專利名稱：具有氣動轉換控制機構的沖擊式鉆機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及
(RammbohrgerSt
設地下管道。
背景技術：
這種類型的沖擊式鉆機還用于擴大鉆孔和用于破壞性地替換地下 鋪設的各種管，它們都具有一個借助工作空氣可在一個殼體內往復運動 的自動控制的沖擊活塞。該沖擊活塞在向前運行中在一個前死點位置和 在向后運行中在一個后死點位置將其動能傳遞到殼體上。
借助一個轉換控制機構實施由向前運行到向后運行的轉換。轉換控 制機構借助工作空氣以及后死點位置的后移(Riickwartsverlegung )在 其前死點位置產生沖擊活塞的制動，而基本上無動能傳遞到殼體上，并 且確保沖擊活塞將其動能在那里傳遞到殼體。
已知這種類型的轉換控制機構有多種型式。它們利用 一個控制套來 調節(jié)兩個死點位置，控制套一方面借助工作空氣而另一方面通常借助預 壓彈簧可在一個抗移動地(verschiebefest)設置在鉆機殼體中的控制管 上軸向移動。同時，轉換控制機構主要遵循兩條結構研發(fā)路線，二者相 互區(qū)別主要在于它們采用轉換時對控制套加載的不同的壓縮空氣源。
例如在由英國專利說明書1 540 344或相應的美國專利說明書US 4 708 211已知的轉換控制機構中，通過一根壓縮空氣軟管以及一根抗轉 動和抗移動的(dreh- und verschiebefest)控制管給沖擊活塞供給的工 作空氣(壓縮空氣)用于在從向前運動轉換到向后運動過程中使控制套 縱向移動。從向后運動到向前運動的轉換以這樣的方式進行中斷供給 鉆機的工作空氣，使得彈簧加栽的控制套可以由其后位置運動到其前位置。
一種由德國專利*沈明書DE 39 09 567 C2或相應的美國專利說明書
一種具有氣動轉換控制機構的沖擊式鉆機 )，尤其是用于在土層中進行無坑鉆孔和用于無坑鋪US 5 148 878已知的彈簧氣動轉換控制機構用于將一個借助壓縮空氣軟 管可有限轉動地設置在一個導向套管中的彈簧加載的控制套從向前運 動轉換到向后運動。在此這樣確定彈簧壓力大小，使控制套在其用工作 空氣全加載情況下能克服彈簧預壓力并且由其用于向前運動的前位置 運動到其向后運動的后位置。為從向后運動轉換到向前運動，需要減小 工作空氣的逆著壓力彈簧作用的壓力，它壓力彈簧能將控制套移動到其 前位置。在這兩個位置，控制套將在彈性件作用下繞其縱軸線轉動并且 這樣在軸向上鎖定。
這些彈簧氣動轉換控制機構的缺點在于，它們要求較高的結構或技 術花費，并且來自一個統(tǒng)一氣源的工作空氣既用于沖擊活塞的運行又用 于轉換控制，這需要中斷工作空氣，繼而需要中斷鉆機運行，或者在轉 換期間壓力減小的情況下，只能接受降低鉆機工作效能。
另一方面，為了能不依賴工作空氣而轉換控制套，還已知一些沖擊 式鉆機，它們采用了來自一個單獨的壓縮空氣源的控制空氣來對彈簧加 載的控制套進行軸向調節(jié)。 一種這樣鉆機由德國專利說明DE 198 58 519 C2或相應的美國專利說明書US 6 371 220描述。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明針對一種沖擊式鉆機，它為轉換控制機構結構設計要 求的花費較少，特別是可以避免附加的控制空氣源。
本發(fā)明根據這樣的構思，用工作空氣自身而不是用附加空氣源來轉 換控制，與如何進行4支術上具體轉換無關。為達到這一目的，本發(fā)明在 權利要求l中建議了一個氣動轉換控制機構，其中控制套借助一個閥用 工作空氣進行調節(jié)。
該閥在技術上可任意配置并且可以其最簡單的形式作為可封閉的 孔存在于控制管中。根據本發(fā)明，該閥(下文稱為旋轉滑閥)與一個扭 轉剛性的用于工作空氣的軟管連接；優(yōu)選它可以在其用于向后運動的終 端位置給控制套的控制室供以工作空氣并且在轉動例如90度以后進入 用于向前運動的終端位置，使控制室排氣。旋轉滑閥以這種方式可使控 制套在工作空氣的作用下軸向移動。但為使控制套回位，也可以使用一個預壓彈簧。
旋轉滑閥可以包括一根可轉動安裝的控制管或帶有一個徑向支孔 和一個縱向通道的控制管的部分。在此處于控制管或控制管部分的其中 一個終端位置的徑向支孔在縱向通道封閉情況下，可實現與控制室的一 個工作空氣孔作用連接，而控制管向回轉動進入另一終端位置之后，徑 向孔封閉并且可將控制室與縱向通道連通，以進行排氣。作為備選方案， 排氣例如也可通過沖擊活塞的減壓室實施。
在控制管的后端部和用于工作空氣軟管的連接套管之間可有一個 例如由幾部分構成的在工作空氣的壓力下的壓力室，以將控制管鎖定在 其兩個終端位置上。壓力室中最好設置一個壓力彈簧，它在運行中斷或 無壓力狀態(tài)下取代工作空氣，并且由此仍保持鎖定。為實現在控制管和 連接套管之間的持續(xù)的旋轉連接，可以使壓力室的連接套管在端側與控 制管卡爪式嵌接。
為將控制管鎖定在其兩個終端位置上， 一個與殼體固定的對應套管 可以在其端面以一些鞍形凹槽和一些凸起以及在壓力室中工作空氣壓 力作用下和/或其內設置的彈簧作用下與 一個栓配合作用。但該栓也可 設置在殼體側，而凹槽設置在控制管側。
在根據本發(fā)明的旋轉滑閥控制機構中，控制管還可抗轉動和抗移動 地設置在鉆機殼體中。在某些情況下，彈簧加載的控制套的控制室然后 由一個在殼體后部中設置中控制管上的管形旋轉滑閥通過一個用于工 作空氣的徑向支孔和一條在控制盤中的徑向通道供以工作空氣，或在其 另一終端位置在徑向通道封閉的情況下通過一個軸線平行的孔進行排氣。
旋轉滑閥可包括一個金屬盤和一個由永久彈性材料制成的襯層，該 層具有兩條上述通道。
這種控制機構的優(yōu)點在于，彈簧加載的控制套通過一次轉動(在控 制管的最簡單的情況下)以工作空氣的 一股在鉆才幾內分支的分流被從其 前進位置進入其后退位置。
在另一種優(yōu)選的實施形式中，控制套可以在無彈簧的工作空氣作用之下實施軸向移動，即實現雙向移動。為此控制套可這樣設計控制套 在工作空氣的壓力作用下移動到其中一個功能位置(例如通過作用到控 制套的端面上的驅動空氣進入到用于向后運動的位置)，而通過另一個 通道接通工作空氣，使控制套又回動到另一個功能位置。這可通過將可 接通(zuschaltbar )的工作空氣作用到控制套的一個結構尺寸較大的作 用面上來實現。由此控制套借助供入的工作空氣可克服來自從相對置的 面供入的工作空氣壓力的較小的反向作用的力。在這種實施形式中，旋 轉滑閥可作為獨立的單元或控制管的組成部分允許通過一個任意配置 的可封閉的孔接通工作空氣，以使這一供入工作空氣與沖擊活塞側供入 的空氣作用方向相反。這樣，作用在控制套的端面的工作空氣就使控制 套進行一次后移，而控制套在接通工作空氣的情況下通過可封閉的孔又 回動到前進位置。
根據本發(fā)明，軟管在轉換控制情況下可避免軸向移動。這樣還可使 根據本發(fā)明的轉換控制機構用于大直徑軟管或長軟管，即大重量軟管， 而不會因此而妨礙轉換控制。


下面根據附圖中所示的實施例對本發(fā)明進行詳述。在附圖中 圖l 沖擊式鉆^L的軸向縱剖總體圖，圖中控制管用作旋轉滑 閥，
圖2a/2b鉆機的局部方文大圖(控制套側的2a,后端部2b)，帶有 彈簧加載的控制套和一個在前進位置中的后面的鎖定 件，
圖3按圖2的111-111線的垂直剖視圖，
圖4a/4b 與圖2相應的圖，但控制管和控制套在其后退位置，
圖5 與圖3相應的圖，但按圖4的V-V線剖切，控制管和控
制套處在其后退位置， 圖6按圖2到5的沖擊式鉆機后端部的放大圖， 圖7按圖6的Vll-Vll線的縱剖視圖， 圖8按圖6的Vlll-Vlll線的橫剖視圖，圖9a/9b 另一旋轉滑閥控制機構(控制套側9a，后端部9b)及一 個設置在鉆機殼體后部的在其用于向前運動的位置的旋 轉滑閥，
圖10 按圖12的旋轉控制機構的控制盤的俯視圖，
圖11 按圖9的旋轉滑閥控制機構在其后退位置，
圖12 另 一種旋轉滑閥控制機構及一個設置在鉆機殼體后部的
在其用于向后運動的位置的旋轉滑閥， 圖13 另一種旋轉滑閥控制機構及一個設置在鉆機殼體后部在
其用于向后運動的位置的旋轉滑閥和一個無彈簧加載的
控制套，
圖14 按圖13的旋轉滑閥控制機構在其用于向前運動的位置， 圖15 按圖13的旋轉滑閥控制機構的前端部的放大圖， 圖16 按圖13的旋轉滑閥控制機構的后端部的放大圖， 圖17 按圖13的旋轉滑閥控制機構在其用于向前運動的位置 及排氣通路的視圖。
具體實施例方式
根據圖l,沖擊式鉆機包括一個殼體l，其內設有一個帶軸線平行的 排氣通道3的止擋環(huán)2。在殼體l中抗移動地安裝一個控制管4，它通過 一條扭轉剛性的軟管提供工作空氣?？刂乒?的前端部伸入一個沖擊活 塞8的設有控制孔6的室7。
在控制管4和活塞室7的外套9之間有一個可軸向移動的控制套10， 該控制套可移動地安裝在控制管4的擴徑部11上?？刂乒?或控制管擴 徑部11的前端部設有一個外凸緣12,它蓋住控制套10的前端面或與控 制套10齊平地終結(圖2a)。另外，在控制管4的前擴徑部11設有一些 控制孔13，如圖2、 3所示，這些控制孔在沖擊式鉆機向前運行期間被控 制套10覆蓋?？刂铺?0后部有一個內凸緣14，控制套IO以此在一個包 圍控制管4的外管15上進行引導。在內凸緣14和控制管擴徑部11的后 面之間有一個控制室16, —條連接通道17通到該控制室。 一個縱向通道 18徑向向內位錯地接著連接通道17。通道18包括一個在控制管4的壁中的縱向槽19，它向外那邊由外管15覆蓋。
控制套10通過一個預壓復位彈簧20支承在外管15的后端部區(qū)域中 并且在其前進位置(圖2、 3 )以其內凸緣14貼靠在控制管擴徑部11的 后面16上，而在其后退位置(圖4、 5)以其后端部21處在外管15的止 擋突肩22之前。
控制管4具有一個支孔23,該支孔在前進期間(圖2、 3)由外管15 的壁封閉(圖3)，而控制室16則通過縱向通道18與大氣連通，亦稱排 氣(圖2 )。
在向后運動的運行位置(圖4、 5)，控制管4的支孔23在轉動一個 90度后通過連接通道17的徑向向外位錯的前部與控制室16連通(圖4)， 而縱向通道18則由一個與外管15連接的控制管的突肩24封閉(圖5)。 結果是，控制套12由其前進位置(圖2、 3)逆著預壓簧的壓力向后運動 到其用于向后運動的位置(圖4、 5)。
因此，沖擊式鉆機借助一個承擔旋轉滑閥功能的控制管沿一個方向 或另一個方向做簡單的四分之一圈的轉動，就可實現工作方向的轉換。
為了將控制管4鎖定在兩個運行位置的每個位置上，在控制管4的 后端部和一個用于工作空氣軟管5的連接套管25之間有一個由兩部分組 成的壓力室26，在該壓力室內設置一個壓力彈簧27。不論控制管4的后 端部還是連接套管25的前端部都設置在外管15的管形延伸部28中。該 延伸部的端面設有一些鞍形凹槽，它們與一個借助鎖緊螺母31保持的對 應套管32的一些互補的凸起30配合作用。鎖緊螺母與殼體延伸部的自 由端這樣擰緊，以致它可以使連接套管25在壓力室26中的工作氣體和 壓力彈簧27作用下或在鉆機處于無壓狀態(tài)僅在壓力彈簧27作用下在對 應套管32中軸向稍微從鉆機殼體向外運動。
控制管的鎖定這樣起作用在帶有連接套管25的工作空氣軟管5轉 動卯度時， 一個栓33從對應套管32的一個凹槽29a向外運動，直到栓 33離開其在圖8所示的位置碰到一個自由的止擋面34上并經過位于各凹 槽之間的凸起30鎖止在其中一個止擋面34或另一個運行位置相配的、 在圖7中未示出的凹槽29b中為止。在圖9到11所示的實施例中， 一個通常的控制管36是抗轉動和抗 移動地設置在殼體l中?？刂乒?6設有一個縱向通道37,該縱向通道在 38處直接通到控制室16。在控制管36的后端部區(qū)域內， 一個旋轉滑閥 40設有一個支孔39。旋轉滑閥40具有一個用于工作空氣軟管5的連接 套管41以及一個帶有永久彈性襯層43的控制盤42。該控制盤42與連接 套管41單件式連接并在壓力室44內的工作空氣作用下將襯層43密封地 壓向保護殼體1的殼體后壁。
縱向通道37經由鉆機內部以不同的橫截面和不同的走向連續(xù)延伸直 到一個兩部分組成的排氣通道。這條排氣通道包括一個在彈性襯層43中 的L形凹槽45和一個在殼體后壁中對準用于前進運動的滑閥位置的排氣 孔46 (圖9b )。
在圖9b中所示的排氣孔46實際上是相對于在殼體后壁之前的縱向 通道37的出口旋轉卯度位錯設置的并且在用于向前運動的運行位置通 過一個在村層43 (圖10)中的腎形槽48與縱向通道連通。
另外， 一個穿過控制盤42的襯層43的工作空氣通道50將在用于向 后運動的運行位置的支孔39與縱向通道37的大致U形延伸的后端部連 接起來(圖11 )。這樣，從控制管36開始以工作空氣對控制室16進行加 載，并且使控制套10從在圖9中所示的運行位置運動到其在圖11中所 示的后面的運4于4立置o
圖12的實施例與圖9和11的實施例不同之處僅在于去掉了支孔39， 并且控制室16從壓力室35被供以工作空氣。這經由一個貫穿控制盤42 和襯層43的軸線平行的孔31進行，該孔在用于向后運動的旋轉滑閥位 置與縱向通道的敞開的端部對準(圖12)。
在圖9和12的實施例中，壓力使控制盤以摩擦方式固定在其相應的 位置上。在用于向前運動的運行位置，控制室16如在圖9中所述的用于 另 一種旋轉滑閥變化方案那樣進行排氣。
在圖13到17的實施例中示出了一種旋轉滑閥控制機構，其中控制 管54抗移動地并通過一個L形栓74抗轉動地(verdrehfest)固定在殼 體中，而控制管的后部區(qū)域具有一個旋轉滑閥70。在此一個控制套60在控制管的前部以其內凸緣60a在一個滑環(huán)61和在一個包圍控制管54 的外管65的外凸緣65a上進行引導并且借助工作空氣可雙向移動。在內 凸緣60a和一個外凸緣65a之間有一個控制室66， 一個縱向通道68通到 該控制室。通道68包括一個在控制管54的壁中的縱向槽69,它向外那 邊由外管65覆蓋。
在控制管54的后端部區(qū)域內，旋轉滑閥70設有一個支孔79。該支 孔在向后運動期間(圖13)由控制管54的壁封閉，而控制室66通過縱 向通道68和一條具有排氣孔69b、 69c的排氣通道69a與大氣連通，即 排氣。
關于用于向前運動的運行位置(圖14、 15),旋轉滑閥70的支孔79 通過在縱向通道68上旋轉卯度與控制室66連通(圖14 )。
在控制室66內受縱向通道68輸送的工作空氣作用的作用面與在控 制套60的端面62上的作用面相比，其大小應這樣確定在控制室66內 和在端面62區(qū)域內存在的相同的工作空氣壓力導致控制套60朝滑環(huán)61 方向運動，繼而進入用于向前運動的運4亍位置。在此控制套60以其內凸 緣60a (圖14、 15、 17 )貼靠在滑環(huán)61背面61a上，而在轉換到后退位 置時(圖13),它向外管65的外凸緣65a游動。
因此，工作空氣軟管簡單的90度旋轉的結果是，控制套60由其后 退位置(圖13)逆著作用到控制套60的端面62上的工作空氣的壓力向 前運動到其用于向前運動的位置(圖14、 15、 17)，而在工作空氣軟管回 轉90度之后，由于作用到控制套60的端面62上的工作空氣壓力，它又 運動到用于向后運動的運行位置，也就是說在控制室66排氣時。
這樣鉆機僅利用工作壓縮空氣并且借助旋轉滑閥的 一次簡單的卯度 轉動，就可以在一個方向或另一個方向進行轉換控制。
權利要求
1.具有氣動轉換控制機構的沖擊式鉆機，包括一個借助通過一條工作空氣管道(5)輸入的工作空氣在一個殼體(1)中往復運動的沖擊活塞(8)、一根帶有至少一個控制孔(13)的控制管(4)、一根外管(15；65)、一個通過控制室(16、66)的壓縮空氣操縱可移動的控制套(10；60)，其特征在于，一條基本上扭轉剛性的工作空氣管道(5)可轉動地與一個給控制室供以工作空氣或排氣的旋轉滑閥(4；40；70)連接。
2. 按照權利要求1的沖擊式鉆機，其特征在于，控制管(4)可轉 動地安裝以及在控制室(16)的區(qū)域內設有一個徑向的支孔(23)并且 角位錯地設置一條通道(18)，并且由控制室引出一個與支孔和縱向通道 相對應的連接通道(17)。
3. 按照權利要求2的沖擊式鉆機，其特征在于，在控制管(4)的 后端部和一個用于工作空氣軟管(5)的連接套管(25)之間有一個在系 統(tǒng)壓力下的壓力室(26)。
4. 按照權利要求3的沖擊式鉆機，其特征在于，在壓力室(26)之 內或之外設置一個壓力彈簧(27)。
5. 按照權利要求1到4之一的沖擊式鉆機，其特征在于，壓力室(26) 的兩個部分卡爪式相互嵌接。
6. 按照權利要求3到5之一的沖擊式鉆機，其特征在于，具有一個 與外管的管形延長部(28)連接的、帶有凹槽(29a、 b)的對應套管(32) 和一個用于嵌接一個栓(33)的凸起(30)。
7. 按照權利要求l的沖擊式鉆機，其特征在于，旋轉滑閥(40)設 置在控制管(4)的后端部區(qū)域內并且通過一條來自控制室(16)的縱向 通道(37)作用到控制套上。
8. 按照權利要求7的沖擊式鉆機，其特征在于，旋轉滑閥(40)包 括一個帶有一條徑向通道和一條軸向平行的通道(45)的控制盤(42)并且壓力室(16)通過這些通道承受工作空氣的壓力或排氣。
9. 按照權利要求8的沖擊式鉆機，其特征在于，控制盤(42)包括 一個帶有永久彈性襯層(43)的金屬盤(42)。
10. 按照權利要求7到9之一的沖擊式鉆機，其特征在于， 一個支 孔(39)和徑向通道(50)在旋轉滑閥(40)的其中一個控制位置與一 個通向縱向通道(37)和控制室(16)的殼體通道對準，并且徑向通道 在另一控制位置將縱向通道與一個排氣孔(46)連通。
11. 按照權利要求1的沖擊式鉆機，其特征在于，控制管(36)抗 轉動和抗移動地安裝在鉆機殼體(1)中并且與一個壓力室(44)連通， 在旋轉滑閥的其中一個控制位置， 一個軸線平行的通道(51)從壓力室 通向一個來自控制室(16)的縱向通道(37)。
12. 按照權利要求ll的沖擊式鉆機，其特征在于，縱向通道(37) 在另一控制位置通過在一個控制盤(42)中的軸線平行的孔(45)與一 個排氣孔(46)連通。
13. 按照前述權利要求l、 3或7到12之一的沖擊式鉆機，其特征 在于，控制室(66)和控制套(60)的端面(62)的外形尺寸這樣確定， 使得在控制室(66)內存在的工作空氣壓力以一個比沿相反方向作用到 端面(62)上的工作空氣壓力大的縱向力作用到控制套上。
14. 用于移動沖擊式鉆機的控制套的方法，其特征在于，將工作空 氣引到控制套的一個較大的作用面上，克服相反作用到較小的作用面上 的工作空氣壓力，并且借助壓差移動控制套，或減少或中斷在較大作用 面上的工作空氣供給，以使實現控制套沿相反方向的移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有氣動轉換控制機構的沖擊式鉆機，包括一個借助通過一條工作空氣管道(5)輸入的工作空氣在一個殼體(1)中往復運動的沖擊活塞(8)、一根帶有至少一個控制孔(13)的控制管(4、36、54)，一根外管(15、65)、一個通過控制室(16、66)的壓縮空氣操縱可移動的控制套(10、60)。一根基本上扭轉剛性的工作空氣管道(5)可轉動地與一個給控制室供以工作空氣或排氣的旋轉滑閥(4、40、70)連接。
文檔編號E21B4/14GK101310088SQ200680042963
公開日2008年11月19日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權日2005年11月16日
發(fā)明者F-J·皮特曼, G·巴爾弗 申請人:Tracto技術有限公司