NO139113B - Hydraulisk drevet slagapparat. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et hydraulisk drevet slagapparat som omfatter et hus med en boring i hvilken et slagstempel er bevegelig frem og tilbake for overføring av slagenergi til et slag-verktøy, trykkamre anordnet mellom huset og stemplet samt et kanalsystem inneholdende en høytrykkside og en lavtrykkside og innrettet til å lede trykkvæske til eller fra trykkamrene. Et første ringformet kammer omgir stemplet og avgrenses ved sin fra slagverktøyet vendende ende av en ringformet ansats på stemplet, og ved sin motsatte ende av en ringformet flate på huset, hvor et første og et annet portorgan munner ut i det første kammer og kommuniserer med høy-trykksiden henholdsvis lavtrykksiden, mens det annet portorgan ligger mellom det første portorgan og den ringformede flate på huset. Et hylseformet fordelingsventilelement omgir stemplet i det første kammer og er bevegbart frem og tilbake under påvirkning av stemplets frem- og tilbakegående bevegelse for vekselvis å lukke og åpne det første og det annet portorgan.

I den senere tid er det utviklet et antall forskjellige konstruksjoner av hydraulisk drevne slagapparater, spesielt for fjellboremaskiner. Fordelen med hydraulisk drift sammenlignet med pneumatisk drift er fremfor alt en bedre økonomi.

Det har imidlertid ennå ikke fremkommet noen hydraulisk drevet fjellboremaskin som har kunnet sammenlignes med moderne pneumatisk verktøy med hensyn til holdbarhet og effekt.

De største problemer med hydraulisk drevne apparater er

1. Sleideventilene for hydraulisk væske som er innrettet til å fordele det trykk som virker på stemplet. Disse sleideven-tiler har hittil ikke kunnet utføres slik at de bibringer stemplet en tilstrekkelig hurtig frem- og tilbakegående bevegelse. 2. Slitasjen av stemplets slaghode og dettes innvirkning på driften, samt 3. Synkroniseringen av sleideventilens bevegelser med stemp-

lets frem- og tilbakegående bevegelser.

For nærmere forståelse av disse vanskeligheter skal her i korthet arbeidsmåten for en hydraulisk drevet fjellboremaskin beskrives. Ved på passende måte å lede trykkolje til kammeret som er dannet mellom maskinhuset og slagstemplets trykkpåvirkede flater kan stemplet bringes til å utføre en ønsket frem- og tilbake-

gående bevegelse. Stemplet utfører et arbeidsslag når det beveger seg i retning mot borstålet og et returslag når det beveger seg i motsatt retning. Under arbeidsslaget omvandles den hydrostatiske trykkenergi til kinetisk energi i stemplet som når dette plutselig treffer borstålet overføres gjennom borstålet som en støtbølge til fjellet gjennom borskjæret. I dette øyeblikk oppstår det en stor kraftvirkning mellom borskjæret og fjellet slik at dette knuses.

En del av støtbølgen reflekteres fra fjellet og borstålet og bringer stemplet til å utføre en returbevegelse med ganske stor hastighet, betegnet som stusshastigheten.

Med denne arbeidsmåte kan systemet av borstål, borskjær

og fjell sammenlignes med en slags dempet fjær mot hvilken stemplet arbeider. Variasjoner med hensyn til typen av fjell og dettes homogenitet samt andre lignende parametre medfører endringer i denne tenkte fjærs egenskaper og påvirker bl.a. stemplets støt-overføringstid og stusshastighet.

Stemplets slaglengde og støthastighet har således en ten-dens til hele tiden å endres. Det har vist seg at de hittil frem-bragte konstruksjoner av fordelingsventiler ikke har kunnet ta hånd om disse variasjoner på tilfredsstillende måte. Ved visse tidligere anordninger har man søkt å eliminere denne ulempe ved foruten sleideventilen å innføre et antall hjelpeventiler for å holde slagenergien og støthastigheten konstant.

Med hensyn til det anvendte høye hydrauliske driftstrykk, de små toleranser av de bevegelige deler, gjensidig klaring og fine overflater samt vanskelige driftsforhold, så som sterke vibrasjoner, smuss og temperaturvariasjoner i driftsmediet, er det imidlertid klart at påliteligheten avtar desto flere hjelpeventiler, fjærer og andre vibrasjonsfølsomme bevegelige deler som inngår i maskinen.

En annen tidligere kjent maskin ved hvilken stemplet ved slutten av returslaget slår sleideventlien mot maskinhuset kan heller ikke betraktes som en vellykket løsning da den ikke er i stand til å oppta variasjoner i slag- og returhastigheten, og da den er følsom for slitasje og medfører risiko for løsbrytning av metallpartikler.

En annen ulempe ved konvensjonelle hydrauliske slagapparater er

også slitasjen av stemplets slaghode, som medfører en betydelig minskning av slagenergi med tiden. Dette beror på at når stemplet slites, vil avstanden fra slaghodet til en ringformet fordypning i stemplet bli kortere, hvilket i sin tur medfører redusert styring av sleideventilen.

Et slagapparat i det vesentlige som angitt innledningsvis og som i hovedsaken har de ovenfor omtalte ulemper, er beskrevet i svensk utlegningsskrift 338.286.

Hensikten med oppfinnelsen er å eliminere de forannevnte ulemper ved tidligere slagapparater. Dette er oppnådd i et slagapparat av den innledningsvis angitte art ved at den ringformede flate på huset har et ringformet spor i hvilket en ende av ventilelementet glidbart passer inn når det annet portorgan er lukket av ventilelementet, at det er anordnet et tredje og et fjerde portorgan i boringens overflate under den ringformede flate, hvilket tredje portorgan kommuniserer med bunnen av det ringformede spor og det fjerde portorgan kommuniserer med lavtrykksiden, samt at en uttagning i stemplets mantelflate er plassert slik at den forbinder det tredje og det fjerde portorgan med hverandre når stemplet befinner seg i sin endestilling i berøring med verktøyet, og når stemplet befinner seg mellom sine endestillinger forbindes det tredje portorgan med det første kammer.

Oppfinnelsen, herunder ytterligere trekk og fordeler ved denne, skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til en utførelsesform vist på tegningen.

Et slagstempel 2 er anordnet bevegbart frem og tilbake i et maskinhus 4.

Slagstemplet 2 og huset 4 avgrenser mellom seg sylinder-formede trykkamre 6, 8 og 10. I den ene ende av huset 4 er det an-bragt et slagverktøy eller borstål 12 på demonterbar måte, til hvilket borstål stemplet 2 er innrettet til å overføre slagenergi. En rotasjonsmotor 14 overfører gjennom en i huset 4 anordnet tann-hjulsveksel 16, 18 og en kobling 20, en roterende bevegelse til borstålet 12. Elementene 14, 16, 18, 20 og deres forbindelse med borstålet 12 kan være av konvensjonell utformning og trenger derfor ikke beskrives nærmere her.

Ved hver ende av stemplet 2 er det anordnet et kammer 22 henholdsvis 23 i huset 4. Kamrene 22 og 23 står gjennom boringer 24 henholdsvis 25 i forbindelse med husets utside. På konvensjonell måte er et spylemiddeltilførselsrør 26 anordnet til å føre spylemiddel gjennom en sentral ikke vist boring i stemplet 2, til en sentral boring 28 i borstålet 12. Kamrene 22 og 23 og deres utløp 24 henholdsvis 25 tillater avledning av overskytende spylemiddel som opptrer på grunn av stemplets 2 frem- og tilbakegående bevegelse .

Arbeidsfluidet, dvs. en væske under trykk, tilføres maskinen gjennom en slangekobling 3 0 fra hvilken en høytrykkskanal 32 strekker seg inn i huset 4. Høytrykkskanalen 32 er forbundet med en hydropneumatisk akkumulator 34 som er fylt med gass, f.eks. nitrogen. Akkumulatoren 34 kan være av konvensjonell type som vanligvis anvendt for å utbalansere trykkvariasjoner i hydrau-

liske maskiner. På tegningen er det vist en akkumulator av membran-type.

Høytrykksledningen 32 står i direkte og varig forbindelse med kammeret 8 og er dessuten forbundet med et portorgan i form av et ringformet spor 36 som kommuniserer med kammeret 10 på den viste måte. I det ringformede kammer 10 er det anordnet et frem- og til-bakebevegbart fordelingsventilelement i form av et hylseformet slei-deelement 38. Sleideelementet 38 danner sammen med veggen i kammeret 10 en fordelingsventil som kan avstenge og åpne forbindelsen mellom det ringformede spor 36 og kammeret 10. Et annet portorgan i form av et ringformet spor 40 som strekker seg rundt periferien av kammeret 10, står videre i forbindelse med en lavtrykkskanal 42 og kan likeledes åpnes og avstenges mot kammeret 10 ved hjelp av sleideelementet 38. Kammeret 10, sporene 3 6 og 40 samt sleideelementet 38 er dimensjonert slik at alltid ett av sporene 36 og 40 er avstengt mot kammeret 10 mens sleideelementet 38 nær det annet spor er åpent mot det samme kammer.

Lavtrykkskanalen 4 2 står i direkte forbindelse med en slangekobling 44 for bortledning av trykkvæsken fra maskinen. Også lavtrykkskanalen 4 2 er koblet til en akkumulator 4 6 som kan være av samme slag som akkumulatoren 34 og er innrettet til å utbalansere trykkvariasjoner. Lavtrykkskanalen 4 2 kommuniserer dessuten direkte med kammeret 6 som her er betegnet som lavtrykkskammer.

Stemplet 2 har i kamrene 6, 8 og 10 effektive stempelflater dannet av ansatser på stemplet i de nevnte kamre og dimensjonert slik at trykket i høytrykkskammeret 8 mot den med 47 betegnede stempelflåte bringer stemplet til å utføre et arbeidsslag i retning mot borstålet 12 hvis kammeret 10 ved hjelp av den nedenfor beskrevne funksjon av sleideelementet 38 forbindes med lavtrykkskanalen 42, samt et returslag hvis kammeret 10 forbindes med høytrykkskanalen 32. Slik det tydelig fremgår av tegningen påvirkes volumet av kammeret 6 av stillingen av stemplet 2 på slik måte at volumet øker under arbeidsslaget. Derved vil trykket i lavtrykkskanalen 42 minskes og redusere trykktap når trykkvæsken strømmer ut av kammeret 10 .

I bunnen av kammeret 10 nedenfor en ringformet flate 70

er det anordnet et ringformet spor 48 som gjennom en ringformet fordypning eller uttagning 50 i mantelflaten på stemplet 2 alterna-tivt kan forbindes med sylinderkammeret 10 henholdsvis et fjerde portorgan i form av et ringformet spor 52 som står i direkte forbindelse med lavtrykkskanalen 42. Nærmere bestemt er det ringformede spor 48 gjennom boringen 54 forbundet med et ytterligere ringformet spor 56 (tredje portorgan) som i avhengighet av stillingen av stemplet 2 settes i forbindelse med kammeret 10 eller sporet 52 gjennom uttagningen 50. Når sleideelementet 38 befinner seg i en slik stilling at det blokkerer det ringformede spor 36, står sporet 48 i forbindelse med kammeret 10 samt lavtrykkskanalen 42 gjennom sporet 40.

Sleideelementet 38 er ifølge oppfinnelsen innrettet til under arbeidsslaget å medføres av stemplet 2 inntil dette treffer borstålet 12 hvorefter elementet 38 fortsetter å bevege seg i arbeidsslagets retning på grunn av sin bevegelsesenergi. På tegningen vises stemplet 2 i den stilling som det inntar når det har truffet borstålet og skal påbegynne returslaget. Høytrykkssporet 36 er slik dimensjonert at forbindelsen med kammeret 10 åpnes efter at stemplet har truffet borstålet på grunn av hastighetsforskjellen mellom stemplet og fordelingselementet 38. Efter sammenstøtet kan stemplet fritt slå tilbake i returslagets retning, hvilket er nødvendig for å oppnå tilstrekkelig stor returhastighet. Det ringformede spor 48 er nå koblet til lavtrykkskanalen 42 gjennom boringene 54, sporet 56, uttagningen 50 og sporet 52.

Når stemplet har nådd så langt i sitt returslag at uttagningen 50 åpner forbindelsen fra sporet 48 til kammeret 10, blokkeres lavtrykkskanalen ved sporet 52 av det stempelhode som er betegnet med 57, slik at høytrykk opptrer i sporet 48.

Ved at sleideelementet 38 er utformet på den viste måte

med større veggtykkelse ved den ende som vender mot sporet 48 og der således har en større trykkpåvirket overflate enn ved sin an-

nen ende, utøves en kraft på sleideelementet som fører dette i samme retning som stemplets returslag inntil høytrykkssporet 3 6 blokkeres mot kammeret 10, hvorved kammeret 10 samtidig forbindes med lavtrykkskanalen 42 gjennom det derved åpnede spor 40. Et nytt arbeidsslag av stemplet i retning mot borstålet påbegynnes nå på grunn av trykket i kammeret 8 mot stempelflaten 47.

Den mekaniske kontakt mellom stemplet 2 og sleideelementet 38 dempes hydraulisk ved hjelp av passende utformning av de respektive deler. For dette formål er stemplet 2 utformet med dob-belte ringformede ansatser 58, 60 vendt mot kammeret 10, hvorved forskjellen i disse ansatsers radier er slik dimensjonert i forhold til godstykkelsen av elementet 38 ved den mot ansatsene vendende ende, at det dannes et ringformet kammer mellom ansatsene, innerveggen 62 av huset 2 samt den nevnte ende av elementet 38, når stemplet og dette element er i nærheten av sin øvre stilling. Den indre radius av elementet 38 er noe større enn radien av ansatsen 60 slik at kammeret lukkes med et passende spillerom mellom kanten av ansatsen 60 og den indre endekant av elementet.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til den ovenfor beskrevne utførelse, men kan modifiseres innenfor rammen av patentkravene. Således kan oppfinnelsen også tilpasses for slagmaskiner som savner rotasjonsmotor og/eller der borstålet er erstattet med et annet verktøy f.eks. spett, meisel eller spade, for anvendelse eksempelvis til å bryte betong, asfalt, tele, fjell eller for drivning av gruveganger.

Claims (3)

Patentkrav:

1. Hydraulisk drevet slagapparat som omfatter et hus (4) med en boring i hvilken et slagstempel (2) er bevegelig frem og tilbake for overføring av slagenergi til et slagverktøy (12), trykkamre (6, 8, 10) anordnet mellom huset og stemplet samt et kanalsystem inneholdende en høytrykkside og en lavtrykkside og innrettet til å lede trykkvæske til eller fra trykkamrene, av hvilke et første ringformet kammer (10) omgir stemplet og avgrenses ved sin fra slagverktøyet vendende ende, av en ringformet ansats (58) på stemplet, og ved sin motsatte ende av en ringformet flate (70) på huset, hvor et første og et annet portorgan (36, 40) munner ut i det første kammer (10) og kommuniserer med høytrykksiden henholdsvis lavtrykksiden, mens det annet portorgan (40) ligger mellom det første portorgan (36) og den ringformede flate (70) på huset, og hvor et hylseformet fordelingsventilelement (38) omgir stemplet i det første kammer (10) og er bevegbart frem og tilbake under påvirkning av stemplets frem- og tilbakegående bevegelse for vekselvis å lukke og åpne det første og det annet portorgan (36, 40), karakterisert ved at den ringformede flate (7 0) på huset har et ringformet spor (48) i hvilket en ende av ventilelementet (38) glidbart passer inn når det annet portorgan (40) er lukket av ventilelementet (38), at det er anordnet et tredje og et fjerde portorgan (56, 52) i boringens overflate under den ringformede flate (70) , hvilket tredje portorgan (56) kommuniserer med bunnen av det ringformede spor (48) og det fjerde portorgan (52) kommuniserer med lavtrykksiden, samt at en uttagning (50) i stemplets mantelflate er plassert slik at den forbinder det tredje og det fjerde portorgan med hverandre når stemplet befinner seg i sin endestilling i berøring med verktøyet, og når stemplet befinner seg mellom sine endestillinger forbindes det tredje portorgan (56) med det første kammer (10).

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at fordelingsventilelementet (38) har en endestilling i av-stand fra det ringformede spor (48), i hvilken endestilling et lukket kammer avgrenses av den ende av fordelingselementet (3 8) som vender fra det ringformede spor (48) , av den ringformede ansats (58) på stemplet samt av boringens og stemplets mantelflate.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at et tredje trykkammer (6) som er kontinuerlig forbundet med lavtrykksiden, er avgrenset mellom stemplet og huset.