SE535393C2 - En slagöverföringsdel, och en borrmaskin innefattande en sådan slagöverföringsdel - Google Patents

Abstract

En cirkuläreylindrisk slagöverföringsdel 2 för en borrmaskin anpassad att överföra rörelseenergi till en slagmottagningsdel 4. Slagöverföringsdelen har en diameter dmax, ochinnefattar en sidoyta 12 och en slagyta 6. Slagöverföringsdelen är anpassad att överförarörelseenergin till slagmottagningsdelen med en ringformad aktiv yta av slagytan, varvidden ringformade aktiva ytan är koncentrisk med avseende på slagkolvens tvärsnittsyta, haren diameter da, där da < dmax och har en bredd wa som i kontaktögonblicket med slagmottagningsdelen är mindre än 0,2 dnaax. (Figur 4)

Description

25 30 535 393 2 Genom den publicerade patentansökan GB-2136725 är en borrmaskin med en slagkolv känd, där slagkolvenuppvisar en kolvnos i form av en stympad kon, dvs. övergången från slagkolvens sidoyta till slagytan är avfasad.

I det amerikanska patentet US-6,273,199 visas ett arrangemang för bergborrning som innefattar en slagkolv och en nackadapter.

Och genom den amerikanska patentansökan US-2009/0133 893 visas ett handhållet verktyg med en fram- och tillbakagående slagkolv. Slagkolven uppvisar en sfäriskt formad slagyta.

Det finns solida slagkolvar och slagkolvar med ett centralt längsgående hål.

Nackadaptern, till vilken slagkolven överför stötvågen, kan på ytan som slagkolven träffar vara försedd med ett så kallat dubbhål. Dubbhålet är ett centralt placerat hål och som tillkommit i sambandfmed tillverkningen av nackadaptern. Dubbhålet har en diameter som exempelvis kan vara ca 8 mm.

Dubbhålet medför speciella påfrestningar för de centralt belägna delarna av slagkolvens slagyta. På grund av de stora krafter som slagytan utsätts för har man konstaterat att det sker materialrörelser i dessa centrala delar, som förenklat kan förklaras som att delarna av slagkolven som är belägna över dubbhälet ”rör sig” i slagriktningen.

I sammanhanget är det viktigt att nämna att nackadaptern är en slitdetalj som byts betydligt oftare än slagkolven.

Vidare har man konstaterat att på grund av slitage i bland annat bussningar och så kallade medbringare träffar slagkolven inte nackadaptern helt plant i varje slag. Detta medför höga kontaktspänningar i kontaktytorna.

Med hänsyn till ovanstående genomgång av den kända tekniken är syftet med föreliggande uppfinning att åstadkomma en förbättrad utformning av slagöverföringsdelens främre del 10 l5 20 25 30 535 393 3 som minimerar spänningskoncentrationen och som därmed förlänger livslängden för slagöverföringsdelen vilket är ekonomiskt fördelaktigt.

Sammanfattning av uppfinningen Ovan nämnda syften åstadkommes med uppfinningen definierad av det oberoende patentkravct.

F öredragna utföringsformer definieras av de beroende patentkraven.

Slagöverföringsdelen enligt föreliggande uppfinning är således försedd med en ringformad aktiv yta som är konceiitrisk med avseende på slagöverföringsdeleiis tvärsnittsyta, har en diameter som är mindre än slagkolvens diameter, samt att den aktiva ytan har en bredd som i kontaktögonblicket med slagmottagningsdelen är betydligt mindre än slagkolvens diameter. Detta gäller vid rakt anslag mellan slagöverföringsdelen och slagmottagningsdelen.

Vid användning av en slagöverföringsdel enligt föreliggande uppfinning har försök visat att slaghastigheten kan ökas med över 20%, från exempelvis 10 in/s till över 12 m/s.

Dessutom uppnås fördelen att vid användning av slagöverföringsdelen enligt föreliggande uppfinning vid de slaghastigheter som normalt används idag erhålls en längre livslängd, samt också en bättre tålighet mot sneda anslag.

Enligt föreliggande uppfinning utformas slagytan med en form som minimerar spänningskoncentrationen. Tack vare den ringformade aktiva ytan flyttas kontaktpunkten bort från sidoytan och mer in mot mitten av slagytan, vilket är fördelaktigt eftersom en jämnare fördelning av de krafter som slagöverföringsdclen utsätts för då åstadkommes. Även vid ett snett anslag mellan slagöverföringsdelen och slagmottagningsdelen åstadkommes, enligt uppfinningen, en fördelaktig miniiiiering av spänningskoncentrationen bland annat genom att kontaktytan är förhållandevis större och att kontaktpunkten flyttas bort från sidoytan och mer in mot mitten av slagytan. 10 15 20 25 30 535 393 4 Enligt en föredragen iitföringsform är de centrala delarna av slagytan försedd med en fördjupning som i de mest centrala delarna kan vara försedd med en centraltapp. Genom att anordna en centrallapp har man konstaterat att stötvågorna sprids bort från slagöverföringsdelens mittdelar, vilket är fördelaktigt då de centrala delarna av slagöverföringsdclen tack vare denna utformning inte utsätts för extrema belastningar.

Kort ritningsbeskrivniigg Figur 1 är en sidovy som schematiskt illustrerar delar av en borrmaskin där föreliggande uppfinning kan tillämpas.

Figurema 2a-2c är sidovyer som schematiskt visar ett antal kända utformningar av slagytan.

Figur 3 är en sidovy som schematiskt illustrerar den främre delen av en slagkolv enligt en första utföringsform av föreliggande uppfinning.

Figur 4-är en sidovy som schematiskt illustrerar den främre delen av en slagkolv enligt en andra utföringsform av föreliggande uppfinning.

Figurema 5a-5c är en .vy mot slagriktningen som schematiskt illustrerar slagytan, vid rak stöt, enligt den första utföringsformen av uppfinningen.

Figur 6a-6c är en vymot slagrilctningen som schematiskt illustrerar slagytan, vid rak stöt, enligt den andra utföringsformen av uppfinningen.

Figur 7a och 7b illustrerar en slagyta enligt den kända tekniken, respektive enligt den första utföringsformen enligt föreliggande uppfinning.

Figur 8a och 8b illustrerar en slagyta enligt den kända tekniken, respektive enligt den andra utföringsformen enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen Figur 1 visar en schematisk bild av delar av en borrmaskin där föreliggande uppfinning kan tillämpas.

I figur l illustreras uppfinningen genom att visa en slagöverföringsdel i form av en slagkolv och hur den samverkar med en nackadapter. Föreliggande upplinning är emellertid generellt tillämpbai' för andra delar i en borrmaskin där överföring av stötvågor skall ske. Till exempel mellan slagkolven och nackadaptern, mellan nackadaptern och 10 15 20 25 30 535 393 5 borrstålet, och mellan borrstålet och borrkronan. Uppfinningen kommer att exemplifieras genom att i detalj beskriva hur den implementeras för en slagkolv.

I figur l visas således en slagkolv 2 anordnad att utföra en fram- och tillbakagående rörelse vilket illustreras av dubbelpilen. Slagkolven är anordnad att överföra sin rörelseenergi i form av stötvågor till en nackadapter 4. Stötvågorna bildas vid kontakten mellan slagkolvens främre yta, slagytan 6, och nackadapterii.

Slagkolven och nackadaptern har ett väsentligen cirkulärt tvärsnitt och är anordnade i ett borrmaskinhus (inte visat) via ett antal lämpligt utformade bussningar 8 för att medge rörelse i den längsgående riktningen. Bussningarna är enbart schematiskt inritade i figuren. Antalet och var de är anordnade kan naturligtvis variera i beroende på typ av borrmaskin.

Nackadaptern påförs en rotation och överför sedan denna rörelseenergi och stötvågsenergin till ett borrstål (inte visat) som i sin tur är försett med en borrkrona (inte visad) för borrning i berg.

Höljet runt borrmaskinen omfattar i dess främre ände och runt nackadaptern en del som kan öppnas för att vid behov kunna byta nackadaptern. Rotationen genereras av en motor (inte visad) och påförs på ett känt sätt till nackadaptern via ett antal splines 10.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till figurerna 3-6.

Figurerna 3 och 5 illustrerar den första utföringsformen och figurerna 4 och 6 illustrerar den andra utföringsformen. Det skall noteras att slagytan som visas i figurerna 5 och 6 illustrerar den aktiva ytans förändring under en rak stöt.

Föreliggande uppfinning avser en cirkulärcylindrisk slagöverföringsdel 2, här illustrerad som en slagkolv 2, för en borrmaskin anpassad att överföra rörelseenergi till en slagmottagningsdel 4, här illustrerad som en nackadapter 4 (se figur 1). Slagkolven har en diameter dmax, och innefattar en sidoyta 12 och en slagyta 6.

Enligt uppfinningen är slagöverföringsdelen (slagkolven) anpassad att överföra rörelseenergin till slagmottagningsdelen (nackadaptern) med en ringformad aktiv yta 14 (se figurerna 5 och 6).av slagytan där stötvågor bildas i kontakten mellan den aktiva ytan 10 15 20 25 30 535 393 6 och slagmottagningsdelen. Den ringformade aktiva ytan är koncentrisk med avseende på slagöverföringsdelens (slagkolvens) tvärsnittsyta, har en diameter da, där da < dmax, företrädesvis är da < 0,75dmax. Den aktiva ytan har en bredd w, som i kontaktögonblicket med slagmottagningsdelen är väsentligt mindre än dmax, och företrädesvis mindre än 0,2 dmax. Den ringformade aktiva ytans diameter da är diametern för en cirkel placerad så att den ligger mitt i den aktiva ytan i radiell riktning.

Figurerna 3 och 4 visar slagöverföringsdelen i ett snitt längs centrumaxeln C. Slagytan 6 bildar i detta snitt en kurvform med ett minimivärde Fmi., i området för den ringformade aktiva ytan. Slagytan kan också beskrivas som att den uppvisar en i slagriktningen ringformad konvex yta.

Slagöverföringsdelens diameter dnmx i anslutning till slagytan är 10-200 mm, företrädesvis 20-60 mm.

Kurvformen bildad av slagytan uppvisar en krökningsradie R1 som är i intervallet 50-5 00 mm.

Detta kan också uttryckas som att kurvan uppvisar en krökningsradie Rl, där Rl/dmax är i intervallet 1 - 50.

Den konvexa ytan kan naturligtvis uppvisa flera krökningsradier, exempelvis en första krökniiigsradie i området för den aktiva ytan och en andra krökningsradie i övergångsytan mellan slagytan och sidoytan där krökningsradien i övergångsytan är i storleksordningen 1-3 mm. Företrädesvis är krökningsradien i området för den aktiva ytan störst. Även mera komplicerade former på ytan är möjliga, till exempel kan ytan vara delvis plan, och övergångsytan kan exempelvis vara avfasad.

Den första utföringsformen avser en ihålig slagövertöringsdel (slagkolv) (figurerna 3 och 5a-5c) och den andra utföringsformen avser en solid slagöverföringsdel (slagkolv) (figurerna 4 och 6a-6c). 10 15 20 25 30 535 393 7 Enligt den första utföringsformen, visad i figurerna 3 och 5, uppvisar slagkolven ett längsgående hål 20 som löper koncentriskt med slagkolvens centrumaxel. Hålet har en diameter di, där d; < dmaX/Z.

Diametern dal definierar' positionen för den aktiva ytan för den första utföringsformen, där da; ligger i intervallet 0,25(dmax+d;) till 0,75(dn,ax+d,). Enligt ett exempel är positionen för den aktiva ytan belägen mitt emellan d; och dmax, vilket kan uttryckas som da; = Oßdmw, + 0,5di.

I den andra utföringsformen, visad i figurerna 4 och 6, där slagkolven är solid, uppvisar slagytans centrala delar en fördjupning 16 i riktningen bort från slagriktningen, och att fördjupningen har en diameter dc, där dc < dmax/Z. I figur 2 har delar av fördjupningen 16 streckmarkerats.

Diametern da; definierar positionen för den aktiva ytan för den andra utföringsfonnen, där da; ligger i intervallet 0,25 (dmafidc) till 0,75 (dmafi-dc) Enligt ett exempel är positionen för den aktiva ytan belägen mitt emellan dc och dmax, vilket kan uttryckas som dag = Oßdmax + 0,5dc.

Enligt en variant av den andra utföringsformen är fördj upningen 16 i dess centrum försedd med en konvex centraltapp 18 riktad i slagriktningen.

I figur 4 har centraltappens 18 position i längdriktningen markerats med Cmm.

Skillnaden mellan Cmi., och F min är i storleksordningen 0-1,5 mm, till exempel 0,1 mm, dvs. den aktiva slagytan 14 befinner sig i nivå med, eller något längre fram i slagriktningen jämfört med centraltappens nedersta del. Centraltappen kan vara försedd med en fördjupning (ej visad) i dess mittpunkt, som tillkommit av tillverkningstekniska skäl. 1 figurerna 5a-5c och 6a-6c illustreras schematiskt vad som händer med den aktiva ytan under en rak stöt.

Figurerna Sa och 6a visar slagytan med den aktiva ytan precis i kontaktögonblicket med slagmottagningsdelen. Den aktiva ytans bredd wa är då som smalast. 10 15 20 25 30 535 393 8 I figurerna 5b och 6b' visas hur bredden för den aktiva ytan ökar under stöten, och figurerna 5c och 6c visar den aktiva ytans bredd i slutet av kontaktperioden. l figurerna visas hurden aktiva ytan, kontaktytan mellan delarna, ökar med tiden under stöten för att nå ett maximalt värde då stötkraften är som störst. Sedan minskar kontaktytan tills delarna inte längre står i kontakt med varandra. Bredden, och därmed storleken, för den aktiva ytan är alltså lastberoende.

En viktig aspekt av Föreliggande uppfinning är således att den aktiva ytan i ögonblicket för den första kontakten mellan delarna är liten i förhållande till slagytans storlek. Detta gäller vid en rak stöt.

Figurerna Sa-Sc och 6a-6c är en illustration på hur slagöverföringsdelen enligt föreliggande uppfinning effektivt tar upp och fördelar krafterna den utsätts för under en stöt.

Figurerna 7a, 7b (med längsgående hål 20) och 8a, 8b (solid) illustrerar schematiskt slagytan sett från slagriktningen då slagöverföringsdelen inte träffar slagmottagningsdelen rakt, dvs. fallet med snett anslag vilket kan inträffa då lager och bussningar är slitna.

Figurerna 7a och Sa illustrerar kontaktytans 22 utseende en given tidpunkt efter första kontakt mellan slagöverföringsdelen och slagmottagningsdelen, där slagöverföringsdelen utformats enligt den kända tekniken, där krökningsradien vid övergången mellan sidoytan och slagytan är i storleksordningen 1-3 mm. Som framgår ur figurerna 7a och Sa blir kontaktytan liten och befinner sig nära sidoytan vilket innebär att slagöverföringsdelen utsätts för höga kontaktspänningar vilket inte är önskvärt eftersom det kan negativt påverka driftstiden.

Figurerna 7b och 8b illustrerar kontaktytans 22 storlek och position en given tidpunkt efter första kontakt mellan slagöverföringsdelen och slaginottagningsdelen, där slagöverföringsdelen utformats enligt föreliggande uppfinning och där figur 7b visar den första utföringsformen och figur 8b visar den andra utföringsformen. I dessa figurer har samma hänvisningsbeteckningar använts som i övriga figurer. Som framgår ur dessa figurer är kontaktytan 22 betydligt större än den är i figurerna 7a och 8a, och dessutom 10 15 535 393 9 belägen betydligt närmare slagytans centrum, vilket sammantaget ger betydligt lägre kontaktspänningar än vid användning av den kända tekniken.

Uppfinningen omfattar också en borrmaskin innefattande en slagöverföringsdel, t.ex. en slagkolv, enligt någon av ovan beskrivna utföringsformer. Slagöverföringsdelen är företrädesvis hydrauliskt driven, men även i pneumatiskt drivna borrmaskiner är naturligtvis föreliggande uppfinning tillämpbar.

I borrmaskinen överförs stötvågorna till slagmottagningsdelen, Lex. nackadaptern, företrädesvis med en hastighet på 12-13 rn/s och med en frekvens på 40-100 Hz. Andra hastigheter och frekvenser är naturligtvis möjliga inom ramen för föreliggande uppfinning.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan-beskrivna föredragna utföringsformer.

Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Ovan utföringsformer skall därför inte betraktas som begränsande uppfinningens skyddsomfång, vilket deflnieras av de bifogade patentkraven.

Claims (14)

10 15 20 25 30 535 393 10 Patentkrav

1. En cirkulärcylindrisk slagöverföringsdel (2) för en borrmaskin anpassad att överföra rörelseenergi till en slagmottagningsdel (4) genom stötvågor som bildas vid kontakten mellan slagöverföringsdelen och slagmottagningsdelen, slagöverföringsdclen har en diameter dmax, och innefattar en sidoyta (12) och en slagyta (6), kännetecknad av att slagöverföringsdelen är anpassad att överföra rörelseenergin till slagmottagningsdelen med en ringformad aktiv yta av slagytan, varvid den ringformade aktiva ytan är koncentrisk med avseende på slagöverföringsdelens tvärsnittsyta, har en diameter da, där da < dmax, och har en bredd wa som i kontaktögonblicket med slagmottagningsdelen är mindre än 0,2 dmaa.

2. Slagöverföringsdelen enligt krav l, varvid den ringformade aktiva ytan har en diameter da < 0,75dma,a.

3. Slagöverföringsdelen enligt krav 1 eller 2, varvid slagytan (6) bildar i ett snitt längs centrumaxeln C av slagöverforingsdelen en kurva med ett minimivärde Faa., i området för den ringformade aktiva ytan (14).

4. - Slagövcrföringsdelen enligt något av kraven 1-3, varvid dmax är 10-200 mm, företrädesvis 25-60 mm.

5. Slagövtzrfóringsdeleii enligt något av kraven 3 eller 4, när beroende av krav 3, varvid kurvformen uppvisar en krökningsradie Rl som är i intervallet 10-500 mm.

6. Slagöverföringsdelen enligt något av kraven 3-5, när beroende av krav 3, varvid kurvformen uppvisar en krökningsradie Rl, där Rl/dmaa är i intervallet 1 - 50

7. Slagöverfóringsdelen enligt något av kraven 1-6, varvid slagöverföringsdelen är solid och slagytans centrala delar uppvisar en fördjupning (16) i riktningen bort från slagriktningen, och att fördjupningen har en diameter da, där da < dmaX/Z. LJ: IG .... “_41 535 393

8. 1.1). S, Slagövcrlöringsdclezi enligt krav 7, ”varvid di, har ett värde :lag som ši ggei' i írtervzillet (LZES (_i'l,,w_«¿¥-_dc) till (l,'75 (flmax-lclc).

9. Slagövcrföringsclelen enligt krav '7 eller 8, ifarvlcl fiårdjugiiiiiigezi (_ l 6) i dess ccntruin är försedd :ned en konvcx ccntraltapp ('18) riktad i Slaigriktizliigcxx. lO. Slagöxferföfiiigsclelen enligt :zågot av kraven 1-6, vawid slagövcráörixigsalclen :ippvisar ett längsgående hål (20) som löpi-:r kamcentrlskl, nia-d

10. Slagkolvwzns itcntnnnaxcl, där iläiiiiida liâl har en Lliainetez' dg, där il; <í d,-,,,,\-/2.

11. l l. Slagövcrlföringsdelen enligt krav ll), ifarvicl du har en värde dal som ligger i

12. Slagövelfföringsclclcn enligt iiågot av föregående krav, xfarvicl iiärnncla slasgfi\ferlföi'irmsdel en. slaøkols' för110111111askinen :yclx att iiäliizidai slamnfnïtagiflinQsdc-l är k sa n.) n.. \. x. en ziackadaiatci' för horrmaskineii.

13. l3. En boiiiiniaskiii innefattande en slagííxfcrfiiringsdel enligt något aiv kran/six 1- ll.

14. Borrinzisliincn :fnligï krav 13, varvid stötvågiiifiuz (Sxierfâârs :iv slagößverlfiifsfírigsdaleiilill slaggnottagsii:xgsclelen nied en liasïlghet på lZ-lš iii/s och :mL-di en tfrekixens på 40--100 l-llz.