PT96386B

PT96386B - Martelo hidraulico de percussao repetitiva

Info

Publication number: PT96386B
Application number: PT96386A
Authority: PT
Inventors: Jack B Ottestad
Original assignee: Esco Corp
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1998-07-31
Also published as: DE69032948D1; EP0507856A1; US5065824A; ES2128316T3; ZA9010432B; JP2919610B2; EP0507856A4; FI101522B; WO1991009709A1; PT96386A; CA2068868A1; DE69032948T2; EP0507856B1; KR0165562B1; KR920700862A; KR920703274A; BR9007948A; AU638104B2; FI922936A0; KR0155954B1

Description

Descrição referente à patente de invenção de ESCO CORPORATION, nor te-americana, industrial e comercial, estabelecida em 2141 N.W.

th, Portland, Oregon 97210, Es; tados Unidos da América, (inventor: Jack B. Ottestad, residente nos E.U.A.), para MARTELO HIDRÃU LICO DE PERCUSSÃO REPETITIVA.

DESCRIÇÃO

Âmbito da Invenção

A presente invenção refere-se a martelos de percussão para proporcionar disparos repetitivos de impacto utilizáveis em, por exemplo, operações de mineração, de escavação e de demolição.

Antecedentes da Invenção

Os martelos de percussão são amplamente usados nos trabalhos de mineração, escavação e de demolição. A sua função ê aplicar cargas de impacto por unidade de ãrea elevadas, de forma repetitiva, sobre uma superfície a fragmentar ou a dividir, O martelo de percussão vulgar ê um exemplo de um dispositivo accionado pneumaticamente por ar comprimido, que proporciona disparos de impacto pontuais sobre a extremidade de uma ferramenta tal como uma picareta ou uma pã.

Embora o martelo e percussão vulgar continue a ser largamente utilizado, a sua aplicação tem vindo a ser redu • zida a ferramentas relativamente portáveis operadas por um indi. víduo musculado. A reacção a estes disparos é exercida pela massa

I

da ferramenta e pelo operador. Este facto constitui uma limitação obvia da utilidade deste tipo de ferramenta.

Deste modo, as ferramentas pneumáticas de impacto montadas em carros começaram a ser frequentemente utilizadas, mas rapidamente se tornou aparente que embora pudessem rece ber martelos capazes de proporcionar disparos mais fortes, os próprios martelos constituíam uma característica limitadora dev.i do ãs restrições inerentes â utilização directa de um gãs compri mido como energia. 0 volume do escoamento, as perdas de energia que ocorrem no ciclo de compressão expansão, e as perdas inerentes relativas â circulação do gãs através do martelo, entre outras complicações, originaram um limite indesejável na energia dos impactos que poderiam ser proporcionados, independentemente da adequabilidade da montagem do martelo.

Em resposta a estas limitações, foi desenvolvida, durante as décadas recentes, uma classe de martelos de impacto accionados por líquidos. Devido ao facto de o líquido pres_ surizado utilizado para accionar o dispositivo ser substancialmente incompressível, são evitados muitos dos problemas incómodos dos dispositivos pneumáticos. As tubagens, acessórios e passagens estão dimensionados para acomodar o volume de líquido, não existindo perdas significativas provocadas pela expansão devido ao facto de não existir uma expansão substancial do próprio fluido motor.

A teoria geral de dispositivos accionados por líquidos indica a utilização de uma célula de gãs que é comprimi do por um líquido pressurizado. A célula e o líquido, que a mantém sob pressão, são mantidos isolados através de uma válvula de obturador de abertura rãpida. Quando a válvula se encontra aberta, o líquido pressurizado accionado pela célula de expansão de gãs, é aplicado sobre a face de accionamento de uma cabeça de martelo. Esta ê uma situação de elevada libertação de energia, de uma forma muito abrupta. A pressão de accionamento pode ser da ordem de 2000 psi ou superior, e a ãrea efeetiva da face de accionamento pode variar entre 5 in , no mínimo, e 1258 in , no mãximo.

Por sua vez, a cabeça do martelo percute uma

ferramenta cuja ponta ou lâmina tem_z usualmente, uma dimensão inferior â da superfície de impacto. As vantagens deste tipo de configuração são óbvias, e reflectem-se nos seguintes exemplos de Patentes Americanas:

Patente N9

Data de Publicação

3263575	2	de
3363512	16	de
3363513	16	de
4111269	5	de

Agosto de 1966 Janeiro de 1968 Janeiro de 1968 Setembro de 1978

Os martelos de impacto desta classe geral são amplamente usados e de facto, proporcionam impactos com um impul so muito superior do que as ferramentas accionadas pneumaticamen te, mesmo do que as ferramentas pneumáticas montadas sobre um carro.

No processo contínuo de desenvolvimento de mar telos de impacto accionados por líquido, têm constantemente surgido problemas que não se verificavam em ferramentas accionadas por gás. A bibliografia disponível faz referência a muitos deles A cativação ê um deles, os efeitos do líquido do martelo é um ou tro. A maior parte destes problemas tem vindo a ser resolvida de uma forma ou de outra, mas continuam a manter-se os problemas persistentes da redução do caudal de líquido pressurizado a um mínimo sensível, e de limitar adequadamente por meio de válvulas o fluxo de líquido de forma que o fluido não impeça o carregamen to ou a descarga da ferramenta, e desta forma impedir a auto-des truição da ferramenta ou o seu desempenho degradado como consequência dos impactos entre os elementos constituintes da ferramenta .

Estes problemas não foram até â data completamente corrigidos. É um objectivo da presente invenção providenciar num martelo de impacto um fluxo e um sistema de válvulas para carregamento e descarga de uma ferramenta de impacto que, desprezando as forças e efeitos exteriores, ainda permita a fiabilidade de operação da ferramenta numa grande quantidade de con dições de operação com um volume de líquido quase-mínimo, com apenas menores impedimentos ao carregamento e descarga da ferra3

menta, se existirem, e sem impactos internos originadores de danos entre os elementos do próprio martelo de impacto. É pretendi do que todos os impactos súbitos ocorram apenas entre a cabeça do martelo e a ferramenta de impacto, e que esta acção seja exercida apenas durante um pequeno comprimento do curso de impacto.

Como vantagem adicional, os objectivos anterio res são alcançados através de um partelo de impacto que tem um número de partes mínimo, sendo todas construídos sob formas inerentemente estáveis e com secções substanciais de forma a resistirem âs forças muito fortes e súbitas envolvidas na operação deste dispositivo.

Breve Descrição da Invenção

Um martelo de impacto de acordo com a presente invenção possui uma estrutura para alojar o seu mecanismo de actuação e para suportar a ferramenta de impacto de trabalho que deve receber um impacto súbito do martelo e transmiti-lo a uma estrutura ou formação a ser furada ou fragmentada. A ferramenta de impacto projecta-se da estrutura e tem movimento axialmente recíproco no interior daquela.

Uma cabeça de martelo ê montada recíprocamente no interior da estrutura com um ajustamento deslizante apertado. Dispõe de uma face de impacto que estã orientada na direcção da ferramenta de impacto para colidir com a ferramenta quando a face de impacto da ferramenta se encontra entre as posições em que se pretende que o impacto ocorra. Nas posições situadas no exterior deste intervalo, a cabeça do martelo ê bloqueada de modo a não colidir com a estrutura. 0 disparo sobre a ferramenta possui energia elevada, ê súbito, e não ê pressuposto proporcionar uma aplicação contínua de força após 0 impacto inicial.

A cabeça do martelo é constrangida por uma câmara de gás compressíval. A câmara de gãs ê prê-carregada atê a uma pressão desejada que será aumentada como consequência do aumento de carga adicional provocado pela movimentação da cabeça do martelo sob a força transmitida pelo líquido sobre ela aplica da, durante o carregamento do martelo para o seu próximo disparo

A cabeça do martelo estã dotada de uma haste,

de um batente de carga e de uma abertura para um obturador. Um obturador estã reciprocamente ajustado na cabeça do martelo com uma cabeça configurada e proporcionada de modo a fechar a abertura para o obturador para permitir que o martelo de impacto seja carregado, e para ser abruptamente removida da abertura do obturador para permitir ó, disparo do martelo de impacto. Um perno de disparo estã ajustado â estrutura para cooperar com o obturador para deslocar este último no momento de disparo do martelo de impacto.

As caracteristicas da presente invenção relacionam-se com assegurar que (1) o martelo de impacto pode ser carregado sob todas as condições de operação; (2) o obturador não será sujeito a choques internos abruptos que conduzirão à sua destruição; (3) o martelo de impacto possa ser disparado prontamente sob todas as condições de trabalho; e (4) que a cabeça do martelo não excedera o seu curso de modo a colidir com a própria estrutura.

Estas e outras caracteristicas da presente invenção serão completamente compreendidas através da descrição que se segue e dos desenhos anexos.

Breve Descrição dos Desenhos

As Figs. 1-7 são secções em corte axial de um martelo de impacto de acordo com o conceito geral da presente in venção apresentado em sete passos sucessivos de operação. Para simplificação da apresentação, foram omitidos alguns detalhes da invenção que são apresentados noutras figuras, numa escala ampli ada.

As Figs. 8-15 são meias secções em corte axial apresentando p martelo de impacto em passos sucessivos de operação e apresentando a configuração preferida da presente invenção em escala ampliada, incluindo alguns dos pormenores omitidos.

As Figs. 16-19 são meias secções em corte mais ampliadas apresentando a construção e operação do obturador com um maior detalhe.

As Fig. 20 e 21 são meias secções em corte am5

““tetacmi·-.„

pliadas apresentando o martelo de impacto em duas situações de ultrapassagem dos limites.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção serã melhor entendida atra vês de uma revista geral da sua estrutura básica e função, após a qual as caracteristicas da presente invenção que permitem a esta estrutura funcionar com fiabilidade serão apresentadas.

Como representado nas Figs. 1-7, um martelo de impacto 20 de acordo com a presente invenção possui uma estrutura 21 com um eixo central 22. 0 impacto do disparo ê transmitido segundo este eixo. A estrutura tem uma passagem 23 para a ferramenta com um rebordo interior 24 representado esquematicamente. Uma ferramenta de impacto 25, tal como uma picareta de ponta agu çada, estã ajustada na passagem para a ferramenta. Um batente de retenção 26 estã ajustado np interior do relevo mantendo esta montagem a ferramenta na passagem. Esta montagem permite um movi mento recíproco limitado entre as posições extremas definidas pelos batentes 27 e 28. As pessoas especializadas na matéria reconhecerão que existem vários outros tipos de dispositivos de re tenção utilizáveis com este propósito.

A ferramenta de impacto pode ser de qualquer outro tipo desejado, por exemplo, pãs, ou cortadores curvados ou cilíndricos. A ferramenta de impacto possui uma extremidade de impacto 30 para a recepção do impacto transmitido, e uma extremidade de trabalho 30a para aplicação do disparo resultante sobre uma superfície de trabalho a ser quebrada ou fragmentada.

martelo de impacto inclui uma cabeça de martelo 31 com uma haste 32 ajustada a um cilindro de guiamento 33 na estrutura. A parte inferior da cabeça do martelo estã em comu nicação com a atmosfera através da ferramenta de impacto através do relevo 24.

Para efeitos de manufactura, as superfícies in teriores da estrutura e as superfícies inreriores e exteriores da cabeça do martelo serão preferencialmente circulares. Sobre a cabeça do martelo estã formada uma gola de carga 35. 0 seu diâ metro ê superior ao diâmetro do cilindro de guiamento 33, estan

do a gola ajustada com deslizamento no interior de um cilindro de carga 36. Deve notar-se que existe um diferencial entre a ãrea da gola de carga 35, na extremidade superior da cabeça do martelo, e a ãrea da haste da cabeça 32 na extremidade inferior, de acordo com a Fig. 1. Os termos superior e inferior tal co mo usados nesta especificação referem-se a distâncias â ferramen ta de impacto, sendo as mais próximas as inferiores.

Uma câmara de carga 40 estã formada entre o ci lindro de guiamento 33 e o cilindro de carga 36. Uma passagem para entrada de pressão 41 atravessa a parede da estrutura para o interior da câmara de carga.

Uma abertura para um obturador 45 está formada no topo da cabeça do martelo. A sua face superior estã dirigida para a câmara de compressão 47, e a sua face inferior 48 estã di rigida para a câmara do obturador 49, a partir da qual a passagem 50 faz a ligação abaixo da face inferior 51 da gola de carga 35. As passagens 53 abrem-se na câmara de carga 40 a partir da extremidade inferior de uma câmara da cabeça do obturador 52.

Um obturador 55 engloba uma haste do obturador 56 e uma cabeça do obturador 57. A haste movimenta-se reciprocamente no interior da passagem do obturador 58, no interior da haste da cabeça do martelo. Uma passagem de alívio 59 estende-se da parte inferior da passagem do .obturador atê â extremidade de impacto da haste do martelo de forma a pôr a passagem do obturador em contacto com a atmosfera. A cabeça do obturador movimenta -se recíprocamente na câmara da cabeça do obturador 52. São providenciados meios de vedação adequados, ou tolerâncias suficientemente apertadas para prevenir fugas substanciais de fluido para a passagem do obturador. A cabeça do obturador possui um batente 60, uma face de accionamento do obturador 67 sobre o referido batente, uma faee de fecho 65 dirigida para a face inferior 48 da abertura do obturador, e uma parede cilíndrica 66 ajustada de forma deslizante â câmara da cabeça do obturador 52.

Um perno de disparo 70 é suportado pela estrutura na trajectõria do obturador no interior da câmara de compres são 47, através de um apoio do braços 71. 0 perno de disparo tem . uma parede exterior cilíndrica 72 ajustada a entrar na abertura Ido obturador, e uma face 73, ambos com um propósito a descrever.

Uma célula de gãs 75 está montada na estrutura na sua extremidade superior. Inclui uma parede cilindrica interna 76. Um âmbolo ôco 77 estã ajustado com deslizamento sobre a parede 76.

Dispõe de uma parede periférica cilíndrica 78 com um bordo exterior limitador 79. Uma carga de gãs sob pressão adequada, muitas, vezes de aproximadamente 500 psi, ê introduzida nesta câmara. Este facto expande a célula como se representa na Fig. 1. O êmbolo ê parado numa extremidade do seu movimento por um batente limidsdor 80.

Uma abertura dé drenagem 81 encontra-se aberta sobre a parede 76. A abertura 81 ê fechada pela parede periférica 78 do êmbolo nalgumas posições do êmbolo, mantendo-se aberta noutras. A linha de drenagem 82 estende-se através da estrutura até um reservatório (não representado). Uma célula de gãs secundaria 83 pode, opcionalmente, ser colocada na linha de drenagem para assegurar uma drenagem adequada, se necessário.

A operação geral deste dispositivo serã de seguida descrita, com referência âs Figs. 1-7, que apresentam sete passos sucessivos desta operação.

Na Fig. 1, a cabeça do martelo é representada numa condição imediatamente posterior a ter transmitido um impac to à ferramenta de impacto e de estar prestes a recomeçar a recarga. Deve ser notado que a ferramenta de impacto 25 foi empurrada para o seu limite superior pelo peso do martelo de impacto exercido na sua face de impacto suportado pelo material a fragmentar na sua extremidade de trabalho. G batente de retenção 26 ê restringido pelo batente 27 no interior do rebordo 24 de forma a que a extremidade de impacto 30 fique colocada na posição adequada para o próximo impacto a transmitir. Nesta altura a célula de gãs 75 estã completamente expandida. A parede 76 fecha a aber tura de drenagem.

obturador estã na sua posição mais baixa, assim como a cabeça do martelo. A abertura do obturador estã aberta. A abertura de entrada 41 (que estã sempre aberta à pressão ) esta em comunicação com a câmara da cabeça do obturador 52, * pronta a exercer pressão hidráulica sobre a face de accionamento

SaâSSSS¹

do obturador 67. A câmara de compressão 47 e a câmara do obturador 49 estão â mesma pressão. De notar que uma expansão adicional da célula de gãs ê impedida pelo batente limitador 80.

A aplicação de pressão hidráulica suficiente sobre a face de accionamento do obturador 67 dará início ao novo passo que estã representado na Fig. 2. Esta pressão movimentará q obturador para cima vedando a abertura do obturador 45. Este movimento também abre a câmara da cabeça do obturador 52 às passagens 50, providenciando pressão hidráulica ao cilindro de carga 36 pela abertura de entrada. Este facto permite que a força resultante sobre a cabeça do martelo comece a movimentar a cabeça do martelo para cima, como representado na Fig. 3.

Na Fig. 3, repare-se de novo que a câmara anular da cabeça do obturador 52 foi aberta para a gola de carga 35 A cabeça do martelo continuará a mover-se para cima. A câmara de compressão 47 ê enchida com fluido hidráulico que ê mantido entre a célula de gãs e a face superior da cabeça do martelo. 0 lí quido ê substancialmente incompressível, mas a célula de gás ê compressível. Deste modo, a pressão criada na câmara de compressão 47 ê transmitida ã célula de gãs que ê comprimida e armazena energia. Durante todo este intervalo de tempo o dreno está fecha do pela parede do êmbolo 77. A face superior da cabeça do martelo estã a aproximar-se do perno de disparo.

A Fig. 4 representa a situação em que o martelo de impacto estã quase carregado e preparado para disparar. Chama-se a atenção para o facto de o bordo limitador 79 do êmbolo 77 no interior da célula de gãs ter passado o bordo inferior da abertura de drenagem. Se não existisse um rebordo neste ponto poderia acontecer que o sistema tivesse falta de capacidade para movimentar a cabeça do martelo suficientemente longe para atingir o perno de disparo. Esta situação deve-se ao facto de o martelo de impacto ainda conter o fluido usado no ciclo anterior. Pelo menos aquela quantidade deve ser descarregada. O rebordo providenciado pelo bordo limitador abre a abertura de. descarga para permitir a saída de fluido em volume aproximadamente igual ao utilizado no ciclo anterior.

Nesta altura, o perno de disparo já entrou e

fechou a abertura do obturador, isolando um volume 85 de fluido hidráulico entre ele e a cabeça do obturador.

movimento para cima da cabeça do martelo con tinua numa curta distância atê que o passo representado na Fig.

ocorra. Nesse momento, como mais tarde serã discutido em detalhe, a cabeça do martelo está numa situação instável. Ocorre um movimento abrupto exemplificado pela seta 86, movimentando muito rapidamente o obturador para a posição de abertura. Então a cabeça do martelo serã movimentada axialmente pela pressão exercida pela célula de gãs. Este ê o passo representado na Fig. 6.

Como mostrado na Fig. 6, a cabeça do martelo desloca-se para baixo, exemplificado pela seta 87. Este facto ê permitido pela liberdade de escoamento dada ao fluido, através da cabeça do martelo, para a câmara de compressão 47 em ampliação, exemplificado pelas setas 88. A cabeça do martelo ê rapidamente dirigida na direcção da ferramenta de impacto. 0 perno de disparo ê, evidentemente deixado na sua posição fixa.

As condições de impacto são apresentadas no passo ilustrado na Fig. 7. 0 obturador foi movido para o seu limite inferior.

Recorde-se que a sua extremidade inferior estã em comunicação com a atmosfera. A cabeça do martelo colidiu com a extremidade de impacto da ferramenta de impacto, e a ferramenta de impacto transmite este impulso, exemplificado pelá seta 89 a uma superfície de trabalho 90. Torna-se necessário que a cabeça do martelo pare mesmo se, por qualquer razão, a ferramenta de impacto não estiver posicionada para receber o impacto, como mos trado nas figuras anteriores. A função de travamento serã mais tarde discutida em detalhe.

Apõs o impacto, o sistema pode voltar ao passo representado na Fig. 1. Nesta altura pode ser desejável que a emissão do fluido ejectado pela abertura de drenagem seja assistida. A célula secundaria de gãs assistira esta operação no caso de uma linha longa e lenta ou outra questão retardadora poderem demorar a emissão necessária.

Este sistema ê excelente em teoria. Contudo, o martelo de impacto tem que ser manufacturado a partir de materiais convencionais, usando técnicas de fabrico económicas e con10

vencionais com tolerâncias comerciais. Tais martelos são supostos operar com sucesso em muitos climas, desde os mais quentes atê aos mais frios. Também, ê desejável permitir a rãpida adaptação do martelo â utilização de variados fluidos hidráulicos que diferem bastante quanto â viscosidade. Água, óleo e uma suspensão de óleo em ãgua, ou emulsões, são exemplos.

De ainda maior importância são as características de fiabilidade de operação e de razoáveis tempos médios entre reparações e operações de manutenção. Um martelo de impacto construido estritamente de acordo com a configuração simplifi cada apresentada nas Figs. 1-7 não estã dotado das referidas van tagens. Em vez. disso, embora tenham trabalhado durante um período limitado de ciclos, durante um intervalo de tempo demasiado curto ou sob varias condições comuns de operação os martelos não dispararam com fiabilidade, ou simplesmente não dispararam. Muitas vezes destruíram os próprios componentes internos devido âs tensões de impacto exercido entre as suas partes constituintes.

autor da presente invenção, apõs um considerável período de tempo, e como consequência de experiências e fa lências, identificou a existência de quatro ãreas de problemas, e através da presente invenção conseguiu resolvê-los para produzir O martelo de impacto fiável útil e duradouro.

As ãreas de problemas são as seguintes:

1. É necessário assegurar que um martelo de impacto pode ser carregado—que o obturador pode ser forçado para a posição de fecho e nela mantido de forma a completar o processo de carga. De outra forma o martelo de impacto entrara em perda.

2. Ê necessário assegurar que o martelo de impacto, uma vez carregado, pode ser disperado pela aplicação da pressão fornecida. De outra forma o disparo do martelo de impacto requer forças que não estão disponíveis no aspecto prático.

3. Protecção da cabeça do martelo e da estrutura contra os danos por impacto mútuo no caso da cabeça estar colocada numa posição em que se possa ultrapassar os limites e colidir com a estrutura.

4. Protecção da cabeça do obturador contra os danos por impacto quando ê movido para a sua posição de fecho no caso de a cabeça de martelo estar colocada numa posição em que se possa ultrapassar os limites.

No decurso do seu desenvolvimento, a iteração da Figs. 1-7, embora teoricamente correcta, provou o envolvimen to de cada um dos problemas acima referidos. Os problemas em si estão longe de serem óbvios. Pelo contrario, cada falência teve de ser anãlisada. De modo como ocorreram, as causas das falências não eram de todo evidentes, e mesmo quando determinadas, aconteceu frequentemente que o conserto para um problema causava ainda outro problema. Assim, as causas reais das falências parecem ser actualmente conhecidas, tendo sido incorporadas num martelo de impacto que por esse facto se tornou completamente fiável. Embora os detalhes que tornam este conceito economicamente viável pareçam em si relativamente pequenos, especialmente num dispositivo tão grande, não foram facilmente inventados, nem a sua necessidade foi facilmente descoberta.

As Figs. 8-15 apresentam os aperfeiçoamentos realizados para permitir que o sistema de martelo de impacto esquemãticamento apresentado nas Figs. 1-7 opere com fiabilidade e com a longevidade desejáveis. Foram dados numeros idênticos a elementos com funções similares, na maior extensão possível, não sendo a descrição destes elementos repetida.·

As diferenças principais serão encontradas na construção da cabeça do obturador 157, na face inferior da abertura do obturador 145, numa câmara de potência 160, e numa restrição 161 entre o cilindro de potência e a câmara de carga 40. Certas relações dimensionais importantes serão também apresentadas .

Com referência âs Figs. 8-15, abertura de entrada de pressão 41 comunica com a câmara de carga 40. Nesta cor figuração a câmara 40 ê formada por um ligeiro aumento no diâme tro do cilindro de guiamento 33 acima da abertura de entrada 41, e similarmente aumentando o diâmetro da haste da cabeça acima da abertura de entrada, relativamente à posição da cabeça do martelo na estrutura quando se encontra numa posição inferior

pronta para ser carregada. Isto origina uma restrição 161 entre a câmara de carga 40 e a câmara de potência 160, Esta restrição ê um ajustamento deslizante vedado por fluido que existe durante uma série de posições da cabeça do martelo até e abaixo das representadas nas Figs. 8-10, mas que deixa de existir quando a cabeça do martelo se move para cima desta posição. Depois disso, as câmaras 40 e 160 ficam directamente ligadas.

A cabeça do obturador 157 e consideravelmente modificada em relação â construção apresentada nas Figs. 1-7. Possui um batente inferior 162 sempre exposto â pressão proveni ente da abertura de entrada 41 através da câmara de carga 40 e dos ramos 53. A passagem do obturador tem um rebordo interior 165 em comunicação com os ramos 53 para assegurar esta comunica ção. Um batente anular de amortecimento 164 trabalha em conjunto com um rebordo interior de amortecimento 167 formado no topo da câmara 52, com uma face de assentamento 168 e uma parede periférica cilíndrica 169. Quando o obturador é levantado com a sua cabeça acima do rebordo interior de amortecimento, os ramos 53 comunicam directamente com a câmara do obturador 49 através da câmara da cabeça do obturador 52. Na posição mais inferior do obturador apresentada na Fig. 8 esta comunicação serã bloque ada por uma parte do obturador a descrever.

Regresando agora ã câmara de potência 160, esta ê formada entre a face inferior 51 da gola de carga 35 e um batente inclinado 170 formado na junção da câmara de carga 40 e da câmara de potência. O volume desta câmara varia como função da localização axial da cabeça do martelo no interior da estrutura. Em posições até a abaixo da representada na Fig. 8 a sua redução em volume ê útil na travagem da cabeça do martelo contra a ultrapassagem dos limites.

Em posições da cabeça do martelo acima da representada na Fig. 8 estarã directamente ligada à câmara de carga 40 de forma a facilitar o carregamento do martelo de impacto.

Nesta altura, pode ser útil um comentério sobre a ultrapassagem dos limites do martelo de impacto. É muito indesejável que qualquer parte da cabeça do martelo colida com a estrutura. Os martelos de impacto deste tipo são projectados para proporcionar centenas de libras-pê de energia em períodos ft

de tempo muito curtos. 0 objectivo ã aplicar um impacto súbito sob um elevado impulso dado que os impactos com impulsos elevados são mais eficazes para quebrar ou fragmentar estruturas. Contudo, tais impactos se transmitidos â estrutura do martelo podem ser tão danificadores para esta como' são supostos serem para as estruturas e formações a fragmentar.

Como pode ser observado nas Figs. 8-15, a ferramenta de impacto 25 estã ajustada à estrutura, com deslizamen to. Quando o martelo de impacto pressiona a ferramenta contra uma estrutura ela será retraida como representado. Então, a extremidade de impacto 30 estarã posicionada como se representa, e ê neste ponto que a cabeça do martelo estã mais adaptada para a golpear. Quando a cabeça do martelo golpeia a extremidade de impacto, ê suposto que a energia da cabeça do martelo seja trans mitida â ferramenta de impacto, e este facto trava substancialmente a cabeça do martelo contra movimento adicional na direcção da extremidade de acção da estrutura.

Contudo, a ultrapassagem dos limites pode tam bêm resultar de um disparo em falso. Isto pode ocorrer, por exemplo, quando o martelo estã a operar num alinhamento horizon tal actuando sobre uma superfície vertical e estã a disparar au tomaticamente. Ocasionalmente, a ferramenta de impacto pode não estar em contacto com a superfície, ou pelo menos não firmemente apoiada. Estas situações sãõ por vezesdesignadas por dispare em falso. Então a cabeça do martelo pode não atingir a ferramenta de impacto, ou se fizer, a ferramenta de impacto pode não transmitir suficiente energia cinética da cabeça do martelo, pa ra parar a cabeça do martelo antes desta embater na estrutura. Para evitar danos internos a cabeça do martelo deve ser travada.

Em qualquer situação, a acção de travagem pare, parar este pesado elemento deve usualmente ser completada aproximadamente numa polegada do seu curso. Tal acção de travagem rápida requer a resistência a uma aplicação adicional de força accionadora. Por sua vez, isto significa usar a pressão da câma ra de carga 40 e da câmara de potência 160 para fechar a válvula do obturador para prevenir a transferência de fluido para a câmara de compressão 47 e para exercer uma força resistente ten

dente a travar a cabeça do martelo.

Em todas as circunstâncias, incluindo disparos sob condições de carga e alinhamento rotineiros, assim como em disparo em falso ou noutros modos passíveis de ultrapassagem dos limites, o próprio obturador estã sujeito a movimento rápido e a paragens abruptas.

De facto, o movimento axial do obturador em ambas as direcções termina com um contacto de metal com metal. Quando a abertura do obturador estã aberta para libertar a ener gia armazenada na célula de gás e câmara de compressão, ê impor tante que ele se mova rapidamente de modo a não impedir a trans ferência de fluido necessária através da abertura do obturador para permitir que o martelo de impacto se mova abruptamente. Contudo, tal movimento violento pode rapidamente destruir o obturador a menos que se providencie um sistema de o amortecer nos extremos do seu movimento de abertura.

Também, embora o fecho do obturador para permitir que o martelo de impacto seja carregado se realize contra a pressão da célula de gás, e portanto ê menos abrupta, ainda assim o obturador ê movimentado para o fecho por um diferencial de pressão bastante substancial. Ê da melhor prática regular este fecho.

De ainda maior importância são os potenciais danos na cabeça do obturador quando a cabeça do martelo está su jeita â ultrapassagem dos limites. Aqui a razão de fecho do obturador ê particularmente rápida e a falta de um sistema adequado para regular o fecho do obturador sob estas condições produziu dificuldades consideráveis.

Ainda uma outra circunstância na operação da rotina deste martelo de impacto na qual, se o projecto não fôr adequado, o martelo de impacto entrará em perda e não poderá ser recarregado até ser removido do contacto com a superfície de trabalho, e mesmo nessa altura o obturador pode vibrar e nunca assentar para completamento da carga da ferramenta.

Os aperfeiçoamentos apresentados nas Figs. 8-21 ultrapassaram as potenciais sujeições acima referidas.

A face superior 166 do obturador 157 foi grandemente modificada relativamente à apresentada nas Figs. 1-7.

Inclui um bordo de fecho primário 1.90. acima de uma superfície limitadora cilíndrica 191 e uma superfície inclinada 192 que se prolonga para cima para uma superfície limitadora secundária cilíndrica 193.

A face inferior 148 da abertura do obturador foi modificada para trabalhar com a face superior 166 do obturador. Inclui uma superfície limitadora primária cilíndrica 195 que se ajusta de modo apertado, mas não vedante, â superfície limitadora 191. A superfície inclinada de fecho 196 prolonga-se para cima para intersectar uma superfície limitadora secundária cilíndrica 197. As suas dimensões relacionadas são de tal forma que na sua extremidade superior o bordo primário de fecho 190 se ajusta com vedação ã superfície de fecho 196.

As superfícies 191 e 195 trabalham em conjunto como uma válvula limitadora de fluxo, assim como as superfícies 193 e 197.

É importante referir que o ângulo cónico da superfície inclinada 192 do obturador ê superior em alguns graus talvez dois graus (menor do que pode ser representado) do que o ângulo cónico da superfície de fecho inclinada 196, para criar uma pequena eâmara de volume 200 (Figs. 18). 0 comprimento axial da câmara 20Q no seu centro é superior do que no seu bordo exterior.

A superfície limitadora secundária 193 do obtu rador, e a superfície limitadora secundária 197 da abertura do obturador, têm um ajustamento apertado, mas não vedante, de modo a exercerem uma acção limitadora.

Alguns dos problemas resolvidos pela presente invenção podem ser melhor compreendidos pela observação das cir cunstâncias representadas nas Figs. 8, 16 e 19.

A Fig. 1 simula uma situação muito comum. 0 martelo acaba de completar o seu disparo e aguarda o recarregamento. Recorde-se que estamos em presença de dispositivos muito pesados suportados por apoios accionados hidraulicamente que os dirigem e os forçam contra a superfície a trabalhar. Assuma-se na Fig. 8 que a estrutura está a ser energicamente forçada para baixo contra uma superfície a trabalhar. Esta acção movimentará

a estrutura para baixo de forma a ficar apoiada sobre o batente da ferramenta de impacto. Ora, se fôr exereida força suficiente sobre a estrutura em adição ao seu peso, nem a ferramenta, nem a cabeça do martelo podem ser movidas para baixo — a cabeça do martelo estã simplesmente restringida pela ferramenta de impacto.

De imediato, a impossibilidade de a cabeça do martelo se mover para baixo não pareceria um problema, mas no dispositivo da Fig. 1 poderá constituir um. Esta situação ê cau sada pelo facto de o obturador estar aberto e de a câmara do ob turador estar em comunicação com a câmara de compressão 47. 0 líquido acima do obturador estã numa condição de bloqueado e o obturador não pode iniciar o movimento para cima atê que a es trutura seja levantada de modo que a cabeça do martelo possa mo ver-se para baixo, disponibilizando espaço na câmara do obturador para a entrada deste ultimo. Este ê um inconveniente da ope ração do dispositivo e tende a diminuir a sua productividade.

Esta circunstância ê evitada através de uma escolha correcta das razões de amplificação do obturador e da câmara da cabeça do martelo. Por razão de amplificação entende-se a razão entre as áreas activas no accionamento do êmbolo con. cabeça.

Neste dispositivo, com referência â Fig. 16, e razão de amplificação (Rc) da cabeça do martelo 31 ê a razão da ârea total da gola de carga (Ac), exemplificada pelo seu raio 205, pela diferença das ãreas da cabeça (Ac) e da sua haste (ah), exemplificada pela diferença dos raios, assim:(Rc)=Ac/(Ac-Ah) .

A razão de amplificação do obturador (Ro) ê a razão da ãrea da cabeça do obturador (Aco), exemplificada pelo raio do obturador 207, pela diferença das ãreas (Aco) e (Aho) da haste do obturador exemplificada pelo raio 208 da haste do obturador, assim(RO) = Aco / (Aco-Aho).*’

De acordo com a presente invenção, (Rc) deverá exceder substancialmente (Ro). Para a maioria das instalações praticas, (Rc) tem um valor aproximado de 4:1, e (Ro) ê aproximadamente de 3.5:1.

Deve notar-se que uma dada pressão exercida na abertura de entrada 41 desenvolvera um diferencial de forças tendente a elevar o obturador mais elevado do que o diferencial de forças tendente a elevar a cabeça do martelo. Assim, mesmo que a cabeça do martelo seja mantida em baixo, o obturador pode ser forçado para cima, comprimindo desta forma a célula de gãs. Projectando adequadamente aa dimensões anteriores, o problema referido ê evitado, e o obturador pode ser elevado.

Ora, contudo, aparece o problema seguinte. Ê necessário fechar o obturador e mantê-lo fechado atê que o dispositivo seja disparado pelo contacto do gatilho com o obturadoí. As Figs. 16-19 apresentam a solução para este problema. Na Fig. 16, o fecho do obturador esta prestes a ser iniciado, tendo a pressão aplicada â face inferior do obturador sido comunicada através das passagens 53. Um obturador adequadamente dimensiona do move-se para cima como representado na Fig. 17. A cabeça do martelo mantém-se na posição inferior.

Na Fig. 18, a superfície superior do obturador estã a aproximar-se da superfície inferior da abertura do obturador, e a parede do obturador estã a aproximar-se da extre midade superior da câmara da cabeça do obturador 52. A cabeça do martelo continua na posição inferior. De notar, contudo, que as superfícies cilíndricas 191 e 193 se estão a aproximar das suas superfícies associadas na cabeça do obturador. Rapidamente passarão a actuar como restrições limitadoras deslizantes como uma válvula limitadora de fluxo, suposta a dar passagem a líqujL do, más a uma razão restringida. A cabeça do martelo continua na posição inferior. De notar também que a restrição 161 impede o fluxo da abertura de entrada para a câmara 160.

A Fig. 19 apresenta o obturador totalmente as^ sente. De notar a folga entre as superfícies 192 e 196. Nesta altura, o fluido sob pressão ê introduzido na câmara de potência 160 movimentando a cabeça do martelo para cima. Como mostrado na Fig. 19, a restrição 161 entre a câmara de carga e a câmara de potência desapareceu e a pressão fornecida é totalmente apli cada sobre a cabeça, com o obturador fechado. A totalidade da pressão do sistema ê nesta altura exercida sobre o obturador, e

a mesma razao de redução que assegurou a sua acçao anterior assegura que ele não entrará em vibração, mantendo-se fechado.

A protecção da cabeça do martelo e da estrutura contra danos destrutivos de disparos em falso estã melhor ilustrada nas Figs. 20. e 21. No Fig. 20, o dispositivo foi disparado e a cabeça do martelo estã no seu percurso. O obturador estã aberto e retraído. Não existe qualquer resistência ao movimento da cabeça do martelo. Contudo, foi criada a restrição 161, isolando as câmaras 40 e 160 ’uma da outra. O fluido da câmara 160 pode escoar livremente para a câmara 47. Contudo, o fluido posicionado abaixo do batente 162 do obturador estã isolado. Depois de se fechar a restrição 161, o movimento adicional da cabeça do martelo reduz o volume da câmara 40, e tende a elevar o obturador para o fecho como apresentado na Fig. 21.

A redução de volume da câmara 160 origina então uma travagem adequada da cabeça do martelo. A ultrapassagem dos limites ê impedida dado que a cabeça do martelo ê parada antes de colidir com a estrutura.

Com as características anteriormente menciona das, pode ser construído um martelo de impacto totalmente fiável, versátil e com uma longa duração.

A presente invenção não se limita âs configurações apresentadas nos desenhos e descritas nesta memória, que são dadas a título de exemplo e não de limitação, mas apenas â conformidade com o âmbito das reivindicações apensas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

- I^a Martelo de percussão do tipo que possui uma estrutura com um cilindro de carga interno e um cilindro de gui a coaxiais, e uma cabeça de martelo, tendo uma gola cilíndrica, ajustada de forma deslizante ao cilindro de carga referido, e uma haste cilíndrica, ajustada de forma deslizante ao cilindro de guia, sendo os diâmetros do cilindro de carga e gola maiores do gue os diâmetros do cilindro de guia e haste, existindo uma câmara de compressão no interior da estrutura referida, exposta â gola mencionada e a uma célula de gãs compressível, dirigida para o interior daquela câmara, possuindo uma câmara de obturador no interior da cabeça do martelo, tendo uma abertura de comu nicação com a câmara de compressão, um obturador que dispõe de uma cabeça cilindrica e de uma haste cilíndrica coaxiais, possuin do a cabeça do martelo um cilindro para alojamento da cabeça do obturador e um cilindro para alojamento da sua haste, respectiva mente, ajustados de forma deslizante, sendo os diâmetros da cabe ça do obturador e respectivo cilindo maiores do que os diâmetros da haste e do cilindro correspondente, formando a cabeça do obtu rador uma face de accionamento anelar, entre ela e a haste, formando a cabeça do obturador e o seu cilindro uma câmara por baixo da face de accionamento, podendo o obturador mover-se selecti vamente entre as respectivas posições, fechando ou abrindo a abertura acima referida, dispondo de um gatilho fixado â estrutura de forma a receber o encosto obturador em algumas posições de operação da cabeça do martelo, de forma a impedir o obturador de fechar a abertura atrás, referida, dispondo de meios para receber uma ferramenta de impacto, para movimento, recíproco na estru tura, sob acção da cabeça do martelo, meios de entrada para a ad missão de fluido sob pressão e meios de saída para a descarga do fluido em excesso, em que a razão entre a área cilindrica da gola da cabeça do martelo e o diferencial entre as áreas cilíndricas da gola e da haste define a razão de amplificação da cabeça do martelo, e em que a razão entre a área cilindrica da cabeça do obturador e o diferencial entre as áreas cilíndricas da cabeça e da haste define a razão de amplificação do obturador, carac terizado pelo facto de a referida razão de amplificação da cabeça do martelo ser superior â referida razão de amplificação do obtu rador, de forma a permitir o movimento do obturador para fecho da abertura referida, em oposição à pressão da câmara de compre^ . são, mesmo que a cabeça do martelo não se possa mover em oposi’ Ção.

Martelo de percussão do tipo que possui uma estrutura com um cilindro de carga interno e um cilindro de guia coaxiais, e uma cabeça do martelo, tendo uma gola cilíndricca, ajustada de forma deslizante ao cilindro de carga referido, e uma haste cilíndrica, ajustada de forma deslizante ao cilindro de guia, sendo os diâmetros do cilindro de carga e gola maiores do que os diâmetros do cilindro de guia e haste, possuindo uma câmara de compressão no interior da estrutura referida, exposta â gola mencionada e a uma célula de gãs compressível, dirigida para o interior daquela câmara, dispondo de uma câmara de obtura dor no interior da cabeça do martelo, tendo uma abertura de comunicação com a câmara de compressão, um obturador que dispõe de uma cabeça cilíndrica e de uma haste cilíndrica, coaxiais, dispQndo a cabeça do martelo de um cilindro para alojamento da cabeça do obturador e de um cilindro para alojamento da sua haste, respectivamente, ajustados de forma deslizante, sendo os diâmetros da cabeça do obturador e respectivo cilindro maiores do que os diâmetros da haste e do cilindro correspondente, formando a cabeça do obturador uma face de accionamento anelar, entre ela e a haste, formando a cabeça do obturador e o seu cilindro uma câmara por baixo da face de accionamento, podendo o obturador mover-se selectivamente entre as respectivas posições, fechando ou abrindo a abertura acima referida, existindo um gatilho fixado à estrutura de forma a receber o encosto do obturador em algumas posições de operação da cabeça do martelo, de forma a impedir o obturador de fechar a abertura através referida, dispondo de mei os para receber uma ferramenta de impacto, para movimento recíproco na estrutura, sob aeção da cabeça do martelo, meios de entrada para a admissão de fluido sob pressão e meios de saída para a descarga do fluido em excesso, caracterizado pelo facto de uma secção cilindrica de diâmetro mais reduzido de haste da cabe ça do martelo formar uma câmara de carga entre ela e o cilindro de guia, definindo esta secção reduzida um ressalto anelar em torno da referida haste constituindo, em cooperação com o cilindro de guia, uma restrição deslizante ao fluido, entre a câmara de carga e o cilindro de carga, em algumas posições da cabeça do martelo, e eliminando esta restrição noutras posiçoes, comunican do a referida entrada quer com a câmara de carga, quer com a câmara do obturador, por baixo da sua face de aecionamento.

- 3^a Martelo de percussão do tipo que possui uma estrutura com um cilindro de carga interno e um cilindro de guia coaxiais, e uma cabeça de martelo, tendo uma gola cilindrica, ajustada de forma deslizante ao cilindro de carga referido, e uma haste cilindrica, ajustada de forma deslizante ao cilindro de guia, sendo os diâmetros do cilindro de carga e gola maiores do que os diâmetros do cilindro de guia e haste, hexistindo uma câmara de compressão no interior da estrutura referida, exposta ã gola mencionada e a uma cãlula de gás compressível, dirigida para o interior daquela câmara, possuindo uma câmara de obturador no interior da cabeça do martelo, tendo uma abertura de comunica ção com a câmara de compressão, contendo um obturador que dispõe de uma cabeça cilindrica e de uma haste cilindrica, coaxiais, dispondo a cabeça do martelo de um cilindro para alojamento da cabeça do obturador e de um cilindro para alojamento da sua haste, respectivamente, ajustadas de forma deslizante, sendo os diâ metros da cabeça do obturador e respectivo cilindro maiores do que os diâmetros da haste e do cilindro correspondente, formando a cabeça do obturador uma face de aecionamento anelar, entre ela e a haste, formando a cabeça do obturador e o seu cilindro uma câmara por baixo da face de aecionamento, podendo o obturador mo ver-se selectivamente entre as respectivas posições, fechando ou abrindo a abertura acima referida, existindo um gatilho fixado â estrutura de forma a receber o encosto do obturador em algumas posições de operação da cabeça do martelo, de forma a impedir o obturador de fechar a abertura atras referida, dispondo de meios para receber uma ferramenta de impacto, para movimento recíproco na estrutura, sob acção da cabeça do martelo, meios de entrada para a admissão de fluido sob pressão e meios de saída para a descarga do fluido em excesso, caracterizado por dispor de meios compatíveis de amortecimento pelo fluido na cabeça do martelo e no obturador, respectivamente, para encerramento do fluido num espaço limitado, â medida que o obturador se aproxima de uma das

SMlsttK extremidades do seu intervalo de movimento, e para controlo da fuga de fluido do espaço referido, ã medida que o obturador se move na direcção dessa extremidade.

- 4^a Martelo de percussão de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de os meios compatíveis de amortecimento pelo fluido serem constituídos por uma primeira superfície cilíndrica periférica na cabeça do obturador, e uma primeira superfície cilíndrica interna, correspondente, na abertura da câmara de compressão, formando essas superfícies um controlo restritivo do fluxo quando o obturador se aproxima da aber tura, incluindo adicionalmente um bordo de fecho, na cabeça do obturador, adaptado para vedar por assentamento a abertura mencionada.

- 5^a Martelo de percussão de acordo com a reivindi, cação 4, caracterizado pelo facto de os referidos meios de amortecimento incluírem adicionalmente uma segunda superfície cilíndrica periférica, na cabeça do obturador, e uma segunda superfície cilíndrica correspondente, na abertura referida, formando um controlo restritivo adicional ao fluxo quando o obturador se aproxima da abertura, incluindo ainda superfícies tronco-cónicas na cabeça do obturador e na abertura da câmara de compressão, lo calizadas entre as respectivas primeira e segunda superfícies possuindo uma das superfícies tronco-conicas um ângulo de cone diferente da outra, de modo a formar uma câmara anelar, entre elas, de comprimento axial maior junto do eixo do obturador.

- 6^a Martelo de percussão de acordo com a reivindi cação 3, caracterizado pelo facto de os meios compatíveis de amortecimento pelo fluido serem constituídos por um ressalto anelar de amortecimento formado no cilindro de cabeça do obturador e por um batente anelar na cabeça do obturador, convenientemente adaptado ao referido ressalto.

A requerente reivindica a prioridade do pedido de patente norte-americano apresentado em 28 de Dezembro de 1989, sob o número de série 07/457,479.