专利名称：冲击设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于钻岩机等的冲击设备，包括给连接在冲击设备的刀具传递一个应力脉冲的装置。
背景技术：
在传统的冲击设备中，通过往复运动的撞击活塞产生冲击，通常，活塞通过液压驱动，或者靠压缩空气，在某些情况下，采用电动或者内燃机方式来实现往复撞击。当撞击活塞打击刀柄或者刀具的撞击面时，在刀具如钻杆中就会产生应力脉冲。
传统的冲击设备的一个问题是撞击活塞的往复运动产生动态加速力，使装置的控制变得复杂。随着活塞沿着冲击方向加速，钻头趋于同时向相反的方向移动，因而减小了钻头尖或者用于加工材料的刀具的末端的压缩力。为了保证钻头尖或者刀具的末端对于加工材料具有足够高的压缩力，冲击设备必须被足够强地推向材料。反过来，这需要冲击设备的支撑和其它结构具有额外的支力，因此装置将变得更大更重，制造费用也更昂贵。由于大质量，撞击活塞运动较慢，这就限制了活塞的往复频率，进而限制了打击频率，但实际上为了提高冲击设备的效率，应该大大地增加频率。然而，现有的装置将导致非常低的效率，因此它实际上不可能增加冲击设备的频率。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种冲击设备，其冲击操作所产生的动力与传统装置相比具有更少的不利影响，这种装置易于增加往复频率。依据本发明的冲击设备其特征包括在附带的权利要求里。
根据本发明的一个基本构思，冲击由一个或多个弹性冲击元件提供，冲击元件处于应力状态，储存每次冲击的能量。在应力状态下，元件的长度相对于其非压力状态的长度改变，而且突然解除冲击元件的压力状态，于是元件就会返回到其静止长度，通过储存的应力能，产生冲击或者应力脉冲给刀具。
本发明具有的优点在于，在于如上所述的脉冲式的冲击运动不需要一个往复的撞击活塞，但弹性冲击元件长度的改变是毫米级的。因此，不必沿冲击方向前后移动较大质量物体，产生的动力比传统技术装置中较重往复运动的撞击活塞产生的动力要小。而且，这样的结构能够增加往复运动速度，而不会降低效率。
下面将参照附图详细描述本发明，其中图1是依据本发明的冲击设备的操作原理示意图；图2是依据本发明的冲击设备的一个实施例示意图；图3是依据本发明的冲击设备的第二个实施例示意图；图4是依据本发明的冲击设备的第三个实施例示意图；图5是依据本发明的冲击设备的第四个实施例示意图；图6显示了依据本发明的冲击元件的一个实施例。
具体实施例方式
图1是依据本发明的冲击设备的操作原理示意图。图中的虚线显示了冲击设备1和它的框架1a，它包括一个弹性冲击元件2。冲击元件2被压缩或者伸长到一定程度以改变元件相对于其静止状态的长度。在实际应用中，此变化是毫米级的，例如1mm到2mm之间。为了使冲击元件变形，自然需要能量，此能量通过机械、液压或者水力机械方式传递给元件，其方式如图2至6所示实例。
当冲击元件被预拉伸时，例如，如图中所示例子的压缩方式，冲击设备1被向前推进，以使刀具3的一个末端直接地或者被单独的连接件，如刀柄等，牢固地压在冲击设备的末端。在这种情况下，突然解除冲击元件的压缩状态，于是它就返回到其自然长度。因此，在钻杆或者其它刀具中就会产生应力波，在传递到刀具末端的过程中，应力波在待加工的材料中产生一个冲击，这与传统的冲击设备相似。
理论上，冲击元件与其预应力或传递的应力波的比率分别没有损耗，因此应力波的长度是冲击元件变形部分的长度的二倍，因此，应力波的强度是冲击元件为冲击所保留的应力的一半。实际上，这些值由于损耗而改变。
图2是依据本发明的冲击设备的一个实施例示意图，其中冲击元件相对于冲击元件的框架1a这样定位，即远离刀具3的元件的末端被冲击元件1的框架1a所支撑，通过液压活塞4，元件被压缩在靠近刀具3的末端。附图进一步示意了支座夹片5a，5b，和相应地位于冲击元件2中的轴肩2a，2b。如果冲击元件的状态特性和脉冲特性改变了，就能够使用起始于活塞的冲击元件2的全长L1，或者使用相应的轴肩2a，2b其中之一、相应的支座夹片以及将被压缩的冲击元件2的对应长度L2或者L3。
如果使用冲击元件2的全长，元件通过提供到活塞4后面的压力空间6的液压流体示意地被压缩，这样，显示在图中活塞4左边的冲击元件的全长就会变形。结果，冲击脉冲的长度大约是L1的两倍。如果需要一个不同形状的短的冲击脉冲，例如，支座夹片5a放置在相应的轴肩2a上，并且当冲击元件2被预拉伸时，仅仅压缩活塞4和相应的轴肩2a之间的长度。因此由于该冲击传递给刀具3的应力波的长度大约为L2的两倍。通过相应的轴肩2b和支座夹片5b，可以获得更短的应力波。因此冲击设备的操作特性能够根据当前刀具和工作条件适当地改变。
图3是依据本发明的冲击设备的第二个实施例示意图。在这种实施例中，冲击元件采用一个单独的枢轴机构而变形，该枢轴机构被一个横向地移向冲击元件的液压活塞机构驱动。枢轴机构包括支撑件7a，7b，平行于横穿冲击元件中心轴的一个轴。在支撑件之间是一个致动器7c，该致动器通过支撑臂8a，8b支撑在部件7a和7b上。依次地，活塞9包括一个位于中间的细长的开口9a，致动器7c就延伸至此。更优选的布置，活塞9包括两个位于冲击元件2两侧的横向杆9b，以使作用在致动器7c的力对称平衡。当活塞9向图中所示右侧移动时，它就会沿同样方向推动致动器7c，进而通过支撑臂8a，8b促使支撑件7a，7b进一步移动分开，于是力产生在冲击元件2中如箭头A所示方向。当致动器7c横过支撑件7a，7b之间的中心线时，它能够自由向图示右面摆动，进而支撑件7a，7b能够再次移动到一起，冲击元件2中的张力就以朝向刀具的应力脉冲的形式解除。因此，当活塞9向图中所示的左侧移动时，枢轴机构同样会变长及沿相反方向快速缩短，进而产生朝向刀具的新的应力脉冲。
图4是依据本发明的冲击设备的第三个实施例示意图。图中显示了采用水力机械布置的冲击元件2的变形。在这种方案中，冲击元件包括一个相对于冲击设备框架这样设置的轴肩2′，即使受压流体空间10形成在环形轴肩和冲击设备之间。液压流体首先以正常的液压供给压力提供给空间10。冲击元件2可以承受不同的应力，所形成的应力波的形状和强度进而能够通过改变供给的液压流体的压力或者预压力来调整。然后受压流体空间10关闭，由机械触发元件12驱动的、单独的增压活塞11也被使用。在触发元件12和增压活塞11之间有一个单独的轴承气缸13。触发元件进一步包括一个面向轴承气缸13的轴肩12a，使用时气缸沿着轴肩旋转。在这种实施例中，当触发元件沿着箭头B所示方向移动时，即沿图示向左方向，在受压流体空间10充满了预定压力的液压流体之后，由于轴承气缸13的轴肩12a，触发元件就会将增压活塞11推向受压流体空间10。由于通向受压流体空间10的受压流体通道在触发元件12开始移动之前就关闭了，因此压力空间10就被关闭了，并且增压活塞插入到空间10中，也减少了容积增加了压力，进而进一步使冲击元件2变形。当触发元件已经移动到这种程度，即轴承气缸13能够从活塞11中移开时，并且轴承气缸13和活塞11由于轴肩12a的突变形状都能快速移动时，应力就会快速从冲击元件释放给图中未显示的刀具。速度是可以增加的，例如通过同时打开从受压流体空间10到液压介质空间或者到某些其它空间的通道，可使液压流体能够尽可能少损耗地从受压流体空间10流入其中。当触发元件如图示向右方向移动时，工作步骤重新开始，重复以获得需要的往复频率。
增压活塞11的机械结构可以采用液压结构代替。图4中所示的结构，相对于压力空间10的增压活塞11的末端设置一个压力表面，此表面比面对空间10的压力表面更大。此更大压力表面设置有液压介质的正常压力，以使表面将增压活塞推向压力空间10，直到作用在每个侧面上和相应的表面积的压力效果在增压活塞的每个侧面上的相同。当液压介质再次可以快速流出空间10或者增压活塞11后面的空间时，冲击元件2的张力快速排放，在刀具中产生应力脉冲。
图5是依据本发明的冲击设备的第四个实施例示意图。此实施例采用几个串联连接、同时变形的冲击元件。这可以通过下列方式实现，例如，通过利用一个实心杆作为最中间的冲击元件，并利用围绕该杆相互放置的套筒式的元件。图中，尾说明的方便这些套筒式的元件2″，2以截面图示出。在这种实施例中，每个套筒式的元件末端都有一个轴肩，中间杆或者下一个套筒式的元件支撑在其上。使用这种实施例时，冲击元件的工作长度是所有前面的冲击元件2′到2的长度总和。通过这种实施例，冲击设备的实际长度可以通过一个整体冲击元件缩短，同时可以保证通过冲击元件所获得的应力脉冲的实际长度。如上面所述的多个冲击元件串联连接的情况，例如，最内部杆式的冲击元件2′和最外部的套筒式的元件2承受压缩力，而位于其它两个元件之间的最中间的套简式冲击元件2″承受张应力。因此，在这样一种布置中，每隔一个冲击元件承受压缩力，每隔另一冲击元件承受张应力。前面所述的内容对于形成于刀具中的应力脉冲的工作是不重要的，但其结果却与相应于冲击元件总长的均匀冲击的压缩力或张应力所提供的应力脉冲一样。
附图也显示了一种适于实施依据本发明的冲击设备的冲击元件的结构。在这个实施例中，冲击元件形成为几个长度相等的并列构件。因此，冲击元件的长度等于这些组件的长度，另一方面，该元件对应于相同长度而且具有相应的横截面的单独的冲击元件。
图6示意了一种实施例，其中冲击元件被拉伸而不是被压缩以储存能量并提供需要的应力。在这个实施例中，冲击元件2从前面到接近冲击设备的刀具末端均被支撑着，这样，元件就不能移向冲击设备框架的后部。因此，冲击元件的相对端设置一个活塞4′，以使受压流体空间6′形成在冲击设备框架和活塞4′之间，位于活塞4′面对于刀具的侧面上。在这个实施例中，冲击元件被液压流体拉伸直到获得需要的应力状态。为了提供冲击，受压流体空间6′中的液压流体通过图中示意示出的阀14突然流动，这样冲击元件2就缩短到正常长度，进而导致应力脉冲传递给刀具3。
储存的能量从冲击元件到刀具的传递要求应力相当快地释放。然而，如果传递到刀具的应力脉冲的强度和长度可以调整，就可能利用冲击元件的释放速度。换句话来说，当冲击元件能量释放更慢时，传递给刀具的应力脉冲的强度就可以减小，进而其长度就增加了，因而刀具传递给要加工的材料的冲击的特性也相应的发生改变。即使在这种情况下，冲击元件的应力也释放得相当快。在另一种可选的冲击元件的实施例中，如果考虑结构因素的话，一个或者几个并列实心元件可以用一个管状元件代替。
上面说明书和附图仅仅是通过一个实施例来描述本发明，并不限制于此。关键特征是应力脉冲通过冲击元件在刀具中产生，通过施加所要求的力，冲击元件承受压力或者张应力以提供一种需要的应力状态，然后冲击元件就突然从应力状态释放，这样张力就直接或者间接地排放到刀具的末端，进而到刀具。
权利要求
1.一种用于钻岩机等设备的冲击设备，包括给连接在冲击设备的刀具传递一个应力脉冲的装置，其特征在于传递一个应力脉冲的装置包括一个支撑在冲击设备框架上的冲击元件，以及使冲击元件受到应力的装置，该装置相应地突然解除冲击元件应力，进而储存在元件中的应力能以传递给刀具的应力脉冲的形式排放，其中刀具直接或者间接地连接在冲击设备上。
2.根据权利要求1的冲击设备，其特征在于使冲击设备受到应力的装置包括一个受压流体空间，一个位于冲击元件中面向所述受压流体空间的轴肩，以及将液压流体供给到受压流体空间并从空间解除压力的装置。
3.根据权利要求2中的冲击设备，其特征在于从受压流体空间解除压力的装置包括从所述受压流体空间排放增压液压流体的装置，通过供给增压液压流体到所述受压流体空间而承受应力，并通过使得液压流体突然流出所述受压流体空间而解除应力的冲击元件。
4.根据权利要求2或3的冲击设备，其特征在于包括一个连接所述受压流体空间的增压活塞，传递增压活塞到受压流体空间以使所述空间容积减小、压力增大的装置，以及使增压活塞自由移出受压流体空间以使所述空间容积增大、压力相应减小的装置。
5.根据权利要求4的冲击设备，其特征在于增压活塞通过机械触发元件被推向所述受压流体空间。
6.根据权利要求5的冲击设备，其特征在于一个单独的轴承气缸位于触发元件和增压活塞之间，触发元件包括一个面对轴承气缸，并且气缸沿轴肩旋转，以及在触发元件移动足够的位移后，轴承气缸和增压活塞都能够快速从所述受压流体空间移出以产生一个应力脉冲。
7.根据权利要求1的冲击设备，其特征在于包括一个位于冲击元件和冲击设备框架之间的枢轴机构，此机构当位于机构中间的枢轴被横向推向冲击设备直到机构横过中心线时伸长，并且在机构已横过中心线之后缩短，以及一个活塞机构，驱动枢轴机构并横向移动到冲击设备，通过移动活塞机构驱动的枢轴机构而受到应力并快速解除应力的冲击元件。
8.根据前面所述的任意一个权利要求的冲击设备，其特征在于冲击元件包括至少两个对应的轴肩，一个接一个地位于元件的纵向方向，以及锁定对应的轴肩使其不能在冲击设备的轴向方向移动的锁定装置。
9.根据前面所述的任意一个权利要求的冲击设备，其特征在于冲击元件包括至少两个单独的冲击元件在纵向方向串联连接以彼此作用，这样冲击元件的应力长度是所有串联连接的冲击元件应力长度的总和。
10.根据权利要求9的冲击设备，其特征在于至少一些冲击元件基本是套筒式的，彼此同轴放置。
全文摘要
一种用于钻岩机等设备的冲击设备，包括给连接在冲击设备的刀具传递冲击或者应力脉冲的装置。传递应力脉冲的装置包括一个支撑在冲击设备框架(1a)上的冲击元件(2)，以及使冲击元件(2)受到应力的装置，该装置相应地突然解除冲击元件(2)应力，进而储存在元件中的应力能以传递给刀具(3)的应力脉冲的形式排放，其中刀具(3)直接或者间接地连接在冲击设备上。
文档编号E21B1/00GK1522334SQ02813410
公开日2004年8月18日 申请日期2002年7月1日 优先权日2001年7月2日
发明者马尔库·凯斯基瓦, 约尔马·梅基, 埃尔基·阿霍拉, 埃萨·兰塔拉, 梅基, 阿霍拉, 兰塔拉, 马尔库 凯斯基瓦 申请人:山特维克坦罗克有限公司