즉, 스트라이커 핀(4)이 최상위 위치에 있을 때의 상부 위치(64)로부터 스트라이커 핀(4)이 아래로 이동하는 하부 위치(64')로 스트라이커 핀(4)과 함께 이동한다. 또한, 외부 림(65)은 인접한 노즈 블록 요소 사이의 밀봉 벽을 제공한다. 추가 안정 장치인 정적 시일(66)이 다이어프램 림 부분(65)과 내부 노즈 블록 벽(54) 사이에 위치된다.
도 11은 노즈 콘(28)과 하부 충격 흡수 어셈블리(51) 사이에 위치 설정된 독립적인 밀봉 레이어(55)를 도시한다.
도 12에서, 독립적인 밀봉 레이어(55)는 상부 충격 흡수 어셈블리(50)와 캡 플레이트(21) 사이에 위치 설정된다.
도 13에서, 독립적인 밀봉 레이어(55)는 해머 웨이트(9)의 하부 충돌 면(15)의 하부 이동 극단과 캡 플레이트(21) 사이의 공극(42) 내의 노즈 블록(2) 밖에 위치 설정된다.
하부 진공 실링(25)은 이 대신에 프리로드 또는 밀접한 피트에 의해 스트라이커 핀 및/또는 노즈 블록 내부 측벽과 접촉하도록 바이어스되는 가요성 엘라스토머, 탄성 또는 비탄성 재료, 단방향 벤트 및/또는 이들의 임의의 조합이나 치환으로부터 형성되거나 이를 포함할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 바람직한 실시예들은 위쪽을 향하는 것을 포함하는 충돌 축(10)의 임의의 경사로 효율적으로 동작할 수 있다. 이것은 일반적인 충돌 작업, 채석, 채굴, 추출, 파괴 작업 등등을 위한 상당한 융통성을 제공한다. 또한, 이것은 도 14에 도시된 로봇 터널링 임팩트 해머(200)의 형태인 추가 실시예와 같은 특수화된 애플리케이션에 임팩트 해머가 적용될 수 있게 한다. 터널링 작업에서의 머리 위로의 암석 낙하로부터의 내재하는 위험은 본질적으로 원격 제어 임팩트 해머의 사용에 알맞다. 터널링과 종종 연관된 제한된 한계는 높은 충돌 에너지/체적 비를 갖는 컴팩트한 임팩트 해머에 더 적합하다. 가파른 충돌 축(10) 경사에서 작업할 필요성은 종래 기술의 중력만 받는 임팩트 해머의 적합성을 더 제한한다. 도 14에 도시된 로봇 터널링 임팩트 해머(200)는 앞선 실시예들에 도시된 것에 비교할 만한 하우징(6) 내에 위치되는 스트라이커 핀(4) 구성을 포함한다. 하우징(6)은 임팩트 해머(200)가 충돌 축(10)의 경사각(θ)을 변경할 수 있게 하는 방위 크래들(azimuth cradle)(72)을 통해 무한 궤도 캐리어(71) 상에 장착된다. 도 14에서, 임팩트 해머(200)는 각각 θ = 70°, 90° 및 105°의 수직으로부터의 대응하는 충돌 축(10) 경사를 갖는 3개의 배향 X1, X2, X3으로 도시된다. 명확하게, 이 배향은 예시적이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 또한, 로봇 터널닝 임팩트 해머(200)는 터널링 작업에 반드시 제한되지 않으며 가파른 암반면, 트렌칭 및 이와 유사한 것에 가까운 다른 제한된 영역에 사용될 수 있다는 것이 이의 없이 명백하게 될 것이다.
도 15는 도시된 중력만 받는 임팩트 해머(100)와 하나의 바람직한 실시예에 따른 진공 보조 임팩트 해머(1) 사이의 비교를 도시한다. 전통적인 종래 기술의 중력만 받는 임팩트 해머(100)와 동일한 충돌 에너지를 성취하기 위하여 더 가벼운 해머 웨이트(9)를 사용하는 전술한 능력은(더 짧은 최대 낙하 높이를 가지더라도) 더 추가되는 중량 절약, 제조 및 연관된 경제적 이점을 제공한다. 동작 사이클 동안, 하향 스트로크의 종점에, 해머 웨이트(9)는 스트라이커 핀(4)의 피구동 단부(17)에 충돌하고, 이에 의해, 스트라이커 핀(4)을 통해 작업 표면(5)에 운동 에너지를 전달한다.
그러나, 다른 곳에서 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 다음과 같은 경우에는 해머 웨이트(4)의 모든 운동 에너지가 작업 표면(5)에 전송되지는 않는다:
● 충돌 단부(18)가 작업 표면(5)과 접촉하지 않고 운전자가 스트라이커 핀(4)의 피구동 단부(17) 상에 해머 웨이트(9)를 낙하시킬 때 해머 웨이트(9)의 충격이 미끄러질 수 있게 결합된 유지 핀(27)(도 3에 가장 명확하게 도시된 컴포넌트)에 대항하여 근위 이동 스톱(49)에 힘을 가하는 '오타격(mis-hit)'. 따라서, 주목할 만한 충격 하중이 임팩트 해머(1)를 통해 전달되고 그에 의해 흡수된다;
● 작업 표면(5)이 타격 이후에 성공적으로 균열되지 않더라도 충돌이 스트라이커 핀(4)과 해머 웨이트(9)의 운동 에너지의 일부만 흡수하는 '과타격(over-hitting)'. 이러한 경우에, 임팩트 해머(1)에 대한 결과적인 효과는 '오타격'에 직접 비교할 만하다. 실제로, 충돌 작업은 매우 다양한 경사로 수행되고, 완벽한 수직 충돌 축(10)으로는 드물게 수행된다;
● 균열이 발생하기 전에 다수의 충돌을 필요로 하는 작업 표면(5)의 성질. 이에 따라 스트라이커 핀(4) 또는 해머 웨이트(9)는 파쇄되지 않은 작업 표면(5)으로부터 멀리 반동할 수 있다. 반동하는 스트라이커 핀(4)/해머 웨이트(9)의 방향은 주로 충돌 축(10)에 수평인 성분을 포함할 것이고, 이에 의해, 하우징(6) 격납 표면(8)에 접촉하게 될 것이다.
임팩트 해머(1)의 나머지에 비교하여 해머 웨이트(9)의 상대적으로 엄청난 질량 때문에, 해머 웨이트(9)와 격납 표면(8) 사이의 접촉 영역은 손상에 특히 취약하다. 결과적으로, 스트라이커 핀(4)과의 충돌 지점에서 해머 웨이트(9)를 둘러싸는 인접한 해머 하우징(6)과 격납 표면(8)의 일부는 하우징(6)의 나머지에 비교하여 추가 강화를 필요로 한다. 도 15는 다음, 즉:
진공 보조 임팩트 해머(1);
● 해머 웨이트 높이 VW
● 해머 스트로크 길이 VX
● 전체 하우징 컬럼 길이 VL
● 강화된 하우징 부분 VX
및
중력만 받는 종래 기술의 임팩트 해머(100);
● 해머 웨이트 높이 GW
● 해머 스트로크 길이 GX
● 전체 하우징 컬럼 길이 GL
● 강화된 하우징 부분 GX
사이의 상대적 차이를 도시하고,
여기에서,
- 전체 하우징 컬럼 길이 VL, GL은 스트라이커 핀(4)의 피구동 단부(17)와 하우징(6)의 상부 원위 단부 사이의 충돌 충(10)과 평행한 격납 표면(8)의 길이이고,
- 해머 스트로크 길이 VX, GX는 격납 표면(8) 내부에서 충돌 축(10)을 따라 해머 웨이트(9)가 이동한 거리이다.
이전에 설명된 바와 같이, 임팩트 해머(1)는 상당히 더 가벼운 해머 웨이트(4)를 이용하여 중력만 받는 임팩트 해머(100)와 동일한 충돌 에너지를 성취할 수 있다. 동일한 직경을 가정하면(비교를 용이하게 하기 위하여), 진공 보조 임팩트 해머(1)의 해머 웨이트 높이 VW가 종래 기술의 임팩트 해머(100)의 해머 웨이트 높이 GW보다 더 작다는 것으로 귀결된다. 해머 웨이트 높이 GW에 비교되는 감소된 해머 웨이트 높이 VW는 임팩트 해머(1)를 위한 다음과 같은 많은 이점을 생성한다:
● 해머 스트로크 길이 VX가 해머 스트로크 길이 GX와 동일하더라도, 전체 하우징 컬럼 길이 VL은 전체 하우징 컬럼 길이 GL보다 작다. 종래 기술의 임팩트 해머(100)에 의해 요구되는 전체 하우징 컬럼 길이 GL의 추가 길이는 본질적으로 임팩트 해머(100)의 전체 중량을 증가시키고, 결과적으로 필요한 굴착기(2)의 중량에 그 값을 6 내지 7배 더한다. 종래 기술의 해머(100) 상의 추가 중량이 하우징(6)의 극단에 위치되기 때문에, 이의 극관성 모멘트는 또한 임팩트 해머(100)를 효율적으로 조정할 수 있는 굴착기(2)의 종류의 필요한 강도(및 이에 따른 중력)를 불리하게 증가시킨다;
● 임팩트 해머(1)의 강화된 하우징 부분 VX는 해머 웨이트 높이의 차이 GW - VW에 직접 비례하는 대응하는 부분 GX보다 더 짧다. 이것은 진공 보조 임팩트 해머(1)에 대한 추가 중량 절약을 제공한다;
● 진공 보조 임팩트 해머(1)의 해머 웨이트 VW가 단지 종래 기술의 임팩트 해머(100)의 해머 웨이트 GW의 1/3이기 때문에, 격납 표면(8)과의 횡 방향 충돌 동안의 각각의 해머 웨이트(9)의 거동은 상이하다. 해머 웨이트(9)가 격납 표면(8)을 향하여 횡 방향으로 편향되기 때문에, 격납 표면(8) 및 해머 웨이트 측면(16)과의 동시의 균일한 접촉이 정밀하게 평행하게는 거의 만들지 않을 것이다. 대신에, 해머 웨이트(9)는 격납 표면(8)에 대하여 회전하는 경향이 이어, 커플을 생성한다. 따라서, 격납 표면(8)과의 결과적인 충돌은 강화된 하우징 부분 VX, GX의 길이를 따라 균일하게 소산되는 것이 아닌 점 하중이다. 진공 보조 임팩트 해머(1)의 대단히 강화된 해머 웨이트 높이 VW는 이러한 힘의 크기를 상당히 감소시키고, 따라서 종래 기술의 해머(100)에 비하여 강화된 하우징 부분 VX에 대하여 필요한 강화의 크기를 더 감소시킨다.
도 16과 도 17는 쿠셔닝 슬라이드에 설치된 웨이트를 가진 임팩트 해머의 형태인 별개의 실시예들에 따르는 장치를 도시한다.
도 16은 소형 굴착기(1-2)에 설치된 소형 임팩트 해머(1-1)의 형태인 장치에 관한 추가 실시예를 도시한다.
임팩트 해머(1-1)는:
- 리프팅 및/또는 왕복 운동 메커니즘(미도시);
- 작업 표면(1-5)을 타격하기 위하여 일체형 도구 단부(1-4)를 가진 단일의 해머 웨이트(1-3)로서 구성된 웨이트의 형태인 왕복 운동 컴포넌트; 및
- 굴착기(1-2)에 부착되고, 하우징 내부 측벽(1-7)의 형태인 격납 표면을 가진 해머 웨이트(1-3)를 부분적으로 둘러싸는 하우징(1-6)
을 포함한다.
도 17는 대형 굴착기(1-102)에 설치된 대형 임팩트 해머(1-100)의 형태인 대안적인 장치 실시예를 도시한다.
임팩트 해머(1-100)는:
- 리프팅 메커니즘(미도시);
- 웨이트(1-103) 형태인 왕복 운동 컴포넌트; 및
- 굴착기(1-102)에 부착되고, 하우징 내부 측벽(1-107)의 형태로 제공되는 '격납 표면' 또는 '하우징 웨이트 가이드'를 가진 해머 웨이트(1-103)를 부분적으로 둘러싸는 하우징(1-106)
을 포함한다.
리프팅 메커니즘은 웨이트(1-103)를 스트라이커 핀(1-104) 위로 떨어지기 전에 하우징 웨이트 가이드(1-107) 내부에서 상승시키고, 그 다음 작업 표면(1-105)에 충돌한다.
도 16, 도 18 및 도 22에 도시된 해머(1-1)에 관하여, 해머 웨이트(1-3)는 기다란 실질적인 직사각형/입방형 플레이트 또는 블레이드 구성이다. 해머 웨이트(1-3)는 직사각형 측면방향 단면을 가지고, 도구 단부(1-4)가 각각 제공되는 반대편에 있는 상부 원위면(1-10) 및 하부 원위면(1-11)과 함께 한 쌍의 평행한 짧은 측벽(1-9)으로 결합되는 한 쌍의 평행한 세로 방향 넓은 측벽(1-8)으로 이루어진다. 해머 웨이트(1-3)의 대칭적인 형상은 도구 단부(1-4)가 그 중 하나가 마모되면 교체되는 것을 가능하게 한다. 해머 웨이트(1-3)는 하우징(1-6)으로부터 제거되고, 도구 단부(1-4)의 위치가 역전된 상태로 재삽입된다. 그러나, 도 18에 도시된 해머는 하나의 도구 단부(1-4)만을 가진다.
작동시, 해머 웨이트(1-3)는 해머 웨이트(1-3)의 기하학적 중심을 세로 방향으로 통과하는 직선형 충돌 축(1-12)을 중심으로 왕복 운동한다. 해머 웨이트(1-3)는 작업 표면(1-5)에 충돌할 때까지 충돌 축(1-12)을 따라 다시 아래쪽으로 구동되거나 해제되기 전에 리프팅 메커니즘에 의해 최대 수직 높이까지 충돌 축(1-12)을 따라 위쪽으로 상승된다.
도 18의 b)는 중심에 위치된 한 쌍의 쿠셔닝 슬라이드(1-13)가 추가되어 있는 도 18의 a)의 해머 웨이트(1-2)를 도시한다. 도 18의 c)는 쿠셔닝 슬라이드(1-13)의 컴포넌트, 즉:
- UHMWPE, 나일론, PEEK 또는 강철과 같은 미리 정해진 저 마찰 특성을 구비한 재료로 형성된 제1 레이어(1-14); 및
- 예를 들어, 폴리우레탄과 같은 엘라스토머와 마찬가지로 미리 정해진 충격 흡수 특성을 구비한 재료로 형성된 제2 레이어(1-15)
를 도시하는 분해도이다.
제1 레이어(1-14)는 측벽(1-8, 1-9)과 하우징 내부 측벽(1-7) 사이에서 제1 접촉 지점이 되도록 구성되고 배향되는 외부 표면(1-16)이 형성되어 있다. 제2 레이어(1-15)는 제1 레이어(1-14)와 웨이트 측벽(1-8, 1-9) 사이에 위치되고, 제1 레이어(1-14)의 하부면(1-18)에 연결되는 외측 표면(1-17) 및 웨이트 측벽(1-8, 1-9)에 연결되는 내부 표면(1-19)이 형성되어 있다.
제1 레이어(1-14)와 제2 레이어(1-15)는 측벽(1-8, 1-9)의 외측 표면에 대해 그리고 서로에 대해 실질적으로 평행하다. 쿠셔닝 슬라이드(1-13)가 측벽(1-8, 1-9) 상의 다양한 위치에 위치될 수 있지만, 도 18에 도시된 실시예의 짧은 측벽(1-9)의 좁은 폭은 단일의 쿠셔닝 슬라이드(1-13)가, 인접한 세로 방향 선단부(1-20) 사이에 있으면서 반대쪽에 있는 넓은 측벽(1-8)의 일부까지 연장하는 좁은 측벽(1-9)의 전체 폭에 걸쳐 있도록 사용되는 것을 허용한다.
도 17와 도 19에 도시된 대안적인 실시예에서, 웨이트(1-103)는 다음과 같은 점, 즉:
-- 크기 - 상당히 큰 질량체/웨이트를 가짐;
- 형상 - 블레이드 형상이라기 보다는 블록 형상임; 및
- 상부 단부 및 하부 단부 - 평평하지만 도구 단부(1-4)에 맞지 않음
에서 도 16과 도 18의 실시예와 상이하다.
또한, 해머(1-103)는 도 1 내지 도 16에 관하여 설명된 진공 보조 해머(1)의 형태를 취할 수 있다.
웨이트(1-103)가 스트라이커 핀(1-104)에 충돌하는데 사용되기 때문에, 역전될 수 있는 성능이나 도구 단부는 필요하지 않다. 웨이트(1-103)는 반대편에 있는 상부 원위면(1-110) 및 하부 원위면(1-111)과 함께 한 쌍의 평행한 짧은 측벽(1-109)으로 결합되는 한 쌍의 평행한 세로 방향 넓은 측벽(1-108)을 가진 직사각형 단면을 구비한 실질적인 입방형 블록이다.
작동시, 해머 웨이트(1-103)는 해머 웨이트(1-103)의 기하학적 중심을 세로 방향으로 통과하는 직선형 충돌 축(1-112)을 중심으로 왕복 운동한다. 해머 웨이트(1-103)는 해제되기 전에 리프팅 메커니즘에 의해 최대 수직 높이까지 충돌 축(1-112)을 따라 위쪽으로 상승되고, 스트라이커 핀(1-104)에 충돌할 때까지 충돌 축(1-112)을 따라 중력을 받고 그리고/또는 진공 보조를 받아 낙하한다. 웨이트(1-103)는 측벽(1-108, 1-109) 주위에 위치 설정된 복수의 쿠셔닝 슬라이드(1-113)에 들어맞는다.
도 19와 도 20의 a)는 쿠셔닝 슬라이드(1-113)의 컴포넌트, 즉:
- UHMWPE, PEEK, 강철과 같은 미리 정해진 저 마찰 특성을 구비한 재료로 형성된 제1 레이어(1-114); 및
- 예컨대 폴리우레탄과 같은 엘라스토머와 마찬가지로 미리 정해진 충격 흡수 특성을 구비한 재료로 형성된 제2 레이어(1-115);
의 분해도를 도시한다.
도 20의 b)와 도 20의 c)는 평평한 측벽(1-108, 1-109) 및 웨이트(1-103)의 4개의 세로 방향 선단부(1-120) 양쪽 위에서 웨이트(1-103)에 설치된 조립상태의 쿠셔닝 슬라이드(1-113)를 도시한다.
제1 레이어(1-114)는 측벽(1-108, 1-109)과 하우징 내부 측벽(1-107) 사이의 제1 접촉 지점이 되도록 구성되고 배향되는 외부 표면(1-116)이 형성되어 있다. 제2 레이어(1-115)는 제1 레이어(1-114)와 웨이트 측벽(1-108, 1-109) 사이에 위치되고, 제1 레이어(1-114)의 하부면(1-118)에 연결되는 외측 표면(1-117) 및 웨이트 측벽(1-108, 1-109)에 연결되는 내부 표면(1-119)이 형성되어 있다. 제1 레이어(1-114)와 제2 레이어(1-115)는 측벽(1-108, 1-109)의 외측 표면에 대해 그리고 서로에 대해 실질적으로 평행하다.
도 17, 도 19 및 도 20의 실시예에 있는 측벽(1-108, 1-109) 상에 배치된 쿠셔닝 슬라이드(1-113)는 대략 직사각형 플레이트이지만, 도 21에 도시된 원형 쿠셔닝 슬라이드(1-113)와 같은 대안적인 형상들이 이용될 수 있다.
도 22의 a)와 도 22의 b)는 도 16과 도 18에 도시된 해머 웨이트(1-3)의 2개의 추가 구성들을 도시한다. 도 22의 a)는 그 중 하나의 도구 단부(1-4)가 마모되면 역전될 수 있는 쌍둥이처럼 닮은(twin identical) 도구 단부(1-4)를 가진 양방향 해머 웨이트(1-3)를 도시한다. 해머 웨이트(1-3)는 바위 및 이와 유사한 것을 들어올리는 동작(levering) 및 긁어 모으는 동작(raking)을 위하여 사용될 수도 있고, 이에 의해 해머 웨이트(1-3)는 들어올리는 동작을 수행하도록 하우징(1-6)을 넘어서 바깥쪽으로 돌출하는 하부 원위면(1-11)에 인접한 측벽(1-8, 1-9)과 함께 충돌 축(1-12)을 따라 이동하는 것이 방지된다. 들어올리는 동작 및 긁어 모으는 동작의 효과에 직접 노출되는 임의의 쿠셔닝 슬라이드(1-13)는 손상될 수 있다. 따라서, 쿠셔닝 슬라이드(1-13)는 해머 웨이트(1-3)의 원위 단부(1-10, 1-11) 모두로부터 멀리 세로 방향으로 위치 설정된다.
도 22의 b)는 역전 가능하지 않지만 들어올리는 동작과 긁어 모으는 동작도 가능한 단지 하나의 도구 단부(1-4)만을 가진 단방향 해머 웨이트(1-3)를 도시한다. 결과적으로, 쿠셔닝 슬라이드(1-13)는 추가적인 쿠셔닝 슬라이드가 상부 원위면(1-10) 근처에 위치 설정된 상태로 세로 방향으로 비대칭적으로 배열된다.
임팩트 해머(상술된 임팩트 해머(1, 1-1, 1-100)를 포함함)은 하우징(6, 1-6, 1-106)으로부터 최소 방해 상태 또는 저항 상태로 웨이트를 상승 및 하강시키도록 구성된다. 해머 웨이트(9, 1-3, 1-103)는 리프팅 메커니즘(도시되지 않음)에만 직접 연결되고, 하우징 내부 측벽(8, 1-7, 1-107)에는 연결되지 않는다. 따라서, 웨이트(9, 1-3, 1-103)가 위쪽 또는 아래쪽으로 이동함에 따라, 웨이트(9, 1-3, 1-103)의 경로 및/또는 하우징 내부 측벽(8, 1-7, 1-107)의 배향을 위한 완전히 수직한 충돌 축(10, 1-12, 1-112)으로부터의 임의의 이탈은 상호 접촉을 초래할 수 있다.
충돌의 시작 지점은 주로 대응하는 모멘트를 웨이트(1-3, 1-103)에 가하는 웨이트 선단부(1-20, 1-120)에 있어, 웨이트(1-3, 1-103)가 먼저 왕복 운동 경로의 정상이나 바닥에 도달하지 않는다면 직경방향으로 반대편에 있는 선단부(1-20, 1-120) 상에 충돌할 때까지 웨이트(1-3, 1-103)를 회전시킨다. 작업 표면(1-5, 105) 상에서의 웨이트(1-3, 1-103)의 충격은 작업 표면(1-5, 1-105)이 충돌 축(1-12, 1-112)에 대해 직각이 아닌 경우 및/또는 작업 표면(1-5, 1-105)이 충격으로 파괴되지 않는 경우 횡 방향 반발력도 발생시킬 수 있다.
도 23의 a)와 도 23의 b)는 고르지 않은 작업 표면(1-5)에 충돌하여 작업 표면(1-5)으로부터 멀리 적당한 횡 방향 반발력을 발생시키는 해머 웨이트(1-3)를 도시한다. 횡 방향 반발력에 의해 웨이트(1-3)에 유발되는 모멘트는 작업 표면(1-5)으로부터 멀리 웨이트(1-3)를 회전시킨다. 이 회전은 넓은 측벽(1-8)의 평면에 대해 실질적으로 평행하거나(도 23의 a)에 도시된 바와 같음), 좁은 측벽(1-9)의 평면에 대해 실질적으로 평행하거나(도 23b에 도시된 바와 같음) 또는 이의 임의의 조합일 수 있다. 접촉의 회전 효과는 웨이트(1-3)의 직경방향으로 반대편에 있는 부분들을 웨이트 하우징 가이드(1-7)와 접촉시킨다.
도 23의 a)와 도 23의 b)에 도시된 해머 웨이트(1-3)는 들어올리는 동작과 긁어 모으는 동작에 적합한 역전 가능한 양방향 해머 웨이트(1-3)를 나타낸다. 결과적으로, 쿠셔닝 슬라이드(1-13)를 들어올리는 동작/긁어 모으는 동작 동안의 손상을 피하기 위해서 세로 방향 측벽(1-8, 1-9)을 따라 중심에 위치된다. 그러나, 쿠셔닝 슬라이드(1-13)는 제1 레이어(1-14)의 외측 표면(1-16)이 선단부(1-20)의 원위부에 앞서 하우징 웨이트 가이드(1-7)의 표면과 접촉하는 것을 보장하는 충분한 치수를 가진다.
도 24는 아래쪽으로 이동하는 동안 하우징 내부 측벽(1-107)에 충돌하는 도 17, 도 19 및 도 20의 실시예의 웨이트(1-103)와 대비되는 상황을 도시한다. 또한, 반대편에 있는 측벽(1-109)의 상부 원위부 상의 대응하는 충격으로, 웨이트 측벽(1-109)의 하부 원위부의 충격은 모멘트로 유발되는 회전을 웨이트(1-103)에 야기한다. 따라서, 웨이트(1-103) 상의 쿠셔닝 슬라이드(1-113)는 이 접촉 지점에 위치 설정된다.
웨이트(1-3, 1-103)가 하우징 내부 측벽(1-7, 1-107)에 충돌하고 제2 레이어(1-15, 1-115)를 형성하는 엘라스토머에 압축 하중이 가해질 때, 충격은 충돌 지점으로부터 멀어지는 엘라스토머(1-15, 1-115)의 체적 변위에 의해 흡수된다.
임의의 엘라스토머(1-15, 1-115)를 둘러싸는 임의의 강성 경계는 제한 없는 경계에서 일어나는 엘라스토머(1-15, 1-115)의 변위를 제한한다. 엘라스토머(1-15, 1-115) 밑에 있는 웨이트(1-3, 1-103)의 강성 상부 표면(1-21, 1-121)과 강성 제1 레이어 하부면(1-18, 1-118)에 의해 엘라스토머(1-15, 1-115)가 구획되어 있는 앞선 실시예들에서, 엘라스토머(1-15, 1-115)는 압축시 웨이트(1-3, 1-103)의 표면과 실질적으로 평행하게 횡 방향으로 변위된다.
도 16 내지 도 19에 도시된 실시예에는 변위 공극(1-22, 1-122)을 가진 엘라스토머(1-15, 1-115)가 제공되어 있고, 이 공극 속에서 변위된 체적이 압축의 영향을 받게 될 수 있다. 도 18의 c)에 도시된 바와 같이, 쿠셔닝 슬라이드(1-13)는 일련의 원형 변위 공극(1-22)을 제2 레이어(1-15) 내에 포함하고 있고, 이 공극은 3개의 측면 상에 제2 레이어(1-15)를 따라 실질적으로 균일하게 연장하여, 일련의 공극(1-22)은 각각의 넓은 측벽(1-8) 및 대응하는 좁은 측벽(1-9) 상의 웨이트 표면(1-21)에 걸쳐 연장한다.
도 19의 실시예는 또한 쿠셔닝 슬라이드(1-113)의 제2 레이어(1-115) 내에 있는 원형 변위 공극(1-122)의 대응하는 구성을 활용한다.
엘라스토머는 압축시 바깥쪽을 향하여 횡 방향으로 편향할 수 없는데, 이는 양쪽 실시예의 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)이 웨이트(1-3, 1-103)의 강성 부분(1-21, 1-121)에 의해 외부 측면 외주 상에서 둘러싸여 있기 때문이다. 따라서, 엘라스토머(1-15, 1-115)는 압축시 원형 변위 공극(1-22, 1-122) 내로 안쪽을 향하여 횡 방향으로 변위하는 것만 가능하다. 추가 실시예(도시되지 않음)에서, 변위 공극은 엘라스토머(1-15, 1-115) 밑에 있는 웨이트(1-3, 1-103)의 강성 상부 표면(1-21, 1-121) 및/또는 제1 레이어 하부면(1-18, 1-118) 내에 형성될 수 있다.
그러나, 변위 공극의 다양한 대안적인 구성들도 가능하고 도 25과 도 26에는 예시적인 샘플들이 도시된다. 도 25의 a) 내지 도 25의 d)는 도 26의 a) 내지 도 26의 d) 각각의 단면도에 더욱 상세하게 도시된 4개의 상이한 변위 공극 구성들을 포함하는 4개의 대안적인 제2 레이어(1-15a, 1-15b, 1-15c, 1-15d) 실시예를 도시한다. 각각의 제2 레이어(1-15a 내지 1-15d)가 이것이 들어맞는 웨이트 표면(1-21, 1-121)의 대응하는 외형에 들어맞는 형상이지만, 측벽(1-8, 1-9, 1-108, 1-109)에 인접한 제2 레이어(1-15a 내지 1-15d) 각각의 부분은 여전히 실질적으로 평평하다.
도 25의 a)와 도 25의 b)는 세로 방향 선단부(1-20, 1-120)에 설치되도록 구성된 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)을 각각 도시한다. 도 25의 c)와 도 25의 d)는 측벽(1-8, 1-9, 1-108, 1-109)에 설치하기 위한 직사각형 및 원형 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)을 도시한다.
도 26의 a) 내지 도 26의 d)는 화살표 방향으로 압축력을 가하기 전(좌측)과 후(우측)인, 도 25의 a) 내지 도 25의 d) 각각의 AA, BB, CC 및 DD 라인을 절단한 단면들의 확대도를 도시한다.
도 26의 a)는 상부 표면(1-17a)으로부터 하부 표면(1-19a)으로 제2 레이어(1-15a) 전체에 걸쳐 직각으로 연장하는 구멍(aperture) 형태인 일련의 변위 공극(1-22a)을 가진 제2 레이어(1-15a)를 도시한다. 우측은 인접한 변위 공극(1-22a) 내로 부풀어 있는 엘라스토머 재료로 된 제2 레이어(1-15a)를 도시한다.
도 26의 b)는 제2 레이어(1-15b)의 하부면(1-19b)에 있는 반복되는 주름형 만입부(indentation)의 형태인 일련의 변위 공극(1-22b)을 가진 제2 레이어(1-15b)를 도시한다. 주름은 압축의 영향을 받아 더 짧아지면서 더 넓어지고, 공극(1-22b) 내로 편향한다.
도 26의 c)는 양쪽 하부면(1-19c) 상의 복수의 원형 단면 돌출부와 제2 레이어(1-15c)의 상부 표면(1-17c) 사이에 형성된 반복되는 만곡부의 형태인 일련의 변위 공극(1-22c)을 가진 제2 레이어(1-15c)를 도시한다. 돌출부는 압축시 변위 공극(1-22c) 속에서 횡 방향으로 편향하고, 이에 의해 더 짧아지면서 더 넓어진다.
도 26의 d)는 대응하는 일련의 톱니 형상의 변위 공극(1-22d)을 만들어 내는 톱니 형상의 하부면(1-19d)과 상부 표면(1-17d)이 형성되어 있는 제2 레이어(1-15d)를 도시한다. 톱니 프로파일의 선단부는 압축의 영향을 받아 납작해지고, 이에 의해 공극(1-22d) 속에서 편향한다. 다수의 대안적인 변위 공극 구성들이 가능하다는 것과, 도 25의 a) 내지 도 25의 d)에 도시된 쿠셔닝 슬라이드의 조합들(1-15a 내지 1-15d)뿐만 아니라 도 26의 a) 내지 도 26의 d)의 변위 공극(1-22a 내지 1-22d) 구성이 제한되는 것으로 이해되어서는 안 되는 최적화된 예시들이라는 것은 쉽게 이해될 것이다.
상술된 제2 레이어(1-15, 1-115, 1-15a 내지 1-15d) 모두를 형성하는 충격 흡수 엘라스토머는 변위 공극(1-22, 1-122, 1-22a 내지 1-22d) 속에서 이 엘라스토머가 편향되는 것을 허용함으로써 충돌 충격을 흡수하는 구성을 제공하고, 이에 의해, 엘라스토머 폴리머에 대한 손상을 방지한다. 30% 이상의 편향에서는 쿠셔닝 슬라이드에 일어나는 손상의 가능성이 증가하기 때문, 이 편향은 통상적으로 30% 미만이다.
쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)의 잠재적인 충격 흡수 성능은 제1 레이어(1-14, 1-114)와 제2 레이어(1-15, 1-115)의 인접한 접촉면을 서로 접착되지 않거나 들러붙지 않는 상태로 유지시킴으로써 강화된다. 접촉면은 제1 레이어 상부 표면(1-17, 1-117)과 제2 레이어 하부 표면(1-18, 1-118)이다. 이는 엘라스토머 상부 표면(1-17)이 압축시 제1 레이어의 하부면(1-18)을 가로질러 횡 방향으로 이동하는 것을 가능하게 한다. 그러나, 제1 레이어(1-14, 1-114)와 제2 레이어(1-15, 1-115)는 충돌 작업의 격렬한 영향을 받을 때 상호 접촉을 유지시키는 수단을 분명히 필요로 한다.
도 27는 제1 레이어(1-14, 1-114)와 제2 레이어(1-15, 1-115)를 상호 접촉 상태로 유지시키도록 구성된 고정 부재(1-23)의 다양한 예시적인 구성들을 도시한다.
도 27의 a)는 제1 레이어(1-14, 114)의 측면 외주와, 웨이트(1-3, 1-103)의 표면에 대해 실질적으로 직각인 제2 레이어(1-15, 1-115)의 외측 립(lip)부의 내측 표면에 위치되어 있는 짝을 이루는 나사산부의 형태인 고정 부재(1-23a)를 도시한다.
도 27의 b), 112의 c), 112의 d) 및 112의 e)는 또한 제1 레이어(1-14, 1-114)의 측면 외주와, 웨이트(1-3, 1-103)의 표면에 대해 실질적으로 직각인 제2 레이어(1-15, 1-115)의 외측 립부의 내측 표면에 위치되어 있는 다음과 같은 형태, 즉:
- 테이퍼진(tapered) 리세스 및 돌출하는 립부;
- O-링 시일 및 상보적인 그루브;
- 탄성 클립부 및 짝을 이루는 리세스; 및
- 톱니 모양의 상호 맞물림부
의 형태인 고정 부재(1-23b, 1-23c, 1-23d 및 1-23e)를 도시한다.
제2 레이어(1-15, 1-115)는 충분히 가요성이어서, 제1 레이어 및 대응하는 고정 부재(1-23)에 걸쳐 압축되어 제자리에서 잠금 상태가 될 수 있다. 이 대신에, 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)이 원형인 경우, 제2 레이어(1-15, 1-115)는 짝을 이루는 적합한 나사산이 도 27의 a)에 따라 제공되는 제1 레이어(1-14, 1-114) 상으로 나사 결합될 수 있다.
고정 부재(1-23f 내지 1-23k)의 또 다른 변형은 도 16과 도 18에 도시된 실시예들에 대하여 도시된 상보적인 위치에 있는 해머 웨이트(1-3)의 좁은 측벽(1-9)에 쿠셔닝 슬라이드(1-13)를 고정시키도록 도 28의 a) 내지 도 28의 f)에 도시된다.
도 28의 a)는 인접한 쿠셔닝 슬라이드(1-13) 사이에서 좁은 측벽(1-9)을 가로질러 어떠한 직접적인 물리적 연결 없이 상태로 세로 방향 선단부(1-20)에 위치되어 있는 개별적인 제1 레이어(1-14a)와 제2 레이어(1-15e)를 도시한다. 제1 레이어(1-14a)와 제2 레이어(1-15e)는 서로 직접 고정되지 않고, 그 대신 고정 부재(1-23f)는 하우징 내부 측벽(1-107)의 물리적인 근접성에 의존하여 쿠셔닝 슬라이드(1-13)를 제자리에 유지한다.
도 28의 b)는, 세로 방향 선단부(1-20) 모두에 위치되어 있고 넓은 측벽(1-8)의 부분과 좁은 측벽(1-9)의 폭을 가로질러 연장하는, 제1 레이어(1-14b)와 제2 레이어(1-15f)를 도시한다. 제1 레이어(1-14b)와 제2 레이어(1-15f)는 서로 직접 고정되어 있지 않고, 그 대신 고정 부재(1-23g)는 하우징 내부 측벽(1-107)의 물리적인 근접성에 의존하여 쿠셔닝 슬라이드(1-13)를 제자리에 유지한다.
도 28의 c)는 도 28의 b)에 도시된 바와 같이 제1 레이어(1-14b)와 제2 레이어(1-15f)의 대비되는 배열을 도시한다. 그러나, 고정 부재(1-23h)는 해머 선단부(1-20)와 제1 레이어(1-14c) 내의 대응하는 리세스들과 짝을 이루도록 위치 설정되면서 이에 적합한 형상을 가지는, 제2 레이어(1-15) 내의 돌출부로서 제공된다. 따라서, 고정 부재(1-23h)는 각각 제1 레이어(1-14c) 및 제2 레이어(1-15g)의 짝을 이루는 표면들 상에 위치된 탭 및 상보적인 리세스로 쿠셔닝 슬라이드(1-13)를 웨이트(1-3)에 고정시킨다.
도 28의 d)는 또한 도 28의 b)에 도시된 바와 같이 제1 레이어(1-14b)와 제2 레이어(1-15f)의 대비되는 배열을 도시한다. 고정 부재(1-23i)는 좁은 측벽(1-9) 내의 나사산 홀 내로 제1 레이어(1-14d) 내의 접시머리 구멍(countersunk aperture) 및 제2 레이어(1-15h) 내의 구멍을 통해 맞추어지는 나사를 구비한다.
도 28의 e)는 도 28의 b)에 도시된 바와 같이 제1 레이어(1-14c)와 제2 레이어(1-15f)의 대비되는 배열을 도시한다. 그러나, 고정 부재(1-23j)는 그 대신 한쪽의 넓은 측벽(1-8)으로부터 반대쪽에 있는 측벽(1-8) 쪽으로 제1 레이어(1-14e)와 제2 레이어(1-15i) 내의 구멍을 통해 맞추어되는 교차 핀(cross pin)을 구비한다.
도 28의 f)는 해머 웨이트(1-3) 내의 리세스가 제2 레이어(1-15g, 1-15j)의 베이스에 있는 대응하는 탭과 짝을 이루고 있으면서 도 28의 c)에 도시된 것과 대비되는 배열을 도시한다. 그러나 고정 부재(1-23k)는 역 배열로, 즉 제2 레이어(1-15j) 내의 리세스가 제1 레이어(1-14f) 내의 대응하는 돌출부와 짝을 이루도록, 제1 레이어(1-14j)를 제2 레이어(1-14f)에 고정한다.
상술된 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)은 충분한 충격 흡수 및 저 마찰 성능을 제공하면서 비교적 경량의 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)를 제공하기 위해서 UHMWEP 제1 레이어(1-14, 1-14a 내지 1-14f, 1-114) 및 폴리우레탄 엘라스토머 제2 레이어(1-15, 1-15a 내지 1-15j, 1-115)를 가진다. 위에서 논의된 바와 같이, 큰 감속력(최대 1000G)은 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)의 중량의 임의의 증가를 위하여 상당한 추가적인 힘을 만들어 낸다. 따라서, 제1 레이어(1-14, 1-114)를 위하여 강철과 같은 재료를 사용하는 것이 가능하는 한편, 이 구성은 그 고밀도에 의한 더 큰 질량체를 추가할 것이므로, 이에 따라 충돌하는 동안 UHMEPE 제1 레이어(1-14, 1-114) 보다 더 큰 관성을 가질 것이다.
도 29는 강철 제1 레이어(1-14)를 사용하는 쿠셔닝 슬라이드(1-13)의 일 실시예를 도시한다. 도 29는 강철 제1 레이어(1-14)와 엘라스토머 제2 레이어(1-15)의 분해도 및 부분 조립도이다. 강철 제1 레이어(1-14)는 복수의 분할되어 있는 벽부가 하부 표면(1-18)으로부터 멀리 직각으로 돌출되어 있는 셀 구성의 형태인 고정 부재(1-23m)의 일 부분이 형성되어 있는 종래의 평평한 상부 표면(1-16)과 하부 표면(1-18)을 가진다. 제2 레이어(1-15)는 상부 표면(1-17)으로부터 멀리 직각으로 돌출되어 있는 셀 구성인 고정 부재(1-23m)의 상보적으로 짝을 이루는 부분이 형성되어 있는 상부 표면(1-17)을 포함한다. 제1 레이어(1-14)와 제2 레이어(1-15)는 고정 부재(1-23m)의 셀 구성과 상호 맞물리고, 이에 의해 서로 고정하는 것이 가능하다. 강철 제1 레이어(1-14)와 엘라스토머 제2 레이어(1-15)의 복수의 상호 맞물림부는 웨이트 표면(1-21, 1-121)의 평면에 대하여 평행한 충격력의 영향을 받아 분리에 대해 크게 저항하는 강력한 결합(coupling)을 만들어 낸다. 상호 맞물림 고정 부재(1-23m)가 제2 레이어(1-15)의 전체 두께를 통해 하부 표면(1-19)까지 연장하지 않는다는 것이 주목될 것이다. 대신, 하부 표면(1-19)과 고정 부재(1-23m) 사이에 위치 설정된 제2 레이어(1-15)의 하부는 압축 동안에 제2 레이어(1-15) 재료의 편향을 수용하기 위하여 변위 공극(1-22)의 한 형태를 포함하는데 사용된다.
제2 레이어(1-15, 1-115)로부터 제1 레이어(1-14, 1-114)를 분리하도록 작용하는 임의의 충격력이 웨이트(1-3, 1-103)로부터 전체 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)를 분리하도록 마찬가지로 작용한다는 것이 이해될 것이다. 이는, 큰 가속력의 역효과에 대비하여 전체 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)를 웨이트(1-3, 1-103)에 고정하는 수단이 제1 레이어(1-14, 1-114)에만 가해지는 것보다 더욱 클 필요가 있다는 것으로 귀결된다. 결과적으로, 도 18 내지 도 22, 도 29 및 도 30에 도시된 바와 같이, 웨이트(1-3, 1-103)에는, 측벽(1-8, 1-108 및 1-9, 1-109) 상의 소켓(1-24, 1-124)의 형태로 제공되고 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)을 웨이트(1-3, 1-103)에 고정하는 견고한 수단이 제공된다.
도 18 내지 도 22, 도 29 및 도 30에 도시된 바와 같이, 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)는 쿠셔닝 슬라이드 외곽에 위치 설정되어 있는 유지면(1-25, 1-125)이 형성되어 있는 소켓(1-24, 1-124) 내에서 웨이트(1-3, 1-103) 상에 위치된다. 쿠셔닝 슬라이드 외곽에 있는 유지면(1-25, 1-125)은 다음과 같은 것의 주위, 즉:
- 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)의 측면 외주;
- 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113) 전체에 걸친 내측 구멍; 및/또는
- 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113) 내의 리세스
의 주위에 위치될 수 있다.
유지면(1-25, 1-125) 각각은 릿지(ridge), 숄더(shoulder), 돌출부, 리세스, 립, 돌출부, 또는 웨이트(1-3, 1-103)의 측벽(1-8, 1-9, 1-108, 1-109) 상에 있는 소켓(1-25, 1-125)에 위치되어 있는 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)의 적어도 일부와 웨이트 원위 단부(1-10, 1-110, 1-11, 1-111) 중 하나 사이에 강성 유지면을 제공하는 다른 형태로서 형성될 수 있다.
도 30에 도시된 넓은 측벽 소켓(1-124)의 유지면(1-125)은 소켓(1-124)의 안쪽으로 테이퍼진 벽(1-125)으로서 형성되어, 웨이트 측벽(1-108)에 대해 실질적으로 직각인 힘의 성분으로 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)를 웨이트 측벽(1-108)에 고정한다. 다른 유지 부재(도시되지 않음)는 역방향 테이퍼, 상부 립, O-링 그루브, 나사산, 또는 슬라이드(1-113)를 가진 다른 상호 잠금 부재를 포함할 수 있다.
전술된 실시예들에서, 소켓 유지면(1-25, 1-125) 각각은, 대응하는 측벽1-9, 1-108, 1-109)에 대해 실질적으로 직각으로 바깥쪽이나 안쪽으로 연장하는 벽으로서 형성될 수 있다.
도 31에 도시된 실시예에서, 유지면(1-25, 125)은 제2 레이어(1-15, 115) 아래의 측벽(1-108)에 있는 소켓(1-124)의 외곽 안쪽에 위치되고, 바깥쪽으로 연장하는 벽으로서 형성되어, 이에 따라 대응하는 위치 맞춤 돌출부(1-126)를 형성한다. 좁은 측벽(1-109) 상에 있는 안쪽으로 연장하는 유지면(1-125)은 위치 맞춤 돌출부(1-126)들과 같이 동일한 유지 기능을 수행하는 위치 맞춤 리세스(1-127)를 형성한다.
도 31의 실시예에서, 위치 맞춤 돌출부(1-126)는 제2 레이어(1-115) 내의 구멍(1-128) 및 제1 레이어(1-114) 내의 구멍(1-129)을 통과한다. 도 31에도 도시된 바와 같이, 반대 구성은 별개의 소켓(1-124)에 도시되어 있는데, 여기서 위치 맞춤부(1-130)는 제1 레이어(1-114)의 하부 표면(1-118)으로부터 연장하여 제2 레이어 내의 구멍(1-128)을 통해 위치 맞춤 리세스(1-127) 내로 돌출한다.
위치 맞춤 리세스(1-127) 또는 위치 맞춤 돌출부(1-126)의 사용은 도 16 내지 도 19 및 도 21 내지 도 24에 도시된 실시예들에서와 같이 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)의 전체 외주를 둘러싸는 유지면(1-125)이 없는 상태로 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)가 상부 원위면(1-110) 또는 하부 원위면(1-111)에 직접 인접하여 위치 설정되는 것을 가능하게 한다.
이러한 위치 맞춤 돌출부(1-126) 또는 위치 맞춤 리세스(1-127)를 사용하는 경우에는 소켓(1-124)이 필수적이지 않을 수 있다는 것은 이해되어야 한다. 대신, 쿠셔닝 슬라이드(1-113)는 대응하는 표면(1-108, 1-109)으로부터 바깥쪽이나 안쪽에 각각 연장하는 위치 맞춤 돌출부(1-126)나 위치 맞춤 리세스(1-127)만으로 외측 표면들(1-108, 109) 상에 직접 놓여 있을 수 있다.
도 18의 d)는 제2 레이어(1-15) 내의 구멍(1-28) 및 제1 레이어(1-14) 내의 구멍(1-29)을 통과하는 위치 맞춤 돌출부(1-26)를 가진 해머 웨이트(1-30)에 적용되는 대응하는 실시예들을 도시한다.
이전에 확인된 바와 같이, 웨이트(1-3, 1-103)와 하우징 내부 측벽(1-7, 1-107) 사이가 크게 분리될수록 힘(예를 들어, 중력)의 횡 방향 성분을 받아 웨이트가 횡 방향 속도를 증가시킬 수 있는 거리는 더 커지고, 이에 의해 결과로 생기는 충격력을 증가시킨다. 도 32과 도 33에 도시된 실시예는 해머 웨이트(1-103)의 측벽(1-108)과 선단부(1-120)에 피팅되는 한 쌍의 쿠셔닝 슬라이드(1-113)를 도시한다. 쿠셔닝 슬라이드(1-13)는 다음과 같은 것의 위, 즉:
- 제1 레이어 하부 표면(1-118);
- 제2 레이어 상부 표면(1-117);
- 제2 레이어 하부 표면(1-119); 및
- 제2 레이어(1-119)의 하부면에 인접한 웨이트 측벽 표면(1-121)
위에 위치되어 있는 다수의 사전 인장(pre-tensioning) 표면 부재(1-131, 모두 명시되지 않음)를 포함하고 있다.
그러나, 사전 인장 표면 부재(1-131)가 성공적으로 기능하기 위해서 상기 4개 표면 중 하나 위에만 형성될 필요가 있다는 것이 이해될 것이다. 도 32과 도 33에 도시된 실시예에서, 사전 인장 부재는 작은 스파이크이지만, 핀(fin), 버튼 또는 이와 유사한 것과 같은 대체물도 가능하다.
사전 인장 부재(1-131)는 제2 레이어(1-115)의 주요 평면부보다 더 용이하게 압축될 수 있는 형상과 탄성을 가진다. 또한, 사전 인장 표면 부재(1-131)는 제1 레이어(1-114)와 제2 레이어(1-115) 사이 및 제2 레이어(1-115)와 그 대응하는 측벽(1-108 또는 109) 사이에 공간을 만들어 낼 수도 있다.
사전 인장 표면 부재(1-131)는 웨이트(1-113)의 왕복 운동 동안 쿠셔닝 슬라이드의 외부 표면(1-116)을 하우징 내부 측벽(1-107)과 계속 접촉하게 바이어스하도록 형성된다. 사용시, 도 33의 a)에 도시된 바와 같이 웨이트(1-103)가 하우징 내부 측벽(1-107) 내부에 측면으로 등거리로 위치 설정되는 경우, 사전 인장 부재(1-131)는 사전 인장된다.
따라서 하우징 내부 측벽(1-107)이 평형 상태에 있는 경우(도 33a에 도시된 바와 같음), 예를 들어, 실질적으로 수직 방향으로 배향되어 있는 경우, 제1 레이어(1-114)의 외부 표면(1-116)은 하우징 내부 측벽(1-107)과 약간 접촉하도록 바이어스된다. 작동하는 동안, 웨이트(1-103)에 작용하는 힘의 임의의 횡 방향 성분은 도 33의 b)에 도시된 바와 같이 사전 인장 부재(1-131)를 압축하도록 작용한다. 그 지점으로부터 바깥쪽으로의 임의의 계속되는 압축력은 제2 레이어(1-115)의 엘라스토머를 전술된 실시예들에 대하여 논의되는 바와 같이 편향시킬 수 있다.
도 34의 a)는 외부 표면(1-216)과 내부 표면(1-218)을 구비하는 금속이나 플라스틱으로 이루어진 디스크로 형성된 제1 레이어(1-214)를 가진 대안적인 쿠셔닝 슬라이드(1-213)를 도시한다. 내부 표면(1-218)은 일정량의 디스크 두께를 기계 가공하여 형성된다. 또한, 쿠셔닝 슬라이드(1-213)는 직선으로 된 형상이나 다른 형상일 수도 있어, 이 디스크는 단지 하나의 예이다. 제2 레이어(1-215)는 엘라스토머 상부 레이어(1-231), 중간 강성 강철 또는 플라스틱 레이어(1-232) 및 하부 엘라스토머 레이어(1-233)를 포함하는 3개의 서브 레이어로 형성된다. 제2 레이어(1-215)는 제1 레이어 내부 표면(1-218)에 접하는 외측 표면(1-217)과, 왕복 운동하는 웨이트(1-3) 내의 소켓(1-24)에 접하는 제2 레이어 내부 표면(1-219)을 가진다.
이전 실시예들에 따라, 레이어(1-231, 1-232, 1-233)는 압축시 엘라스토머 레이어(1-231, 1-233)의 체적 변위를 수용하기 위해서 변위 공극이 형성되어 있을 수 있다.
중간 강성 레이어(1-232)는 엘라스토머 레이어(1-231, 1-233)를 위한 강성 경계를 제공하고, 이에 의해 엘라스토머 레이어가 압축시 횡 방향으로 편향하는 것을 보장할 수 있다. 단일의 더 두꺼운 엘라스토머 레이어는 양호한 충격 흡수성을 제공할 수 있지만, 압축 및 팽창의 양이 다수의 더 얇은 레이어와 비교하여 상대적으로 크기 때문에 과열에 취약하다.
상부 엘라스토머 레이어(1-231)는 하우징 내부 측벽(1-7, 1-107)에 대하여 제1 레이어(1-214)를 바이어스하기 위하여 사전 인장 부재를 제공하는 형상을 가진다. 사전 인장 부재는 이 예시에서 볼록한 외부 표면(1-217)을 가진 보울(bowl)로서 엘라스토머 레이어(1-231)를 형성함으로써 성취된다. 이 대신에, 도 32과 도 33에 도시된 실시예들에서와 같이, 사전 인장 표면 부재들은 릿지, 핀, 또는 제1 레이어(1-214)에 대하여 누르지만 엘라스토머 레이어(1-231, 1-233) 보다 용이하게 압축하는 다른 돌출부와 같이 활용될 수 있다.
하부 엘라스토머 레이어(1-233)는 또한 유사한 사전 인장 형상 부재가 형성되어 있고, 제1 레이어(1-214)의 외주 벽(1-235)을 수용하기 위하여 리세스(1-2234)를 더 포함한다. 리세스(1-234)는 충분히 깊어서, 비압축 상태로 조립될 때(도 33의 b)), 제1 레이어 벽(1-2235)이 리세스(1-234)의 베이스를 건드리지 않고, 이에 의해 쿠셔닝 슬라이드(1-213)가 충돌될 때 제1 레이어(1-214)의 이동을 허용한다.
쿠셔닝 슬라이드(1-213) 컴포넌트는 충돌 축을 따라 큰 가속도를 받을 때 강성 레이어(1-214, 1-232)와 엘라스토머 레이어(1-231, 1-233) 사이에서의 상대적인 미끄럼에 취약할 수 있다. 상대적인 미끄럼은 강성 레이어(1-232)가 다른 레이어(1-233, 1-231)를 이동시키거나 손상하는 것을 허용할 수 있다. 따라서, 도 34에 도시된 실시예에서, 제1 레이어(1-214)와 제2 레이어(1-215)는 강성 레이어들(1-232, 1-214)의 접촉 에지에 대한 손상, 특히 충돌 축을 따르는 높은 가속도로 인해 초래되는 손상과 같은 이러한 문제점들을 방지하기 위해서 조립될 때 딱 들어맞는 치수를 가진다.
따라서 쿠셔닝 슬라이드(1-213)는 이전 실시예들에서와 같이 단일의 제2 레이어(1-15, 1-115)에 걸쳐 개선된 충격 흡수 특성을 제공하는 층을 이룬 스택(layered stack)으로서 형성된다. 쿠셔닝 슬라이드(1-213)는 더욱 복잡하면서도 고가이지만, 쿠셔닝 슬라이드(1-13, 1-113)이 충분히 견고하지 않은 경우 극도로 큰 충격력이 존재하는 애플리케이션에서 유용할 수 있다. 따라서, 제1 레이어(1-214)는 중량이 증가하더라도 큰 충격 하중에 대하여 향상된 견고성을 제공하는 강한 내마모성을 구비한 강철이나 플라스틱으로 형성될 수 있다.
임팩트 해머의 일 실시예가 하우징(2-3) 내부에서 직선으로 이동하도록 제한된 해머 웨이트(2-2)를 포함하는 암반 파쇄 해머(2-1)의 형태로 도 35 내지 도 37에 의해 도시된다. 스트라이커 핀(2-4)이 하우징(2-3)으로부터 부분적으로 돌출하도록 하우징(2-3)의 노즈 콘 부분 내에 위치된다. 스트라이커 핀(2-4)은 2개의 단부, 즉 해머 웨이트(2-2)에 의해 충돌되는 피구동 단부(17)와 작업되는 암반 표면을 접촉하도록 하우징(2-3)을 통해 돌출하는 충돌 단부(18)를 갖는 기다란 실질적으로 원통형인 질량체이다. 하우징(2-3)은 실질적으로 기다랗고, 부착 커플링(2-6)이 하우징(2-3)의 한 단부에서 노즈 블록(2-5)이라 하는 하우징(2-3)의 일부에 부착된다. 부착 커플링(2-6)은 트랙터 굴착기 또는 이와 유사한 것과 같은 캐리어(도시되지 않음)에 임팩트 해머(2-1)를 부착하는데 사용된다.
또한, 임팩트 해머(2-1)는 노즈 블록(2-5) 내부에서 스트라이커 핀(2-4)을 횡 방향으로 둘러싸고 리코일 플레이트(2-8)의 형태인 리테이너가 끼워지는 제1 충격 흡수 어셈블리(2-7a)와 제2 충격 흡수 어셈블리(2-7b)의 형태인 충격 흡수기를 포함한다.
충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b)와 리코일 플레이트(2-8)는, 세로 방향 볼트(2-10)를 통해, 스트라이커 핀(2-4)이 관통하여 돌출하는 해머(2-1)의 원위 부분에 위치된 하우징(2-3)의 노즈 콘(2-11) 부분에 고정된 상부 캡 플레이트(2-9)에 의해 스트라이커 핀(2-4)을 둘러싸는 스택으로서 노즈 블록(2-5) 내에 함께 유지된다. 상부 캡 플레이트(2-9)는 제2 충격 흡수 어셈블리(2-7b)의 상부 탄성 레이어(2-12)를 마주치는 평평한 하부 표면을 갖는 강성의 비탄성 플레이트이다. 또한, 노즈 콘(2-11)은 제1 충격 흡수 어셈블리(2-7a)의 하부 탄성 레이어(2-12)를 마주치는 평평한 상부 표면을 갖는 강성의 피팅이다. 리코일 플레이트(2-8)는 각각 제1 충격 흡수 어셈블리(2-7a)와 제2 충격 흡수 어셈블리(2-7b)의 상부 및 하부 탄성 레이어(2-12)를 마주치는 강성의 평행한 상부 및 하부의 평평한 표면으로 형성된다. 상부 캡 플레이트(2-9), 리코일 플레이트(2-8) 및 노즈 콘(2-11)의 평평한 표면은 실질적으로 평행하고, 각각 스트라이커 핀(2-4)의 통과를 수용하도록 구멍이 형성되고 정렬된다.
도 37에서 더욱 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 개별 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b)는 복수의 개별 레이어로 구성된다. 도 35 내지 도 48에 도시된 실시예들에서, 각각의 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b)는 구멍이 형성된 강철 플레이트(2-13)의 형태인 비탄성 레이어에 의해 분리된 폴리우레탄 엘라스토머 고리형 링(2-12)의 형태의 2개의 탄성 레이어로 구성된다. 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b)은 캡 플레이트(2-9)와 노즈 콘(2-11) 사이에 유지되지만, 이와 달리 스트라이커 핀(2-4)의 세로 축에 평행한/동축인 세로 방향 이동에 제한되지 않는다. 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b), 캡 플레이트(2-9) 및 노즈 콘(2-11)에서의 상술된 구성 요소들은 접합되지 않거나, 부착되지 않거나 또는 물리적 접촉으로 물리적으로 유지되는 것 외에 함께 연결되는 어떠한 다른 방식으로도 있지 않는다.
스트라이커 핀(2-4)은, 각각의 핀(2-14)의 일부가 스트라이커 핀(2-4) 내에 형성된 리세스(2-15) 내로 안쪽으로 부분적으로 돌출하도록, 리코일 플레이트(2-8)를 통해 횡 방향으로 지나가는 2개의 유지 핀(2-14)의 형태인 미끄럼 이동 가능한 커플링에 의해 임팩트 해머(2-1)에 부착된다. 미끄럼 이동 가능한 커플링은 (스트라이커 핀(2-4)의 피구동 단부에 대한) 원위 이동 스톱(2-20) 및 근위 이동 스톱(2-21) 사이의 리세스 코일(2-15)의 길이에 의해 정의되는 유지 위치에서 스트라이커 핀(2-4)을 리코일 플레이트(2-8)에 연결한다.
각각의 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b) 내의 폴리우레탄 링(2-12)은 노즈 블록(2-5)의 내벽 상에 위치되고 스트라이커 핀 세로 축에 실질적으로 평행하게 배향되는 기다란 슬라이드(2-16)의 형태인 가이드 요소에 의해 스트라이커 핀 세로 축에 수직인 위치에 유지된다.
각각의 폴리우레탄 링(2-12)은 폴리우레탄 링(2-12)의 평면에서 외부 주변부(2-23)로부터 바깥쪽으로 반경 방향으로 연장하는 작은 둥근 돌출부(2-17)를 포함한다. 기다란 슬라이드(2-16)는 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b)가 횡 방향 정렬으로 유지될 수 있게 하도록 돌출부(2-17)에 대하여 상보적인 프로파일로 형성되는 기다란 그루브로 구성된다. 이것은 폴리우레탄 링(2-12)이 하우징(2-3)의 내벽에 충돌하는 것을 방지하면서도 링(2-12)이 횡 방향으로 팽창할 수 있게 한다. 즉, 링(2-12)을 스트라이커 핀(2-4)에 동축이 되도록 중심을 갖게 유지하여, 이에 따라 폴리우레탄 링(2-12)에 대한 어떠한 결과적인 마모/과열 손상을 방지한다.
기다란 슬라이드(2-16)는 일반적으로 탄성 레이어(2-12)와 유사한 탄성 재료, 예를 들어 폴리우레탄으로부터 형성된 기다란 직사각형 패널이다. 그러나, 바람직하게는 기다란 슬라이드(2-16)는 훨씬 더 부드러운 탄성 재료, 즉 더 낮은 탄성 계수를 갖는 재료로부터 형성된다. 이것은 다음의 2가지 주요 이점을 제공한다:
1. 기다란 슬라이드(2-16)는 폴리우레탄 고리형 링(2-12)들로부터 더 쉽게 마모된다. 결과적으로, 마모될 때 기다란 슬라이드(2-16)가 용이하게 교체될 수 있고 고리형 링(2-12)을 교체하기 위하여 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b)의 제거 및 해체를 필요로 하지 않기 때문에 유지비가 비용이 감소된다.
2. 기다란 슬라이드(2-16)는 하중을 받을 때 고리형 링(2-12)의 횡 방향 편향에 대한 저항을 실질적으로 제공하지 않고, 이에 따라 돌출부(2-17)가 실패를 야기할 수 있는 국지적으로 압축할 수 없게 되는 것을 방지한다.
충격 흡수 과정 동안, 엘라스토머 링(2-12)이 횡 방향으로 편향함에 따라, 돌출부(2-17)는 기다란 슬라이드(2-16)가 폴리우레탄 링(2-12)과 함께 스트라이커 핀 세로 축에 평행하게 이동하기 시작하는 지점에 압력이 도달할 때까지 기다란 슬라이드(2-16)와 접촉하도록 바깥으로 힘을 받는다.
도 35에서 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 각각의 돌출부(2-17)는 돌출 선단부에서 실질적으로 오목한 리세스(2-19)를 포함한다. 각각의 리세스(2-19)는 탄성 레이어(2-12)의 평면에서 기하학적 회전축으로 배향된 부분적으로 원통인 부분이다. 압력 하중을 받을 때, 탄성 레이어(2-12)의 수직 중심은 최대 규모로 횡 방향으로 바깥으로 변위된다. 리세스(2-19)는 이에 의해 탄성 레이어(2-12)가 돌출부(2-17)의 중심이 돌출부(2-17)의 둘레를 넘어 불룩하게 되게 하지 않으면서 바깥쪽으로 팽창할 수 있게 한다.
도 38a, 도 38b, 도 39a, 도 39b, 도 40a 및 도 40b는, 모두 해머 웨이트(2-2)가 스트라이커 핀(4)에 충돌하기 전(도 38a, 도 39a, 도 40a)과 후(도 38b, 도 39b, 도 40b)의, 유효 타격, 오타격 및 무효 타격을 수행하는 암반 파쇄 해머(1) 형태인 임팩트 해머를 각각 도시한다.
일반적인 사용(도 38a 및 204b에 도시된 바와 같음) 에 있어서, 스트라이커 핀(2-4)의 하부 팁은 암반(2-18) 상에 놓이고, 해머(2-1)는 유지 핀(14)이 리세스(2-15)의 원위 이동 스톱(2-20)에 맞닿을 때까지 강하된다. 이것은 "준비된(primed)" 위치라 한다. 그 다음, 해머 웨이트(2-2)는 하우징(2-3) 내부의 스트라이커 핀(2-4)의 상부 단부 상으로 낙하하는 것이 허용되고, 결과에 따른 힘이 스트라이커 핀(2-4)을 통해 암석(2-18)에 전달된다. 충격이 암반(2-18)의 성공적인 파쇄를 제공할 때, 도 38b에 도시된 바와 같이, 해머 웨이터(2-2)로부터의 충돌 에너지의 사실상 전부가 소산되어 거의 남아 있지 않을 수 있지만, 만약 소산되지 않고 일부가 남아 있다면, 힘은 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b) 중의 어느 하나에 의해 흡수될 필요가 있다.
도 39a와 도 39b는 암반(2-18) 또는 유사한 것에 충돌하는 것에 의한 구속 없이 해머 웨이트(2-2)가 스트라이커 핀(2-4)에 충돌하는 "오타격" 또는 "헛타격(dry hit)"의 효과를 도시한다. 결과적으로, 해머 웨이트(2-2)의 충돌 에너지의 전부 또는 실질적인 부분은 해머(2-1)에 전달된다. 스트라이커 핀(2-4)에 충돌하는 해머 웨이트(2)의 하향력은 리세스(2-15)의 상부 단부에 있는 근위 이동 스톱(2-21)이 유지 핀(2-14)과 접촉하게 한다. 결과적으로, 리코일 플레이트(2-8)는 아래쪽으로 힘을 받고, 이에 따라 리코일 플레이트(2-8)와 노즈 콘(2-11) 사이의 하부 충격 흡수 어셈블리(2-7a)를 압축한다. 충돌 충격을 흡수하는 과정에서, 압축력은 스트라이커 핀 세로 축에 직각으로 폴리우레탄 링(2-12)을 횡 방향으로 변위시킨다. 강철 플레이트(2-13)는 폴리우레탄 링이 상호 접촉하는 것을 방지하여, 이에 의해 마모를 회피시키면서, 또한 단일의 통합된 탄성 부재의 사용과 비교하여 충격 흡수 어셈블리(2-7a) 내의 모든 탄성 폴리우레탄 링(12)의 충격 흡수 성능을 최대화한다.
상당한 정도의 열이 '헛타격'에서 생성된다. 그러나, 충격 작업을 계속하기 전에 운전자에 의해 냉각 기간이 허용된다면, 여러 차례의 이러한 타격이 연속된다 하더라도 폴리우레탄 링(2-12)에 대한 영구 손상을 회피할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이상적으로는, 폴리우레탄 링(2-12)의 변형은 가해진 힘의 방향으로의 두께에서 대략 30%의 변화보다 더 작지만, 이것은 헛타격에서 50%까지 증가할 수 있다.
도 40a와 도 40b는 스트라이커 핀(2-4) 상의 해머 웨이트(2-2)의 충격력이 암반을 파쇄하기에는 불충분하여, 스트라이커 핀(2-4)이 왕복 운동 경로 상에서 하우징(2-3) 내로 반동(되튐)하는 것을 야기하게 되는 무효 타격의 효과를 도시한다. 이것은 유지 핀(2-14)이 스트라이커 핀 리세스(15)의 최하부 단부와 접촉하게 한다. 결과적으로, 상향력이 리코일 플레이트(2-8)를 통해 상부 충격 흡수 어셈블리(2-7b)에 전달되어, 가해지는 힘을 흡수하는 동안 탄성 폴리우레탄 링(2-12)이 횡 방향으로 편향하게 한다. 따라서, 충격 흡수 어셈블리(2-7b)는 해머(2-1) 및/또는 캐리어(도시되지 않음)에 대한 반동력의 악효과를 완화시킨다.
도 41 내지 도 48는 도 35 내지 도 37에 도시된 것에 대안적인 가이드 요소를 활용하는 대안적인 실시예들을 도시한다.
도 35 내지 도 37에 도시된 바와 같은 실시예는 세로 방향 리세스와 탄성 레이어 상에 형성된 상보적인 돌출부(2-17)로 형성된 기다란 슬라이드(2-16) 가이드 요소를 도시한다. 역구성이 도 41과 도 42에 도시된 실시예에서 채용되고, 이에 의해 기다란 슬라이드(2-116)는 세로 방향 돌출부(2-117)로 형성되고, 탄성 레이어(2-12)의 외주 에지(2-23)의 일부는 기다란 슬라이드(2-116) 상의 돌출부(2-117)의 프로파일과 일치하는 대응하는 리세스로서 형성된다. 제1 실시예와 제2 실시예 모두에서의 기다란 슬라이드(2-16, 116)는 이전에 설명된 바와 같이 탄성 레이어(2-12)의 중심 맞춤에 있어서 동일하게 기능한다.
대안적인 일 실시예(도시되지 않음)에서, 기다란 슬라이드(2-16, 2-116) 형태의 가이드 요소가 스트라이커 핀(2-4)의 외부 상에 배열될 수 있다. 또한, 탄성 레이어 내부 주변부(2-24)와 스트라이커 핀(2-4) 사이의 미끄럼 이동 가능한 결합은 기다란 슬라이드 가이드 요소 상의 리세스와 탄성 레이어 주변부(2-24) 상의 돌출부에 의해 형성될 수 있거나, 그 반대로 형성될 수 있다.
도 43과 도 44(각각 측면도와 평면 단면도이다)는 위치 맞춤 핀(2-22) 형태인 가이드 요소를 포함한다. 등간격으로 이격된 위치 맞춤 핀(2-22)은 탄성 레이어(2-12)를 통과하기 위하여 스트라이커 핀 세로 축과 실질적으로 평행하게 배향된 외부 횡 방향 주변부(2-23)와 내부 횡 방향 주변부(2-24)와 사이의 비탄성 레이어(2-13)의 평평한 표면 상에 위치된다.
개별 핀(2-22)은 비탄성 레이어(2-13)의 반대편에 있는 측부 상에 위치된 2개의 위치 맞춤 핀을 포함하는 다양한 구성으로 형성될 수 있거나, 비탄성 강철 플레이트(2-13)를 통해 고정되고 양측 상에서 탄성 레이어(2-12)를 통과하는 실질적으로 단일의 연속하는 핀으로서 형성될 수 있다. 도 43는 위치 맞춤 핀(2-22)이 비탄성 레이어(2-13)의 반대편에 있는 측부 상에 동축으로 정렬된 2개의 별개의 요소로서 형성되는 구성을 도시한다. 그러나, 비탄성 레이어(2-13)의 어느 측 상에서의 위치 맞춤 핀(2-22)도 정렬될 필요는 없고 개수가 동일할 필요도 없다는 것이 이해될 것이다.
탄성 레이어(2-12)는 압축 하에서 노즈 블록(2-5)의 측벽(2-27)을 향하여 횡 방향으로 바깥쪽으로 그리고 스트라이커 핀(2-4)을 향하여 안쪽으로 편향한다. 위치 맞춤 핀(2-22)은 외부 횡 방향 주변부(2-23)와 내부 횡 방향 주변부(2-24) 사이의 널 포인트 경로(null-point path)(2-25) 상의 지점에 위치 설정된다. 이 널 포인트 경로(2-25)가 충격 흡수 동안 횡 방향으로 정지되기 때문에, 탄성 레이어(2-12)와 위치 맞춤 핀 가이드 요소(2-22) 사이의 상대적인 이동이 없고, 따라서 그 사이에 인장(tension)도 없고 압축(compression)도 없다. 탄성 레이어(2-12)의 중심 맞춤을 보장하기 위하여 2 이상의 핀(2-22)을 포함하는 대안적인 구성이 채용될 수 있다는 것이 당해 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 위치 맞춤 핀(2-22)(도 43에 도시된 바와 같음)의 위치를 포함하는 널 포인트 경로(2-25)는 외부 횡 방향 주변부(2-23)와 내부 횡 방향 주변부(2-24) 사이에 위치된 대체로 고리형의 널 포인트 경로(2-25) 상에 위치된다.
도 45과 도 46는 4개의 노즈 블록 측벽(2-27)의 각각에 인접하게 중심에 위치된 노즈 블록 볼트(2-10)의 형태인 4개의 고정점(anchor point)(2-29)과 각각의 탄성 레이어(2-12)를 둘러싸는 인장 밴드(tension band)(2-26)의 형태로 가이드 요소를 포함하는 추가 실시예를 도시한다. 별개의 인장 밴드(2-26)가 각각의 탄성 레이어(2-12)에 대하여 제공되고 스트라이커 핀(2-4) 중심으로 중심을 둔 위치로부터 탄성 레이어(2-12)의 변위에 의해 발생되는 복원 반발력을 가한다. 그러나, 인장 밴드(2-26)가 상이한 개수의 고정점(2-29) 및/또는 대응하는 탄성 레이어(2-12)뿐만 아니라 노즈 블록 측벽(2-27)의 다른 부분이나 그에 대한 부착물 주위로 통과하도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
또한, 인장 밴드(2-26)는 엘라스토머와 같은 탄성 재료로 형성될 수 있다. 각각의 고정점(2-29) 뒤로 지나가는 인장 밴드(2-26)는 인접하는 노즈 블록 측벽(2-27) 내의 얕은 만입부(intent)(2-28)를 통과하고, 이에 의해 사용시 밴드(2-26)가 노즈 볼트(2-10)의 위나 아래로 말리거나 미끄러지는 것을 방지한다.
탄성 레이어(2-12) 상으로 인장 밴드(2-26)에 의해 가해지는 중심 맞춤 힘은 밴드(2-26)가 탄성 레이어(2-23)의 외부 주변부(2-23)에 의해 인접한 고정점(2-29) 사이의 직접적인 경로로부터 변위되는 정도에 비례한다. 스트라이커 핀 세로 축을 중심으로 하는 고정점(2-29)과 탄성 레이어(2-13)의 대칭 배열은 스트라이커 핀 세로 축을 중심으로 중심 맞춤 힘을 생성한다.
도 47과 도 48a는 노즈 블록 측벽(2-27)과 접촉하도록 탄성 레이어 외부 주변부(2-23)로부터 직접 돌출하는 지지되는 안정화 부재(2-30)의 형태인 가이드 요소를 포함하는 또 다른 실시예를 도시한다. 비탄성 레이어(2-13)의 평평한 표면은 실질적인 직사각형 중심 부분과, 중심 직사각형의 외부 주변부(2-23)의 4개의 선단부에 위치된 4개의 탭 부분(2-31)으로 형성된다. 비탄성 레이어(2-13)의 각각의 선단부에 위치된 탭 부분(2-31)은 노즈 블록 측벽(2-27)에 가까이 근접하여 인접한 노즈 볼트(2-10) 사이를 지나간다. 외부 주변부(2-23)로부터 돌출하는 안정화 부재(2-30)는 충돌 사용 동안 횡 방향 편향을 허용하기 위하여 경계를 이용하여 비탄성 레이어 외부 주변부(2-34)의 형상을 대략적으로 미러링한다. 탭 부분(2-31)이 노즈 블록 측벽(2-27)에 가장 가까이 근접하게 되는 경우에, 안정화 부재(2-30)는 충돌 사용 동안 측벽을 접촉하기에 충분히 가까워, 중심 맞춤 효과 및 안정화 효과를 제공한다. 안정화 부재(2-30)를 포함하는 탄성 레이어(2-12)의 나머지가 비탄성 레이어(2-13)에 의해 지지됨에 따라, 탄성 레이어(2-12) 상의 손상 마모의 가능성이 약화된다.
도 48b와 도 48c는 도 48a에 도시된 실시예의 변형을 포함하고 노즈 블록 측벽(2-27)에 인접한 지지되는 안정화 특징(2-30)의 절단선 AA를 따라 얻어진 확대 측면도를 도시하는 제5 실시예와 제6 실시예를 예시한다.
도 48b는 외부 주변부의 테이퍼진 부분(2-36)이 비탄성 레이어(2-13)의 상부 및 하부 표면 상의 외주 에지(2-34)로 연장하는 비탄성 레이어(2-13)가 끼워진 한 쌍의 탄성 레이어(2-12)를 도시한다.
도 48c는 각각 비탄성 레이어(2-13)에 인접한 탄성 레이어(2-12)의 표면 상의 외주 에지(2-23)로 연장하는 테이퍼진 부분(2-37)을 갖는 외부 주변부를 가진 한 쌍의 탄성 레이어(2-12) 사이에 끼워진 비탄성 레이어(2-13)를 도시한다.
도 48b의 실시예는 인접하는 탄성 레이어(2-12)를 압축시키는 강성 비탄성 레이어(2-13)의 부피를 감소시켜 외부 주변부의 테이퍼진 부분(2-37)에서의 압축 감소 동안 압력 감소를 생성한다.
도 48c에 도시된 실시예에 대하여 테이퍼진 부분(2-37)에 의해 발생되는 탄성 레이어(2-12) 재료의 체적 감소는 도 35에 대하여 설명된 부분적인 원통형 단면 리세스(2-19)의 효과에 직접 비교할 수 있다.
계속되는 사용에 걸쳐, 스트라이커 핀(2-4)의 측부는 캡 플레이트(2-9)와 이것이 노즈 블록(2-5)을 통과하는 노즈 플레이트(2-11)를 마모시킨다. 결과적으로, 스트라이커 핀의 세로 축은 충돌 축(2-100)으로부터 오정렬되어, 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b)를 노즈 블록 측벽(2-27)에 더 가까이 가져온다. 충격 흡수 어셈블리(2-7a, 2-7b)와 노즈 블록 측벽(2-27) 사이의 해로운 접촉을 방지하기 위하여, 어느 정도의 횡 방향 여유가 스트라이커 핀(2-4)과 내부 비탄성 레이어 주변부(2-35) 사이나 노즈 블록 측벽(2-27)과 외부 비탄성 레이어 주변부(2-34) 사이에(도 42에 도시된 바와 같음) 포함된다. 임팩트 해머(2-1)는 이에 따라 캡 플레이트(2-9)와 노즈 플레이트(2-11)에 대하여 유지 보수가 필요하기 전에 어느 정도의 마모를 수용할 수 있다.
비탄성 레이어(2-13)가 이에 따라 스트라이커 핀(2-4)의 둘레에 대한 이의 근접성에 의해 중심 맞춤되더라도, 비탄성 레이어(2-13)는 이의 균일한 내부 원형 단면 때문에 사용하는 동안 스트라이커 핀(2-4)을 중심으로 회전할 수 있다. 따라서, 비탄성 레이어(2-13)와 노즈 블록 측벽(2-27) 및/또는 노즈 볼트(2-10) 사이의 임의의 해로운 간섭을 방지하기 위하여, 내측 노즈 블록 측벽(2-27)에는 한 쌍의 노즈 블록(2-10) 사이에 배치되고 스트라이커 핀(2-4)을 향하여 횡 방향으로 안쪽으로 연장하는 한 쌍의 실질적으로 기다란 입방체 제한 요소(2-33)가 제공된다. 제한 요소(2-33)는, 세로 방향 충돌 축(2-100)에 평행한 이동을 허용하면서, 임의의 회전을 막기 위하여 비탄성 레이어(2-13)에 충분히 가깝게 되도록 위치 설정되고 치수가 정해진다. 스트라이커 핀 세로 축과 충돌 축(2-100)이 마모 때문에 약간 벌어질 수 있더라도 모든 도면은 마모가 없는 상황을 도시하고 따라서 2개의 축은 동축이다.
대안적인 실시예(도시되지 않음)에서, 비탄성 레이어(2-12)는 노즈 볼트(2-10) 및/또는 노즈 블록 벽(2-27)의 적어도 일부에 바로 인접하게 위치 설정된 외부 주변부(2-34)로 구성되고, 간극이 내측 비탄성 레이어 외주(2-24)와 스트라이커 핀(2-4) 사이에 여유 간격을 둔다.
본 발명의 양태들은 예로써 설명되어 있을 뿐이고, 수정이나 추가 사항이 본 발명의 사상의 범위를 벗어나지 않고 행해질 수 있다는 것은 이해되어야 한다.
본 명세서의 개시 내용이 개별적으로, 부분적으로, 또는 집합적으로 임의의 하나의 실시예 또는 양태의 특징, 컴포넌트, 방법 또는 양태 중의 하나 이상이 임의의 다른 실시예 또는 양태의 임의의 다른 특징과 임의의 방식으로 조합될 수 있는 실시예를 포함하고, 명시적으로 달리 언급되지 않는다면 본 개시 내용이 어떠한 가능한 조합도 배제하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
(1) 임팩트 해머 (41) 고리형 멤브레인
(2) 굴착기 (42) 공극
(3) 인간 운전자 (43) 하향 스트로크 벤트
(4) 스트라이커 핀 (44) 밸브
(5) 작업 표면 (45) 진공 펌프
(6) 하우징 (46) 진공 탱크
(7) 굴착기 아암 (47) 리세스(스트라이커 핀)
(8) 격납 표면 (48) 원위 이동 스톱
(9) 해머 웨이트 (49) 근위 이동 스톱
(10) 충돌 축 (50) 제1(상부) 충격 흡수 어셈블리
(11) 구동 메커니즘 (51) 제2(하부) 충격 흡수 어셈블리
(12) 스트롭 (52) 탄성 레이어
(13) 상부면(해머 웨이트) (53) 비탄성 레이어
(14) 시브 (54) 내부 측벽(노즈 블록)
(15) 하부 충돌 면(해머 웨이트) (55) 독립적인 밀봉 레이어
(16) 측면(해머 웨이트) (56) 노즈 콘 링 시일
(17) 피구동 단부(스트라이커 핀) (57) 고리형 리세스(노즈 콘)
(18) 충돌 단부(스트라이커 핀) (58) 통합된 탄성 레이어 시일
(19) 충격 흡수기 (59) 개별 탄성 레이어 시일
(20) 노즈 블록 (60) 비탄성 레이어 시일
(21) 캡 플레이트 (61) 밀접한 피트 시일
(22) 진공 챔버 (62) 리코일 플레이트 링 시일
(23) 진공 피스톤 면 (63) 고리형 리세스(리코일 플레이트)
(24) 상부 진공 실링 (64) 가요성 다이어프램
(25) 하부 진공 실링 (65) 외부 림
(26) 리코일 플레이트 (66) 정적 시일
(27) 유지 핀 (67) 최대 충격 높이(종래 기술)
(28) 노즈 콘 (68) 경사진 낙하 높이(종래 기술)
(29) 부착 커플링 (69) 최대 낙하 높이
(30) 쿠셔닝 슬라이드 시일 (70) 경사진 낙하 높이
(31) 인웨이트 시일 (71) 무한 궤도 캐리어
(32) V 형상 돌출부 (72) 방위 크래들
(33) 보유 리세스 (73) 공극 감소 폼
(34) 바이어스 수단 (74) 중재 레이어 외주 림 부분
(35) 필렛 (75) 개별 탄성 또는 비탄성 레이어 시일
(36) 프리로드 (100) 종래 기술의 임팩트 해머
(37) 꼭지점 (200) 로봇 터널링 임팩트 해머
(38) 중재 요소 (1-101) 대형 임팩트 해머
(39) 스트랩 (1-102) 대형 굴착기
(40) 가요성 시일 (1-103) 웨이트
(1-1) 임팩트 해머 (1-104) 스트라이커 핀
(1-2) 소형 굴착기 (1-109) 좁은 측벽
(1-3) 해머 웨이트 (1-110) 상부 원위면
(1-4) 도구 단부 (1-111) 하부 원위면
(1-5) 작업 표면 (1-112) 직선형 충돌 축
(1-6) 하우징 (1-113) 쿠셔닝 슬라이드
(1-7) 하우징 내부 측벽 (1-114) 제1 레이어
(1-8) 넓은 측벽 (1-115) 제2 레이어
(1-9) 좁은 측벽 (1-116) 외부 표면 - 제1 레이어
(1-10) 상부 원위면 (1-117) 외측 표면 - 제2 레이어
(1-11) 하부 원위면 (1-118) 하부면 - 제1 레이어
(1-12) 충돌 축 (1-119) 내부 표면 - 제2 레이어
(1-13) 쿠셔닝 슬라이드 (1-120) 세로 방향 선단부
(1-14) 제1 레이어 (1-121) 제2 레이어 아래의 웨이트
(1-15) 제2 레이어 (1-122) 변위 공극
(1-15a 내지 1-15d) 제2 레이어 (1-123) 고정 부재
(1-16) 외부 표면 - 제1 레이어 (1-124) 소켓
(1-17) 외측 표면 - 제2 레이어 (1-125) 유지면
(1-17a 내지 1-17d) 외측 표면 - 제2 레이어 (1-126) 위치 맞춤 돌출부
(1-18) 하부면 - 제1 레이어 (1-127) 위치 맞춤 리세스
(1-19) 내부 표면 - 제2 레이어 (1-128) 구멍 - 제2 레이어
(1-19a 내지 1-19d) 내부 표면 - 제2 레이어 (1-129) 구멍 - 제1 레이어
(1-20) 세로 방향 선단부 (1-130) 위치 맞춤부
(1-21) 제2 레이어 아래의 웨이트 표면 (1-131) 인장 부재
(1-22) 변위 공극 (1-213) 쿠셔닝 슬라이드
(1-22a 내지 1-22d) 변위 공극 (1-214) 제1 레이어
(1-23a 내지 1-23e) 고정 부재 (1-215) 제2 레이어
(1-23f 내지 1-23k) 고정 부재 (1-216) 제1 레이어 외부 표면
(1-23m) 고정 부재 (1-217) 제2 레이어 외측 표면
(1-24) 소켓 (1-218) 제1 레이어 내부 표면
(1-25) 유지면 (1-219) 제2 레이어 내부 표면
(1-26) 위치 맞춤 돌출부 (1-231) 상부 서브 레이어
(1-27) 위치 맞춤 리세스 (1-232) 중간 서브 레이어
(1-28) 구멍 - 제2 레이어 (1-233) 하부 서브 레이어
(1-29) 구멍 - 제1 레이어 (1-234) 하부 서브 레이어 리세스
(1-30) 위치 맞춤부 (1-235) 하부 레이어 측벽
(1-105) 작업 표면 (2-20) 원위 이동 스톱
(1-106) 하우징 (2-21) 근위 이동 스톱
(1-107) 하우징 내부 측벽 (2-22) 위치 맞춤 핀 가이드 요소
(1-108) 넓은 측벽 (2-23) 외부 주변부 - 탄성 레이어
(2-1) 암반 파쇄 해머 (2-24) 내부 주변부 - 탄성 레이어
(2-2) 해머 웨이트 (2-25) 널 포인트 경로/위치
(2-3) 하우징 (2-26) 인장 밴드 가이드 요소
(2-4) 스트라이커 핀 (2-27) 노즈 블록 측벽
(2-5) 노즈 블록 (2-28) 만입부 - 노즈 블록 벽
(2-6) 부착 커플링 (2-29) 고정점
(2-7a) 제1 충격 흡수 어셈블리 (2-30) 안정화 부재 가이드 요소
(2-7b) 제2 충격 흡수 어셈블리 (2-31) 탭 부분
(2-8) 리코일 플레이트 형태의 리테이너 (2-32) 횡 방향 간극
(2-9) 상부 캡 플레이트 (2-33) 제한 요소
(2-10) 노즈 블록 볼트 (2-34) 외부 주변부 - 비탄성 레이어
(2-11) 노즈 콘 (2-35) 내부 주변부 - 비탄성 레이어
(2-12) 탄성 레이어/폴리우레탄 (2-36) 외부 주변부 테이퍼 - 비탄성 레이어
(2-13) 비탄성 레이어 - 강철 플레이트
(2-37) 외부 주변부 테이퍼 - 탄성 레이어
(2-14) 유지 핀 (2-100) 충돌 축
(2-15) 리세스
(2-16) 기다란 슬라이드 가이드 요소
(2-116) 기다란 슬라이드
(2-17) 세로 방향 돌출부
(2-117) 세로 방향 돌출부
(2-18) 암반
(2-19) 오목한 리세스
부록 A
[표 1]
[표 2]
[표 3]
[표 4]
[표 5]
[표 6]
[표 7]
[표 8]
[표 9]
[표 10]
[표 11]
[표 12]
[표 13]
[표 14]
(2) 굴착기 (42) 공극
(3) 인간 운전자 (43) 하향 스트로크 벤트
(4) 스트라이커 핀 (44) 밸브
(5) 작업 표면 (45) 진공 펌프
(6) 하우징 (46) 진공 탱크
(7) 굴착기 아암 (47) 리세스(스트라이커 핀)
(8) 격납 표면 (48) 원위 이동 스톱
(9) 해머 웨이트 (49) 근위 이동 스톱
(10) 충돌 축 (50) 제1(상부) 충격 흡수 어셈블리
(11) 구동 메커니즘 (51) 제2(하부) 충격 흡수 어셈블리
(12) 스트롭 (52) 탄성 레이어
(13) 상부면(해머 웨이트) (53) 비탄성 레이어
(14) 시브 (54) 내부 측벽(노즈 블록)
(15) 하부 충돌 면(해머 웨이트) (55) 독립적인 밀봉 레이어
(16) 측면(해머 웨이트) (56) 노즈 콘 링 시일
(17) 피구동 단부(스트라이커 핀) (57) 고리형 리세스(노즈 콘)
(18) 충돌 단부(스트라이커 핀) (58) 통합된 탄성 레이어 시일
(19) 충격 흡수기 (59) 개별 탄성 레이어 시일
(20) 노즈 블록 (60) 비탄성 레이어 시일
(21) 캡 플레이트 (61) 밀접한 피트 시일
(22) 진공 챔버 (62) 리코일 플레이트 링 시일
(23) 진공 피스톤 면 (63) 고리형 리세스(리코일 플레이트)
(24) 상부 진공 실링 (64) 가요성 다이어프램
(25) 하부 진공 실링 (65) 외부 림
(26) 리코일 플레이트 (66) 정적 시일
(27) 유지 핀 (67) 최대 충격 높이(종래 기술)
(28) 노즈 콘 (68) 경사진 낙하 높이(종래 기술)
(29) 부착 커플링 (69) 최대 낙하 높이
(30) 쿠셔닝 슬라이드 시일 (70) 경사진 낙하 높이
(31) 인웨이트 시일 (71) 무한 궤도 캐리어
(32) V 형상 돌출부 (72) 방위 크래들
(33) 보유 리세스 (73) 공극 감소 폼
(34) 바이어스 수단 (74) 중재 레이어 외주 림 부분
(35) 필렛 (75) 개별 탄성 또는 비탄성 레이어 시일
(36) 프리로드 (100) 종래 기술의 임팩트 해머
(37) 꼭지점 (200) 로봇 터널링 임팩트 해머
(38) 중재 요소 (1-101) 대형 임팩트 해머
(39) 스트랩 (1-102) 대형 굴착기
(40) 가요성 시일 (1-103) 웨이트
(1-1) 임팩트 해머 (1-104) 스트라이커 핀
(1-2) 소형 굴착기 (1-109) 좁은 측벽
(1-3) 해머 웨이트 (1-110) 상부 원위면
(1-4) 도구 단부 (1-111) 하부 원위면
(1-5) 작업 표면 (1-112) 직선형 충돌 축
(1-6) 하우징 (1-113) 쿠셔닝 슬라이드
(1-7) 하우징 내부 측벽 (1-114) 제1 레이어
(1-8) 넓은 측벽 (1-115) 제2 레이어
(1-9) 좁은 측벽 (1-116) 외부 표면 - 제1 레이어
(1-10) 상부 원위면 (1-117) 외측 표면 - 제2 레이어
(1-11) 하부 원위면 (1-118) 하부면 - 제1 레이어
(1-12) 충돌 축 (1-119) 내부 표면 - 제2 레이어
(1-13) 쿠셔닝 슬라이드 (1-120) 세로 방향 선단부
(1-14) 제1 레이어 (1-121) 제2 레이어 아래의 웨이트
(1-15) 제2 레이어 (1-122) 변위 공극
(1-15a 내지 1-15d) 제2 레이어 (1-123) 고정 부재
(1-16) 외부 표면 - 제1 레이어 (1-124) 소켓
(1-17) 외측 표면 - 제2 레이어 (1-125) 유지면
(1-17a 내지 1-17d) 외측 표면 - 제2 레이어 (1-126) 위치 맞춤 돌출부
(1-18) 하부면 - 제1 레이어 (1-127) 위치 맞춤 리세스
(1-19) 내부 표면 - 제2 레이어 (1-128) 구멍 - 제2 레이어
(1-19a 내지 1-19d) 내부 표면 - 제2 레이어 (1-129) 구멍 - 제1 레이어
(1-20) 세로 방향 선단부 (1-130) 위치 맞춤부
(1-21) 제2 레이어 아래의 웨이트 표면 (1-131) 인장 부재
(1-22) 변위 공극 (1-213) 쿠셔닝 슬라이드
(1-22a 내지 1-22d) 변위 공극 (1-214) 제1 레이어
(1-23a 내지 1-23e) 고정 부재 (1-215) 제2 레이어
(1-23f 내지 1-23k) 고정 부재 (1-216) 제1 레이어 외부 표면
(1-23m) 고정 부재 (1-217) 제2 레이어 외측 표면
(1-24) 소켓 (1-218) 제1 레이어 내부 표면
(1-25) 유지면 (1-219) 제2 레이어 내부 표면
(1-26) 위치 맞춤 돌출부 (1-231) 상부 서브 레이어
(1-27) 위치 맞춤 리세스 (1-232) 중간 서브 레이어
(1-28) 구멍 - 제2 레이어 (1-233) 하부 서브 레이어
(1-29) 구멍 - 제1 레이어 (1-234) 하부 서브 레이어 리세스
(1-30) 위치 맞춤부 (1-235) 하부 레이어 측벽
(1-105) 작업 표면 (2-20) 원위 이동 스톱
(1-106) 하우징 (2-21) 근위 이동 스톱
(1-107) 하우징 내부 측벽 (2-22) 위치 맞춤 핀 가이드 요소
(1-108) 넓은 측벽 (2-23) 외부 주변부 - 탄성 레이어
(2-1) 암반 파쇄 해머 (2-24) 내부 주변부 - 탄성 레이어
(2-2) 해머 웨이트 (2-25) 널 포인트 경로/위치
(2-3) 하우징 (2-26) 인장 밴드 가이드 요소
(2-4) 스트라이커 핀 (2-27) 노즈 블록 측벽
(2-5) 노즈 블록 (2-28) 만입부 - 노즈 블록 벽
(2-6) 부착 커플링 (2-29) 고정점
(2-7a) 제1 충격 흡수 어셈블리 (2-30) 안정화 부재 가이드 요소
(2-7b) 제2 충격 흡수 어셈블리 (2-31) 탭 부분
(2-8) 리코일 플레이트 형태의 리테이너 (2-32) 횡 방향 간극
(2-9) 상부 캡 플레이트 (2-33) 제한 요소
(2-10) 노즈 블록 볼트 (2-34) 외부 주변부 - 비탄성 레이어
(2-11) 노즈 콘 (2-35) 내부 주변부 - 비탄성 레이어
(2-12) 탄성 레이어/폴리우레탄 (2-36) 외부 주변부 테이퍼 - 비탄성 레이어
(2-13) 비탄성 레이어 - 강철 플레이트
(2-37) 외부 주변부 테이퍼 - 탄성 레이어
(2-14) 유지 핀 (2-100) 충돌 축
(2-15) 리세스
(2-16) 기다란 슬라이드 가이드 요소
(2-116) 기다란 슬라이드
(2-17) 세로 방향 돌출부
(2-117) 세로 방향 돌출부
(2-18) 암반
(2-19) 오목한 리세스
부록 A
[표 1]
[표 2]
[표 3]
[표 4]
[표 5]
[표 6]
[표 7]
[표 8]
[표 9]
[표 10]
[표 11]
[표 12]
[표 13]
[표 14]
Claims (68)
- 작업 표면(working surface)을 파쇄하기 위한 임팩트 해머(impact hammer)로서,
격납 표면(containment surface)의 적어도 일부를 형성하는 적어도 하나의 내부 측벽을 갖는 하우징;
구동 메커니즘;
상기 하우징 내에 적어도 부분적으로 위치된 왕복 운동 해머 웨이트(weight)로서, 상기 왕복 운동 해머 웨이트는 왕복 운동 축을 따라 왕복 가능하고, 상기 왕복 운동 해머 웨이트의 왕복 운동 사이클은, 상기 왕복 운동 축이 수직 축선 상에 있을 때,
상기 왕복 운동 해머 웨이트가 상기 구동 메커니즘에 의해 상기 왕복 운동 축을 따라 위로 이동하는 상향 스트로크(up-stroke)와,
상기 왕복 운동 해머 웨이트가 상기 왕복 운동 축을 따라 아래로 이동하는 하향 스트로크(down-stroke)
를 포함하는, 상기 해머 웨이트;
상기 작업 표면을 타격하는 스트라이커 핀(striker pin)으로서, 상기 스트라이커 핀은 상기 왕복 운동 축을 따라 또는 그에 평행하게 정렬되며, 상기 스트라이커 핀은 피구동 단부 및 작업 표면 충돌 단부를 구비하며, 상기 왕복 운동 해머 웨이트는, 상기 하향 스트로크 중 적어도 일부 동안 상기 스트라이커 핀의 피구동 단부에 직접 충돌하며, 상기 스트라이커 핀은, 상기 작업 표면 충돌 단부가 상기 하우징으로부터 돌출하여 상기 작업 표면을 타격하도록 상기 하우징 내에 위치되는 것인, 상기 스트라이커 핀;
상기 하우징의 일부분으로 형성되고 상기 스트라이커 핀을 적어도 부분적으로 둘러싸는 노즈 블록(nose block);
상기 스트라이커 핀에 결합된 충격 흡수기; 및
가변 체적 진공 챔버로서,
상기 격납 표면의 적어도 일부;
상기 해머 웨이트에 결합된 적어도 하나의 상부 진공 실링(sealing); 및
상기 가변 체적 진공 챔버와 유체 연통하는 한편, 상기 하향 스트로크의 적어도 일부 동안 상기 가변 체적 진공 챔버로부터의 유체 유출을 허용하도록 동작 가능한 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트(vent)
를 포함하는, 상기 가변 체적 진공 챔버
를 포함하는, 임팩트 해머에 있어서,
상기 가변 체적 진공 챔버는 적어도 하나의 하부 진공 실링을 포함하며, 상기 노즈 블록은 노즈 블록 요소들을 포함하며, 상기 노즈 블록 요소들은,
캡 플레이트;
상부 충격 흡수 어셈블리;
리테이너;
하부 충격 흡수 어셈블리;
노즈 콘(nose cone)
을 포함하며,
상기 상부 충격 흡수 어셈블리 및 상기 하부 충격 흡수 어셈블리가 상기 충격 흡수기를 형성하며,
상기 노즈 블록 요소들은, 상기 왕복 운동 축에 대해 상기한 순서대로 상기 스트라이커 핀의 상기 피구동 단부와 상기 작업 표면 충돌 단부 사이에서 상기 스트라이커 핀의 주위에 위치 설정되며, 상기 적어도 하나의 하부 진공 실링은 상기 노즈 블록에 위치한 하나 이상의 시일을 포함하며,
상기 가변 체적 진공 챔버는 상기 상향 스트로크의 적어도 일부 동안 부기압(sub-atmospheric pressure)을 가져, 상기 왕복 운동 해머 웨이트가 상기 하향 스트로크 중 적어도 일부 동안 대기와 상기 부기압 사이의 압력 차이에 의해 상기 스트라이커 핀을 향해 구동되도록 하는 것을 특징으로 하는 임팩트 해머. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트는 상기 상향 스트로크의 적어도 일부 동안 상기 가변 체적 진공 챔버 내로의 유체 유입을 적어도 제한하도록 구성되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하향 스트로크 벤트는 상기 격납 표면 내에 적어도 하나의 구멍(aperture)을 포함하는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트는 상기 격납 표면 내에 형성되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트는 상기 하부 진공 실링 내에 형성되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트는 상기 상부 진공 실링 내에 형성되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트는 상기 하우징 내에 형성되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하향 스트로크 벤트를 다수 개 포함하며, 상기 다수 개의 하향 스트로크 벤트는
(a) 상기 격납 표면, (b) 상기 적어도 하나의 하부 진공 실링, (c) 상기 왕복 운동 해머 웨이트 및 (d) 상기 적어도 하나의 상부 진공 실링
중 적어도 2곳에 형성된 적어도 하나의 형성된 하향 스트로크 벤트를 포함하는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
진공 펌프가 상기 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트에 연결되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하향 스트로크 벤트는 밸브를 포함하는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 하향 스트로크 벤트는 단방향 밸브 또는 시일을 포함하는, 상기 하우징을 통한 포트로서 형성되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 상부 진공 실링은 상기 왕복 운동 해머 웨이트에 결합된 적어도 하나의 시일을 포함하며, 상기 적어도 하나의 시일은 프리로드(preload)에 의해 상기 격납 표면과 접촉하도록 바이어스되는(biased) 강성 또는 탄성 재료로부터 형성되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 왕복 운동 해머 웨이트는 상기 왕복 운동 해머 웨이트의 외부 표면 상에서 적어도 하나의 복합 쿠셔닝 슬라이드와 피팅되며, 상기 쿠셔닝 슬라이드는,
상기 해머 웨이트의 왕복 운동 동안 상기 격납 표면과 적어도 부분적으로 미끄럼 접촉하도록 구성되고 배향되는 제1 레이어 외부 표면이 형성되어 있는 외부 제1 레이어; 및
상기 외부 제1 레이어와 상기 왕복 운동 해머 웨이트 사이에 위치되는 내부 제2 레이어로서, 상기 내부 제2 레이어는 충격 흡수 재료로 적어도 부분적으로 형성되는, 상기 내부 제2 레이어
를 포함하고,
상기 제1 레이어 외부 표면은 상기 내부 제2 레이어보다 더 낮은 마찰을 갖는 표면이고, 상기 외부 제1 레이어는 미리 정해진 내마찰 또는 내마모 특성을 갖는 재료로 형성되며, 상기 적어도 하나의 상부 진공 실링은 상기 적어도 하나의 복합 쿠셔닝 슬라이드에 의해 적어도 부분적으로 직접 제공되는 것인 임팩트 해머. - 제13항에 있어서,
상기 충격 흡수기는 상기 리테이너에 의해 상기 스트라이커 핀에 결합되고, 상기 리테이너는 상기 충격 흡수 어셈블리들 사이에 끼워지고, 각각의 상기 충격 흡수 어셈블리는 비탄성 레이어가 사이에 끼워진 적어도 2개의 탄성 레이어를 포함하는 복수의 접합되지 않은(un-bonded) 레이어로부터 형성되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하부 진공 실링은,
상기 캡 플레이트와 상기 스트라이커 핀의 사이;
상기 상부 충격 흡수 어셈블리와 상기 스트라이커 핀의 사이;
상기 리테이너와 상기 스트라이커 핀의 사이;
상기 하부 충격 흡수 어셈블리와 상기 스트라이커 핀의 사이;
전술한 것의 임의의 조합이나 치환
에 위치된 하나 이상의 시일을 포함하는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하부 진공 실링은, 상기 스트라이커 핀을 횡 방향으로 둘러싸는 개별의 독립적인 레이어로서 형성되는 하나 이상의 시일을 포함하는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 하부 진공 실링의 시일은, 적어도 하나의 충격 흡수 어셈블리 내에 위치되는 하나 이상의 시일을 포함하는 것인 임팩트 해머. - 제17항에 있어서,
상기 하부 진공 실링의 시일은 탄성 레이어와 상기 스트라이커 핀 사이에서 상기 하부 충격 흡수 어셈블리 내에 위치한 하나 이상의 시일을 포함하는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 구동 메커니즘은 가요성 커넥터에 의해 상기 왕복 운동 해머 웨이트에 연결된 드라이브를 포함하며, 상기 드라이브는 상기 하우징의 상부 원위 단부 아래에 위치 설정되는 것인 임팩트 해머. - 제19항에 있어서,
상기 드라이브는, 상기 해머 웨이트 상향 스트로크의 종점 아래에 위치 설정되고, 상기 하우징의 상부 원위 단부와 상기 스트라이커 핀의 피구동 단부 사이에 중력 중심이 있는 것인 임팩트 해머. - 제20항에 있어서,
상기 드라이브는, 상기 해머 웨이트의 상부 단부 아래에 위치 설정되고, 상기 드라이브는 상기 격납 표면의 상부 단부와 하부 단부 사이에 중력 중심을 갖도록 위치 설정되는 것인 임팩트 해머. - 제19항에 있어서,
상기 가요성 커넥터는 상기 하우징의 상부 원위 단부에 위치된 적어도 하나의 풀리의 둘레로 지나가고, 상기 드라이브는 상기 풀리의 둘레로 상기 가요성 커넥터를 통해 위쪽으로 상기 해머 웨이트를 당기도록 구성되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가변 체적 진공 챔버는, 상기 왕복 운동 해머 웨이트 상향 스트로크 이동을 감속시키기 위하여 상기 상향 스트로크 중 구동되지 않는 부분 동안 상기 왕복 운동 해머 웨이트의 이동에 압력 차이를 가하는 대기 상향 스트로크 브레이크(atmospheric up-stroke brake)를 형성하는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 왕복 운동 해머 웨이트는,
하부 충돌 면으로서, 상기 하부 충돌 면의 적어도 일부는 진공 피스톤 면을 형성하며, 상기 진공 피스톤 면은 상기 왕복 운동 경로에 평행하거나 동축인 경로를 따라 이동 가능하며, 상기 진공 피스톤 면은 상기 하향 스트로크 중 적어도 일부 동안 상기 스트라이커 핀의 피구동 단부와 충돌하도록 해머 웨이트 충돌 면을 포함하는 것인, 상기 하부 충돌 면;
상부면; 및
적어도 하나의 측면
을 포함하는 것인 임팩트 해머. - 제24항에 있어서,
상기 해머 웨이트의 상부면의 적어도 일부는 상기 상향 스트로크 및 하향 스트로크 내내 대기에 개방되는 것인 임팩트 해머. - 제1항 또는 제2항에 따른 임팩트 해머를 작동시키는 방법으로서,
상기 임팩트 해머는, 상기 스트라이커 핀의 피구동 단부와 작업 표면 충돌 단부 사이에 연장하는 상기 스트라이커 핀의 세로 축과 동축이거나 평행한 직선형 충돌 축을 포함하며,
상기 임팩트 해머는, 수직으로 배향될 때, 상기 충돌 축을 따르는 상기 왕복 운동 해머 웨이트의 완전한 왕복 운동 사이클이,
최소 해머 웨이트 포텐셜 에너지를 갖는 초기의 하부 위치로부터 최대 해머 웨이트 포텐셜 에너지를 갖는 상기 하우징의 상부 원위 단부에서의 상부 위치까지의 해머 웨이트 상향 스트로크 길이와 동일한 거리에 대하여 상기 충돌 축을 따라 상기 해머 웨이트가 이동되는 상향 스트로크;
상기 충돌 축을 따라 방향을 바꾸기 전에 상기 해머 웨이트 이동이 중지되는 상부 스트로크 전이(upper stroke transition);
상기 하우징의 원위 단부에서의 상기 상부 위치로부터 상기 하부 위치까지의 해머 웨이트 하향 스트로크 길이와 동일한 거리에 대하여 상기 충돌 축을 따라 상기 해머 웨이트가 다시 이동되는 하향 스트로크; 및
후속 상향 스트로크 전에 상기 해머 웨이트 이동이 중지되는 하부 스트로크 전이(lower stroke transition)
로 이루어지는 4가지 스테이지를 포함하도록 구성되며,
상기 방법은,
a) 작업 표면 상에 상기 스트라이커 핀의 작업 표면 충돌 단부를 위치시키는 단계;
b) 상기 상향 스트로크에 상기 해머 웨이트를 들어올리도록 상기 구동 메커니즘을 작동시켜, 상기 가변 체적 진공 챔버의 체적을 증가시키고 이에 의해 대기와 상기 가변 체적 진공 챔버 간의 압력 차이를 생성하는 단계;
c) 상기 해머 웨이트를 해제하는(releasing) 단계로서, 상기 압력 차이가 상기 스트라이커 핀을 향하여 상기 해머 웨이트를 구동하는 것인 단계;
d) 상기 스트라이커 핀이 상기 작업 표면에 충격력을 전달하는 단계;
e) 상기 단계 a) 내지 d)를 반복하는 단계
를 포함하는 것인 방법. - 삭제
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