SE533344C2

SE533344C2 - Attenuation device for percussion, percussion and drilling machine

Info

Publication number: SE533344C2
Application number: SE0900045A
Authority: SE
Inventors: Erik Jonsson; Fredrik Larsson; Daniel Gustavsson; Jakob Wallin
Original assignee: Atlas Copco Rock Drills Ab
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-08-31
Also published as: WO2010082871A1; EP2379283A1; EP2379283A4; SE0900045A1

Description

25 30 533 344 ligger för ástadkommande av en verklig dämpning av de från borrningen emanerande reflexerna, varför ett oönskat sväng- ningssystem uppkommer. 533 344 lies to provide a real attenuation of the reflections emanating from the bore, so that an undesired oscillation system arises.

Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att till- handahàlla en vidareutveckling av nämnda dämpningsanordningar, vilken totalt sett medför förbättrade arbetsvillkor för slag- verket och därmed effektivare borrning. Å UPPFINNINGENS VIKTIGASTE KÃNNETECKEN Dessa ändamål uppnås vid en uppfinning av inledningsvis nämnt slag genom särdragen i den kännetecknande delen av patentkravet l.It is an object of the present invention to provide a further development of said damping devices, which overall results in improved working conditions for the percussion instrument and thus more efficient drilling. THE MOST IMPORTANT CHARACTERISTICS OF THE INVENTION These objects are achieved in an invention of the kind mentioned in the introduction by the features of the characterizing part of claim 1.

Härigenom erhålls dels en energiabsorberande funktion; dels reducerad risk för kavitationsskador av ingående kompo- nenter i driften av anordningen. I förhållande till dämpnings- anordningen i US 4 993 504 undviks problem med periodiskt mycket högt tryck i själva dämpkammaren - den andra kammaren - alternerande med mycket lågt tryck i denna kammare, vilket vid anordningen enligt US-skriften kan medföra kavitationsskador på tätningar och styrningar och även i backventilen mellan kamrarna.In this way an energy-absorbing function is obtained; partly reduced risk of cavitation damage of components in the operation of the device. In relation to the damping device in U.S. Pat. also in the non-return valve between the chambers.

I jämförelse med en konventionell s.k. enkeldämpare upp- nås genom uppfinningen verksam energiupptagning och därmed effektiv dämpning av reflekterade stötvàgor. Bättre förutsätt- ningar för bergkontakt under så stor del av borrningscykeln som möjligt kan uppnås liksom förbättrad åtdragning av borr- strängskarvar och därmed bättre ekonomi för borrningen. Längre serviceintervaller och en ökad livslängd hos ingående detaljer kan också förväntas.In comparison with a conventional so-called single dampers achieve effective energy absorption through the invention and thus effective damping of reflected shock waves. Better conditions for rock contact during as large a part of the drilling cycle as possible can be achieved, as well as improved tightening of drill string joints and thus better economy for drilling. Longer service intervals and an increased service life of the components can also be expected.

När slagverket genom ett slag drivit fram adaptern eller motsvarande komponent uppkommer en trycksänkning i dämpkamma- ren, vilket gör att backventilen kommer att öppna och ackumu- latorn kan fylla pà dämpkammaren med trycksatt vätska, vilket 10 15 20 25 30 533 344 medför att kolven snabbt kan röra sig mot berget igen och där- med tillförsäkra bergkontakt samtidigt som risken för kavita- tionsskador kan minskas.When the percussion device propels the adapter or corresponding component through a stroke, a pressure drop occurs in the damping chamber, which means that the non-return valve will open and the accumulator can fill the damping chamber with pressurized liquid, which means that the piston quickly can move towards the rock again and thereby ensure rock contact at the same time as the risk of cavitation damage can be reduced.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen är till- förselledningen för tryckvätska kopplad till ackumulatorn och därmed tillförselledningen kopplad till dämpkammaren via nämnda backventil. Detta medger att pàfyllningen av ackumula- torn effektiveras och även att med tillförselledningen för- bundna komponenter skyddas från skadliga tryckpulser här- rörande fràn dämpkammaren.In a preferred embodiment of the invention, the supply line for pressure fluid is connected to the accumulator and thus the supply line is connected to the damping chamber via said non-return valve. This allows the filling of the accumulator to be made more efficient and also that components connected to the supply line are protected from harmful pressure pulses originating from the damping chamber.

Genom att en strypspalt är inrättad att etableras mellan dämpkolven och en utanförliggande ringyta uppnås dämpning i motsvarighet till det som beskrivs ovan. Genom att därutöver ringytan är försedd med åtminstone ett flythål för etablerande av ett flytläge för dämpkolven uppnås att dämpkolven kommer att sträva mot att förflytta en slagmottagande komponent, såsom en borrstålsadapter, till ett för slagverket fördel- aktigt slagläge varigenom en làg variation av slagenergin erhålls för slagverket.Because a choke gap is arranged to be established between the damping piston and an external ring surface, damping is achieved in accordance with what is described above. In addition, by providing the ring surface with at least one floating hole for establishing a floating position for the damping piston, it is achieved that the damping piston will strive to move a percussion component, such as a drill steel adapter, to a percussion-favorable percussion position whereby a low variation of percussion energy is obtained. the percussion.

Genom att en strypkanal med en andra strypning är inrät- tad att ansluta dämpkammaren till ackumulatorn parallellt med backventilen uppnås flera fördelar. Genom strypningen kan i dämpsystemet ingående vätska tillföras till dämpkammaren mycket snabbt, redan innan backventilen hunnit öppnats. Detta medför fördelen att överdrivna trycksänkningar, vilka annars kan uppkomma i dämpkammaren tidigt under en slagcykel, kan undvikas.Because a throttle channel with a second throttle is arranged to connect the damping chamber to the accumulator parallel to the non-return valve, several advantages are achieved. Through the throttling, liquid contained in the damping system can be supplied to the damping chamber very quickly, even before the non-return valve has been opened. This has the advantage that excessive pressure drops, which may otherwise occur in the damping chamber early in a stroke cycle, can be avoided.

Därutöver medges en utjämnande återströmning av vätskan från dämpkammaren till ackumulatorn. Sammantaget medför kombi- nationen av parallellt inrättad backventil och strypning ett ännu snabbare system med ökad möjlighet till bergkontakt under en större del av cykeln och ytterligare reducering av skadliga tryckpulser i tillhörande komponenter. 10 15 20 25 30 J! NI 'N få; :r- 9 Det föredras att returstrypningen och/eller den andra strypningen är ställbara för anpassning av dämpningsanord- ningen till rådande krav för slagverket. Ställbarheten kan åstadkommas med hjälp av för en fackman i och för sig kända medel. I princip gäller att ju mindre area en strypning för energiupptagning uppvisar, desto större hårdhet erhåller däm- paren.In addition, a smoothing backflow of the liquid from the damping chamber to the accumulator is allowed. All in all, the combination of a parallel-set non-return valve and throttling results in an even faster system with increased possibility of rock contact during a larger part of the cycle and further reduction of harmful pressure pulses in associated components. 10 15 20 25 30 J! NI 'N few; : r- 9 It is preferred that the return throttle and / or the other throttle are adjustable for adapting the damping device to the prevailing requirements for the percussion instrument. The adjustability can be achieved by means known to a person skilled in the art. In principle, the smaller the area of a choke for energy absorption, the greater the hardness the damper receives.

Motsvarande fördelar enligt ovan avseende dämpningsanord- ningen uppnås vid ett slagverk jämte en bergborrmaskin enligt uppfinningen.Corresponding advantages as above with respect to the damping device are achieved with a percussion device and a rock drilling machine according to the invention.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen kommer att förklaras i den följande detaljbeskrivningen med ledning av de bifogade ritningarna.Further features and advantages of the invention will be explained in the following detailed description with reference to the accompanying drawings.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen ska nu närmare beskrivnas med ledning av utföringsexempel med hänvisning till ritningarna, på vilka: Fig. la schematiskt visar i en axiell sektion en dämpanordning enligt uppfinningen vid ett slagverk till en borrmaskin, Fig. lb och lc visar en detalj av dämpningsanordningen i fig. la med dämpkolven i olika lägen, Fig. 2 schematiskt visar en andra utföringsform av en dämpningsanordning enligt uppfinningen och Fig. 3 schematiskt visar en tredje utföringsform av en dämpningsanordning enligt uppfinningen.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will now be described in more detail with reference to exemplary embodiments with reference to the drawings, in which: Fig. 1a schematically shows in an axial section a damping device according to the invention at a percussion instrument for a drilling machine, Figs. the damping device in Fig. 1a with the damping piston in different positions, Fig. 2 schematically shows a second embodiment of a damping device according to the invention and Fig. 3 schematically shows a third embodiment of a damping device according to the invention.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I fig. la visas således en dämpningsanordning i samband med ett slagverk, i vilket på en borrstålsadapter l en slag- kolv 2 är inrättad att verka i en slagriktning R (till vänster i fig. la). Såsom sedvanligt verkar axiellt mot borrstålsadap- tern l en, omgivande slagkolven 2 anordnad, dämpkolv 8 via en 10 15 20 25 30 ül üﬁ lå borrbussning 3. Vid slagkolvens slag mot borrstàlsadaptern 1 kommer i vissa driftfall, beroende på bl. a. bergets egen- skaper, stötvågsreflexer att tendera att driva borrståls- adaptern 1 i en riktning motsatt slagriktningen R, vilka stöt- vågsreflexer förmedlas via borrbussningen 3 till dämpkolven 8.DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Fig. 1a thus shows a damping device in connection with a percussion device, in which on a drill steel adapter 1 a percussion piston 2 is arranged to operate in a direction of impact R (left in Fig. 1a). As usual, it acts axially against the drill steel adapter 1, a damping piston 8 arranged around the percussion piston 2 via a drill bushing 3. a. rock properties, shock wave reflectors to tend to drive the drill steel adapter 1 in a direction opposite to the direction of impact R, which shock wave reflectors are transmitted via the drill bushing 3 to the damping piston 8.

Dämpkolven 8 uppvisar ett kolvparti 6, vilket är upptaget i en ringformig dämpkammare 7, vilken i sin tur är belägen radiellt utanför ett utsträckt parti 8' av dämpkolven 8. Till dämpkammaren 7 tillförs kontinuerligt ett flöde q av tryck- vätska från en (ej visad) pump genom en tillförselledning 14.The damping piston 8 has a piston portion 6, which is received in an annular damping chamber 7, which in turn is located radially outside an extended portion 8 'of the damping piston 8. To the damping chamber 7 is continuously supplied a flow q of pressure fluid from a (not shown) ) pump through a supply line 14.

Till tillförselledningen är kopplad en ackumulator 13, som kan vara av konventionellt slag, och i vilken har laddats ett lämpligt mottryck av en gasvolym på en sida av ett flexi- belt membran, på vars andra sida tryckvätska är tillför- bar/bortförbar.Connected to the supply line is an accumulator 13, which may be of a conventional type, and in which a suitable back pressure of a gas volume has been charged on one side of a flexible membrane, on the other side of which pressure fluid is deliverable / removable.

Tillförselledningen 14 är förbunden med dämpkammaren 7 via ett system inkluderande en strypning (andra strypning) 11, vilken är parallellkopplad med en backventil 12, vilken är riktad för att medge ett vätskeflöde till dämpkammaren 7 men att spärra flöden i riktning från dämpkammaren 7.The supply line 14 is connected to the damping chamber 7 via a system including a throttle (second throttle) 11, which is connected in parallel with a non-return valve 12, which is directed to allow a liquid flow to the damping chamber 7 but to block flows in the direction from the damping chamber 7.

Från dämpkammaren 7 leder en returkanal, vilken inklude- rar: åtminstone ett flythàl 10 (lämpligen två flythål place- rade diametralt mot varandra eller eventuellt flera flythål), för tillseende av att dämpkolven 8 intar ett önskat flytläge, en returkammare 9 samt en ledning emanerande från returkamma- ren 9, vilken slutligen mynnar i en tank 5. Denna ledning kan eventuellt inkludera en returstrypning 4, vilket är fallet i utföringsformerna i fig. la och 2. Tanken 5 kan vara förbunden med nämnda pump (ej visade) för tryckvätska. Viss áterström- ning av vätska till dämpkammaren, och därigenom reduktion av tryckvariationer i denna, kan även i viss mån erhållas genom arrangemanget med flythål 10, andra strypning 16 i form av 10 15 20 25 30 533 344 strypspalt och returkammare 9 då trycket i dämpkammaren momen- tant minskar pá grund av mottagen reflex från berget.From the damping chamber 7 a return channel leads, which includes: at least one floating hole 10 (preferably two floating holes placed diametrically against each other or possibly several floating holes), to ensure that the damping piston 8 assumes a desired floating position, a returning chamber 9 and a line emanating from the return chamber 9, which finally opens into a tank 5. This line may optionally include a return throttle 4, which is the case in the embodiments in Figs. 1a and 2. The tank 5 may be connected to said pump (not shown) for pressure fluid. Some backflow of liquid to the damping chamber, and thereby reduction of pressure variations therein, can also to some extent be obtained by the arrangement with floating holes 10, second throttling 16 in the form of 10 15 20 25 30 533 344 throttling gap and return chamber 9 when the pressure in the damping chamber torque decreases due to received reflex from the rock.

I fig. lb visas dämpkolven 8 när den intagit, i huvudsak, nämnda flytläge, varvid en styrkant 6' radiellt ytterst på kolvpartiet 6 i samverkan med en mynning av ett (eller flera) flythàl bildar en i beroende av dämpkolvens axiella läge varierbar flythàlsstrypning 20. Vid normal drift av ett slag- verk enligt uppfinningen, och då bergreflexerna är màttliga kommer dämpkolven att röra sig med små axiella slag kring approximativt det i fig. lb visade läget (flytläget).Fig. 1b shows the damping piston 8 when it has assumed, essentially, said floating position, a guide edge 6 'radially outermost on the piston portion 6 in cooperation with a mouth of one (or more) floating holes forming a floating neck throttle variable depending on the axial position of the damping piston During normal operation of a percussion instrument according to the invention, and when the rock reflexes are moderate, the damping piston will move with small axial strokes around approximately the position shown in Fig. 1b (floating position).

Av fig. lc framgår att dämpkolven 8 genom mottagande av en något större stötvàgsreflex från borrstålsadaptern 1 har förflyttats ett stycke motsatt slagriktningen R och således trängt längre in i dämpkammaren 7. Genom denna förflyttning har etablerats en strypspalt 16 mellan en cirkulärcylindrisk utâtvånd yta 17 av dämpkolven 8 och en cirkulårcylindrisk inåtvänd ringyta 18 av en komponent ingående i ett maskinhus för slagverket.From Fig. 1c it can be seen that the damping piston 8, by receiving a slightly larger shockwave reflex from the drill steel adapter 1, has been moved a distance opposite the direction of impact R and thus penetrated further into the damping chamber 7. By this movement a choke gap 16 has been established between 8 and a circular-cylindrical inwardly facing ring surface 18 of a component included in a percussion machine housing.

Denna strypspalt 16 betecknas här som en första strypning i en första strypkanal för dämpanordningen. Vid en rörelse motsatt slagriktningen av dämpkolven 8 uppkommer härvid en tryckökning i dämpkammaren 7. Genom backventilen kommer nu ingen vätska att passera, eftersom denna backventil endast medger ett flöde i riktning till dämpkammaren. På grund av tryckökningen kommer dock vätska att pressas dels genom den första strypningen utgjord av strypspalten 16, dels genom den andra strypningen utgjord av strypningen ll.This throttling gap 16 is referred to here as a first throttling in a first throttling channel for the damping device. In a movement opposite the direction of impact of the damping piston 8, a pressure increase occurs in the damping chamber 7. No liquid will now pass through the non-return valve, since this non-return valve only allows a flow in the direction of the damping chamber. Due to the increase in pressure, however, liquid will be pressed partly through the first choke constituted by the choke gap 16, and partly through the second choke formed by the choke 11.

Härigenom kommer energi att tas upp i nämnda strypningar 11, 16 resp. 20 och bidra till effektiv dämpning av den reflekterade stötvàgen. I förekommande fall kan energi tas upp även i returstrypningen 4. 10 15 20 25 30 533 344 Genom den kontinuerliga tillförseln/genomströmning av tryckvätska, som nämns ovan, kommer det att tillses att i dessa strypningar utvecklad värme kommer att kylas bort.As a result, energy will be absorbed in the said throttles 11, 16 resp. And contribute to effective damping of the reflected shock wave. Where applicable, energy can also be absorbed in the return throttle 4. 10 15 20 25 30 533 344 Through the continuous supply / flow of pressure fluid, as mentioned above, it will be ensured that heat developed in these throttles will be cooled off.

Det ska observeras att strypspalten är överdriven i fig. lb och lc för tydlighets skull. Med 21 betecknas en mot dämp- kolven 8 verkande tätning, vilken tillförsäkrar att returflöde från dämpkammaren 7 (väsentligen) uteslutande strömmar genom nämnda flythàl 10.It should be noted that the throttle gap is exaggerated in Figs. 1b and 1c for the sake of clarity. Denoted by 21 is a seal acting against the damping piston 8, which ensures that return flow from the damping chamber 7 (substantially) flows exclusively through said floating hole 10.

Utföringsformen i fig. 2 skiljer sig från den i fig. la endast genom avsaknaden av den andra strypningen. Vid denna utföringsform sker således all energiupptagning i den första strypningen 16, som förklaras ovan, och som etableras vid en rörelse till höger, motsatt slagriktningen R, av dämpkolven 8 från det i fig. 2 visade läget.The embodiment in Fig. 2 differs from that in Fig. 1a only by the absence of the second choke. Thus, in this embodiment, all energy absorption takes place in the first throttle 16, which is explained above, and which is established by a movement to the right, opposite the direction of impact R, of the damping piston 8 from the position shown in Fig. 2.

Utföringsformen i fig. 3 skiljer sig från den i fig. la genom att tillförselledningen för tryckvätska 14 direkt anslu- ter till dämpkammaren 7. I detta fall sker således all åter- laddning av ackumulatorn via den andra strypningen ll. I detta fall kan även förekomma att viss tryckfluktuation i dämpkamma- ren 7 kan förmedlas in till tillförselledningen 14.The embodiment in Fig. 3 differs from that in Fig. 1a in that the supply line for pressure fluid 14 connects directly to the damping chamber 7. In this case, all recharging of the accumulator thus takes place via the second choke 11. In this case it may also happen that some pressure fluctuation in the damping chamber 7 can be transmitted to the supply line 14.

Uppfinningen kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven och exempelvis kan slagverket vara annorlunda utformat och till och med utan konventionellt slagkolv. I så fall kan det vara fråga om en s.k. impulsmaskin. Överförande av stötvâgsreflexer till dämpkolven kan också vara annorlunda arrangerat. Kbmponenterna i maskinhuset kan vara inrättade på annat sätt och t ex kan den ringformiga kom- ponenten utvändigt dämpkolvens mest utbredda del vara en inte- grerad del av själva maskinhuset.The invention can be varied within the scope of the appended claims and, for example, the percussion device can be designed differently and even without a conventional percussion piston. In that case, it may be a question of a so-called impulse machine. Transmission of shock wave reflectors to the damping piston can also be arranged differently. The components of the engine housing can be arranged in another way and, for example, the annular component outside the most widespread part of the damping piston can be an integral part of the engine housing itself.

De vätskor, som kommer ifråga i samband med uppfinningen är de sedvanliga hydraulvätskorna för liknande applikationer.The liquids which come into question in connection with the invention are the usual hydraulic liquids for similar applications.

Claims

10 15 20 '25 30 533 344 PATENT REQUIREMENTS:

A damping device for a percussion instrument having a percussion direction (R), comprising a damping piston (8) for acting in an axial direction against a tool intended for driving the percussion instrument, the damping piston (8) having a piston portion (6), which is accommodated in a damping chamber (7), to which a supply line (14) for pressure fluid and an accumulator (13) are connected, and wherein a return channel is connected to the damping chamber, characterized in that - the accumulator (13) is connected to the damping chamber ( 7) via a non-return valve (12), which is arranged to allow a flow in the direction of the damping chamber, and - that at least one throttle (16,20) in at least one throttling channel is arranged for throttling flowing out of the damping chamber (7) pressure fluid in response to movement of the damping piston in a direction opposite to the direction of impact (R).

Damping device according to claim 1, characterized in that the supply line (14) for pressure fluid is connected to the accumulator (13) and thus to the damping chamber (7) via said non-return valve (12).

Damping device according to claim 1 or 2, characterized in that a, first, throttling channel is arranged in the return channel with a, first, throttling (16) comprising a throttling gap, which is arranged to be established between the damping piston (8) and a radially outside existing one. cylindrical ring surface (18).

Damping device according to claim 3, characterized in that the ring surface (18) is provided with at least one floating hole (10) included in the return channel for establishing a floating position for the damping piston (8). 10 15 20 25 533 344

Damping device according to claim 1 or 2, characterized in that a floating hole throttle (20) is arranged to be established between a guide edge (6 ') radially outermost on a piston portion (6) of the damping piston (8) and at least one floating hole (10).

Damping device according to one of Claims 4 to 5, characterized in that the return channel has a separate return throttle (4) downstream of said floating hole (10).

Damping device according to Claim 6, characterized in that the return throttle (4) is adjustable.

Damping device according to one of the preceding claims, characterized in that one, second, choke channel with one, second, choke (11) is arranged to connect the damping chamber to the accumulator (13) parallel to the non-return valve (12).

Damping device according to Claim 8, characterized in that the second choke (11) is adjustable.

Damping device according to one of the preceding claims, characterized in that the damping chamber (7) is annular and located radially outside an extended portion (8 ') of the damping piston (8).

Percussion device with a damping device for damping rock reflexes, characterized in that it includes a damping device according to any one of claims 1 - 10.

Rock drilling machine, characterized in that it includes a percussion device according to claim 11.

Rock drilling machine according to claim 12, characterized in that it comprises a drill bush (3) and / or a drill steel adapter (1) between the damping piston (8) and the tool.