NO126144B - - Google Patents

Description

Trykkmediumdrevet slag- eller støtanordning.

Foreliggende oppfinnelse angår en trykkmediumdrevet slag-eller støtanordning der et ventilløst arrangement skal styre aksial-bevegelsen i anordningen som kan være f.eks. en bergboremaskin hvor et arbeidsstempel skal utføre raske aksialbevegelser i en sylinder mellom en vendestilling på verktøysiden og en vendestilling fjernt fra verktøyet.

Ofte skal slike verktøy også tilføres roterende bevegelse, f.eks. i bergboremaskiner for at skjærene på borkronen mellom hvert slag skal angripe berget i en ny stilling. Oppfinnelsen er særlig hensiktsmessig for slike formål, men ikke begrenset til bare dette. Den kan også anvendes hvor verktøyet skal ha slående eller vibrerende bevegelse uten rotasjon, f.eks. hvis verktøyet er et spett i en tele-brekker eller slaghetten i et spunt- eller pelerammeaggregat.

Oppfinnelsen kan også benyttes i en innretning uten spesielt verktøy ved f.eks. å benytte vibrasjonen som oppstår i selve sylinderen.

Ved å utforme arbeidsstemplet med stor masse i forhold til sylinderen kan stemplet arbeide fritt og i stedet kan vibra-sjonene i sylinderen utnyttes, f.eks. til jordkomprimering m.m.

Slike støt- og slagmekanismer har gjerne vært drevet med trykkluft med 6-7 kp/cm p trykk. Ved komprimeringen av luften går en betydelig del av den tilførte energi tapt i varme. Videre er det store energitap i selve arbeidsmaskinen slik at virkningsgraden for en vanlig trykkluftdrevet bergboremaskin som regel er under 20%. Andre problemer er høyt støynivå, kondens- og fristproblemer* forhold som er vesentlig gunstigere ved trykkoljedrift.

De siste årene har gitt en rask utvikling av komponenter for effektoverføring ved trykkoljei området 100-300 kp/cm p, blant annet for stempelbevegelse i en rekke arbeidsmaskiner. Likeledes kan energioverføring til roterende bevegelse skje med vesentlig høyere virkningsgrad enn ved trykkluft. Det er derfor nærliggende å bruke trykkoljedrift ved bergboremaskiner, blant annet på grunn av den betydelig høyere virkningsgrad.

Flere forsøk på dette foreligger, f.eks. norske patenter nr. 98724, 99065, 100.622, 110.602 og 117.234.

Ved blant annet bergboremaskiner kreves høy slagfrekvens, fra ca. 2000 slag/min. og oppover. Dette betinger raske omskift-ninger av tilløps- og returforbindelsen for væskestrømmen til stemplets bunn- og toppside. Ved tidligere kjente løsninger, f.eks. de som ovennevnte patenter beskriver, skjer denne omskiftningen ved spesielle og kompliserende ventilorganer. Ved denne oppfinnelsen er disse detaljer helt eliminert ved at selve arbeidsstemplet ved rotasjon oljestrømmens skiftning mellom bunn og toppside.

De karakteristiske trekk ved oppfinnelsen er gjengitt i kravene.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1, 2, 3 og 4 viser forskjellige utførelsesformer for slag- og støtanordningen i henhold til oppfinnelsen,

fig. 5 viser et snitt gjennom sperreanordningen sett ovenfra,

fig. 6 viser nok en utførelsesform og

fig. 7, i forstørret målestokk, viser et snitt gjennom sylinder og stempel ved innløps- og utløpskanalen.

En støtboremaskin er kjennetegnet ved at arbeidsstempel, borstang og borkrone er fast forbundet slik at borkronen løftes fri av bunnen av borhullet mellom hvert arbeidsslag for så å støtes mot bunnen med stor kraft. Den utførelsesform som er vist på fig. 1 om-fatter en rotasjonsmotor 1 med tilførselskanal A og avløpskanal B

for drivmediet. Rotasjonsmotoren kan fortrinnsvis bygges for hydrau-lisk drift, men.kan også være trykkluft- eller elektrisk drevets Til motorens utgående aksel 2 sitter en fast forbundet koplingshylse 3. Den har langsgående spor mot arbeidsstemplet 4 som har tilsvarende motgående spor slik at stemplet tvinges til å rotere med samme hastig-het, men med fri aksial bevegelse. Arbeidsstemplet 4 har to avsmal-nende halser 5 og 6 på hver side av et parti 7 med større diameter. Sylinderen 8 omslutter stemplet slik at ringformede arbeidskammere 9 og 10 oppstår på hver side av stemplet 7. Stemplet er videre utstyrt med langsgående spor 11 og 12 for trykkmediet. Annet hvert spor munner ut til de ringformede kammere 9 og 10. I sylinderen finnes videre kanal C for tilløp av trykkmediet og kanal D for avløp. Kanalene er slik plasert i forhold til sporene at når tilløpskanalen C via, kanalen 11, forbindes med kammeret 9 på toppsiden, står bunnkammeret 10, via kanalen 12, i forbindelse med avløpskanalen D. Stemplets sylindriske parti slutter tett til sylinderen og hindrer direkte overløp. Dermed vil trykkoljen i ringkammeret 9 drive ned med stor kraft. Ved dreining av stemplet med rotasjonsmotor 1 vil forbindelsene bytte om slik at ringkammeret 10 blir satt under trykk og kammeret 9 koplet til avløpsledningen, hvorved stemplet reverserer.

Omdreiningshastigheten på rotasjonsmotoren reguleres slik i forhold til arbeidende detaljers (stempel, skjøtehylse, borstang og krone) masse, ringflatenes arealer og drivmediets maksimum arbeids-trykk, at passende slaglengde oppnås mellom hver veksling av kraft-retning på stemplet.

Sylinderen er videre utstyrt med tilløpskanal E for spylevann eller spyletrykkluft. Den munner ut i en ringformet kanal 46 som via en boring 47 i stemplet står i forbindelse med en sentral boring gjennom skjøtehylsen 13j borstangen 14 og borkronen 15. Bor-støv spyles dermed bort fra kronen og ut av borhullet.

Fig. 2 viser en annen utførelsesform for slagboring,

det vil si at arbeidsstemplet ikke er fast forbundet med borstangen, men i stedet slår på denne. Stemplet 16 er her utført med en sentral boring for en egen aksel 17 som via langsgående spor 18 og 19 over-fører rotasjonen til en nakkeadapter 20 som på tilsvarende måte som for fig. 1, er forbundet med borstang og krone. Rotasjonsmotoren vil dermed dreie både arbeidsstemplet 16 og borkronen. I stedet for å løfte hele borstangen mellom hvert støt løftes her bare stemplet 16. Ved slutten av arbeidsslaget slår dette med stor kraft mot nakkeadapteren, hvorved energien overføres som en trykkbølge gjennom borstangen til kronen. Fig. 3 viser en tredje utførelsesform med to rotasjons-motorer. Motor 21 dreier her bare stemplet, mens en egen motor 22, via tannhjul 23 og mellomhjul 24,. driver tannhjul 25 på nakkeadapteren 26. Her kan man regulere rotasjonshastigheten uavhengig av slagfrekvensen. Forøvrig blir virkningen som beskrevet ovenfor. Fig. 4 viser en annen utførelsesform for oppfinnelsen hvor rotasjonsmotoren er erstattet med en sperremekanisme. Arbeidsstemplet 27 er her utstyrt med dels høyregående spor 28 i inngrep med sperrehjul 30 og Hels venstregående spor 29 i inngrep med sperrehjul 31. Begge sperrehjulene kan fritt dreie seg i én rotasjonsret-ning, men blir sperret motsatt vei av sperrene 32 og 33. Fig. 5 viser snitt med sperremekanismen sett ovenfra.

Ved tilførsel av trykkmediet vil stemplet 27 trykkes i retning mot borkronen. Dermed vil sperrene 32 låse sperrehjulet 30 mens sperrene 33 tillater sperrehjulet 31 å rotere fritt med. Når stemplet er kommet i nedre vendestilling, er det dreiet så meget at oljeløpene byttes om så stemplet drives tilbake. Dermed trer sperre 33 i virksomhet og låser sperrehjul 31 mens sperrehjulet 30 nå fritt kan rotere med.

Stemplet er her også forsynt med rette spor 35 som står

i inngrep med motgående spor i nakkeadapteren 34. Dermed tvinges borstang og borkrone til å rotere med.

Fig. 6 viser ytterligere en utførelsesform som i det ytre likner på fig. 1, men hvor stemplet 36 bare har spor til ringkammeret 37 mens ringkammeret 38 gjennom en egen kanal 39, står i forbindelse med tilløpsledningen. Videre har stempelhalsen 40 vesentlig mindre diameter enn 41. Dermed blir aksialkraften på stemplet fra ringkammeret 37 større enn fra kammeret 38, og i den viste posi-sjon vil stemplet skyves i retning mot borkronen selv om begge kammere står under trykk. Ved videre dreining av stemplet stenges forbindelsen mellom innløpskanal og ringtverrsnitt 37. Ringtverr-snittet 37 forbindes i stedet med utløpskanalen, trykket i denne av-lastes og stemplet skyves tilbake av det kontinuerlige trykket i kamméret 38 og hele syklusen gjentar seg igjen. Hvis ringflaten på stemplet i kammeret 37 er den dobbelte av flaten i kammeret 38 blir aksialkraften lik begge veier, men også andre forhold kan være aktuelle på samme måte som ringkammere fra tidligere nevnte utførelser ikke behøver være like. En ulempe ved utførelsen ifølge fig. 6 i forhold til tidligere utførelser er at returoljestrømmen blir mer pulserende.

Ytterligere alternativer kan tenkes, f.eks. sperreaksel-rotasjon for arbeidsstemplet som vist på fig. 4, kombinert med separat rotasjonsmotor for borstangen som vist på fig. 3.

Felles for alle alternativer er at det er viktig med store tverrsnitt i oljekanalene for at oljehastigheter og strupetap ved de hurtige vekslinger i oljestrømmen skal bli moderate.

Fig. 7 viser et snitt i større skala gjennom sylinder og stempel ved innløps- og utløpskanalene. I stedet for en innløpskanal og en utløpskanal har man her i sylinderen 42 ni innløpskanaler 43 som, via ikke viste forgreninger, står i forbindelse med innløpsled-ningen, samt ni utløpskanaler 44 med ikke viste samlekanaler til felles returledning. Stemplet 45 har atten langsgående spor, annet hvert med forbindelsen til bunn- og toppside. Dermed får man ni arbeidssykluser for hver omdreining, det vil si ved f.eks. 300 omdr./ min. 2700 slag/min. Ved at oljestrømmen ved passasje ut og inn fra sylinder til stempel blir splittet i ni løp, blir hastigheten og dermed effekttapene i drivmidlet moderate. Andre antall kanaler kan være aktuelle, avhengig blant annet på størrelsen av maskinen.

For å jevne ut pulseringen i væskestrømmen kan henholds-vis tilførsels- og avløpsledningene forsynes med akkumulatorer. Disse kan enten være bygget inn på selve bormaskinen eller være plasert i ledningene et stykke fra. Ennvidere bør hydraulikkanlegget ha ventiler for start og stopp, sikring mot overtrykk ved f.eks. fast-boring, filter m.m. som ligger utenfor rammen av denne oppfinnelse.

Som trykkmedium anvendes fortrinnsvis en god hydraulikk-olje, men også olje-vann emulsjoner, rent trykkvann eller andre væsker kan tenkes brukt der dette måtte være hensiktsmessig.

Claims (3)

1. Trykkmediumdrevet slag- eller støtanordning, omfattende et arbeidsstempel i en sylinder og en innretning for rotasjon av stemplet som er innrettet til å bli satt i frem- og tilbakegående bevegelse ved tilførsel av trykkmedium til stemplets ene og/eller annen side, karakterisert ved at stemplet er forsynt med minst en aksialt i stemplets overflate forløpende kanal (11) som er åpen mot en side av stemplet og lukket mot dets annen side, og at det i sylinderveggen finnes minst en tilløpskanal og minst en avløpskanal for trykkmedium, hvilke kanaler munner ut i den innvendige sylinderflate innenfor et område som normalt dekkes av stemplet.

2. Trykkmediumdrevet slag- eller støtanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at stemplet (7) har aksiale kanaler (11, 12) der hverannen kanal åpner mot samme side av stemplet.

3. Anordning som angitt i krav 1,karakterisert v e d at stemplet har aksialt forløpende kanaler (36) som åpner ut mot den samme side av stemplet, og at det i sylinderen finnes et løp (39) som er innrettet til å føre trykkmedium til et kammer (38) på den side av stemplet som vender fra den side der kanalene (3&) er åpne, og ved at stempelflaten, der kanalene åpner, har større areal enn den annen side av stemplet.