專利名稱：帶有壓縮彈性儲能材料的傳動元件的撞擊裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種撞擊裝置，其具有在與該撞擊裝置相連的工具中提供應(yīng)力脈沖的部件。
背景技術(shù)：
在公知的撞擊裝置中，利用往復(fù)撞擊活塞產(chǎn)生撞擊，該撞擊活塞的運動一般通過液壓或者氣動產(chǎn)生，且在某些情況下靠電力或通過內(nèi)燃機(jī)來產(chǎn)生。當(dāng)撞擊活塞撞擊柄適配器或工具的撞擊面時，在像鉆桿這樣的工具中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖。
公知的撞擊裝置具有這樣的缺陷，即撞擊活塞的往復(fù)運動產(chǎn)生使得該裝置難以控制的動態(tài)加速力。當(dāng)撞擊活塞在撞擊方向加速的同時，撞擊裝置的主體趨向于反向移動，從而相對于待處理的材料減輕了鉆頭或工具頭的壓制力。為了維持鉆頭或工具施加在待處理的材料上的足夠壓制力，必須用足夠的力將撞擊裝置推向所述材料。而這又造成必須考慮撞擊裝置的支承結(jié)構(gòu)及別的位置中的附加力問題，結(jié)果所述裝置的尺寸和質(zhì)量以及制造成本將增加。由撞擊活塞的質(zhì)量所導(dǎo)致的慣性限制了撞擊活塞往復(fù)運動的頻率，由此撞擊頻率亦然，而原本撞擊頻率應(yīng)該從當(dāng)前水平顯著增加以獲得更有效的結(jié)果。但是，當(dāng)前方案的結(jié)果是工作效率大大降低，所以它在實際中是不可行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種有利地用于鉆巖機(jī)或類似機(jī)械的撞擊裝置，其中撞擊誘發(fā)的動力的不利影響小于公知方案，通過該裝置比目前技術(shù)更易于提高撞擊頻率。本發(fā)明的撞擊裝置的特征在于，所述用于提供應(yīng)力脈沖的部件包括儲能空間，該儲能空間位于撞擊裝置的主體中并由該撞擊裝置的主體和一個獨立的傳動元件限定，該獨立的傳動元件相對于撞擊裝置的主體以可移動方式位于所述工具的軸向上，儲能空間充滿彈性的和可逆的、可壓縮的儲能材料，和用于通過增加儲能材料的壓力使該儲能材料處于應(yīng)力狀態(tài)、從而當(dāng)儲能材料處于期望的應(yīng)力狀態(tài)時、傳動元件相對于撞擊裝置的主體處于一個位置并可相對于撞擊裝置的主體從該位置向所述工具移動的部件，以及相應(yīng)地用于突然釋放傳動元件以使其向所述工具移動、由此存儲在儲能材料中的能量作為應(yīng)力脈沖經(jīng)由傳動元件排至與該傳動元件直接或間接接觸的工具中的部件。
本發(fā)明的基本思想在于，可存儲在被壓縮的且壓縮率較低的彈性的、可逆的、可壓縮的材料例如液體、橡膠、彈性體等材料中的能量，用于提供撞擊。通過將所壓縮的材料突然從應(yīng)力狀態(tài)釋放，所述能量被轉(zhuǎn)移至所述工具中，由此所述材料趨向于恢復(fù)其靜態(tài)體積，并通過所存儲的應(yīng)力能，該材料將撞擊也即應(yīng)力脈沖傳遞給所述工具。
本發(fā)明具有的優(yōu)點是，以這種方式提供的沖擊狀的撞擊運動不需要往復(fù)的撞擊活塞，因此在撞擊方向上沒有較大質(zhì)量的來回移動，與公知方案中的沉重的往復(fù)撞擊活塞的情況相比，動力較低。此外，本結(jié)構(gòu)能夠提高撞擊頻率而不會使工作效率顯著降低。
附圖的簡要說明以下，本發(fā)明將結(jié)合附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中

圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的操作原理；圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的一個實施例；圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第二實施例；圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第三實施例；圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第四實施例；圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第五實施例；圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第六實施例；
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第七實施例。
具體實施例方式
圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的操作原理。在該圖中，虛線表示撞擊裝置1及其主體2，在其一端安裝有工具3，該工具可沿著其縱向相對于撞擊裝置1移動。在主體2內(nèi)具有儲能空間4，其充滿彈性的和可逆的、可壓縮的儲能材料4a。儲能空間4由儲能材料4a與工具3之間的傳動元件5局部地限定，該傳動元件可沿工具3的軸向相對于主體2移動。構(gòu)成例如儲能材料4a的液體受這樣一種力壓擠，使得其體積、也即在這種情況下其沿著工具3方向的軸長，與靜止?fàn)顟B(tài)的長度相比發(fā)生改變。相應(yīng)地，液體壓力與這種壓縮成比例地改變、也即增加。自然地，為了在儲能材料中產(chǎn)生應(yīng)力，需要能夠以各種不同的方式如液壓方式影響儲能材料4a的能量，其實例如圖2和3所示。
當(dāng)儲能材料被壓擠，例如如圖所示被壓縮時，撞擊裝置1被推進(jìn)從而工具3的一端直接的或通過獨立傳動件、例如柄適配器等等緊緊壓在傳動元件5上。通過突然釋放所述材料的應(yīng)力狀態(tài)，鉆桿或其它工具中產(chǎn)生沿箭頭A方向擴(kuò)散的應(yīng)力波，在待處理的材料中該應(yīng)力波在到達(dá)工具前端時傳遞沖擊力，如同在公知的撞擊裝置中一樣。
擴(kuò)散應(yīng)力波的波長和強(qiáng)度不僅與工具和儲能材料的物理特性成比例，而且與儲能材料的體積和應(yīng)力狀態(tài)成比例。
圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的一個實施例。在該實施例中，傳動活塞用作儲能材料4a與工具3之間的傳動元件5。在傳動活塞5′與主體2之間具有一個獨立的工作缸6，壓力介質(zhì)可供入其中從而產(chǎn)生應(yīng)力。受壓液體從液壓泵7經(jīng)由通道9供入由閥8控制的工作缸6內(nèi)以產(chǎn)生壓力。這樣，受壓液體的壓力將傳動活塞5′如圖2所示地向左推進(jìn)，由此構(gòu)成儲能材料4a的液體沿工具3的軸向被壓縮并且其壓力增加。當(dāng)預(yù)應(yīng)力達(dá)到期望的水平時，閥8的位置發(fā)生改變從而受壓液體可從工作缸6排至受壓液體容器10中，經(jīng)壓縮的儲能材料4a中的液體壓力趨向于將傳動活塞向工具3推進(jìn)。因為撞擊裝置1由進(jìn)給力F以本質(zhì)上已知的方式推向工具3，并且工具3經(jīng)由傳動活塞從所述儲能材料向未示出的要被破裂的材料推進(jìn)，從而工具3中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖并且該應(yīng)力脈沖從工具3向?qū)⒈黄屏训牟牧蠑U(kuò)散并使該材料破裂。在圖2的實施例中，面向工作缸6的傳動活塞5′的表面的剖面大于面向儲能材料4a的表面。然而，這在該實施例中決不是一種限制，而是所述表面的大小可相等，與圖2中的比例相同或反之亦然。此外，關(guān)于傳動活塞、以及含有儲能材料4a的工作缸或儲能空間4的壁，圖2不建議本質(zhì)上已知的任何特定密封件，因為該密封件一般是本質(zhì)上已知的，對本領(lǐng)域技術(shù)人員也是顯然的，并且它們與實際的發(fā)明無關(guān)?？蓪⑷魏伪举|(zhì)上已知的適當(dāng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于密封方案中。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第二實施例。在該實施例中，儲能材料的受力用三分之二的傳動活塞來執(zhí)行。在該實施例中，傳動活塞5″包括一個獨立的工作法蘭5a，該法蘭的一端封閉含有液體的儲能空間4，該液體用作儲能材料4a。相應(yīng)地，傳動活塞5″在與工具3相對的一端、在儲能空間4外部延伸至獨立的工作缸空間6內(nèi)，在該工作缸內(nèi)具有與傳動活塞5″關(guān)聯(lián)的獨立輔助活塞5b。在該實施例中，輔助活塞5b通過供給工作缸6中的受壓液體來推動傳動活塞，由此作為儲能材料4a的液體被壓縮。同時，部分能量也存儲在傳動活塞5″中作為張應(yīng)力。另外，這種方案的操作與圖2中一致。
圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施例。它提出了這樣一種結(jié)構(gòu)，其中可將應(yīng)力脈沖的幅度增加，而液壓泵7不必提供特別高壓的受壓液體。該實施例包括一個或多個與工作缸6連通的獨立增壓活塞11。在圖4所示的情況下，增壓活塞處于靜止位置。然后承壓液體可以先前所描述的方式供入工作缸6內(nèi)。當(dāng)工作缸6中的受壓液體的壓力足夠時，利用閥12使受壓液體的供給停止，同時受壓液體的供給經(jīng)由通道13被引向增壓活塞11。通過供給受壓液體，增壓活塞11被推向工作缸6的缸空間，由此工作缸6中的壓力進(jìn)一步增加并因此使充當(dāng)儲能材料4a的液體的體積進(jìn)一步減小而壓力相應(yīng)增加。在將增壓活塞11推至期望的位置之后，突然從工作缸6以及從增壓活塞11后面釋放受壓液流，由此應(yīng)力脈沖以先前所描述的方式在工具中產(chǎn)生。
如圖4所示，利用液壓泵7的壓力通過一個獨立的控制閥12可以推動增壓活塞。在那種情況下，當(dāng)閥12從圖4所示的位置向下切換時，通向工作缸6的受壓液體通道9關(guān)閉，受壓液體流向增壓活塞11。因此，當(dāng)閥8從圖4所示的位置向上切換并且閥12恢復(fù)至附圖中的位置時，受壓液體既可從工作缸6排出又可從增壓活塞11后面排出，由此產(chǎn)生應(yīng)力脈沖。
圖5示意性地示出了本發(fā)明的第四實施例。在該實施例中，工作缸中的受壓液體的壓力用于增強(qiáng)將在工具中提供的應(yīng)力脈沖。在該實施例中，在工作階段開始時，傳動活塞5′在附圖中抵靠著左側(cè)的肩部13移動，來自泵7的受壓液體供至工作缸6內(nèi)，受壓液體將從儲能空間4內(nèi)排入受壓液體容器10內(nèi)。其后，在圖中閥8向下切換至其正中位置，由此關(guān)閉通向工作缸6的通道9并形成閉合的受壓液體空間。同時，受壓液體從泵7供入儲能空間4內(nèi)，通過侵入的受壓液體的作用，其中的受壓液體被壓縮從而其體積比原先小些，并且空間4中的壓力增加。因為在儲能空間4側(cè)的傳動活塞5的壓力面大于工作缸6側(cè)的，所以與壓力面成反比地，工作缸中壓力的增加且大于泵7的壓力。在將來自泵7的用作儲能材料4a的足量承壓液體供入儲能空間4之后，閥進(jìn)一步向下切換至其第三位置，在該位置來自泵7的受壓液體供給受阻，并且高度承壓的受壓液體可從工作缸6流入儲能空間4內(nèi)直至壓力相等。當(dāng)將這突然完成時，傳動活塞5′趨向于在工具3的方向上移動從而在工具3中以先前描述的方式產(chǎn)生應(yīng)力脈沖。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第五實施例。在該實施例中，儲能空間的形狀不同于前面的實施例。儲能空間4由一個獨立的隔膜4b限定，使得產(chǎn)生一個封閉的儲能空間4。在隔膜4b的另一側(cè)，具有一個獨立的傳動件5，用作傳動元件并直接或間接與工具3接觸。此外，在面向工具3的隔膜4b的一側(cè)具有受壓液體空間6′。當(dāng)受壓液體供入受壓液體空間6′時，并相應(yīng)地當(dāng)從受壓液體空間釋放壓力時，應(yīng)力脈沖在工具中以先前描述的方式產(chǎn)生。
圖7示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第六實施例。該實施例在所有其它方面與圖5的方案一致，除了儲能空間具有一個獨立的體積調(diào)節(jié)活塞16以外，例如在這種情況下，該活塞16調(diào)節(jié)具有恒定剖面的儲能空間的長度。該活塞的位置可通過調(diào)節(jié)部件、例如借助于螺釘17示意性地示出的機(jī)械螺釘來改變。當(dāng)螺釘按照箭頭B所示的任一方向轉(zhuǎn)動時，調(diào)節(jié)活塞16在儲能空間4內(nèi)移動從而該空間4的體積根據(jù)螺釘17的轉(zhuǎn)動方向而減小或增加?？捎萌魏纹渌谋举|(zhì)上已知的方案來代替螺釘17，以便移動調(diào)節(jié)活塞16并因此調(diào)節(jié)儲能空間4的體積。所述的體積的改變可用于控制應(yīng)力脈沖的特性，例如振幅和波長。
圖8示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的撞擊裝置的第七實施例。該實施例與圖4所示的部分一致。但是，在該實施例中，增壓活塞11位于儲能空間4的一側(cè)。當(dāng)閥8處于圖8所示的位置時開始操作，受壓液體從液壓泵7流向工作缸6，以將傳動活塞5′推向儲能空間4a。同時，受壓液體能夠從增壓活塞11后面流入受壓液體容器10內(nèi)，從而能夠使傳動活塞5′抵靠著肩部推動其法蘭。其后，閥8從圖8所示的位置切換至正中位置、也即附圖中的向上位置，由此工作缸6將變成一個封閉的空間，并且受壓液體從泵7經(jīng)由增壓活塞11后面的通道13流動，從而將該活塞11向儲能空間4a推進(jìn)，因此儲能空間中的壓力隨著體積的減小而增加。同時工作缸中的壓力也增加，因為受壓液體不能從此排出。在儲能空間4中的壓力達(dá)到足夠高的水平之后，閥8切換至其第三位置，該位置允許工作缸6中的受壓液體被排入受壓液體容器內(nèi)，并且應(yīng)力脈沖在工具中以前面描述的方式產(chǎn)生。在圖8所示的狀態(tài)下，在閥8的第三位置時，受壓液體從增壓活塞11后面繼續(xù)供給，但如果需要，在所述狀態(tài)下可以停止供給受壓液體。然而，在該實施例中受壓液體從增壓活塞11后面的供給稍微增加了應(yīng)力脈沖的功率。
在上述的實施例中，本發(fā)明僅進(jìn)行了示意性的描述，與受壓液體供給關(guān)聯(lián)的閥和耦合件也僅作示意性描述。為了實施本發(fā)明，可以采用本質(zhì)上已知的任何適當(dāng)?shù)拈y方案，例如閥8和12可構(gòu)成一個如虛線14示意性表示的單一控制閥。閥8和12還可以是獨立的、單獨控制的閥，它們分別具有一個或多個用于將受壓液體供入工作缸6并將該受壓液體從此排出的通道?？梢圆捎萌魏螜C(jī)械的或機(jī)械液力的裝置來代替液力增壓裝置來推動增壓活塞11。相應(yīng)地，增壓方案也可用于圖3的實施例中以及權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的其它實施例中。
在上面的說明和附圖中，本發(fā)明僅通過實例進(jìn)行了描述，但決不限于此。為了在工具中提供應(yīng)力脈沖，必需采用彈性的和可逆的、可壓縮的材料，其壓縮率相對較低并可存儲在一個獨立的儲能空間內(nèi)，并可用期望的力進(jìn)行壓縮以產(chǎn)生期望的應(yīng)力狀態(tài)，也即壓力，隨后突然釋放儲能材料從而使其中的壓力直接或間接施加于一個工具端，并進(jìn)一步穿過該工具到達(dá)待破裂材料。代替液體的彈性的和可逆的、可壓縮的材料可以是基本為固態(tài)的或多孔材料，例如橡膠、聚氨酯、彈性體或類似的彈性材料，其壓縮指數(shù)顯著的小于氣體。傳動活塞可以與工具分離，但在某種情況下它也可作為工具的不可分割的部分。傳動元件，例如傳動活塞如圖2所示地被推向儲能材料，直至該材料中的壓力達(dá)到期望的水平，并因此達(dá)到期望的應(yīng)力狀態(tài)，由此傳動元件處于與期望的應(yīng)力狀態(tài)相對應(yīng)的位置。而且，傳動元件、或傳動活塞可如圖8所示地被推至預(yù)定位置，該位置由肩部或?qū)?yīng)的機(jī)械部件限定，其相對于撞擊裝置的主體使傳動元件停止在預(yù)定位置，而與儲能材料中所存儲的能量是什么狀態(tài)無關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種撞擊裝置，具有在與該撞擊裝置相連的工具中提供應(yīng)力脈沖的部件，其特征在于該用于提供應(yīng)力脈沖的部件包括儲能空間，該儲能空間位于撞擊裝置的主體中并由該撞擊裝置的主體和一個獨立傳動元件限定，該傳動元件相對于撞擊裝置的主體以可移動方式位于工具的軸向上，該儲能空間充滿彈性的和可逆的、可壓縮的儲能材料，和用于通過增加壓力使儲能材料進(jìn)入應(yīng)力狀態(tài)、從而當(dāng)儲能材料處于期望的應(yīng)力狀態(tài)時、該傳動元件相對于撞擊裝置的主體處于一個位置并相對于撞擊裝置的主體從該位置向工具移動的部件，以及相應(yīng)地用于突然釋放傳動元件以使其向工具移動、由此存儲在儲能材料中的能量作為應(yīng)力脈沖經(jīng)由傳動元件被排至與該傳動元件直接或間接接觸的工具上的部件。
2.如權(quán)利要求1所述的撞擊裝置，其特征在于包括用于接收進(jìn)給力并經(jīng)由儲能材料和所述傳動元件將該進(jìn)給力傳動給所述工具的部件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的撞擊裝置，其特征在于所述用于使儲能材料進(jìn)入應(yīng)力狀態(tài)的部件包括用作受壓液體空間的工作缸，所述傳動元件為一傳動活塞，其位于工作缸內(nèi)并包括面向工作缸的法蘭，和用于分別將受壓液體供入工作缸并將工作缸的壓力釋放的部件。
4.如權(quán)利要求1或2所述的撞擊裝置，其特征在于傳動元件為限定儲能空間的隔膜，在隔膜與工具之間具有一個與工具直接或間接接觸的獨立傳動件，該裝置包括在隔膜的面向工具一側(cè)的受壓液體空間和用于分別將受壓液體供入受壓液體空間以及將受壓液體空間的壓力釋放的部件。
5.如權(quán)利要求3所述的撞擊裝置，其特征在于包括與工作缸連通的增壓活塞，和分別用于將該增壓活塞向工作缸移動從而使工作缸的體積減小并使工作缸的壓力增加的部件，以及用于釋放增壓活塞以使其離開工作缸從而使工作缸的體積增加并使工作缸中的壓力減小的部件。
6.如權(quán)利要求4所述的撞擊裝置，其特征在于傳動件緊固在隔膜上。
7.如權(quán)利要求4或6所述的撞擊裝置，其特征在于包括與受壓液體空間連通的增壓活塞，和分別用于將增壓活塞移向受壓液體空間從而使受壓液體空間的體積減小并使受壓液體空間的壓力增加的部件，以及用于釋放增壓活塞以使其離開受壓液體空間從而使受壓液體空間的體積增加并使受壓液體空間的壓力減小的部件。
8.如權(quán)利要求5至7之一所述的撞擊裝置，其特征在于增壓活塞被液力地推向工作缸或受壓液體空間。
9.如權(quán)利要求3至8之一所述的撞擊裝置，其特征在于儲能材料為液體，所述裝置包括與儲能空間連通的增壓活塞，和分別用于將增壓活塞向儲能空間移動從而使儲能空間的體積減小并使儲能空間中的壓力增加以及相應(yīng)地使受壓液體空間中的壓力增加的部件，以及用于釋放增壓活塞以使其離開儲能空間、由此在所存儲的能量作為應(yīng)力波被排至工具之后、使儲能空間的體積增加并使該儲能空間的壓力減小的部件。
10.如先前任何一項權(quán)利要求所述的撞擊裝置，其特征在于儲能材料為液體，面向儲能空間的的傳動元件表面積小于面向工具側(cè)的受壓液體空間的表面積，所述裝置包括用于互連儲能空間和所述受壓液體空間從而使具有較高壓的受壓液體可從所述受壓液體空間流入具有較低壓的儲能空間的部件。
11.如先前任何一項權(quán)利要求所述的撞擊裝置，其特征在于儲能材料為液體，儲能空間包括調(diào)節(jié)活塞和用于將調(diào)節(jié)活塞移入儲能空間和相應(yīng)地從該儲能空間離開以改變儲能空間的體積的調(diào)節(jié)部件。
12.如權(quán)利要求11所述的撞擊裝置，其特征在于儲能空間具有恒定的剖面，該儲能空間的長度通過移動調(diào)節(jié)活塞進(jìn)行調(diào)節(jié)。
13.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的撞擊裝置，其特征在于儲能材料為液體。
14.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的撞擊裝置，其特征在于儲能材料為彈性體。
15.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的撞擊裝置，其特征在于儲能材料為彈性材料，例如橡膠。
16.如先前任一項權(quán)利要求所述的撞擊裝置，其特征在于該撞擊裝置與鉆巖機(jī)或類似機(jī)械相連接。
17.如先前任一項權(quán)利要求所述的撞擊裝置，其特征在于當(dāng)儲能材料處于期望的應(yīng)力狀態(tài)時，傳動元件相對于撞擊裝置的主體處于基本預(yù)定的位置處。
18.如權(quán)利要求1至16中的任一項所述的撞擊裝置，其特征在于當(dāng)儲能材料處于期望的應(yīng)力狀態(tài)時，傳動元件處于與所述期望的應(yīng)力狀態(tài)相對應(yīng)的位置處。
全文摘要
一種用于鉆巖機(jī)或類似機(jī)械的撞擊裝置，包括用于將撞擊也即應(yīng)力脈沖提供給與該撞擊裝置相連的工具的部件。該用于提供應(yīng)力脈沖的部件包括支承于撞擊裝置主體(2)上的液態(tài)應(yīng)力元件(4)，和用于使應(yīng)力元件受到壓力并相應(yīng)地突然釋放該應(yīng)力元件(4)的部件，由此作為應(yīng)力脈沖的應(yīng)力能被排至直接或間接與該應(yīng)力元件接觸的工具中。
文檔編號B25D9/12GK1652901SQ03810442
公開日2005年8月10日 申請日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月8日
發(fā)明者馬爾庫·科斯金尼瓦, 埃爾基·阿霍拉, 阿勒·科塔拉 申請人:山特維克坦羅克有限公司