SE529416C2 - Dämpanordning jämte borrmaskin inkluderande en dylik dämpanordning - Google Patents

Description

25 30 , - - i529 416 vågor av väsentligen samma amplitud som den infallande stöt- vågens.

Tryckreflexerna tvingar borrbussningen och dämpkolven i riktning från borrsträngen, varvid hydraulolja laddas in i ackumulatorn. Trycket i denna pressar sedan tillbaka dämp- kolven och kolvbussningen till ursprungsläget mot ett meka- niskt stopp i maskinhuset. Eftergivligheten i ackumulatorn tillhandahåller således en fjädringsfunktion, som skyddar borrmaskinen mot höga påkänningar och vibrationer. Detta ökar borrmaskinens livslängd och möjliggör att större effekter kan överföras.

Dragreflexer kan inte hanteras direkt av dämpsystem av äldre typ. Vid en plötslig kavitet i berget kan det nämligen hända att borrsträngen kortvarigt distanserar sig från borr- maskinen. Detta resulterar i ineffektiv borrning.

Vid en s k flytande dämpare, föreligger ett konstant hyd- raulvätskeflöde genom dämpkammaren. Vid detta arrangemang minskas trycket tillfälligt i dämparen om dämpkolven passerar ett flytläge i riktning mot borrsträngen. Matningskraften kan då effektivare återställa flytläget genom förskjutning av maskinhuset i riktning mot borrsträngen så att bättre kontakt med borrsträngen erhålls. Ett problem med denna typ av arran- gemang är den ökande energiåtgången som föranleds av behovet av ett konstant flöde av hydraulvätska.

Vid en s k enkeldämpare påverkas dämpkolven i borrikt- ningen av en vanligen till slagverkstrycket trycksatt volym mot ett fast ändstopp i maskinhuset. Speciellt vid låg mat- ningskraft kan kontakten mellan dämpkolv och nackadapter för- loras redan innan slaget sker. Reflekterad stötvågsenergi från berget gör att dämpkolven får en hastighet bakåt i maskin- huset, varefter, som följd av dämpkolvens vändning framåt, den slår med i stort sett samma hastighet mot nackadaptern och sitt ändstopp. Även under denna rörelse saknas överföring av 10 15 20 25 30 , . _ 529 416 matningskraften till borrsträngen och därmed rotationsmot- stånd.

Vid en variant av enkeldämparen balansera dämpkolven runt ett flytläge, som bestäms av ett konstant oljeflöde. Denna lösning medger att dämpkolven har förmåga att följa efter nackadaptern för förbättrad bergkontakt till bekostnad av en ökad effektförbrukning.

Vid en s k dubbeldämpare har dämpkolven två trycksatta areor. En av dessa areor finns i en instängd volym, vilken fungerar som strypdämpare, och vilken förvandlar reflekterad energi av en viss storlek till värme i hydrauloljan vid dennas passage genom en strypspalt. Även dubbeldämpare utförs _ flytande runt ett flytläge.

Sammanfattningsvis innebär dämpsystem enligt känd teknik att snabb reaktion och god energiabsorption har kunnat uppnås till bekostnad av viss energiåtgång. Energisnålare dämpanord- ningar har däremot inneburit långsamma system med relativt långa perioder utan kontakt mellan dämpkolv och adapter, inne- bärande att under betydande perioder ingen matningskraft över- förs till borrstålet, varvid ingen skarvåtdragning sker i borrsträngen samt ineffektiv borrning blir resultatet.

UPPFINNINGENS ÄNDAMÅL OCH VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att till- handahålla en dämpanordning, vid vilken problemen med den kända tekniken löses eller åtminstone lindras. I synnerhet är det ett ändamål att tillhandahålla en dämpanordning, vilken är såväl snabb som effektsnål.

Detta ändamål uppnås vid en dämpanordning av inlednings- vis nämnt slag genom särdragen i den kännetecknande delen av patentkravet l.

Härigenom uppnås att den första dämpkolven kan dimensioneras så att matningskraften på maskinhuset förmår att 10 15 20 25 30 , . i :529 416 i denna dämpkolvs framskjutna lägen förmår trycka denna första dämpkolv bakåt i riktning mot den andra dämpkolven. Den första dämpkolvens uppgift blir därigenom att vid behov följa efter borrsträngen framåt för att åstadkomma god bergkontakt för borrkronan. Detta medför kontakt med maskinen och bättre skarvåtdragning etc.

Den andra dämpkolven fungerar i princip som en konventio- nell enkeldämpare. Den trycks således mot ett fast i huset anordnat stopp och har som uppgift att skydda maskinen mot skadliga från berget reflekterade stötvågor, vilka har sådan kraft att de trycker den första dämpkolven till tillbakaförda lägen, i vilka båda dämpkolvarna utövar en kraft på borr- strängen. Därutöver har den som uppgift att åstadkomma ett entydigt slagläge, vilket bidrar till bättre slagverkseffekt.

Genom denna utformning möjliggörs att ingen av dämpanord- ningarna enligt uppfinningen förbrukar någon effekt, eftersom inget kontinuerligt oljeflöde enligt ovan är nödvändigt.

Enligt uppfinningen är den första dämpkolven såväl som den andra dämpkolven utformad att verka mot borrsträngen direkt eller indirekt via en borrbussning och/eller en nack- adapter. En eftersträvad ”tandem”-effekt uppnås vid detta utförande genom att den första dämpkolven tillåts röra sig med sin kontaktyta axiellt förbi kontaktytan av den andra dämp- kolven och utöva sin dämpverkan med den mindre kraften, tills borrbussningen av borrsträngen pressats till ett läge där borrbussningen även kommit i kontakt med den andra dämpkolven, vilken är pressad mot ett fast stopp. Vid ytterligare rörelse av borrbussningen i riktning från borrsträngen uppkommer dämp- samverkan med båda dämpkolvarna.

Härigenom uppnås ett stort antal fördelar, nämligen att maskinen effektivt skyddas mot reflekterade stötvågor. Syste- met kan göras snabbt, så att maskinen snabbt kan följa efter borrsträngen och i synnerhet adaptern framåt för åstadkommande 10 15 20 25 30 529 416 av god skarvåtdragning. Ett i det närmaste entydigt slagläge definieras för maskinen under det att effektbehovet för dämp- anordningen minimeras.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen förses åtminstone en av nämnda första och andra dämpkolvar med ett strypdämpningsparti för absorption av energin, som reflekte- ras. Detta medför en ytterligare fördelaktig funktion hos dämpanordningen enligt uppfinningen. I synnerhet föredras att det är den första dämpkolven, som förses med nämnda strypdämp- ningsparti för avpassad dämpning av reflekterade stötar av större magnitud.

Motsvarande fördelar uppnås vid en borrmaskin, som inkluderar en dylik dämpanordning. Ytterligare särdrag och fördelar är förknippade med de övriga kraven, och kommer att förklaras nedan.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 schematiskt visar en detalj av en slagborrmaskin i en axiell sektion. Denna utföringsform omfattas ej av uppfin- ningen enligt kraven utan beskrivs för förklaring och för- ståelse av uppfinningen, Fig. 2 visar i en axiell sektion en detalj av en andra utföringsform av en slagborrmaskin. Denna utföringsform omfat- tas ej av uppfinningen enligt kraven utan beskrivs för för- klaring och förståelse av uppfinningen, Fig. 3 visar i en axiell sektion en detalj av en tredje utföringsform av en slagborrmaskin. Denna utföringsform omfat- tas ej av uppfinningen enligt kraven utan beskrivs för för- klaring och förståelse av uppfinningen, och 10 15 20 25 30 . . 4529 416 Fig. 4 visar i en axiell sektion en detalj av en utfö- ringsform av en slagborrmaskin enligt uppfinningen i sektion.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I fig. l visas en detalj l av en slagborrmaskin, vilken endast beskrivs för förståelse och förklaring av uppfinningen, och vilken inkluderar en del 2 av ett hus, i vilket en slag- kolv 3 är fram och återgående rörlig på i och för sig känt sätt. Slagkolven 3 verkar genom slag mot den övre änden av en nackadapter 4, till vilken är ansluten ej visade borrsträngs- element samt, mest distalt, en inte heller visad borrkrona.

På en yta radiellt utanför den slagmottagande ändytan uppvisar nackadaptern 4 en anliggningsyta för en borrbussning 5, vilken i sin tur, på sin andra ände, påverkas av en dämp- anordning 6.

Dämpanordningen 6 omfattar en första dämpkolv 7, vilken anligger mot nämnda borrbussning 5, och vilken uppvisar en i en första dämpvolym (eller dämpkammare) 12 belägen tryckyta Tl. Dämpvolymen 12 står via en hydrauloljekanal 14 i förbin- delse med en hydraulisk/pneumatisk ackumulator Al, genom vilken i hydrauloljekanalen 14 och i dämpvolymen 12 vidmakt- hålles ett första dämptryck PM. Vid en alternativ variant är åtminstone ackumulatorn Al utelämnad.

Axiellt på andra sidan om den första dämpkolven 7 i förhållande till borrbussningen (till höger om sett i fig l) är inrättad en andra dämpkolv 9, vilken uppvisar en i en andra dämpvolym (eller dämpkammare) 13 belägen tryckyta T2. Dämp- volymen 13 står via en hydrauloljekanal 16 i förbindelse med en andra hydraulisk/pneumatisk ackumulator A2, genom vilken vidmakthålles ett andra dämptryck Pü i hydrauloljekanalen 16 och i dämpvolymen 13.

Typiskt är trycket i hydrauloljekanalen 16 slagverkets arbetstryck eller i vart fall ett relativt högt tryck, varvid lO 15 20 25 30 l529 416 den andra dämpkolven genom tryckytan T2 med stor kraft kan tryckas mot sitt ändstopp. På den första dämpkolven verkar emellertid en mindre kraft, antingen genom en mindre tryckarea Tl än tryckarean T2 eller genom att pàlägga ett lägre tryck i motsvarande kammare. _ Med ll betecknas ett fast i huset 2 inrättat stopp, vilket utgör ett axiellt fast ändstopp i riktning mot adaptern 4 i borrmaskinshuset för den andra dämpkolven 9.

Funktionen med dämpanordningen 6 är sådan att den andra dämpkolven 9 i princip fungerar som en konventionell enkeldäm- pare. Den trycks således med en stor kraft, genom det i dämp- volymen 13 rådande trycket, mot detta ändstopp. Härigenom möj- liggörs att uppfylla uppgiften att dels skydda maskinen mot skadliga, från berget reflekterade stötvågor när den första dämpkolven trycks till tillbakaförda lägen, dels att åstad- komma ett entydigt slagläge för borrmaskinens slagverk.

Den första dämpkolven är i dämpvolymen 12 tryckbelastad med ett tryck så att den utsätts för en kraft som är så vald, genom dimensionering av dämpvolymens area eller storleken på trycket, att matningskraften på borrmaskinshuset i drift för- mår att trycka detta framåt och därigenom den första dämp- kolven bakåt, relativt borrmaskinshuset, tills den första dämpkolven 7 kommer till anliggning mot den andra dämpkolven 9. Detta är det läge, som visas på fig 1. Kontaktläget indike- ras med K i fig l. Vid rörelser av den första dämpkolven 7 axiellt åt höger i fig l kommer en dämpsamverkan att uppkomma med denna kolv och den andra dämpkolven 9 såsom ovan beskrivs.

Den första dämpkolvens uppgift är att vid behov snabbt följa efter nackadaptern framåt för att vidmakthålla kontakten med denna så att bättre skarvåtdragning i borrsträngen åstad- koms. 10 15 20 25 30 529 416 En stor fördel med denna utformning är att dämpanord- ningen 6 inte kräver något kontinuerligt oljeflöde, och därmed inte förbrukar någon motsvarande effekt.

Det uppnås således ett dämpsystem som undanröjer eller lindrar nackdelarna med den kända tekniken och samtidigt med- för följande fördelar: Maskinen skyddas mot från berget reflekterade stötvågor. Systemet följer snabbt vid behov efter nackadaptern framåt och ger möjlighet till effektiv skarvåt- dragning, Systemet möjliggör ett i det närmaste entydigt slag- läge och är effektsnålt.

Framskjutna lägen är sådana där den första dämpkolven befinner sig förskjuten i borriktningen från det i fig l visade läget och ensam kan utöva kraft mot borrsträngen. Till- bakaförda lägen är sådana där den första dämpkolven befinner sig förskjuten motsatt borriktningen från det i fig l visade läget och den första och den andra dämpkolven gemensamt kan utöva kraft mot borrsträngen.

I fig. 2 visas en detaljsektion av en andra variant, varvid en första dämpkolv 20 verkar mot en borrbussning 21, vilken den delvis omsluter. Den andra dämpkolven 22 omsluter i sin tur delvis en intilliggande ände av den första dämpkolven 20 och är tryckansatt mot ett ändstopp 23, vilket är fast i borrmaskinens hus. Läget av dämpkolvarna med kontakt i området K och funktionen och övriga detaljer hos denna variant är i grunden lika den för varianten i fig 1. Dämpareorna för tryck- ytorna T1 och T2 i dämpkamrarna kan vara lika men trycken i de olika kamrarna däremot olika.

I fig. 3 är en första, inre, dämpkolv 24 utvändigt omslu- ten av en andra dämpkolv 25, varvid för tryckbelastning av den första dämpkolven är inrättad en gemensam volym eller kammare, i vilken båda tryckytorna Tl och T2 är belägna för trycksätt- ning genom den gemensamma matningskanalen 26. Härigenom utsätts nämnda första dämpkolv 24 och andra dämpkolv 25 för 10 15 20 25 30 529 416 krafter, vilka är funktioner av de effektiva areorna av tryck- ytorna Tl och T2, varvid den förstnämnda väljs mindre av ovan nämnda skäl. Kanalerna 27 och 28 är läckkanaler, genom vilka ett mindre läckflöde, för kylning av de ingående delarna, tillåts genom mindre spalter mellan dämpkolvarna å ena sidan och mellan den andra dämpkolven och en husinsats 29. Med 30 betecknas det fasta stoppet för den andra dämpkolven.

Den uppfinningsenliga utföringsformen enligt figur 4 skiljer sig från varianterna i fig l - 3 genom att en första dämpkolv 31, vilken är anordnad inuti den omgivande andra dämpkolven 32, uppvisar ett utvändigt steg 33, vilket löper i en tillhörig dämpvolym 34 för bildande av ett strypdämpnings- parti för energiabsorbtion.

Detta parti kan, i analogi med varianten i fig 3, för att till värme ombildad reflekterad stötenergi ska kunna kylas bort, matas genom den gemensamma kanalen 37 med ett mindre hydrauloljeflöde, som tillåts läcka ut genom vederbörligt dimensionerade spalter mot intilliggande element och slutligen genom läckkanalerna 38 och 39. Volymen 34 kan lämpligen vara ansluten till en matningskanal till slagverket.

De uppfinningsenliga aspekten, som framgår av fig 4 är att här båda dämpkolvarna verkar direkt mot borrbussningen 36.

Den eftersträvade ”tandem”-effekten uppnås igenom att den första dämpkolven 31 tillåts röra sig med sin kontaktyta 40 axiellt förbi kontaktytan 41 av den andra dämpkolven 32 och utöva sin dämpverkan med den mindre kraften, tills borrbuss- ningen av borrsträngen pressats till det i figuren visade läget där borrbussningen även kommit i kontakt med den andra dämpkolven 32, vilken är pressad mot ett fast stopp 35. Vid ytterligare rörelse av borrbussningen i riktning från borr- strängen uppkommer dämpsamverkan med båda dämpkolvarna.

Det utesluts inte att uppfinningen modifieras inom ramen för de efterföljande kraven. Härvid kan de ingående elementen 10 15 . . . 529 416 10 vara annorlunda utformade, t ex så att den första dämpkolven förses med ett strypdämpningsparti för energiabsorbtion.

Ytterligare variationer av dämpkolvarna kan tänkas, t ex att den första dämpkolven helt eller delvis omger den andra dämp- kolven i stället för det arrangemang, som visas på figurerna.

Verksamma areor hos kolvorgan och volymer anpassas till de behov, som föreligger vid den aktuella applikationen. Här- vid beaktas parametrar, som fysiska dimensioner hos borrmaski- nens olika delar, trycknivåer etc.

Uppfinningen har beskrivits mot bakgrund av en impuls- alstrande enhet i form av ett slagverk med fram- och åter- gående slagkolv. Uppfinningen är emellertid tillämplig även för borrmaskiner inkluderande andra typer av impulsalstrande, såsom slagkolvlösa impulsmaskiner, vilka alstrar impulser i en borrsträng genom olika metoder såsom mycket snabbt införande av en väska under tryck i en kammare inkluderande ett trans- missionsorgan, förspänning och plötslig frigöring av ett ele- ment såsom en metallstång etc.

Claims (11)

10 15 20 25 30 529 416 ll Patentkrav:

1. l. Dämpanordning för insättning i ett hus hos en med impulser arbetande borrmaskin, för dämpning av stötvågsreflexer från en med borrmaskinen ihopkopplad borrsträng och inkluderande en första dämpkolv (31), för direkt eller indirekt verkan mot borrsträngen, och för tryckansättning i riktning mot borr- strängen, kännetecknad av _ - en andra dämpkolv (32) för tryckansättning i riktning mot borrsträngen mot ett fast i huset anordnat stopp (35), varvid den första dämpkolven (31) är rörlig mellan framskjutna lägen, sett i riktning mot borrsträngen, i vilka den ensamt kan utöva en kraft mot borrsträngen och tillbakaförda lägen, i vilka den kan samverkar med den andra dämpkolven (32) för att gemensamt med denna utöva kraft mot borrsträngen, och varvid den första dämpkolven (31) såväl som den andra dämpkolven (32) är utformad att verka mot borrsträngen direkt eller indirekt via en borrbussning och/eller en nackadapter.

2. Dämpanordning enligt kravet 1, kännetecknad av att den första (31) och den andra (32) dämpkolven är anordnade så att den ena åtminstone delvis omger den andra.

3. Dämpanordning enligt kravet l eller 2, kännetecknad av att åtminstone en av nämnda första och andra dämpkolvar inkluderar ett strypdämpningsparti (33,34) för energiabsorbtion.

4. Dämpanordning enligt något av föregående krav, kännatecknad av att den är utformad så att i drift, den på grund av tryck- ansättningen alstrade kraften verkande på den första dämp~ kolven (31) understiger den på grund av tryckansättningen alstrade kraften verkande på den andra dämpkolven (32). l0 l5 20 25 . . . 529 416 12

5. Dämpanordning enligt kravet 4, kännetecknad av att arean av en för trycksättning avsedd tryckyta (Tl) på den första dämp- kolven understiger arean av en för trycksättning avsedd tryck- yta (T2) på den andra dämpkolven.

6. Dämpanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att tryckytan (Tl) och tryckytan (T2) är belägna i en gemensam kammare.

7. Dämpanordning enligt något av kraven 1 - 5, kännetecknad av att tryckytan (Tl) och tryckytan (T2) är belägna i var sin kammare.

8. Dämpanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att använt hydrauliskt medium är lett till dämpanordningen från en impulsalstrande enhet.

9. Dämpanordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att dämpkolvarnas styrningar är utförda med mindre spalter för medgivande av ett mindre, kylande, läckflöde.

10. Borrmaskin omfattande en i ett hus inrättad impulsenhet, inkluderande en dämpanordning enligt något av kraven 1 - 9.

11. ll. Borrmaskin enligt kravet 10, varvid impulsenheten inklude- rar en fram- och återrörlig slagkolv.