FI117548B - Iskulaite - Google Patents

Description

117548 1 "r

Iskulaite

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on menetelmä sellaisen painenestekäyttöisen iskulaitteen toiminnan ohjaamiseksi, jossa iskulaitteessa on välineet painenes-5 teen syöttämiseksi iskulaitteeseen ja vastaavasti johtamiseksi siitä pois ja välineet jännityspulssin aikaansaamiseksi painenesteen paineen avulla iskulaitteeseen sen rungon suhteen pituussuunnassaan liikkuvasti kytkettävissä olevaan työkaluun, jolloin välineisiin jännityspulssin aikaansaamiseksi kuuluu iskulaitteen rungossa sijaitseva työkammio ja työkammiossa iskulait-10 teen rungon suhteen työkalun pituussuunnassa liikkuvasti sijaitseva välitys-mäntä, jonka välitysmännän työkalun puolella oleva energiansiirtopinta on saatettavissa kosketukseen työkalun tai työkaluun kytketyn poraniskan energian vastaanottopinnan kanssa, ja välineet työkammiossa olevan painenesteen paineen saattamiseksi työntämään välitysmäntää työkaluun päin 15 työkalun puristamiseksi pituussuunnassaan kokoon välitysmäntään vaikuttavan painenesteen paineen avulla niin, että työkaluun muodostuu jänni-tyspulssi, ja vastaavasti välineet välitysmännän palauttamiseksi takaisin. Edelleen keksinnön kohteena on painenestekäyttöinen iskulaite, jossa iskulaitteessa on välineet painenesteen syöttämiseksi iskulaitteeseen ja vastaavasti 20 johtamiseksi siitä pois ja välineet jännityspulssin aikaansaamiseksi painenes-.teen paineen avulla iskulaitteeseen sen rungon suhteen pituussuunnassaan 5 liikkuvasti kytkettävissä olevaan työkaluun, jolloin välineisiin jännityspulssin : aikaansaamiseksi kuuluu iskulaitteen rungossa sijaitseva työkammio ja työ- kammiossa iskulaitteen rungon suhteen työkalun pituussuunnassa liikkuvasti ί : 25 sijaitseva välitysmäntä, jonka välitysmännän työkalun puolella oleva energian- • siirtopinta on saatettavissa kosketukseen työkalun tai työkaluun kytketyn po-*·· * .·**. raniskan energian vastaanottopinnan kanssa, ja välineet työkammiossa ole- • · van painenesteen paineen saattamiseksi työntämään välitysmäntää työkaluun päin työkalun puristamiseksi pituussuunnassaan kokoon välitysmäntään '·:·* 30 vaikuttavan painenesteen paineen avulla niin, että työkaluun muodostuu jänni- • · · tyspulssi, ja vastaavasti välineet välitysmännän palauttamiseksi takaisin.

4 I·',': *·*·* Keksinnön tausta • 4 · 4 · *···' Tunnetuissa iskulaitteissa isku aikaansaadaan käyttäen edestakai- sin liikkuvaa iskumäntää, jonka liike aikaansaadaan tyypillisesti hydraulisesti .·. ; 35 tai pneumaattisesti sekä joissakin tapauksissa sähköisesti tai polttomoottorin : • 4 ' 2 ’ 117548 avulla. Jännityspulssi työkaluun kuten poratankoon syntyy, kun iskumäntä iskee joko poraniskan tai työkalun iskupäähän.

Tunnetuissa iskulaitteissa on ongelmana, että iskumännän edestakainen liike saa aikaan dynaamisia kiihdytysvoimia, jotka vaikeuttavat laitteis-5 ton hallintaa. Iskumännän kiihtyessä iskusuuntaan pyrkii samanaikaisesti isku-laitteen runko siirtymään vastakkaiseen suuntaan ja siten keventämään pora-kruunun tai työkalun kärjen puristusvoimaa työstettävän materiaalin suhteen.

Jotta porakruunun tai työkalun puristusvoima työstettävää materiaalia vasten säilyisi riittävän suurena, täytyy lukulaitetta työntää materiaalia kohti riittävällä 10 voimalla. Tämä puolestaan aiheuttaa sen, että niin iskulaitteen kannatinraken- teissa kuin muissakin täytyy ottaa tämä ylimääräinen voima huomioon, minkä ;.j seurauksena laitteiston koko ja massa sekä valmistuskustannukset lisääntyvät. Iskumännän massasta johtuva hitaus rajoittaa iskumännän edestakaisin liikkeen taajuutta ja siten iskutaajuutta, jota tehokkaamman tuloksen aikaa n-15 saamiseksi pitäisi nykyisestään pystyä nostamaan merkittävästi. Nykyisillä ratkaisuilla tästä seuraa kuitenkin hyötysuhteen merkittävä huononeminen, jonka vuoksi se ei käytännössä ole mahdollista. Edelleen tunnetussa iskulaitteessa iskutehon säätö porausolosuhteiden mukaan on varsin hankalaa. Edelleen tunnetaan iskulaitteita, joissa jännityspulssi muodostetaan puristamalla työka-20 lua äkillisesti kokoon rikottavaa materiaalia vasten ilman iskua.

Keksinnön lyhyt selostus *♦·.·· j, ·* Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä isku- J .* laitteen ohjaamiseksi ja iskulaite, edullisesti kallioporakonetta tai vastaavaa varten, minkä iskutoiminnan aikaansaamien dynaamisten voimien haitat ovat : 25 tunnettuja ratkaisuja pienemmät ja millä on nykyistä helpompi kasvattaa isku- : • taajuutta. Edelleen keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä isku- !···[ laitteen ohjaamiseksi ja iskulaite, missä työkaluun siirtyvän jännityspulssin • · muodon, pituuden ja/tai muiden ominaisuuksien säätäminen on yksinkertaista.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että vaikutetaan m \i*: 30 jännityspulssin muotoon asettamalla välitysmännän energiansiirtopinnan ja • · * mainitun energian vastaanottopinnan välinen välys ennen kuin painenesteen .v. paineen sallitaan työntää välitysmäntää työkalun suuntaan niin, että välyksen • · · ollessa lyhimmillään välitysmännän energiansiirtopinta on painenesteen pai- • * t *”** neen vaikutuksen alkaessa kosketuksessa työkalun tai työkaluun kytketyn po- 35 raniskan energian vastaanottopinnan kanssa, jolloin jännityspulssi muodostuu * · :*.t; olennaisesti vain painenesteen paineen aikaansaaman ja välitysmännän kaut- 3 117548 ta työkaluun välittyvän puristusvoiman vaikutuksesta ja sen pituus on olennaisesti työkaluun vaikuttavan puristusvoiman vaikutusajan mittainen, ja välyksen ollessa pisimmillään jännityspulssi muodostuu olennaisesti painenesteen paineen aikaansaaman välitysmännän liikkeen seurauksena välitysmännän is-5 kusta työkalun tai työkaluun kytketyn poraniskan energian vastaanottopintaan, jolloin jännityspulssi on olennaisesti kaksi kertaa välitysmännän pituuden mittainen.

Keksinnön mukaiselle iskulaitteelle on ominaista, että siihen kuuluu välineet, joilla vaikutetaan jännityspulssin muotoon asettamalla välitysmännän 10 energiansiirtopinnan ja mainitun energian vastaanottopinnan välinen välys ennen kuin painenesteen paineen sallitaan työntää välitysmäntää työkalun suuntaan niin, että välyksen ollessa lyhimmillään välitysmännän energiansiir-topinta on painenesteen paineen vaikutuksen alkaessa kosketuksessa työkalun tai työkaluun kytketyn poraniskan energian vastaanottopinnan kanssa, jol-15 loin jännityspulssi muodostuu olennaisesti vain painenesteen paineen aikaansaaman ja välitysmännän kautta työkaluun välittyvän puristusvoiman vaikutuksesta ja sen pituus on olennaisesti työkaluun vaikuttavan puristusvoiman vaikutusajan mittainen, ja välyksen ollessa pisimmillään jännityspulssi muodostuu olennaisesti painenesteen paineen aikaansaaman välitysmännän liikkeen 20 seurauksena välitysmännän iskusta työkalun tai työkaluun kytketyn poraniskan energian vastaanottopintaan, jolloin jännityspulssi on olennaisesti kaksi ··.·. kertaa välitysmännän pituuden mittainen.

* * .

I Keksinnön olennainen ajatus on, että välitysmännän ja työkalun tai • · · • ·] välitysmännän ja työkalun välissä olevan välityskappaleen tai välityskappa- 25 leen ja työkalun välinen välys asetetaan halutun suuruiseksi niin, että saa- • · ; daan aikaan halutunlainen jännityspulssi työkaluun.

: Keksinnön etuna on se, että tällä tavalla aikaansaadussa impulssi- • · * · .***. maisessa iskussa ei tarvita pitkää liikematkaa edestakaisin liikkuvaa iskumän- tää, minkä seurauksena ei suuria massoja liikutella iskusuunnassa edestakai- . 30 sin ja dynaamiset voimat ovat pieniä tunnettujen ratkaisujen edestakaisin lii k- • * · *;!;* kuvien painavien iskumäntien dynaamisiin voimiin verrattuna. Edelleen tällä rakenteella on mahdollisuus kohottaa iskutaajuutta ilman hyötysuhteen olen- * naista huononemista. Edelleen keksinnön etuna on, että säätämällä iskuele- • · · .···. mentin ja työkalun välillä olevaa välystä saadaan työkaluun siirtyvä jännitys- • · *1* 35 pulssin muotoa ja/tai muita ominaisuuksia helposti säädetyksi olosuhteiden mukaan, kuten porattavan tai iskettävän materiaalin kovuuden perusteella.

* « • · · 1 • ·« • · 4 117548

Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa

Fig. 1 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen iskulaitteen toimintaperiaatetta, 5 Fig. 2 esittää kaavamaisesti erästä keksinnön mukaisen iskulait teen toteutusmuotoa,

Fig. 3 esittää kaavamaisesti erästä toista keksinnön mukaisen isku-laitteen toteutusmuotoa,

Fig. 4 esittää kaavamaisesti erään keksinnön mukaisen iskulaitteen 10 toimintaa kuvaavia käyriä eri välysarvoilla,

Fig. 5 esittää kaavamaisesti erästä kolmatta keksinnön mukaisen iskulaitteen toteutusmuotoa,

Fig. 6 esittää kaavamaisesti vielä erästä keksinnön mukaisen isku-laitteen toteutusmuotoa ja 15 Fig. 7 esittää kaavamaisesti vielä erästä keksinnön mukaisen isku- laitteen toteutusmuotoa.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuvioissa Fig. 1 - 7 on samoista komponenteista käytetty samaa numeroa ja niiden toimintaa ja ominaisuuksia ei toisteta kaikkien kuvioiden yh- 20 teydessä enempää kuin ymmärtämisen kannalta on tarpeen. f •V, Fig. 1 esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen iskulaitteen toimin- • · !. taperiaatetta. Kuviossa on katkoviivalla merkitty iskulaite 1 ja sen runko 2, • * · : ·] minkä toiseen päähän on asennettu iskulaitteen 1 suhteen pituussuunnassaan ; liikkuvasti työkalu 3. Rungon 2 sisällä on työkammio 4, johon myöhemmissä • · :.· | 25 kuvioissa esitetyllä tavalla syötetään painenestettä eri tavoin jännityspulssin : muodostamiseksi. Työkammiota 4 rajoittaa osittain sen ja työkalun 3 välissä .*·*. oleva välitysmäntä 5, joka voi liikkua rungon 2 suhteen työkalun 3 aksiaali- suunnassa. Iskulaitetta työnnetään rikottavan materiaalin suuntaan nuolen Fs . osoittamalla tavalla, jotta työkalun 3 terä eli tavallisemmin porakruunu saa- • · * 30 daan painetuksi riittävällä voimalla rikottavaa materiaalia M vasten. Kun väli-tysmäntään 5 vaikuttaa paineinen paineneste, joka työntää välitysmäntää 5 työkaluun 3 päin, paineen P aikaansaama puristusvoima Fp välittyy välitys-.···. männän 5 kautta ja puristaa työkalua 3 kokoon synnyttäen työkaluun 3 jänni- *:* tysaallon, mikä siirtyy nuolen A suunnassa työkalun 3 läpi rikottavaan materi- v,: 35 aaliin M.

• φ · · · *·· • · 5 117548

Fig. 2 esittää kaavamaisesti erään keksinnön mukaisen iskulaitteen periaatteellista toteutusmuotoa. Työkammio 4 on kytketty kanavan 4a kautta yhteyteen painelähteen kuten painenestepumpun 7 kanssa, joka syöttää paineista painenestettä tilaan 4. Välitysmännän 5 toisella, työkammioon 4 näh-5 den vastakkaisella puolella on palautuskammio 6, joka puolestaan on kytketty kanavan 9 ja venttiilin 8 kautta painenestelähteeseen, kuten esimerkiksi pai-nenestepumppuun 7, joka syöttää paineista painenestettä kanavan 14a kautta venttiilille 8. Venttiilistä 8 johtaa edelleen painenesteen paluukanava 14b pai-nenestesäiliöön 10.

10 Fig. 2 esittämässä tilanteessa toteutetaan välitysmännän 5 palau tus, jolloin painenestettä syötetään venttiilin 8 ohjaamana palautuskammioon 6 niin, että välitysmäntä 5 siirtyy työkammion 4 suuntaan, kunnes se on asettunut Fig. 2 mukaisessa asennossa ylimpään eli taka-asemaansa. Samalla työkammiosta 4 poistuu painenestettä. Välitysmännän 5 taka-aseman määrit- 15 tävät iskutaitteessa 1 mekaaniset ratkaisut kuten erilaiset olakkeet tai rajoitti-met, Fig. 2 mukaisessa toteutusmuodossa olake 2a ja välitysmännän laipan 5a takapinta. Iskulaitteen toiminnan aikana iskulaitetta 1 työnnetään kohti käsiteltävää materiaalia voimalla Fs eli ns. syöttövoimalla, joka pitää työkalun 3 kärjen eli porakruunun tai vastaavan kosketuksissa käsiteltävään materiaaliin.

20 Kun välitysmäntä 5 on siirtynyt Fig. 2 esittämään asentoon, siirretään venttiili 8 toiseen asentoon, jolloin palautuskammiosta 6 paineneste pääsee äkillisesti purkautumaan painenestesäiliöön 10. Tällöin välitysmäntä 5 pääsee työnty-mään eteenpäin työkalun 3 suuntaan työtyökammiossa 4 olevan ja siihen li- * \ saksi painenestepumpulta 7 viilaavan painenesteen paineen vaikutuksesta.

*··· * 1 25 Välitysmäntään 5 työkammiossa 4 vaikuttava paine saa aikaan puristusvoi- :.: : man, joka työntää välitysmäntää 5 työkaluun 3 päin. Tämä puristusvoima puo- lestaan puristaa työkalua 3 kokoon, kun välitysmännän 5 energiansiirtopinta 5b ja työkalun 3 tai siihen kytketyn poraniskan energian vastaanottopinta 3a * · · ovat kosketuksessa toisiinsa. Tämän seurauksena muodostuu työkaluun 3 vä- 30 litysmännän 5 välityksellä äkillinen puristusjännitys, mikä siten muodostaa jännityspulssin työkalun 3 läpi käsiteltävään materiaaliin saakka. Käsiteltäväs- *···1 tä materiaalista heijastuva ns. heijastuspulssi palaa puolestaan takaisin työka- lun 3 läpi työntäen välitysmäntää 5 jälleen työkammion suuntaan, jolloin hei- ,1··, jastuspulssin energia siirtyy työkammiossa 4 olevaan painenesteeseen. Sa- * 35 manaikaisesti kytketään venttiili 8 jälleen Fig. 2 esittämään asentoon ja pai- * · · • 1 · · ··· • · · • · 6 117548 nenestettä syötetään jälleen palautuskammioon 6 työntämään välitysmäntä 5 ennalta määrättyyn taka-asemaansa.

Välitysmännän 5 painepinta-alat eli työkammion 4 puoleinen pinta-ala A1 ja vastaavasti palautuskammion 6 puoleinen pinta-ala A2 voidaan vai i-5 ta useilla eri tavoilla. Yksinkertaisin toteutusmuoto on Fig. 2 esittämä toteutusmuoto, jossa pinta-alat ovat eri suuret. Tällöin valitsemalla pinta-alat sopivasti voidaan molemmilla puolin välitysmäntää 5 käyttää samansuuruista painetta. Tällöin paineneste voi tulla kumpaankin tilaan samasta painenesteläh-teestä. Tämä yksinkertaistaa iskulaitteen toteuttamista. Tästä puolestaan 10 seuraa lisäetuna se, että välitysmäntään 5 voidaan muodostaa helposti olakemainen laippa 5a ja vastaavasti runkoon olake 2a, jolloin rungon 2 olake 2a määrittää välitysmännän 5 taka-aseman, kuvassa ylimmän aseman eli aseman, mistä jännityspulssin muodostaminen aina aloitetaan. Pinta-alat voivat olla myös samansuuruiset, jolloin paineen palautuskammiossa 6 on 15 oltava suurempi kuin paineen työkammiossa 4.

Fig. 2 esittää edelleen esimerkinomaisesti työkaluun 3 tai siihen kytkettyyn poranniskaan muodostetun apumännän 3b, mikä sijaitsee iskulaitteen rungossa olevassa sylinteritilassa 11. Sylinteritila 11 puolestaan on kytketty kanavan 12 ja venttiilin 13 avulla painenestepumppuun 7 niin, että syli n-20 teritilaan 11 voidaan syöttää painenestettä kuvioon merkityn välyksen d suuruuden säätämiseksi haluttua energiansiirtymistä ja jännityspulssin muotoa varten. Syöttämällä sylinterillään 11 tietty tilavuus painenestettä muodostuu • · energianvarauselementin ja välitysmännän 5 sekä työkalun 3 tai siihen kytke- : \ tyn poranniskan iskupinnan väliin välys d. Välys d voi vaihdella arvosta 0 ha- ’ * 25 tuttuun arvoon, mikä esimerkinomaisesti on maksimissaan 2 mm. Säätämällä • · : välys sopivan suuruiseksi saadaan energiansiirto työkaluun jaetuksi toisaalta iskuenergiaan ja toisaalta siirtymäenergiaan. Isku-energia voidaan määritellä kaavalla • · · 30 Elsku=l/2mv,o2 (1) • · · • · * ··» *···* missä Eisku = iskuenergia m = välitysmännän massa • · .·♦*. vro = välitysmännän liikenopeus sen osuessa työkaluun . 35 • · :.v Vastaavasti siirtymäenergia voidaan määritellä kaavalla • · • · · • ·· « · 7 117548

Sl t\ E, = jFpds= jFpvdt, fo *o missä Es = siirtymäenergia s0 = työkalun pään asema hetkellä t0, jolloin välitysmäntä koskettaa 5 työkalua ja puristus alkaa

Si = työkalun pään asema hetkellä ti, jolloin puristus päättyy

Fp = paineen aikaansaama työkaluun vaikuttava puristusvoima

Iskuenergia Eisku siirtyy silloin, kun välitysmännän 5 energiansiirto-10 pinta 5b törmää työkalun tai poranniskan energian vastaanottopintaan 3a jonkin ajan kuluttua siitä, kun paine alkaa työntää välitysmäntää 5 työkaluun 3 päin. Mitä suurempi välys on, sitä suurempi määrä energiasta siirtyy iskuener-giana ja vastaavasti vähäisempi määrä siirtyy siirtymäenergiana siitä alkaen, kun välitysmäntä 5 tukeutuu työkalun päähän joko suoraan tai erillisen välitys-15 kappaleen välityksellä. Tätä säätöä voidaan käyttää erityisesti erilaisia kivilajeja iskettäessä tai porattaessa, jolloin kovassa kivilajissa käytetään suurempaa välystä ja siirretään suurempi määrä iskuenergiana ja vastaavasti peh-meämmissä kivilajeissa käytetään pienempää välystä ja siirretään suurempi osa energiasta siirtymäenergiana 20 Fig. 3 esittää kaavamaisesti erästä toista keksinnön mukaisen me- ·*·*· netelmän toteuttamiseen sopivaa iskulaitetta. Tämä toteutusmuoto poikkeaa • » :v. edellisestä toteutusmuodosta niin, että siinä ei painenestettä syötetä jatkuvasti • · työkammioon 4, vaan painenesteen paine asetetaan vuorotellen vaikuttamaan . suoraan välitysmäntään 5 työkammion 4 ja vastaavasti palautuskammion 6 • # e · ϊ·ί ί 25 kautta. Iskulaitetta käytettäessä sitä työnnetään eteenpäin voimalla Fs niin, et- :.· · tä työkalun 3 olake 3b’ tukeutuu runkoon 2 samalla, kun työkalu 3 on koske- tuksessa iskun kohteena olevan ei-esitetyn materiaalin kuten esimerkiksi rikottavan kiven kanssa. Tässä Fig.3 esittämässä tilanteessa painenestettä pääs- . .·. tetään ohjausventtiilin 8 avulla nopeasti virtaamaan kanavan 9’ kautta työ- • · ♦ 30 kammioon 4, missä se vaikuttaa välitysmäntään 5 sen työkalusta poispäin oi e- *·;·* vaan painepintaan. Samalla painenesteen sallitaan poistua palautuskammios- ta 6 kanavan 9 kautta. Äkillinen paineisen painenesteen syöksyminen työ- kammioon 4 saa aikaan painepulssin ja siitä johtuva voima saa aikaan väli- *** tysmännän 5 työntymisen työkaluun 3 päin ja työkalun puristumisen kokoon V.* 35 sen pituussuunnassa. Seurauksena on poratankoon tai muuhun työkaluun • · • · · • · · • · 8 ' t 117548 syntyvä jännityspulssi, joka aaltona edetessään työkalun kärkeen kuten esimerkiksi porakruunuun aiheuttaa siellä iskun työn kohteena olevaan materiaaliin kuten sinänsä tunnetuilla iskulaitteilla. Halutun pituisen jännityspulssin muodostuttua painenesteen syöttö työkammioon 4 pysäytetään ohjausventtii-5 Iillä 8, jolloin jännityspulssin muodostuminen lakkaa, ja painenestettä päästetään virtaamaan työkammiosta 4 paluukanavan 9’ ja ohjausventtiilin 8 kautta painenestesäiliöön 10. Samalla palautussylinteriin 6 syötetään painenestettä kanavan 9 kautta, jolloin välitysmäntä 5 pääsee palautumaan takaisinpäin.

Tämä tapahtuu siirtämällä ohjausventtiili 8 Fig. 3 esittämästä asemasta va-10 semmalle, jolloin painenesteen syöttö-ja poistokanavat kytkeytyvät ristiin. Pai- i nenestettä syötetään palautuskammioon 6 sen verran, että välitysmäntä 5 siirtyy työkammioon 4 päin halutun matkan. Tällä voidaan siten säätää työkalun i ja välitysmännän välisen välyksen d pituutta, koska työkalun paluuliike pysähtyy, kun sen olake 3b’ tulee kosketukseen rungon 2 kanssa, mutta välitysmän-15 tä voi vielä liikkua taaksepäin. Säätämällä painenesteen painepulssin pituutta ja painetta voidaan vastaavasti säätää jännityspulssin pituutta ja voimakkuutta. Iskulaitteen ominaisuuksia voidaan lisäksi säätää säätämällä pulssien välistä aikaa ja/tai pulssien syöttötaajuutta sekä välystä. Mikäli halutaan tilanne, j missä välys on d=0, voidaan välitysmännän paluuliike toteuttaa pelkästään 20 työntämällä iskulaitetta 1 työkalun 3 suuntaan syöttövoimalla Fs. Tällöin työkalu 3 työntää välitysmännän 5 sopivasti taaksepäin.

«,·. Paineen aikaansaaman välitysmännän 5 välityksellä työkaluun 3 • * ^ vaikuttavan voiman vaikutus voidaan lopettaa myös muulla tavoin, kuin lopet- i » · 5 ·* tamalla painenesteen syöttö työkammioon 4. Tämä voidaan toteuttaa esimer- *ί**ϊ 25 kiksi siten, että välitysmännän 5 liike pysäytetään olaketta 2’vasten, jolloin vä- • · ;,· ; litysmännän 5 takana työkammiossa 4 vaikuttava paine ei enää pysty työntä- • mään sitä rungon 2 suhteen työkalun 3 suuntaan.

• t · « .*··. Fig. 4 esittää kaavamaisesti erään keksinnön toteutusmuodon toi- I · mintaa ja energiansiirtoa kuvaavia käyriä tilanteessa, missä välystä välitys- . 30 männän 5 ja työkalun välillä tai välitysmännän 5 ja työkalun 3 välissä olevan • · · "·!·* välityselimen välillä vaihdellaan. Käyrä A esittää energian siirtymistä tilan- * teessä, missä välys d on 0 mm. Tässä tilanteessa jännityspulssi siirtyy

välitysmännästä 5 työkaluun kokonaan siirtymäenergiana. Käyrän B

• · · esittämässä tilanteessa välys d on 0,2 mm. Tällöin välitysmännän 5 **,··’ 35 siirtyminen voi alkuun tapahtua työkalun suuntaan 0,2 mm ilman vastusta.

:Y: Niinpä työkaluun syntyy aluksi vajaan 0,2 millisekunnin kuluttua iskun aikaansaama jännityspulssi, mikä syntyy välitysmännän 5 tai sen ja työkalun ψ · : 9 117548 kä syntyy välitysmännän 5 tai sen ja työkalun välissä olevan välityskappaleen osuessa työkaluun. Tällöin energiaa siirtyy välitysmännästä 5 työkaluun is-kuenergiana. Siitä eteenpäin noin 0,3 millisekuntiin saakka energiaa siirtyy siirtymäenergiana painenesteen paineen välitysmäntään 5 aikaansaaman 5 voiman puristaessa työkalua kokoon. Vastaavasti käyrä C ilmaisee tilannetta, missä välys d on 0,4 mm, jolloin välitysmäntä 5 liikkuu työkaluun päin 0,25 millisekuntia, jolloin suurin osa energiasta siirtyy työkaluun iskuenergiana ja siitä eteen päin loppu siirtyy työkaluun siirtymäenergiana välitysmännän 5 ja työkalun ollessa toisiinsa vielä kosketuksissa noin 0,1 millisekunnin ajan.

10 Fig, 5 esittää kaavamaisesti erästä kolmatta keksinnön mukaisen iskulaitteen toteutusmuotoa. Tässä toteutusmuodossa on esitetty eräs keksinnön mukaisen iskulaitteen ohjaustapa ja periaatteellinen ohjauslaitteisto.

Ohjauslaitteistossa on ohjausyksikkö 15, joka ohjaa iskulaitteen toimintoja. Edelleen numerolla 16 on merkitty syöttölaitteistoa, mikä voi olla 15 millainen tahansa sinänsä tunnettu syöttölaitteisto, millä iskulaitetta 1 työnnetään eteenpäin työkalun 3 suuntaan. Numerolla 17 on merkitty välyksen mittaus- ja säätöyksikköä, minkä avulla välystä d iskulaitteen toiminnan aikana mitataan ja säädetään. Edelleen numerolla 18 on merkitty painenesteen ohjaus-venttiileitä, jotka voivat olla joko erillisiä venttiileitä tai yhden kokonaisuuden 20 muodostama venttiilikokonaisuus. Syöttölaite 16, välyksen mittaus- ja sää-töyksikkö 17 ja ohjausventtiilit 18 on kytketty ohjausyksikköön 15 katkoviivoina ··,·. merkityillä signaalikanavilla 19 - 21, mitkä tyypillisesti ovat sähköisiä. Pai- • 1 1. I nenestepumppu 7 ja painenestesäiliö 10 ovat vastaavasti kytketyt ohjausvent- • · · : ·] tiileihin 18 kanavilla 14 a 14b ja ohjausventtiileistä 18 vastaavasti johtaa pai- 25 nenestekanavat syöttölaitteistolle 16, iskulaitteelle 1 sekä välyksen mittaus-ja • · *.· · säätöyksikölle 17. Edelleen ohjausyksikkö 15 voi olla kytketty ohjaamaan : pumppua 7, kuten on esitetty katkoviivan 22 avulla.

.1··. Iskulaitteen toimiessa mittaus- ja säätöyksikössä 17 olevilla antu reilla mitataan iskulaitteen 1 toimintaa esimerkiksi mittaamalla välystä d ja/tai . 30 työkalun 3 kautta tulevaa jännityspulssin paluupulssia. Näiden mittausarvojen • · · ‘♦j·1 perusteella vastaavasti säädetään välystä d haluttuun suuntaan porausolo- *...· suhteiden mukaisesti. Samoin voidaan ohjata syöttöä ja painenesteen painetta * sekä iskulaitteen muuta toimintaa ohjausyksikön 15 avulla joko erillisten ma-#ί.1# nuaalisten ohjainten avulla tai automaattisesti ennalta ohjelmoitujen paramet- “ 35 rien mukaan.

♦ φ · · T

• « · • · · • · · • · 10 117548

Fig 6 esittää vielä erästä keksinnön mukaisen iskulaitteen toteutusmuotoa. Tässä toteutusmuodossa ovat olennaisina tekijöinä väiitysmännän 5 ja työkalun poikkipinta-alat. Tämä toteutusmuoto vastaa esimerkiksi Fig. 3 mukaista toteutusmuotoa, joten sen yhteydessä esitettyjen yksityiskohtien se-5 liitämistä ei katsota tarpeelliseksi. Väiitysmännän vaikuttava painepinta on sen työkammioon päin oleva poikkipinta-ala Apm. Vastaavasti työkalun poikkipinta-ala on Apt. Jotta puristusjännitys saataisiin mahdollisimman suureksi käytettävissä olevat painenesteen paineet huomioon ottaen, olisi edullista, että väiitysmännän 5 pinta-ala Apm olisi vähintään kolme kertaa niin suuri kuin työka-10 lun 3 poikkipinta-ala Apt.

Fig. 7 esittää kaavamaisesti vielä erästä keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen sopivaa iskulaitetta. Tämä toteutusmuoto vastaa muuten Fig. 3 mukaista ratkaisua, mutta tässä painenesteen paine vaikuttaa toiminnan aikana koko ajan palautuskammiossa 6 ja painenestettä vuorotellen 15 syötetään työkammioon 4 ja päästetään siitä pois ohjausventtiilin 8 kautta. Työkalua 3 puristava voima syntyy tässä tapauksessa painepintojen pinta-alaerosta, koska työkammion 4 puoleinen pinta on suurempi kuin palautus-kammion 6 puoleinen pinta. Fig. 7 esittämässä tilanteessa välitysmäntään 5 vaikuttaa sitä työkaluun 3 päin siirtävä voima, koska työkammiossa 4 vaikuttaa 20 painenesteen paine.

Keksintöä on edellä selityksessä ja piirustuksissa esitetty vain esi-··,·, merkinomaisesti, eikä sitä ole millään tavalla rajoitettu siihen. Olennaista on, ; että jännityspulssin ominaisuuksien säätämiseksi asetetaan väiitysmännän ja • * · : ·] työkalun välillä välys halutun suuruiseksi niin, että työkaluun voidaan saada 25 aikaan pelkkää puristusjännitystä, pelkästään iskun aikaansaamaa kineettisen • * :.· \ energian synnyttämää jännitystä tai jotain siltä väliltä. Eri kuvioissa esitettyjen : toteutusmuotojen erilaisia yksityiskohtia ja ratkaisuja voidaan yhdistää keske- 4«· · .*··. nään eri tavoin erilaisten käytännön toteutusmuotojen aikaansaamiseksi.

• · · • · · ♦ · · ···..· • · · • · • · • · · ' • · « · · * * · • * · ' .

f t • · ··· • 4 4 4 4 4· 4*4 9 4'.

4 4 4 4$ 4 44·: 4 4

Claims (20)

117548

1. Menetelmä sellaisen painenestekäyttöisen iskulaitteen toiminnan ohjaamiseksi, jossa iskulaitteessa (1) on välineet painenesteen syöttämiseksi iskulaitteeseen ja vastaavasti johtamiseksi siitä pois ja välineet jännityspulssin 5 aikaansaamiseksi painenesteen paineen avulla iskulaitteeseen (1) sen rungon (2) suhteen pituussuunnassaan liikkuvasti kytkettävissä olevaan työkaluun (3) , jolloin välineisiin jännityspulssin aikaansaamiseksi kuuluu iskulaitteen (1) rungossa (2) sijaitseva työkammio (4) ja työkammiossa (4) iskulaitteen (1) rungon (2) suhteen työkalun pituussuunnassa liikkuvasti sijaitseva välitysmäntä 10 (5), jonka välitysmännän (5) työkalun (3) puolella oleva energiansiirtopinta (5b) on saatettavissa kosketukseen työkalun (3) tai työkaluun (3) kytketyn po-raniskan energian vastaanottopinnan (3a) kanssa, ja välineet työkammiossa (4) olevan painenesteen paineen saattamiseksi työntämään välitysmäntää (5) työkaluun (3) päin työkalun (3) puristamiseksi pituussuunnassaan kokoon väli- 15 tysmäntään (5) vaikuttavan painenesteen paineen avulla niin, että työkaluun (3) muodostuu jännityspulssi, ja vastaavasti välineet välitysmännän (5) palauttamiseksi takaisin, tunnettu siitä, että vaikutetaan jännityspulssin muotoon asettamalla välitysmännän (5) energiansiirtopinnan (5b) ja mainitun energian vastaanottopinnan (3a) välinen välys (d) ennen kuin painenesteen paineen 20 sallitaan työntää välitysmäntää (5) työkalun (3) suuntaan niin, että välyksen (d) ollessa lyhimmillään välitysmännän (5) energiansiirtopinta (5b) on pai- .. , nenesteen paineen vaikutuksen alkaessa kosketuksessa työkalun (3) tai työ- • · · ·* kaluun (3) kytketyn poraniskan energian vastaanottopinnan (3a) kanssa, jol- : loin jännityspulssi muodostuu olennaisesti vain painenesteen paineen aikaan- 25 saaman ja välitysmännän (5) kautta työkaluun välittyvän puristusvoiman vaiku- ; : tuksesta ja sen pituus on olennaisesti työkaluun (3) vaikuttavan puristusvoi- : .·. man vaikutusajan mittainen, ja välyksen (d) ollessa pisimmillään jännityspulssi [···. muodostuu olennaisesti painenesteen paineen aikaansaaman välitysmännän • · “* (5) liikkeen seurauksena välitysmännän (5) iskusta työkalun (3) tai työkaluun 30 (3) kytketyn poraniskan energian vastaanottopintaan (3a), jolloin jännityspulssi on olennaisesti kaksi kertaa välitysmännän (5) pituuden mittainen. ; ·*· '•..s

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e 11 u siitä, X·. että välystä (d) säädetään porausolosuhteiden mukaan. • · *

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, t u n n e 11 u • * *·;·’ 35 siitä, että välystä (d) pienennetään puristuksen aikaansaaman siirtymäenergi- :Y: an (Es) osuuden lisäämiseksi jännityspulssissa. • « * * · • ·· • · 117548

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä,, t u n n e tt u siitä, että välystä (d) suurennetaan välitysmännän iskun aikaansaaman is-kuenergian (Eisku) osuuden lisäämiseksi jännityspulssissa.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen menetelmä, t u n -5 nettu siitä, että välys (d) asetetaan porattavan materiaalin ominaisuuksien mukaan.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että välys (d) asetetaan johonkin arvoon välillä 0-2 mm.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tu n nettu siitä, 10 että välystä (d) säädetään välillä 0 - 2 mm.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että välitysmännässä (5) käytetään painepinta-alana (A,*,) vähintään kolme kertaa niin suurta pinta-alaa kuin työkalun poikkipinta-ala (Apt).

9. Painenestekäyttöinen iskulaite, jossa iskulaitteessa on välineet painenesteen syöttämiseksi iskulaitteeseen (1) ja vastaavasti johtamiseksi siitä pois ja välineet jännityspulssin aikaansaamiseksi painenesteen paineen avulla iskulaitteeseen (1) sen rungon (2) suhteen pituussuunnassaan liikkuvasti kytkettävissä olevaan työkaluun (3), jolloin välineisiin jännityspulssin a i-20 kaansaamiseksi kuuluu iskulaitteen (1) rungossa (2) sijaitseva työkammio (4) ja työkammiossa (4) iskulaitteen (1) rungon (2) suhteen työkalun (3) pituus-... suunnassa liikkuvasti sijaitseva välitysmäntä (5), jonka välitysmännän (5) työ- ** kalun (3) puolella oleva energiansiirtopinta (5a) on saatettavissa kosketuk- : V seen työkalun (3) tai työkaluun (3) kytketyn poraniskan energian vastaanotto- 25 pinnan (3a) kanssa, ja välineet työkammiossa (4) olevan painenesteen pai-: neen saattamiseksi työntämään välitysmäntää (5) työkaluun (3) päin työkalun ϊ .·. (3) puristamiseksi pituussuunnassaan kokoon välitysmäntään (5) vaikuttavan ,"·[ painenesteen paineen avulla niin, että työkaluun (3) muodostuu jännityspulssi, • ψ *** ja vastaavasti välineet välitysmännän (5) palauttamiseksi takaisin, t u n n e t- 30 tu siitä, että siihen kuuluu välineet, joilla vaikutetaan jännityspulssin muotoon asettamalla välitysmännän (5) energiansiirtopinnan (5b) ja mainitun energian ί,,.ί vastaanottopinnan (3a) välinen välys (d) ennen kuin painenesteen paineen .V. sallitaan työntää välitysmäntää (5) työkalun (3) suuntaan niin, että välyksen M (d) ollessa lyhimmillään välitysmännän (5) energiansiirtopinta (5b) on pai- • * *«··’ 35 nenesteen paineen vaikutuksen alkaessa kosketuksessa työkalun (3) tai työ- kaluun (3) kytketyn poraniskan energian vastaanottopinnan (3a) kanssa, joi- • · • · • · · • * · • · j 117548 loin jännityspulssi muodostuu olennaisesti vain painenesteen paineen aikaansaaman ja välitysmännän (5) kautta työkaluun välittyvän puristusvoiman vaiku- * tuksesta ja sen pituus on olennaisesti työkaluun (3) vaikuttavan puristusvoiman vaikutusajan mittainen, ja välyksen (d) ollessa pisimmillään jännityspulssi 5 muodostuu olennaisesti painenesteen paineen aikaansaaman välitysmännän (5) liikkeen seurauksena välitysmännän (5) iskusta työkalun (3) tai työkaluun (3) kytketyn poraniskan energian vastaanottopintaan (3a), jolloin jännityspulssi on olennaisesti kaksi kertaa välitysmännän (5) pituuden mittainen.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen iskulaite, tunnettu siitä, 10 että siinä on välineet syöttövoiman vastaanottamiseksi ja välittämiseksi työkaluun (3).

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen iskulaite, tunnettu siitä, että välineisiin jännityspulssin aikaansaamiseksi kuuluu välineet painenesteen johtamiseksi vuorotellen suoraan työkammioon (4) vaikuttamaan 15 välitysmännän kautta työkaluun (3) ja vastaavasti siitä pois.

12. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen iskulaite, tunnettu siitä, että välineisiin jännityspulssin aikaansaamiseksi kuuluu välineet paineisen painenesteen johtamiseksi jatkuvasti työkammioon (4) vaikuttamaan väli-tysmännän kautta työkaluun (3) ja välineet painenesteen syöttämiseksi vuoro- 20 telien vaikuttamaan välitysmäntään (5) työkammioon (4) nähden vastakkaisella puolella olevaan palautuskammioon (6) välitysmännän (5) työntämiseksi työkammioon (4) päin ja vastaavasti palautuskammiosta (6) pois niin, että työ-kammiossa (4) olevan painenesteen paine kykenee työntämään välitysmäntää .. . (5) työkaluun päin. ·' 25

13. Jonkin patenttivaatimuksen 9 - 12 mukainen iskulaite, tu n- : nettu siitä, että välineisiin välyksen (d) säätämiseksi kuuluu välineet väli- *"*: tysmännän (5) siirtämiseksi iskulaitteen (1) rungon (2) suhteen ennalta mää- • :*: rättyyn asemaan halutun suuruisen välyksen (d) aikaansaamiseksi.

# · · · : 14. Jonkin patenttivaatimuksen 9-13 mukainen iskulaite, tun- '**/ 30 nettu siitä, että siihen kuuluu ohjausyksikkö (15), välyksen (d) mittaus-ja *·*’ säätöyksikkö (17) sekä ainakin yksi ohjausventtiili (8) painenesteen syötön oh- ;i jäämiseksi iskulaitteelle ja että ohjausyksikkö (15) on kytketty ohjaamaan vä- ; ;.i.: lyksen mittaus-ja säätöyksikköä (17) iskulaitteen toiminnan aikana mitattujen • · * ) : >f: parametrien perusteella. i

15. Jonkin patenttivaatimuksen 9-14 mukainen iskulaite, tun- nettu siitä, että iskulaite (1) kuuluu kallioporakoneeseen tai vastaavaan. • · • · * · · • · • · · • * ' • · • · · • · · • · 117548

16. Jonkin patenttivaatimuksen 9-15 mukainen iskulaite, tunne tt u siitä, että siihen kuuluu ohjausventtiili (8), jolla painenesteen virtausta iskulaitteeseen ja siitä pois ohjataan.

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen iskulaite, tunnettu siitä, 5 että siinä on välineet painenesteen syöttämiseksi iskulaitteeseen (1) jatkuvasti ja että ohjausventtiili (8) on asetettu ohjaamaan painenesteen poistumista jaksottaisesti.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 9-17 mukainen iskulaite, tunnettu siitä, että välys (d) asetetaan johonkin arvoon välillä 0-2 mm.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen iskulaite, tunnettu siitä, että välystä (d) säädetään välillä 0-2 mm.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 9-18 mukainen iskulaite, tunnettu siitä, että välitysmännän (5) painepinta-ala (Apm)on vähintään kolme kertaa niin suuri kuin työkalun (3) poikkipinta-ala (Apt). 15 # · · • # • · . , • •f • · · * · • · ·»··· • · ' . > * ♦ • · · * · · • ·· · • · • · « *···' ·1·· ·»« * · • · ··· *·· • · # • · « • 1 1 * · • · • 1 · ·1.···. • 1 • · ♦ • 1 · • « 1 • · "1 * . . · -'ll • · • •e • · # ' • · · ' ♦ · · • · · • 1 15 1 17548