专利名称：脉冲发生器和用于切削工具的冲击机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于切削工具、例如岩石破碎工具的沖击发生器 中的脉冲发生器以及包括脉沖发生器的沖击机械。
背景技术：
在带有沖击机构的传统机械中，使用靠气动或液压在推进腔中前 后移动的活塞，其中，活塞直接地或经由例如钎尾间接地冲击钢钎的 端部，钢钎又经由钻头支承在岩石上。应力脉沖在与岩石接触时产生 力，使岩石裂开。
已经改进了岩石破碎机械，与带有冲击机构的传统机械相比，其 具有不在推进腔中往复移动的活塞，用于传递沖击力，这引发增加冲 击频率的可能性。
WO2005/002801显示了一种沖击装置，例如凿岩机，其中，通过 将压力流体供给至沖击装置并从沖击装置排出，工具借助于沖击装置 产生应力脉冲。供给至冲击装置的压力流体向冲击装置中的工作室脉 动。
如果人们在上述类型装置中想使工具中产生的应力脉冲能量适用 于需要对岩石作业的能量，其可以改变供给给沖击装置的压力水平。 但是，泵和软管限制了可以改变的压力范围。
发明内容
本发明是通过在用于岩石破碎工具的冲击发生器中布置脉沖发生 器来解决适应输送脉沖中的能量的问题的，所述脉沖发生器设计成将 来自推进装置的能量转换成工具中的沖击，其中脉沖发生器包括具有 至少一个活塞缸的可旋转缸筒，在所述活塞缸中布置有至少一个活塞， 所述活塞布置成在缸筒旋转期间压缩流体，以及缸筒布置成，在活塞 的排放位置，经由至少一个导向活塞缸的孔将流体排放至推进腔，以
便在工具中产生冲击。
通过包括权利要求1中所述特征的脉冲发生器，可以以简单的方 式实现能够改变工具所输送的脉沖能量的冲击发生器的优点。
下文将更加详细地描述本发明，参见附图，其中 图1示意性显示了沖击发生器的第一实施例的纵剖面， 图2示意性显示了图1冲击发生器中的脉冲发生器的第一实施例 的纵剖面，
图3显示了带有孔的阀盘，
图4显示了带有低压通道、孔和活塞缸的缸筒，和 图5-8显示了阀盘，在图5-8中，缸筒在不同的相对位置上支承 在阀盘后面并抵靠阀盘。
具体实施例方式
图l示意性显示了冲击发生器2的第一实施例的纵剖面，其包括 带有用于接收增压流体容积8的推进腔6的外壳4和接收在推进腔6 中的冲击活塞10,其中沖击活塞10布置成将流体容积8中的压力峰 值直接或间接转换成工具12中的冲击。如果沖击活塞10邻近工具12 布置，则直接转换冲击，但是也可以经由例如中间适配器16间接地转 换冲击。在图中，所示的推进腔6处于其中流体容积8压力如此低以 致于沖击活塞10位于在其不工作位置的位置。例如，通过用空气或流 体对与推进腔6 —侧相对的冲击活塞10 —侧上的腔9进行加压，或者 通过在该空间布置一弹簧(未显示)，或者通过向前靠着岩石移动带有 安装在其上面的冲击发生器2的整个钻机，在这样的情况下，可布置 阻尼器26以调节其不工作位置，实施沖击活塞10至不工作位置的回 程运动。任选地，可在推进腔6中布置一台肩(未显示)作为止动件， 但是，这在获得大的反射的那些情况下可能比较困难。另一个可想得 到的技术方案是使用沖击活塞10作为系统中用于阻尼反射的部分和/ 或作为系统中用于不工作位置回复的部分。在图中还显示了脉沖发生 器18，所述脉冲发生器18由推进装置14经由推进机构20驱动，所
述推进机构20优选是一驱动轴。推进装置14可以布置在冲击发生器 2的外部，但是其优选布置在冲击发生器2内部，所述沖击发生器2 可以是例如钻孔机械。推进装置14可以由例如电力驱动或液压驱动， 即，推进装置可以是例如电动机或液压马达。对于凿岩，沖击发生器 2可以利用例如液压流体或钻孔冲洗水经由冲击发生器2的外壳4中 的通道或经由在沖击发生器2的外壳4外部布置的软管等(未显示) 冷却。此外，如果推进装置14为液压驱动，则使用如图所示的导向推 进装置14的通道22和从推进装置14导出的通道24。从推进装置14 导出的通道24连接于低压侧25 (低侧)。如果推进装置14由电驱动， 这些通道22、 24可由位于通道22、 24中的电线代替。
如果推进装置14由机械驱动，即如果推进装置例如是机械齿轮， 例如齿轮传动装置，则这些通道22、 24替换成驱动轴(未显示)。
如果脉冲发生器18由液压驱动，如图所示，脉冲发生器18的低 压侧25可以连接到液压推进装置14的低压侧25，并与位于与推进腔 6侧相反的沖击活塞10 —侧的腔9相连。
图2示意性显示了图1冲击发生器2中的脉沖发生器18的第一实 施例的纵剖面，其中脉沖发生器18包括带有至少一个活塞缸30、优 选多于一个活塞缸30的旋转缸筒28和至少一个活塞32、优选多于一 个活塞32。脉冲发生器18还包括阀盘34和优选布置成倾斜盘38的 倾斜面。如图所示，脉沖发生器延伸在阀盘34和倾斜面38之间。活 塞缸30的数量因而是任意的，但必须为至少一个。但是，下文首先例 如仅仅使用一个活塞缸30和一个活塞32来例证脉冲的产生，其中活 塞缸30和活塞32优选具有、但不一定必须具有圆形的横截面。因而， 如图1以及如图2所示的沖击发生器2、优选为液压的脉冲发生器18 借助于活塞32的压缩在至少一个活塞缸30中建立局部压力水平。各 压力峰值能量由活塞缸30中的压缩程度确定。相对于沖击发生器2 的外壳4固定的阀盘34经由其中布置的一个或多个孔36调节在推进 腔6与缸筒28中连接在活塞缸30上的孔31之间的一个或多个通道以 及在推进腔6与低压侧25之间的一个或多个通道(见下文)。当活塞
缸32由于活塞32朝着活塞缸30中限定的容积运动而被压缩时，活塞 缸32中限定的流体被迅速排向推进腔6，由此排向遭受压力脉冲的沖 击活塞IO。排放之后，推进腔6连接于低压侧25 (参见下文)。只要 活塞缸30中的活塞32减少活塞缸30的容积，就可以通过引入阀盘 34上的多个孔36在推进腔6中形成更多的压力脉冲。每次排放时， 推进腔6与低压侧25之间的通道关闭(参见下文)。当活塞32执行活 塞缸30中的容积增加时，除在脉冲排向冲击活塞10时的短时间之外， 从活塞缸30到低压侧25的连接经由阀盘34上通向推进腔6的孔36 以及推进腔6与低压侧25之间的孔开启。
活塞32的运动是准确的且已知的，优选为正弦形状——参见下 文。阀盘34上孔36的位置和活塞32在活塞缸30中的活塞冲程确定 可在活塞缸30中实现的压缩。活塞32的活塞冲程可以例如利用倾斜 盘38改变，所述倾斜盘38改变活塞缸30中的压缩程度，由此可控制 脉沖能量。根据缸筒28的转速，确定脉沖频率，缸筒28的转速由推 进装置14控制。因而，脉冲能量与脉沖频率之间没有联系。如果脉冲 发生器18由布置在与脉冲发生器18同一轴42上的液压马达形式的推 进装置14驱动，可由液压马达中的流量确定转速。所使用的进给液压 马达的尺寸(排量)确定需要向马达进给多大的压力和流量。马达可 适用于例如钻机中的可用压力水平和流量水平。如果马达是可变的， 则在钻机中的压力水平和流量水平方面，可以获得灵活的沖击发生器 2，即钻孔才几械。
图2显示了优选布置成倾斜盘的倾斜面38，活塞32经由滑动支 撑件40支承在所述倾斜面38上。可能需要将滑动支撑件靠着倾斜盘 保持在活塞力较小的那些位置的装置39。当缸筒28以及活塞缸30绕 缸筒28的旋转轴42旋转时，活塞32执行正弦形运动。旋转半圏时， 活塞32移动至左边，并压缩所限定的流体，或者传送流动脉冲至推进 腔6。旋转第二半圏时，活塞32移动至右边，然后经由推进腔6连接 于低压侧25 (下侧)(除在推进腔6中形成脉沖时的短时间之外—— 参见下文)。
图3-8显示了相对于冲击发生器2的外壳4固定的阀盘34的实施例。
图3显示了带有七个孔36、 41、 43、 45、 42、 48、 50的阀盘34， 这些孔形成缸筒28与推进腔6之间的通道。
图4显示了在该实施例中带有八个低压接头54、 56、 58、 60、 62、 64、 66、 68和八个孔31、 72、 74、 76、 78、 80、 82、 84的釭筒28， 这些孔31、 72、 74、 76、 78、 80、 82、 84各通向缸筒28中的独立活 塞釭30、 86、 88、 90、 92、 94、 96、 98。活塞32、 87、 89、 91、 93、 95、 97、 99各位于独立活塞缸30、 86、 88、 90、 92、 94、 96、 98中。
图5-8显示了阀盘34，在图5-8中，缸筒28支承在阀盘34后面 并抵靠阀盘34。缸筒28旋转至图中的左边，而阀盘34可移除地固定 在其位置上。在缸筒28旋转期间，在阀盘34左半边进行压缩，如上 所述在阀盘34右半边进行膨胀。在如图5-8所示的实施例中，位于独 立活塞缸86、 88、 90、 92中的四个活塞87、 89、 91、 93相互协作。 通过若干活塞相互协作同时排放，在产生的脉冲中获得更多能量。任 选地，活塞缸可以一次一个地排放，这可以在产生的脉冲中提供较小 能量，但另一方面具有较高的脉沖频率。
图5显示了阀盘34和处于某一位置的缸筒28，在该位置，用于 四个相互协作的活塞87、 89、 91、 93的活塞缸86、 88、 90、 92在进 行压缩之后排出至推进腔6，并在推进腔6中建立压力脉冲。可以看 到，朝向缸筒28的低压通道54、 56、 58、 60、 62、 64、 66、 68的八 个孔刚刚开启在阀盘34和缸筒28之间，使推进腔6连接到低压侧25。
图6显示了阀盘34和处于某一位置的缸筒28，在该位置中，阀 盘34中的三个孔41、 43、 45关闭，它们被缸筒28的壁阻断，由此压 缩位于阀盘34左半边后面的活塞缸30、 86、 88、 90中的流体，同时， 此刻，其中流体膨胀的活塞缸经由缸筒28中的低压通道54、 56、 58、 60、 62、 64、 66、 68、推进腔6以及各自的孔78、 80、 82、 84连接于 寸氐压2侧5。
图7显示了处于与图6所示相类似的压力状态下的阀盘34和缸筒
28，不同之处在于，图7中的缸筒28比图6中稍微旋转了一点儿。
图8显示了阀盘34和处于四个相互协作的活塞即将在推进腔6 中刚建立压力脉冲之前的位置的缸筒28。阀盘34上的全部七个孔41、 43、 45、 42、 48、 50、 52以及在阀盘34与缸筒28之间朝向釭筒28 的低压通道54、 56、 58、 60、 62、 64、 66、 68的全部八个孔在该位置 被缸筒28的壁阻断，以便使推进腔6中的压力脉沖达到最大，而不会 由于泄漏流量或位于阀盘34右侧后面的活塞的压缩而损失。因而，阀 盘34在该位置隔离了推进腔6和低压侧25。如果全部的泄漏流量都 引向低压侧25,流体不一定供给给脉沖发生器18，这导致脉沖发生器 可以以闭合回路工作。但是，如果证明是适当的，完全可以布置流体 循环，以便实现沖击发生器的足够冷却。 一气体存贮器(未显示)可 布置在低压侧25上，以便平衡在减压推进腔6时出现的急速流动脉沖。 上文利用阀盘描述了本发明。也可以想到，在缸筒上布置径向孔， 这些孔经由通道导向推进腔。
活塞优选具有相配的已知类型的排泄孔和/或排泄通道(未显示) 以便进行冷却和润滑。在流体容积即液体容积中，可以接收选自例如 组水、硅油、液压油、矿物油和不可燃液压流体中的流体，但其他 流体也是可以想到的。推进腔优选具有圆形横截面。脉沖发生器缸与 推进腔的横截面面积优选对称地分布，但也可以非对称地分布。冲击 发生器设计成能被旋转驱动。活塞由倾斜盘和装置39强制操作，以便 向内和向外运动。优选地，倾斜盘的倾斜在操作期间可手动或自动调 节。
由此，本发明涉及一种用于岩石破碎削工具12的冲击发生器2 中的脉沖发生器18，所述脉冲发生器18用来将来自推进装置14的能 量转换成工具12中的沖击，其中脉冲发生器18包括具有至少一个活 塞缸30、 86、 88、卯、92、 94、 96、 98的可旋转釭筒28，在所述活 塞缸30、 86、 88、 90、 92、 94、 96、 98中布置有至少一个活塞32、 87、 89、 91、 93、 95、 97、 99,所述活塞32、 87、 89、 91、 93、 95、 97、 99布置成在缸筒28旋转期间压缩流体29，缸筒28布置成在活
塞32、 87、 89、 91、 93、 95、 97、 99的排放位置，经由至少一个通向 活塞缸的孔31、 72、 74、 76、 78、 80、 82、 84将流体29排至推进腔 6，以便在工具12中产生沖击。
冲击机械目的是用于例如用于凿岩的钻机。
在下列权利要求的范围内，可以组合在此所述的不同任选实施例 中所提及到的那些特征。
权利要求
1.用于切削工具(12)的冲击发生器(2)中的脉冲发生器(18)，所述脉冲发生器(18)用来将来自推进装置(14)的能量转换成工具(12)中的冲击，其特征在于，脉冲发生器(18)包括具有至少一个活塞缸(30，86，88，90，92，94，96，98)的可旋转缸筒(28)，在所述活塞缸(30，86，88，90，92，94，96，98)中布置有至少一个活塞(32，87，89，91，93，95，97，99)，所述活塞(32，87，89，91，93，95，97，99)布置成在缸筒(28)旋转期间压缩流体(29)，缸筒(28)布置成在活塞(32，87，89，91，93，95，97，99)的排放位置，经由至少一个通向活塞缸的孔(31，72，74，76，78，80，82，84)将流体(29)排至推进腔(6)，以便在工具(12)中产生冲击。
2. 如权利要求1所述的脉沖发生器(18)，其特征在于，一阀盘(34) 上的至少一个孔(41,43,45,42 )布置成，在活塞(32，87，89，91，93，95，97，99 ) 的排放位置，承接在通向活塞缸的至少 一 个孔(31，72，74，76，78，80，82，84 )上，并形成缸筒(28)与推进腔(6)之间 的通道，缸筒(28)布置成能够相对于所述阀盘(34)旋转。
3. 如权利要求1所述的脉沖发生器(18)，其特征在于，缸筒(28) 的至少一个通向活塞釭的孔(31，72，74，76，78，80，82，84 )径向布置，在 活塞 (32，87，89，91，93，95,97，99 ) 的排》文位置，所述孔(31，72，74，76，78，80，82，84 )布置成承接在缸筒(28)和推进腔(6)之 间的通道上。
4. 如权利要求1、 2或3中任一所述的脉冲发生器，其特征在于， 如果活塞(32，87，89，91，93，95，97，99)布置成同时排方文。
5. 如权利要求1、 2或3中任一所述的脉冲发生器，其特征在于， 活塞(32，87，89，91，93，95，97，99 )布置成一次一个地排方文。
6. 如上述权利要求中任一所述的脉沖发生器，其特征在于，脉沖 发生器(18)还包括倾斜面(38)，至少一个活塞(32，87，89，91，93，95，97，99 )布置成在缸筒(28)旋转期间抵靠在倾斜面(38)上。
7. 如权利要求6所述的脉冲发生器，其特征在于，倾斜面(38) 为倾斜盘。
8. 如权利要求7所述的脉沖发生器，其特征在于，活塞经由一滑 动支撑件(40)支承在倾斜盘(38)上。
9. 如权利要求7或8所述的脉沖发生器，其特征在于，倾斜盘(38 ) 布置成是能够调节的，由此改变活塞(32，87，89，91，93，95，97,99 )的活 塞冲程，这改变了活塞缸(30，86，88，卯，92，94，96，98)中的压缩程度， 由此控制脉沖能量。
10. 如上述权利要求中任一所述的脉冲发生器，其特征在于，脉沖 发生器(18)由液压驱动，脉冲发生器(18)的低压侧(25)连接于 液压推进装置(14)的低压侧(25)。
11. 如权利要求1-10中任一所述的脉冲发生器，其特征在于，脉沖 发生器(18)由电力驱动。
12. 如上述权利要求中任一所述的脉沖发生器，其特征在于，脉沖 发生器(18)的脉沖频率由缸筒的转速确定。
13. 如上述权利要求中任一所述的脉沖发生器，其特征在于，脉冲 发生器(18)和推进装置(14)布置在同一轴(42)上。
14. 如上述权利要求中任一所述的脉沖发生器，其特征在于，在流 体容积中接收选自例如组水、硅油、液压油、矿物油和不可燃液压 流体中的流体。
15. —种冲击机械，其特征在于该冲击机械包括上述权利要求中 任一所述的脉沖发生器(18)。
全文摘要
本发明涉及一种用于切削工具(12)的冲击发生器(2)中的脉冲发生器(18)，所述脉冲发生器(18)用来将来自推进装置(14)的能量转换成工具(12)中的冲击，其中脉冲发生器(18)包括可旋转缸筒(28)，所述缸筒(28)包括至少一个活塞缸(30，86，88，90，92，94，96，98)，在所述活塞缸(30，86，88，90，92，94，96，98)中布置有至少一个活塞(32，87，89，91，93，95，97，99)，所述活塞(32，87，89，91，93，95，97，99)布置成在缸筒(28)旋转期间压缩流体(29)，以及缸筒(28)布置成，在活塞(32，87，89，91，93，95，97，99)的排放位置，经由至少一个通向活塞缸的孔(31，72，74，76，78，80，82，84)将流体(29)排放至推进腔(6)，以便在工具(12)中产生冲击。本发明还涉及一种包括冲击发生器(2)的冲击机械。
文档编号E21B1/00GK101341005SQ200680048318
公开日2009年1月7日 申请日期2006年12月8日 优先权日2005年12月22日
发明者M·彼得松 申请人:阿特拉斯科普科凿岩机股份公司