阅读说明：本技术 设置有与低压蓄能器永久连接的控制室的旋转冲击式液压穿孔器 (Rotary impact hydraulic perforator provided with a control chamber permanently connected to a low pressure accumulator ) 是由 让-西尔万·科马蒙德 于 2019-01-16 设计创作，主要内容包括：一种旋转冲击式液压钻孔器(2)包括主体(3)；配件(15)；击打活塞(5),其构造为击打配件(15)；冲击活塞(13),其具有面向配件(15)的前面(18)和面向腔体(14)的容纳冲击活塞的后壁(21)；以及包括高压流体供给管线(9)和低压流体回流管线(11)的主液压供给回路。主体(3)和冲击活塞(13)限定第一控制室(22),其永久连接到高压流体供给管线(9)并且构造为推动冲击活塞(13)向前,以及限定第二控制室(25),其构造为推动冲击活塞(13)向前并永久地与连接到低压流体回流管线(11)的低压蓄能器(26)连接。(A rotary percussion hydraulic drill (2) comprises a body (3); a fitting (15); a striking piston (5) configured as a striking fitting (15); an impact piston (13) having a front face (18) facing the fitting (15) and a rear wall (21) facing the cavity (14) housing the impact piston; and a main hydraulic supply circuit comprising a high pressure fluid supply line (9) and a low pressure fluid return line (11). The body (3) and the percussion piston (13) define a first control chamber (22) permanently connected to the high-pressure fluid supply line (9) and configured to push the percussion piston (13) forward, and a second control chamber (25) configured to push the percussion piston (13) forward and permanently connected with a low-pressure accumulator (26) connected to the low-pressure fluid return line (11).)

设置有与低压蓄能器永久连接的控制室的旋转冲击式液压穿 孔器

技术领域

本发明涉及旋转冲击式液压穿孔器，更具体地，涉及用于钻机单元上的旋转冲击式液压穿孔器。

背景技术

钻机单元以已知的方式包括：旋转冲击式液压穿孔器，其可滑动地安装在滑动件上并驱动一个或多个钻杆，这些钻杆中的最后一个承载一种称为钻头的工具，该工具与岩石接触。这种穿孔器的目的通常是钻或深或浅的孔，以便能够在其中放置***。因此，穿孔器是钻机单元的主要元件，其一方面通过钻杆赋予钻头旋转和冲击以穿透岩石，另一方面提供注射流体以从钻孔中提取碎屑。

旋转冲击式液压穿孔器更具体地一方面包括由来自主液压供给回路的一个或多个液压流体流驱动的击打系统，该击打系统包括构造为在穿孔器的每个操作周期击打联接到钻杆的配件的击打活塞，另一方面包括设置有液压旋转马达并构造为旋转配件和钻杆的旋转系统。

由于有了通过液压缸或液压马达移动的缆绳或传动链，旋转冲击式液压穿孔器的在钻杆上的支承力，以及由此钻头在岩石上的支承力由滑动件产生。更具体地，支承力经由结合在穿孔器的主体中的止动元件从穿孔器的主体传递到配件。对于强力穿孔器，该止动元件可以由止动活塞构成，该止动活塞的至少一个表面被液压供给，以确保通过流体来传递支承力。

旋转冲击式液压穿孔器的稳定性和穿透速度性能在运行时特别取决于在所述旋转冲击式液压穿孔器中该止动活塞进行布置和液压供给的方式。

文献WO2010/082871公开了一种旋转冲击式液压穿孔器，其中，在击打系统的操作状况下，止动活塞根据击打活塞的期望的击打冲程，通过由击打活塞和穿孔器的主体界定的并永久连接到高压流体供给导管的液压控制室被定位在平衡位置，该液压控制室构造为一方面偏压止动活塞向前，另一方面当止动活塞的后面位于距接收止动活塞的腔体的后壁预定距离时连接到低压流体回流导管。

在文献WO2010/082871中描述的止动活塞和主体的构造使得在击打系统的运行期间能够确保止动活塞的大致稳定定位。

然而，岩石对钻头的反复冲击的振动和反作用使得钻杆的工具的支承力在岩石上不稳定，特别是在工具的运动期间，这是由于钻杆在地下的穿透以及穿孔器的主体的各种振动造成的。然而，钻头在岩石上的支承力的这种不稳定性影响了配件相对于击打活塞的定位，并且因此影响了液压穿孔器的性能。

本发明旨在弥补所有或部分这些缺点。

发明内容

因此，基于本发明的技术问题包括提供一种结构上简单且经济的液压穿孔器，同时具有改进的性能。

为此，本发明涉及一种旋转冲击式液压穿孔器，包括：

-主体，

-配件，其用于联接到配备有工具的至少一个钻杆上，

-击打活塞，其沿着击打轴线可滑动地安装在主体内，并构造为击打配件，

-止动活塞，其是管状的，并且沿着基本上平行于击打轴线的移位轴线可滑动地安装在主体腔体中，止动活塞包括面向配件并且用于将配件相对于击打活塞定位在预定的平衡位置中的前面，以及与前面相反并且定位成与腔体的后壁相对的后面，以及

-主液压供给回路，其被配置为控制击打活塞沿着击打轴线的交替滑动，并控制止动活塞沿着移位轴线的滑动，主液压供给回路包括高压流体供给导管和低压流体回流导管，

所述主体和止动活塞至少部分地界定第一控制室，其永久连接到高压流体供给导管并且构造为偏压止动活塞向前，也就是说朝向配件并因此与腔体的后壁相对，所述旋转冲击式液压穿孔器还包括连接通道，其构造为当止动活塞的后表面位于距腔体的后壁大于预定值的距离时，将第一控制室流体连接到低压流体回流导管，

其中，主液压供给回路还包括连接到低压流体回流导管的低压蓄能器，并且其中，主体和止动活塞还至少部分地界定第二控制室，其永久连接到低压蓄能器并且构造为偏压止动活塞向前。

由于第二控制室与低压蓄能器的永久连接，第二控制室的这种构造使得当岩石在击打活塞的冲击下屈曲并且配件突然自由向前移动时，能够确保止动活塞向前的高速的移位。尽管由于钻杆穿入地面和穿孔器的主体的各种振动而引起的运动，这允许快速恢复钻杆的工具在岩石上的正常支承力。

此外，第一控制室和连接通道的特定构造使得能够将止动活塞液压定位在对应于击打活塞的最佳击打冲程的大致稳定的平衡位置。

因此，相对于现有技术的旋转冲击式液压穿孔器，根据本发明的旋转冲击式液压穿孔器的特定构造赋予了改进的性能。

液压穿孔器还可以单独或组合地具有一个或多个以下特征。

根据本发明的实施例，低压蓄能器是膜片蓄能器，例如液压气动蓄能器。膜片蓄能器有利地包括柔性膜片，其第一面承受包含在膜片蓄能器中的一定体积的可压缩气体的压力，其第二面承受来自低压流体回流导管的低压流体的压力。

根据本发明的实施例，第二控制室通过回流通道连接到低压蓄能器。

根据本发明的实施例，止动活塞包括横向于移位轴线延伸并且至少部分地界定第一控制室的第一环形控制表面和横向于移位轴线延伸并且至少部分地界定第二控制室的第二环形控制表面，第二环形控制表面具有大于第一环形控制表面的表面积的表面积。

根据本发明的实施例，第一控制室具有小于第二控制室的横截面的横截面。

根据本发明的实施例，第一和第二环形控制表面中的每一个都基本上垂直于移位轴线延伸。

根据本发明的实施例，第一环形控制表面比第二环形控制表面更靠近止动活塞的前面。

根据本发明的实施例，主体和止动活塞至少部分地界定永久连接到低压流体回流导管的第三控制室，第三控制室与第一和第二控制室相对设置。

根据本发明的实施例，第三控制室永久连接到低压蓄能器。

根据本发明的实施例，第三控制室构造为偏压止动活塞向后，也就是说朝向腔体的后壁，并且因此与配件相对。

根据本发明的实施例，第三控制室通过设置有校准孔的流体连通通道连接到低压流体回流导管。

根据本发明的实施例，回流通道包括喷射喷嘴，该喷射喷嘴包括所述校准孔。

根据本发明的实施例，第三控制室具有小于第二控制室的横截面的横截面。

根据本发明的实施例，止动活塞包括连接通道，并且所述连接通道包括通向第三控制室的第一端部部分和与第一端部部分相对并通向止动活塞的外表面的第二端部部分，当止动活塞的后面位于距腔体的后壁大于预定值的距离时，第二端部部分能够流体连接到第一控制室。

根据本发明的实施例，止动活塞包括连接通道。

根据本发明的实施例，连接通道包括通向第一控制室的第一端部部分和与第一端部部分相对并通向止动活塞的外表面的第二端部部分，当止动活塞的后面位于距上腔体的后壁预定值的距离时，连接通道的第二端部部分能够流体连接到低压流体回流导管。

根据本发明的实施例，主体包括通向腔体并永久连接到低压流体回流导管的环形槽，当止动活塞的后面位于距腔体的后壁大于预定值的距离时，连接通道的第二端部部分能够流体连接到环形槽。

根据本发明的实施例，环形槽连接到低压蓄能器。

根据本发明的实施例，旋转冲击式液压穿孔器包括将第一控制室连接到高压流体供给导管的供给通道。

根据本发明的实施例，供给通道设置有校准孔。

根据本发明的实施例，供给通道包括喷射喷嘴，该喷射喷嘴包括校准孔。

根据本发明的实施例，止动活塞可滑动地安装在击打活塞周围。

根据本发明的实施例，主液压供给回路包括连接到高压流体供给导管的高压蓄能器。

根据本发明的实施例，高压蓄能器是膜片蓄能器，例如液压气动蓄能器。形成高压蓄能器的膜片蓄能器有利地包括柔性膜，其第一面承受容纳在膜片蓄能器中的一定体积的可压缩气体的压力，其第二面承受来自高压流体供给导管的高压流体的压力。

根据本发明的实施例，旋转冲击式液压穿孔器还包括布置在配件与止动活塞的前面之间的环形止动构件。

根据本发明的实施例，环形止动构件是止动环。

根据本发明的实施例，旋转冲击式液压穿孔器包括布置在止动活塞的后面与腔体的后壁之间的推力轴承。推力轴承例如可以是滚柱推力轴承。

根据本发明的实施例，止动活塞包括环形支承表面，其构造为抵靠主体的环形止动表面。

根据本发明的实施例，环形支承表面构造为当止动活塞的后面位于距腔体的后壁预定距离处时抵靠主体的环形止动表面，该预定距离大于预定值。

根据本发明的实施例，环形支承表面相对于移位轴线是倾斜的。

根据本发明的实施例，止动活塞包括环形凸缘，其包括环形支承表面。

根据本发明的实施例，环形凸缘至少部分地界定第三控制室。

根据本发明的实施例，环形凸缘包括第一环形控制表面。

根据本发明的实施例，主体包括活塞缸，击打活塞交替地可滑动地安装在该活塞缸中，腔体与活塞缸同轴地形成在主体中。

根据本发明的实施例，配件沿着击打轴线纵向延伸。

根据本发明的实施例，配件包括第一端部部分和第二端部部分，该第一端部部分面向击打活塞并设置有击打活塞旨在对着其击打的端面，第二端部部分与第一端部部分相对，用于联接到至少一个钻杆。

根据本发明的实施例，高压流体供给导管是高压不可压缩流体供给导管，低压流体回流导管是低压不可压缩流体回流导管。

附图说明

在任何情况下，通过非限制性示例，参考表示该液压穿孔器的若干实施例的所附示意图，借助于下面的描述将会清楚地理解本发明。

图1是根据本发明的第一实施例的旋转冲击式液压穿孔器的纵向剖视图；

图2是图1的细节的在放大的尺寸上的纵向剖视图；

图3是根据本发明的第二实施例的旋转冲击式液压穿孔器的纵向剖视图；

图4是根据本发明的第三实施例的旋转冲击式液压穿孔器的纵向剖视图。

具体实施方式

图1和图2示出了旋转冲击式液压穿孔器2的第一实施例，该旋转冲击式液压穿孔器旨在用于对***孔进行穿孔并且该旋转冲击式液压穿孔器特别设置有击打系统和旋转系统。

旋转冲击式液压穿孔器2更具体地包括具有活塞缸4的主体3。根据在图1和2中所示的实施例，主体1包括部分地界定活塞缸4的首要主体3.1，以及有效地安装在由首要主体3.1界定的孔洞3.4中的前衬套3.2和后衬套3.3。

旋转冲击式液压穿孔器2的击打系统包括击打活塞5，其沿着击打轴线A可滑动地交替安装在活塞缸4中。更具体地如图2所示，击打活塞5和活塞缸4界定了环形的初级控制室6和次级控制室7，该次级控制室具有大于初级控制室6的截面的截面，并且所述次级控制室与初级控制室6相对设置。

旋转冲击式液压穿孔器2的击打系统还包括控制分配器8，其布置为控制击打活塞5在活塞缸4内交替地沿着击打冲程和回流冲程的交替运动。控制分配器8构造为使次级控制室7交替地在击打活塞5的击打冲程期间与高压流体供给导管9(例如高压不可压缩流体供给导管)相关联，以及在击打活塞5的回流冲程期间与低压流体回流导管11(例如低压不可压缩流体回流导管)相关联。高压流体供给导管9和低压流体回流导管11属于设置有击打系统的主液压供给回路。主液压供给回路可以有利地包括连接到高压流体供给导管9的高压蓄能器12。

更具体地，控制分配器8在第一位置(见图2)和第二位置之间可移动地安装在形成在主体3中的孔洞中，其中，在第一位置中，控制分配器8构造为使次级控制室7与高压流体供给导管9相关联，在第二位置中，控制导管8构造为使次级控制室7与低压流体回流导管11相关联。

初级控制室6有利地通过供给通道(图中未示出)被永久地供给高压流体，使得控制分配器8的每个位置引起击打活塞5的击打冲程，然后是击打活塞5的回流冲程。

旋转冲击式液压穿孔器2的击打系统还包括止动活塞13，其是管状的并且其沿着平行于击打轴线A并优选地与击打轴线A重合的移位轴线可滑动地安装在主体3的腔体14中。根据在图1和2中所示的实施例，止动活塞13可滑动地安装在击打活塞5周围，并且腔体14与活塞缸4同轴地形成在主体3中。

旋转冲击式液压穿孔器2还包括配件15，其以已知的方式用于联接到配备有工具的至少一个钻杆(图中未示出)。配件15沿着击打轴线A纵向延伸，并且包括第一端部部分16和第二端部部分17，该第一端部部分面向击打活塞5并设置有端面17，击打活塞5用于在旋转冲击式液压穿孔器2的每个操作周期期间击打所述端面，第二端部部分(图中未示出)与第一端部部分16相对，用于联接到至少一个钻杆。

更具体地如图2所示，止动活塞13包括前面18和后面19，所述前面面向配件15并且用于相对于击打活塞5将配件15定位在预定的平衡位置中，所述后面与所述前面18相反并且定位成与腔体14的后壁21相对。

主体3和止动活塞13与击打活塞5一起界定第一控制室22，其永久连接到高压流体供给导管9并构造为偏压止动活塞13向前，也就是说朝向配件15并且因此背离腔体14的后壁21。旋转冲击式液压穿孔器2有利地包括将第一控制室22连接到高压流体供给导管9的供给通道23。根据图1和2所示的第一实施例，供给通道23设置有校准孔24，该校准孔例如可以设置在结合在供给通道23中的喷射喷嘴上。

主体3和止动活塞13与击打活塞5还一起界定第二控制室25，其连接到低压蓄能器26，该低压蓄能器属于击打系统的主液压供给回路并且该低压蓄能器连接到低压流体回流导管11。与第一控制室22一样，第二控制室25也构造为偏压止动活塞13向前。有利地，旋转冲击式液压穿孔器2包括将第二控制室25连接到低压蓄能器26的回流通道27。

根据图1和2所示的实施例，止动活塞13包括：第一环形控制表面28(也称为第一环形有效表面)，其垂直于移位轴线延伸并部分地界定第一控制室22；以及第二环形控制表面29(也称为第二环形有效表面)，其垂直于移位轴线延伸并部分地界定第二控制室25。第二环形控制表面29有利地具有比第一环形控制表面28的表面积更大的表面积。换句话说，第二控制室25有利地具有比第一控制室22的横截面更大的横截面。

主体3和止动活塞15还通过通向第三控制室31的流体连通通道32以及将流体连通通道32连接到低压流体回流导管11的回流通道27界定了永久连接到低压流体回流导管11的第三控制室31。第三控制室31与第一和第二控制室22、25相对设置，并因此构造为偏压止动活塞13向后。

有利地，第二控制室25的尺寸设置为在止动活塞13上具有远大于第三控制室31的有效表面的有效表面。第二和第三控制室25、31连接到回流通道27并且连接到低压蓄能器26，第二和第三控制室25、31的两个有效表面的差值的计算结果给出推动止动活塞13向前并承受低压蓄能器26的压力的所得的有效表面。

旋转冲击式液压穿孔器2还包括连接通道33，其构造为当止动活塞13的后面19位于距腔体14的后壁21大于预定值的一定距离时，将第一控制室22流体连接到低压流体回流导管11。根据图1和2所示的第一实施例，止动活塞13包括连接通道33，并且所述连接通道33包括通入第一控制室22的第一端部部分33.1和与第一端部部分33.1相对并通入止动活塞13的外表面的第二端部部分33.2。有利地，当止动活塞13的后面19位于距腔体14的后壁21的大于预定值的一定距离时，连接通道33的第二端部部分33.2能够流体连接到通向腔体14并且永久连接到低压流体回流导管11的环形槽34。

当旋转冲击式液压穿孔器2的击打系统被供给时，由于已经流过校准孔24的油流，在第一控制室22中建立的压力偏压止动活塞13向前直到使连接通道33通向永久连接到低压流体回流导管11的环形槽34的位置。此时，止挡活塞13(其承受岩石的、与由旋转冲击式液压穿孔器2施加的推力相反作用的力)停止向前移动，并且在环形槽34中的连接通道33的出口的边缘上找到平衡位置。通过构造，该平衡位置使得能够将配件15定位在距击打活塞5一定距离处，该距离对应于为击打活塞5设置的击打冲程C。应该注意的是，校准孔24相对于连接通道33和回流通道27有利地具有非常小的尺寸，使得当连接通道33在环形槽34中打开时，在第一控制室22中建立的压力下降得非常快。此外，穿过校准孔24的流速应优选保持得低，因为它从高压流体供给导管9取得。

如上所述，供给第一控制室22的流体的流量低，因此，由该流体流量导致的止动活塞13的移位速度也低。同时，第二控制室25由低压蓄能器26自由供给，并且将使得能够以高速推动止动活塞13，例如当岩石在击打活塞5的冲击下坍塌并且配件15突然自由向前移动时。尽管由于钻杆穿透地面以及穿孔器的主体3的各种振动引起的运动，这使得能够快速恢复钻杆的工具在岩石上的正常支承力，同时由于第一控制室22而确保了止动活塞13的平均位置，该平均位置遵循所提供的击打活塞5的击打冲程C。

旋转冲击式液压穿孔器2还包括旋转系统，该旋转系统包括驱动驱动小齿轮36和接收小齿轮37的液压马达35，以确保配件15的旋转运动。液压马达35有利地由外部液压供给回路液压供给。

当旋转冲击式液压穿孔器2在运行时，配件15由于液压马达35而旋转，并且配件15在其端面17上接收击打活塞5的周期性冲击，这由主液压供给回路供给的击打系统来确保。同时，其上安装有旋转冲击式液压穿孔器2的承载件通过旋转冲击式液压穿孔器2的主体3和配件15在钻杆上施加推力。在穿孔器内部，在主体3与配件15之间，该力通过止动活塞13和布置在配件15与止动活塞13的前面18之间的止动构件38(例如止动环)传递。止动活塞13的定位因此是纯液压的，并且布置为使得击打活塞5的击打冲程C被遵循。

止动活塞13还包括环形支承表面39，其构造为抵靠主体3的环形止动表面41，以限制止动活塞13向前的移位冲程，也就是说朝向配件15。有利地，环形支承表面39构造为当止动活塞13的后面19位于距腔体14的后壁21预定距离处时抵靠主体3的环形止动表面41，该预定距离大于预定值。根据本发明的第一实施例，环形支承表面39相对于移位轴线是倾斜的，并且部分地界定第三控制室31。

图3示出了旋转冲击式液压穿孔器2的第二实施例，其与第一实施例的本质区别在于，流体连通通道32设置有校准孔42，该校准孔例如可以设置在结合到流体连通通道32的喷射喷嘴上，并且其中，连接通道33的第一端部部分33.1通入第三控制室31，并且连接通道33的第二端部部分33.2通入止动活塞13的外表面，当止动活塞13的后面19位于距腔体14的后壁21大于预定值的距离时，连接通道33的第二端部部分33.2能够流体连接到第一控制室22。

当根据本发明的第二实施例的旋转冲击式液压穿孔器2运行时，第一控制室22承受高压，止动活塞13向前移位，直到连接通道33的第二端部部分33.2在第一控制室22中打开。然后，处于高压的油流入到第三控制室31中，该第三控制室与回流通道27的连接由校准孔42节流。然后，第一和第三控制室22、31承受相当接近的压力，该压力减小或抵消了止动活塞13的向前推力。因此，止动活塞13将在连接通道33的第二端部部分33.2的该位置周围找到稳定的运行位置。

如在本发明的第一实施例中，第二控制室25由低压蓄能器26自由供给，并且将允许止动活塞13被向前高速推动，例如当岩石在击打活塞5的冲击下坍塌时。尽管由于钻杆穿入地面以及穿孔器的主体3的各种振动而引起的运动，但这允许快速恢复到钻杆工具在岩石上的正常支承力，同时由于第一和第三控制室22、31，确保了止动活塞13的平均位置，该平均位置遵循所提供的击打活塞5的击打冲程C。

根据本发明的第二实施例，止动活塞13包括环形凸缘43(也称为环形肩部)，其包括环形支承表面39和第一环形控制表面28。因此，环形凸缘43有利地部分地界定了第一控制室22，以及部分地界定了第三控制室31。

根据本发明的第二实施例，供给通道23有利地没有校准孔，或者没有任何其它特定的节流元件。

图4示出了旋转冲击式液压穿孔器2的第三实施例，其与第一实施例的本质区别在于，旋转冲击式液压穿孔器2包括推力轴承44(例如滚柱推力轴承)，其布置在止动活塞13的后面19与|腔体14的后壁21之间。

当旋转冲击式液压穿孔器2的击打系统没有被供给并且该旋转冲击式液压穿孔器的旋转系统在运行时，配件15以及止动构件38和止动活塞13都在旋转。由于止动活塞13在预定平衡位置中的定位仅在击打系统运行时实现(从而在第一、第二和第三控制室22、25、31中提供必要的流体)，然后止动活塞13被地面的反作用力挤压，不是抵靠腔体14的后壁21(这可能引起止动活塞13相对于主体3的旋转摩擦，并因此对穿孔器的不同组成部分产生损坏)，而是抵靠推力轴承44(这极大地限制了旋转冲击式液压穿孔器2的磨损，并且这不需要在止动活塞13的水平处添加外部流体)。

不言而喻，本发明并不仅局限于上面通过示例描述的这种液压穿孔器的实施例，相反地，它包括其所有变型。