專利名稱：沖擊設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于鉆巖機等的沖擊設備，包括給連接在沖擊設備的刀具傳遞一個應力脈沖的裝置。
背景技術：
在傳統的沖擊設備中，通過往復運動的撞擊活塞產生沖擊，通常，活塞通過液壓驅動，或者靠壓縮空氣，在某些情況下，采用電動或者內燃機方式來實現往復撞擊。當撞擊活塞打擊刀柄或者刀具的撞擊面時，在刀具如鉆桿中就會產生應力脈沖。
傳統的沖擊設備的一個問題是撞擊活塞的往復運動產生動態加速力，使裝置的控制變得復雜。隨著活塞沿著沖擊方向加速，鉆頭趨于同時向相反的方向移動，因而減小了鉆頭尖或者用于加工材料的刀具的末端的壓縮力。為了保證鉆頭尖或者刀具的末端對于加工材料具有足夠高的壓縮力，沖擊設備必須被足夠強地推向材料。反過來，這需要沖擊設備的支撐和其它結構具有額外的支力，因此裝置將變得更大更重，制造費用也更昂貴。由于大質量，撞擊活塞運動較慢，這就限制了活塞的往復頻率，進而限制了打擊頻率，但實際上為了提高沖擊設備的效率，應該大大地增加頻率。然而，現有的裝置將導致非常低的效率，因此它實際上不可能增加沖擊設備的頻率。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種沖擊設備，其沖擊操作所產生的動力與傳統裝置相比具有更少的不利影響，這種裝置易于增加往復頻率。依據本發明的沖擊設備其特征包括在附帶的權利要求里。
根據本發明的一個基本構思，沖擊由一個或多個彈性沖擊元件提供，沖擊元件處于應力狀態，儲存每次沖擊的能量。在應力狀態下，元件的長度相對于其非壓力狀態的長度改變，而且突然解除沖擊元件的壓力狀態，于是元件就會返回到其靜止長度，通過儲存的應力能，產生沖擊或者應力脈沖給刀具。
本發明具有的優點在于，在于如上所述的脈沖式的沖擊運動不需要一個往復的撞擊活塞，但彈性沖擊元件長度的改變是毫米級的。因此，不必沿沖擊方向前后移動較大質量物體，產生的動力比傳統技術裝置中較重往復運動的撞擊活塞產生的動力要小。而且，這樣的結構能夠增加往復運動速度，而不會降低效率。
下面將參照附圖詳細描述本發明，其中圖1是依據本發明的沖擊設備的操作原理示意圖；圖2是依據本發明的沖擊設備的一個實施例示意圖；圖3是依據本發明的沖擊設備的第二個實施例示意圖；圖4是依據本發明的沖擊設備的第三個實施例示意圖；圖5是依據本發明的沖擊設備的第四個實施例示意圖；圖6顯示了依據本發明的沖擊元件的一個實施例。
具體實施例方式
圖1是依據本發明的沖擊設備的操作原理示意圖。圖中的虛線顯示了沖擊設備1和它的框架1a，它包括一個彈性沖擊元件2。沖擊元件2被壓縮或者伸長到一定程度以改變元件相對于其靜止狀態的長度。在實際應用中，此變化是毫米級的，例如1mm到2mm之間。為了使沖擊元件變形，自然需要能量，此能量通過機械、液壓或者水力機械方式傳遞給元件，其方式如圖2至6所示實例。
當沖擊元件被預拉伸時，例如，如圖中所示例子的壓縮方式，沖擊設備1被向前推進，以使刀具3的一個末端直接地或者被單獨的連接件，如刀柄等，牢固地壓在沖擊設備的末端。在這種情況下，突然解除沖擊元件的壓縮狀態，于是它就返回到其自然長度。因此，在鉆桿或者其它刀具中就會產生應力波，在傳遞到刀具末端的過程中，應力波在待加工的材料中產生一個沖擊，這與傳統的沖擊設備相似。
理論上，沖擊元件與其預應力或傳遞的應力波的比率分別沒有損耗，因此應力波的長度是沖擊元件變形部分的長度的二倍，因此，應力波的強度是沖擊元件為沖擊所保留的應力的一半。實際上，這些值由于損耗而改變。
圖2是依據本發明的沖擊設備的一個實施例示意圖，其中沖擊元件相對于沖擊元件的框架1a這樣定位，即遠離刀具3的元件的末端被沖擊元件1的框架1a所支撐，通過液壓活塞4，元件被壓縮在靠近刀具3的末端。附圖進一步示意了支座夾片5a，5b，和相應地位于沖擊元件2中的軸肩2a，2b。如果沖擊元件的狀態特性和脈沖特性改變了，就能夠使用起始于活塞的沖擊元件2的全長L1，或者使用相應的軸肩2a，2b其中之一、相應的支座夾片以及將被壓縮的沖擊元件2的對應長度L2或者L3。
如果使用沖擊元件2的全長，元件通過提供到活塞4后面的壓力空間6的液壓流體示意地被壓縮，這樣，顯示在圖中活塞4左邊的沖擊元件的全長就會變形。結果，沖擊脈沖的長度大約是L1的兩倍。如果需要一個不同形狀的短的沖擊脈沖，例如，支座夾片5a放置在相應的軸肩2a上，并且當沖擊元件2被預拉伸時，僅僅壓縮活塞4和相應的軸肩2a之間的長度。因此由于該沖擊傳遞給刀具3的應力波的長度大約為L2的兩倍。通過相應的軸肩2b和支座夾片5b，可以獲得更短的應力波。因此沖擊設備的操作特性能夠根據當前刀具和工作條件適當地改變。
圖3是依據本發明的沖擊設備的第二個實施例示意圖。在這種實施例中，沖擊元件采用一個單獨的樞軸機構而變形，該樞軸機構被一個橫向地移向沖擊元件的液壓活塞機構驅動。樞軸機構包括支撐件7a，7b，平行于橫穿沖擊元件中心軸的一個軸。在支撐件之間是一個致動器7c，該致動器通過支撐臂8a，8b支撐在部件7a和7b上。依次地，活塞9包括一個位于中間的細長的開口9a，致動器7c就延伸至此。更優選的布置，活塞9包括兩個位于沖擊元件2兩側的橫向桿9b，以使作用在致動器7c的力對稱平衡。當活塞9向圖中所示右側移動時，它就會沿同樣方向推動致動器7c，進而通過支撐臂8a，8b促使支撐件7a，7b進一步移動分開，于是力產生在沖擊元件2中如箭頭A所示方向。當致動器7c橫過支撐件7a，7b之間的中心線時，它能夠自由向圖示右面擺動，進而支撐件7a，7b能夠再次移動到一起，沖擊元件2中的張力就以朝向刀具的應力脈沖的形式解除。因此，當活塞9向圖中所示的左側移動時，樞軸機構同樣會變長及沿相反方向快速縮短，進而產生朝向刀具的新的應力脈沖。
圖4是依據本發明的沖擊設備的第三個實施例示意圖。圖中顯示了采用水力機械布置的沖擊元件2的變形。在這種方案中，沖擊元件包括一個相對于沖擊設備框架這樣設置的軸肩2′，即使受壓流體空間10形成在環形軸肩和沖擊設備之間。液壓流體首先以正常的液壓供給壓力提供給空間10。沖擊元件2可以承受不同的應力，所形成的應力波的形狀和強度進而能夠通過改變供給的液壓流體的壓力或者預壓力來調整。然后受壓流體空間10關閉，由機械觸發元件12驅動的、單獨的增壓活塞11也被使用。在觸發元件12和增壓活塞11之間有一個單獨的軸承氣缸13。觸發元件進一步包括一個面向軸承氣缸13的軸肩12a，使用時氣缸沿著軸肩旋轉。在這種實施例中，當觸發元件沿著箭頭B所示方向移動時，即沿圖示向左方向，在受壓流體空間10充滿了預定壓力的液壓流體之后，由于軸承氣缸13的軸肩12a，觸發元件就會將增壓活塞11推向受壓流體空間10。由于通向受壓流體空間10的受壓流體通道在觸發元件12開始移動之前就關閉了，因此壓力空間10就被關閉了，并且增壓活塞插入到空間10中，也減少了容積增加了壓力，進而進一步使沖擊元件2變形。當觸發元件已經移動到這種程度，即軸承氣缸13能夠從活塞11中移開時，并且軸承氣缸13和活塞11由于軸肩12a的突變形狀都能快速移動時，應力就會快速從沖擊元件釋放給圖中未顯示的刀具。速度是可以增加的，例如通過同時打開從受壓流體空間10到液壓介質空間或者到某些其它空間的通道，可使液壓流體能夠盡可能少損耗地從受壓流體空間10流入其中。當觸發元件如圖示向右方向移動時，工作步驟重新開始，重復以獲得需要的往復頻率。
增壓活塞11的機械結構可以采用液壓結構代替。圖4中所示的結構，相對于壓力空間10的增壓活塞11的末端設置一個壓力表面，此表面比面對空間10的壓力表面更大。此更大壓力表面設置有液壓介質的正常壓力，以使表面將增壓活塞推向壓力空間10，直到作用在每個側面上和相應的表面積的壓力效果在增壓活塞的每個側面上的相同。當液壓介質再次可以快速流出空間10或者增壓活塞11后面的空間時，沖擊元件2的張力快速排放，在刀具中產生應力脈沖。
圖5是依據本發明的沖擊設備的第四個實施例示意圖。此實施例采用幾個串聯連接、同時變形的沖擊元件。這可以通過下列方式實現，例如，通過利用一個實心桿作為最中間的沖擊元件，并利用圍繞該桿相互放置的套筒式的元件。圖中，尾說明的方便這些套筒式的元件2″，2以截面圖示出。在這種實施例中，每個套筒式的元件末端都有一個軸肩，中間桿或者下一個套筒式的元件支撐在其上。使用這種實施例時，沖擊元件的工作長度是所有前面的沖擊元件2′到2的長度總和。通過這種實施例，沖擊設備的實際長度可以通過一個整體沖擊元件縮短，同時可以保證通過沖擊元件所獲得的應力脈沖的實際長度。如上面所述的多個沖擊元件串聯連接的情況，例如，最內部桿式的沖擊元件2′和最外部的套筒式的元件2承受壓縮力，而位于其它兩個元件之間的最中間的套簡式沖擊元件2″承受張應力。因此，在這樣一種布置中，每隔一個沖擊元件承受壓縮力，每隔另一沖擊元件承受張應力。前面所述的內容對于形成于刀具中的應力脈沖的工作是不重要的，但其結果卻與相應于沖擊元件總長的均勻沖擊的壓縮力或張應力所提供的應力脈沖一樣。
附圖也顯示了一種適于實施依據本發明的沖擊設備的沖擊元件的結構。在這個實施例中，沖擊元件形成為幾個長度相等的并列構件。因此，沖擊元件的長度等于這些組件的長度，另一方面，該元件對應于相同長度而且具有相應的橫截面的單獨的沖擊元件。
圖6示意了一種實施例，其中沖擊元件被拉伸而不是被壓縮以儲存能量并提供需要的應力。在這個實施例中，沖擊元件2從前面到接近沖擊設備的刀具末端均被支撐著，這樣，元件就不能移向沖擊設備框架的后部。因此，沖擊元件的相對端設置一個活塞4′，以使受壓流體空間6′形成在沖擊設備框架和活塞4′之間，位于活塞4′面對于刀具的側面上。在這個實施例中，沖擊元件被液壓流體拉伸直到獲得需要的應力狀態。為了提供沖擊，受壓流體空間6′中的液壓流體通過圖中示意示出的閥14突然流動，這樣沖擊元件2就縮短到正常長度，進而導致應力脈沖傳遞給刀具3。
儲存的能量從沖擊元件到刀具的傳遞要求應力相當快地釋放。然而，如果傳遞到刀具的應力脈沖的強度和長度可以調整，就可能利用沖擊元件的釋放速度。換句話來說，當沖擊元件能量釋放更慢時，傳遞給刀具的應力脈沖的強度就可以減小，進而其長度就增加了，因而刀具傳遞給要加工的材料的沖擊的特性也相應的發生改變。即使在這種情況下，沖擊元件的應力也釋放得相當快。在另一種可選的沖擊元件的實施例中，如果考慮結構因素的話，一個或者幾個并列實心元件可以用一個管狀元件代替。
上面說明書和附圖僅僅是通過一個實施例來描述本發明，并不限制于此。關鍵特征是應力脈沖通過沖擊元件在刀具中產生，通過施加所要求的力，沖擊元件承受壓力或者張應力以提供一種需要的應力狀態，然后沖擊元件就突然從應力狀態釋放，這樣張力就直接或者間接地排放到刀具的末端，進而到刀具。
權利要求
1.一種用于鉆巖機等設備的沖擊設備，包括給連接在沖擊設備的刀具傳遞一個應力脈沖的裝置，其特征在于傳遞一個應力脈沖的裝置包括一個支撐在沖擊設備框架上的沖擊元件，以及使沖擊元件受到應力的裝置，該裝置相應地突然解除沖擊元件應力，進而儲存在元件中的應力能以傳遞給刀具的應力脈沖的形式排放，其中刀具直接或者間接地連接在沖擊設備上。
2.根據權利要求1的沖擊設備，其特征在于使沖擊設備受到應力的裝置包括一個受壓流體空間，一個位于沖擊元件中面向所述受壓流體空間的軸肩，以及將液壓流體供給到受壓流體空間并從空間解除壓力的裝置。
3.根據權利要求2中的沖擊設備，其特征在于從受壓流體空間解除壓力的裝置包括從所述受壓流體空間排放增壓液壓流體的裝置，通過供給增壓液壓流體到所述受壓流體空間而承受應力，并通過使得液壓流體突然流出所述受壓流體空間而解除應力的沖擊元件。
4.根據權利要求2或3的沖擊設備，其特征在于包括一個連接所述受壓流體空間的增壓活塞，傳遞增壓活塞到受壓流體空間以使所述空間容積減小、壓力增大的裝置，以及使增壓活塞自由移出受壓流體空間以使所述空間容積增大、壓力相應減小的裝置。
5.根據權利要求4的沖擊設備，其特征在于增壓活塞通過機械觸發元件被推向所述受壓流體空間。
6.根據權利要求5的沖擊設備，其特征在于一個單獨的軸承氣缸位于觸發元件和增壓活塞之間，觸發元件包括一個面對軸承氣缸，并且氣缸沿軸肩旋轉，以及在觸發元件移動足夠的位移后，軸承氣缸和增壓活塞都能夠快速從所述受壓流體空間移出以產生一個應力脈沖。
7.根據權利要求1的沖擊設備，其特征在于包括一個位于沖擊元件和沖擊設備框架之間的樞軸機構，此機構當位于機構中間的樞軸被橫向推向沖擊設備直到機構橫過中心線時伸長，并且在機構已橫過中心線之后縮短，以及一個活塞機構，驅動樞軸機構并橫向移動到沖擊設備，通過移動活塞機構驅動的樞軸機構而受到應力并快速解除應力的沖擊元件。
8.根據前面所述的任意一個權利要求的沖擊設備，其特征在于沖擊元件包括至少兩個對應的軸肩，一個接一個地位于元件的縱向方向，以及鎖定對應的軸肩使其不能在沖擊設備的軸向方向移動的鎖定裝置。
9.根據前面所述的任意一個權利要求的沖擊設備，其特征在于沖擊元件包括至少兩個單獨的沖擊元件在縱向方向串聯連接以彼此作用，這樣沖擊元件的應力長度是所有串聯連接的沖擊元件應力長度的總和。
10.根據權利要求9的沖擊設備，其特征在于至少一些沖擊元件基本是套筒式的，彼此同軸放置。
全文摘要
一種用于鉆巖機等設備的沖擊設備，包括給連接在沖擊設備的刀具傳遞沖擊或者應力脈沖的裝置。傳遞應力脈沖的裝置包括一個支撐在沖擊設備框架(1a)上的沖擊元件(2)，以及使沖擊元件(2)受到應力的裝置，該裝置相應地突然解除沖擊元件(2)應力，進而儲存在元件中的應力能以傳遞給刀具(3)的應力脈沖的形式排放，其中刀具(3)直接或者間接地連接在沖擊設備上。
文檔編號E21B1/00GK1522334SQ02813410
公開日2004年8月18日 申請日期2002年7月1日 優先權日2001年7月2日
發明者馬爾庫·凱斯基瓦, 約爾馬·梅基, 埃爾基·阿霍拉, 埃薩·蘭塔拉, 梅基, 阿霍拉, 蘭塔拉, 馬爾庫 凱斯基瓦 申請人:山特維克坦羅克有限公司