用于撞击装置的缓冲装置、撞击装置、凿岩机以及在凿岩机中缓冲的方法

摘要

一种缓冲装置，该缓冲装置用于具有击打方向(R)的凿岩机(1)的撞击装置，该缓冲装置包括用于靠在待被该撞击装置驱动的工具沿轴向方向作用的缓冲活塞(8)，其中，该缓冲活塞(8)设置有活塞部分(6)，该活塞部分(6)被接纳在缓冲室(7)中，该缓冲室连接有包括供给导管(14)的缓冲流回路，并且其中，该缓冲室连接有出口导管(15)。所述供给导管(14)中设置有能够对缓冲流回路中的缓冲流进行控制的缓冲流调节器(10)，以及设置有将控制信号发射至缓冲流调节器(10)以调节所述缓冲流的控制装置(11)。本发明还涉及一种撞击装置、凿岩机和方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于凿岩机的撞击装置的缓冲装置，该缓冲装置 包括被接纳在缓冲室中的缓冲活塞，包括供给导管的缓冲流回路连接 至该缓冲室，并且其中，出口导管也连接至该缓冲室。本发明还涉及 一种缓冲的方法、撞击装置和凿岩机。

背景技术

用于凿岩机的撞击装置的缓冲装置的目的实质上在于保护凿岩 机和钻钢免受在钻凿期间发生的有害的反射冲击波的影响。缓冲装 置还旨在通过在钻凿期间确保岩石接触来提供用于将钻钢的进给力 传输至岩石的增强的性能。

先前从US 4,993,504已知一种用于撞击式机器的缓冲装置，该 缓冲装置包括连接至储蓄器的第一室以及用于缓冲从钻钢发出的反 射的第二室。缓冲活塞通过紧密配合被引入到第二室中，使得来自 岩石的反射通过在活塞沿与击打方向相反的方向移动时将液体压出 穿过形成在活塞与机器壳体之间的缝隙来缓冲。通常单向阀可以设 置在室之间并且定向成使得在活塞从第二室移出时允许液体流从第 一室到第二室。

先前还已知所谓的浮动式缓冲器，其中，缓冲活塞在冲击之前 意在定位于所谓的浮动位置中，缓冲活塞可以绕所谓的浮动位置沿 冲击方向、及与其相反的方向移位。其中设置有缓冲活塞的缓冲室 连接至储蓄器并且先前已知代表性的这类缓冲器用作液压弹簧，其 中，实际上不存在用于实现对从钻凿中发出的反射进行真正缓冲的 值得提及的能量的接收或消耗从而产生不期望的震荡系统。

本发明旨在提供对所提及的缓冲装置的进一步改善，其通常看 来会导致撞击装置的更大的挠性以及从而更加有效的钻凿的状况。

发明内容

如最初描述的关于本发明的这些目的通过下述的缓冲流调节器 和控制装置来实现，该缓冲流调节器能够对设置在所述供给导管中 的缓冲流回路中的缓冲流进行控制，控制装置设置成将控制信号发 射至缓冲流调节器以调节所述缓冲流。在此，缓冲器的性能可以被 有效地修正并且在例如不同的钻凿阶段期间被调整至当前的条件。

然而，根据本发明的最重要作用以及对正常钻凿而言可能最具 重要性的是通过本发明实现在正常钻凿期间实际地得到预期的缓冲 流量。

如果例如8l/min的缓冲流量为用于所讨论的钻机的预期的标准 流量，则通过本发明确保该流量作为缓冲流量被真正地得到，这与 根据背景技术的钻机形成对照，在根据背景技术的钻机中，实际上， 可以实现某一缓冲压力，但是缓冲流量会极大地变化，使得钻机在 不同的情形期间不会充分地达到其潜力。

作为另一示例，本发明产生显著的能源节省，即能够在低效钻 凿阶段期间与在打眼阶段期间以及在松弛岩石中钻凿期间一样减小 缓冲流量。在此，所获得的优势在于，避免了在将缓冲活塞按压到 浮动位置中以能够开始钻凿期间克服通常的相对重要的空载缓冲压 力的需要。作为示例，可以提及的是，可能需要高达1/3的进给力 的力以在正常的完全钻凿期间克服所述压力。

另外非常必要的是，在不存在主动钻凿时能够在所有情形下彻 底地关掉缓冲流。

本发明还给出了下述可能性：在钻柱的整体重量影响缓冲时在 需要更好效果的情形——例如可能在向上钻凿期间——下，将缓冲 流量增大至用于“正常钻凿”的正常值以上。在所增大的缓冲流量 是值得关注的且理想的时的另一种情况是在钻机的起动期间，其中， 更大的缓冲流量有助于有效且快速地使钻机加温，从而使该钻机可 以更快速地投入操作中并且从一开始便具有更多的可保护性能。另 外，在利用钻机定标(scaling)期间，大的缓冲流量通常是理想的。

此外，通过本发明，缓冲功能将更加独立于液体中粘度的改变、 以及独立于在钻凿过程期间可能改变的对于缓冲的其他操作性条 件。

提供将针对缓冲流回路中的理想缓冲流的控制信号发射至缓冲 流调节器的控制装置，使操作者犯可能会负面地影响钻凿的错误的 风险最小化，并且能够使包括缓冲装置的系统精准地适应于不同的 钻凿阶段中的操作条件。

这些优势在下述情况下更突出：在传感器设置用于感测与缓冲 流相关的参数时，以及在控制装置设置成接收来自所述传感器的信 号以发射所述控制信号，从而在钻凿过程期间进行测量和调整时。 特别地，优选的是，控制装置设置成控制缓冲流调节器以如在钻凿 阶段中看到的保持恒定或基本恒定的缓冲流量。

适当地，传感器为设置成感测缓冲流调节器的下游处的供给导 管中的压力的压力传感器，其中，缓冲流量基于感测压力设定。还 可以检测入口流动导管中的缓冲流量自身以用于调节。不排除的是， 另外其他的参数可以经受感测。

优选地，控制装置能够手动设定成用于将设定缓冲调整为在下 述中的至少一者中操作：打眼模式、定标模式、高效钻凿模式(向 上钻凿；加热模式)、低效钻凿模式和正常钻凿模式。

在此设置成：缓冲流量参数根据用于相应的钻凿或应用阶段的 特定情形的当前条件进行设定。通常，由于更大的流量要求出口通 道/浮动孔更敞开，因而改变的缓冲流量影响浮动位置，其中，缓冲 活塞假定位于钻机壳体中“更向前”的位置；反之亦然。所改变的 位置又由于缓冲活塞的位置影响节流缝隙长度而影响缓冲。

改变的流量通常与不同情形中的缓冲器的位置及所需的进给力 相关。在钻头于已经做出无岩石接触的空载冲击之后碰击岩石的钻 凿程序中，更大的流量还给予稍微更快的反应并且在缓冲器中更快 地形成压力。

适当地，缓冲流调节器为压力补偿比例流量调节阀。

适当地，出于压力平化的目的，缓冲室连接有储蓄器。

优选的是，出口导管中设置有用于对离开缓冲室的压力流体进 行节流的出口节流部。最优选的是，出口节流部通过所述控制装置 有可能可调整地控制。

在操作中，在出口导管通向缓冲室的区域中，会在缓冲活塞与 径向地位于外侧的圆筒形的环形表面之间建立起节流缝隙。出口导 管在此通向缓冲室中同时形成至少一个浮动孔以用于建立缓冲活塞 的浮动位置，其中，设置成在缓冲活塞的活塞部分上的径向最向外 的控制边缘与所述至少一个浮动孔之间建立浮动孔节流部。

在本发明的优选的方面中，缓冲活塞还包括用于与第二环形缓 冲室协作的第二活塞部分。在此，缓冲功能实质上被增强并且被提 供以双缓冲器的性能。

本发明还涉及一种撞击装置、凿岩机以及包括如上述的相应的 特征和优势的方法。

在本发明的方法中：缓冲流通过设置在所述供给导管中的缓冲 流调节器进行调节，并且控制信号通过控制装置被发送至缓冲流调 节器以调节所述缓冲流。

优选地，与缓冲流相关的参数通过传感器感测，其中，控制装 置接收来自所述传感器的信号以用于发射所述控制信号。

适当地，缓冲流调节器被控制以保持如在钻凿阶段中看到的恒 定或基本恒定的缓冲流量。

优选地，传感器感测缓冲流调节器下游处的供给导管中的压力。

优选的是，控制装置设定成将设定缓冲调整为在下述中的至少 一者中操作：打眼模式、定标模式、高效钻凿模式(向上钻凿；加 热模式)、低效钻凿模式和正常钻凿模式。

适当地，离开缓冲室的压力流体通过出口导管中的出口节流部 进行节流。在某种程度上，这使得有助于测量缓冲压力。根据本发 明的缓冲流调节器的精确控制在保持充分地确保的缓冲流量的同时 给出了减小节流程度的可能性。

本发明的另外的特征和优势将在参照附图给出的下面的详细描 述中进行说明。

附图说明

现在将参照附图通过实施方式对本发明进行更加详细地描述， 其中：

图1和图2分别以立体图和轴向剖面示出了根据本发明的钻机，

图3以局部剖面示意性地示出了根据本发明的缓冲装置，以及

图4示意性地示出了用于图示根据本发明的方法的框图。

具体实施方式

图1和图2分别以立体图和轴向剖面示出了根据本发明的凿岩 机1，其中，2指示凿岩机的壳体并且3指示用于连接至钻钢以形成 钻柱的柄杆转接件。

通常，凿岩机1设置有用于在柄杆转接件3上进行间歇击打作 用的撞击活塞4。靠着柄杆转接件3还施加有钻套5，钻套5以本身 已知的方式在缓冲活塞8的辅助下沿击打方向被按压。缓冲器的目 的在于例如接纳并缓冲在钻凿期间发生的反射冲击波。由于撞击活 塞的击打，在某些操作情况下，根据例如岩石的特性会发生趋于沿 与击打方向R相反的方向驱动柄杆转接件的冲击波反射，所述冲击 波反射经由钻衬套传输至缓冲活塞。

除缓冲装置以外，凿岩机1为常规的类型，并且因此在此将对 凿岩机1的其他部件不进行更详细地描述。

图3中更加示意性地示出了根据本发明的缓冲装置的功能。撞 击活塞4沿击打方向R靠着柄杆转接件3操作并且位于被所述钻套 5围绕的冲击端部的区域中，所述钻套5在壳体2中的圆筒形空间 中能够轴向地移动。因此，钻套5设置成通过缓冲活塞8被压靠着 柄杆转接件3，缓冲活塞8同样地被接纳在壳体2内侧的圆筒形空 间中。在此形成有设置成与第一活塞部分6协作的第一环形缓冲室 7。17指示与第二活塞部分20协作的第二环形缓冲室。

缓冲活塞8还设置有延伸的活塞部分8’，出于引导的目的，该 延伸的活塞部分8’与壳体2的对应的圆筒形部分协作。

呈泵9的形式的缓冲流源(在本实施方式中，可以存在其他变 型)经由用于缓冲流的供给导管14连接至第一环形缓冲室7，由此， 所述供给导管14中设置有缓冲流调节器10。其目的在于确保在缓 冲流回路中获得期望的缓冲流量，该缓冲流回路包括供给导管14、 所述第一环形缓冲室和所述第二环形缓冲室、以及出口导管15。

在供给导管14中还设置有用于感测缓冲流压力的压力传感器 12、以及可调节的控制装置11，该控制装置11在示出的实施方式 中能够手动调节以及能够基于通过压力传感器12发出的信号调节 以设定缓冲流调节器10。缓冲流调节器在此优选地能够手动设定以 及能够通过控制装置11控制，控制装置11又可以手动地致动并能 够通过控制单元控制，控制单元作为示例可以集成在钻机的控制系 统(图3上的CPU)中。然而，不排除的是，对于某种钻凿操作， 呈最简单的形式的缓冲流调节器10仅能够手动地设定以用于获得 大致恒定的缓冲流量。

21指示用于缓冲流的辅助通道，所述辅助通道旨在将缓冲流供 给至第二环形缓冲室7。在图3上，该辅助通道21示出为从第一环 形缓冲室发出经过单向阀至并通向第二环形缓冲室17中。可以以不 同的本身已知的方式形成的单向阀防止从第二环形缓冲室回流至第 一环形缓冲室。

在具有根据图3的缓冲装置的撞击装置的操作中，钻柱中的反 射将在柄杆转接件3逆着击打方向R沿轴向运动时被传输。这些运 动经过钻套5被传输至缓冲活塞8，该缓冲活塞8同样地经受与击 打方向R相反的轴向运动。在此，第一活塞部分6将克服由存在于 第一环形缓冲室7中的液体提供的反作用力的作用在第一缓冲室7 内沿与击打方向R相反的方向移动。

在这种运动期间，第一活塞部分6的控制边缘6’将覆盖作为缓 冲室中的出口开口(可以是多个开口)的至少一个浮动孔22。优选 地，两个浮动孔以彼此沿直径方向相对地放置的方式设置，或者有 可能在周边上分布多个浮动孔。

如果缓冲活塞8通过接收略大的冲击波反射已经沿与击打方向 R相反的方向被移位一定距离并且因此已经进一步地进入缓冲室7 中，则将通过该移位建立形成在第一活塞部分6上的最外的控制边 缘6’与第一环形室7的圆筒形外壁18之间的节流缝隙24。此刻存 在于第一环形缓冲室7中的液体将部分地被迫压以被压入到储蓄器 25中，该储蓄器25设置成平化供给导管中的压力。另外，该液体 的剩余部分将穿过节流缝隙24，由此，所反射的能量的某些部分将 作为热量被接纳在节流部中的液体中并且从而有助于缓冲所反射的 冲击波。有时，能量还可以被接纳在设置于出口导管15中的返回或 出口节流部16中。

另外，图3中的实施方式的所述第二活塞部分20将作用于存在 于第二环形缓冲室17中的液体，由此，所述液体将穿过形成在第二 活塞部分20上的最外的控制边缘与第二环形缓冲室17的圆筒形外 壁之间的缝隙23。在此，所反射的能量的一部分将通过流出的液体 在穿过缝隙23期间被加热而被吸收。

原理上，图3的缓冲装置用作双缓冲器，其中，缓冲工作的最 大部分在缝隙23中执行，而浮动孔(可以是多个浮动孔)22的区 域中的节流缝隙在很大程度上起作用以便提供限定的浮动位置并且 从而提供用于撞击装置的限定的击打位置。

19指示用于接纳穿过出口导管15的回流的储槽。

在根据本发明的撞击装置的正常操作期间，并且当岩石反射适 中时，缓冲活塞将以大致在图3中示出的位置(浮动位置)附近进 行的小的轴向运动而移动。

由于液体的流过，将确保节流中产生的热量会被冷却。

在根据图4的框图中，指示出涉及本发明的仅一个示例：

位置26：程序的开始。

位置27：缓冲流供给至缓冲室。

位置28：调节缓冲流以在缓冲流回路中得到期望的设定缓冲流 量。

位置29：通过控制装置控制缓冲流调节器以保持如在钻凿阶段 所见的恒定或基本恒定的缓冲流量。

位置30：调节缓冲流量使得设定缓冲(set damping)被调整以 在下述中的至少一者中操作：打眼模式、定标模式、高效钻凿模式(向 上钻凿；加热模式)、低效钻凿模式和正常钻凿模式。

位置31：程序的结束

本发明可以在随后的权利要求的范围内进行修改，并且撞击装 置可以例如以其他方式构造，甚至可以构造为不具有常规的冲击活 塞。在这种情况下，该撞击装置可以为所谓的脉冲机。

缓冲装置在图3上以双缓冲器的形式示出，但根据上述应该理 解到，本发明不限于该实施方式，并且应该理解到，本发明还适用 于诸如例如单个缓冲器之类的其他类型的缓冲器，其中，如附图中 可见的第二环形缓冲室以及与其协作的活塞部分被去除。供给导管 可以设置有节流部。

本发明还适用于具有在单独的缓冲室中操作的若干缓冲活塞的 撞击装置。这种装置可以构造成缓冲活塞在彼此的外侧径向地以与 撞击装置的缸体同心的方式设置。在另外的变型中，多个适当的圆 筒形缓冲活塞各自在一个缓冲室中操作并且以绕撞击装置的缸体分 布的方式设置。缓冲流通过用于流分配的适当的装置传输至不同的 缓冲室。

本发明还在关于在缓冲流回路中不包括任何储蓄器的缓冲装置 的方面适用。

用于将冲击波反射传输至缓冲活塞的装置还可以以不同的方式 设置。钻机壳体中的部件可以以其他方式设置，例如，缓冲活塞的 最远延伸部分的外侧的环形部件可以为钻机壳体自身的一体部分。

与本发明结合使用的液体为用于类似应用的常用的液压液体。