用于为工程机械产生冲击脉冲或振动的装置和方法与流程

本发明涉及一种用于为工程机械产生冲击脉冲或振动的装置，其中该工程机械具有壳体、在壳体的工作空间内在第一换向点和第二换向点之间往复式运动的活塞，以及压力流体源，压力流体可通过该压力流体源在第一换向点和第二换向点的区域内流入和流出工作空间，其中活塞可以设定成往复运动，以便产生冲击脉冲或振动。

本发明还涉及一种用于为工程机械产生冲击脉冲或振动的方法，其中活塞在壳体的工作空间内在第一换向点和第二换向点之间往复式运动，为了产生冲击脉冲或振动的目的，活塞设定成通过压力流体而往复运动，并且所述压力流体可在第一换向点和第二换向点的区域内流入和流出工作空间。

背景技术：

从ep1728564b1中得知了一种通用的振动发生器。在该已知的振动发生器中，壳体内的工作空间被工作活塞分成两个压力腔。通过入口和出口，这两个压力腔可以交替的方式被选择性地供给压力流体或释放压力流体，使得工作活塞可往复式地运动以产生振动。压力流体定时供给到各个压力腔中和从中释放是通过工作活塞内的复杂的管道布置来实现的。而且，在工作活塞内，控制活塞以可运动的方式被支撑，其能够通过从壳体的前表面处突出的挡块而选择性地改变其相对于工作活塞的位置，从而敞开或堵住一定的管道。因此，压力流体的供给和释放是通过机械手段实现的，其中在达到一定的转换点时，通过给定的管道来产生压力流体的供给和释放的转换。

例如从gb920158a、us4026193a或us4031812a中也已知了振动发生器中的相当的机械控制装置。所有这些已知的装置具有工作活塞和控制活塞，其中，取决于在壳体中的不同位置，工作活塞和控制活塞打开或关闭特定的管道，由此可以产生两个相对的压力腔的选择性交替供给，以便移动工作活塞。

生产这种类型的装置是耗时且昂贵的。而且，由于管道的布局，在预定的压力水平下，活塞的一些振动或冲击行为是预限定的。振动频率和冲击能量的变化只能在非常有限的范围内进行，并且在一些情况下需要繁重的机械再加工。

技术实现要素：

本发明基于这一目的，即提供用于产生冲击脉冲或振动的装置和方法，由此可以实现针对振动或冲击的设定和变化方面的提高的灵活性。

上述目的一方面通过具有下述特征的装置、另一方面通过具有下述特征的方法来实现。在下文中还描述了本发明的优选的实施例。

根据本发明的装置的特征在于：设置了用于确定活塞在工作空间内的位置的测量机构；设置了至少一个可控阀，通过其可以使压力流体流入和/或流出工作空间；以及设置了控制单元，其与测量机构和至少一个可控阀相连，其中，通过该控制单元来控制和改变定活塞在工作空间内的运动。

本发明的一个基本思想在于抛弃了之前的对工作空间内的活塞的复杂的机械控制，而是为此提供了电气的或电子的控制单元。根据本发明，设置了至少一个用于确定活塞在工作空间内的位置的测量机构。测量机构可以连续的方式或者以预定的短间隔发送关于活塞的位置数据的信号。这些信号或数据由控制单元所接收，并作为预定的控制逻辑的函数而被处理，由此，可以为一个或多个可控阀产生控制信号或控制数据。因此，通过至少一个可控阀，可以选择性地使压力流体流入和流出工作空间。

因此，对于根据本发明的装置来说，不需要在其中设置多条管线的精巧制造的工作活塞。这显著地降低了制造的花费。而且，现在通过改变或调节控制单元内的相应控制逻辑，就可以特别简单的方式来控制和改变活塞在壳体内的运行行为。这样，可以相对容易地控制和改变活塞的往复运动的冲程和/或频率。

对于根据本发明的装置来说，基本上可以采用所有适合的可控阀。根据本发明的一个进一步扩展，使用电磁阀作为该阀是尤其有利的。阀体可以通过电磁机构而在打开位置和关闭位置之间调节。还可以设置中间位置，由此允许对供应到工作空间内的压力流体的量进行设定。基本上可以提供任何类型的压力流体，其中压力流体尤其可以是液压油。

类似地，关于测量机构，可以使用用于长度或位置测量的所有适用的传感器，它们尤其可以通过光学式、电容式、电感式、磁式或其它方式进行操作。根据本发明的一个实施例，测量机构尤其有利地是具有线性传感器。如果活塞在壳体内在两个换向点之间线性运动的话，那是特别有利的。

本发明的一个优选的实施例变型在于，测量机构具有狭长的第一测量件，其延伸到工作空间中和活塞内的自由空间中。因此，测量件并非设置在壳体的壁之后，而是直接布置在活塞在内移动的工作空间中。对于特别精密的位置测量来说，狭长的第一测量件伸入到活塞内的相应的自由空间中，其中活塞优选地沿着第一测量件而无接触地滑动。

尤其有利的是，在活塞内的自由空间中还设置了第二测量件，尤其是磁体。这两个测量件相互作用，使得可以实现第二测量件的非常精密的位置确定，因而实现活塞相对于第一测量件、并由此相对于工作空间和壳体的非常精密的位置确定。第一测量件可具有线圈，其中磁体可感生出约4到20ma的电流，用作活塞位置的测量。

基本上，活塞可以在壳体内往复运动，使得活塞不会以其两个端面与壳体的壁接触。这样，该装置可用作所谓的振动发生器。本发明的一个有利的实施例在于，在至少一个换向点处设置有冲击表面，活塞确切地说是撞击在该冲击表面上，以便产生冲击脉冲。基本上，冲击表面可以设置在壳体内的活塞上的两个相对的端面上。然而优选的是，仅设置有一个冲击表面，使得例如可以为冲击钻产生所需要的特定的冲击脉冲。

根据本发明的另一变型，优选的是通过控制单元来设定和调节活塞的频率和/或冲程。为了改变频率，尤其是打开次数和关闭次数，在合适之处，可以通过控制单元来设定液压能量的供应。另外，可以通过可控阀的相应的打开和关闭来改变两个换向点的位置，从而实现活塞的冲程。为此，控制单元优选地具有输入接口，例如输入场。另外，控制单元可以通过操作者从操作单元输入的惯用机器控制来直接促动控制单元。

本发明的另一个优选的实施例变型在于，控制单元具有程序存储器，其中存储了用于控制活塞的不同的控制程序。例如，可以为特定的应用目的而存储特定的控制程序。例如，在一个程序的开始，提供具有小的活塞冲程的高频率，随后在该程序序列中，随着时间的过去活塞的冲程加大而频率减小。可以提供几乎任何数量的不同的程序序列，以控制活塞的频率和冲程。例如，可以提供用于快速推进或特别柔和的驱动过程的程序。另外，可以存储用于特定类型土壤的程序。

本发明包括这样的工程机械，其特征在于设置了用于产生冲击脉冲或振动的上述装置。特别是，该工程机械可以用于地基工程。

根据本发明的一个实施例，尤其有利的是，该工程机械是钻土设备。如果该装置用于产生冲击脉冲，则可以进行冲击钻探。这在穿透较硬的岩石层时是非常有利的。作为备选或附加，该装置可以设计成没有用于产生振动的冲击接触。在具有被旋转式驱动的钻具的钻土设备中，尤其是可以由此实现所谓的过载钻探。在这里，钻具的旋转运动与振荡或摇摆运动相叠加。通过叠加式振动，至少可以在与钻具接触的区域内实现所谓的土地的液化，从而得到改善的钻探过程。

在本发明的另一实施例中，该工程机械是打桩机或振动器。这种打桩机或振动器例如可用于施加钢梁、钢桩或板桩，它们通过冲击脉冲或振动被打入到地内。

根据本发明的方法的特征在于，通过测量机构来检测活塞的位置，并且根据所检测到的活塞位置，控制单元控制至少一个可控阀，由此使得压力流体流入和/或流出工作空间，其中，通过控制单元来控制活塞的运动。

根据本发明的方法尤其可通过上述装置来执行。同样可以实现如上所述的优点。

附图说明

下面通过示意性地显示于附图中的优选实施例来对本发明进行详细的说明。

图1显示了根据本发明的装置。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的装置10，其设计用于产生冲击脉冲。装置10具有包括圆柱形工作空间14的壳体12，大致圆柱形的活塞20以可线性运动的方式支撑于该工作空间14内，使得它可以在两个换向点之间往复式运动。活塞20以液密的方式支撑于壳体12内，并且如该实施例所示的那样，从壳体12的一侧伸出来。活塞20通过自由前表面24撞击相应的冲击表面18，其可以是钻头驱动轴的插入端。

在上方的第一换向点的区域中，在壳体12上设置有用于压力流体源30的第一供应管线31的第一开口15。在下方的第二换向点的区域中，工作空间14通过第二开口16连接到压力流体源30的第二供应管线32。通过可控阀36(在其所示实施例中设计为2/4向控制阀)，这两个开口15和16交替地连接液压源p和泄压箱t。由此，工作空间14内的两个相对的压力腔分别交替地填充压力流体和放空压力流体。结果，活塞20在壳体12内进行所需的往复式运动。

根据本发明，在壳体12设有带有狭长的第一测量件42的测量机构40。该第一测量件42为棒形的设计，并且延伸到工作空间14内以及延伸到与之对应的活塞20内的自由空间22内。在自由空间22的下方区域内，设置有作为第二测量件44的环形磁体。第二测量件44与可动活塞20牢固地连接，而狭长的第一测量件42与壳体12牢固地连接。测量机构40例如设计为感应式线性传感器，其可精确地确定第二测量件44和活塞20相对于狭长的第一测量件42的位置，并因此确定活塞20在工作空间14内的位置。

测量机构40通过线连接50与控制单元50相连，由此，可以传输关于活塞20在工作空间14内的当前位置的模拟信号或数字数据。根据控制单元50的预定的程序或控制逻辑，可控阀36由电磁元件37所促动，使得第一供应管线31与泄压箱t相连而第二供应管线32与压力源p相连，如图中所示。当阀36被控制单元50换向时，压力源p则与第一供应管线31相连，而箱t与第二供应管线32相连。在该阀位置，工作空间14的下方区域将没有压力流体，而工作空间14的上方区域则同时填充有压力流体，在这种情况下，活塞20从上方的第一换向点朝向下方的第二换向点向下运动。当测量机构40确定了在壳体12内已经达到了活塞20的触发点时，可以通过控制单元50来执行阀36的换向，使得通过控制线54来促动可控阀36的电磁元件37，以产生方向的变化。

通过控制单元50中的控制逻辑的相应变化，在两个换向点之间的活塞20的频率和活塞20的冲程可以变化，并且能很容易地设定。