SE538091C2 - Fördelningsventil och bergborrmaskin - Google Patents

Abstract

: Fördelningsventil (7) för att styra hydraulflöden till olikaförbrukare, varvid fördelningsventilen omfattar en fram- ochåterrörlig ventilslid (8). Ventilsliden (8) innefattar encentral, i axiell riktning förlöpande borrning (38,39), vilkensamverkar med en mot en ventilgavel (ll) anliggande plunge (35) för att i trycksatt tillstånd driva ventilsliden (8).Plungen innefattar ett yttre kolvparti (36) med reduceraddiameter (d), vilket, i ett ändlägesomràde för ventilsliden,är inrättat att, tillsammans med ett samverkande parti (38) avborrningen med reducerad diameter (d), etablera en dämpkammare(40) för àndlägesdàmpning av ventilsliden (8). Uppfinningenavser även en bergborrmaskin. Fig. 2 77747 20140123

Description

20 25 30 538 091 och andra teknikområden föreligger önskemål om ventiler vidareutvecklade för mer tillförlitlig drift.

UPPFINNINGENS ÅNDAIVIÅL ocH VIKTIGASTE KÄNNETECKEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en vidareutveckling av fördelningsventiler enligt ovan och att anvisa en ekonomiskt framställbar fördelningsventil, vilken är i stånd att insättas vid krävande drift.

Detta ändamål uppnås vid en anordning enligt ovan genom att ventilsliden innefattar en central, i axiell riktning förlöpande borrning, vilken samverkar med en till den andra ventilgaveln anslutande plunge för bildande av ett trycksättbart utrymme, och att plungen innefattar ett från den andra ventilgaveln riktat yttre kolvparti med reducerad diameter, vilket, i ett ändlägesområde för ventilsliden, är inrättat att, tillsammans med ett parti av borrningen med motsvarande reducerad diameter, samverka för att etablera en dämpkammare för ändlägesdämpning av ventilsliden.

Härigenom uppnås att ventilslidens axiella rörelse- hastighet effektivt och säkert kan dämpas i ett ändområde av sitt rörelseområde. Detta medför flera fördelar visavis bakgrundstekniken såsom: - Anslagskraften mot en ventilgavel kommer att bli lägre.

Påkänningarna på associerade komponenter blir därför lägre. Ãndlägesdämpningen inrättas föredraget för rörelser i riktningar av mest känsliga delar av fördelningsventilen, som kan riskera att skadas vid anslag med full hastighet av en ventilslid.

- Ventilsliden kan tillåtas ha en högre hastighet än annars under huvuddelen av sin rörelse mellan ändlägena.

- Högre omställningshastighet medges därmed, vilket medför möjlighet att öka frekvensen för en maskin såsom en lO 15 20 25 30 538 091 bergborrmaskin, i vilken uppfinningen tillämpas.

- Genom att dämpkammaren kommer att arbeta med ett konstant trycksatt medium, kommer kavitationsrisken vid återrörelse att vara minimerad.

- Genom att dämpkammaren kommer att arbeta med ett konstant trycksatt medium kommer en förutsägbar och repeterbart säkert beräkningsbar dämpning att föreligga vid föredraget liten volym hos dämpkammaren.

- Liten volym hos dämpkammaren ger i sin tur möjlighet att göra dämpkammaren axiellt kort, så att ventilsliden kan ha föredragen hög hastighet över huvuddelen av sin rörelse.

- Ventilen enligt uppfinningen är enkelt och ekonomiskt framställbar. Finbearbetningen av ventilsliden kan utföras i en bearbetningsuppsättning, vilket medför snabbare och säkrare tillverkning med säkrare erhållande av eftersträvade toleranser.

Såväl partierna av borrningen som partierna av plungen är cirkulärcylindriska.

Vid etablerad dämpkammare föreligger föredraget en dämpspalt mellan det yttre kolvpartiet och det samverkande partiet av borrningen. I dämpspalten sker en omvandling av rörelseenergi i genomströmmande hydraulmedium till värmeenergi i hydraulmediet, vilket resulterar i eftersträvad energiupp- tagning. Fackmannen kan inom ramen av sin normala verksamhet dimensionera dämpspalten för anpassning till aktuella parametrar såsom hastighet och använt hydraulmedium för att tillse att önskad dämpsträcka och dämpkaraktäristik erhålls.

Lämpligen innefattar ventilen i eller i området av den första ventilgaveln en trycksättbar kammare, vilken upptar ett ventilsliden tillhörande centralt ändkolvparti med en ändyta för att i trycksatt tillstånd av kammare driva ventilsliden i riktning av den andra ventilgaveln. I synnerhet föredras att i trycksatt tillstånd av utrymmet och trycklöst 10 15 20 25 30 538 091 tillstånd av kammaren, det är inrättat för drivning av ventilsliden i riktning mot den andra ventilgaveln.

Det föredras att plungen är inrättad att vara fri från den andra ventilgaveln. Plungen kommer då att tryckas för anliggning mot den andra ventilgavel av trycket i nämnda borrning i ventilsliden och tillåtas att vara fri från sidokraftinverkan av den andra ventilgaveln och istället helt vara styrd av borrningen. Detta medför minimerad skärningsrisk eftersom plungen på ett föredraget sätt styrs i radiell led mot ventilsliden, vilken i sin tur styrs av ett ventil- foder/ett ventilhus, utan att några radiella inbördes krafter uppkommer mellan plungen och ventilsliden. Detta medger också tillverkning med reducerade toleranskrav liksom att erforder- ligt snäv strypspalt/dämpspalt kan vara inrättad mellan ventilsliden och plungen utan att skärningstendenser upp- kommer. Plungen är då i synnerhet rörlig i en radiell led i förhållande till den andra ventilgaveln när den är antryckt mot denna.

Plungen kan dock vara kopplad till den andra ventilgaveln, med medgivande av relativ rörelse i en radiell led i förhållande till den andra ventilgaveln. Genom denna inbördes rörlighet medges att plungen i viss mån kan följa ventilslidens rörelser i radiell led, vilket åtminstone reducerar skärningsrisken. Tänkbart, men i de flesta fall ej lämpligt, är att plungen och den andra ventilgaveln är fast, orörligt förenade med varandra. Detta föredras inte eftersom det vid denna lösning föreligger risk för skärningstendenser. Åtminstone ett hål till borrningen är lämpligen inrättat i en vägg hos ventilsliden för att medge permanent trycksättning av utrymmet för att enkelt medge permanent trycksättning direkt från en av fördelningsventilens portar.

Den permanenta trycksättningen tillhandahålls föredraget genom en till fördelningsventilen ansluten systemtryckkälla. 10 15 20 25 30 538 091 Fackmannen dimensionerar med fördel ett förhållande tvärsektionsyta/initial dämpkammarvolym (vid just etablerad dämpkammare) efter behov och användningsområde för erhållande av eftersträvad hastighetsminskning samtidigt med önskad längd av dämpsträckan.

Uppfinningen avser även en hydraulisk bergborrmaskin med ett maskinhus, vilket upptar en arbetscylinder med en fram- och àterrörlig slagkolv, varvid bergborrmaskinen innefattar en ventil enligt ovan.

Nämnda ventil är lämpligen upptagen i maskinhuset, vilket innebär integreringsfördelar, som har att göra med tillverkningsmässiga och utrymmesmässiga aspekter.

Fördelningsventilen har en axel, som föredraget är parallell med en axel till arbetscylindern, vilket ger möjlighet ett bygga bergborrmaskinen slank och platsbesparande.

Det föredras också att bergborrmaskinen har en maskingavel för arbetscylindern, vilken maskingavel även tillsluter ett fördelningsventilen upptagande utrymme. Detta resulterar i att ett enda delningsplan kan utnyttjas för både arbetscylindern och fördelningsventilen, vilket ger ytter- ligare reducerade kostnader och tätningsmässiga fördelar.

Ytterligare särdrag och fördelar med uppfinningen framgår av efterföljande beskrivning av utföringsexempel.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen ska nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 visar en bergborrmaskin utrustad med en fördelningsventil enligt uppfinningen i en axiell sektion, Fig. 2 visar en förstorad sektion av en fördelningsventil enligt uppfinningen i ett första läge, 10 15 20 25 30 538 091 Fig. 3a och 3b visar en förstorad sektion respektive en delförstoring av fördelningsventilen i Fig. 2 i ett andra läge, och Fig. 4 visar en förstorad sektion av fördelnings- ventilen i Fig. 2 i ett tredje läge.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL I fig. 1 visas således i en axiell sektion en bergborrmaskin 1 inkluderande ett maskinhus 2, i vilket en slagkolv 3 är axiellt fram- och återrörlig inuti ett cylinderutrymme utgörande en arbetscylinder 4. Slagkolven 3 utför slag i en slagriktning R mot en borrnacke 5 på i och för sig förut känt sätt.

Vid bergborrmaskinens l bakre åndområde är anordnad en fördelningsventil 7 för fördelning av tryckfluid till bergborrmaskinens drivkamrar för drivning av slagkolven 3 fram och åter.

I fig. 1 är fördelningsventilen 7 visad med sin ventilaxel parallell med slagkolvens 3 och arbetscylinderns 4 axel, vilken är axeln för slagverket hos bergborrmaskinen 1.

Detta utförande har den fördelen att bergborrmaskinen kan göras slank och platsbesparande på sin bakre del.

Det medger även att en bakre husgavel kan inrättas att vara gemensam för arbetscylindern och fördelningsventilen så att ett annars nödvändigt delningsplan kan inbesparas.

Genom utformningen med parallella axlar och gemensam bakre husgavel uppnås fördelen med lägre bearbetningskostnader och därmed lägre kostnad för borrmaskinen. Därutöver minskar risken för inträngning av fukt och föroreningar i maskinen samt risken för haveri genom oavsiktligt lösgörande skruvar.

I fig. 2 visas fördelningsventilen 7 i förstorad skala, varvid framgår att fördelningsventilen 7 uppvisar en i ett ventilfoder 9 fram- och återrörlig ventilslid 8, vilken är 10 15 20 25 30 538 091 rörlig mellan två ändlägen definierade av anslag mot en första ventilgavel 10 respektive mot en andra ventilgavel 11.

Ventilfodret 9 begränsar en ventilkammare 33 för upptagning av ventilsliden 8 och uppvisar sedvanliga borrningar, vilka utgör kanalmynningar för till fördelnings- ventilen 7 anslutna kanaler. Ventilfodret 9 är inrättat med noggrant definierade styrkanter för samverkan med motsvarande styrutsprång på ventilsliden 8.

I det i Fig. 2 visade läget befinner sig fördelnings- ventilens 7 ventilslid 8 i ett första ändläge med en första anslagsände 21 i anliggning mot ett första ändanslag 17 på den första ventilgaveln 10 för ventilsliden 8. Ventilsliden 8 är i detta läge med en andra anslagsände 22 på ett avstånd från ett andra ändanslag 34 på den andra ventilgaveln 11.

Läget av ventilsliden i Fig. 2 uppkommer på grund av att en kammare 14, vilken upptar ett ventilsliden 8 till- hörande centralt ändkolvparti 23 med en ändyta 15, är i ett trycklöst tillstånd.

Vidare är ett utrymme 16 inrättat inuti ventilsliden 8, vilket utrymme 16 under drift är permanent trycksatt genom förmedling av hål 27 i ventilslidens vägg från en likaledes permanent trycksatt ventilport.

Trycket i detta utrymme 16 verkar mot utrymmets 16 ändyta 24 och förmår i kammarens 14 trycklösa tillstånd att driva ventilsliden 8 till vänster i figuren mot sitt första ändläge.

Det permanent trycksatta utrymmet 16 definieras av en koaxiellt med ventilslidens axel förlöpande borrning.

Utrymmets 16 axiellt andra ände, motsatt ändytan 24, begränsas av en tätande in i borrningen sig sträckande plunge 35, vilken antrycks mot den andra ventilgaveln 11 genom det i utrymmet 16 förevarande trycket. 10 15 20 25 30 538 091 Mellan borrningen och plungen föreligger vidare genom en snäv spalt tätningssamverkan under medgivande av att ventilsliden är axiellt rörlig i förhållande till den andra ventilgaveln och till plungen.

Det i Fig. 3a visade läget har uppkommit genom att en intermittent trycksatt kanal (ej visad) ledande från ett ventilparti av arbetscylindern 4 (fig.1) till kammaren 14 på grund av slagkolvens 3 läge under sin slagcykel trycksatts med systemtryck. Det ska noteras att även andra sätt att inter- mittent tryoksätta kammaren 14 kan förekomma.

Härigenom trycksätts kammaren 14 så att ett hydrau- liskt tryck verkar på ändytan 15 av det centrala ändkolv- partiet 23 hos ventilsliden 8. På grund av att arean av ändytan 15 är större än arean av ändytan 24 och typiskt samma tryck råder i kammaren 14 och i utrymmet 16 kommer ventil- sliden att börja drivas i riktning av sitt andra ändläge och efter en viss tidsrymd befinna sig i det i Fig. 3a visade läget.

Med ventilsliden i det i Fig. 3a visade läget har ett yttre kolvparti 36 av plungen 35, vilket yttre kolvparti 36 har en mindre diameter d jämfört med en större diameter D hos en huvuddel 37 av plungen, just nått ett parti 38 av borrning- en med huvudsakligen den mindre diametern d (avviker något på grund av att en spalt föreligger mellan elementen). Huvuddelen 37 av plungen befinner sig för övrigt alltid i ett parti 39 av borrningen med (huvudsakligen) den större diametern D (avviker något på grund av att en spalt föreligger mellan elementen).

I detta läge för ventilsliden är genom samverkan mellan det yttre kolvpartiet 36 och partiet 38 av borrningen med den mindre diametern d inrättat att etableras en dämpkammare 40.

Dämpkammaren är som framgår av detaljförstoringen i Fig. 3b väsentligen begränsad av: 10 15 20 25 30 538 091 - 42, en radiellt utåt riktad yta av det yttre kolvpartiet 36, - 43, en axiellt riktad ändyta av plungens huvuddel, som är belägen radiellt utanför det yttre kolvpartiet 36, - 44, en axiellt riktad ändyta av partiet av borrningen med större diameter belägen radiellt utanför partiet av borrningen med mindre diameter, - 45, en radiellt inåt riktad yta av partiet av borrningen med större diameter.

Vid ventilslidens fortsatta rörelse i riktning mot den andra ventilgaveln 11, från läget i Fig. 3a då dämp- kammaren 40 etablerats fram till att ventilsliden nått sitt andra ändläge, kommer volymen av dämpkammaren att minska. I dämpkammaren 40 befintligt hydraulmedium kommer som följd av detta i motsvarighet till volymminskningen att uttränga genom en dämpspalt 41 bildad mellan det yttre kolvpartiets 36 radiellt utåt riktade mantelyta och en invändig yta av partiet 38 av borrningen med mindre diameter.

Hydraulmediet kommer därvid att uttränga genom dämp- spalten 41 mot trycket i det permanent trycksatta utrymmet 16 inuti ventilsliden 8. Dämpningen ombesörjs genom att rörelse- energin i ventilsliden omvandlas till värme upptagen av hydraulmediet vid dettas passage genom dämpspalten.

I dämpkammaren befintligt hydraulmedium kommer i huvudsak att pressas ut genom dämpspalten 41 men även i mindre grad som läckage genom spalten bildad mellan plungens huvuddel 37 och partiet 39 av borrningen med större diameter.

I det i Fig. 4 visade andra ändläget för ventilsliden 8 befinner sig ventilsliden 8 i anliggning med den andra anslagsänden 22 mot det andra ändanslaget 34 på den andra ventilgaveln 11.

Utgående från detta läge avbryts nu trycksättningen av kammaren 14 som i stället kopplas till en returkanal/ till atmosfären/ till ett lägre tryck, varvid ventilsliden åter 10 15 20 25 30 538 091 drivs mot det i Fig. 2 visade läget, varefter det ovan beskrivna rörelsemönstret upprepas.

Uppfinningen kan modifieras inom ramen för patent- kraven. Som alternativ eller som komplement till arrangemanget med dämpspalten 41 är det möjligt men inte föredraget att det till dämpkammaren är kopplat en kanal 46 (antyds med streckad linje i Fig. 4), i vilken är anordnad en dämpstrypning 47, som kan vara fast eller ställbar. Detta ger möjligheter till styrning och medför mindre behov av dimensionering av dämp- spalten.

För att reducera tendenser till kavitation är det möjligt men inte föredraget att till dämpkammaren koppla en tryckkälla P för avgivning av hydraulmedium med samma tryck, som råder i utrymmet 16. I en kanal 48 (antyds med streckad linje i Fig. 4) från denna tryckkälla är lämpligen insatt en i riktning mot dämpkammaren öppen envägsventil.

Både den första och den andra ventilgaveln 10, ll kan vara rörliga så att båda ventilgavlarna är antryckbara mot anslag i riktning mot varandra för definierande av två definierade ändlägen för ventilsliden 8. Det ligger dock inom ramen för uppfinningen att ventilgavlarna är fästa vid ventil- huset på konventionellt sätt genom t ex skruvning, bultning, vara insatt och fäst tvärgående etc.

Fördelningsventilen 7 kan utföras även utan ett specifikt ventilfoder 9.

Uppfinningen är, som anges ovan, även tillämplig för mer konventionellt uppbyggda fördelningsventiler med fasta ventilgavlar. En av eller båda ventilgavlarna kan vidare även vara integrerade i ett hus för fördelningsventilen, varvid med ”ventilgavel” ska förstås ändvägg för en ventilkammare.

Med termen ”trycklöst tillstånd” för kammaren 14 avses att kammaren bortkopplats från högtryck/ systemtryck och i stället kopplats till lågtryck eller atmosfärstryck. 10

Claims (13)

10 15 20 25 30 538 091 PATENTKRAV:

1. Fördelningsventil (7) för att styra hydraulflöden till olika förbrukare, varvid fördelningsventilen omfattar en i en ventilkammare (33) i axiella riktningar fram- och àterrörligt anordnad ventilslid (8) och varvid ventilkammaren i axiell led är begränsad av en första och en andra ventilgavel (10, 11), kännetecknad av - att ventilsliden (8) innefattar en central, i axiell riktning förlöpande borrning (38,39), vilken samverkar med en till den andra ventilgaveln (11) anslutande plunge (35) för bildande av ett trycksättbart utrymme (16), och - att plungen innefattar ett från den andra ventilgaveln riktat yttre kolvparti (36) med reducerad diameter (d), vilket, i ett ändlägesomràde för ventilsliden, är inrättat att, tillsammans med ett parti (38) av borrningen med motsvarande reducerad diameter (d), samverka för att etablera en dämpkammare (40) för ändlägesdämpning av ventilsliden (8).

2. Ventil enligt kravet 1, kännetecknad av att vid etablerad dämpkammare (40), en dämpspalt (41) föreligger mellan det yttre kolvpartiet (36) och partiet (38) av borrningen med reducerad diameter.

3. Ventil enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att den i eller i området av den första ventilgaveln innefattar en trycksättbar kammare (14), vilken upptar ett ventilsliden (8) tillhörande centralt ändkolvparti (23) med en ändyta (15) för att i trycksatt tillstànd av kammaren (14) driva ventilsliden i riktning av den andra ventilgaveln.

4. Ventil enligt krav 3, kännetecknad av att i trycksatt tillstànd av utrymmet (16) och trycklöst tillstànd av kammaren 11 10 15 20 25 30 538 091 (14), det är inrättat för drivning av ventilsliden (8) i riktning mot den andra ventilgaveln (11).

5. Ventil enligt något av kraven 1 - 4, kännetecknad av att plungen (35) är fri från den andra ventilgaveln och antryckbar mot den andra ventilgaveln av i utrymmet (16) rådande tryck.

6. Ventil enligt kravet 5, kännetecknad av att plungen (35) är rörlig i en radiell led i förhållande till den andra ventilgaveln när den är antryckt mot denna.

7. Ventil enligt något av kraven 1 - 4, kännetecknad av att plungen (35) är kopplad till den andra ventilgaveln, med medgivande av relativ rörelse i en radiell led i förhållande till den andra ventilgaveln.

8. Ventil enligt något av kraven 1 - 4, kännetecknad av att plungen (35) är fast förenad med den andra ventilgaveln.

9. Ventil enligt något av kraven 1 - 8, kännetecknad av att åtminstone ett hål (27) till borrningen (38,39) är inrättat i en vägg hos ventilsliden för att medge permanent trycksättning av utrymmet (16).

10. Hydraulisk bergborrmaskin (1) med ett maskinhus (2), vilket upptar en arbetscylinder (4) med en fram- och återrörlig slagkolv (3), kännetecknad av att bergborrmaskinen innefattar en fördelningsventil enligt något av kraven 1 - 9.

11. ll. Hydraulisk bergborrmaskin enligt kravet 10, kännetecknad av att nämnda fördelningsventil är upptagen i maskinhuset. 12 538 091

12. Hydraulisk bergborrmaskin enligt krav 10 eller ll, kännetecknad av att fördelningsventilen har en axel (18), som är parallell med en axel till arbetscylindern (4).

13. Hydraulisk bergborrmaskin enligt något av kraven 10 - 12, kännetecknad av att bergborrmaskinen har en husgavel (6) för arbetscylindern (4), vilken husgavel även tillsluter ett fördelningsventilen upptagande utrymme (20). 13