ES2232097T3 - Dispositivo de percusion hidraulico. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE RELACIONA CON UN DISPOSITIVO CONECTADO A UN DISPOSITIVO DE IMPACTO ACCIONADO HIDRAULICAMENTE, COMO UN APARATO TRITURADOR, CONSTANDO EL DISPOSITIVO DE IMPACTO DE UN PISTON DE PERCUSION (2), UN SISTEMA PARA INTRODUCIR Y EXTRAER FLUIDO DE PRESION DEL DISPOSITIVO DE IMPACTO, Y UN ACUMULADOR DE PRESION. DE ACUERDO CON LA INVENCION, EL ACUMULADOR DE PRESION ESTA FORMADO COMO UNA ESTRUCTURA ANULAR QUE RODEA EL PISTON DE PERCUSION (2). CONSISTE EN CAMARAS DE PRESION EN FORMA DE MANGUITO (6A, 6B) SEPARADAS POR UN DIAFRAGMA EN FORMA DE MANGUITO (11) DISPUESTO ENTRE UN MARCO (5) Y UNA CAMISA (9). LAS CAMARAS DE PRESION (6A) Y (6B) ESTAN FORMADAS DE MANERA QUE LA CIRCUNFERENCIA INTERNA DEL MANGUITO (9) SITUADO ALREDEDOR DEL MARCO Y LA CIRCUNFERENCIA EXTERNA DEL MARCO (5) ESTAN DOTADAS DE CAVIDADES OPUESTAS.

Description

Dispositivo de percusión hidráulico.

Instalación relacionada con un dispositivo de impacto de accionamiento hidráulico, como un aparato de fragmentación.

La presente invención está relacionada con un dispositivo de impacto de accionamiento hidráulico, como un aparato de fragmentación, que consta como mínimo de un armazón, un pistón de percusión que está dispuesto para realizar un movimiento de vaivén debido a la presión del líquido a presión, un sistema para la entrada y salida del líquido a presión del dispositivo de impacto, un acumulador de presión que está conectado a un espacio del líquido a presión en conexión con el pistón de percusión, estando formado el acumulador como un espacio anular colocando en torno al armazón un manguito independiente que consta de una cavidad anular, y en el que el espacio anular está dividido en dos cámaras de presión independientes mediante un diafragma similar a un manguito, llenándose una de las cámaras de presión con un medio de compresión presurizado, y estando conectada la otra cámara de presión a un espacio del líquido a presión en conexión con el pistón de percusión, la circunferencia exterior del armazón lleva una primera cavidad anular que forma la primera cámara de presión, y el manguito está correspondientemente dotado de una segunda cavidad anular que forma la segunda cámara de presión, estando situado el diafragma similar a un manguito entre el armazón y el manguito.

Los dispositivos de impacto hidráulico, como aparatos de fragmentación, martillos de percusión, aparatos de perforación de rocas y similares, se utilizan en general para romper materiales relativamente duros, por ejemplo, piedra, hormigón, asfalto, suelo congelado, escoria metálica, etc. Los martillos de percusión normalmente se instalan como equipo auxiliar en excavadoras, en lugar de los cucharones, pero pueden utilizarse también en máquinas y vehículos transportadores. Así pues, el vehículo transportador puede ser también fijo. Los martillos de percusión funcionan normalmente con el sistema hidráulico de la máquina base.

Los aparatos de fragmentación hidráulicos, al igual que otras máquinas y aparatos de accionamiento hidráulico, emplean diferentes acumuladores de presión, por ejemplo, para unificar las variaciones de la presión derivadas del ciclo de operación de las máquinas. Los acumuladores de presión constan de un espacio estanco a la presión, que se divide al menos en dos espacios independientes más pequeños mediante un diafragma estanco a la presión. Al primer lado del diafragma se le aplica una presión de gas predeterminada. El gas presurizado puede ser, por ejemplo, nitrógeno u otro gas adecuado para este propósito. Es posible suministrar líquido a presión al segundo lado del diafragma para que empuje el diafragma hacia adelante, haciendo así que la presión aplicada al primer lado se comprima. Sin embargo, la estructura almacena simultáneamente una energía que puede liberarse, si es necesario, para enviar el líquido a presión al destino deseado. De este modo puede almacenarse en el acumulador de presión un determinado volumen de líquido presurizado. El diafragma de los acumuladores de presión es normalmente plano, en forma de copa o de vejiga, y está colocado en un armazón esférico, cilíndrico o plano separado del resto del accionador. En relación con los dispositivos de impacto, se utilizan los acumuladores de presión para igualar las variaciones de presión derivadas de los impactos que produce el pistón de impacto. Sin embargo, el problema con los actuales acumuladores de presión que se emplean en los dispositivos de impacto es los cambios incontrolables en la forma del diafragma, ya que el flujo de volumen momentáneo del líquido a presión que entra o sale del acumulador de presión es grande y la cantidad de flujo de volumen de los acumuladores de presión varía repentinamente. Asimismo, en los actuales acumuladores de presión el material del diafragma está sometido a grandes deformaciones, lo que significa que dicho material está constantemente en tensión, por lo que su vida de servicio es innecesariamente breve. Cuando un diafragma se rompe, la producción siempre se detiene, lo que deriva en costes adicionales.

En otra instalación de una tecnología anterior podemos ver un acumulador de presión que sobresale en el extremo superior de un martillo de percusión hidráulico, en una extensión del mismo. El acumulador de presión consta de una envoltura que está separada del resto de la estructura, un diafragma similar a un manguito y una pantalla metálica situada contra el interior del diafragma. Entre la envoltura y el diafragma hay un espacio de presión para el gas, y dentro de la pantalla hay un espacio para el líquido a presión. Una desventaja de dicha estructura es que cuando el pistón se desplaza hasta la posición inferior, el diafragma queda rápidamente presionado contra la pantalla, pudiendo resultar dañado cuanto toca las aberturas de la pantalla. Con el tiempo, pueden formarse depresiones o algo similar en el diafragma, pudiendo romperse con facilitad por esos puntos. Al igual que en otras instalaciones de tecnologías anteriores, otro problema de la solución anteriormente citada es que el acumulador de presión es un elemento que sobresale del resto de la estructura, quedando así expuesto a golpes y a la influencia de las condiciones del entorno. Dicha protuberancia hace que la manipulación del aparato resulte más difícil. Además, como podemos ver en EEUU 5.174.386, se añade a la longitud total del aparato un acumulador de presión situado en una extensión del martillo de percusión, lo que resulta inadecuado para el uso del mismo.

El objetivo de la presente invención es presentar un acumulador de presión en un dispositivo de impacto de accionamiento hidráulico en el que queden solventados los problemas anteriormente citados.

De conformidad con la invención, el dispositivo de impacto se caracteriza por que el acumulador está colocado básicamente a todo lo largo en torno al pistón de percusión.

Una idea básica de la invención es que el pistón de percusión está rodeado por un espacio anular dividido por un diafragma similar a un manguito en dos cámaras de presión independientes, una de las cuales está dispuesta para recibir líquido a presión, y la otra se ha llenado previamente con un medio de compresión, como un gas. El resultado es un acumulador de presión que puede utilizarse para acumular líquido a presión presurizado. Otra idea básica es que el acumulador de presión está básicamente colocado a todo lo largo en torno al pistón de percusión. Por añadidura, la idea básica de la invención es que la circunferencia exterior del armazón del dispositivo de impacto lleva una cavidad para una primera cámara de presión, y que el armazón del dispositivo de impacto está rodeado por un manguito cuya circunferencia interior lleva una cavidad para formar una segunda cámara de presión. El diafragma que separa las cámaras de presión queda presionado desde los bordes entre el manguito y el armazón. Los extremos del diafragma llevan preferentemente protuberancias, y el armazón y/o el manguito llevan ranuras para sujetar el
diafragma.

Una ventaja de la invención es que, debido a la estructura de la instalación, pueden controlarse los movimientos del diafragma del acumulador de presión. Por lo tanto, las deformaciones que se producen en el diafragma tienen menos importancia que antes, lo que se traduce en una vida más larga del diafragma y en menos reparaciones de su estructura. Por añadidura, puesto que ahora la zona de desplazamiento del diafragma es mayor, su velocidad de movimiento puede ser menor que antes, con una menor distancia de desplazamiento, lo cual también evita su desgaste. Una ventaja para la vida de servicio del diafragma es que no está conectado a la superficie de la primera cámara de presión durante el ciclo operativo del dispositivo de impacto. Debido a la baja velocidad de movimiento, es posible controlar el funcionamiento del diafragma aunque el flujo del volumen del líquido a presión que entra o sale del acumulador sea grande. Otra ventaja es que las pérdidas de potencia son menores que antes, ya que con la actual instalación no es necesario desplazar el líquido presurizado a grandes distancias por distintos conductos, sino que el acumulador de presión puede colocarse en las proximidades del pistón de percusión. Otra ventaja es que, puesto que el acumulador de presión está colocado en torno al dispositivo de impacto, queda protegido de los golpes, de los efectos perniciosos de la suciedad y de las condiciones atmosféricas, ya que está situado dentro de la envoltura de protección junto con el resto de la estructura. Así pues, el acumulador no está separado del dispositivo de impacto, ni sobresale del mismo. Por lo tanto, la estructura es más compacta que antes y presenta un mejor aspecto. Además, puesto que el acumulador de presión está integrado en torno al pistón de percusión en relación con el aparato actual, la longitud del dispositivo de impacto no tiene que incrementarse con desventaja debido al acumulador de presión. Por ejemplo, reducir las dimensiones exteriores del aparato de fragmentación es ventajoso para el uso y la capacidad de operación del mismo. Otra ventaja es que el acumulador no tiene tantos componentes como antes, siendo así más económica su fabricación. La primera parte de la cámara de presión puede fabricarse de manera sencilla en línea recta con el armazón del dispositivo de impacto y, por consiguiente, la segunda parte puede fabricarse directamente hacia un manguito situado entre el armazón y la envoltura protectora. Puesto que el acumulador de presión se encuentra en las proximidades del dispositivo de impacto, no es tan necesario contar con una estructura con calibres largos difíciles de preparar o con otros conductos para transferir el líquido hidráulico entre el acumulador y el pistón de percusión. La estructura del acumulador puede fabricarse de una forma sorprendentemente sencilla. Además, el dispositivo de impacto puede tener una estructura modular, lo que significa que las propiedades de dicho dispositivo pueden variar sólo con instalar un manguito y/o un armazón con otro volumen de la cavidad.

La invención se describirá más detalladamente en los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Fig. 1 es una vista lateral en corte esquemática de un dispositivo de fragmentación con una disposición de acuerdo con la invención para formar un acumulador de presión,

La Fig. 2 es una vista lateral esquemática de una sección parcial de un diafragma similar a un manguito en una disposición del acumulador de presión de conformidad con la invención, en una posición que corresponde a un estado no presurizado, y

La Fig. 3 es una vista en corte esquemática de un detalle de la instalación.

La Fig. 1 es una vista en corte de un extremo superior de un dispositivo de impacto de accionamiento hidráulico, en este caso un aparato de fragmentación. Dicho aparato 1, que normalmente también se denomina aparato de percusión o hidráulico, puede conectarse a una pluma o elemento similar de una excavadora u otra máquina de forma ya conocida. Puesto que la estructura y el funcionamiento de los martillos de percusión son en general conocidos en este terreno, el aparato de fragmentación puede verse de forma muy simplificada, al menos en lo que respecta a los componentes que no están fundamentalmente relacionados con la presente invención. El martillo de percusión consta de un pistón de percusión 2 que realiza un movimiento de vaivén debido a la acción del líquido a presión y que propina golpes consecutivos en el objeto que se va a romper mediante una herramienta 3 que sólo puede verse parcialmente. El martillo de percusión está rodeado por una envoltura protectora 4, que puede constar, por ejemplo, de planchas de acero dobladas conectadas entre sí por un sistema de conexión adecuado y que lleva retenes y elementos amortiguadores de las vibraciones. La envoltura protectora puede ser también una estructura tubular cerrada en un extremo. Debe observarse que, para conseguir una mayor claridad, en la figura no aparecen todos los conductos del líquido a presión necesarios para el funcionamiento del aparato, sino sólo aquellos esenciales para la invención. Por añadidura, el martillo de percusión consta de un armazón 5 preferentemente de sección transversal circular. La circunferencia exterior del armazón lleva una primera cavidad por ejemplo mediante corte, que forma una primera cámara de presión 6 a del acumulador de presión, que puede verse a continuación en la Figura 3. Uno o más conductos 8 están conectados a la cámara de presión 6 a desde el espacio 7 del líquido a presión del pistón de percusión 2, entrando y saliendo el líquido a presión de la cámara de presión 6 a a través de los conductos. La instalación consta además de un manguito 9 colocado en torno al armazón y que se apoya, al menos en sentido vertical, en el espacio entre la envoltura protectora 4 y el armazón 5. La circunferencia interior del manguito lleva, por ejemplo mediante corte, una segunda cavidad que corresponde preferentemente a la forma de la cavidad del armazón, estando situada la segunda cavidad en un punto que corresponde a la cavidad del armazón. La cavidad del manguito forma una segunda cámara de presión 6b para el medio de compresión del acumulador de presión, como gas nitrógeno. Una cantidad predeterminada de este medio entra en la cámara de presión a una presión de llenado específica por un canal independiente 10. Entre el manguito 9 y el armazón 5 hay un diafragma 11 que divide las cámaras de presión 6 a y 6b en dirección radial, y es un componente similar a un manguito que se abre por los extremos. El diafragma puede desplazarse en sentido radial debido a la acción del gas presurizado y el líquido a presión. La posición del diafragma en dirección radial en cada momento depende de la relación de la presión que prevalece en las cámaras de presión 6 a y 6b, es decir, en los distintos lados del diafragma. Cuando no hay presión en la cámara de presión 6 a entre el diafragma y el armazón, el gas presiona al diafragma contra la parte inferior de la cavidad formada en el armazón, como vemos en la figura. Cuando entra líquido presurizado en el espacio del líquido a presión 7 del pistón de percusión o cuando el pistón empuja el líquido en este espacio durante su movimiento de retorno, el líquido presurizado fluye desde el conducto 8 del líquido a presión hasta la cámara de presión 6 a. Por consiguiente, el diafragma se desplaza una distancia que es proporcional a la presión en dirección radial hacia la parte inferior de la cavidad del manguito 9, es decir, se desplaza hasta el lado de la cámara de presión 6b. El medio presurizado del lado opuesto del diafragma resiste naturalmente el movimiento del dicho diafragma pero se ve obligado a comprimirse a causa de una mayor presión. De este modo se carga el acumulador con presión estática, que puede liberarse y utilizarse durante el siguiente golpe del pistón de percusión. Por lo tanto, es posible hacer los conductos normales para suministrar el medio y llegar a un pistón de percusión menor que antes. Por añadidura, las pérdidas de potencia son menores puesto que no es necesario transferir un gran volumen de medio presurizado a largas distancias dentro del martillo de percusión El diafragma del acumulador de presión realiza un movimiento de vaivén durante un ciclo de funcionamiento o un movimiento de subida y bajada del pistón de percusión. Cuando el pistón está en la posición superior, el acumulador de presión se carga y, por consiguiente, cuando el pistón ha dado un golpe y se encuentra en la posición inferior, el acumulador de presión está en la situación que vemos en la figura, pero no entra en contacto con la superficie de la cámara de presión 6 a. Cuando el aparato no está en funcionamiento y no hay presión procedente del medio de presión en el espacio del líquido a presión 7, el diafragma queda presionado contra la superficie de la cámara de presión 6 a debido a la presión de prellenado del gas. El acumulador de presión puede hacerse fácilmente bastante largo en la dirección vertical del martillo de percusión sin que se vean afectadas de ningún modo las dimensiones exteriores del aparato de fragmentación. Así pues, el acumulador de presión puede hacerse muy plano en dirección radial, por lo que el volumen del acumulador puede ser grande. Debido a la estructura plana, el diafragma sólo se desplaza una corta distancia, lo que significa que también las deformaciones del mismo son menores que antes. Por lo tanto, el desgaste del diafragma es menor y no se rompe con tanta facilidad.

La Fig. 2 es una vista lateral del diafragma 11 del acumulador de presión de acuerdo con la invención, viéndose una vista en corte del lado derecho del diafragma para tener una mayor claridad. El diafragma es un elemento cilíndrico con una sección transversal circular que se abre en ambos extremos y es de un material elástico. El material del diafragma debe ser resistente al aceite hidráulico y al gas utilizado en el acumulador, y también debe soportar sin romperse las tensiones mecánicas a las que está sometido. El diafragma puede ser, por ejemplo, de un material de caucho o plástico adecuado con las características anteriormente citadas, o una combinación de los mismos. El diafragma 11 similar a un manguito consta en sus extremos de las proyecciones 12 a y 12b para sujetarlo, y de un ensanchamiento vertical 13 en el centro del diafragma. El ensanchamiento 13 está dispuesto para ser colocado en los conductos 8 que llevan a la cámara de presión 6 a, para que el diafragma sea más fuerte en este punto al recibir el líquido a presión que procede del conducto a gran presión. Por otra parte, el ensanchamiento 13 impide que el diafragma presione en el conducto 8, por lo que no es necesaria una pantalla independiente o similar en la abertura del conducto. Las proyecciones 12 a y 12b de los extremos del diafragma están formadas de manera que se correspondan con las ranuras formadas en el armazón y/o el manguito a efectos de sujeción. Cuando la presión ejercida en el armazón 5 y el manguito 9 es conjunta, éstos presionan los bordes del diafragma desde ambos extremos entre ellos, y las proyecciones 12 a y 12b del diafragma se sitúan en las ranuras o similares existentes para ellos. Aunque en la figura pueden verse las proyecciones del diafragma sólo en la circunferencia exterior del mismo, éstas pueden formarse también sólo en la circunferencia interior o en ambas, la exterior y la interior, del diafragma.

En la figura 3 puede verse un detalle de la instalación de conformidad con la invención para clarificar aún más la estructura de la misma. Aquí el acumulador de presión se encuentra cargado, lo que significa que el líquido a presión ha entrado en la cámara de presión 6 a y ha empujado el diafragma 11 hacia el lado de la cámara de presión 6b. La posición del diafragma aparece exagerada en la figura para que resulte más claro. Tanto el manguito 9 como el armazón 5 llevan ranuras para sujetar el diafragma, estando dichas ranuras separadas de los bordes de las cavidades formadas en el manguito y el armazón. Los ensanchamientos 12 a y 12b de los extremos del diafragma similar a un manguito están dispuestos para ser colocados en estas ranuras cuando se ejerce presión conjunta en el manguito y el armazón. En algunos casos puede formarse una ranura sólo en el manguito o en el armazón, mientras que el diafragma pueda fijarse desde sus bordes entre el manguito y el armazón. El diafragma funciona también como un retén entre el armazón y el manguito para poder formar las cámaras de presión impermeables 6 a y 6b sin retenes independientes entre estas secciones. El manguito puede quedar unido al armazón sin un perno o cualquier otro tipo de conexión correspondiente.

La descripción y el dibujo aquí presentados son sólo a modo de ilustración de la idea de la invención. Los detalles de la misma pueden variar en el contexto de las reivindicaciones. Por lo tanto, en principio las cámaras de presión pueden formarse de manera contraria en comparación con las figuras y la descripción, de forma que la primera cámara de presión 6 a entre el armazón y el diafragma puede llenarse de gas presurizado, en tanto que se aplica presión hidráulica a la segunda cámara de presión 6b entre el manguito y el diafragma. También es posible incluir algunos acumuladores de presión anular independientes uno detrás de otro en la dirección axial del pistón de percusión. Por ejemplo, al aplicar dos de dichos acumuladores de presión, el primero puede conectarse al sistema de baja presión y el segundo al sistema de alta presión del pistón de percusión. También es posible conectar un acumulador al conducto de retorno para el líquido a presión. En principio, dicho acumulador de presión puede conectarse a cualquier espacio del líquido a presión del pistón de percusión dependiendo de la construcción del aparato.

Claims (4)

1. Un dispositivo de impacto de accionamiento hidráulico, como un aparato de fragmentación, que consta como mínimo de:

un armazón (5),

un pistón de percusión (2) que está dispuesto para realizar un movimiento de vaivén debido a la presión del líquido a presión,

un sistema para la entrada y la salida del líquido a presión en el dispositivo de impacto,

un acumulador de presión, que está conectado a un espacio del líquido a presión (7) en conexión con el pistón de percusión (2), estando formado el acumulador como un espacio anular colocando en torno al armazón (5) un manguito independiente (9) que consta de una cavidad anular,

y en el que

el espacio anular está dividido en dos cámaras de presión independientes (6 a y 6b) mediante un diafragma similar a un manguito (11),

llenándose una de las cámaras de presión (6 a, 6b) con un sistema de compresión presurizado y estando conectada la otra cámara de presión a un espacio del líquido a presión (7) en conexión con el pistón de percusión (2),

la circunferencia externa del armazón (5) lleva una primera cavidad anular para formar la primera cámara de presión (6 a), y el manguito (9) lleva una segunda cavidad anular para formar la segunda cámara de presión (6b), y

el diafragma similar a un manguito (11) se encuentra entre el armazón (5) y el manguito (9), y se caracteriza porque

el acumulador está situado a todo lo largo en torno al pistón de percusión.

2. Un dispositivo, de conformidad con la reivindicación 1, que se caracteriza porque se introduce un gas de una presión determinada en la segunda cámara de presión (6b) y por que la primera cámara de presión (6 a) está conectada al espacio del líquido a presión (7) del pistón de percusión (2) al menos mediante un conducto (8).

3. Un dispositivo, de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, que se caracteriza porque la superficie de contacto entre el manguito (9) y el armazón (5) lleva ranuras para sujetar el diafragma (11), y por que el diafragma (11) consta de proyecciones en los bordes (12 a) y (12b) dispuestas para ser introducidas en las citadas ranuras.

4. Un dispositivo, de conformidad con las reivindicaciones precedentes, que se caracteriza porque el diafragma (11) consta en el centro de un ensanchamiento (13) dispuesto para ser colocado en el conducto (8) procedente del pistón de percusión (2).