專利名稱：沖擊設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鉆巖機(jī)等的沖擊設(shè)備，包括給連接在沖擊設(shè)備的刀具傳遞一個應(yīng)力脈沖的裝置。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的沖擊設(shè)備中，通過往復(fù)運(yùn)動的撞擊活塞產(chǎn)生沖擊，通常，活塞通過液壓驅(qū)動，或者靠壓縮空氣，在某些情況下，采用電動或者內(nèi)燃機(jī)方式來實(shí)現(xiàn)往復(fù)撞擊。當(dāng)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(chǎn)生應(yīng)力脈沖。
傳統(tǒng)的沖擊設(shè)備的一個問題是撞擊活塞的往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生動態(tài)加速力，使裝置的控制變得復(fù)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(shè)備必須被足夠強(qiáng)地推向材料。反過來，這需要沖擊設(shè)備的支撐和其它結(jié)構(gòu)具有額外的支力，因此裝置將變得更大更重，制造費(fèi)用也更昂貴。由于大質(zhì)量，撞擊活塞運(yùn)動較慢，這就限制了活塞的往復(fù)頻率，進(jìn)而限制了打擊頻率，但實(shí)際上為了提高沖擊設(shè)備的效率，應(yīng)該大大地增加頻率。然而，現(xiàn)有的裝置將導(dǎo)致非常低的效率，因此它實(shí)際上不可能增加沖擊設(shè)備的頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種沖擊設(shè)備，其沖擊操作所產(chǎn)生的動力與傳統(tǒng)裝置相比具有更少的不利影響，這種裝置易于增加往復(fù)頻率。依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備其特征包括在附帶的權(quán)利要求里。
根據(jù)本發(fā)明的一個基本構(gòu)思，沖擊由一個或多個彈性沖擊元件提供，沖擊元件處于應(yīng)力狀態(tài)，儲存每次沖擊的能量。在應(yīng)力狀態(tài)下，元件的長度相對于其非壓力狀態(tài)的長度改變，而且突然解除沖擊元件的壓力狀態(tài)，于是元件就會返回到其靜止長度，通過儲存的應(yīng)力能，產(chǎn)生沖擊或者應(yīng)力脈沖給刀具。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)在于，在于如上所述的脈沖式的沖擊運(yùn)動不需要一個往復(fù)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(zhì)量物體，產(chǎn)生的動力比傳統(tǒng)技術(shù)裝置中較重往復(fù)運(yùn)動的撞擊活塞產(chǎn)生的動力要小。而且，這樣的結(jié)構(gòu)能夠增加往復(fù)運(yùn)動速度，而不會降低效率。


下面將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的操作原理示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的一個實(shí)施例示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的第二個實(shí)施例示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的第三個實(shí)施例示意圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的第四個實(shí)施例示意圖；圖6顯示了依據(jù)本發(fā)明的沖擊元件的一個實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的操作原理示意圖。圖中的虛線顯示了沖擊設(shè)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?fàn)顟B(tài)的長度。在實(shí)際應(yīng)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(jī)械、液壓或者水力機(jī)械方式傳遞給元件，其方式如圖2至6所示實(shí)例。
當(dāng)沖擊元件被預(yù)拉伸時，例如，如圖中所示例子的壓縮方式，沖擊設(shè)備1被向前推進(jìn)，以使刀具3的一個末端直接地或者被單獨(dú)的連接件，如刀柄等，牢固地壓在沖擊設(shè)備的末端。在這種情況下，突然解除沖擊元件的壓縮狀態(tài)，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(chǎn)生應(yīng)力波，在傳遞到刀具末端的過程中，應(yīng)力波在待加工的材料中產(chǎn)生一個沖擊，這與傳統(tǒng)的沖擊設(shè)備相似。
理論上，沖擊元件與其預(yù)應(yīng)力或傳遞的應(yīng)力波的比率分別沒有損耗，因此應(yīng)力波的長度是沖擊元件變形部分的長度的二倍，因此，應(yīng)力波的強(qiáng)度是沖擊元件為沖擊所保留的應(yīng)力的一半。實(shí)際上，這些值由于損耗而改變。
圖2是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的一個實(shí)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(yuǎn)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(jìn)一步示意了支座夾片5a，5b，和相應(yīng)地位于沖擊元件2中的軸肩2a，2b。如果沖擊元件的狀態(tài)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(yīng)的軸肩2a，2b其中之一、相應(yīng)的支座夾片以及將被壓縮的沖擊元件2的對應(yīng)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(jié)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(yīng)的軸肩2a上，并且當(dāng)沖擊元件2被預(yù)拉伸時，僅僅壓縮活塞4和相應(yīng)的軸肩2a之間的長度。因此由于該沖擊傳遞給刀具3的應(yīng)力波的長度大約為L2的兩倍。通過相應(yīng)的軸肩2b和支座夾片5b，可以獲得更短的應(yīng)力波。因此沖擊設(shè)備的操作特性能夠根據(jù)當(dāng)前刀具和工作條件適當(dāng)?shù)馗淖儭?br> 圖3是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的第二個實(shí)施例示意圖。在這種實(shí)施例中，沖擊元件采用一個單獨(dú)的樞軸機(jī)構(gòu)而變形，該樞軸機(jī)構(gòu)被一個橫向地移向沖擊元件的液壓活塞機(jī)構(gòu)驅(qū)動。樞軸機(jī)構(gòu)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(xì)長的開口9a，致動器7c就延伸至此。更優(yōu)選的布置，活塞9包括兩個位于沖擊元件2兩側(cè)的橫向桿9b，以使作用在致動器7c的力對稱平衡。當(dāng)活塞9向圖中所示右側(cè)移動時，它就會沿同樣方向推動致動器7c，進(jìn)而通過支撐臂8a，8b促使支撐件7a，7b進(jìn)一步移動分開，于是力產(chǎn)生在沖擊元件2中如箭頭A所示方向。當(dāng)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(jìn)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(yīng)力脈沖的形式解除。因此，當(dāng)活塞9向圖中所示的左側(cè)移動時，樞軸機(jī)構(gòu)同樣會變長及沿相反方向快速縮短，進(jìn)而產(chǎn)生朝向刀具的新的應(yīng)力脈沖。
圖4是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的第三個實(shí)施例示意圖。圖中顯示了采用水力機(jī)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(shè)備框架這樣設(shè)置的軸肩2′，即使受壓流體空間10形成在環(huán)形軸肩和沖擊設(shè)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(yīng)力，所形成的應(yīng)力波的形狀和強(qiáng)度進(jìn)而能夠通過改變供給的液壓流體的壓力或者預(yù)壓力來調(diào)整。然后受壓流體空間10關(guān)閉，由機(jī)械觸發(fā)元件12驅(qū)動的、單獨(dú)的增壓活塞11也被使用。在觸發(fā)元件12和增壓活塞11之間有一個單獨(dú)的軸承氣缸13。觸發(fā)元件進(jìn)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(zhuǎn)。在這種實(shí)施例中，當(dāng)觸發(fā)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(yù)定壓力的液壓流體之后，由于軸承氣缸13的軸肩12a，觸發(fā)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(fā)元件12開始移動之前就關(guān)閉了，因此壓力空間10就被關(guān)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(jìn)而進(jìn)一步使沖擊元件2變形。當(dāng)觸發(fā)元件已經(jīng)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(yīng)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(zhì)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(dāng)觸發(fā)元件如圖示向右方向移動時，工作步驟重新開始，重復(fù)以獲得需要的往復(fù)頻率。
增壓活塞11的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以采用液壓結(jié)構(gòu)代替。圖4中所示的結(jié)構(gòu)，相對于壓力空間10的增壓活塞11的末端設(shè)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(shè)置有液壓介質(zhì)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(cè)面上和相應(yīng)的表面積的壓力效果在增壓活塞的每個側(cè)面上的相同。當(dāng)液壓介質(zhì)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(chǎn)生應(yīng)力脈沖。
圖5是依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的第四個實(shí)施例示意圖。此實(shí)施例采用幾個串聯(lián)連接、同時變形的沖擊元件。這可以通過下列方式實(shí)現(xiàn)，例如，通過利用一個實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例，沖擊設(shè)備的實(shí)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(yīng)力脈沖的實(shí)際長度。如上面所述的多個沖擊元件串聯(lián)連接的情況，例如，最內(nèi)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?jīng)_擊元件2″承受張應(yīng)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(yīng)力。前面所述的內(nèi)容對于形成于刀具中的應(yīng)力脈沖的工作是不重要的，但其結(jié)果卻與相應(yīng)于沖擊元件總長的均勻沖擊的壓縮力或張應(yīng)力所提供的應(yīng)力脈沖一樣。
附圖也顯示了一種適于實(shí)施依據(jù)本發(fā)明的沖擊設(shè)備的沖擊元件的結(jié)構(gòu)。在這個實(shí)施例中，沖擊元件形成為幾個長度相等的并列構(gòu)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(yīng)于相同長度而且具有相應(yīng)的橫截面的單獨(dú)的沖擊元件。
圖6示意了一種實(shí)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(yīng)力。在這個實(shí)施例中，沖擊元件2從前面到接近沖擊設(shè)備的刀具末端均被支撐著，這樣，元件就不能移向沖擊設(shè)備框架的后部。因此，沖擊元件的相對端設(shè)置一個活塞4′，以使受壓流體空間6′形成在沖擊設(shè)備框架和活塞4′之間，位于活塞4′面對于刀具的側(cè)面上。在這個實(shí)施例中，沖擊元件被液壓流體拉伸直到獲得需要的應(yīng)力狀態(tài)。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(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)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(yīng)力相當(dāng)快地釋放。然而，如果傳遞到刀具的應(yīng)力脈沖的強(qiáng)度和長度可以調(diào)整，就可能利用沖擊元件的釋放速度。換句話來說，當(dāng)沖擊元件能量釋放更慢時，傳遞給刀具的應(yīng)力脈沖的強(qiáng)度就可以減小，進(jìn)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(yīng)的發(fā)生改變。即使在這種情況下，沖擊元件的應(yīng)力也釋放得相當(dāng)快。在另一種可選的沖擊元件的實(shí)施例中，如果考慮結(jié)構(gòu)因素的話，一個或者幾個并列實(shí)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(shí)施例來描述本發(fā)明，并不限制于此。關(guān)鍵特征是應(yīng)力脈沖通過沖擊元件在刀具中產(chǎn)生，通過施加所要求的力，沖擊元件承受壓力或者張應(yīng)力以提供一種需要的應(yīng)力狀態(tài)，然后沖擊元件就突然從應(yīng)力狀態(tài)釋放，這樣張力就直接或者間接地排放到刀具的末端，進(jìn)而到刀具。
權(quán)利要求
1.一種用于鉆巖機(jī)等設(shè)備的沖擊設(shè)備，包括給連接在沖擊設(shè)備的刀具傳遞一個應(yīng)力脈沖的裝置，其特征在于傳遞一個應(yīng)力脈沖的裝置包括一個支撐在沖擊設(shè)備框架上的沖擊元件，以及使沖擊元件受到應(yīng)力的裝置，該裝置相應(yīng)地突然解除沖擊元件應(yīng)力，進(jìn)而儲存在元件中的應(yīng)力能以傳遞給刀具的應(yīng)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(shè)備上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的沖擊設(shè)備，其特征在于使沖擊設(shè)備受到應(yīng)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(jù)權(quán)利要求2中的沖擊設(shè)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(yīng)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(yīng)力的沖擊元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的沖擊設(shè)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(yīng)減小的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的沖擊設(shè)備，其特征在于增壓活塞通過機(jī)械觸發(fā)元件被推向所述受壓流體空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的沖擊設(shè)備，其特征在于一個單獨(dú)的軸承氣缸位于觸發(fā)元件和增壓活塞之間，觸發(fā)元件包括一個面對軸承氣缸，并且氣缸沿軸肩旋轉(zhuǎn)，以及在觸發(fā)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(chǎn)生一個應(yīng)力脈沖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的沖擊設(shè)備，其特征在于包括一個位于沖擊元件和沖擊設(shè)備框架之間的樞軸機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)當(dāng)位于機(jī)構(gòu)中間的樞軸被橫向推向沖擊設(shè)備直到機(jī)構(gòu)橫過中心線時伸長，并且在機(jī)構(gòu)已橫過中心線之后縮短，以及一個活塞機(jī)構(gòu)，驅(qū)動樞軸機(jī)構(gòu)并橫向移動到?jīng)_擊設(shè)備，通過移動活塞機(jī)構(gòu)驅(qū)動的樞軸機(jī)構(gòu)而受到應(yīng)力并快速解除應(yīng)力的沖擊元件。
8.根據(jù)前面所述的任意一個權(quán)利要求的沖擊設(shè)備，其特征在于沖擊元件包括至少兩個對應(yīng)的軸肩，一個接一個地位于元件的縱向方向，以及鎖定對應(yīng)的軸肩使其不能在沖擊設(shè)備的軸向方向移動的鎖定裝置。
9.根據(jù)前面所述的任意一個權(quán)利要求的沖擊設(shè)備，其特征在于沖擊元件包括至少兩個單獨(dú)的沖擊元件在縱向方向串聯(lián)連接以彼此作用，這樣沖擊元件的應(yīng)力長度是所有串聯(lián)連接的沖擊元件應(yīng)力長度的總和。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的沖擊設(shè)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(jī)等設(shè)備的沖擊設(shè)備，包括給連接在沖擊設(shè)備的刀具傳遞沖擊或者應(yīng)力脈沖的裝置。傳遞應(yīng)力脈沖的裝置包括一個支撐在沖擊設(shè)備框架(1a)上的沖擊元件(2)，以及使沖擊元件(2)受到應(yīng)力的裝置，該裝置相應(yīng)地突然解除沖擊元件(2)應(yīng)力，進(jìn)而儲存在元件中的應(yīng)力能以傳遞給刀具(3)的應(yīng)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(shè)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(yōu)先權(quán)日2001年7月2日
發(fā)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