NO332788B1 - Trykkfluidoperert slaganordning - Google Patents

Abstract

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en trykkfluidoperert slaganordning innbefattende en ramme (2) som tillater et verktøy (13) å være anordnet bevegelig deri i sin lengderetning, midler for mating av trykkvæske til slaganordningen (1) og for å returnere trykkvæske til en trykkvæsketank, og midler for å frembringe en spenningspuls i verktøyet ved å benytte trykk fra trykkvæsken. Oppfinnelsen inkluderer en trykkvæskekilde for å opprettholde trykket i arbeidskammeret (3), og midler for støtvis å mate trykkvæske til slaganordningen (1) slik at trykkvæsken skyver et overføringsstempel til en forhåndsbestemt bakre posisjon slik at trykkvæske blir sluppet ut fra arbeidstrykkammeret (3), og for vekselvis å tillate trykkvæske å bli sluppet raskt ut fra slaganordningen (1) slik at trykket fra trykkvæsken i arbeidstrykkammeret (3) og trykkvæske som strømmer dertil fra trykkvæskekilden skyver overføringsstempelet (4) mot verktøyet (13), og således genererer en spenningspuls i verktøyet (13).

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en trykkfluidoperert slaganordning innbefattende en ramme som tillater et verktøy å være bevegelig anordnet deri i sin lengderetning, midler for mating av trykkvæske til slaganordningen og for å returnere trykkvæske til en trykkvæsketank, og midler for å frembringe en spenningspuls i verktøyet ved anvendelse av trykket til trykkvæsken, hvilken slaganordning innbefatter et arbeidstrykkammer fylt med trykkvæske og, mellom arbeidstrykkammeret og verktøyet, et overføringsstempel som er bevegelig anordnet i lengderetningen for rammen og som er i kontakt med verktøyet enten direkte eller indirekte i det minste under spenningspulsgenerering, og et ladetrykkammer på siden av overføringsstempelet som vender mot verktøyet slik at overføringsstempelet er tilveiebragt med en trykkoverflate som vender mot arbeidstrykkammeret og på siden av ladetrykkammeret en trykkoverflate som vender mot verktøyet.

I en slaganordning i henhold til teknikkens stand blir en spenningspuls i et verktøy frembragt ved bruk av et resiprokerende slagstempel som, i slutten av sin slagbevegelse, treffer en ende av et verktøy eller et skaft koplet dertil, og således frembringer en spenningspuls i verktøyet som forplanter seg mot materialet som skal behandles. Den resiprokerende slagbevegelsen til et slagstempel blir typisk frembragt ved hjelp av et trykkmedium hvis trykk får slagstempelet til å bevege seg i minst en retning, i dag typisk i begge retninger. For å øke slagbevegelsen kan en trykkakkumulator eller en fjær eller lignende bli benyttet for å lagre energi under en returbevegelse.

Grunnet den resiprokerende bevegelsen til et slagstempel blir akselerasjonskrefter i motsatte retninger vekselvis frembragt i slaganordninger utstyrt med et slagstempel som utsetter mekanismen for belastning og vanskeliggjør kontroll med slaganordningen. I tillegg, grunnet slike krefter, må bomkonstruksjoner og mateanordninger som vanligvis benyttes for understøttelse av en slaganordning være mer robuste enn det som ellers ville være nødvendig. Videre, for å få en spenningspuls til å bli overført fra verktøyet og til materialet som skal behandles, slik som fjell som skal brytes, effektivt nok, må slaganordningen, og således verktøyet, bli skjøvet mot materialet med en tilstrekkelig kraft. Grunnet dynamiske akselerasjonskrefter må følgelig matekraften og -konstruk-sjonene dimensjoneres slik at de er robuste nok til at presskraften på verktøyet som blir igjen som forskjellen mellom akselerasjonen forårsaket av matekraften og bevegelsen til slagstempelet fremdeles er tilstrekkelig stor. Videre er slaganordninger utstyrt med et slagstempel som opererer med en resiprokerende slagbevegelse bare i stand til å tilveiebringe lave slagfrekvenser siden det å akselerere slagstempelet i sin bevegelsesretning alltid krever en kraftmengde proporsjonal med massen til slagstempelet, og høye frekvenser ville kreve høy akselerasjon og således ekstremt høye krefter. Dette er i sin tur ikke gjennomførbart i praksis, siden hele resten av slaganordningen og støttekonstruksjonen til denne måtte være dimensjonert tilsvarende. Når dette samtidig ville føre til en vesentlig reduksjon av effektiviteten, er slagfrekvensen til eksisterende slaganordninger bare noen få dusin Hz på sitt beste.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en slaganordning som gjør det mulig for dynamiske krefter generert deri og ulemper forårsaket av dette å bli vesentlig mindre. Et ytterligere formål er å tilveiebringe en slaganordning som har en god effektivitet og som muliggjør spenningspulsfrekvenser som er vesentlig høyere enn for eksisterende anordninger.

Slaganordningen i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved at midler for frembringelse av en spenningspuls i en trykkvæskekilde koplet til arbeidstrykkammeret for å bibeholde trykk i arbeidstrykkammeret, og midler for støtvis å mate til ladetrykk-kammeret trykkvæske hvis trykk gjør det mulig for overføringsstempelet å bli skjøvet mot arbeidstrykkammeret, mot trykket fra trykkvæsken i arbeidstrykkammeret og til en forhåndsbestemt bakoverposisjon for overføringsstempelet slik at trykkvæsken blir sluppet ut fra arbeidstrykkammeret, og for vekselvis å tillate trykkvæske å bli sluppet raskt ut fra ladetrykkammeret slik at en kraft frembragt av trykket til den trykksatte trykkvæsken i arbeidstrykkammeret og som strømmer til dette fra trykkvæskekilden skyver overføringsstempelet i retning av verktøyet, komprimerer verktøyet i sin lengderetning og således genererer en spenningspuls i verktøyet.

En grunnleggende idé ved oppfinnelsen er at overføringsstempelet blir kontinuerlig utsatt for et trykk som virker mot verktøyet, hvilket trykk er avledet fra en trykkfluid-kilde koplet til arbeidstrykkammeret.

En ytterligere grunnidé ved oppfinnelsen er at trykksatt trykkfluid blir matet til et ladetrykkammer som befinner seg på en annen side av overføringsstempelet for å bevege overføringsstempelet til en bestemt, forhåndsbestemt posisjon, det vil si til en posisjon hvorfra overføringsstempelet blir tillatt, ved hjelp av en kraft frembragt av trykket i arbeidskammeret, og brått komprimerer vertkøyet mot materialet som skal behandles, og således frembringe en spenningspuls i verktøyet.

Nok en grunnleggende idé ved oppfinnelsen er at når overføringsstempelet er i nevnte posisjon og i det vesentlige i kontakt med verktøyet eller skaftet, er ladetrykkammeret forbundet med et "tanktrykk" slik at trykket som virker på den motsatte siden av overføringsstempelet frembringer en plutselig kompresjon på verktøyet eller lignende, og således frembringer en spenningspuls som forplanter seg gjennom verktøyet og til materialet som skal behandles.

En fordel ved oppfinnelsen er at denne løsningen gjør det mulig å oppnå en god effektivitet siden bevegelse av overføringsstempelet til en spenningspulsinitierings-posisjon, det vil si til en frigjøringsposisjon, finner sted i det vesentlige mot et konstant trykk. En ytterligere fordel med oppfinnelsen er at denne muliggjør gjenvinning av kompresjonsspenningsenergien til en spenningsbølge som blir reflektert fra materialet som blir behandlet via verktøyet og overføringsstempelet til arbeidstrykkammeret. Nok en ytterligere fordel er at spenningspulsgenereringsfrekvensen kan bli gjort vesentlig høyere enn i tidligere kjente slaganordninger siden det ikke er noen stor masse, og således sent slagstempel som skal fås til å resiprokere. Nok en annen fordel med oppfinnelsen er at løsningen er enkel å implementere og at operasjonen er enkel å styre.

Oppfinnelsen vil bli beskrevet mer detaljert i de medfølgende tegninger, hvor:

- figurene la og lb viser prinsipper hos en utførelsesform av en slaganordning i henhold til oppfinnelsen under henholdsvis ladning og under spenningspulsgenerering, og - figurene 2a og 2b viser teoretiske energi-grafer relatert til henholdsvis lading og spenningspulsgenerering.

Fig. la viser skjematisk prinsippene hos en utførelsesform av en slaganordning i henhold til oppfinnelsen i en situasjon hvor slaganordningen blir "ladet" for å frembringe en spenningspuls. Figuren viser en slaganordning 1 innbefattende en ramme 2. For trykkvæske innbefatter rammen et arbeidstrykkammer 3 som på en side er definert av et overføringsstempel 4. Arbeidstrykkammeret 3 er via en kanal 5 forbundet med en trykkilde, slik som en trykkvæskepumpe 6, som mater trykksatt trykkvæske til rommet 3 ved et trykk Pi. På den andre siden av overføringsstempelet 4, motsatt av trykkammeret 3, er det tilveiebragt et ladetrykkammer 7 som i sin tur, via en kanal 8 og en ventil 9, er forbundet med en trykkvæskekilde, slik som en trykkvæskepumpe 10, som mater trykksatt væske hvis trykk er P2. Fra ventilen 9 er det videre tilveiebragt en trykkvæskereturkanal 11 til en trykkvæsketank 12.

Et verktøy 13, som kan være en borestang, eller typisk et skaft koplet til borestangen, er videre forbundet med slaganordningen 1. I den motsatte enden av verktøyet er det tilveiebragt en borekrone, slik som et fjellbor eller lignende (ikke vist) som under operasjon er i kontakt med materialet som skal behandles. Det kan videre innbefatte en trykkakkumulator 14 forbundet med arbeidstrykkammeret 3 for å dempe trykkpulser.

I situasjonen vist i fig. la blir "ladning" implementert idet trykkvæske, styrt av ventilen 9, blir matet til ladetrykkammeret 7 slik at overføringsstempelet 4 beveges i retning med pilen A inntil det har stoppet, i posisjonen i henhold til fig. la, i sin øverste, det vil si bakre posisjon. Samtidig blir trykkvæske sluppet ut fra arbeidstrykkammeret. Den bakre posisjonen for overføringsstempelet 4 blir bestemt av de mekaniske løsningene i slaganordningen 1, slik som ulike skuldre eller stoppere; i utførelsesformen i henhold til figurene la og lb en skulder 2a og den bakre overflaten til en flens 4a hos overførings-stempelet. Under operasjon av slaganordningen blir slaganordningen 1 skjøvet mot materialet som skal behandles med en kraft F, det vil si en "matekraft", som holder overføringsstempelet 4 i kontakt med verktøyet 13 og tuppen derav, det vil si en borekrone eller lignende, i kontakt med materialet som skal behandles. Når overføringsstempelet 4 har beveget seg i retning med pilen A så langt som mulig, blir ventilen 9 beveget til posisjonen vist i fig. la slik at trykkvæske fra ladetrykkammeret 7 blir tillatt å brått slippe inn i trykkvæsketanken 12. Overføringsstempelet blir da tillatt å bevege seg fremover i retning av verktøyet 13 grunnet trykket til trykkvæsken i arbeidstrykkammeret 3 og videre dertil fra trykkvæskepumpen 6. Trykk Pi som virker på overføringsstempelet 4 i arbeidstrykkammeret 3 frembringer en kraft som skyver overføringsstempelet 4 i retning med pilen B mot vertøyet 13, og komprimerer verktøyet 13. Som et resultat blir det generert en plutselig kompresjonsbelastning i verktøyet 13 gjennom overføringsstempelet 4, og denne plutselige kompresjonsbelastningen frembringer således en spenningspuls gjennom verktøyet 13 hele veien til materialet som skal behandles. En "refleksjonspuls" som blir reflektert fra materialet som blir behandlet returnerer i sin tur gjennom verktøyet 13 og skyver overføringsstempelet 4 igjen i retning med pilen A i fig. la slik at energien fra spenningspulsen blir overført til trykkvæsken i arbeidstrykkammeret. Samtidig blir ventilen 9 igjen sjaltet til posisjonen vist i fig. la, og trykkvæske blir igjen matet til ladekammeret 7 for å skyve overføringsstempelet 4 til sin forhåndsbestemte bakre posisjon.

Trykkoverflatearealer hos overføringsstemplet 4, det vil si et overflateareal Al som vender mot arbeidstrykkammeret 3 og et overflateareal A2 som vender mot ladekammeret 7, respektivt, kan bli valgt på mange ulike måter. Den enkleste implementeringsmåten er utførelsesformen vist i figurene la og lb hvor overflatearealene har ulik størrelse. I et slikt tilfelle muliggjør et passende valg av overflatearealer bruk av trykk av lik størrelse på begge sider av overføringsstempelet 4, det vil si at trykkene Pi og P2kan være av lik størrelse. Derfor kan trykkvæske entre begge rommene fra den sanne trykkvæskekilden. Dette forenkler implementeringen av slaganordningen. Dette fører igjen til en ytterligere fordel i at overføringsstempelet 4 enkelt kan bli tilveiebragt med en skulderlignende flens 4a og at rammen enkelt kan bli tilveiebragt med en skulder 2a, respektivt, slik at skulderen 2a hos rammen 2 definerer den bakre posisjonen for overføringsstempelet 4; i figuren den øverste posisjonen, det vil si posisjonen hvor spenningspulsgenereringen alltid starter. Overflatearealene kan også ha lik størrelse, i hvilket tilfelle trykket P2må være større enn trykket Pi.

Figurene 2a og 2b beskriver teoretiske energi-grafer relatert til lading og spenningspulsgenerering, respektivt, i en slaganordning i henhold til oppfinnelsen.

Når overføringsstempelet blir beveget i samsvar med fig. 2a mot trykket Pi som virker i arbeidstrykkammeret, blir til slutt mengden ladet energi Pi x Vi, det vil si produktet av trykk og volum erstattet av et trykkareal Ai, som er vist med rektangelet A. Hvis trykkverdien som virker i arbeidstrykkammeret initielt er 0, vil mengden ladet energi være Pi x Vi/2, det vil si halvparten av energien nevnt ovenfor, som er vist med triangelet B. Tilsvarende er energimengden matet inn i slaganordningen vist med rektangelet C vist med stiplede linjer, som er produktet av trykket P2(i det vesentlige konstant) og en volumøkning V2som har skjedd som et resultat av overgangen til en trykkoverflate A2. Dette overflatearealet til rektangelet C, det vil si mateenergien, er like stort som overflatearealet til rektangelet A.

Når overføringsstempelet i henhold til figur 2b blir tillatt å presse verktøyet, blir energimengden overført til en spenningspuls lik Pi x Vi, det vil si produktet av trykk og nevnte volum, som er vist med rektangelet D. Hvis verdien til trykket som virker i arbeidskammeret er 0 til slutt, vil energimengden overført til en spenningspuls være Pi X Vi\2, det vil si halvparten av energien nevnt ovenfor, som er vist med triangelet E. Selv om denne teoretiske analysen ikke nøyaktig viser virkelige operasjonsprosesser og trykknivåer i praksis, gir den allikevel en tydelig beskrivelse på hvordan slaganordningen i henhold til oppfinnelsen, ved å benytte de samme trykkverdiene for trykkvæsken som skal mates, muliggjør høyere kraft en den som produseres av anordninger hvor trykket varierer mellom 0 og et maksimalt trykk som skal oppnås.

Ved å benytte korte bevegelser i retning av verktøyet gjør slaganordningen i henhold til oppfinnelsen det mulig å frembringe spenningspulser med en høy frekvens siden de nødvendige mengdene trykkvæske som må mates er relativt små samtidig som de gjør det mulig å frembringe en stor kraft. Videre, siden massen til overføringsstempelet 4 er liten, blir det ikke generert vesentlige dynamiske krefter. Tilsvarende krever det å bevege overføringsstempelet 4 til sin bakre posisjon, det vil si startposisjon, bare en kort bevegelse, som således gjør det mulig å oppnå pulser og en høy spenningspulsfrekvens, som fører til en høy frekvens for spenningspulser mellom verktøyet og materialet som skal behandles, vanligvis også kalt slagfrekvens i forbindelse med tidligere kjente slaganordninger.

Claims (5)

1. Trykkfluidoperert slaganordning innbefattende en ramme (2) som tillater et verktøy (13) å være bevegelig anordnet deri i sin lengderetning, midler for mating av trykkvæske til slaganordningen (1) og for å returnere trykkvæske til en trykkvæsketank, og midler for å produsere en spenningspuls i verktøyet ved å benytte trykket fra trykkvæsken, idet slaganordningen (1) innbefatter et arbeidstrykkammer (3) fylt med trykkvæske og, mellom arbeidsstrykkammeret (3) og verktøyet (13), et overføringsstempel (4) som er bevegelig anordnet i lengderetningen for rammen (2) og som er i kontakt med verktøyet (13) enten direkte eller indirekte i det minste under spenningspulsgenerering, og et ladetrykkammer (7) på siden av overføringsstempelet (4) som vender mot verktøyet (13) slik at overføringsstempelet (4) er tilveiebragt med en trykkoverflate (Al) som vender mot arbeidstrykkammeret (3) og på siden av ladetrykkammeret (7) en trykkoverflate (A2) som vender mot verktøyet (13),karakterisertv e d at midlene for tilveiebringelse av en spenningspuls innbefatter en trykkvæskekilde koplet til arbeidstrykkammeret (3) for å bibeholde trykket i arbeidstrykkammeret (3), og midler for støtvis å mate, til arbeidstrykkammeret (7), trykkvæske hvis trykk gjør det mulig for overføringsstempelet (4) å bli skjøvet mot arbeidstrykkammeret (3), mot trykket til trykkvæsken i arbeidstrykkammeret (3) og til en forhåndsbestemt bakre posisjon for overføringsstempelet (4) slik at trykkvæske blir sluppet ut fra arbeidstrykk-kammeret (3), og for vekselvis å tillate trykkvæske å bli sluppet raskt ut fra arbeidstrykkammeret (7) slik at en kraft frembragt av trykket til den trykksatte trykkvæsken i arbeidstrykkammeret (3) og som strømmer dertil fra trykkvæskekilden skyver overføringsstempelet (4) i retning av verktøyet (13), komprimerer verktøyet (13) i sin lengderetning og således genererer en spenningspuls i verktøyet (13).

2. Slaganordning i henhold til krav 1,karakterisert vedat midlene for mating av trykksatt trykkvæske til arbeidstrykkammeret (3) er anordnet for å mate trykkvæsken slik at trykket i arbeidstrykkammeret (3) forblir i det vesentlige konstant under operasjon av slaganordningen.

3. Slaganordning i henhold til krav 1 eller 2,karakterisertv e d at trykkvæske med likt trykk blir matet til arbeidskammeret (3) og til ladetrykkammeret, og at trykkoverflatene (Ai, A2) til overføringsstempelet (4) som vender mot arbeidstrykkammeret (3) og ladetrykkammeret (7), respektivt, er dimensjonert slik at summen av krefter som blir dannet skyver overføringsstempelet (4) tilbake til sin bakre posisjon.

4. Slaganordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat arbeidstrykkammeret (3) er koplet til en trykkvæskekilde, slik som en trykkvæskepumpe (6), slik at trykkvæskekilden søker å mate trykkvæske kontinuerlig dertil.

5. Slaganordning i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den innbefatter en trykkakkumulator koplet til arbeidstrykkammeret (3).