Предложен ударный блок (12) для отбойного молотка (10) или бурильного молотка (80, фиг 2 и 3), выполненный с возможностью приведения в действие водой и содержащий поршень (34), установленный с возможностью скольжения в цилиндре (32) и несущий ударную часть (35). По меньшей мере часть поршня и/или цилиндра покрыта керамикой. Керамикой предпочтительно является композит оксид алюминия - диоксид титана, который обеспечивает возможность уменьшения зазора между внутренним диаметром цилиндра и внешним диаметром поршня до величины от 8 до 10 мкм.

[0001] Ударный блок, выполненный с возможностью приведения в действие водой, содержащий поршень, установленный с возможностью скольжения внутри цилиндра и несущий ударную часть для введения в контакт с резцом, причем по меньшей мере часть поршня и/или цилиндра снабжена керамическим покрытием.

[0002] Ударный блок по п.1, отличающийся тем, что керамическое покрытие содержит оксид металла.

[0003] Ударный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что керамическое покрытие является композитом оксид алюминия - диоксид титана.

[0004] Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поршень и цилиндр выполнены, по существу, цилиндрическими.

[0005] Ударный блок по п.4, отличающийся тем, что зазор между внутренним диаметром цилиндра и внешним диаметром поршня составляет от 8 до 10 мкм.

[0006] Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что внутренняя стенка цилиндра образована гильзой.

[0007] Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрен блок давления, выполненный с возможностью подготовки заряда воды под давлением и направления заряда воды под давлением к передней стороне поршня.

[0008] Ударный блок по п.7, отличающийся тем, что блок давления выполнен с возможностью наполнения от 5 до 10 см3 газа под давлением от 60 до 70 бар.

[0009] Ударный блок по п.7 или 8, отличающийся тем, что предусмотрены клапанные средства для управления перемещением заряда воды к цилиндру и из цилиндра.

[0010] Ударный блок по п.9, отличающийся тем, что клапанные средства выполнены в виде золотника, установленного с возможностью скольжения относительно цилиндра.

[0011] Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выполнен с возможностью работы при подаче воды под давлением с расходом от 20 до 30 л/мин.

[0012] Ударный блок по п.11, отличающийся тем, что выполнен с возможностью работы при давлении воды от 100 до 110 бар.

[0013] Ударный блок по п.11 или 12, отличающийся тем, что выполнен с возможностью совершения порядка 1350 ударов/мин по резцу при расходе потока воды 20 л/мин.

[0014] Ударный блок по п.11 или 12, отличающийся тем, что выполнен с возможностью совершения порядка 1900 ударов/мин по резцу при расходе потока воды 30 л/мин.

[0015] Ударный блок по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что ударная часть выполнена с возможностью непосредственного контакта с резцом.

[0016] Ударный инструмент, снабженный ударным блоком по любому из предыдущих пунктов.

[0017] Ударный инструмент по п.16, отличающийся тем, что предусмотрены средства для подачи воды в ударный блок из устройства подачи замкнутого цикла.

[0018] Ударный инструмент по п.17, отличающийся тем, что средства для подачи воды включают в себя десятимикронный фильтр для фильтрации воды, подаваемой в ударный блок.

[0019] Ударный инструмент по п.17 или 18, отличающийся тем, что средства для подачи воды включают в себя охладитель воды, подаваемой в ударный блок.

[0020] Ударный инструмент по любому из пп.16-19, отличающийся тем, что ударный инструмент выполнен в виде отбойного молотка.

[0021] Ударный инструмент по любому из пп.16-19, отличающийся тем, что ударный инструмент выполнен в виде бурильного молотка.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к ударному блоку с водяным приводом, пригодному для использования в качестве приводного узла отбойного молотка, также известного как отбойник, бурильного молотка (перфоратора) или другого ударного инструмента.

Предшествующий уровень техники

Известно использование ударного блока для приведения в действие отбойного молотка или бурильного молотка. Ударный блок обычно приводится в действие гидравлической системой замкнутого цикла, использующей масло или масловодяную эмульсию в качестве рабочей жидкости. Недостаток заключается в том, что в гидравлической системе происходят протечки и масло или масловодяная эмульсия будет загрязнять рабочую окружающую среду. Это особенно нежелательно в замкнутых рабочих средах, таких как глубинные шахты.

Локальный нагрев является значительной проблемой в глубинных шахтах, поскольку температура земли обычно повышается на величину от 1,2 до 2,6 °С на каждые 100 м погружения. Для шахты глубиной 4000 или 5000 м это может привести к температуре окружающей среды в области 60 °С и для работы людей на таких глубинах должен быть обеспечен значительный объем охлаждения.

Существует проблема охлаждения отбойных и бурильных молотков, используемых в шахтах на таких глубинах.

В ударных блоках, предназначенных для работы с маслом или масловодяной эмульсией, невозможно использовать в качестве рабочей жидкости воду, поскольку вязкость воды значительно ниже таковой у масла или масловодяной эмульсии. Обычный ударный блок включает в себя цилиндр и поршень, который приводится в действие рабочей жидкостью. Зазор между диаметром цилиндра и диаметром поршня в ударном блоке для использования с маслом или масловодяной эмульсией обычно лежит в переделах между 20 и 50 мкм. Если такой блок используется с водой, а не с маслом или масловодяной эмульсией, то зазор слишком велик для того, чтобы поддерживать в блоке давление воды. Другими словами, вода выталкивается в цилиндре за поршень, а не приводит поршень в движение. Кроме того, вода не является смазкой, и даже в том случае, если зазоры между деталями ударного блока значительно уменьшены с целью герметизации поршня относительно цилиндра, компоненты, которые движутся один относительно другого, имеют склонность к заеданию или привариванию друг к другу.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание ударного блока, который может приводиться в действие водой и в котором значительно уменьшены указанные выше проблемы.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается ударный блок, выполненный с возможностью приведения в действие водой, содержащий поршень, установленный с возможностью скольжения внутри цилиндра, причем по меньшей мере часть поршня и/или цилиндра покрыта керамическим материалом.

Поршень предпочтительно несет ударную часть.

Было установлено, что при использовании керамического покрытия по меньшей мере на части поршня и/или цилиндра зазоры между поршнем и цилиндром могут быть существенно уменьшены для обеспечения возможности использования воды в качестве рабочей жидкости без заедания компонентов. Предполагается, что этот неожиданный эффект вызывается тем, что частицы воды захватываются пористой поверхностной структурой керамики, так что поршень и цилиндр в процессе работы удерживаются на расстоянии друг от друга. Таким образом, вода может смазывать поверхности также эффективно, как и пленка обычного масла.

Керамическое покрытие предпочтительно содержит оксид металла. Наиболее предпочтительным керамическим покрытием является композит оксида алюминия - диоксида титана.

Поршень и цилиндр предпочтительно имеют, по существу, цилиндрическую форму.

Внутренняя стенка цилиндра может быть образована гильзой. Зазор между внутренним диаметром цилиндра и внешним диаметром поршня предпочтительно составляет от 8 до 10 мкм.

Для создания заряда воды и направления заряда воды под давлением к передней стороне поршня предпочтительно предусмотрен блок давления. Блок давления заряжается газом в объеме от 5 до 10 см ³ при давлении от 60 до 70 бар.

Предпочтительно предусмотрены клапанные средства для управления перемещением заряда воды к цилиндру и из цилиндра. Клапанные средства предпочтительно являются золотником, который установлен с возможностью скольжения относительно цилиндра.

Ударный блок может быть выполнен с возможностью работы при подаче воды под давлением с расходом от 20 до 30 л/мин. Вода предпочтительно находится под давлением от 100 до 110 бар.

Ударный блок может совершать около 1350 ударов в минуту по резцу при расходе потока воды 20 л/мин. Альтернативно, ударный блок может совершать около 1900 ударов в минуту по резцу при расходе потока 30 л/мин.

Вода предпочтительно подается в ударный блок из устройства подачи замкнутого цикла (с замкнутым контуром) и охлаждается и/или фильтруется посредством 10-микронного фильтра.

Преимуществом изобретения является то, что в случае протечки выделяется только вода, которая не токсична и не огнеопасна. Дополнительным преимуществом изобретения является то, что подавляется коррозия ударного блока, поскольку он образует, по существу, замкнутый контур с отсутствием воздуха.

Ударный блок может быть использован в отбойном молотке, бурильном молотке или любом другом ударном инструменте.

Согласно второму аспекту изобретения предлагается система инструментов для использования в шахтах, содержащая по меньшей мере один ударный блок с водяным приводом согласно первому аспекту изобретения.

На подвижной платформе устанавливается предпочтительно один или более инструментов, так что инструменты могут легко подаваться вдоль разрабатываемого пласта. Платформа включает в себя средства стабилизации, такие как один или более телескопических элементов, выполненных с возможностью вхождения в контакт с потолком, сторонами или дном тоннеля для удержания платформы от смещения или опрокидывания при использовании ударных блоков.

Согласно третьему аспекту изобретения предлагается гидравлическая система замкнутого цикла (с замкнутым контуром), в которой рабочей жидкостью является вода.

Гидравлическая система замкнутого цикла предпочтительно включает в себя резервуар для воды, насос для подачи воды под давлением из резервуара в инструмент и средства для доставки воды из инструмента обратно в резервуар.

Резервуар может находиться под атмосферным давлением, т.е. иметь сообщение с атмосферой. Альтернативно, резервуар может быть герметизирован относительно атмосферы и находиться под давлением выше или ниже атмосферного.

Инструмент предпочтительно является ударным инструментом. Ударный инструмент может быть отбойным молотком или бурильным молотком.

Перечень фигур чертежей

Для лучшего понимания настоящего изобретения и для более ясной демонстрации его осуществления далее в качестве примера приводится описание со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых

на фиг. 1 представлено схематичное поперечное сечение ударного блока, встроенного в отбойный молоток;

на фиг. 2 представлен вид в перспективе бурильного молотка со встроенным ударным блоком;

на фиг. 3 - разобранный вид бурильного молотка по фиг. 2.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Со ссылкой на фиг. 1 отбойный молоток или отбойник в целом обозначен позицией 10. Ударный блок, обозначенный в целом позицией 12, установлен в корпусе 14. К одному концу корпуса 14 прикреплен блок давления или аккумулятор 16, а к другому концу корпуса 14 прикреплена направляющая 18 резца для направления ударного резца (не показан). На конце направляющей резца предусмотрен фиксатор 20 резца для удержания с возможность освобождения резца, выполненного, например, в виде долота.

К боковой стороне корпуса 14 прикреплен главный регулятор 24 расхода рабочей жидкости, который управляется вручную переключателем 30. Линия 26 подачи рабочей жидкости и возвратная линия 28 подключены к главному регулятору 24. Отбойный молоток 10 имеет две ручки 22, одна из которых прикреплена болтовым соединением к главному регулятору 24, а другая прикреплена болтовым соединением непосредственно к корпусу 14.

Корпус 14 имеет внутреннюю камеру 32, образующую цилиндр, в которой установлены рабочие детали ударного блока 12. Поршень 34, несущий ударную часть 35, удерживается коаксиально внутри камеры 32 в корпусе 14. Поршень 34 установлен в скользящем контакте внутри ударной гильзы 36, которая прикреплена к корпусу кольцеобразными монтажными элементами 38 и 40. Скользящий золотник 42 установлен концентрическим образом вокруг ударной гильзы 36 в цилиндрическом пространстве, ограниченном ударной гильзой 36, корпусом 14 и монтажными элементами 38 и 40. Ударная гильза 36 снабжена множеством отверстий, избирательно закрываемых и открываемых либо поршнем 34, либо золотником 42 для управления поступлением потока жидкости в рабочую полость 56 и выводом потока жидкости из указанной полости. Поршень имеет суженную часть 58 между частями 60 и 62 поршня, которая в процессе работы уплотнена по жидкости при нахождении в скользящем контакте с гильзой 36.

Части поршня 34, которые находятся в скользящем контакте с внутренней поверхностью гильзы 36, покрыты керамикой. Альтернативно, керамикой покрыты части гильзы 36, которые находятся в скользящем контакте с поршнем 34. Керамическое покрытие содержит оксид металла и наиболее предпочтительным является композит оксид алюминия - диоксид титана. Зазор между внутренним диаметром гильзы 36 и внешним диаметром поршня 34 находится в пределах между 8 и 10 мкм. Этот зазор позволяет осуществлять движение поршня относительно гильзы и достаточно мал, так что он обеспечивает герметичность в отношении воды высокого давления, воздействующей на поршень 34.

Блок давления 16 уплотняется с помощью гибкой диафрагмы 64 и в нем создается давление газа, обычно азота, в пределах между 60 и 70 бар. Блок давления вмещает от 5 до 10 см ³ газа при этом давлении.

В процессе использования вода под высоким давлением, обычно в пределах между 100 и 110 бар, подается в отбойный молоток 10 с расходом от 20 до 30 л/мин. Вода под давлением проходит через главный регулятор 24 в камеру 76 перед гибкой мембраной 64. Газ в блоке давления 16 сжимается и заряд воды удерживается под создаваемым давлением. Когда объем и давление заряда воды достигают определенных значений, золотник 42 продольно смещается и заряд воды направляется в рабочую полость 56 для воздействия на конец поршня 34. Это приводит к скольжению поршня вдоль оси в гильзе 36 по направлению к резцу (не показан), удерживаемому в направляющей. Конец поршня ударяет по концу резца, приводя резец в движение. Золотник 42 управляет возвратом поршня 34 для следующего цикла.

Ударный блок осуществляет примерно 1350 ударов в минуту по резцу при расходе потока порядка 20 л/мин. При возрастании расхода до 30 л/мин ударный блок 12 осуществляет примерно 1900 ударов в минуту по резцу.

В ударный блок 12 подается вода из устройства подачи замкнутого цикла, которая охлаждается и фильтруется 10-микронным фильтром. Вода фильтруется в линии возврата, где давление мало. Возможность использования воды в качестве рабочей жидкости дает преимущество в том, что при протечке устройства подачи замкнутого цикла отсутствует риск для здоровья и безопасности, поскольку вода нетоксична и неогнеопасна.

На фиг. 2 и 3 показан ударный блок 12 в составе бурильного молотка, обозначенного позицией 80. Ударный блок 12 удерживается в таком же корпусе 14 и управляется точно таким же образом с помощью блока давления или аккумулятора 16. Однако корпус 14 прикреплен к направляющей 70 резца, которая содержит в себе гидравлический двигатель, также имеющий водяной привод для вращения бура. Поршень 34 воздействует на конец резца в виде бура точно таким же образом, как и на резец в отбойном молотке 10.

В целях повышения производительности в шахте, некоторое количество инструментов (не показаны) могут быть установлены на подвижную платформу так, что они могут легко перемещаться вдоль разрабатываемого пласта. Платформа может быть стабилизирована с помощью телескопических элементов, которые выполнены с возможностью перемещения для вхождения в контакт с потолком, боковыми сторонами или дном тоннеля с целью удержания платформы от перемещения или опрокидывания при использовании ударных блоков.