CN101500761B - 非压缩性流体驱动的压力冲击装置 - Google Patents

非压缩性流体驱动的压力冲击装置 Download PDF

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Abstract

一种包括设有镗孔机身(2)的装置，所述镗孔用于可滑动地安装工具(3)，一个分级镗孔，即有连贯的不同截面，能形成分级活塞(1)用的汽缸，活塞和汽缸一起限定了至少一个上室(5)和一个下室(4)，通过一个配给器(6)的控制，顺序地供给非压缩性高压流体；控制装置，控制击打活塞选择长冲程和短冲程，或短冲程和长冲程进行击打。控制装置包括一个汽缸，至少连通一个与击打活塞(1)汽缸连接的管路(14)，管路(13)连接配给器，配给器中安装一个分配阀(12)，其第一面位于第一室(17)中，一直受力于固定的压力，其第二面位于与制动室(10)连接的第二室(21)中。

Description

非压缩性流体驱动的压力冲击装置
技术领域
本发明涉及一种非压缩流体驱动的压力冲击装置。 
非压缩流体驱动的压力冲击装置由流体驱动，使流体合力连续地作用于击打活塞，推动活塞朝一个方向移动，而后朝另一个方向移动。 
背景技术
在这种类型的装置中，活塞交替地在一个镗孔或一个汽缸中移动，镗孔或汽缸中安装有至少两个截面不同并相互对立的室。一个室一直供给压力流体，称之为低压室，用于活塞的上升，另一个室截面较大，称之为高压室，交替地供给压力流体，当活塞为击打而加速冲程重新上升时，用于连接装置的回路。一般原则来讲，装置还配有一个称之为制动室的室，当工具不与待击打的物质接触时，用于液力阻断活塞的冲程。这样，击打活塞就不会与汽缸发生机械碰撞。该制动室最好设置在上升环室的延长段。 
当装置在均质的硬地上施工时，如已知的一样，最好调节好频率与击打比以得到最佳的生产效率，以节约能源。 
然而，已知当工具不能准确击打待销毁的材料时，或材料过于松软，装置有“空打”的可能，这样会对工具和装置本身带来严重的毁环。用产生的击打频率值和击打能量值与恒定的初动力功率比表示装置的功率，当装置有空打倾向发生时，最好增加击打频率来降低击打耗能。 
击打能量是给活塞的动力能，取决于击打冲程和流体源的压力。 
为了适合某具体的地面硬度，专利EP 0214 064、EP 0256 955和EP 0715932以申请人的名义至少介绍了3种已知方法，来调节击打频率和击打能耗。 
EP 0214 064介绍了一种装置，在装置的汽缸中根据活塞接触工具或可能出现的回弹，设置一个流体管路，来自动校正击打参数。 
EP 0256 955专利介绍了一种装置，通过使用一个对变化敏感的液压部件，能根据上室和下室的压力变化，从活塞在工具上产生的回弹力得到的变化，也 能得到相同的结果。 
EP 0715 932专利介绍了一种简化***，通过给装置配备小或中功率来实现。这些***在于当活塞接触工具而回弹时，测定从上室至供液管路中的瞬时流体的流量，用其作为信号来设定击打参数，如击打压力和装置频率等参数。 
在这三种情况下，涉及到的设备能适应复杂和多变的非均质地质，但对于均质地段使用这种装置就太昂贵。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、可靠、费用低廉的非压缩性流体驱动的压力冲击装置，当活塞出现空打时能保护装置。 
为此，本发明涉及非压缩性流体驱动的压力冲击装置，包括： 
内部设有两个共轴镗孔的机身：一个镗孔用于安装可滑动的工具，一个分级镗孔，既具有连贯的不同截面，能形成分级活塞用的汽缸，活塞可以在汽缸内交替移动，在每个冲程周期中，来击打工具，活塞和汽缸一起限定了至少一个上室和一个下室，通过一个配给器的控制，顺序地供给非压缩性高压流体。 
管网连通汽缸，在运行过程中的指定时间内，其中一些可以根据功能需要，通过配给器连接高压室和/或低压室， 
一个控制装置，控制击打活塞选择长冲程和短冲程，或短冲程和长冲程进行击打，一端连接配给器，另一端连接至少一个与击打活塞汽缸相连的管路，并且在击打活塞上行过程中保持与低压室连通， 
在工具一侧的汽缸区设置一个制动室，当活塞超过其理论击打位置时，该区域可以被活塞的凸肩所封闭， 
其特征在于，所述控制装置包括一个汽缸，至少连通一个与击打活塞的汽缸连通的管路，一个连接配给器的管路，内部安装一个分配阀，其第一面位于第一室中，一直受力于固定的压力，其第二面位于与制动室连接的第二室中。 
事实上，本发明在于充分利用制动室，给控制活塞冲程的控制装置增加一个新功能。而结果是不需要给活塞冲程的控制装置设置专用设备。因此，本发明设备简单，可靠和费用低廉。 
最好，控制装置中分配阀的第一面受力于一个弹簧，而其第二面受力于制动室的控制压力，制动室与汽缸中邻位设置的一个环室连通，只要活塞没有超 过理论击打位置，环室就与高压室保持连通。 
根据本发明的另一个特征，由限流嘴构成的定径孔设置在连接于制动室和控制装置的第二室之间的管路上。 
根据本发明的另一个特征，单向阀设置在连接于制动室和控制装置的第二室之间的管路上，所述第二室通过带有限流嘴构成的定径孔管路连接于与配给器的控制装置连接的管路。 
根据本发明的一个变换方式，控制装置的第一室用限流嘴构成的定径孔管路一直连接于高压环路。 
最好，控制装置的第一室用一个连通于击打活塞汽缸下室的管路一直连接于高压环路。 
根据本发明的另一个特征，控制装置的第一室通过一个连接高压流体源的管路一直连接于高压环路。 
最好，控制装置的汽缸带有多个连贯的不同截面，所述分配阀带也有多个连贯的不同截面，分配阀和汽缸限定了一个一直连接于配给器的环室，分配阀设置成当受制动室的流体作用而移动时，通过一个或其他连通击打活塞缸的管路连接环室。 
根据本发明的另一个特征，控制装置中分配阀具有一个中心镗孔，滑动安装一个有两连贯非等径段的活塞，大直径段位于第一室，小直径段位于第二室，一个环室设置在分配阀的中央区域，介于分配阀和中央活塞之间，所述环室与连接于配给器中分配阀的环室一直相连，该室通过具有定径孔的管路也连接于第二室，活塞的小截面段设置在与制动室连接的第二室的管路的对面。 
根据本发明的一个变换方式，控制装置中分配阀具有一个中心镗孔，滑动安装一个有两连贯非等径段的活塞，大直径段位于第一室，小直径段位于第二室，一个环室设置在分配阀的中央区域，介于分配阀和中央活塞之间，所述环室与连接于低压环路的环室一直相连，该室通过具有定径孔的管路也连接于第二室，活塞的小截面段设置在与制动室连接的第二室的管路的对面。 
根据本发明的一个变换方式，控制装置中分配阀具有一个中心镗孔，滑动安装一个有两连贯非等径段的活塞，大直径段位于第一室，小直径段位于第二室，一个环室设置在分配阀的中央区域，介于分配阀和中央活塞之间，所述环 室与连接于低压环路的环室一直相连，第二室通过具有定径孔的管路连接于第一室，活塞的小截面段设置在与制动室连接的第二室的管路的对面。 
参考下列作为非局限性的附图，以及该装置的多种实施方式，就能更好地理解本发明。 
附图说明
图1表示第一装置的纵向剖面图； 
图2、3、4表示该装置在其他运行位置的纵向剖面图； 
图5表示同一个装置的不同实施方式的纵向剖面图； 
图6、7、8表示图5中的装置在其他运行位置的纵向剖面图； 
图9表示同一个装置的不同实施方式的纵向剖面图； 
图10、11、12表示图9中同一个装置的不同实施方式的纵向剖面图； 
图13表示图1-4中介绍的一个变换方式的冲程调节分配阀在三种不同运行位置的纵向剖面图； 
图14-16表示同一个装置的其他变换方式的纵向剖面图； 
图17和18表示图5-8介绍的两种不同实施方式的分配阀的纵向剖面图。 
具体实施方式
图1-4所介绍的装置是一种非压缩性流体驱动的压力冲击装置，可以在远冲程和近冲程间相互转换。 
冲击装置包括一个分级活塞1，在装置的机身2内设置的一个镗孔或一个分级汽缸内交替移动，在每个循环过程中都来击打工具3，滑动安装在与汽缸共轴的机身2的镗孔上。活塞1和汽缸2限定了一个下室4和一个截面较大、设置在活塞上方的上室5。 
一个主配给器6安装在机身2内，当活塞用于击打而加速下降时，如图2所示，与高压流体源7保持连通，或如图1所示，当活塞上升时，与低压环路8连通。 
通过管路9一直给环室4供高压流体，保证配给器6的分配阀在每个位置都能引发活塞1的击打冲程，然后，引发上升冲程。 
活塞1与机身2还形成一个环室10，称之为制动室，设置在低压室4的延长段，通过低压室供给高压流体。基于“DASH POT”原理，当工具3不 在其运行的理论位置附近，既靠近机身2的圆锥部位11时，制动室就会吸收活塞1的击打能量。 
大冲程击打还是小冲程击打的选择由控制装置决定。控制装置带有分配阀12，安装在机身2的汽缸中，与活塞1的汽缸连通的两个管路13和14轴向错开安装在汽缸中。管路13通过一个环槽15和一个管路16连接在主配给器6的引导截面上。管路14连通带有活塞1的汽缸，并作为主配给器6在小冲程时的引导管路。控制装置可以根据冲程选择分配阀12的位置连通管路13和14，或阻断两个管路。 
根据本发明，分配阀12与机身2限定了三个独立的室。室17通过带有一个定径孔19的管路18、环室4和管路9一直连接高压流体。环室20受力于管路13的引导压力，最后，与室17相对设置的室21通过管路22连接制动室10。 
在表示本发明装置的简图中，通过管路16传导给主配给器6的引导压力与击打活塞1加速下降时的进液压力相等，与同一个活塞上行时返回的压力相等。击打活塞1的斜槽可以使压力发生变化，当活塞通过等径孔(图中未表示，因该孔是主配给器6的整体的一部分)移动时，要保持这些压力。 
当装置在均质的硬地面工作时，工具3通过运载设备施加的推力而停留在支撑部位11的附近。每次击打，活塞1的斜槽23都不与低压室4的斜槽24相交叉，因而，在环室4和10中的所建立的压力是相同的，并与进液压相等。 
室20中建立的压力或等于或低于室17和21内建立的压力。 
分配阀12处于等压或向下推行，正好处在隔离管路13和14的位置。这时，只有管路16直接引导的长击冲程才能进行。 
图1表示活塞1击打后开始上行时的装置。 
当活塞击打工具后，管路16通过管路25和环槽15连接低压环路8，使配给器6的分配阀移向图1所示的位置。这样就导致上室5处于连接低压环路8的状态。施加给击打活塞的液压合力推动活塞向上移动。 
图2表示当活塞1结束上行，开始下行时的装置。 
当活塞结束上升时，管路16通过管路9和环室4连通高压环路7，带动配给器6的分配阀向图2所示的位置移动。这样，就使上室5与高压环路7 连通。施加给击打活塞的液动合力推动活塞向击打的方向移动。 
需要指出的是，当装置在硬质均匀地面工作时，分配阀12隔离管路13和14。 
然而，如图3和4所示，当装置在柔软的地面工作时，或运载设备缺少支撑时，工具3就不会处在击打的理论位置附近，强迫击打活塞1加大击打冲程。在这种情况下，击打活塞1的斜槽23就会与低压室4的斜槽24相交，室10处于隔离状态，其压力就会明显增大(压力流体不会从过短的运动间隙逸出)，引发击打活塞骤然降速，通过管路22引起室21的压力上升。分配阀12瞬时向上失去平衡，当分配阀12露出管路14时，会使管路13和14连通。这时就会选择管路14引导的短冲程，如图3所示，活塞1启动上行。 
然后，在活塞上升过程中，活塞的斜槽23露出环槽27，环槽27通过管路9和低压室4与高压环路7处于连接的状态。管路13、14和16也处于连接高压环路的状态，这样就使配给器6的分配阀向图4所示的位置移动。这样，上室5处于与高压环路7连通的状态，如图4所示，则活塞开始急速下降。 
然后，当活塞的斜槽28露出环槽15时，管路16通过管路25和环槽15与低压环路8连通，使配给器6的分配阀向图3所示的位置移动。这样，上室5就与低压环路8连通，这样，击打活塞就开始急速上升。 
设置在环路18上的孔19用于限定分配阀12的移动速度，以避免在冲程结束时可能出现的碰撞。 
当活塞1的斜槽23不再与低压室4的斜槽24相交叉时，只要每次引导管路13被击打活塞1或被主配给器6***连通于低压时，分配阀12在多次循环中被渐渐地向下引回。 
图5-8表示本发明装置的一种变换方式，包括一个不同截面的冲程选择分配阀30。图5和6分别表示当工具3接近击打区时，活塞1开始提升状态的装置，以及活塞开始速降状态的装置。图7和8分别表示当工具3离开理论击打区时，活塞1开始上升状态的装置，以及活塞1开始下降状态的装置。 
根据该变换方式，分配阀30和机身2限定了4个室。室31和32截面相同，相对设置，室32由管路18始终连接流体源环路，而室31通过管路22始终与制动室10相连。最后，分配阀30和机身2一起还限定了两个环室33和34，截面相同，相对设置。室33一直连接装置的低压环路8。室34通过管路13和16连接主配给器6的引导环路。 
如前所示，当活塞1在柔软地面工作开始加大击打冲程时，分配阀30受室10产生的压力的作用而移动，必然选定短冲程运行。然而，当引导环路16、13给室34提供压力流体时，分配阀30在每个循环过程中都会返回低位。由于室31和32的截面相同，受的压力也相同，分配阀30就不会受到力的作用，然而，如图所示，来自环室33和34的压力会使分配阀30失去平衡而向下移动。 
图9-12表示了本发明另一个变换方式，包括一个整体活塞1和机身2限定了3个独立的室，其中，制动环室10一直连接回路8。图9-12分别表示装置处理硬质均匀地面或柔软非均质地面时，活塞1上升和速降的开始状态。 
如前所示，当活塞1的斜槽35与室10的斜槽36相交叉时，因为流体不能从工作间隙逸出，室10的压力上升。 
在这种状态下，冲程选择分配阀37和机身2限定了4个独立的室，其中，两个室38和39截面相同，相对设置，室38一直与回路8相连，室39通过管路22与制动室10相连。如前所示，其他两个环室40和41分别连接回路和引导环路。每个循环会使引导环路加压以保障重新启动***。 
图13表示图1-4中介绍的冲程选择分配阀12的一个变换方式的三种运行阶段。分配阀42安装在镗孔上，限定了3个室17、20和21，与分配阀12的状态类似。分配阀42包括一个中心镗孔，滑动安装一个有两连贯非等径段的活塞43，大直径端朝向室17，小直径端朝向室21。分配阀的中心区安装一个环室44，位于分配阀和活塞43之间，该环室通过孔45一直连接环室20。同样，环室20通过带有定径孔47的管路46也连接于室21，活塞的小直径端设置在管路22的对面，管路22连接室21和制动室10。 
活塞43像单向阀一样工作，在管路22和室21之间喷射压力流体，当其接触机身2时，迫使流体室21中的流体通过管路46和孔47流向环室20。这样，当重复对工具3击打时，就能形成一个不受管路22传导的可能引起负压波动干扰的独立***。 
当然，分配阀42的环截面与活塞43的定尺寸设计成分配阀42和活塞43 与图1-4介绍的分配阀12能在相同的压力条件下移动。 
图14表示图1-4介绍的冲程调节分配阀12的一个变换方式的运行方式。在这种情况下，分配阀48的第一面受力于弹簧49，第二面受力于制动室10控制的压力。由限流嘴组成的定径孔50设置在连接制动室和分配阀48的管路22中。通过定径孔50在两个方向限定分配阀48的速度，分配阀的回位由弹簧49保证。 
图15表示图14中装置的一个变换方式，图中，弹簧49被液动回位所代替，通过带有定径孔52的管路51供液，并限定分配阀48的移动速度。 
图16表示图14中装置的一个变换方式，图中，分配阀48的运动通过单向阀53在管路22中的循环油来实现，其复位由弹簧49保证。控制分配阀48的移动速度的限流嘴54位于连接分配阀12的引导室56和管路13的管路55。 
图17和18表示图5-8介绍的冲程调节分配阀30的两种变换方式。与分配阀30一样，也安装在镗孔上的分配阀57和58限定了4个室31、32、33和34。 
分配阀57包括一个中心镗孔，滑动安装一个有两连贯非等径段的活塞59，大直径端朝向室32，小直径端朝向室31。分配阀的中心区安装环室60，位于分配阀和活塞59之间，该环室通过孔61一直连接环室33。同样，环室33通过带有定径孔63的管路62也连接于室31，活塞的小直径端设置在管路22的对面，管路22连接室31和制动室10。 
分配阀58与分配阀57不同，室31不是通过管路62与室33相连，而是通过带有定径孔65的管路64与室32相连。 
与活塞43一样，活塞59像单向阀一样工作，喷射压力流体。 
本发明不仅仅局限于上述介绍的仅作为示例的实施方式，相反还包括所有变换的实施方式。

Claims (11)

1.一种非压缩性流体驱动的压力冲击装置，包括：
内部设有两个共轴镗孔的机身(2)：一个镗孔用于可滑动地安装工具(3)，一个分级镗孔，即具有连贯的不同截面，能形成分级活塞(1)用的汽缸，活塞(1)可以在汽缸(2)内往复移动，在每个冲程周期中，来击打工具(3)，活塞和汽缸一起限定了至少一个上室(5)和一个下室(4)，通过一个配给器(6)的控制，顺序地供给非压缩性高压流体，
连通汽缸的管网，当活塞用于击打而加速下降时，通过配给器(6)连接高压室(7)，当活塞上升时，通过配给器(6)连接低压室(8)，
控制装置，控制击打活塞选择长冲程和短冲程，或短冲程和长冲程击打，一端连接配给器(6)，另一端连接至少一个与击打活塞汽缸相连的管路，并且在击打活塞上行过程中保持与下室(4)连通，
制动室(10)，设置在工具一侧的汽缸区，当活塞(1)超出其理论击打位置时，该区域可以被活塞的凸肩(23)所封闭，
其特征在于，所述控制装置包括汽缸，至少连通一个与击打活塞(1)的汽缸连通的管路(14)，和连接配给器的管路(13)，所述汽缸的内部安装分配阀(12、30、37、42、48、57、58)，其第一面位于第一室(17、32、38)中，一直受力于固定的压力，其第二面位于与制动室(10)连接的第二室(21、31、39、56)中。
2.权利要求1所述的装置，其特征在于所述控制装置中分配阀的第一面受力于弹簧(49)，而第二面则受于制动室(10)控制的压力，制动室与汽缸中的邻接环室(4)连通，只要活塞没有超出理论的击打位置，环室都连接于高压。
3.权利要求2所述的装置，其特征在于由限流嘴构成的定径孔(50)设置在连接于制动室(10)和控制装置的第二室的管路(22)上。
4.权利要求2所述的装置，其特征在于，单向阀(53)设置在连接于制动室(10)和控制装置的第二室(56)的管路(22)上，所述第二室通过带有限流嘴构成的定径孔(54)的管路(55)连通管路(13)，该管路(13)将控制装置连接到配给器(6)。
5.权利要求1所述的装置，其特征在于所述控制装置的第一室通过带有限流嘴构成的定径孔(19、52)的管路(18、51)一直地连接高压环路。
6.权利要求5所述的装置，其特征在于所述控制装置的第一室(17、32)通过管路(18)一直地连接与击打活塞(1)汽缸的下室(4)相连的高压环路。
7.权利要求5所述的装置，其特征在于所述控制装置的第一室通过连接于高压流体源(7)的管路(51)一直地连接高压环路。
8.权利要求1-7中任一权利要求所述的装置，其特征在于所述控制装置的汽缸具有多个连贯的不同截面，所述分配阀(12、30、37、42、57、58)具有多个连贯的不同截面，分配阀和汽缸限定了一直连接于配给器(6)的环室(20、34、41)，分配阀(12、30、37、42、57、58)设置成当其受制动室(10)的流体作用而移动时，能与一或其他连接击打活塞汽缸管路(13、14)连接的环室(20、34、41)相连通。
9.权利要求8所述的装置，其特征在于所述控制装置中分配阀(42)具有中心镗孔，滑动安装具有两连贯非等径段的活塞(43)，大直径段位于第一室，小直径段位于第二室，一个环室(44)设置在分配阀的中央区域，介于分配阀和中央活塞(43)之间，所述环室与连接于配给器(6)的分配阀的环室(20)一直相连，该环室通过带有定径孔(47)的管路(46)也连接于第二室(21)，活塞的小截面段设置在连接制动室(10)与第二室的管路(22)的对面。
10.权利要求8所述的装置，其特征在于所述控制装置中分配阀(57)具有中心镗孔，滑动安装具有两连贯非等径段的活塞(59)，大直径段位于第一室，小直径段位于第二室，一个环室(60)设置在分配阀的中央区域，介于分配阀和中央活塞(59)之间，所述环室与连接于低压环路(8)的环室(33)一直相连，该室通过具有定径孔(63)的管路(62)也连接于第二室(31)，活塞的小截面段设置在连接制动室(10)与第二室的管路(22)的对面。
11.权利要求8所述的装置，其特征在于所述控制装置中分配阀(58)具有中心镗孔，滑动安装具有两连贯非等径段的活塞(59)，大直径段位于第一室，小直径段位于第二室，一个环室(60)设置在分配阀的中央区域，介于分配阀和中央活塞(59)之间，所述环室与连接于低压环路(8)的环室(33)一直相连，第二室(31)通过具有定径孔(65)的管路(64)连接于第一室(32)，活塞的小截面段设置在连接制动室(10)与第二室的管路(22)的对面。
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