专利名称：减震装置和包括该减震装置的钻机的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的前叙部分的减震装置以及包括该减 震装置的钻机。
背景技术：
在具有钻柱和具有在其远端的钻头的凿岩钻机中，钻柱通过适配 器连接到钻机上，使其与钻机轴向接触而抵靠钻套。在先前公知的具 有旋转方式的冲击钻机中，适配器和钻套之间的接触通常通过钻套接 触抵靠适配器的旋转键槽件的轴端而获得。
所谓的减震活塞作用抵靠从钻柱旋转远离的钻套端部，所述减震 活塞的功能是为了将抵靠岩石的进给力从机壳传送到钻套，并进一步 通过适配器、穿过钻柱传送到钻头，用于钻头接触抵靠岩石。根据先 前公知的技术，减震活塞通过由腔室中的液压流体构成的液压/气动弹 性作用而被预加载，减震活塞经常具有与液压/气动蓄能器的连接。
如果沖击活塞产生的冲击波通过钻柱不能适应于岩石的阻抗，结 果将通过钻柱反射回来。反射常常包括拉应力部分以及压应力部分。 如果岩石相对于冲击波作用力较硬，结果通常是压缩反射，该压缩反 射具有的振幅是输入冲击波的大小的两倍，相反地，如果岩石软或者 如果钻头与岩石的接触较差，将反射具有与输入沖击波振幅基本相同 的拉伸波。
压缩反射沿从钻柱的方向推动钻套和减震活塞，由此液压油被充 注到蓄能器中。然后其中的压力将减震活塞和钻套推压回到初始位置 抵靠机壳内的机械挡块。从而蓄能器中的回弹力提供弹性作用，保护 钻机抵抗高应力和振动。这增加了钻机的工作寿命，而且可能传送更 大的效能。
较老类型的减震系统不能直接处理拉伸反射。岩石中突然的空穴
可以导致钻柱与钻机短时间的分离。这导致无效的钻进。
在所谓的浮动式减震器中，存在流动通过减震腔室的恒定的液压 流体。在这种布置中，如果减震活塞沿钻柱方向通过浮动活塞，减震 器中的压力暂时减小。然后，进给力可以通过沿钻柱方向的机壳位移 来更有效地复位浮动活塞，以便获得与钻柱的更好接触。这种布置的 问题是增加了由需要液压流体的恒定流动而引起的能量消耗。
关于所谓的单减震器，减震活塞被沿着钻进方向致动，在钻进方 向，容积加压到冲击装置抵靠机壳中固定的终点挡块的压力。特别地，在低进给力的情况下，在发生撞击之前，减震活塞和接头适配器(shank adapter)之间已经失去接触。来自岩石的反射冲击波的能量导致减震 活塞在机壳中受到向后的速度，之后在机壳中，随着减震活塞的向前 移动，其以基本相同的速度撞击钻头接头适配器和其终止挡块。在此 运动中，也缺乏将进给力传送给钻柱，从而抗旋转。
在单减震器的变型中，减震活塞环绕浮动活塞而平衡，这由恒定 的油流量确定。本方案允许减震活塞以增加效能消耗为代价，能够跟 随用于增强岩石接触的钻头接头适配器运动。
在所谓的双减震器中，减震活塞具有两个加压区域。这些区域中 的一个区域存在于用作节流减震器的有限容积中，并且当该减震活塞 通过节流槽时，将一定量的反射能量转换成液压油中的热能。双减震 器可以制成环绕浮动活塞而浮动。
如背景技术EP 0856 657 Al和W02004060617 Al中所提到的一样。
总而言之，根据背景技术的减震系统已经引起快速的反作用，而 且在损害某些能量消耗的情况下已经能够获得良好的能量吸收。然而， 更节能的减震装置已经导致减速系统在相对长的时期中使得减震活塞 和适配器之间不接触，导致在相当长的周期中无进给力已被传送给钻 钢，由此在钻柱中不发生接合紧固，而且结果将是无效的钻进。
发明内容
本发明的目的是提供一种减震装置，其中背景技术中的问题将被解决或至少被减小。特别地，该目的是提供既快又节能的减震装置。
该目的通过权利要求1的特征部分的特征而在上述类型的减震装 置中获得。
因此，实现了可以确定第一减震活塞的尺寸使得机壳上的进给力 在该减震活塞的推进位置中能够沿着第二减震活塞的方向向后按压该 第一减震活塞。从而，必要时，第一减震活塞的功能将是跟随钻柱向 前运动以实现钻头接触岩石。这导致与机械的接触和更好的接合紧固 等。
第二减震活塞原则上与传统的单减震器的操作相同。第二减震活 塞所具有的功能是保护机械免受从岩石反射的有害的反射冲击波，其 具有的力使它们能将第 一减震活塞按压到收缩位置，其中两个减震活 塞在钻柱上施加力。该第二减震活塞还具有的功能是达到规定的撞击 位置，以贡献更好的沖击机械动力。
因此，获得了非常多的优点，即，机械被有效地保护免受反射的 沖击波。系统变得更快速，从而机械可以迅速跟随钻柱运动，而且特 别地，适配器向前运动用于获得良好接合紧固。为机械形成几乎明确 的撞击位置，然而，减小了减震装置的能量消耗。
因而，第二减震活塞设置用于沿朝着钻柱的方向对挡块施加压力， 该挡块被布置成固定在壳中，然而，第一减震活塞在推进位置和缩回 位置之间可移动，当从钻柱方向看时，在推进位置中，该第一减震活 塞可以单独地对钻柱施加作用力，而在缩回位置，该第一减震活塞可 以与第二减震活塞协同操作，以便共同地对钻柱施加作用力。特别地，第一减震活塞以及第二减震活塞构造成直接作用于钻柱或通过钻套和 /或接头适配器间接作用于钻柱。优点是获得期望的"串联"作用，这是 由于第一减震活塞被允许以其接触表面轴向地越过第二减震活塞的接 触表面并且以较小的力施加减震作用，直到钻套和/或接头适配器通过 钻柱已经被按压到一个位置，在该位置处钻套和/或接头适配器也已经 进入与第二减震活塞的接触，该第二减震活塞被按压抵靠固定挡块。在钻套和/或接头适配器沿背离钻柱的方向的进一步运动中，将发生两
个减震活塞的减震的协同操作。
在共心定位的根据本发明的减震活塞情况下，在轴向方向上获得 节省空间的优点，这导致整个钻机结构可以被制造得相对短。通过根 据本发明的这种结构，也可能使根据本发明的减震装置没有一个消耗 任何动力，因为依照上述内容，不连续油的流量是必需的。
在本发明的一个优选实施例中，所述第一和笫二减震活塞中的至 少 一 个设有用于吸收已经被反射的能量的节流减震部。这提供了根据 本发明的减震装置的另一个有利功能。特别地，优选的是笫一减震活 塞设有所述节流减震部，该节流减震部用于更大幅度的反射沖击波的 调节减震。
相应的优点在包括这种减震装置的钻机中获得。更多的特征和优 点由更多的权利要求产生，将在下面进行说明。
现在将通过实施例的方式并参照附图来描述本发明，其中
图1沿轴向剖面概略地显示了根据本发明的凿岩机的实施例的细部。
具体实施例方式
在图1中显示了包括外壳部件2的冲击式钻机的细部1，其中， 冲击活塞3本身以先前公知的方式可往复移动。沖击活塞3通过撞击 而作用抵靠钻头接头适配器4的上端，连接到该接头适配器4上的钻 柱元件未显示，而且最远端的钻头未显示。
在沖程接收端表面径向外部的表面上，接头适配器4为钻套5提 供接触表面，依次地，钻套在其另一端由减震装置6致动。
减震装置6包括根据本发明的第一减震活塞7，该第一减震活塞 直接接触抵靠所述钻套5，而且具有压力表面Tl，该压力表面Tl定 位在减震容积(或减震腔室)12的内部。减震容积12通过液压油通 道14与压力源P和液压/气动蓄能器Al连接，通过所述液压/气动蓄 能器Al保持液压油通道14中和减震容积12内部的阻尼压力Pdl。在 一个可选实施例中，至少蓄能器A1被省略。
第一减震活塞7的外部径向地设置有第二减震活塞9，该第二减 震活塞9具有位于减震容积(或减震腔室)12内部的压力表面T2, 而且压力表面T2大于压力表面Tl。
典型地，液压油通道14中的压力是冲击装置的工作压力或者至少 是相对高的压力，容积12可以优选方式连接到冲击装置的供给通道。
第二减震活塞可被以很大的压力压靠其终点挡板。然而，在第一 减震活塞上施加较小的力，因为压力面积Tl比压力面积T2小。
作为一个可选方案，压力表面T1和T2可以被接收在不同的分隔 的减震容积(未示出)中，由此，这些减震容积中的每一个通过液压 油通道与压力源相连通，而且可能与液压/气动蓄能器相连通。当使用 分隔的减震容积时，据此优选相对高的压力，比如冲击装置的工作压 力作用在第二减震活塞9上，然而，相对较低的第二阻尼压力Pd2被 布置成作用在第一减震活塞7上。然而，在分隔的减震容积的情况下， 相同压力也可以致动两个减震活塞。
用附图标记11指示布置在外壳2中的固定挡板，该固定挡板包含 在钻机外壳中沿朝着适配器4的方向轴向固定的终点挡板，其用于第 二减震活塞9。
因此，根据本发明的减震装置6的功能是第二减震活塞9大体上 用作传统的单减震器。因此，通过在减震容积12中占优势的压力，该 第二减震活塞被以很大的作用力推压而抵靠该终点挡板。由此可能实 现如下功能 一方面是当将第一减震活塞推压到缩回位置时，保护机 械免受从岩石反射的有害的反射冲击波；另一方面是获得钻机的沖击 装置的明确沖击位置。
第一减震活塞7在减震容积12中被加压而具有一定的压力，使其 通过一作用力而被致动，该作用力通过计算减震容积Tl的面积或所 述一定压力的大小而选定，在操作中，使得作用在钻机外壳上的进给 力具有向前推压钻机外壳的能力，而且由此第一减震活塞7相对钻机 外壳向后运动，直到第二减震活塞9也达到接触抵靠钻套5。这是图1 所示的位置。
随着钻套经过图1中的位置轴向运动到右侧的运动，如上述描述，
第一减震活塞7和第二减震活塞9两者将形成协同操作的减震。
必要时，第一减震活塞的任务是快速跟随接头适配器向前运动， 从而保持与元件的接触，以便获得钻柱中更好的接合紧固。
根据本发明的结构的主要优点是根据本发明的减震装置6不需要 任何连续油流动，而且从而不消耗任何相应的动力。
因此，根据本发明的减震系统实现了消除或减小背景技术的缺点， 而且同时产生下列优点保护机械免受从岩石反射的冲击波的损害。 当需要在接头适配器之后向前运动时，系统快速随动并且提供有效的 接合紧固的可能性。系统可能具有事实上明确的沖击位置并且节能。
前进位置是第一减震活塞从图1所示的位置沿着钻进方向移动而 且可以单独对钻柱施加作用力的位置。缩回位置是第一减震活塞从图 1所示的位置沿着与钻进方向相对的方向移动而且第一和第二减震活 塞可以一起对钻柱施加作用力的位置。
在根据图的实施例中，第一减震活塞7具有向外定位的台阶13， 该台阶进入相关减震容积15，用于形成能量吸收的节流减震部。这是 一个可选的布置。根据本发明，当是这种情况时，省略这样的节流减 震部。
为了冷却由反射的沖击波能量转化而成的热，也根据一种可选布 置，该部分通过具有液压油流形式的微小的泄漏流的公共通道14供 料，这允许泄漏通过邻接元件的适当尺寸的槽而且最终通过用于冷却 相关零件的泄漏通道19和20而泄漏。泄漏流通过减震活塞之间的较 小的槽以及减震活塞和外壳插入件18之间的较小的槽。
如图1所示的一个重要方面是两个减震活塞都直接作用在钻套5 上而且还在其操作区域中相互独立。这意味着它们在减震操作过程中 不会相互干扰。通过第一减震活塞7以随其接触表面16轴向移动超过 第二减震活塞19的接触表面17并且用较小的力施加其减震效果，直 到钻套通过钻柱的作用已经被推压到图中所示的位置来实现期望的 "串联"效果，在该位置处，钻套也已经接触第二减震活塞，该笫二减
震活塞被推压抵靠固定挡板ll。随着钻套沿着背离钻柱方向的进一步 运动，用两个减震活塞导致减震的协同操作。
不排除本发明在下列权利要求范围内的修改。由此，可不同地构 造所包含的元件，例如，使第一和第二减震活塞二者中的每一个都设 有用于能量吸收的节流减震部。可以预见到减震活塞的更多改变，例 如，第一减震活塞完全地或部分地围绕第二减震活塞。
活塞装置的效面积和容积适合本申请应用中通用的要求。因此， 要考虑比如钻机的不同零件的实际尺寸、压力水平等参数。
在沖击产生单元的背景技术中已经以具有往复的可移动冲击活塞 的冲击装置的形式描述了本发明。然而，本发明还可适用于包括其他 类型的冲击产生器的钻机，比如无活塞的冲击机械，其通过比如非常 快地在压力下将液体引入腔室的不同方法在钻柱中产生冲击，所述方 法包括传送方法、预加负载和突然地释放比如金属杆等元件。
权利要求
1.用于插入冲击产生钻机的外壳中的减震装置，用于衰减从连接到钻机上的钻柱反射的冲击波，所述减震装置包括第一减震活塞(7)，第一减震活塞(7)用于直接或间接地作用在钻柱上并且用于沿钻柱方向施加压力，其特征在于，第二减震活塞(9)，其用于沿朝着钻柱的方向施加压力而抵靠设置在外壳中的固定挡板(11)，其中，当沿着钻柱方向看时，第一减震活塞(7)能够在前进位置和缩回位置之间移动，其中，在前进位置，所述第一减震活塞(7)能够单独对钻柱施加作用力，在缩回位置，该第一减震活塞(7)能够与第二减震活塞(9)协同操作从而一起对钻柱施加作用力，而且其中，第一减震活塞以及第二减震活塞适用于直接作用于钻柱或通过钻套(5)和/或接头适配器(4)而间接作用于钻柱。
2. 根据权利要求l所述的减震装置，其特征在于，所述第一减震 活塞(7)和第二减震活塞(9)布置成使得其中一个至少部分围绕另 一个。
3. 根据权利要求1或2所述的减震装置，其特征在于，至少所述 第一和第二减震活塞中的一个包括用于能量吸收的节流减震部(13、 15)。
4. 根据前述权利要求的任一项所述的减震装置，其特征在于，所 述减震装置在操作中适用，使得由所施加的压力产生的并作用在第一 减震活塞(7)上的力小于由所施加的压力产生的并作用在第二减震活 塞(9)上的力。
5. 根据权利要4所述的减震装置，其特征在于，设计用于施加压 力的第一减震活塞上的压力表面(Tl)的面积小于设计用于施加压力 的第二减震活塞上的压力表面(T2)的面积。
6. 根据前述权利要求的任一项所述的减震装置，其特征在于，所 述压力表面(Tl)和压力表面(T2)定位在一个公共腔室中。
7. 根据权利要求l-5的任一项所述的减震装置，其特征在于，所 述压力表面(Tl)和压力表面(T2)的每一个定位在分隔的腔室中。
8. 根据前述权利要求的任一项所述的减震装置，其特征在于，使 用过的液压介质从沖击产生单元被传递到减震装置中。
9. 根据前述权利要求的任一项所述的减震装置，其特征在于，减 震活塞的导向装置构造有允许较小的冷却泄漏流的较小的槽。
10. 根据前述权利要求的任一项所述的减震装置，其特征在于， 所述减震活塞在它们的工作区域中相互独立。
11. 在外壳内带有冲击产生单元的钻机，所述钻机包括根据权利 要求1-10所述的任一项的减震装置。
12. 根据权利要求11所述的钻机，其中所述沖击产生单元包括可 往复移动的冲击活塞。
全文摘要
一种用于插入冲击产生钻机的外壳中的减震装置，用于衰减从连接到钻机上的钻柱反射的冲击波，其中，第一减震活塞(7)用于直接或间接地作用于钻柱并且用于沿钻柱方向施加压力，第二减震活塞(9)用于朝着与钻柱的方向施加压力而抵靠设置在外壳中的固定挡板(11)，其中，第一减震装置(7)和第二减震装置(9)设置成协同操作，用于在某一相对位置处对钻套或接头适配器的接合紧固作用。本发明也涉及钻机。
文档编号B25D17/24GK101346527SQ200680048546
公开日2009年1月14日 申请日期2006年12月6日 优先权日2005年12月22日
发明者佩尔·埃尔克·拉尔森, 托马斯·厄斯特林 申请人:阿特拉斯科普科凿岩机股份公司