[发明专利]冲击构件以及包括冲击构件的钻机

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分的冲击构件以及包括冲击构件的钻机。根据具体实施方式，冲击构件为冲击活塞。

背景技术

液压和气动钻机包括诸如冲击活塞之类的冲击构件，以将冲击波传递到诸如柄部之类的冲击接收构件，冲击接收构件将这些冲击波传递到钻杆，其中钻杆经由凿岩冠部穿透岩石。

冲击活塞优选为使用大约40-100赫兹的频率进行冲击，并且冲击活塞的冲程速率大约为10米／秒，因此冲击活塞会受到较高的应力。

例如如果在大约1000小时之后将冲击活塞更换，则冲击活塞在此期间会受到大量的载荷变化，这增加了疲劳失效的风险。将冲程速率增加到12.5-13米／秒将会是有利的。

存在多种方式来设计冲击活塞的冲击表面。图2a-2c中示意性地示出了多种已知的设计。

在图2a中示出了冲击活塞，该冲击活塞具有平坦的冲击表面并且设置有到侧表面的2毫米(附图中示出)或3毫米的过渡半径(R2、R3)。

作为替代，提供了与冲击表面相关联的倒角，其中角度在15-45度的区间之内。这在图2b中示出。

根据又一替代，冲击活塞设置有覆盖整个表面的半径，整个表面具有在200-1000毫米的区间内的过渡半径(R200-R1000)。这种替代在图2c中示出。

英国专利文献GB-324265公开了一种锤击凿岩机，该锤击凿岩机包括具有冲击表面的冲击活塞，冲击表面成形为使得运动部件上的载荷因操作工具安装成没有对齐而减小。因此，冲击活塞的冲击表面具有球形凹面形状，并且柄部具有相应的球形凸面形状。

在公布的专利申请GB-2136725中，已知一种具有冲击装置的钻锤，其中冲击装置具有截头圆锥形的冲击头，也就是说，在侧表面与冲击表面之间的过渡部分呈倒角。

在US-6,273,199中公开了一种能够应用于凿岩的装置，该装置包括冲击活塞和柄部。

并且最后，美国专利申请US-2009／0133893公开了一种具有往复运动的冲击活塞的手持式工具。活塞设置有球形冲击表面。

存在有实心冲击活塞以及设置有中央纵向开口的冲击活塞。

柄部-冲击活塞将冲击波传递到柄部-可以在受冲击活塞撞击的表面处设置有所谓的定位销孔。定位销孔是与柄部的制造相关联的中央定位孔。定位销孔可以具有例如为8毫米的直径。

定位销孔在冲击活塞的冲击表面的中央部分上带来了特定的应力。由于冲击表面受到了较大的力，已经确定的是：中心部分会承受材料运动，其中材料运动可以简要地解释为冲击活塞的位于定位销孔上的部分在冲击方向上“运动”。

此处需要重点提及的是：相比于冲击活塞，柄部会更经常地损坏并更换。

此外，已经确定的是：由于例如衬套和所谓的导向套筒的损坏，冲击活塞不会在每次冲击中完全呈直线地撞击柄部。这导致了在接触表面处具有较高的接触应力。

因此，鉴于对现有技术的以上讨论，本发明的目的是实现冲击构件的前部的改进的设计，这种改进的设计使应力集中最小化，并且从而增加冲击构件的寿命，这对经济性是有利的。

发明内容

通过根据独立权利要求的本发明实现了上述目的。

在从属权利要求中说明了优选实施方式。

根据本发明，冲击构件设置有环形成形的有效表面，该环形成形的有效表面相对于冲击构件的横剖面同心，该环形成形的有效表面具有比冲击活塞的直径更小的直径，并且有效表面具有这样的宽度：在与冲击接收构件相接触的时刻期间，有效表面的宽度显著小于冲击活塞的直径。这适用于冲击构件与冲击接收构件之间的直线冲击。

当应用根据本发明的冲击构件时，测试已经示出：冲程速率可以增加至少20％，从例如10米／秒增加到12米／秒之上。此外，实现了以下优点：通过以现今通常使用的冲程速率来使用根据本发明的冲击构件，获得了更长的寿命，并且获得了更好的抗非直线冲击性。

根据本发明，冲击表面具有使应力集中最小化的形状。由于环形成形的有效表面，使得接触点远离侧表面并且更靠近冲击表面的中心，这有利于实现之后施加到冲击构件的力的更加均匀的分布。

仍同冲击构件与冲击接收构件之间的非直线冲击相关联地，根据本发明还实现了更加有利的应力集中最小化，这是由于：例如接触表面更大，并且接触点远离侧表面且更接近冲击表面的中心。