SE442100B

SE442100B - HYDRAULIC SHOCK DRILL FOR A DRILLING MACHINE THAT ALLOWS GREAT SCOPE FOR STRAIGHT LENGTH AND FREQUENCY

Info

Publication number: SE442100B
Application number: SE8402232A
Authority: SE
Inventors: B H Hansson; B T Jakobsson
Original assignee: Atlas Copco Ab
Priority date: 1984-04-24
Filing date: 1984-04-24
Publication date: 1985-12-02
Also published as: EP0161227A1; SE8402232L; SE8402232D0

Description

ÉT? pä; 3-H *Nää (amd: ;--'_ 8402232--6 ,.._..._....__...._ Lea Lä; Uppfinningen skall beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar. ET? pä; 3-H * Nää (amd:; --'_ 8402232--6, .._..._....__...._ Lea Lä; The invention will be described with reference to the accompanying drawings.

Fig 1 är ett kopplingsschema för slagverket i en bergborrmaskin.Fig. 1 is a wiring diagram for the percussion instrument in a rock drilling machine.

Fig 2 är en schematisk längdsektion genom främre delen av bergborrmaskinen. I _ Fig 3 är ett kopplingsschema motsvarande Fig 1 men något förenklat.Fig. 2 is a schematic longitudinal section through the front part of the rock drilling machine. In Fig. 3 is a wiring diagram corresponding to Fig. 1 but somewhat simplified.

Fig 4-6 är scheman motsvarande Fig 3 men de visar några rörliga delar i andra lägen.Figs. 4-6 are diagrams corresponding to Fig. 3 but they show some moving parts in other positions.

Bergborrmaskinen visad på figurerna innefattar ett hus 11 som bildar en cylinder 12 som har stegvis olika diameterar. Cylindern 12 innehåller en slagkolv 13 som har en enda bom 14. En främre cylinderkammare 15 och en bakre cylinderkammare 16 bildas mellan cylindern 12 och slagkolven 13. Bommens 14 främre ringformiga yta 17 är belägen i den främre cylinderkammaren 15 och bommens 14 bakre ringformiga yta 18 är belägen i den bakre cylinderkammaren 16. Ytans 18 area är vanligen större än ytans 17 area. Slagkolven drives av det alternerande trycket i cylinderkamrarna 15, 16. Slagkolven slår på ett städ som bildas av den övre ändytan 19 på en borrstângs- adapter 20 som roteras av en icke visad hydraulmotor via en drivaxel 21 och en chuck 22. Chucken 22 har en bussning 23 som är i splinad förbindelse med chucken. Adaptern 20 har en vidgad del 24 som är i splinad förbindelse med chuckbussningen 23. De bakre ëndytorna av den vidgade delens 24 splines tar städ mot en dämparkolv 26.The rock drilling machine shown in the figures comprises a housing 11 which forms a cylinder 12 which has gradually different diameters. The cylinder 12 contains a percussion piston 13 having a single boom 14. A front cylinder chamber 15 and a rear cylinder chamber 16 are formed between the cylinder 12 and the percussion piston 13. The front annular surface 17 of the boom 14 is located in the front cylinder chamber 15 and the rear annular surface 18 of the boom 14 is located in the rear cylinder chamber 16. The area of the surface 18 is usually larger than the area of the surface 17. The percussion piston is driven by the alternating pressure in the cylinder chambers 15, 16. The percussion piston strikes an anvil formed by the upper end surface 19 of a drill rod adapter 20 which is rotated by a hydraulic motor (not shown) via a drive shaft 21 and a chuck 22. The chuck 22 has a bushing 23 which is in splined connection with the chuck. The adapter 20 has a widened portion 24 which is in spline connection with the chuck bushing 23. The rear end surfaces of the widened portion of the widened portion 24 abut a damper piston 26.

Dämparkolven 26 tvingas framåt mot sitt främsta läge i vilket den är visad av hydraultrycket i en cylinderkammare 27 som är ständigt trycksatt genom en kanal 28. Dämpkolven 26 fjädrar tillbaka från sitt visade främre läge om borrsträngen och dess adapter 27 studsar, men den återvänder omdelbart till sitt visade läge på grund av trycket i cylinderkammaren 27. Det verkliga utförandet av dämparen kan lämpiigen vara såsom beskrives i EP-A-58650.The damper piston 26 is forced forward towards its foremost position in which it is shown by the hydraulic pressure in a cylinder chamber 27 which is constantly pressurized through a channel 28. The damping piston 26 springs back from its shown forward position if the drill string and its adapter 27 bounce, but it immediately returns to its displayed position due to the pressure in the cylinder chamber 27. The actual design of the damper may suitably be as described in EP-A-58650.

En distributionsventil 31 med en ventilslid 32 är ansluten till pump och till tank genom ett inlopp 33 och tvâ utlopp 34 och den är ansluten till den främre cylinderkammaren 15 och till den bakre cylinderkammaren 16 medelst tvâ förbindelseledningar 35, 36. De tvâ utloppen 34 kan kopplas till en gemensam dräneringsledning som leder till tanken. Ventilsliden 32 har två plunschar 37, 38 med ändytor _ ....,....._,..__...-_. _ 8402232-6 39, 40 i styrkammaren 41, 42. Styrkammaren 41 är ansluten till åtta diskreta portar i cylindern 12 via en styrkanal 43, 44 som är grenad i åtta grenar som bildar de ovan nämnda diskreta portarna. Endast de två axiellt yttre grenarna 45, 46 visas. Grenarna mellan dem visas endast med sina centrumlinjer.A distribution valve 31 with a valve slide 32 is connected to the pump and to the tank through an inlet 33 and two outlets 34 and it is connected to the front cylinder chamber 15 and to the rear cylinder chamber 16 by means of two connecting lines 35, 36. The two outlets 34 can be connected to a common drainage line leading to the tank. The valve slide 32 has two punches 37, 38 with end surfaces _ ...., ....._, ..__...-_. 8402232-6 39, 40 in the control chamber 41, 42. The control chamber 41 is connected to eight discrete ports in the cylinder 12 via a control channel 43, 44 which is branched into eight branches forming the above-mentioned discrete ports. Only the two axially outer branches 45, 46 are shown. The branches between them are shown only with their center lines.

Styrkammaren 42 är också ansluten till åtta diskreta portar i cylindern 12 via en styrkanal 47, 48 som grenad i åtta grenar som bildar portarna. Endast de tvâ axiellt yttre grenarna 49, 50 visas.The control chamber 42 is also connected to eight discrete ports in the cylinder 12 via a control channel 47, 48 as branched into eight branches forming the ports. Only the two axially outer branches 49, 50 are shown.

Grenarna mellan dem visas endast med sina centrumlinjer. De axiella avstånden mellan portarna i de tvâ grupperna av åtta portar vardera är mindre är diametrarna på portarna. Därför är grenarna arrangerade i tre rader men detta är trivialt och visas ej på ritningarna.The branches between them are shown only with their center lines. The axial distances between the gates in the two groups of eight gates each are smaller than the diameters of the gates. Therefore, the branches are arranged in three rows but this is trivial and is not shown in the drawings.

De två grupperna av grenar 45, 46 och 49, 50 styrs av en väljar- ventil i form av en axiellt förflyttbar slid 51 med urtagningar 52, 53. Icke visade organ är anordnade för att hålla sliden 51 fixerad i förbestämda axiella lägen. I Fig 1 är de två grenarnas 45, 49 portar förbestämda att överföra trycksignaler från cylinderkamrarna 15, 16 till styrkamrarna 41, 42. Genom den axiellt förflyttbara väljar- ventil 51 kan ett annat par av grenarna förväljas att överföra trycksignalerna. Således kan slagkolvens slaglängd förväljas genom väljarventilen 51 såsom beskrives i EP-A-35005 och EP-A- . . . . ..(ansökning nr 83850339.9).The two groups of branches 45, 46 and 49, 50 are controlled by a selector valve in the form of an axially displaceable slide 51 with recesses 52, 53. Means not shown are arranged to keep the slide 51 fixed in predetermined axial positions. In Fig. 1, the ports of the two branches 45, 49 are predetermined to transmit pressure signals from the cylinder chambers 15, 16 to the control chambers 41, 42. Through the axially displaceable selector valve 51, another pair of the branches can be selected to transmit the pressure signals. Thus, the stroke of the percussion piston can be preselected through the selector valve 51 as described in EP-A-35005 and EP-A-. . . . .. (application no. 83850339.9).

En hjälpventil 54 med en ventilslid 55 är anordnad i styrkanalerna 43, 44 och 47, 48. Styrkanalerna innefattar således delar 43 och 47 mellan distributionsventilen 31 och hjälpventil 54, delar 44, 48 mellan hjälpventilen 54 och väljarventilen 51 och de tva grupperna av grenar 45, 46 och 49, 50 mellan väljarventilen 51 och cylindern 12.An auxiliary valve 54 with a valve slide 55 is arranged in the control channels 43, 44 and 47, 48. The control channels thus comprise parts 43 and 47 between the distribution valve 31 and auxiliary valve 54, parts 44, 48 between the auxiliary valve 54 and the selector valve 51 and the two groups of branches 45 , 46 and 49, 50 between the selector valve 51 and the cylinder 12.

Hjälpventilens 54 slid 55 har plunschar 56, 57 med kolvytor 58, 59 i grenar 60, 61 av förbindelseledningarna 35, 36. En dräneringskanal 62 leder från hjälpventilen 54 till tank. Dräneringskanalen 62 är inte ansluten till huvudavloppen 34 utan leder separat till tank. __Qni: QYTEEïïKY-ï? a..- .¿.;. vf' -_-'l .- utse, .in å» .EiQQ-ï svettig s. 3402232-Ã-6 Distributionsventielns 31 slid 32 har två ringformiga kolvytor 62, 63 vars areor är endast en liten del av plunscharnas 37, 38 ändytors 39, 40 areor. Borrningar 64, 65 i ventilsliden 32 leder till de ringformiga kolvytorna 62, 63.The slide 55 of the auxiliary valve 54 has punches 56, 57 with piston surfaces 58, 59 in branches 60, 61 of the connecting lines 35, 36. A drainage channel 62 leads from the auxiliary valve 54 to the tank. The drainage channel 62 is not connected to the main drain 34 but leads separately to the tank. __Qni: QYTEEïïKY-ï? a ..- .¿.;. vf '-_-' l .- utse, .in å ».EiQQ-ï sweaty p. 3402232-Ã-6 The slide 32 of the distribution valve 31 has two annular piston surfaces 62, 63 whose areas are only a small part of the plungers 37, 38 end surfaces 39, 40 areas. Bores 64, 65 in the valve slide 32 lead to the annular piston surfaces 62, 63.

Funktionen skall nu beskrivas med hänvisning till Fig 3-6. För enkelhets skull är väljarventilen 51 inte visad på Fig 3-6 och endast de två grenarna 45, 49 av de två grupperna av grenar 45, 46 och 49, 59 visas eftersom dessa grenar är förvalda genom väljar- ventilen 51 när den senare är fixerad i sitt läge visat i Fig 1. I Fig 3-6 visas endast ett urval av hänvisningsbeteckningarna i Fig 1.The function will now be described with reference to Figs. 3-6. For simplicity, the selector valve 51 is not shown in Figs. 3-6 and only the two branches 45, 49 of the two groups of branches 45, 46 and 49, 59 are shown because these branches are preselected by the selector valve 51 when the latter is fixed. in its position shown in Fig. 1. In Fig. 3-6 only a selection of the reference numerals in Fig. 1 is shown.

Hänvisningsbeteckningar som inte är nödvändiga för att förstå funktionen såsom den beskrives har utelämnats.Reference numerals which are not necessary to understand the function as it is described have been omitted.

I Fig 3 har slagkolven 13 just slagit på adaptern 20. Distributions- ventilens slid 32 är i sitt vänstra läge i vilket den trycksätter den främre cylinderkammaren 15 via förbindelsekanalen 35 och dränerar den bakre cylinderkammaren 16 genom förbindelsekanalen 36.In Fig. 3, the percussion piston 13 has just turned on the adapter 20. The slide 32 of the distribution valve is in its left position in which it pressurizes the front cylinder chamber 15 via the connecting channel 35 and drains the rear cylinder chamber 16 through the connecting channel 36.

Hjälpventilehs slid 55 är i sitt högra läge pà grund av trycket som verkar på dess kolvyta 58. I detta läge kopplar den ihop sytr- kanalens 43, 44 båda delar 43 och 44, 45 medan den blockerar styrkanalens 47, 48 delar 48, 49, 50 och ansluter den andra delen 47 till avlopp. Distributionsventilens slid 32 hålls i sitt läge på grund av trycket som överförs genom borrningen 65 och verkar pâ dess ringformade kolvyta 63.The slide 55 of the auxiliary valve is in its right position due to the pressure acting on its piston surface 58. In this position it connects both parts 43 and 44, 45 of the suture channel 43, 44 while blocking the parts 48, 49 of the guide channel 47, 48. 50 and connects the second part 47 to the drain. The slide 32 of the distribution valve is held in position due to the pressure transmitted through the bore 65 and acts on its annular piston surface 63.

Således rör sig slagkolven 13 bakåt (till höger i Fig 3) efter att ha slagit på adaptern 20. När slagkolvens bom 14 avtäcker styrkanalens 43, 44 port såsom visas i Fig 4 kommer trycket från den trycksatta cylinderkammaren 15 att överföras till distributions- ventilens 31 styrkammare 41 sâ att distributionsventilens slid 32 slår över till sitt läge visat i Fig 5. I Fig 4 visas distribu- tionsventilens slid 32li mitten av sin rörelse. I sitt läge visat i Fig 5 trycksätter distributionsventilens slid förbindelseled- ningen 36. Eftersom det kommer att vara tryck på hjälpventilens slids 55 kolvyta 59 så snart som distributionsventilens slid 32 har slagit över till sitt läge i Fig 5 kommer hjälpventilens slid 55 841112232-5 också att slå över till sitt läge i Fig 5 och dränera styrkammaren 41. Det kommer emellertid att finnas tryck på kolytan 62 på grund av borrningen 64 och distributionsventilens slid 32 kommer därför att kvarhâllas i sitt läge.Thus, the percussion piston 13 moves backwards (to the right in Fig. 3) after striking the adapter 20. When the percussion boom 14 reveals the port of the guide channel 43, 44 as shown in Fig. 4, the pressure from the pressurized cylinder chamber 15 will be transferred to the distribution valve 31. control chamber 41 so that the slide 32 of the distribution valve switches to its position shown in Fig. 5. In Fig. 4, the slide 32 of the distribution valve is shown in the middle of its movement. In its position shown in Fig. 5, the slide of the distribution valve pressurizes the connecting line 36. Since there will be pressure on the piston surface 59 of the auxiliary valve slide as soon as the slide 32 of the distribution valve has switched to its position in Fig. 5, the slide 55 of the auxiliary valve will also to switch to its position in Fig. 5 and drain the control chamber 41. However, there will be pressure on the carbon surface 62 due to the bore 64 and the slide 32 of the distribution valve will therefore be retained in its position.

Pâ grund av trycket i cylinderkammaren 16 kommer slagkolven 13 att retardera till stopp och sedan accelerera framåt i sitt arbetsslag.Due to the pressure in the cylinder chamber 16, the percussion piston 13 will decelerate to a stop and then accelerate forward in its working stroke.

Just innan den slår på adaptern 20 kommer slagkolven att avtäcka styrkanalens 47, 48 port såsom visas i Fig 6 och trycket i cylinderkammaren 16 kommer att överföras till styrkammaren 42 så att distributionsventilens slid 32 kommer att slå över i sitt läge visat i Fig 3. I Fig 6 visas distributionsventilens slid 32 i sitt transienta mittre läge under sin rörelse till vänster i Figuren.Just before it turns on the adapter 20, the percussion piston will cover the port of the control channel 47, 48 as shown in Fig. 6 and the pressure in the cylinder chamber 16 will be transferred to the control chamber 42 so that the distribution valve slide 32 will switch to its position shown in Fig. 3. Fig. 6 shows the slide 32 of the distribution valve in its transient central position during its movement to the left in the Figure.

Trycket kommer att nå cylinderkammaren 15 just när slagkolven 13 slår på adaptern 20. Hjälpventilens slid 55 slår åter över till sitt läge Fig 3 när förbindelseledningen 35 trycksättes. Slagkolven 13 börjar ett nytt returslag och cykeln repeteras.The pressure will reach the cylinder chamber 15 just when the percussion piston 13 switches on the adapter 20. The slide 55 of the auxiliary valve switches back to its position Fig. 3 when the connecting line 35 is pressurized. The piston 13 begins a new return stroke and the cycle is repeated.

Såsom beskrives ovan skiftar distributionventilens slid 32 läge och trycksätter den ena av förbindelsledningarna 35, 36 när en av styrkamrarna 41, 42 trycksättes. Sedan skiftar den snabba hjälpventilens slid 55 läge så att den dränerar den styrkammare 41, 42 som senast var trycksatt och åstadkom att distributionsventilens slid 32 skiftade läge. Således dräneras den ena styrkammaren 41, 42 i god tid före trycksättningen av den andra styrkammaren. Detta medger en hög slagfrekvens och ett förval av kort slaglängd för slagkolven. Slagfrekvensen kan exempelvis vara 150 Hz när slagkolvens 13 slaglängd är kort. Slaglängden kan exempelvis varieras mellan 7 mm och 60 mm med hjälp av väljarventilen 51 när slagkolven är 40-60 cm lång och väger exempelvis 70 kg. Eftersom grenarna 45-46 och 49-50 inte används för att dränera styrkanalerna 41, 42 utan är temporärt blockerade av hjälpventilens slid 55 kommer eventuella tryckspikar i cylinderkamrarna 15, 16 när dessa är anslutna till tank via utloppen 34 inte att kunna nâ styrkamrarna 41, 42. Därför kan dessa tryckspikar inte inverka på distrioutions- ventilens slid 32. Distributionsventilens 31 funktion blir därför mycket pålitlig och hällarytorna 62, 63 kan göras jämförelsevis smà.As described above, the slide 32 of the distribution valve changes position and pressurizes one of the connecting lines 35, 36 when one of the control chambers 41, 42 is pressurized. Then the slide 55 of the quick auxiliary valve changes position so that it drains the control chamber 41, 42 which was last pressurized and caused the slide 32 of the distribution valve to shift position. Thus, one control chamber 41, 42 is drained well in advance of the pressurization of the other control chamber. This allows a high stroke frequency and a preselection of short stroke length for the stroke piston. The stroke frequency can be, for example, 150 Hz when the stroke of the percussion piston 13 is short. The stroke length can, for example, be varied between 7 mm and 60 mm by means of the selector valve 51 when the stroke piston is 40-60 cm long and weighs, for example, 70 kg. Since the branches 45-46 and 49-50 are not used to drain the control channels 41, 42 but are temporarily blocked by the auxiliary valve slide 55, any pressure spikes in the cylinder chambers 15, 16 when connected to the tank via the outlets 34 will not be able to reach the control chambers 41, 42. Therefore, these pressure nails can not act on the slide 32 of the distribution valve. The function of the distribution valve 31 therefore becomes very reliable and the pouring surfaces 62, 63 can be made comparatively small.

L 84Û2232-ë I den visade utföringformen av uppfinningen är de tvâ cylinder- kamrarna 15, 16 alternerande trycksatta och dränerade genom distributionsventilen 31. Aïternativt kan den ena av cylinder- kamrarna 15, 16 vara konstant trycksatt medan distributionsventiïen 31 aïternerande trycksätter och dränerar den andra cyiinderkammaren för att åstadkomma sïagkolvens 13 fram- och återgâende rörelse.In the illustrated embodiment of the invention, the two cylinder chambers 15, 16 are alternately pressurized and drained through the distribution valve 31. Alternatively, one of the cylinder chambers 15, 16 may be constantly pressurized while the distribution valve 31 pressurizes and drains the other the inner chamber to effect the reciprocating movement of the piston 13.

Också andra modifieringar kan göras inom kravens omfång. f_.._-|pn--..- . _ -..vw ...__..._~.. , .-_..f....~_, _ -»Other modifications can also be made within the scope of the requirements. f _.._- | pn --..-. _ - .. vw ...__..._ ~ ..,.-_ .. f .... ~ _, _ - »

Claims

8402232-6 Patent claims:

Hydraulic percussion device, for example a percussion device included in a rock drilling machine, comprising a percussion piston (13) in a cylinder (32) arranged to strike a cleaning surface (20), a distribution valve (31) connected to inlet (33) and drain (34 ) to pressurize in one position a connecting line (35, 36) connected to a cylinder space (15, 16) formed between the piston and cylinder and in its second position to relieve the cylinder space, a first switching chamber (41, 42) for switching the distribution valve ( 31) to said one position when said first switching chamber is pressurized, a second switching chamber (41, 42) for switching the distribution valve (31) to said second position when said second switching chamber is pressurized, a first control line (43, 33; 47, 48) between the cylinder (12) and the first changeover chamber (41, 42) for pressurizing this changeover chamber when the percussion piston reaches a predetermined position and a second guide line (43, 44; 47, 48) between the cylinder (12) and the second changeover the shame (41, 42) for pressurizing this changeover chamber when the percussion piston reaches a predetermined position, characterized by valve means (54) arranged to drain the last pressurized of said changeover chamber (41, 42) in dependence on the distribution valve (31) having completed its conversion as a result of the pressurisation of this most recently pressurized conversion chamber.

Hydraulic percussion device according to claim 1, characterized in that said valve means (54) are arranged in said first and second guide lines (43, 44; 47, 48) and have a position for holding said first guide line (43, 44; 47 , 48) open while draining the portion of said second guide conduit leading to the guide chamber (41, 42) and blocking the portion of said second guide conduit (43, 44; 47, 48) leading to the cylinder (12) and a position to keep said second control line open while draining the part of said first control line (43, 44; 47, 48) leading to the control chamber (41, 42) and blocking the part of said first control line leading to the cylinder (12) . 84 022321-: 6

Hydraulic percussion device according to claim 1 or 2, characterized in that there are two connecting lines (35, 36) connected to each cylinder space (15, 16) and the distribution valve (31) is connected to pressurize the one in its one position. the connecting line and drain the other and in its second position drain said one connecting line and pressurize the other.

Hydraulic percussion device according to claim 3, characterized in that said valve means (54) is arranged to be controlled by the pressure in said two connecting channels (35, 36),

Hydraulic percussion device according to claim 4, characterized in that said valve means (54) comprises a valve slide (55) with two oppositely directed conversion surfaces (58, 59) which are connected to each of said connecting channels (35, 36).

Hydraulic percussion device according to one of the preceding claims, characterized by means (5l; 45, 46; 49, 50) for preselecting the stroke of the percussion piston (13).