專利名稱：鑿巖機用不轉動活塞及其可拆除的花鍵螺母的制作方法
技術領域：
本發明總體上來說涉及一種在工具殼體內有往復活塞的流體驅動沖擊工具，特別涉及一種鑿巖機。在這種鑿巖機內，活塞沿縱長方向往復運動，而鉆鋼(drill steel)經受活塞沖擊的同時還被轉動。
一般的鑿巖機結構均使用一個由液壓循環系統往復驅動的活塞以便向鉆鋼提供沖擊能量。這種鉆(鋼)的作業要求鉆鋼隨著活塞的往復而轉動。這種旋轉運動是通過一組花鍵和離合器機構完成的。這種花鍵的幾何形狀通常要求活塞隨著鉆鋼旋轉。一種典型的鉆(鋼)是在每分鐘沖擊2000次每個沖程量為2英寸的情況下作業，這相當于沿軸線方向的每分鐘表面切削英尺為670英尺。這種鉆(鋼)通常每分鐘轉140-150次。一個平均直徑為2英寸的活塞其回轉表面進尺就將近似于達到75英尺/分鐘。表面進尺的兩個分量將把活塞幾何形狀的磨損總量分加到活塞的環繞組件。抑制表面進尺的轉動分量將會減少這些組件間的磨損。因而鉆(鋼)作業時的性能反易件整體性將會增強。
為了使鉆鋼轉動，一般在鑿巖機中的結構是使用一種花鍵螺母。花鍵螺母是外直徑上制有螺紋且具有內花鍵的結構類型。螺母的制螺紋區域通常由鑿巖機內部的另一個組件如卡頭或卡頭驅動件環繞。螺母上的內花鍵與活塞上的花鍵嚙合。螺母和活塞的花鍵之間的相互扭轉通常引起螺母本身急劇磨損。這一組件的修理是很困難的，而且將螺母從活塞或卡頭結構中拆下需要特殊搬手。
前面說明了現有鑿巖機中存有的公知的不足之處。因此很明顯，提供一種克服上述的一種或多種不足之處的替換產品是有益的。一種適合的替換產品將在本說明書中更充分地加以說明。
本發明的一個方面是提供一種流體驅動工具，它具有一個有活塞桿，一活塞尾和一活塞頭的活塞;沿活塞桿配制有多個縱向螺旋溝槽;一個可拆除地安置在殼體與縱向螺旋溝槽之間從而允許活塞縱向移動而不能轉動的壓配合螺母。
本發明的第二個方面是提供一種可折卸的花鍵螺母組合。這種螺母組合在螺母的內表面有多條花鍵，這些花鍵可滑動地鍵連于活塞桿的縱向溝槽中，從而允許活塞的縱向往復移動。螺母在其外表面上有多個突起，這些突起與相鄰接的殼體上的多個突起空腔形成壓配合，阻止活塞的轉動。在活塞縱向移動期間一個卷簧將回轉運動傳給鉆鋼。
在結合附圖對本發明進行詳細介紹之后，上述各方面及別的一些方面會變得更為清楚。
對附圖簡單說明如下，
圖1是剖視圖，一部分已被除去，它展示由棘輪棘爪機構轉動的公知的活塞;
圖2是沿圖1 A-A線的剖視圖;
圖3是本發明的鑿巖機的剖視圖;
圖4是本發明的可拆去的花鍵螺母及其油潤滑系統的放大圖;
圖5是沿圖4 B-B線的剖視圖;
圖6是用于本發明的一個可拆去的花鍵螺母的立體草圖;
圖7是圖4中圓圈A處的放大圖;
圖8是活塞桿的立體圖，展示其縱向螺旋溝槽。
在對本發明結合實施例介紹說明之后，應該認識到，不違背寫在權利要求書中的本發明的基本精神還可以作出別的變化和改變。
參看圖1和2，這種現有技術的鑿巖機有一個用于在沖程循環期間使活塞轉動的機構。活塞1用活塞來復線螺母5安裝在來復線軸3上，螺母5用螺紋聯結于活塞頭7。螺母借助于內花鍵安裝于來復線桿3上并可于其上滑動。內花鍵與在桿3上沿與活塞1往復方向相同的方向延伸的縱向溝槽9相配合。
將桿3的頂端用多個爪15與齒輪13相連接，爪15與圈齒輪13相互制約使之只在一個方向上允許轉動。圈齒輪13與閥17一起安置在鑿巖機殼體(未視示)的后部，閥17在鑿巖機作業期間將沖擊流體傳布給鉆頭。
活塞桿20借助活塞桿軸承26安裝于殼體22內以便于其沿軸線24往復運動。卡緊螺28借助于內花鍵安裝于活塞桿20上并可于其上滑動，內花鍵又與沿活塞桿20延伸的縱向溝槽30相配合。卡緊螺母28用螺紋擰入卡具驅動器32，驅動器32又與卡盤34連接。鉆鋼36安裝在卡盤內并可于其內滑動。這樣一來就可以理解到，在現有技術的鑿巖鉆機中，鉆鋼只能沿一個方向轉動。這種回轉運動是通過活塞1和活塞來復線螺母與花鍵卡緊螺母28之間的連接結構傳送至鉆鋼36，因為螺母28是與卡具驅動器32及卡盤34相聯結的。
參看圖3，所展示的本發明的鑿巖機大致用數碼40來標示，它有一個外殼42，貫穿外殼42上的具有縱軸44的中心孔用于活塞46和鉆鋼48、100的往復運動。活塞46由在壓力約為90-100磅/英寸2的壓縮空氣一類的沖擊流體驅動。活塞46有一活塞頭48，置于活塞頭一側的一活塞尾以及置于活塞頭另一側的活塞桿52用殼體件54將活塞支承得可使之在殼體42中作縱向往復運動，件54與活塞頭48，連接活塞尾50的空氣分配器56及以與活塞桿52連結的活塞桿軸承58相連接。它們之間的連接方式是公知的。
沖擊流體被導入在后部62的容納腔60，并由分配器56將之導入流體通道64、66和通連驅動腔72的孔口68、70中，并隨后又導入返回腔74。取決于活塞在沖程循環中的位置，驅動腔72或返回腔74中的一個與排出孔口76相通而將在腔72或74中的一個中的流體排出。
活塞46由一系列沿活塞桿52延伸的溝槽回繞而不能轉動。在本文中使用的術語“縱向”意思是指平行于軸線44的方向。溝槽80與可拆除的花鍵螺母84的花鍵82配合。螺母84相對于其周圍的殼體86(見圖5)是不可轉動的。花鍵82成形在螺母84的內表面上，沿著螺母縱向向下延伸。
活塞46還有一組與一個螺旋母94內的螺旋花鍵92相連結的螺旋溝槽90(見圖5)。螺旋溝90沿活塞桿52延伸且位于縱向溝槽80之間，最好是一個螺旋溝槽90位于每一對相鄰的縱向溝槽80之間。花鍵92的螺旋作用使螺旋母90隨著活塞46的往復運動而來回轉動。螺旋母94又被以摩擦方式連結于如卷簧、離合器(wrap sping clutch)96那樣的單向離合器機構，離合器96驅動卡盤98和鉆鋼100。螺旋母96配置有其上有第一突起面102的外表面。卡盤98在孔中的安置定位得使之在卡盤98上，能配置一個與第一突起面102鄰接的外突起面104。將一個螺旋彈簧106繞著第一、二突起面102、104卷繞以使得隨著活塞46往復運動，卡盤98以及其內的鉆鋼48、100在一個方向上轉動。這種卷簧離合器機構已介紹于授于Leland，Hlyon等人的5139093號專利之中。
花鍵螺母84可以從殼86中拆除。這種可拆除性是通過取消圖1所示的螺母5與活塞頭7之間的螺紋連接，并給螺母84如圖3所示配置了與活塞桿52上的溝槽80嚙合的內花鍵82而獲得的。因此可以明白，螺母被以可滑動的花鍵方式連接于活塞桿52，但螺母不可以相對縱軸線44、活塞46和殼體86轉動。
如圖5所示，螺母84至少在其外表面上有一個突起110。申請人推薦在螺母84外周面等間距布置3個突起，任何一個合理數目的突起亦可采用。螺母84的每一個突起凸廓面110與周圍殼體86內的凹形突起腔112嚙合。在工具作業時，活塞往復移動。卷簧離合器96使活塞46有轉動趨向。螺母84的作用就是防止活塞的這種轉動。在活塞46試圖轉動時，螺母84的花鍵82阻止這種轉動。然后，這種扭轉載荷就被傳送到突起110和殼體86的突起腔112而防止轉動。
如圖6-7所示，螺母外直徑的圓錐形則進一步加大了螺母84承受這種載荷的能力。螺母84成圓錐的方式使得在一個剖面圖上觀察時，在螺母84的頂端114和底端116處的凸形輪廓均小于此螺母的頂端114和底端116之間的中央部分峰尖118。在螺母84插入凹形殼體輪廓時，螺母84就擠緊殼體86。因此可以理解存在有兩個壓配合由突起110引起的一個壓配合及由螺母錐體形成的另一個壓配合。
此外，還可以通過在一個或多個突起110內形成沿螺母體84全長的縱長軸線方向延伸的縱向溝120提供第三個壓配合。申請人推薦在三個突起110中的每一個內均設置一個溝槽120。將銷122緩緩地壓入每一個溝槽120中而在螺母84與殼體86的突起腔112中形成一個壓配合。一旦另外兩種界面被磨損，這種銷結構就會起與一種滾子斜面型離合器的相似的作用，螺母一開始轉動，銷結構就會進一步擠緊這螺母。
通過將液體潤滑劑最好是油導入沖擊空氣為鑿巖機提供潤滑。如圖3、圖4所示油杯130用螺紋密封住在殼體86內的油導入管132。鑿巖機操作員每隔一固定周期間隔就將油導入油管132。活塞桿軸承140有一個與活塞桿52滑動接觸的內表面142，軸承140支承活塞46使之可沿軸線44往復運動。軸承140有一個形成環形容納部分146及底部法蘭148的外表面144。環形容納部分146在其頂面部分150與殼體內壁152之間形成不透液的密封接觸，外表面144和殼體152的結合形成一個油腔160。油腔160也可以由殼體的內表面152中的一條槽縫或其一部分形成。油腔160與進油管132溝通而將油送入油腔160。供油孔170延伸過底部法蘭148為限油元件172形成一個內部通道，元件172可以是一種可除去的多孔的燒結金屬塞，供油孔170和限油元件172為油進入在可拆除的花鍵螺母84范圍內的鑿巖機的孔提供了一個通道。底部法蘭148與殼體86的內壁也是液密性接觸的。
活塞桿軸承140的頂端180在與上表面150隔開的另一處與殼體86的內表面182間形了第二處液密性接觸。在頂端180和上表面150之間在外表面144上形成第一個環溝184，環溝184以多個間隔地環繞分布于活塞桿軸承140的小孔188與活塞桿內表面上的第二個環溝186溝通。借助軸承140上的孔188和活塞桿52上的溝槽第一溝184與外通道溝通，由此而可將沖涮液體導入前活塞腔192并流出腔室而環繞著鉆鋼48、100，將巖屑從鉆孔中沖走。外通道190、溝槽184，186，孔188可以隨意選擇，并不構成本發明的一部分。
在作業過程中，隨著返回腔74排空，一部分排出物通過活塞桿52的縱向溝槽80進入活塞46前面的前活塞腔192。這樣的排空與從鑿巖和后面的空氣分配腔56通過中心孔向下排放的壓力流體相結合。油和流體的混合物潤滑著卷簧離合器96和在這一區域的別的工作表面，并最后環繞著鉆鋼被排出，以除去鉆孔中的碎屑。
前腔192中的壓力一般為10-30磅/[英寸]2，而驅動腔72和返回腔74中的壓力則要高得多，約為90-100磅/[英寸]2。由于油腔160安置于返回腔74的下方，且不與返回腔中的壓力流體接觸。故油腔160僅僅經受到由前活塞腔中的低脈動壓力引起的低壓力差的影響。這種低壓力差使少量的油從油腔160被耗費。
權利要求
1.其頂端有一個后部(baachead)，在其底端有一個鉆鋼卡盤，在其底端和頂端之間延伸有一個具有中心孔、孔中有一個往復移動活塞的殼體的一個流體驅動沖擊工具有下列改進a、活塞有一個活塞桿，一個活塞尾及在活塞桿、尾之間的一個活塞頭；b、支承活塞使之沿縱軸線在中心孔中作往復移動的裝置；c、多條縱向溝槽沿活塞桿向下延伸并彼此間隔地列布于活塞桿圓周面上；d、多條螺旋溝槽沿活塞桿螺旋地延伸，每條螺旋溝槽均設置于一對縱向溝槽之間；e、在殼體和活塞桿之間的壓配合機構允許活塞作縱向往復移動。但不允許活塞在中心孔中回轉；f、與螺旋溝槽連接的轉動機構使安置于卡盤內的鉆鋼在活塞往復移動時沿一個方向轉動。
2.如權利要求1所述工具，其特征在于所述壓配合機構有一個可拆除螺母，該螺母有一個與所述縱向溝槽滑動地連接的制有花鍵的內表面和一個被限定于殼體的一個突起腔內的外突起表面，突起腔制作得可與突起配合，由此而消除了該螺母及活塞的轉動，但允許活塞作縱向移動。
3.如權利要求2所述工具，其特征在于可拆除螺母具有多條沿螺母體內表面縱向延伸的花鍵，在螺母的外表面上配置有多個突起面;
4.如權利要求3所述工具，其特征在于可拆除螺母有多達3個等距離環列于其園周面上的突起。
5.如權利要求4所述工具，其特征在于殼體上可拆除螺的每一個突起都設有一個突起腔;
6.如權利要求5所述工具，其特征在于可拆除螺母至少在一個突起上設有一條容納壓配于該突起和突起腔之間的一個肖子的縱向溝。
7.如權利要求6所述工具，其特征在于支承活塞使之沿軸線作往復運動的裝置還具有在后部設置一個空氣分配器，分配器有一個與活塞尾部滑動接觸的內表面;b、一個殼體支承表面與活塞頭接觸;c、一個活塞桿軸承置于所述孔中，該軸承有一個與活塞桿滑動接觸的內表面。
8.如權利要求7所述工具，其特征在于有a、一個具有與活塞桿上螺旋溝可滑動地連接的螺旋花鍵的可轉動螺母;b、一個在所述螺母上的第一突起面;c、一個在殼體內的卡盤，卡盤上有一個第二突起面，且該面置于都接第一個突起面之處。d、一個卷簧螺旋地纏繞于第一、二突起面，借此而使突起隨著活塞往復運動而作單方向轉動。
9.一個限制在流體驅動的沖擊工具殼體內往復移動的活塞的轉動的可拆除花鍵螺母，該活塞具有其上開了多條縱向溝槽的活塞桿，該螺母還具有a、一個螺母體，螺母體有一個頂端，一個底端及一個在頂、低端之間的中心部;b、螺母體的內表面，至少有一條在其上縱向延伸的、用于與活塞桿上的縱向溝槽可滑動連接的花鍵;c、一個外表面，其上至少有一個用于壓配入一個具有一個突起腔的殼體部分的突起，突起腔用于沿縱長方向容納該突起。
10.如權利要求1所述螺母，其特征在于該螺母至少有三個突起環繞列于螺母體上。
11.如權利要求10所述螺母，其特征在于，每個突起其上有一個容納用于使該突起與殼體突起腔強制配合用的一個銷子的縱向溝槽;
12.一個流體驅動鑿巖機在頂端有一個后部;在底端有一個鉆鋼卡盤;在頂端與底端之間延伸有一殼體，殼體有一個其內支承一個沿縱軸線往復運動的活塞的中心孔;并有一個卷簧離合器，用于在活塞往復運動期間使卡盤中的鉆鋼沿一個方向轉動。該鑿巖機還有以下改進a、活塞有一個活塞桿，一個活塞尾，及一個置于底端及頂端之間的活塞頭;b、多條縱向溝槽沿活塞桿延伸，并間隔環繞列布于活塞桿的圓周上;c、一個可拆除螺母，該螺母具有與縱向溝槽可滑動地連接的一個花鍵內表面;以及一個約束在殼體上的一個突起腔中的突起外表面，由此而使活塞及此螺母不能轉動，但仍允許活塞作縱向移動。
全文摘要
一種流體驅動沖擊工具，其內有一個可縱向往復移動但是不轉動的活塞。活塞驅動一個使鉆鋼轉動的卷簧離合器。可拆除的花鍵螺母與工具的殼體結合使活塞不能轉動，但仍允許活塞作縱向往復運動。
文檔編號B25D16/00GK1090012SQ9311934
公開日1994年7月27日 申請日期1993年9月23日 優先權日1992年9月23日
發明者P·B·坎貝爾, R·R·金伯林 申請人:英格索爾-蘭德公司