專利名稱：氣動鑿巖機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣動往復(fù)式鑿巖機。
背景技術(shù)：
氣動沖擊式鑿巖機是眾所周知的。這種機器通常包括沖擊馬達，馬達中包括活塞，活塞在外殼中往復(fù)運動并被構(gòu)造成在操作中向鉆具的端部傳送往復(fù)的沖擊。氣動鑿巖機還通常裝備有旋轉(zhuǎn)裝置來使鉆具旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)裝置可以是與沖擊馬達相獨立的氣動回轉(zhuǎn)馬達或是機械性耦聯(lián)，例如眾所周知的來復(fù)桿機構(gòu)。
氣動沖擊式鑿巖機通常還裝備有小直徑的剛性管，所述剛性管從鑿巖機的后部穿過且剛好止于未達到鉆具的撞擊面處。這種管經(jīng)過活塞中心的孔并且或多或少地與沿著鉆具中心的孔同心。這種管在鑿巖機的后部終止于外部軟管接頭。在鉆孔過程中，相對較低壓力的水龍帶連接到管接頭上，水沿剛性管噴射并且通過鉆具中的孔。在鉆孔過程中，這種水從鉆具中臨近巖石斷裂點處排出，并且用于抑制空氣夾帶的粉塵以及從正在鉆的孔中沖洗出斷裂的巖屑。出于功能和健康及安全原因，水噴射是鉆孔加工中必需的一部分，并且因此大多數(shù)地下氣動巖石鉆孔場所配設(shè)有壓縮空氣和相對較低壓力的供水。
為了潤滑這種鑿巖機，通常通過文丘管型加油器向壓縮空氣供給源中加油。少量進入鑿巖機的氣載油沉積到內(nèi)表面上從而確保適當?shù)臐櫥?。這是眾所周知的油霧潤滑技術(shù)。除了往返于沖擊馬達和回轉(zhuǎn)馬達之間的空氣通道之外，配設(shè)了不同的輔助通道或滲漏路徑來將含有粉塵的空氣并因此將油運送到鑿巖機中需要潤滑的其它位置。所述油具有防止各種鑿巖機零件腐蝕的輔助功能。
較大比例的進入該類型鑿巖機的油會以懸浮在廢氣中的小液滴的形式排出鑿巖機。這對于靠近這種機器的人而言是一種很嚴重的健康危害。使大量油通過鑿巖機的其它缺點是油的成本以及在某些特定的采礦應(yīng)用中會污染礦石。
已知多種旨在減少經(jīng)過氣動鑿巖機的油量的設(shè)計。美國專利3,983,788公開了一種沖擊馬達，所述沖擊馬達具有兩個獨立的空氣管路，一個是無油的而另一個是有油的。沖擊活塞的擴大的中央頭部布置成在氣缸內(nèi)徑的中心區(qū)域具有明顯的環(huán)形間隙，而沖擊活塞的細長端部在閉合的裝配襯套中導(dǎo)引。由于存在環(huán)形間隙，所以活塞可以由無油空氣供給擺動，而導(dǎo)襯和輔助零件由第二充油空氣管路潤滑。由氣動鑿巖機消耗的大多數(shù)壓縮空氣用于往復(fù)移動沖擊活塞，因此通過使用無油空氣驅(qū)動鑿巖機的該部分，可以顯著地減少所排出的油霧的數(shù)量。該方法的缺點是雙空氣管路的復(fù)雜性。
美國專利4,333,538公開了在沖擊馬達上游的空氣管路中使用分油器。較大比例的進油和進入沖擊馬達的空氣分開，從而確保最少量的潤滑所需的油經(jīng)過沖擊馬達。剩余的油和一些空氣直接管道輸送到鑿巖機的輔助零件例如卡盤襯套和棘輪機構(gòu)中。雖然并未宣稱為本發(fā)明的目的，但是油的更高效的分配將會導(dǎo)致耗油量的總體降低并且因此降低排放的油霧。
水壓沖擊式鑿巖機在鑿巖工業(yè)中同樣是眾所周知的。這些鑿巖機使用高壓水作為工作流體來代替?zhèn)鹘y(tǒng)液壓機中的礦物油。這些鑿巖機所排放的水中的一部分沿鉆具中心的孔噴射，從而實現(xiàn)抑塵和孔沖洗的功能。已經(jīng)逐漸形成了各種設(shè)計技術(shù)和材料選擇來使這些鑿巖機在沒有油或油脂潤滑的情況下成功地操作。唯一所需的潤滑是通過工作流體——水提供的，并且采用適當材料可以確保腐蝕并不是很重要的問題。因此，水壓鑿巖機完全沒有油霧潤滑的氣動鑿巖機的上述缺陷。
水壓沖擊式鑿巖機的缺點是它們需要的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與氣動鑿巖機不同。
本發(fā)明的目的是提供一種氣動鑿巖機，該氣動鑿巖機試圖克服上述缺點，或者至少對現(xiàn)有的氣動鑿巖機提供了有用的可選方案。

發(fā)明內(nèi)容
依照發(fā)明的第一方面，提供了一種氣動鑿巖機，包括-外殼，包括用于接收壓縮空氣的供氣入口和通過一組空氣通道連接到供氣入口上的氣缸；-沖擊活塞，至少一部分沖擊活塞可以在氣缸中往復(fù)運動；以及-用于控制壓縮空氣從供氣入口到氣缸的供給的氣流控制裝置；-所述鑿巖機包括至少一對相應(yīng)的接觸表面，相對移動的零件在接觸表面處彼此接觸；并且所述鑿巖機的特征在于，包括至少一個供水入口和水路，水路連接到供水入口上并被構(gòu)造成在操作中向鉆具輸送水，從而沖洗正在鉆的孔并且供應(yīng)水以潤濕上述接觸表面。
所述接觸表面可以位于沖擊活塞和氣缸之間的分界面上?？梢韵驓飧缀蜎_擊活塞之一配設(shè)一個或多個軸承，且接觸表面是軸承與氣缸和沖擊活塞中另一個上的表面。
所述氣缸可以包括驅(qū)動腔和回位腔。所述沖擊活塞包括第一部分和第二部分，第一部分具有比第二部分更大的直徑并且在氣缸內(nèi)部往復(fù)運動。沖擊活塞的第一部分可以將氣缸分成驅(qū)動腔和回位腔。
所述氣流控制裝置可以被構(gòu)造成控制從供氣入口的壓縮空氣的流量，從而向驅(qū)動腔和回位腔中的至少一個間歇地供給壓縮空氣。優(yōu)選地，氣流控制裝置被構(gòu)造成控制壓縮空氣從供氣入口向驅(qū)動腔和回位腔中的交替供給。
所述氣流控制裝置可以由閥提供。
所述水路可以包括主水流量路徑和至少一個輔助水流量路徑，其中主水流量路徑被構(gòu)造成在操作中向鉆具供給水，并且輔助水流量路徑被構(gòu)造成在操作中供給水以潤濕接觸表面。
所述輔助水流量路徑中的至少一個與氣缸流體連通。優(yōu)選地，所述輔助水流量路徑與驅(qū)動腔和回位腔均流體連通。
在操作中，水由于供給供水入口的水和氣缸中的空氣之間的壓差而導(dǎo)入氣缸中。水可以由于上文所述的壓差而導(dǎo)入驅(qū)動腔的排放室和回位腔。
在一個實施例中，所述鑿巖機可以在空氣通道靠近供氣入口處包括文丘管，且水路包括與文丘管流體連通的通道，這樣在操作中，夾帶在壓縮空氣中的水就供給氣缸從而潤濕接觸表面。
所述沖擊活塞的第一部分可以位于沖擊活塞的近端區(qū)域中；并且氣缸在其縱向端配設(shè)有活塞導(dǎo)管，沖擊活塞支撐在所述活塞導(dǎo)管中。氣缸和沖擊活塞的第一部分的尺寸被設(shè)計成可以在氣缸和沖擊活塞的第一部分之間提供小的環(huán)形間隙?；钊麑?dǎo)管優(yōu)選地配設(shè)有密封裝置，并且水路被構(gòu)造成潤濕鄰近密封軸承處的沖擊活塞上的接觸表面，這樣當沖擊活塞往復(fù)移動時，水就被吸出穿過密封軸承上的接觸表面。
所述鑿巖機包括在操作中用于使鉆具旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置。
所述旋轉(zhuǎn)裝置可以包括至少一對相應(yīng)的接觸表面，且水路被構(gòu)造成供給水以潤濕旋轉(zhuǎn)裝置的相應(yīng)的接觸表面。
所述旋轉(zhuǎn)裝置可以包括離合器裝置。離合器裝置可以位于與水路組流體連通的腔內(nèi)，這樣在操作中所述腔中就會注水。
或者，所述離合器裝置位于與其中夾帶了水的空氣供給流體連通的腔中。
所述離合器機構(gòu)可以包括卷簧離合器機構(gòu)。
或者，所述離合器裝置可以包括棘輪和棘爪機構(gòu)。
所述旋轉(zhuǎn)裝置可以包括用于將沖擊活塞的往復(fù)式運動轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換裝置。所述轉(zhuǎn)換裝置可以由來復(fù)桿機構(gòu)提供。
或者，所述旋轉(zhuǎn)裝置可以由氣動回轉(zhuǎn)馬達提供。
所述鑿巖機可以包括至少一個通道，所述通道被構(gòu)造成在操作中將從氣缸中排出的潮濕氣體傳送到更遠的接觸表面，從而潤濕上述接觸表面。所述鑿巖機可以包括用于向鉆具施加旋轉(zhuǎn)運動的卡盤，并且包括被構(gòu)造成向位于卡盤和外殼之間分界面處的接觸表面?zhèn)魉退耐ǖ??？梢韵蚩ūP和外殼中的任一個配設(shè)一個或多個軸承，且接觸表面處于軸承和卡盤和外殼中的另一個之間的分界面上。
卡盤當然可以包括被構(gòu)造成從沖擊活塞向鉆具施加旋轉(zhuǎn)運動的單個元件或元件的組件。
通道也可以被構(gòu)造成把水輸送到?jīng)_擊活塞和卡盤之間的分界面上的接觸表面。
依照本發(fā)明的第二方面，提供了一種操作鑿巖機的方法，所述鑿巖機包括往復(fù)式?jīng)_擊活塞和至少一對位于相對移動的零件之間的接觸表面，所述方法包括下列步驟-向鑿巖機供給壓縮空氣，從而使沖擊活塞往復(fù)運動；-向鑿巖機提供水供給；以及-使來自水供給的水經(jīng)過鉆具排入正在被鉆的孔中；所述方法的特征在于，包括使用來自水供給的水潤濕上述接觸表面的步驟。


現(xiàn)在將參照附圖僅僅通過非限制性實例描述本發(fā)明，其中圖1是依照本發(fā)明的第一實旋例的鑿巖機的縱向剖視圖；圖2是經(jīng)過圖1中所示A-A的橫向剖視圖；
圖3是圖1中所示鑿巖機的閥區(qū)域的放大剖視圖；圖4是依照本發(fā)明的第二實施例的鑿巖機的縱向剖視圖；圖5是依照本發(fā)明的第三實施例的鑿巖機的縱向剖視圖；圖6是圖5中所示鑿巖機的閥區(qū)域的放大剖視圖；圖7是經(jīng)過圖5所示B-B的橫向剖視圖；以及圖8是經(jīng)過圖5所示C-C的橫向剖視圖。
具體實施例方式
依照本發(fā)明的第一實施例并且如圖1-3所示的鑿巖機99具有外殼，外殼包括全部優(yōu)選由耐蝕鋼或不銹鋼制成的端蓋1、主體2和轉(zhuǎn)子外殼3。主體2包括氣缸50，沖擊活塞14在氣缸50內(nèi)往復(fù)運動。
卡盤4可以圍繞卡盤軸承5、6和7中的縱軸自由旋轉(zhuǎn)?？ūP4還在軸向受到卡盤軸承5和6的限制?？ūP4優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成?？ūP軸承5、6、7優(yōu)選地由工程塑料例如聚酯或乙縮醛制成并且擠壓裝配到轉(zhuǎn)子外殼3的內(nèi)徑中。六邊形襯墊8如眾所周知的那樣固定地連接到卡盤4上并且用于從卡盤4向鉆桿9傳遞旋轉(zhuǎn)運動。棘輪環(huán)10可以圍繞卡盤軸承5和6上的縱軸自由旋轉(zhuǎn)。棘輪環(huán)10還在軸向受到卡盤軸承5和6的限制，如圖1所示。棘輪環(huán)10優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成?？ūP4用于支撐一系列彈簧加載的棘爪11(彈簧未顯示)，棘爪11構(gòu)造成如眾所周知的那樣與棘輪環(huán)10嚙合。棘爪11優(yōu)選地由表面或完全硬化的鋼制成。棘輪環(huán)10以眾所周知的方式由兩個分度柱塞12和一個復(fù)位柱塞13沿交替變換的方向驅(qū)動。柱塞12、13裝備有密封軸承32。柱塞12、13優(yōu)選地由乙縮醛制成，并且密封軸承32如同整個鑿巖機中的所有密封軸承一樣由超高分子量聚乙烯制成。在南非專利92/4302中描述了用在液力鑿巖機中的這樣一種機構(gòu)。
活塞14被支撐在密封軸承15和16中進行線性運動。密封軸承15和16的作用優(yōu)選地由“O”形環(huán)實現(xiàn)(energised)?；钊?4包括擴大部分17，擴大部分17可以有效地將氣缸50分成驅(qū)動腔50.1和回位腔50.2。活塞14的擴大部分17的直徑略微小于氣缸50的內(nèi)徑?？?8貫穿活塞14的中心?；钊?4優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成。
在主體2的后部是閥組件，閥組件如眾所周知的那樣包括閥19、閥前罩板20、閥體21和閥導(dǎo)管22。然而，和已知鑿巖機相反，閥19略微伸長并且支撐在一對密封軸承23上，密封軸承23裝配在閥導(dǎo)管22中凹槽內(nèi)。至少一個孔24經(jīng)過置于兩個密封軸承23之間的閥導(dǎo)管22。閥19優(yōu)選地由乙縮醛制成，并且其它閥零件20、21和22優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成。作為備選方案，密封軸承23及其位于閥導(dǎo)管22中的凹槽可以省略，并且閥19在閥導(dǎo)管22上具有閉合滑動配合。
在主體2和閥零件20、21、22內(nèi)部包括各種管道，使得當向入口25供給壓縮空氣時，活塞14和閥19同步地移動，從而導(dǎo)致壓縮空氣交替地被供給驅(qū)動腔50.1和回位腔50.2，這反過來又會導(dǎo)致活塞14往復(fù)移動并且向鉆桿9的端部傳遞往復(fù)的沖擊，如眾所周知的那樣。未顯示連接柱塞12和13的孔徑與供氣入口的管道。這些管道的位置對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是顯而易見的，并且在活塞14往復(fù)移動時鉆桿由柱塞12和13分度的方式是眾所周知的。
已用的空氣以眾所周知的方式經(jīng)過排出端口30從鑿巖機中排出。
向鑿巖機供給的壓縮空氣中并未添加油或水。
在使用中，礦坑水供給水龍帶連接到轉(zhuǎn)子外殼3中的入口26上。水進入轉(zhuǎn)子外殼3，穿過卡盤軸承5和6中的孔27，進入卡盤4中的區(qū)域28，穿過活塞14中的孔18并且進入端蓋1中的區(qū)域29。區(qū)域29中的水穿過孔24并且潤濕密封軸承23之間的閥19的內(nèi)部。轉(zhuǎn)子零件的擺動和活塞14的往復(fù)運動用于徹底地分配和攪動轉(zhuǎn)子外殼3和區(qū)域28和29內(nèi)部出現(xiàn)的水。經(jīng)過鉆桿9中心的孔31是經(jīng)過入口26進入鉆頭的水的基本上唯一的出口路徑。可以存在圖中未顯示的輔助泄漏路徑。因此，經(jīng)過入口26進入的水最終會沿鉆桿流動并且進入正在被鉆的孔中，因此實現(xiàn)孔沖洗和滅塵功能。這類似于當前水壓鑿巖機中使用的孔沖洗技術(shù)，藉此排出的水就傾倒入這種鉆頭的轉(zhuǎn)子外殼內(nèi)的區(qū)域中。
對圖形的仔細研究可以顯示密封軸承15、16、23、32用于將“干燥”的空氣區(qū)域與鑿巖機內(nèi)部被攪動的潤濕區(qū)域分開。與密封軸承配合的所有孔徑和軸頸將連續(xù)地在“遠離空氣(away from air)”一側(cè)被潤濕并且轉(zhuǎn)子機構(gòu)的機械零件將徹底濕透。由于選擇適當?shù)牟牧虾吞峁┏湓５乃?，申請人相信可以實現(xiàn)令人滿意的磨損期限。
由于存在上文所提到的直徑差異，所以活塞14的擴大部分17就不會與氣缸50的內(nèi)徑接觸。徑向間隙足夠小，使得只有很少量的空氣穿過擴大部分17，而缺少直接接觸意味著處于干燥區(qū)域中的該分界面不需要進行潤滑。美國專利3,983,788中示教了此種技術(shù)。
密封軸承15、16、23、24并不需要完全地密封。繞過密封并且進入氣流的少量的水并不會對鑿巖機的操作產(chǎn)生不利的影響。
應(yīng)當理解，所顯示的各種水道可以進行變化而基本上實現(xiàn)相同的效果。例如，水入口23可以位于流入?yún)^(qū)域29的端蓋1中。
依照如圖4所示的本發(fā)明的可選第二實施例的鑿巖機100在許多方面類似于已知的鑿巖機。與已知鑿巖機的差異包括使用碳鋼替換耐蝕鋼，使用青銅替換工程塑料，以及向獨立的配套鋼零件添加了幾個塑料零件。該鑿巖機與已知鑿巖機的主要的區(qū)別在于包含用于連接入水和壓縮空氣供給的小通道。通過采用眾所周知的文丘里原理，小比例的水夾帶在壓縮空氣供給中并且通過鉆頭分配以潤濕接觸表面。申請人預(yù)計，這種潤濕可以用于接觸表面的潤滑和冷卻。
鑿巖機100(100末顯示于圖4中)具有外殼，外殼包括全部優(yōu)選由耐蝕鋼或不銹鋼制成的端蓋101、主體102和前端罩103。主體102包括氣缸150，沖擊活塞111在氣缸150內(nèi)往復(fù)運動。
卡盤104可以圍繞卡盤軸承105和106中的縱軸自由旋轉(zhuǎn)?？ūP104還在軸向受到卡盤軸承105和106的限制?？ūP104優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成?？ūP軸承105、106優(yōu)選地由工程塑料例如聚酯或乙縮醛制成并且擠壓裝配到轉(zhuǎn)子外殼103的內(nèi)徑中。六邊形襯墊108如眾所周知的那樣固定地連接到卡盤104上并且用于從卡盤104向鉆桿131傳遞旋轉(zhuǎn)運動。
優(yōu)選地由超高分子量聚乙烯或類似工程塑料制成的前活塞導(dǎo)管109擠壓裝配到氣缸150前面中的適當?shù)陌疾蹆?nèi)。優(yōu)選地由超高分子量聚乙烯制成的一系列密封軸承110裝配在氣缸150中的凹槽內(nèi)。活塞111被支撐在密封軸承110和前活塞導(dǎo)管109中進行線性運動。活塞具有擴大直徑的活塞頭112和較小直徑的活塞桿113。活塞頭112有效地將氣缸150分成驅(qū)動腔150.1和回位腔150.2。小直徑孔114貫穿活塞111。在活塞桿113的前端上有一組直的外花鍵115。當活塞111在氣缸150中往復(fù)移動時，密封軸承110與活塞頭112連續(xù)地接合和脫離。密封軸承110、氣缸150和活塞頭112的尺寸被設(shè)計成活塞頭112始終接合在至少一個密封軸承110中。密封軸承110由于其內(nèi)在的靈活性以及它們之間的壓力差而傾向于自我提供能量。在南非專利97/9994中描述了這種密封軸承在水能液力鑿巖機中的功能和應(yīng)用。在該實施例中，密封軸承不能用于使用活塞桿113密封氣缸150，因為花鍵115很可能使這種密封軸承不適合。
優(yōu)選由乙縮醛或類似工程塑料制成的卡盤螺母116固定地連接到卡盤104上。在卡盤螺母116中有一組與外部活塞花鍵115配合的直的內(nèi)花鍵117。因此，活塞111以眾所周知的方式可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)結(jié)到卡盤104上。
優(yōu)選地由乙縮醛或類似工程塑料制成的來復(fù)螺母118固定地連接到活塞頭112中的凹槽內(nèi)。在來復(fù)螺母118中有一組螺旋內(nèi)花鍵119。
優(yōu)選由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成的來復(fù)桿120可以在閥導(dǎo)管129中擠壓裝配的軸承122內(nèi)自由地旋轉(zhuǎn)。來復(fù)桿120還在軸向受到軸承121、122的限制。軸承121、122優(yōu)選地由乙縮醛或類似工程塑料制成。在來復(fù)桿120上有一組與內(nèi)部來復(fù)螺母花鍵119配合的外部螺旋花鍵123。在來復(fù)桿120的擴大的直徑后端124上支撐著一組彈簧加載的棘爪(圖4中未顯示)。棘爪優(yōu)選地由表面或完全硬化的鋼制成。
優(yōu)選地由表面或完全硬化的鋼制成的棘輪環(huán)125固定地裝配在主體102的后面。如眾所周知的那樣，棘輪環(huán)125、來復(fù)桿120、棘爪、卡盤螺母116和來復(fù)螺母118全部結(jié)合起來，在活塞111往復(fù)移動時向卡盤104傳送步進的旋轉(zhuǎn)運動。
在主體102的后部是閥組件，閥組件如眾所周知的那樣包括閥126、閥前罩板127、閥體128和閥導(dǎo)管129。閥126優(yōu)選地由乙縮醛或類似工程材料制成，并且其它閥零件優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成。
端蓋101、主體102、閥零件127、128、129和棘輪環(huán)125中包括各種管道和流徑，這樣在向入口130供給壓縮空氣時，活塞111和閥126就會同步移動，從而導(dǎo)致壓縮空氣交替地供給驅(qū)動腔150.1和回位腔150.2，這反過來又會導(dǎo)致活塞111如眾所周知的那樣往復(fù)運動并且向鉆桿131的端部傳送往復(fù)的沖擊。已用的空氣以眾所周知的方式經(jīng)過排出端口132從鑿巖機100中排出。
剛性水管133如眾所周知的那樣從鑿巖機100的后部、活塞111和來復(fù)桿120中心的通孔中伸出，并且剛好止于未達到鉆桿131的位置處。為清晰起見，在圖4中并未顯示通過來復(fù)桿120的水管33。在使用中，礦坑供給水龍帶連接到水管133末端的管接頭上。
具有文丘管134和孔135，其中文丘管134形成于入口130中并且孔135用于將水管33的略微擴大直徑部分136連接到文丘管134的喉管。通過注意典型的水壓和壓縮空氣壓力并且仔細地設(shè)計文丘里喉管134、孔135和水管部分136的尺寸，小部分進入的沖洗水就被夾帶在入口130中的壓縮空氣內(nèi)。申請人相信，充滿水霧的空氣因此能夠以與已知的鑿巖機中充滿油霧的空氣一樣的方式潤滑鑿巖機零件。
孔的沖洗由未被夾帶在進入的壓縮空氣中的進入水的部分完成。這種水從水管133的端部以相當高速噴射的形式噴射，以眾所周知的方式沿鉆桿131中心直接進入孔中。
圖4中并未顯示組合啟動閥，該組合啟動閥同時關(guān)閉和打開水和壓縮空氣供給源。
圖中也未顯示向卡盤軸承105和106管道輸送潮濕空氣的附加的管道，但是這些附加管道在本領(lǐng)域中是眾所周知的。
因此描述了水霧潤滑的鑿巖機，鑿巖機在進氣管中具有文丘管和用于連接沖洗水的供紿和文丘管喉管的通道。文丘管喉管中的氣壓低于沖洗水供給壓力，并且因此少量的水被吸入氣流中。這部分水然后潤滑鑿巖機的接觸表面。
典型的礦坑水和供氣壓力是類似的(通常在500千帕左右)，并且被期望可以在礦與礦之間以及在任意給定的礦中的不同位置有所變化。處于400千帕至600千帕范圍之中的供氣壓力和供水壓力并不是典型的。
在文丘里喉管下游引起不能接受的鉆頭功率損耗的壓力不完全恢復(fù)之前可將文丘里管壓力降低的程度存在一個極限。申請人的經(jīng)驗是，如果文丘管的尺寸設(shè)計成具有可接收的鉆孔性能，那么喉管中的壓降將會非常小——在500千帕的供氣壓力下為100千帕的數(shù)量級。與可能的供氣壓力和供水壓力變化相比，這種量值的壓降是不足的，并且噴射的水量可以在零(空氣進入循環(huán)水路)和多于所需之間變化。
因此，在供氣壓力和供水壓力變化的情形中，下面所述的第三實施例將優(yōu)于該第二實施例。
圖5-8中顯示了依照第三優(yōu)選實施例的鑿巖機200。
該鑿巖機200的大部分結(jié)構(gòu)也非常類似于已知的鑿巖機。與已知鑿巖機的差異同樣包括使用碳鋼替換耐蝕鋼，使用青銅替換工程塑料，以及向獨立的配套鋼零件中添加了幾個塑料零件。
鑿巖機200具有外殼，外殼包括全部優(yōu)選地由耐蝕鋼或不銹鋼制成的端蓋201、主體202和前端罩203。主體包括氣缸290，沖擊活塞211在氣缸290內(nèi)往復(fù)運動。
卡盤204可以圍繞卡盤軸承205和206中的縱軸自由旋轉(zhuǎn)。卡盤204還在軸向受到卡盤軸承205和206的限制?？ūP204優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成?？ūP軸承205、206優(yōu)選地由工程塑料例如聚酯或乙縮醛制成并且擠壓裝配到前端罩203的內(nèi)徑中。六邊形襯墊208如眾所周知的那樣固定地連接到卡盤204上并且用于從卡盤204向鉆桿207傳遞旋轉(zhuǎn)運動。
優(yōu)選地由超高分子量聚乙烯、乙縮醛或類似的工程塑料制成的前活塞導(dǎo)管209擠壓裝配到氣缸290前面適當?shù)陌疾蹆?nèi)。優(yōu)選地由超高分子量聚乙烯制成的一系列密封軸承210裝配在氣缸290中的凹槽內(nèi)?；钊?11被支撐在密封軸承210和前活塞導(dǎo)管209中進行線性運動?；钊哂袛U大直徑的活塞頭212和較小直徑的活塞桿213?；钊^212將氣缸分成驅(qū)動腔230和回位腔231?；钊麠U213的直徑略微小于前活塞導(dǎo)管209的內(nèi)徑。小直徑孔214貫穿活塞211。在活塞桿213的前端上有一組直的外花鍵215。當活塞211在氣缸290中往復(fù)移動時，密封軸承210與活塞頭212連續(xù)地接合和脫離。密封軸承210、氣缸290和活塞頭212的尺寸設(shè)計成活塞頭212始終接合在至少一個密封軸承210中。密封軸承210由于其內(nèi)在的靈活性以及它們之間的壓力差而傾向于自我提供能量。在編號為97/9994的南非專利中描述了這種密封軸承在液力鑿巖機中的功能和應(yīng)用。
優(yōu)選由乙縮醛或類似的工程塑料制成的卡盤螺母216固定地連接到卡盤204上。在卡盤螺母216中有一組與外部活塞花鍵215配合的直的內(nèi)花鍵217。因此，活塞211以眾所周知的方式可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)結(jié)到卡盤204上。
優(yōu)選地由乙縮醛或類似的工程塑料制成的來復(fù)螺母218固定地連接到活塞頭212中的凹槽內(nèi)。在來復(fù)螺母218中有一組螺旋內(nèi)花鍵219。(注意，圖5和6并不是很嚴格地準確，其中為方便起見而將花鍵219顯示為直的)穿過來復(fù)螺母218有一系列沿徑向間隔的孔260，這些孔用來在活塞211往復(fù)移動時防止空氣在空腔261中封閉和壓縮。添加的這些孔260解決了導(dǎo)致來復(fù)螺母218失效的過熱的問題。
優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成的來復(fù)桿220自由地在軸承221和222中旋轉(zhuǎn)，軸承221和222分別擠壓裝配到端蓋201和閥導(dǎo)管229中。來復(fù)桿220還在軸向受到軸承221、222的限制。軸承221、222優(yōu)選地由乙縮醛或類似的工程塑料制成。在來復(fù)桿220上有一組與內(nèi)部來復(fù)螺母花鍵219配合的外部螺旋花鍵223(注意，圖5和6并不是很嚴格地準確，其中為方便起見而將花鍵223顯示為直的)。在來復(fù)桿220的擴大的直徑后端224中支撐著一組彈簧加載的棘爪207(圖中僅顯示了一組彈簧)。棘爪優(yōu)選地由表面或完全硬化的鋼制成。
優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成的棘輪環(huán)225固定地裝配在主體202的后面。如眾所周知的那樣，棘輪環(huán)225、來復(fù)桿220、棘爪207、卡盤螺母216和來復(fù)螺母218全部結(jié)合起來，在活塞211往復(fù)移動時向卡盤204傳送步進的旋轉(zhuǎn)運動。
在主體202的后部是閥組件，閥組件如眾所周知的那樣包括閥226、閥前罩板227、閥體228和閥導(dǎo)管229。閥226優(yōu)選地由超高分子量聚乙烯、乙縮醛或類似的工程材料制成，并且其它閥零件優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成。
開/閉閥組件233裝配在閥體228上方的橫向孔中，并且當處于開位時，允許壓縮空氣經(jīng)過入口234進入圍繞閥體228的外部形成的環(huán)形空腔235中。有一系列圍繞閥體228沿徑向間隔的切塊236，它們允許壓縮空氣從環(huán)形空腔235傳送到閥226。閥226用來允許壓縮空氣進入驅(qū)動腔230或是經(jīng)由環(huán)形區(qū)域250和傳送端口(或多個端口)232進入回位腔231，如眾所周知的那樣，這取決于閥226的位置?；钊?11和閥226同步地移動，從而導(dǎo)致活塞211以眾所周知的方式往復(fù)移動并且向鉆桿270的端部傳送往復(fù)的沖擊。
開/閉閥組件233包括轉(zhuǎn)筒237，轉(zhuǎn)筒237優(yōu)選地由完全硬化的馬氏體不銹鋼制成，它支撐在一對優(yōu)選地由乙縮醛或類似的工程塑料制成的軸承238上。轉(zhuǎn)筒通過手柄239而在打開和關(guān)閉位置之間旋轉(zhuǎn)。除了材料選擇和軸承238之外，開/閉閥的配置是眾所周知的。壓縮空氣由如眾所周知的那樣通過連接到回轉(zhuǎn)接頭240上的空氣管(未顯示)供給鑿巖機。
便利的是，管接頭241裝配在端蓋201中，但是并非必須在鉆頭的中心線上。在使用中，水龍帶(未顯示)連接到管接頭241上。沿來復(fù)桿220中心具有內(nèi)徑242。剛性或半剛性管243固定地連接到內(nèi)徑242中最靠近鉆桿270的端部。管243優(yōu)選地由尼龍或類似的工程塑料制成。管243通過活塞211中心內(nèi)的孔214，并且止于剛好未達到鉆桿270的撞擊面的位置處。因此在使用中，水能夠經(jīng)過來復(fù)桿220、管243并且沿鉆桿270中心進入孔中，從而如眾所周知的那樣實現(xiàn)抑塵和孔沖洗功能。
圍繞來復(fù)桿220的擴大直徑部分224沿徑向間隔有一系列的孔244(僅在圖8中可見)。這些孔244允許水從內(nèi)徑242進入由棘爪207和棘輪環(huán)225占據(jù)的區(qū)域。在使用過程中，棘爪因此而連續(xù)地浸于水中。
通過來復(fù)桿220有一系列沿徑向間隔的孔245，它們將內(nèi)徑242連接到在來復(fù)桿220和來復(fù)桿軸承222之間形成的環(huán)形空腔246上。在來復(fù)桿軸承222中有一系列沿徑向間隔的孔247，它們將環(huán)形空腔246與在來復(fù)桿軸承222和閥導(dǎo)管229之間形成的環(huán)形空腔248連接在一起。還有一系列沿徑向間隔的孔249，它們用于將環(huán)形空腔248與在閥導(dǎo)管229和閥體228之間形成的環(huán)形空腔250連接起來。環(huán)形空腔250經(jīng)由傳送端口/多個傳送端口232連接到活塞回位腔231上。因此活塞回位腔231在任何時刻均與內(nèi)徑242連通?？?49的總面積遠小于孔245的總面積、孔246的總面積和環(huán)形空腔246和248的面積。因此可以通過孔249的尺寸和數(shù)目控制內(nèi)徑242和活塞回位腔231之間的流量(根據(jù)它們各自的壓力可以是水或空氣)。
在來復(fù)桿220中還有一系列沿徑向間隔的孔251，它們在任何時刻都將內(nèi)徑242直接連接到活塞驅(qū)動腔230上?？?51的總面積與孔249的總面積相近。在來復(fù)桿220和來復(fù)桿軸承222之間鄰近環(huán)形空腔246處具有O形環(huán)(或類似的密封)252，從而防止流體從環(huán)形空腔246向驅(qū)動腔230的流動。
沿徑向間隔的系列孔251和249分別將沖洗水供給連接到活塞驅(qū)動腔和回位腔上。
如眾所周知的那樣，在氣缸250的近似中心處具有排出端口253。排出端口253分成與大氣相通的直接出口254和導(dǎo)入前端罩203中的延伸部分255。排出端口延伸部分255與圍繞卡盤204的環(huán)形空腔256連通。存在將環(huán)形空腔256與大氣連通的一或多個開口257。卡盤軸承205和206具有一系列沿徑向間隔的凹槽258，它們確保潮濕廢氣潤濕卡盤軸承205和206的全部接觸區(qū)域以及卡盤螺母216和活塞211之間的接觸表面。
申請人相信，通過將用于潤滑和冷卻的必要的水導(dǎo)入鉆頭的區(qū)域中，且這些區(qū)域至少在一些時候充滿了比供水壓力更低并且更恒定壓力的空氣，該第三實施例克服了上述第二實施例的缺點。
當鑿巖機200在循環(huán)時，活塞驅(qū)動腔230和回位腔231在與供氣壓力相關(guān)(并且類似于供水壓力)的“高”壓和與大氣壓相關(guān)(并且顯著地低于供水壓力)的“低”壓之間交替，這取決于閥226和活塞211的位置。不管供氣壓力如何，“低”壓或多或少為常數(shù)。
兩個具有適當?shù)卦O(shè)計尺寸的端口(或端口組)，在此描述中為孔251和249，分別直接或間接地將沖洗水供給連接到活塞驅(qū)動腔230和活塞回位腔231上，連接方式取決于端口(或端口組)的位置。兩個端口(或者端口組)便利地但非必需地置于閥226的兩側(cè)并且靠近閥226。
當特定的室(驅(qū)動腔或回位腔)處于“高”壓下時，就會有額定流量的水或空氣通過相關(guān)端口(或端口組)，這取決于供水壓力和“高”壓之間的壓差。如果“高”壓高于供水壓力，就會有少量的空氣流入沖洗水中，這并不是非常重要。如果“高”壓低于供水壓力，就會有少量的水流入特定室中，從而有助于接觸表面的潤滑和冷卻。
當特定的室(驅(qū)動腔或回位腔)處于“低”壓下時，相對較大體積的水就會流經(jīng)相關(guān)端口(或端口組)進入特定的室并且提供大量的接觸表面的潤滑和冷卻要求。足夠的水會被噴射，從而確保接觸表面在“高”壓階段當沒有或只有少量的水噴射時保持潤濕。因為“低”壓或多或少為常數(shù)，所以產(chǎn)生的水流量或多或少地獨立于供氣壓力。而且，因為額定供水壓力和“低”壓之間的壓差相對于供水壓力中典型的變化很大，所以水流量不會受到供水壓力中這種變化的顯著影響。
如上所示，潮濕廢氣中的一些或全部通過延伸通道255和環(huán)形空腔256管道輸送，從而在排放到大氣之前提供水以潤濕卡盤軸承205和206。
因此，通過在閥下游導(dǎo)入水，這與如上所述的第二實施例中在上游相反，申請人利用了更加恒定的氣壓以及遠遠大于比使用文丘管可能獲得的壓力差更大的水和空氣之間的壓力差。
應(yīng)當理解，第三實施例的特征同樣可以很好地應(yīng)用在具有相對柱塞驅(qū)動轉(zhuǎn)子的鑿巖機中，如上在第一實施例中所述的那樣，而代替上文所述的來復(fù)桿類型的旋轉(zhuǎn)。
因此，每個如上所述的實施例都提供了水潤滑的無油鑿巖機。
雖然上述所有實施例都使用了棘輪和棘爪離合器機構(gòu)，但是同樣可以使用例如編號為92/2561的南非專利中所描述的卷簧離合器機構(gòu)。
另外，雖然上述所有實施都包括不同于活塞的閥構(gòu)件，但是本發(fā)明也可以用在使用不同的空氣開關(guān)系統(tǒng)例如“無閥”鉆頭的鑿巖機中。
權(quán)利要求
1.一種氣動鑿巖機，包括-外殼，包括用于接收壓縮空氣的供氣入口和通過一組空氣通道連接到供氣入口上的氣缸；-沖擊活塞，至少一部分沖擊活塞可以在氣缸中往復(fù)運動；以及-用于控制壓縮空氣從供氣入口到氣缸的供給的氣流控制裝置；-所述鑿巖機包括至少一對相應(yīng)的接觸表面，相對移動的零件在接觸表面處彼此接觸；并且所述鑿巖機的特征在于，包括至少一個供水入口和水路，水路連接到供水入口上并被構(gòu)造成在操作中向鉆具輸送水，從而沖洗正在被鉆的孔并且供應(yīng)水以潤濕上述接觸表面。
2.如權(quán)利要求1所述的鑿巖機，其特征在于，所述接觸表面位于沖擊活塞和氣缸之間的分界面上。
3.如權(quán)利要求2所述的鑿巖機，其特征在于，向氣缸和沖擊活塞之一配設(shè)軸承，且所述接觸表面是軸承與氣缸和沖擊活塞中另一個上的表面。
4.如權(quán)利要求1所述的鑿巖機，其特征在于，氣缸包括驅(qū)動腔和回位腔。
5.如權(quán)利要求1所述的鑿巖機，其特征在于，所述沖擊活塞包括第一部分和第二部分，第一部分具有比第二部分更大的直徑并且在氣缸內(nèi)部往復(fù)運動。
6.如權(quán)利要求1所述的鑿巖機，其特征在于，所述沖擊活塞包括第一部分和第二部分，第一部分具有比第二部分更大的直徑并且可以在氣缸中往復(fù)運動，并且其中沖擊活塞的第一部分將氣缸分成驅(qū)動腔和回位腔。
7.如權(quán)利要求4所述的鑿巖機，其特征在于，所述氣流控制裝置被構(gòu)造成控制從供氣入口的壓縮空氣的流量，從而向驅(qū)動腔和回位腔中的至少一個間歇地供給壓縮空氣。
8.如權(quán)利要求7所述的鑿巖機，其特征在于，所述氣流控制裝置由閥提供。
9.如權(quán)利要求7所述的鑿巖機，其特征在于，所述氣流控制裝置被構(gòu)造成控制壓縮空氣從供氣入口向驅(qū)動腔和回位腔中的交替供給。
10.如權(quán)利要求1所述的鑿巖機，其特征在于，所述水路包括主水流量路徑和至少一個輔助水流量路徑，其中主水流量路徑被構(gòu)造成在操作中向鉆具供給水，并且輔助水流量路徑被構(gòu)造成在操作中供給水以潤濕接觸表面。
11.如權(quán)利要求10所述的鑿巖機，其特征在于，所述輔助水流量路徑中的至少一個與氣缸流體連通。
12.如權(quán)利要求11所述的鑿巖機，其特征在于，所述輔助水流量路徑與驅(qū)動腔和回位腔均流體連通。
13.如權(quán)利要求10所述的鑿巖機，其特征在于，在操作中，水由于供給到供水入口的水和氣缸中的空氣之間的壓差而導(dǎo)入氣缸中。
14.如權(quán)利要求13所述的鑿巖機，其特征在于，所述氣缸包括驅(qū)動腔和回位腔，其中在操作中，水由于水供給和驅(qū)動腔的排放室中空氣之間的壓差而導(dǎo)入排放室和回位腔。
15.如權(quán)利要求1所述的鑿巖機，在空氣通道靠近供氣入口處包括文丘管，并且其特征在于，所述水路包括與文丘管流體連通的通道，這樣在操作中，水被夾帶在供給到氣缸的壓縮空氣中從而潤濕接觸表面。
16.如權(quán)利要求5所述的鑿巖機，其特征在于，所述沖擊活塞的第一部分位于沖擊活塞的近端區(qū)域中；并且氣缸在其縱向端配設(shè)有活塞導(dǎo)管，沖擊活塞支撐在所述活塞導(dǎo)管中。
17.如權(quán)利要求16所述的鑿巖機，其特征在于，所述氣缸和活塞的第一部分的尺寸被設(shè)計成在氣缸和沖擊活塞的第一部分之間提供小的環(huán)形間隙。
18.如權(quán)利要求16所述的鑿巖機，其特征在于，所述活塞導(dǎo)管配設(shè)有密封裝置。
19.如權(quán)利要求18所述的鑿巖機，其特征在于，所述水路被構(gòu)造成潤濕鄰近密封軸承的沖擊活塞上的接觸表面，這樣當沖擊活塞往復(fù)移動時，水就被吸出穿過密封軸承上的接觸表面。
20.如權(quán)利要求1所述的鑿巖機，其特征在于，所述鑿巖機包括在操作中用于使鉆具旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的鑿巖機，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括至少一對相應(yīng)的接觸表面，且所述水路被構(gòu)造成供給水以潤濕旋轉(zhuǎn)裝置的相應(yīng)的接觸表面。
22.如權(quán)利要求21所述的鑿巖機，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括離合器裝置。
23.如權(quán)利要求22所述的鑿巖機，其特征在于，所述離合器裝置位于與水路組流體連通的腔內(nèi)，這樣在操作中所述腔中就會注水。
24.如權(quán)利要求22所述的鑿巖機，其特征在于，所述離合器裝置位于與其中夾帶了水的空氣供給流體連通的腔中。
25.如權(quán)利要求22所述的鑿巖機，其特征在于，所述離合器裝置包括卷簧離合器機構(gòu)。
26.如權(quán)利要求22所述的鑿巖機，其特征在于，所述離合器裝置包括棘輪和棘爪機構(gòu)。
27.如權(quán)利要求20所述的鑿巖機，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置包括用于將沖擊活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)換裝置。
28.如權(quán)利要求27所述的鑿巖機，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換裝置是由來復(fù)桿機構(gòu)提供的。
29.如權(quán)利要求20所述的鑿巖機，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)裝置是經(jīng)由氣動回轉(zhuǎn)馬達提供的。
30.如權(quán)利要求11所述的鑿巖機，包括至少一個通道，所述通道被構(gòu)造成在操作中將從氣缸中排出的潮濕氣體傳送到更遠的接觸表面，從而潤濕上述接觸表面。
31.如權(quán)利要求30所述的鑿巖機，包括用于向鉆具施加旋轉(zhuǎn)運動的卡盤，其特征在于，所述通道被構(gòu)造成向位于卡盤和外殼之間分界面處的接觸表面?zhèn)魉退?br> 32.如權(quán)利要求30所述的鑿巖機，包括用于向鉆具施加旋轉(zhuǎn)運動的卡盤，其特征在于，所述通道被構(gòu)造成向位于沖擊活塞和卡盤之間分界面處的接觸表面?zhèn)魉退?br> 33.一種用于操作氣動鑿巖機的方法，所述鑿巖機包括往復(fù)式?jīng)_擊活塞和至少一對位于相對移動的零件之間的接觸表面，所述方法包括下列步驟-向鑿巖機供給壓縮空氣，從而使沖擊活塞往復(fù)運動；-向鑿巖機提供水供給；以及-使來自水供給的水經(jīng)過鉆具排入正在被鉆的孔中；所述方法的特征在于，包括使用來自水供給的水潤濕上述接觸表面的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣動鑿巖機(99)，包括外殼，所述外殼包括用于接收壓縮空氣的供氣入口和通過一組空氣通道連接到供氣入口上的氣缸(50)；沖擊活塞(14)，沖擊活塞(14)的至少一部分在氣缸(50)內(nèi)往復(fù)運動；以及用于控制壓縮空氣從供氣入口到氣缸(50)的供給的氣流控制裝置；鑿巖機(99)包括至少一對相應(yīng)的接觸表面，相對移動的零件在接觸表面處彼此接觸；并且所述鑿巖機的特征在于，包括至少一個供水入口和水路，水路連接到供水入口上并被構(gòu)造成在操作中向鉆具輸送水，從而沖洗正在鉆的孔并且供應(yīng)水以潤濕上述接觸表面。
文檔編號B25D17/24GK1774317SQ200480006751
公開日2006年5月17日 申請日期2004年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月13日
發(fā)明者邁克爾·R·戴維茲, 戴維·J·吉, 詹姆斯·克雷斯韋爾, 斯蒂芬·E·瓊斯 申請人:蘇爾策南非有限公司