NO152664B - Verktoey utstyrt med slaginnretning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et verktøy som er utstyrt med en slaginnretning og nærmere bestemt et boreverktøy med en slaginnretning for det formål å forbedre inntrengningshastig-heten i fjellet.

Det har i lang tid vært kjent å produsere boreverktøy som har en roterende og en slagvirkning, idet disse verktøy drives ved hjelp av konvensjonelle organer, og drivelementet er et trykk-fluidum, hvis matning styres ved hjelp av sleideventiler som sik-rer gjentatt åpning og lukking av gjennomganger for fluidum som spesielt styrer den vekslende bevegelse av et stempel. Når verk-tøyet og borehullet har små dimensjoner er verktøy av denne art effektive og deres produksjon byr ikke på noen vanskelighet.

Imidlertid byr driften av et boreverktøy ved hjelp av boreslam og under anvendelse av kjent teknikk store vanskeligheter selv ved små dybder, særlig på grunn av de trykk som møtes og behovet for å sikre at sleideventilene eller andre drivende organer forblir lekkasjetette til tross for den hurtige frekvens av bevegelsene.

For å unngå vanskeligheter av denne art har det vært foreslått å erstatte slageffekten med overføring av vibrasjoner til boreverktøyet og derved fjerne vanskeligheter som hører sammen med den vanlige teknikk. Imidlertid blir virkningen av verk-tøyet på grunnfjellet bare utført i samsvar med en meget spesiell fremgangsmåte som ikke oppnår effekt i det vesentlige på grunn av spalten mellom de punkter hvor et element av verktøyet slår mot fjellet.

Som et rent eksempel på et verktøy som arbeider med rotasjon og vibrasjon kan nevnes et verktøy hvor boreslammet periodisk rettes ved hjelp av en fluidumoscillator inn i et kammer som adskiller to masser som er forenet ved sin omkrets ved hjelp av en elastisk sylinder. Oscillatoren bevirker at disse masser svinger i resonans og dette overføres til verktøyet som er integrert med en av disse masser, idet vibrasjonene bidrar til fremføringen.

Ulempene med dette verktøyet er at vibrasjonsbevegelsene har en høyst begrenset effektivitet og at de hovedsakelig blir bestemt av formen på et fluidumdrivelement eller en aktuator,

slik at det ikke gis anledning til tilpasning til det aktuelle benyttede verktøyelement.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er der skaffet tilveie et verktøy med langt større effektivitet, idet det er utstyrt med en slaginnretning eller hammer hvor denne hammer er det eneste bevegelige element til å utføre slagbevegelsene. Oppfinnelsen omfatter dessuten et fluidumdrivelement som kan betjenes for å for-andre strømningsbanen for fluidumet, idet fluidumstrømmen langs strømningsbanen kan betjenes for å drive slaginnretningen i den ene retning og strømning langs en annen bane kan betjenes for å drive slaginnretningen i den motsatte retning, idet slaginnretningen under bevegelse i den ene retning kontakter en stopp-del for overføring av strømningen til et verktøyelement.

Fluidumstrømmen avbrytes kun når slaginnretningen eller hammeren har nådd stoppedelen. Dette oppnås ved å benytte en hovedstrømningsbane fra hvilken drivstrømmen kun avledes når slaginnretningen når stoppedelen og stenger hovedstrømmen, hvorved en sekundær strømningsbane automatisk fører drivstrømmen tilbake i hovedstrømningsbanen.

Fluidumet mates til det drivende element fra et munnstykke som har en utløpsåpning med ringformet tverrsnitt og fluidumelementet har i det minste en første kjegleformet flate langs hvilken stabilisert strømning kan opprettes for strømning i en retning og en annen flate for opprettelse av strømning i en annen retning. Forandring av retningen kan bevirkes ved retur-føring av fluidumet.

Fluidumet er i tilfelle av boring et boreslam som gir nøyaktig styring av slageffekten mens det utfører sin normale funksjon med smøring og returføring av boreavfall.

Den andre flate av fluidumdrivelementet kan også være en kjegleflate langs hvilken stabil strømning kan opprettes.

Det er mulig å drive begge ved meget lave frekvenser og ved meget høye frekvenser.

For at oppfinnelsen skal forstås bedre skal i det følg-ende beskrives en utførelse som et rent eksempel under henvis-ning til tegningene, hvor fig. 1 er et aksialsnitt av en utfør-else av verktøyet, fig. 2 er en fremstilling av den øvre del av verktøyet i større målestokk, og fig. 3 er en fremstilling av den nedre del i større målestokk.

For å illustrere at forskjellige verktøyelementer kan monteres til et verktøy i samsvar med oppfinnelsen viser den illustrerte utførelse et boreverktøyelement 18 over en verktøy-

akse 30 og en enkelt festekonus 19 er vist under denne akse,

idet begge disse er fast forbundet med et ringformet hus 20. Boreslam mates til hXiset 20 og således til et innløp for en del 1 som har et avløpsmunnstykke 3 som fordeler slam matet ved hjelp au delen 1 til en ringformet hals 2 på munnstykket. Utløpet for munnstykket er i form au et sylindrisk skall 21 som ender på opp-strømssiden au en ringformet åpning 23 augrenset au endene au en kjegleformet del au et innuendig stykke 10 og en kjegleformet del au et stykke 5 som omgir stykket 10. Den ringformede åpning 23 befinner seg i en tilstrekkelig austand fra utløpet au det sylindriske skall 21 til å tillate strømning i dette rom for forbindelse for det første med en innuendig åpning 26 som står i forbindelse med en gjennomgang 6, idet det er mulig for denne åpning å uære ringformet eller sirkulær alt etter om en innuendig del 4 er tilstede eller ikke, og for det annet med en utuendig ringformet åpning 24 nær endene au de koniske stykker 8 og 5.

Et rom 25 mellom de koniske stykker 8 og 5 er ved åpningen 9 i delen 5 forbundet med et rom 27 mellom delen 5 som fører utuendig strømning og delen 7 som adskiller innuendige og utvendige strøm-mer .

En konisk del au stykket 7 mottar en del av stykket 10, idet den koniske del av sistnevnte virker som en føring for den innvendige strømning, mens en sylindrisk del av stykket 7 tjener som en føring for en slaghammer 11. Sistnevnte er vist over aksen 30 i en posisjon bort fra den stoppende flate av en del 12, mot hvilken stilling den er forspent ved hjelp av en fjær 13 som ligger an mot en del av stykket 12 nær gjennomgangene 15 i dette stykke, og på et element 28 på en stang 14, hvilken sistneunte trenger gjennom bunnen au hammeren 11 og er glidbar i stykket 12. Under aksen 30 er hammeren 11 uist ued enden au en slagbeuegelse i kontakt med stoppedelen 12. Stangen kan tjene til å begrense hammerens beuegelse bort fra stoppedelen.

For tømming au slam er rommet 27 forbundet med en kanal 17 ued hjelp au åpninger 16 i delen 12.

Utformningen au auløpssiden au munnstykket 3 og ende-områdene au de kjegleformede deler au stykkene 8, 5, 7 og 10 danner en fluidumelementkonstruksjon som frembringer en "Coanda - effekt", dus. frembringer en strøm som uil på en stabil måte føye seg til den ene eller den andre av to kjegleformede flater, den utvendige flate av den koniske del av stykket 10 og den innvendige flate av den koniske del av stykket 5 som er de to overfla-ter.

Ued hjelp av denne anordning kan en skyvekraft bli ut-viklet mot den ene eller andre av de motstående endeflater av hammeren 11, når fluidumelementet som på denne måte dannes, kob-les over for å rette strømmen mot den ønskede flate på hammeren.

I det viste eksempel arbeider denne fluidumelementkonstruksjon som et element med dobbelt stabilitet. I virkelig-heten, når man betrakter det tilfelle hvor hammeren 11 er i en posisjon borte fra stoppedelen 12, er fjæren 13 utstrakt. Slammet som strømmer ut fra det ringformede munnstykke 21 og strøm-mer gjennom kanalen 27, søker i tillegg til strømningen gjennom kanalen 17 og gjennomgangen 15 å komme opp gjennom munnstykkene 19 mot den utvendige åpning 24 som vist med pilen 31, med det resultat at den primære strømning som er stabil langs den innvendige del av kjeglen 5, går plutselig inn i kammeret 22 i retningen 32 langs den koniske skillevegg 10. Resultatet av denne virkning er å forskyve hammeren 11 som trykker sammen returfjæren 13., mens fraværet av sirkulasjon av slam i retningen 31 under-trykker den direkte virkning av strømningen fra 21. På grunn av

"Coanda-effekten" har imidlertid denne undertrykkelse ingen konsekvens for stabiliteten av strømningen 32 langs den utvendige kjegleflate av skilleveggen 10 for styring av den innvendige strømning. Som et resultat fortsetter den skyvekraft som utøves på hammeren 11 inntil sistnevnte slår mot stoppeflaten på delen 12. Strømningen 32 blir således plutselig stoppet, med det resultat at kanalen 6 på delen 10 utsettes for en plutselig reaksjon i retningen 33 og denne reaksjon går gjennom åpningen 26 og påvirker matningsstrømmen som kommer fra skallet 21 utover, og bevirker således at strømningen fortsetter i retningen 35 langs den innvendige overflate av kjegledelen av stykket 5 for føring av den utvendige strøm. Ued passering inn i rommet 27

og kanalene 16 og 15, virker fluidumet deretter mot anslagflaten på hammeren 11 som antydet med pilen 34. Hammeren 11 beveger seg deretter bort fra stykket 12 under denne virkning, kombinert med skyvekraften av fjæren 13, mens slammet som strømmer fra det ringformede munnstykke 21 og som strømmer gjennom kanalen 27, i tillegg til å strømme gjennom kanalen 17 søkerå komme opp gjen-

nom åpningene 9 mot den utvendige åpning 24 som vist med pilene 31, med det resultat at strømningen som var stabil langs kjeglen 5, går plutselig inn i kammeret 22 i retningen 32, langs den koniske del 10. Dette har den effekt at hammeren 11 skyves tilbake og syklusen gjenopptas.

Ued å gjøre det dobbeltstabile element avhengig av hammeren 11, frembringes en stabil slagvirkning som lett kan til-passes den type verktøy som anvendes og rotasjonshastigheten for et slikt verktøy. Det er således mulig å øke ytelsen ved tilpasning av slaghastigheten til avstanden mellom to nærliggende angrepselementer på verktøyet og til dreiehastigheten, idet disse tre elementer avgrenser stigningen av slagangrepet. Da slaghastigheten er en lineær funksjon av matningshastigheten for fluidumelementet, vil det sees at den produserte kombinasjon gjør det mulig meget lett å bestemme den beste ytelse pr. enhet dybde av boringen. Dessuten er de vanskeligheter som møtes ved å sikre lekkasjetetthet i sleideventilene som styrer strømningene i det tidligere systemet, overvunnet fordi hammeren ikke behøver ha en fluidumtett pasning i kammeret og ikke desto mindre påtrykkes trykket over hele flaten av hammeren.

Da det er tilstrekkelig å utsette fluidumvekslingsele-mentet, matet ved 21, for slagvirkningen av hammeren 11 mot verk-tøyets hus, eller mot stopperen festet til sistnevnte, for å

få hele eller en del av den ønskede virkning, er det innlysende at den som eksempel beskrevne innretning kan ha forskjellige former.

Nærmere bestemt, hvis hammeren 11 har forholdsvis liten tetthet, kan fjæren 13 utelates, idet hammeren vender tilbake for det første under virkningen av strømningen produsert i retning av pilen 34, og for det annet under virkningen av den skyvekraft som utøves av slammet som fullstendig bader hammeren.

I stedet for å benytte et dobbeltstabilt vekslerelement er det mulig å anordne et enkelt-stabilt element, idet den innvendige strøm 32 er stabil og den utvendige strøm 35 gjøres ustabil ved f.eks. modifisering av den kjegleformede vegg 5. Den innvendige strøm 32 fører hammeren 11 mot sin stopper 12 som den slår an mot og derved plutselig stopper strømmen 32. En hurtigere økning av trykket og en kompresjonsbølge blir resultatet og sti-ger mot munnstykket 3 og som ovenfor, beveger strømmen bort fra den ytre vegg av delen 10 for å gå videre i retningen 35. Dette gjør det mulig for matehodet å stige igjen under den kombinerte virkning av fjæren 13 og fluidumet 34. Da den ytre strøm 35 er ustabil, vil fluidumet binde til overflaten 10 etter at trykket har sluttet å øke og syklusen gjentas. Passasjen 25 kan derfor utelates .

Uavhengig av det punkt som er omtalt i foregående av-snitt kan dessuten ledningene 6 stenges, idet det er mulig at den plutselige stengning av banen 32 ved delen 12, sammen med den hurtige økning av trykket og kompresjonsbølgen som følger av dette, kan være tilstrekkelig til å bevege strømmen bort fra ytterveggen av delen 10. Den ovenfor beskrevne effekt av returbevegelsen av trykk ved 26 gjennom ledningen 6, bidrar til jevn funksjon men er ikke derfor uunnværlig.

Videre, ved modifisering av den skjematiske fremstilling på fig. 1, 2 og 3, er det også mulig å bringe slagpunktet for slaghammeren nærmere angrepspunktene for verktøyet mot fjellet ved bruken av en stoppedel som tar imot stangen 14, idet denne stoppedel er festet til bunnen av verktøyet 18 eller til feste-konusen 19. Selv om i dette tilfelle stengningen av strømnings-banen 32 kan være ufullstendig og hammeren 11 ikke komme til noen hvilestilling mot delen 12,' er fremdeles verktøyete korrekte funksjon sikret, fordi svingningene i strømningen som kommer fra det ringformede munnstykke 21, fra strømningsbanen 32 til strømnings-banen 35, alltid frembringes ved den plutselige økning av trykket bevirket ved stengningen selv om denne er ufullstendig, av strømningsbanen 32 og ved økningen åv trykktapet som oppstår derved.

I samsvar med en annen variant kan en andre hammer være anordnet ved bunnen av stangen 14 for innretningen som er be-skrevet ovenfor og omfatter en stopper som tar imot stangen 14

og ikke hammeren 11, hvilken andre hammer er. festet til stangen 14 og anbragt under føringsdelen dannet av forlengelsen av delen 12, hvori åpningen 15 er anordnet. Denne andre hammer øker den totale masse av slaglegemet og derfor energien av hvert slag,

idet sistnevnte finner sted mellom den andre hammer og stoppedelen som er i ett stykke med bunnen av verktøyet 18 eller med

festekjeglen 19.

Den ovenfor beskrevne innretning kan videre omfatte to hammere som er stivt forbundet med hverandre ved hjelp av stangen 14, idet fjæren ikke lenger er montert som antydet på fig. 1 og 3, men anbragt mellom en eller annen del av det faste hus for verktøyet og en eller annen del av slaglegemet og særlig under den nedre hammer.

Det vil således forstås at et stort antall modifika-sjoner av detaljer kan foretas med den som eksempel beskrevne utførelse, idet det også er mulig for slammet å bli tømt gjennom baner som avviker fra banen 17, alt etter hvilket verktøy som anvendes.

Claims (4)

1. Dreibart boreverktøy omfattende en slagmekanisme som inkluderer en slagmasse (11) fritt bevegelig i en kapsling (7), en stoppedel (12) festet til boreverktøyet og istand til an-slag av en side av slagmassen og styreorganer anordnet vendende mot en motsatt side av slagmassen og hvor borevæske kan til-lates å strømme enten langs en første bane (32) slik at borevæsken driver slagmassen (11) mot stoppedelen (12) eller langs en annen strømningsbane (27), gjennom hvilken borevæsken kan strømme under slagmassens bevegelse bort fra stoppedelen, karakterisert ved at styreorganene omfatter en ringformet tilførselskanal (21) for levering av borevæske anordnet motsatt en ringformet åpning (23) i et ringformet kammer (22) avgrenset av en innvendig grensevegg (10) og en utvendig grensevegg (5) som danner en del av en overflate av en kjegle og divergerer i en retning bort fra tilførselskanalen (21), mens i det nevnte ringformede kammer (22) er der en strømningsbane-separator (7) med sirkulært tverrsnitt, inne i hvilken begynnelsen av den første strømningsbane (32) dannes og utenfor hvilken begynnelsen av den annen strømningsbane (27) dannes, hvilken første strømningsbane (32) er i det minste delvis lukket når slagmassen ligger an mot stoppedelen (12) og bevirker en plutselig trykkøkning som beveger borevæsken inn i nevnte annen strømningsbane (27) langs den utvendige grensevegg (5) og den

annen strømningsbane (27) omfatter tilbakeføringsorganer (9, 25, 24) som bevirker ustabil væskestrøm langs den utvendige grensevegg (5) og derfor søker å føre væskestrømmen automatisk tilbake til den nevnte første strømningsbane (32).

2. Boreverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at tilbakeføringsorganene omfatter en åpning (9) i den utvendige grensevegg (5), en kanal (25) som står i forbindelse med nevnte åpning (9) og et ringformet kammer (24) som står i forbindelse med kanalen (25) og som radialt og innover munner ut i det ringformede kammer (22) .

3. Boreverktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at overflaten av den utvendige grensevegg (5) er slik ut-formet at væskestrømmen langs nevnte annen strømningsbane (27) er ustabil.

4. Boreverktøy ifølge krav 1, hvor stoppedelen (12) er forsynt med en gjennomgang (15) som kan i det minste delvis lukkes av slagmassen (11), karakterisert ved at den annen strømningsbane (27) er i forbindelse (16) med nevnte gjennomgang (15) på en side av stoppedelen (12) lengst bort fra den side som støter mot slagmassen (11).