專利名稱：沖擊裝置、包括這種沖擊裝置的鉆機和用于控制這種沖擊裝置的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的沖擊裝置。本發(fā)明 還涉及包括這樣的沖擊裝置的鉆巖機。
背景技術：
EP-0 080 446 (Atlas CopcoAB)公開了一種鉆巖機，其中，進給
力從外殼傳遞至鉆柱或通過阻尼器傳遞至鉆柱適配器。阻尼器在反射 的壓縮沖擊波的作用下屈服，檢測該屈服，并將其用于控制一控制銷，
所述控制銷調(diào)節(jié)沖擊活塞的沖程長度，這樣使反射的沖擊波能量最小 化。
尤其是，控制銷是一種調(diào)節(jié)裝置，其用于調(diào)節(jié)沖擊活塞在什么軸 向位置時，將壓力信號傳遞給往復運動的閥體，其中，該裝置布置成 響應于壓力信號控制該控制銷，以便為減小反射的沖擊波而改變沖擊 裝置的運行。在一替換實施例中，在分析與鉆柱有關的鉆鑿參數(shù)之后， 控制該控制銷。
已知的鉆機能夠起到很好的功能，但是不大可能容易地控制沖擊 活塞的軸向轉(zhuǎn)動位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種如上所述類型的沖擊裝置，其是已知沖 擊裝置的改進。尤其是，本發(fā)明的目的是提供一種可以更簡單、更可 靠地調(diào)整沖擊活塞的運動的沖擊裝置。
依照本發(fā)明，這些目的是通過權(quán)利要求1特征部分所述的特征來 實現(xiàn)的。
6借此實現(xiàn)了可能以可靠的方式顯著地調(diào)節(jié)沖擊活塞的沖程長度。 這是一個很大的優(yōu)點，因為這提供了如下可能性，即，通過向閥元件 發(fā)送簡單的、不復雜的在線(和有可能，離線)信號，就可以簡單地 控制沖程長度，以便響應于特定運行情形時存在的要求，改變沖擊裝 置發(fā)出的沖擊能量。這與背景技術形成對比，其中，閥體在幾個不同 軸向位置之間移動，用于相應打開幾個軸向分開的控制通路。
如果希望改變沖擊裝置的沖擊位置，則用于高壓的設定通路(控 制通路)可以向后移動，即在遠離鉆柄的方向上移動，這導致各個沖 程的沖程長度變長，能量更大。當沖程長度較長時，則在同樣的壓力 下加速活塞需要花費較長的時間，這導致鉆鑿頻率較低。
通常希望根據(jù)巖石的硬度變化來改變沖擊裝置的沖擊能量。在這
方面特別希望在巖石實際部分存在的要求之后控制沖擊裝置。通過本 發(fā)明，利用簡單的手段，可以朝著優(yōu)化鉆鑿和減少沖擊波反射的方向 控制沖擊裝置，該鉆鑿過程不受益于此沖擊波反射。
一般來說，鉆鑿過程是用新鉆頭鉆鑿利用過高的沖擊能量預先執(zhí) 行的。這是因為對于新的鉆頭來說，鉆頭致動單元僅有一少部分會與 巖石實際接合。但是，在鉆頭一定磨損之后，沖擊能量將逐漸自動調(diào) 節(jié)至鉆頭接合部分的稍微磨損的形狀，從而提高鉆鑿過程的效率。然 而，隨著鉆頭的繼續(xù)磨損，效率又降低，這是因為沖擊能量對鉆頭實 際外形的適應不好。
本發(fā)明使考慮這種現(xiàn)象成為可能，沖擊能量被控制，以便更好地 適應鉆頭的磨損狀態(tài)。這給出了實現(xiàn)相同沖擊效果下增加的鉆速、鉆 鋼中減少的應力和來自巖石的較小的反射的可能性，這又反過來可以 使得較小的阻尼單元成為必要。通過本發(fā)明，使鉆機可以容易地適應 改變的鉆頭磨損、巖石強度和鉆頭尺寸。由此，在鉆鑿期間，鉆機可 以根據(jù)所需和所檢測的參數(shù)預先設定某些已知的或受控制的參數(shù)。
在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，可以響應描述鉆鑿過程的參數(shù)例如 鉆速或阻尼腔內(nèi)壓力或者通過沖擊波測量裝置測量的沖擊波幅度來進 行控制。
7其他優(yōu)點可從本發(fā)明的其他方面得到，這從下面實施例的描述中 是顯而易見的。


現(xiàn)在參考附圖，并通過實施例更詳細地描述本發(fā)明，其中 圖1顯示了包括依照本發(fā)明的沖擊裝置的鉆機的一部分的軸向截 面圖，
圖2顯示了沖擊裝置中的依照本發(fā)明的閥裝置的軸向截面圖， 圖3a-d顯示了圖2中閥裝置在不同位置時的截面圖， 圖4a-d顯示了依照本發(fā)明的另一個閥裝置在不同設定時的截面 圖，和
圖5顯示了本發(fā)明使用的方法的方框圖。
具體實施例方式
圖l顯示了包括沖擊裝置的鉆巖機l的一部分，所述沖擊裝置帶 有沖擊活塞2。附圖標記5表示用于轉(zhuǎn)換壓力介質(zhì)而用以驅(qū)動沖擊活 塞的閥。還包括中心定位單元6和在圖1中未示出的旋轉(zhuǎn)單元、阻尼 單元等等。沖擊活塞2在機器外殼3內(nèi)部往復運動。
在機器外殼3中，在沖擊活塞臺肩8的區(qū)域內(nèi)設有若干控制通路 10-13，所述控制通路10-13布置成使它們的通路開口與沖擊活塞臺肩 8的第一邊緣14相互協(xié)作。在附圖標記14'處的虛線表示當沖擊活塞 在沖程之后縮回以致通向控制通路10的開口^皮打開時第一邊緣14的 位置。
能夠增壓的腔室4以已有技術中已知的方式接收沖擊活塞上采用 沖擊活塞臺肩的驅(qū)動側(cè)面形式的驅(qū)動面。
為了選擇不同控制通路與信號管道15之間的連通，該連通使閥5 得以轉(zhuǎn)換沖擊活塞的運動方向，布置有一閥裝置16,其功能在下面進 行解釋。
沖擊活塞2被腔室4中的高流體壓力朝沖擊位置驅(qū)動，以便如圖所示，以先有技術中已知的方式抵靠鉆柄，在向右的方向啟動沖程。
在接收沖擊活塞臺肩的側(cè)面的回流腔9中，該側(cè)面的表面小于在腔室 4中的側(cè)面的表面，在運行期間，回流腔9在沖擊活塞的返回驅(qū)動過 程中，以先有技術中已知的方式處于高壓下。
當用于驅(qū)動的腔室4通過閥5的轉(zhuǎn)換而向油箱排放從而引起沖擊 活塞2的返回驅(qū)動時，舉例來說，如圖1所示，其不久便向左方向移 動至一位置，在該位置，控制邊緣14位于示出的位置14'。由此，回 流腔9中的高壓經(jīng)由所選擇的控制通路10-13中的一個輸送至信號管 道15，用以向左轉(zhuǎn)換閥5，如附圖所示，以便向腔室4輸送高壓，從 而啟動新的沖程。
圖2顯示了依照第一實施例的閥裝置16，其中兩個同心閥元件控 制所述控制通路10-13如何與信號管道15連通。
閥裝置16包括第一閥元件17和同心地布置在第一閥元件17內(nèi)部 的第二閥元件18。兩個閥元件都具有圓柱形的總體外形，并可根據(jù)需 要軸向移動。接收所述閥元件的閥外殼19在它的右側(cè)端具有一恒壓腔 20，在恒壓腔20內(nèi)具有壓力Pd，其不變地作用于兩個閥元件，因此 兩個閥元件在該壓力的作用下壓向左邊，如圖2所示。
第一閥元件17在其相對的左側(cè)具有第一控制室21，所述第一控 制室21選擇供給第一壓力P,，并使得第一壓力P，具有這樣的大小， 即第一控制室21的增壓使第一閥元件克服壓力Pd的作用，從所示的 位置移動至向右的位置。一第二控制室22被布置成選擇增壓至第二壓 力P2，第二壓力P2能夠克服壓力Pd的作用，向右壓第二閥元件18。 在這個實施例中，該裝置擱靠在第一閥元件17的向內(nèi)肩部23上。帶 有完全獨立的第一和第二閥元件的其他解決方案也在本發(fā)明的范圍之 內(nèi)。
圖3a-3d更加詳細地解釋了圖2中閥的功能。 當處于"最高"的控制通路13單獨永久連通地與信號管道15相連 時，閥裝置16處于圖3a中所示的位置。其他控制通路10-12被阻斷。 這里應當強調(diào)的是，在該連接中的術語"打開"指的是控制通路與
9相應控制通路之間的連接的通路部分被打開，以便輸送流體。但是，
不排除具有通路部分開口的控制通路可以包括在沿著其延伸部完全在 阻斷第二通路部分的第二閥元件的影響下被阻斷的連接中。
在圖3a中，所示的第一閥元件17在其第一位置，在該位置，控 制通路的第一子集IO、 12與控制閥5之間的連接的第一部分F1被第 一閥元件17阻斷。在每一個控制室21和22中不存在控制壓力(或存 在較低的控制壓力)。所示的第二閥元件18在其第一位置，在該位置， 控制通路的第二子集10 (/11)與控制閥5之間的連接的第二部分F2 被阻斷。
在圖3a所示的實施例中，第 一閥元件被構(gòu)造成打開控制閥與第二 子集的控制通路11之間的連接部分F3。但是，根據(jù)上文，第二閥的 位置阻斷了與控制閥5的進一步連接。因此只有控制通路13與控制閥 5相連，而第二控制通路IO、 11和12的連接被阻斷。
控制通路10-13軸向間隔相同的距離，第一閥元件中的通路部分 24和25之間的距離(大約)相當于距離2xL,其中，在該實施例中， L是兩個相鄰控制通路中心之間的距離。應該注意，不同構(gòu)造的實施 例可以設計成不同開口之間的距離是變化的，以便實現(xiàn)所希望的沖擊 裝置的特征。
參考標記24'和25'表示以先有技術中已知的方式用于類似閥體 的、在第一閥元件的圓柱形外壁上的環(huán)繞轉(zhuǎn)出(turned out)凹槽。轉(zhuǎn) 出凹槽25'具有軸向延伸部，所述軸向延伸部(大約)相當于L，原因 將在下面解釋。
第二閥元件18具有密封第一閥元件17的內(nèi)圓柱形空間的兩個活 塞部分27和28，中間的轉(zhuǎn)出凹槽26具有超過2 x L的寬度。應當注 意，控制通路的路徑可以布置成，使得閥裝置17中的開口之間的相互 距離偏離沖擊活塞缸中的開口之間的距離。
在圖3b中，控制室21中具有控制壓力P,，而控制室22中沒有 控制壓力(或者具有較低的控制壓力)。第一閥元件17轉(zhuǎn)換至第二位 置，在該位置，通路部分24和25分別與控制通路10和12開路連接。然而，控制通路ll被阻斷，轉(zhuǎn)出凹槽25'通過與控制通路12和13中 的每個控制通路的開路連接傳遞流體連接。部分F1打開。
第二閥元件18仍然位于其第一位置，并通過其活塞部分27阻斷 通路部分24。第二部分F2被阻斷。在所示位置，兩個控制通路12和 13，而不是控制通路10和11，與信號管道15流體連接。
在圖3c中，控制室21內(nèi)沒有控制壓力(或具有較低的控制壓力)， 但是控制室22內(nèi)具有控制壓力P2。第一閥元件17位于第一位置，這 與圖3a相同，而第二閥元件18位于第二位置，該第二閥元件18的朝 向未示出的鉆柄的軸向端靠在第一閥元件的指向內(nèi)的肩部23上。所述 第二部分F2打開。由第二岡元件18中的轉(zhuǎn)出空腔形成的通路26和 第一閥元件17的內(nèi)表面與通路部分24和25的上部分一起構(gòu)成所述第 二部分F2上的開路連接。結(jié)果，在通路部分24的控制通路11處， 轉(zhuǎn)出空腔26和通路部分25與控制通路13流體連接，從而與信號管道 15流體連接?？刂仆?0的延伸被阻斷。
在圖3d中，控制室21中具有控制壓力P，，控制室22中具有控 制壓力P2。第一閥元件17位于第二位置，這與圖3b相同，而第二閥 元件也位于第二位置，靠在指向內(nèi)的肩部23上。結(jié)果，控制通路IO 與控制通路13流體連接，從而通過通路部分24、 25和轉(zhuǎn)出空腔26、 25'而與信號管道15流體連接。所述部分F1和F2打開。第二閥元件 18中的轉(zhuǎn)出空腔26和第一閥元件17的內(nèi)表面與閥部分24、 25的上 部分一起構(gòu)成如上所述的開路連接。
圖4a-4d顯示了本發(fā)明的替換實施例，其中在閥裝置16'中，與相 應閥座相互作用的三個閥主體30-32布置成分別控制每個控制通路的 打開和阻斷。并且在這個實施例中，為了致動，只需要兩個控制壓力。
在控制室30'和32'中的第一控制壓力Pi的作用下，兩個閥元件 30和32都位于第一位置，在笫一位置，連接部分F1(通過閥元件30) 被阻斷，從而控制通路10和12之間的連接以及控制閥被阻斷。在控 制室31'中的第二控制壓力P2的作用下，閥元件31位于其第一位置， 由此，相應控制通路與控制閥之間的連接部分F2被阻斷，從而控制
ii通路ll (以及控制通路IO)被阻斷，這在圖4a中有顯示。
通過轉(zhuǎn)換控制壓力，使得控制室30'具有較低壓力Po，與控制通 路10以及12建立開路連接。連接部分F1打開，但由于控制室31內(nèi) 具有第二控制壓力p2，連接部分F2被阻斷，從而控制閥與控制通路 11 (以及控制通路10)之間的連接被阻斷，這在圖4b中有顯示。
因為控制室30，和32'內(nèi)具有第一控制壓力P,，控制室10以及控 制室12被阻斷，并在控制室31'中的較低壓力P。的作用下，與控制通 路ll建立開路連接，這在圖4c中有顯示。連接部分F2打開。
因為所有的控制室30'、 31'和32'內(nèi)都具有較低壓力P。，所以連接 部分F1和F2打開。此外，控制通路10的上部與所述部分F2之間的 連接部分F4也打開。因而與所有控制通路10-12都建立了開路連接， 這在圖4d中有顯示。
為實現(xiàn)所希望的功能，也可以構(gòu)思其他不同閥的實施例。
總而言之，如果所有控制通路IO、 11和12都被阻斷而只有控制 通路13與信號管道15連通，由此閥5在沖擊活塞的返回運動后期進 行轉(zhuǎn)換，則沖擊活塞可以實現(xiàn)最長的沖程長度。如果控制通路10與信 號管道15連通，由此閥5在沖擊活塞的返回運動初期進行轉(zhuǎn)換，則可 以實現(xiàn)最短沖程長度。
在圖5中示出了實現(xiàn)沖擊裝置的沖程的方法流程，其中
位置40表示流程的開始。
位置41表示在沖擊裝置中產(chǎn)生一沖程。
位置42表示獲得與描述鉆鑿過程的參數(shù)、例如阻尼腔中的壓力有 關的參數(shù)信號。
位置43表示分析在位置42獲得的信號并生成與之相應的用于轉(zhuǎn) 換閥元件的信號，用以改變沖擊活塞的沖程長度。
位置44表示用改變的沖程長度在沖擊裝置中產(chǎn)生沖程。 位置45表示流程的結(jié)束。
在下列權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)可以進一步修改本發(fā)明。沖擊裝置 可以依照除圖1所示之外的不同原理工作，可以在沖擊活塞的沖擊方向施加不變的壓力，而對返回沖程交替增壓，反之亦然。
本發(fā)明適用于控制沖擊活塞的上轉(zhuǎn)動位置以及下轉(zhuǎn)動位置。本發(fā) 明也適用于沒有旋轉(zhuǎn)單元和阻尼器的應用，例如所謂的破碎機。
權(quán)利要求
1. 一種沖擊裝置，包括位于機器外殼(3)內(nèi)部的能夠往復運動的沖擊活塞(2)，沖擊活塞(2)的運動通過控制閥(5)進行控制，所述控制閥(5)布置成根據(jù)描述沖擊活塞的軸向位置的信號，將一腔室交替連接于壓力源和低壓，其中，所述腔室內(nèi)部接收沖擊活塞(2)上的驅(qū)動面，其中多個軸向分開的用于傳遞所述信號的控制通路(10，11，12，13)在沖擊活塞(2)的缸筒空間內(nèi)具有開口，以便與沖擊活塞上的控制邊緣(14)相互協(xié)作，以及其中，布置閥裝置(16)，以通過相應打開和阻斷一個或多個所述控制通路(10，11，12，13)與控制閥之間的連接而傳遞所述信號，從而允許調(diào)整沖擊活塞所處的軸向位置，其特征在于，所述閥裝置(16)包括第一閥元件(17；30)，所述第一閥元件(17；30)能夠在第一位置和第二位置之間被控制，在第一位置，所述第一閥元件布置成阻斷控制通路的第一子集(12；10)與控制閥(5)之間的相應連接的第一部分，在第二位置，所述第一閥元件布置成打開所述第一部分，和所述閥裝置(16)還包括第二閥元件(18；31)，所述第二閥元件(18；31)能夠在第一位置和第二位置之間被控制，在該第一位置，所述第二閥元件布置成阻斷控制通路的第二子集(10，11)與控制閥(5)之間的相應連接的第二部分，在該第二位置，所述第二閥元件布置成打開所述第二部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的沖擊裝置，其特征在于，控制通路的第一 子集包括來自下列組中的任意 一種 一個控制通路和兩個控制通路。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的沖擊裝置，其特征在于，控制通路的 第二子集包括來自下列組中的任意一種 一個控制通路和兩個控制通 路。
4. 如上述任一權(quán)利要求所述的沖擊裝置，其特征在于，在第二閥 元件(18)位于第二位置時，第一閥元件(17)在其第一位置布置成打開控制通路(10)與控制閥(5)之間的連接部分(Fl)，以及第 一閥元件(17)在其第二位置布置成打開第二控制通路(11)與控制 閥(5)之間的連接部分(F3)。
5. 如上述任一權(quán)利要求所述的沖擊裝置，其特征在于，閥元件(17， 18)為圓柱形。
6. 如權(quán)利要求5所述的沖擊裝置，其特征在于，第二閥元件(18) 同心地布置在第一閥元件(17)的內(nèi)部，并具有與通路部分(24， 25) 相互協(xié)作的凹部(26)，所述通路部分(24， 25)貫穿第一閥元件的 材料徑向延伸，分別用以打開和阻斷所述連接部分。
7. 如上述任一權(quán)利要求所述的沖擊裝置，其特征在于，該沖擊裝 置包括第三閥元件(32)，所述第三閥元件(32)能夠在第一位置和 第二位置之間與第一閥元件(30)同時被控制，在第一位置，所述第 三閥元件布置成阻斷控制閥與一組控制通路之間的連接部分(F4)， 在第二位置，所述第三閥元件布置成打開所述連接部分(F4)。
8. 如上述任一權(quán)利要求所述的沖擊裝置，其特征在于，軸向位于 距離沖擊方向最遠的方向的上控制通路(13)與控制閥永久連接(15)。
9. 如權(quán)利要求8所述的沖擊裝置，其特征在于，對于其連接布置 成被閥元件(17， 18; 30， 31， 32)打開的控制通路(10， 11， 12) 來說，該控制通路(IO, 11， 12)布置成與所述上控制通路連接。
10. 如上述任一權(quán)利要求所述的沖擊裝置，其特征在于，閥元件能 夠通過壓力流體致動轉(zhuǎn)換。
11. 如上述任一權(quán)利要求所述的沖擊裝置，其特征在于，所述閥元 件能夠響應于描述鉆鑿過程的參數(shù)進行轉(zhuǎn)換。
12. 如權(quán)利要求11所述的沖擊裝置，其特征在于，所述參數(shù)是下 列組中的任何一個鉆速、阻尼腔內(nèi)壓力、所檢測的沖擊波幅度。
13. —種鉆巖機，其包括如權(quán)利要求l-2任一所述的沖擊裝置。
14. 一種用于控制沖擊裝置的方法，所述沖擊裝置包括位于機器外 殼(3)內(nèi)部的可往復運動的沖擊活塞(2),沖擊活塞(2)的運動通 過控制閥(5)控制，所述控制閥(5)布置成根據(jù)傳送沖擊活塞的軸向位置的信號，將一腔室交替連接于壓力源和低壓，其中，在所述腔室內(nèi)部，設有沖擊活塞(2)的驅(qū)動面，其中多個軸向分開的用于傳遞 所述信號的控制通路(10， 11， 12, 13)在接收沖擊活塞(2)的缸筒 空間內(nèi)具有開口，以便與沖擊活塞上的控制邊緣(14)相互協(xié)作，以 及其中閥裝置(16)布置成，通過相應打開和阻斷一個或多個所述控 制通路(IO, 11， 12， 13)與控制閥之間的連接而傳遞所述信號，從 而調(diào)整沖擊活塞所處的軸向位置，其特征在于所述閥裝置(16)包括第一閥元件(17; 30)，所述第一閥元件 (17; 30)被控制在第一位置和第二位置之間，在第一位置，所述第 一閥元件阻斷控制通路的第一子集(12; 10)與控制閥(5)之間的相 應連接的第一部分(F2)，在第二位置，所述第一閥元件打開所述第 一部分，和所述閥裝置(16)還包括第二閥元件(18; 31)，所述第二閥元 件(18; 31)被控制在第一位置和第二位置之間，在第一位置，該第 二閥元件阻斷控制通路的第二子集(10， ll)與控制閥(5)之間的相 應連接的第二部分(F2)，在第二位置，該第二閥元件打開所述第二 部分。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述閥元件(18) 位于第二位置時，第一閥元件在第一位置打開控制通路(10)與控制 閥(5)之間的連接部分(Fl)，以及第一閥元件(17)在第二位置 打開第二控制通路(11)與控制閥(5)之間的連接部分(F3)。
16. 如權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，沖擊裝置包括 第三閥元件(32)，所述笫三閥元件(32)在第一位置和第二位置之 間與第一閥元件(30)同時被控制，在第一位置，所述第三閥元件阻 斷控制閥與一組控制通路(10)之間的連接部分(F4)，在第二位置， 所述第三閥元件打開所述連接部分(F4)。
17. 如權(quán)利要求14-16任一所述的方法，其特征在于，對于其連接 布置成被閥元件(17, 18; 30, 31, 32)打開的控制通路(10, 11， 12)來說，該控制通路(IO，11，12)與一上控制通路連接。
18. 如權(quán)利要求14-17任一所述的方法，其特征在于，閥元件通過 壓力流體致動轉(zhuǎn)換。
19. 如權(quán)利要求14-18任一所述的方法，其特征在于，所述閥元件 響應于描述鉆鑿過程的參數(shù)進行轉(zhuǎn)換。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)是下列組 中的任何一個鉆速、阻尼腔內(nèi)壓力、所檢測的沖擊波幅度。
全文摘要
一種沖擊裝置，其包括位于機器外殼(3)內(nèi)部的可往復運動的沖擊活塞(2)，通過控制閥(5)控制沖擊活塞(2)的運動，所述控制閥(5)布置成根據(jù)描述沖擊活塞的軸向位置的信號，將一腔室交替連接于壓力源和低壓，其中，閥裝置(16)布置成，通過相應打開和阻斷一個或多個所述控制通路(10，11，12，13)與控制閥之間的連接而傳遞所述信號，從而調(diào)整沖擊活塞所處的軸向位置。本發(fā)明還涉及一種鉆巖機及方法。
文檔編號B25D9/18GK101500762SQ200780030065
公開日2009年8月5日 申請日期2007年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月13日
發(fā)明者P·比拉特 申請人:阿特拉斯科普科鑿巖機股份公司