專利名稱：壓力流體操作的撞擊設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓力流體操作的撞擊設(shè)備，包括機架，工具能夠沿其縱向可移動地設(shè)于該機架中；用于將壓力液體進給到撞擊設(shè)備并且將壓力液體返回到壓力液體箱的裝置；以及用于利用壓力液體的壓力在工具中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖的裝置，其中該撞擊設(shè)備包括充有壓力液體的工作壓力腔室；傳動活塞，位于工作壓力腔室和工具之間，沿著機架縱向可移動地布置，并且至少在應(yīng)力脈沖產(chǎn)生期間直接或者間接地與工具接觸；以及增壓腔室，位于傳動活塞面向工具的一側(cè)上，從而傳動活塞設(shè)有面向工作壓力腔室的壓力表面并且在增壓腔室的一側(cè)上設(shè)有面向工具的壓力表面。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，在撞擊設(shè)備中，通過使用往復(fù)撞擊活塞在工具中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖，該活塞在其沖程運動的末端碰撞與其連接的工具或柄的端部，由此在工具中產(chǎn)生朝向被處理材料傳播的應(yīng)力脈沖。撞擊活塞的往復(fù)沖程運動通常利用壓力介質(zhì)產(chǎn)生，其壓力使得撞擊活塞至少沿著一個方向移動，現(xiàn)在一般沿著兩個方向移動。為了強化該沖程運動，可以使用蓄壓器或彈簧等以在返回運動期間存儲能量。
由于撞擊活塞的這種往復(fù)運動，在配備有撞擊活塞的撞擊設(shè)備中交替產(chǎn)生沿著相反方向的加速力，這使得機構(gòu)承受壓力并且影響對撞擊設(shè)備的控制。此外，由于這種力，與其它情形相比通常被用于支撐撞擊設(shè)備的吊桿結(jié)構(gòu)和和進給裝置必須更加穩(wěn)固。而且，為了使得應(yīng)力脈沖有足夠效率地從工具傳遞到被處理的材料，例如待破碎的巖石，撞擊設(shè)備并因此所述工具必須以足夠的力推壓材料。因此，由于動態(tài)加速力，進給力和結(jié)構(gòu)必須具有足夠穩(wěn)固的尺寸從而在工具上由于進給力和撞擊活塞運動所產(chǎn)生的加速度差而保持的壓緊力仍將充分大。而且，利用往復(fù)沖程運動操作的配備有撞擊活塞的撞擊設(shè)備僅能提供低的沖程頻率，因為為了沿其運動方向加速撞擊活塞往往需要與撞擊活塞的質(zhì)量成比例的動力，并且高頻率需要高加速度并且因此需要非常高的動力，而這在實際中是不可行的，因為撞擊設(shè)備中所有其它部分及其支撐結(jié)構(gòu)的尺寸必須進行相應(yīng)的設(shè)計。同時這將導(dǎo)致效率顯著降低，因此現(xiàn)有撞擊設(shè)備的沖程頻率最大僅為幾十個Hz。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種撞擊設(shè)備，以使得在其中產(chǎn)生的動態(tài)作用力以及由此所產(chǎn)生的缺點變得非常低。另一個目的在于提供一種撞擊設(shè)備，其具有較高的效率并且能夠提供顯著高于現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備提供的應(yīng)力脈沖頻率。
本發(fā)明的撞擊設(shè)備特征在于，用于產(chǎn)生應(yīng)力脈沖的裝置包括壓力液體源，與工作壓力腔室連接，以保持工作壓力腔室中的壓力；用于向增壓腔室間歇地進給壓力液體的裝置，該壓力液體的壓力使得傳動活塞能夠抵抗工作壓力腔室中的壓力液體的壓力而被推向工作壓力腔室，并且到達傳動活塞的預(yù)定返回位置，從而壓力液體從工作壓力腔室排出，并且該裝置使得壓力液體交替地從增壓腔室快速排出，從而由工作壓力腔室中的加壓壓力液體以及從壓力液體源流至此處的加壓壓力液體產(chǎn)生的壓力沿著工具方向推動傳動活塞，沿著工具縱向方向推壓該工具，由此在工具中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖。
本發(fā)明的基本思想在于，傳動活塞連續(xù)承受朝向工具施加的壓力，該壓力從連接到工作壓力腔室的壓力流體源獲得。
本發(fā)明的另一個基本思想在于，加壓的壓力流體被進給到位于傳動活塞另一側(cè)上的增壓腔室，以將傳動活塞移動到特定的預(yù)定位置，即在該位置處，傳動活塞利用由工作腔室中的壓力所產(chǎn)生的力朝向被處理材料急速地推壓工具，由此在工具中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖。
本發(fā)明的又一個基本思想在于，當(dāng)傳動活塞處于所述位置并且基本與工具或柄接觸時，增壓腔室與″箱壓力″連接，從而作用于傳動活塞相對側(cè)上的壓力在工具等部件上進行急速推壓，由此產(chǎn)生通過工具傳播到被處理材料的應(yīng)力脈沖。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，該方案使得能夠?qū)崿F(xiàn)較高的效率，因為將傳動活塞移動到應(yīng)力脈沖初始位置即釋放位置是抵抗基本恒定的壓力進行的。本發(fā)明進一步的優(yōu)點在于，這使得能夠?qū)谋惶幚聿牧辖?jīng)由工具和傳動活塞反射到工作壓力腔室的應(yīng)力波的壓應(yīng)力能進行回收。其它優(yōu)點還在于應(yīng)力脈沖產(chǎn)生頻率能夠比現(xiàn)有撞擊設(shè)備高得多，因為不存在大的質(zhì)量、因此緩慢的撞擊活塞進行往復(fù)運動。本發(fā)明還一個優(yōu)點在于，該方案易于實施并且操作易于控制。


下面根據(jù)附圖更加詳細地描述本發(fā)明，其中圖1a和1b分別示出根據(jù)本發(fā)明撞擊設(shè)備的實施例在增壓和應(yīng)力脈沖產(chǎn)生期間的原理；圖2a和2b分別示出與增壓和應(yīng)力脈沖產(chǎn)生相關(guān)的理論能量圖。
具體實施例方式
圖1a概略示出根據(jù)本發(fā)明撞擊設(shè)備的實施例的原理，其中撞擊設(shè)備處于正在被“增壓”的狀態(tài)下從而產(chǎn)生應(yīng)力脈沖。該圖示出一種包括機架2的撞擊設(shè)備1。對于壓力液體，該機架包括工作壓力腔室3，該腔室在一側(cè)上由傳動活塞4限定。工作壓力腔室3經(jīng)由通道5連接到壓力源，例如壓力液體泵6，該泵以壓力P1將加壓的壓力液體進給到空間3。在傳動活塞4與壓力腔室3相對的另一側(cè)上，設(shè)置增壓腔室7，該腔室再經(jīng)由通道8和閥9連接到壓力液體源，例如壓力液體泵10，該泵進給壓力為P2的加壓液體。還從閥9到壓力液體箱12設(shè)置壓力液體返回通道11。
進一步將工具13連接到撞擊設(shè)備1，該工具可以是鉆桿或者通常是連接到鉆桿的柄。在該工具的相對端部處設(shè)置鉆頭，例如巖石鉆頭等(未示出)，其在操作期間與被處理材料相接觸。它還可包括與工作壓力腔室3連接從而抑制壓力脈沖的蓄壓器14。
在示于圖1a的狀態(tài)中，執(zhí)行″增壓(charging)″操作，其中由閥9控制的壓力液體進給到增壓腔室7從而傳動活塞4沿著箭頭A的方向移動，直至該活塞在根據(jù)圖1a的位置中在其最上方即返回位置中停止。同時壓力液體從工作壓力腔室排出。傳動活塞4的返回位置由撞擊設(shè)備1中所采用的機械方案所確定，例如各種肩臺或者止擋件；在根據(jù)圖1a和1b的實施例中為肩臺2a和傳動活塞凸緣4a的后表面。在撞擊設(shè)備操作期間，撞擊設(shè)備1以作用力F即“進給力”推壓被處理材料，該作用力保持傳動活塞4與工具13相接觸并且保持該工具的頂端即鉆頭等與被處理材料相接觸。當(dāng)傳動活塞4已經(jīng)沿著箭頭A的方向移動得盡可能遠時，閥9移動至圖1b所示位置，從而允許來自增壓腔室7的壓力液體急速排出到壓力液體箱12中。然后由于工作壓力腔室3中的壓力液體以及從壓力液體泵6進一步流動至此的壓力液體的壓力，而允許傳動活塞沿著工具13的方向向前移動。在工作壓力腔室3中作用于傳動活塞4上的壓力P1產(chǎn)生沿著箭頭B的方向朝向工具13推動傳動活塞4的作用力，從而推壓工具13。結(jié)果，通過傳動活塞4在工具13中產(chǎn)生急速的壓應(yīng)力，因此這種急速的壓應(yīng)力產(chǎn)生通過工具13一直到達被處理材料的應(yīng)力脈沖。從被處理材料反射的“反射脈沖”又通過工具13返回，再次沿著圖1a中箭頭A的方向推動傳動活塞4，從而應(yīng)力脈沖的能量被傳遞給工作壓力腔室中的壓力液體。同時，閥9再次被切換到圖1a所示位置，并且壓力液體再次進給到增壓腔室7，以將傳動活塞4推動到其預(yù)定的返回位置。
傳動活塞4的壓力表面面積，即分別面向工作壓力腔室3的表面面積A1和面向增壓腔室7的表面面積A2，能夠以很多不同的方式選擇。最簡單的實施方式是如圖1a和1b所示實施例，其中兩表面面積的大小不同。在此情形中，如此選擇表面面積，從而使得在傳動活塞4的兩側(cè)上施加同樣大小的壓力，即壓力P1和P2可以一樣大。因此，壓力液體能夠從相同的壓力液體源進入兩個空間中。這簡化了撞擊設(shè)備的實施。而這又導(dǎo)致另一種優(yōu)點，即分別能夠容易地為傳動活塞4設(shè)置肩臺狀凸緣4a并且容易地為機架設(shè)置肩臺2a，從而機架2的肩臺2a限定傳動活塞4的返回位置；在圖中為最上方的位置，即應(yīng)力脈沖總是在此處開始產(chǎn)生的位置。也可以是表面面積的大小相同，在此情形壓力P2需要高于壓力P1。
圖2a和2b分別示出在根據(jù)本發(fā)明的撞擊設(shè)備中與增壓和應(yīng)力脈沖產(chǎn)生相關(guān)的理論能量圖。
當(dāng)傳動活塞根據(jù)圖2a抵抗作用在工作壓力腔室中的壓力P1移動時，最后被增壓的能量為P1×V1，即壓力和由壓力面積A1替代的體積的乘積，該乘積由矩形A表示。如果作用于工作壓力腔室中的壓力值在初始時為0，則被增壓的能量將為P1×V1/2，即上述能量的一半，這由三角形B表示。類似的，進給到撞擊設(shè)備的能量以虛線用矩形C表示，它是壓力P2(基本恒定)和由于壓力表面A2的轉(zhuǎn)移而引起的體積V2的增量的乘積。矩形C的表面面積，即進給能量的大小與矩形A的表面面積相等。
當(dāng)允許傳動活塞根據(jù)圖2b推壓工具時，傳遞給應(yīng)力脈沖的能量為P1×V1，即壓力和所述體積的乘積，這由矩形D表示。如果作用于工作腔室中的壓力值最終為0，則傳遞給應(yīng)力脈沖的能量將為P1×V1/2，即上述能量的一半，這由矩形E表示。
雖然這種理論驗證并不能準確地刻劃在實際中的真實操作過程和壓力水平，但是仍然為下述方面提供了清楚的說明，即本發(fā)明的撞擊設(shè)備如何通過采用進給相同壓力值的壓力液體而使其所產(chǎn)生的動力高于其中壓力在零和最大壓力之間變化的設(shè)備所產(chǎn)生的動力。
利用沿著工具方向的較短行程，根據(jù)本發(fā)明的撞擊設(shè)備使得應(yīng)力脈沖以高頻產(chǎn)生，因為須進給的壓力液體量較少同時它們能夠產(chǎn)生較大的作用力。而且，因為傳動活塞4的質(zhì)量較小，沒有顯著的動態(tài)作用力產(chǎn)生。類似的，將傳動活塞4移動至其返回位置即起始位置僅需較短的運動距離，因此能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖和較高的應(yīng)力脈沖頻率，從而在工具和被處理材料之間產(chǎn)生高頻應(yīng)力脈沖，在現(xiàn)有撞擊設(shè)備中通常稱為沖程頻率。附圖和相關(guān)描述僅用于示意本發(fā)明的思想。本發(fā)明的細節(jié)可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)有所改變。
權(quán)利要求
1.一種壓力流體操作的撞擊設(shè)備，包括機架(2)，工具(13)能夠沿其縱向可移動地設(shè)于該機架中；用于將壓力液體進給到撞擊設(shè)備(1)并且將壓力液體返回到壓力液體箱的裝置；以及用于利用壓力液體的壓力在工具中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖的裝置，其中該撞擊設(shè)備(1)包括充有壓力液體的工作壓力腔室(3)；傳動活塞(4)，位于工作壓力腔室(3)和工具(13)之間，它沿著機架(2)縱向可移動地布置并且至少在應(yīng)力脈沖產(chǎn)生期間直接或者間接地與工具(13)接觸；以及增壓腔室(7)，位于傳動活塞(4)面向工具(13)的一側(cè)上，從而傳動活塞(4)設(shè)有面向工作壓力腔室(3)的壓力表面(A1)并且在增壓腔室(7)的一側(cè)上設(shè)有面向工具(13)的壓力表面(A2)，其特征在于，用于產(chǎn)生應(yīng)力脈沖的裝置包括壓力液體源，與工作壓力腔室(3)連接以保持工作壓力腔室(3)中的壓力；用于向增壓腔室(7)間歇地進給壓力液體的裝置，該壓力液體的壓力使得傳動活塞(4)能夠抵抗工作壓力腔室(3)中的壓力液體的壓力而被推向工作壓力腔室(3)，并且到達傳動活塞(4)的預(yù)定返回位置，從而壓力液體從工作壓力腔室(3)排出，并且該裝置使得壓力液體交替地從增壓腔室(7)快速排出，從而通過工作壓力腔室(3)中的加壓壓力液體以及從壓力液體源流至此處的加壓壓力液體的壓力沿著工具(13)方向推動傳動活塞(4)，沿著工具(13)縱向方向推壓該工具(13)并且由此在工具(13)中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撞擊設(shè)備，其特征在于，用于將壓力液體進給到工作壓力腔室(3)的裝置被布置成如此進給壓力液體，從而工作壓力腔室(3)中的壓力在撞擊設(shè)備操作期間保持基本恒定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的撞擊設(shè)備，其特征在于，將具有相同壓力的壓力液體進給到工作腔室(3)和增壓腔室，并且傳動活塞(4)分別面向工作壓力腔室(3)和增壓腔室(7)的壓力表面(A1，A2)具有如此尺寸，從而所形成的力的總和將傳動活塞(4)推向其返回位置。
4.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的撞擊設(shè)備，其特征在于，工作壓力腔室(3)連接到壓力液體源，例如壓力液體泵(6)，從而壓力液體源向其連續(xù)進給壓力液體。
5.根據(jù)前面任一項權(quán)利要求所述的撞擊設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括與工作壓力腔室(3)連接的蓄壓器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓力流體操作的撞擊設(shè)備，包括機架(2)，工具(13)能夠沿其縱向可移動地設(shè)于該機架中；用于將壓力液體進給到撞擊設(shè)備(1)并且使壓力液體返回到壓力液體箱的裝置；以及用于利用壓力液體的壓力在工具中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖的裝置。本發(fā)明具有壓力液體源，用于保持工作壓力腔室(3)中的壓力；用于向撞擊設(shè)備(1)間歇地進給壓力液體的裝置，從而壓力液體將傳動活塞(4)推向預(yù)定返回位置從而壓力液體從工作壓力腔室(3)排出，并且該裝置使得壓力液體交替地從撞擊設(shè)備(1)快速排出從而由工作壓力腔室(3)中的加壓壓力液體以及從壓力液體源流至此處的加壓壓力液體的壓力朝向工具(13)推動傳動活塞(4)，并且由此在工具(13)中產(chǎn)生應(yīng)力脈沖。
文檔編號E21B1/02GK1921987SQ200580005695
公開日2007年2月28日 申請日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者馬庫·凱斯基尼瓦, 約爾馬·邁基, 莫里·埃斯科, 埃爾基·阿霍拉, 艾莫·埃蘭 申請人:山特維克礦山工程機械有限公司