KR0165562B1 - 유압작동식 충격해머 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불리한 조건하에서 자동반복작동의 계속을 보장하는 내부기구와 급작스런 금속대금속 접촉으로 인한 손상을 방지하기 위한 내부 부품의 유체 완충장치를 가지고 있는 유압충격헤머에 관한 것이다.

충격해머의 해머헤드는 해머헤드의 다음 타격을 준비하는 재장전중에 압축챔버내에 압력형성을 가능하게 하도록 자동폐쇄되고 또한 압축챔버내의 압력이 충격공구에 타격하도록 해머헤드를 구동시키는 것을 가능하게 하도록 자동개방되는 내부포핏을 가지고 있다. 충격공구가 타격후에 작동면과 접촉되도록 강제로 가압된다면 재장전중에 해머가 부주의로 인해 정지상태에 있는 것을 방지하도록, 해머헤드의 확대비는 포핏의 확대비보다 더 크게 되어 있다. 구동행정의 말기에 해머 프레임과의 급작스런 금속대금속 접촉을 방지하는 해머헤드의 유체완충은 해머헤드가 구동행정말기에 있을 때에만 작동하는 순간 액체제한부에 의해서 제공된다. 해머헤드와의 급작스런 접촉을 방지하는 포핏의 액체완충은 포핏이 해머헤드내의 운동범위의 한쪽 또른 다른 한쪽 극단으로 접근함에 따라 정해지는 공간으로부터의 유체의 이탈을 조정하고 이 정해진 공간내에 유체를 둘러싸도록 해머헤드와 포핏상에 각각 형성된 맞물림 유체완충표면에 의해서 제공된다.

Description

유압작동식 충격해머

충격해머는, 채광, 굴착 및 파쇄작업에 널리 사용된다. 충격해머의 기능은 높은 단위면적 충격하중을 표면에 반복적으로 적용하여 표면을 부수거나 또는 쪼개는데 있다. 통상의 잭해머는 예컨대 압축공기에 의해서 구동되는 공압작동식 장치이며, 채굴기 또는 삽과 같은 공구의 선단에 급속한 충격타격을 전달한다.

잭크해머가 널리 사용되지만, 그 사용은 힘센 노동자가 사용하는 휴대용 공구에 의해서 점점 감소되고 있다. 이 타격에 대한 반작용은 공구의 무게 및 작업자에 의해서 발휘된다. 이것은 이러한 종류의 공구의 사용을 제한하는 것이다.

따라서, 캐리지장착 공압충격공구가 널리 사용되는 한편, 이 공압충격공구가 더 강력한 타격을 전달할 수 있는 해머를 수용할 수 있지만, 해머 그 자체는 동력으로서 압축가스를 직접 사용하는 근본적인 제한때문에 특성을 제한한다. 여러 원인중에서, 유동체적, 압축팽창사이클에서 발생하는 에너지 손실, 및 해머를 통과하는 가스의 사이클 과정에서 수반되는 근본적인 비효율성에 의하여, 해머가 적절히 장착되었는지에 관계없이, 전달될 수 있는 충격에너지가 불필요하게 제한된다.

이들 제한에 대응하여, 액체작동식 해머가 최근에 개발되었다. 이 장치를 작동시키기 위해 사용되는 가압액체는 실질적으로 비압축성이며, 공압장치의 대다수 문제점이 해결될 수 있다. 호스, 이음부, 및 통로는 액체 체적을 수용하기 위한 크기로 만들어지며, 작동 유체 자체가 실질적으로 거의 팽창하지 않기 때문에 팽창으로 인해 발생되는 큰 손실은 없다.

액체작동식 장치의 일반적인 이론은 가압액체에 의해서 압축되는 가스셀을 사용하는 것이다. 셀과 셀을 압축하는 액체는 신속-개방식 포핏밸브에 의해서 갇힌 상태로 유지된다. 포핏밸브가 개방되면, 확장하는 가스셀에 의해서 구동되는 가압액체는 해머헤드의 구동면에 작용한다. 이것은 대단히 급격한 고 에너지 방출상태이다. 구동압력은 약 2000psi 또는 그 이상이며, 구동면의 유효면적은 적어도 5제곱인치로부터 1258제곱인치까지이다.

다음에, 해머헤드는 그 포인트 또는 블레이드가 충격포인트보다 수배 작은 공구를 타격한다. 이러한 장치의 장점은 명백하며, 이하의 참고문헌인 미합중국 특허공보에서 나타난다:

이러한 일반적인 계통의 충격해머는 널리 사용되며 실제로 공압작동식 공구 및 캐리지장착 공압작동식 공구보다도 더 큰 충격타격을 전달한다.

액체작동식 충격해머를 계속해서 개발하는 과정중에, 가스작동식 공구에서는 나타나지 않는 문제점이 연속적으로 발생되었다.

본 문헌은 많은 문제점을 언급하였다. 하나는 캐비테이션이며, 다른 하나는 액체해머 효과이다. 이들중의 대부분은 해결되었지만, 가압액체의 유동을 최소한으로 감소시키고, 액체의 유동을 적절히 변화시켜 유체가 공구의 장전 또는 방출을 방해하지 않으며, 그래서 공구가 파손되지 않거나 또는 공구 그 자체의 요소들 사이의 급격한 충격의 결과로서 성능을 저하시키지 않도록 해야하는 어려운 문제점이 여전히 남아있다.

이들 문제점은 아직도 완전히 해결되지 않았다. 본 발명의 목적은, 외력 및 효과가 제거된 동안, 충격해머 그 자체의 요소들을 내부타격에 의해 손상시키지 않고, 공구의 장전 및 방출에 대한 방해를 최소화하며, 액체의 최소체적으로 넓은 운전조건에서 공구가 확실하게 작동될 수 있게 하는 충격공구의 장전 및 방출을 위한 유동조절시스템을 충격해머 내에 제공하는데 있다. 어떠한 급속한 타격도 해머의 헤드와 충격공구 사이에서만 발생하고, 이것은 대단히 짧은 행정길이에 걸쳐서 발휘된다.

다른 장점으로서, 상기 목적은 최소의 부품수를 가진 충격해머에 의해 얻을 수 있으며, 그 모든 부품은 이 장치의 작동과 관련된 대단히 강하고 급격한 힘에 대항하도록 근본적으로 안정된 형상 및 부분으로 구성되어 있다.

[발명의 간단한 설명]

본 발명에 따른 충격해머는 작동기구를 수용하고 급속한 충격타격을 충격해머로부터 수용하여 관통 또는 파쇄될 구조물 또는 형상물에 전달하는 작업충격공구를 지지하는 프레임을 가지고 있다. 충격공구는 프레임으로 부터 돌출되어 있고 프레임내에서 축방향으로 왕복운동가능하다.

해머헤드는 폐쇄 미끄럼 접합부에 의해 프레임에 왕복가능하게 장착된다. 해머헤드는 충격이 발생되도록 의도된 지점의 범위내에 공구의 충격 단부가 있을 때 공구를 타격하기 위하여 타격공구를 향하는 타격면을 갖는다. 이렇게 의도된 범위를 넘어선 위치에서는 해머헤드가 제동되어 프레임을 타격하지 않는다. 공구에 대한 타격은 고에너지의 급격한 충격이며, 초기충격후 힘의 후속작용을 제공하도록 의도된 것은 아니다.

해머헤드는 압축가능한 가스셀에 대향되어 있다. 가스셀은 그 다음 행정을 위하여 충격해머를 장전하는 동안 해머헤드에 작용되는 액체력하에서 해머헤드의 운동에 의하여 더 장전되는 결과로서 증가되는 소망 압력으로 예압된다.

해머헤드는, 섕크, 장전숄더 및 포핏포오트를 가지고 있다. 포핏은 포핏헤드에 의해 해머헤드에 왕복가능하게 부착되고, 충격해머가 장전될 수 있도록 포핏포오트를 폐쇄하고, 또한 충격해머가 발포될 수 있도록 하기 위하여 포핏포오트로부터 급격하게 제거될수 있도록 배열되어 있다. 발포핀은 포핏과 협동하여 충격해머가 발포될 때에 포핏을 떨어뜨리도록 프레임내에 부착된다.

본 발명의 특징은 (1) 충격해머가 모든 운전조건하에서 장전될 수 있고; (2) 포핏이 구조물을 파괴할 수도 있고 급격한 내부충격을 받지 않고; (3) 충격 해머가 모든 작업조건하에서 쉽게 발포될 수 있고; (4) 해머헤드가 타격을 프레임 그 자체에 전달할 수 있도록 이동거리를 지나치지 않는 것을 보장한다.

본 발명의 이들 및 다른 특징은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명될 것이다.

본 발명은 예컨대 채광, 굴착 및 파쇄작업에 사용되는 반복적인 충격타격을 전달하기 위한 충격해머에 관한 것이다.

제1도 내지 제7도는 작동의 7 연속단계로 도시된 본 발명의 일반적인 개념에 따른 충격해머의 축방향 단면도이다. 개시내용을 명확하게 하기 위하여, 확대된 크기의 다른 도면에는 표시되어 있는 몇 개의 상세한 부분이 생략되었다.

제8도 내지 제15도는 생략된 상세한 부분을 포함하고 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 충격해머를 작동의 연속단계로 도시한 확대절반 축방향 단면도.

제16도 내지 제19도는 더욱 상세하게 포핏의 구조 및 작동을 도시한 확대 절반 축방향 단면도.

제20도 및 제21도는 해머 초과이동의 두 상태에 있는 충격해머를 도시한 확대절반 축방향 단면도.

본 발명은, 기본적인 구조 및 기능이 설명되고, 그 다음 이 구조가 확실하게 기능할 수 있도록 하는 본 발명의 특징이 설명됨으로써 잘 이해될 것이다.

제1도 내지 제7도에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 충격해머(20)는 중심축선(22)을 구비한 프레임(21)을 가지고 있다. 충격타격은 이 중심축선을 따라 전달된다. 프레임은 개략적으로 도시된 릴리프(24)를 구비한 공구통로(23)를 가지고 있다. 예리하게 뾰족한 피크와 같은 충격공구(25)가 공구통로에 끼워진다. 리테이너 숄더(26)가 릴리프내에 끼워지며, 이 결합에 의해 공구가 이 통로내에 유지된다. 이것에 의하여, 숄더(27, 28)에 의해서 형성되는 극단위치 사이로 왕복운동이 제한한다. 당해분야의 숙련자라면 이러한 목적을 위하여 다양한 다른 형태 유지수단이 있다는 것을 알 수 있다.

충격공구는 어떤 다른 바람직한 형태 예컨대, 삽 또는 만곡된 또는 원통형 커터일 수 있다. 충격공구는 충격을 수용하기 위한 충격끝(30) 및 파쇄 또는 분쇄될 작업면에 발생된 타격을 전달하기 위한 작동끝(30a)을 가지고 있다.

충격해머는 프레임내의 안내실린더(33)에 끼워지는 섕크(32)를 구비한 해머헤드(31)를 포함하고 있다. 해머헤드의 바닥끝은 릴리프(24)를 통하여 충격공구를 지나 대기로 개구되어 있다.

제조의 목적상 프레임의 내측표면과 해머헤드의 내측 및 외측표면은 바람직하게 원형으로 될 것이다. 장전칼라(35)는 해머헤드상에 형성되어 있다. 장전칼라의 직경은 안내실린더(33)의 직경보다 더 크고, 칼라는 장전실린더(36) 내에 미끄럼이동 가능하게 끼워진다. 제1도에 도시된 바와 같이 해머헤드의 상부끝에서의 장전칼라(35)의 면적과 하부끝에서의 헤드 섕크 면적사이에 차이가 있다. 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어 상부 및 하부 는 충격공구로부터의 거리를 칭하며 더 가까운 거리는 하부 를 칭한다.

장전챔버(40)는 안내실린더(33)와 장전실린더(36) 사이에 형성되어 있다. 압력입구 포오트(41)는 프레임의 벽을 통하여 장전챔버로 통과한다.

포핏포오트(45)는 해머헤드의 윗면에 형성되어 있다. 그 상부표면(48)은 압축챔버(47)에 면하고 있고, 그 하부표면(48)은 통로(50)가 장전칼라(35)의 하부표면 아래로 분기된 포팻챔버(49)에 면하고 있다. 통로(53)는 포핏헤드챔버(52)의 하부끝으로부터 장전챔버(40)로 개방되어 있다.

포핏(55)은 포핏스템(56) 및 포핏헤드(57)를 포함하고 있다. 이 스템은 해머헤드섕크내의 포핏통로(58)에서 왕복가능하다. 릴리프 통로(59)는 포핏통로를 대기로 개구시키기 위하여 포핏통로의 바닥으로 부터 해머 섕크의 충격끝까지 연장되어 있다. 포핏헤드는 포핏헤드챔버(52) 내에서 왕복운동한다. 포핏통로로 유체가 누출되는 것을 방지하기 위하여 적당한 시일부재 또는 폐쇄간극이 제공된다. 포핏헤드는 숄더(60), 상기 숄더상의 포핏구동면(67), 포핏포오트의 하부표면(48)을 향한 폐쇄면(65), 및 포핏헤드챔버(52)에 미끄럼이동 가능하게 끼워지는 원통형벽(66)을 가지고 있다.

발포핀(70)은 스파이더(71)에 의해 압축챔버(47)내의 포핏의 경로내에 프레임에 의해서 지지된다. 발포핀은 포핏포오트에 들어가도록 된 원통형 외벽(72) 및 면(73)을 가지고 있다.

가그셀(75)은 프레임의 상부끝에서 프레임내에 장착되어 있다. 이 가스셀은 내부원통형벽(76)을 포함하고 있다. 컵형상피스톤(77)은 벽(76)에 미끄럼이동 가능하게 끼워져 있다. 이것은 외부계량에지(79)를 구비한 외주원통형벽(78)을 가지고 있다. 약 500psi의 적당한 압력하의 가스충전은 이 가스셀에 장전된다. 이것은 제1도에 도시된 바와 같이 가스셀을 확장시킨다. 피스톤은 제한숄더(80)에 의해 그 운동의 한쪽 끝에서 정지된다.

배출포오트(81)는 벽(76)으로 개방된다. 포오트(81)는 피스톤이 어떤 위치에 있을 경우 피스톤의 외주벽(78)에 의해 폐쇄되며, 다른 위치에 있을 경우 개방되어 있다. 배출라인(82)은 프레임을 통하여 저장소(도시되지 않음)로 연장된다. 제2가스셀(83)은 필요하다면 적절한 배출을 보장하기 위하여 배출라인에 선택적으로 위치될 수 있다.

이 장치의 일반적인 작동은, 장치의 작동을 연속적인 7단계로 도시한 제1도 내지 제7도를 참조하여 설명될 것이다.

제1도에서, 해머헤드는 타격을 충격공구에 막 전달하고 재장전을 시작하려는 상태로 도시되어 있다. 충격공구는 그 작동끝에서 파쇄하려고 하는 물질에 의해 저항받는 그 충격끝에 가해지는 충격해머의 무게에 의해 그 상부한계로 밀려난다. 리테이너 숄더(26)는 릴리프(24) 내의 숄더(27)에 의해 유지되어 충격끝(30)은 그 다음 충격이 전달될 위치에 배치된다. 이 때 가그셀(75)은 완전하게 확장된다. 벽(76)은 배출포오트를 폐쇄한다.

포핏은 해머헤드와 같이 그 하단위치에 있다. 포핏포오트는 개방되어 있고, 입구 포오트(41)(항상 압력에 개방되는)는 포핏헤드챔버(52)와 연통상태에 있고 포핏구동면(67)상에 유압을 발휘하기 위하여 준비된다. 압축챔버(47)와 포핏챔버(49)는 동일한 압력상태하에 있다. 제한숄더(80)에 의해서 가스셀이 더 확장되는 것이 방지된다.

포핏구동면(67) 상에 충분한 유압이 발휘되면 제2도에 도시된 그 다음 단계가 시작된다. 이 압력은 포핏포오트(45)를 폐쇄시키기 위하여 상향으로 포핏을 구동시킬 것이다. 또한 이것은 포핏헤드챔버(52)를 통로(50)로 개방시키며, 이것은 유압을 입구포오트로 부터 장전실린더(36)로 제공한다. 이것은 제3도에 도시된 바와 같이 해머헤드를 가로질러 발생하는 차동힘에 의해 해머헤드가 상향으로 이동하기 시작하도록 한다.

제3도에서는 환형의 포핏헤드챔버(52)가 장전칼라(35)로 개방된다. 해머헤드는 계속해서 상향으로 이동한다. 압축챔버(47)는 가스셀과 해머헤드의 상부면 사이에 유지되는 유압유체로 채워진다. 이 액체는 실질적으로 비압축성이지만, 셀내의 가스는 압축성이다. 그러므로, 압축챔버(47) 내에서 발생된 압력은 에너지를 압축하고 저장하는 가스셀로 전달된다. 이 때 배출은 피스톤(77)벽에 의해서 폐쇄되며, 해머헤드의 상부끝은 발포핀 쪽으로 접근한다.

제4도는 충격해머가 거의 장전되고 발포준비되는 위치를 도시하고 있다. 가스셀내의 피스톤(77)의 계량에지(79)는 배출포오트의 하부에지를 통과했다는 점에 주목해야 한다. 이 시점에서 약간의 방출이 없다면, 시스템은 해머헤드를 발포핀에 도달하기에 충분하게 이동시키는 용량이 부족하게 된다. 이것은 충격해머가 이전의 사이클에서 사용된 유체를 포함하고 있기 때문이다. 적어도 그 양은 방출되어야 한다. 계량에지에 의해서 제공된 방출은 이전의 사이클에 사용된 체적과 거의 동일한 체적의 유체를 방출하기 위하여 방출포오트를 개방한다.

발포핀은 포핏포오트에 들어가서 포핏포오트를 폐쇄시켜 발포핀과 포핏의 헤드 사이의 유압유체의 체적(85)을 가둔다.

제5도에 도시된 단계까지 짧은 거리동안 해머헤드의 상향이동은 계속된다. 후에 상세하게 설명될 것이지만, 이 때 포핏헤드는 떨어지게 된다. 화살표(86)로 표시된 급격한 운동이 발생하여 포핏이 개방되도록 신속하게 구동시킨다. 해머헤드는 가스셀에 의해서 발휘되는 압력에 의해서 축방향으로 구동될 것이다. 이것은 제6도에 도시된 단계이다.

제6도에 도시된 바와 같이, 해머헤드는 화살표(87)로 표시된 방향으로 하향된다. 이것은 유압유체가 화살표(87)로 표시된 바와같이 해머헤드를 통하여 확장하는 압축챔버(47)로 자유롭게 유동할 수 있기 때문에 가능하다. 해머헤드는 충격공구를 향하여 신속하게 구동된다. 물론, 발포핀은 그 고정위치에 남아 있게 된다.

충격상태는 제7도에 도시된 단계이다. 포핏은 그 하부한계까지 구동된다. 그 하부끝은 대기로 개구되어 있다. 해머헤드는 충격공구의 충격끝을 타격하고 충격공구는 화살표(89)로 표시된 바와 같이 그 충격을 작동면(90)에 전달한다. 앞의 도면에서 도시된 바와 같이 어떤 이유로 충격공구가 타격될 위치에 있지 않았더라도 해머헤드를 정지시키는 것이 필요하다. 제동기능은 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

충격 후, 시스템은 제1도에 도시된 단계로 복귀될 수 있다. 이 시점에서, 배출포오트로부터 방출된 액체의 배출이 조력되는 것은 바람직하다. 길고 느린 라인 또는 다른 지연특성 때문에 필요한 배출이 느리게 되는 경우에 제2가스셀이 도움이 된다.

이 시스템은 이론적으로 우수하다. 하지만, 충격해머는 상업적 공차내에서 경제적인 종래의 제조기술을 이용하여 종래의 물질로부터 제조되어야만 한다. 이러한 해머는 열대 및 한대의 다양한 기후범위에서 성공적으로 작동되어야만 한다. 또한 점성이 크게 다른 다양한 유압액체가 해머에 쉽게 사용되는 것이 바람직하다. 예를들어, 물, 오일, 물-오일 현탁액 또는 유상액등이다.

작동의 확실성 및 수선과 보수유지 사이의 적당한 시간길이는 보다 더 중요한 특성이다. 제1도 내지 제7도에 도시된 간단한 구조에 따라 제조된 충격해머는 이러한 장점을 가지고 있지 않다. 대신에, 간단한 구조는 제한된 수의 사이클동안 짧은 시간내에 또는 다양한 통상의 작동상태하에서 작동되는 동안 해머는 확실하게 발포되지 않거나 또는 전혀 발포되지 않는다. 종종 이것은 그 자체부분 사이에서 발휘되는 충격때문에 내부부품이 파손될 수 있다.

본 발명의 발명자는 상당히 긴 시기에 걸쳐서 실험을 하여 4개의 문제점을 발견하였으며, 본 발명에 의해 확실하고 유용하며 긴 수명을 가지는 충격해머를 생산하기 위하여 4개의 문제점이 해결되었다.

1. 충격해머가 장전될 수 있고, 포핏이 장전과정을 완료하기 위하여 강제 폐쇄 및 폐쇄상태로 유지되는 보장이 필요하다. 그렇지 않으면 충격해머는 정지될 것이다.

2. 한번 장전되면, 충격해머가 공급압력의 발휘에 의해서 발포될 수 있는 보장이 필요하다. 그렇지 않으면 충격해머의 발포는 실제적으로 유용하지 않는 힘을 필요로 한다.

3. 해머헤드와 프레임을 서로의 충격에 의한 손상으로부터 보호하기 위해서는 해머헤드가 프레임을 초과이동 및 타격할 수 있는 위치에 해머헤드가 위치되어야 한다.

4. 포핏의 폐쇄위치를 향하여 순환될 때 충격손상으로부터 포핏헤드를 보호하기 위해서는 해머헤드가 초과이동하는 위치에 해머헤드가 위치되어야 한다.

그 발전과정에 있어서, 이론적으로 옳지만, 제1도 내지 제7도의 반복은 각각의 상기 문제점을 수반하는 것을 증명되었다. 이 문제점 그 자체는 명백하지 않다. 하지만, 각각의 실패는 분석되어야 했다. 알려진 바와같이, 실패의 원인은 결코 명백하지 않았으며, 그 원인을 알았을 때에도 하나의 문제에 대한 해결책이 다른 문제점을 발생시키곤 하였다. 문제점의 실제의 원인은 이제 알려져 있고 완전하게 신뢰할 수 있는 충격해머로 구현되었다. 이러한 개념을 경제적으로 실현가능하게 하는 상세는 특히 이러한 큰 장치에 있어서 비교적 적게 나타나지만, 이들은 쉽게 발명되지 않고 이들에 대한 필요성도 쉽게 발견되지 않는다.

제8도 내지 제15도는 제1도 내지 제7도에 개략적으로 도시된 충격해머 시스템이 적절한 수명으로 확실하게 작동될 수 있는 개량품을 도시하고 있다. 가능한한 최대로, 기능적으로 유사한 요소는 동일한 부호로 표시하였으며 그들 요소들의 설명은 생략하였다.

근본적인 차이는, 포핏헤드(157)의 구조, 포핏포오트(145)의 하부면 동력챔버(160) 및 동력실린더와 장전챔버(40) 사이의 제한부(161)에서 볼수 있다. 중요한 크기의 관계는 또한 개시될 것이다.

제8도 내지 제15도를 참조하여, 압력입구포오트(41)는 장전챔버(40)에 들어간다. 이 실시예에 있어서, 장전이 준비된 하부위치에 있을 때 프레임에서의 해머헤드의 위치와 관련하여, 챔버(40)는 입구포오트(41) 위의 안내실린더(33)의 직경을 약간 크게하고, 유사하게 입구포오트위의 헤드 섕크의 직경을 약간 크게 함으로써 형성된다. 이것은 장전챔버(40)와 동력챔버(160) 사이에 구속부(161)를 형성시킨다. 이 구속부는 제8도 내지 제10도에 도시된 해머헤드 위치 및 그 아래의 범위에 걸쳐서 존재하는 미끄럼 유체 시일링 끼워맞춤부이지만, 이것은 해머헤드가 이 위치 위로 이동되면 존재하지 않는다. 이에 따라 챔버(40, 160)는 직접 연결된다.

포핏헤드(157)는 제1도 내지 제7도에 도시된 구조로부터 상당히 변형되었다. 이 포핏헤드는 입구포오트(41)로부터 장전챔버(40) 및 분기부(53)를 통하여 압력에 항상 노출된 하부숄더(162)를 가지고 있다. 포핏통로는 이 연통을 보장하기 위하여 분기부(53)와 연통상태로 있는 릴리프 스텝(165)을 가지고 있다. 환형의 완충숄더(164)는 챔버(52)의 윗면에 형성된 완충스텝, 바닥시트(168) 및 외주원통형벽(169)과 협동한다. 포핏이 그 헤드와 함께 완충스텝위로 상승될 때, 분기부(53)는 포핏헤드챔버(52)를 통하여 포핏챔버(49)와 직접 연통한다. 제8도에 도시된 포핏의 최하단위치에 있어서, 이 연통은 아직 설명되지 않았지만 포핏의 일부분에 의해서 차단된다.

동력챔버는 장전칼라의 하부면(51)과 장전챔버(40) 및 동력챔버의 접합부에 형성된 테이퍼진 숄더(170) 사이에 형성되어 있다. 이 챔버의 체적은 프레임내의 해머헤드의 축방향 위치의 함수로서 변화한다. 제8도에 도시된 위치 및 그 아래에서는 동력챔버의 체적감소가 초과이동에 대한 해머헤드를 제동에 유용하다.

제8도에 도시된 해머헤드의 상부위치에서 동력챔버는 충격해머의 장전을 도모하기 위하여 장전챔버(40)에 직접 연결된다.

이 시점에서 충격해머의 초과이동에 대한 설명은 도움이 될 수 있다. 해머헤드의 어떤 부분이라도 프레임을 타격하는 것은 바람직하지 않다. 이러한 타입의 충격해머는 대단히 짧은 시간내에 수백피트파운드의 에너지를 전달하도록 설계되었다. 이 목적물은 고충격타격이 구조물을 파쇄 또는 분쇄하는데 가장 효과적이기 때문에 고충격으로 급격한 타격을 전달하는데 있다. 하지만, 프레임에 전달된 이러한 타격은 파쇄될 구조물 및 형성물을 손상시키도록 의도된 것 만큼 프레인 자체를 손상시킬 수 있다.

제8도 내지 제15도에 도시된 바와 같이, 충격공구(25)는 프레임에 미끄럼이동 가능하게 끼워진다. 충격해머가 공구를 구조물에 대하여 가압할 때 충격해머는 도시된 바와 같이 후퇴될 수 있다. 그 충격끝(30)은 도시된 바와 같이 위치되며, 이것은 해머헤드가 충격끝을 타격하기 위하여 적합하게 설계된 위치이다. 해머헤드가 충격끝을 타격할 때 해머헤드의 에너지가 충격공구로 전달되도록 의도되고, 이것은 해머헤드가 프레임의 작용끝을 향해 초과이동하는 것을 실질적으로 제동한다.

하지만, 초과이동은 건식발포 로부터 발생될 수 있다. 이것은 예컨대 해머가 수직면을 따라 수평정렬작동상태에서 작동되고 자동적으로 발포되었을 때 발생한다. 가끔, 충격공구는 전혀 면과 접촉하고 있지 않을 수 있거나 또는 적어도 확실하게 충분히 접촉하고 있지 않을 수 있다. 이러한 상태를 종종 건식발포 라 칭한다. 그 다음에 해머헤드는 충격공구에까지 도달하지 않으며 또는 이렇게 되면, 충격공구는 프레임을 타격하기 전에 해머헤드를 정지시키기 위하여 충분한 운동에너지를 전달하지 않는다. 내부손상을 피하기 위해서는 해머헤드는 제동되어야 한다.

어느 경우라도, 이 중량요소를 정지시키기 위한 제동작용은 통상 약 1인치의 이동 범위내에서 완료되어져야만 한다. 이러한 신속제동작용은 구동력의 또 다른 적용이 저항되는 것을 필요로 한다. 또한, 이것은 장전챔버(40) 및 동력챔버(160) 내의 압력을 사용하여 포핏 밸브를 폐쇄함으로써 압축챔버(47)로의 유체의 전달을 방지하여 해머헤드를 제동하게 되는 저항력을 발휘하도록 하는 것을 의미한다.

건식발포 또는 그 외 초과이동에 민감한 모드뿐만 아니라 통상의 하중 및 배열하에서의 타격을 포함하는 모든 조건하에서, 포핏 자체는 신속운동과 급작정지를 하게 된다.

사실, 양방향으로의 포핏의 축방향운동은 금속-대-금속 접촉상태로 끝나게 된다. 포핏포오트는 가스셀과 압축챔버내에 저장된 에너지를 방출하도록 개방될 때, 충격해머를 급속운동 가능하게 하기 위하여 이 포핏포오트를 통한 필요한 유체전달을 방해하지 않도록 신속운동하는 것이 중요하다. 그러나, 이러한 급격한 운동은 포핏의 개방운동 말기에 이 포핏을 완충하기 위한 수단이 구비되지 않는다면 포핏을 즉시 손상시킬 수 있다.

또한, 충격해머가 장전되는 것을 가능하게 하는 포핏의 폐쇄는 가스셀내의 압력에 대항하여 이루어지고, 따라서 덜 급작스럽게 되며, 여전히 포핏은 이 실질적인 차동압력에 의하여 폐쇄로 이동된다. 이것이 이 폐쇄를 조절하는데 있어서 가장 효과적이다.

더 중요한 점은 해머헤드가 초과이동될 때 포핏헤드에 가해질 수 있는 잠재적인 손상이다. 여기서 포핏의 폐쇄속도는 매우 신속하며 이러한 조건하에서 포핏 폐쇄를 조절하는 적절한 수단의 부재는 상당한 곤란을 가져온다.

또 다른 조건이 이 충격해머의 통상적인 작동중에 발생할 수 있으며, 설계가 적절하지 않으면, 충격해머는 정지상태가 되어 해머가 작업면과의 접촉으로부터 제거될때까지 개장전될 수 없고, 그 후에도 포핏이 떨리게 되며 공구의 장전을 완료하도록 안착되지 않게 된다.

제8도 내지 21도에 도시된 개량은 상기의 잠재적인 단점을 극복하는 것이다.

포핏(157)의 상부면(166)은 제1도 내지 7도에 도시된 것으로부터 상당히 개량된다. 이것은 원통형 계량표면(191) 위의 1차 폐쇄에지(190)와 원통형의 2차 계량표면(193)을 향해 상향으로 연장되어 있는 테이퍼진 표며(192)을 포함하고 있다.

포핏포오트의 하부면(148)은 포핏의 상부면(166)과 함께 작동하도록 개량되어 있다. 이것은 계량표면(191)과 밀봉되지는 않지만 밀착끼움되는 내부의 1차 원통형 계량표면(195)을 포함하고 있다. 테이퍼진 폐쇄표면(196)은 원통형의 2차 계량표면(197)과 교차하도록 상향으로 연장되어있다. 관련치수들은 상향끝에서 1차 폐쇄에지(190)가 폐쇄표면(196)에 대항하여 밀봉하도록 되어 있다.

표면(191 및 195)은 표면(193 및 197)이 작용하는 것과 같이 스풀밸브로서 함께 작용한다.

중요한 것은, 포핏상의 테이퍼진 표면(192)의 원추각도가 테이퍼진 폐쇄표면(196)의 원추각도보다(효과적으로 도시될 수 있는 것보다는 좀 더 작은) 약 2°정도만큼 약간 더 커 소용량 챔버(200)를 형성하도록 되어 있는 것이다(제18도). 챔버(200)의 축방향길이는 그 중앙에서의 길이가 외부에지에서 보다 더 크다.

포핏상의 2차 계량표면(193)과 포핏포오트내의 2차 계량표면(197)은 밀봉되어 있지는 않지만 밀착끼움되어 계량작용을 하도록 되어 있다.

본 발명에 의해 해결된 문제점들은 제8도, 16도 및 19도에 도시된 조건에 의해서 가장 잘 이해될 수 있다.

제8도에 가장 일반적인 경우가 가정되어 있다. 해머는 타격을 막 완료하고 재장전 대기상태에 있다. 이들은 작동면에 대하여 이들을 조정하여 압축하는 유압 부움상에 지지된 매우 무거운 장치인 것을 기억해야 한다. 제8도에서 프레임은 작동면에 대항하여 하향으로 무겁게 가압되어 있다고 가정한다. 이것은 프레임을 하향으로 이동시키므로 충격공구상의 숄더에 대항하여 놓여진다. 이제, 프레임 중량에 부가하여 프레임상에 충분한 축방향 힘이 가해지면 공구는 하향이동할 수 없으며, 해머헤드도 마찬가지로 이동할 수 없고 해머헤드는 단지 충격 공구에 의해 구속된다.

이 때, 해머헤드가 하향이동할 수 없는 것이 문제가 되는 것은 아니지만, 제1도의 장치에 있어서는 문제가 될 수 있다. 이것은 포핏이 개방되고 포핏 챔버가 압축챔버(47)로 개방되기 때문이다. 포핏위의 액체는 잠금 상태가 되며, 프레임이 들어올려져서 포핏이 포핏 챔버로 들어가기 위한 포핏 챔버내의 여유공간을 만들도록 해머헤드가 하향이동할 수 있을 때까지 포핏은 상향운동을 개시하지 못한다. 이것이 이 장치 작동상의 폐단이며 생산성을 악화시킨다.

이러한 조건은 포핏 및 해머헤드의 확대비의 적절한 선택에 의해서 변경된다. 확대비에 의한다는 것은 헤드부 피스톤을 구동하는데 작용하는 면적사이의 비율을 의미한다.

이 장치에서 제16도를 참조하면, 해머헤드(31)의 확대비(R head)는 반경(205)으로 예시된 장전된 칼라의 총 면적(Ah)을 반경차에 의해 예시된 섕크 면적(As)을 뺀 헤드 면적(Ah)으로 나눈 값, 따라서 (R head)=Ah/(Ah-As)이다.

포핏의 확대비(R pop)는 포핏반경(207)으로 예시된 면적(Ahp)을 포핏 섕크의 반경(208)으로 예시된 포핏 섕크면적(Asp)을 뺀 포핏헤드 면적(Ahp)으로 나눈 값, 따라서 (R pop)=Ahp/(Ahp-Asp)이다.

본 발명에 따라, (R head)는 실제로 (R pop)을 초과해야 한다. 여러 실제적인 설치에 있어서, (R head)는 약 4:1 정도이며, (R pop)은 약 3.5:1 정도이다.

입구포오트(41)에 가해진 소정압력은 해머헤드를 상승시키는 힘의 차이보다 포핏을 상승시키는 보다 더 큰 힘의 차이를 발생시킬 것이다. 따라서 해머헤드가 아래쪽에 유지되더라도 포핏은 위로 가압될 수 있어 가스셀을 그 상태로 압축한다. 상기 치수를 적절히 변경함으로써 상기의 장애는 회피되며, 포핏은 상승할 수 있다.

그러나 다음 문제점이 발생한다. 포핏을 폐쇄되게 하여 장치가 방아쇠와 포핏의 접촉에 의해 발포될 때까지 폐쇄상태로 유지하는 것이 필요하다. 제16도 내지 제19도는 이러한 문제점에 대한 해결책을 도시한다.

제16도에서 포핏의 폐쇄가 막 시작되고, 통로(53)를 통하여 포핏의 저부로 압력이 들어오기 시작한다. 적정치수의 포핏은 제17도에 도시된 바와 같이 상향이동한다. 해머헤드는 아래쪽에 남아있다.

제18도에 포핏의 상부면은 포핏포오트의 하부면에 접근하고 있으며, 포핏의 벽은 포핏헤드챔버(52)의 상부끝에 근접되어 있다. 해머헤드는 여전히 아래쪽에 있다. 그러나, 원통형 표면(191 및 193)은 포핏헤드내의 그 관련 표면에 접근하고 있다는 점에 주목해야 한다. 곧 이들은 액체를 통과시키기는 하나 제한된 유량으로 통과시키는 누출 스풀밸브와 유사한 미끄럼 계량제한부로서의 역할을 할 것이다. 해머헤드는 여전히 아래쪽에 있다. 또한, 제한부(161)가 입구포오트로부터 챔버(160)로의 흐름을 방지했다는 점에 주목해야 한다.

제19도는 포핏이 완전 안착된 것을 도시한다. 표면(192 및 196) 사이의 여유틈새에 주목해야 한다. 압축하의 유체는 이제 해머헤드를 상향이동시키는 동력챔버(160)안으로 가해진다. 제19도에 도시된 바와 같이, 장전챔버와 동력챔버 사이의 제한부(161)는 없어졌으며 공급압력은 포핏이 폐쇄된 상태에서 헤드에 완전히 가해진다. 전체 시스템 압력은 이제 포핏상에 가해지며, 초기작용을 보장했던 동일한 축소비는 포핏이 떨리지 않고 폐쇄상태로 유지되도록 보장할 것이다.

해머헤드와 프레임을 건식발포중의 충격으로부터의 보호하는 것은 제20도 및 제21도에 잘 도시되어 있다. 제20도에서 장치는 발포되어졌으며 해머헤드는 이동중에 있다. 포핏은 개방되어 있으며 후퇴되어 있다. 해머헤드의 이동에는 아무런 저항도 없다. 그러나, 제한부(161)는 형성되어 있고 챔버(40 및 160)를 서로 격리시킨다. 챔버(160) 내의 유체는 챔버(47)로 자유롭게 유입될 수 있다. 그러나, 포핏 숄더 바로 아래의 유체는 갇히게 된다. 제한부(161)가 폐쇄된 후의 해머헤드는 이동은 챔버(40)의 체적을 감소시키고, 제21도에 도시된 바와 같이 폐쇄되도록 포핏을 상승시키려고 한다. 챔버(160)의 체적 감소에 의해 해머헤드는 적절히 제동될 수 있다. 초과이동은 해머헤드가 프레임을 타격하기 전에 정지되는 방식으로 방지된다.

상기의 특징에 의하여 신뢰도가 높고, 다용도이며, 수명이 긴 충격해머가 구성될 수 있다.

본 발명은 제한으로서가 아니라 예로서 주어진, 도면에 도시되어 있고 설명에 기재되어 있는 실시예에 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구의 범위의 영역에 따른다.

Claims (2)

1. 프레임 및 미리 정해진 축선을 따라서 이동할 수 있도록 상기 프레임내에 미끄럼 가능하게 장착된 해머헤드를 가지고, 상기 해머헤드는 상기 축선을 가로지르는 상기 해머헤드의 대향측면상에 위치하며 유압에 노출되는 유효면적이 다른 각각의 제1압력표면 및 제2압력표면을 가지며, 상기 해머헤드의 상기 제1압력표면에 형성된 포핏포오트와 연이어 통하는 상기 해머헤드내의 챔버, 상기 포핏포오트를 폐쇄 또는 개방하는 각각의 위치 사이에서 상기 축선을 따라 이동할 수 있도록 상기 챔버내에 미끄럼 가능하게 장착된 포핏을 가지며, 상기 포핏포오트는 상기 포핏포오트가 개방될 때 상기 해머헤드의 상기 제2압력표면과 상기 제1압력표면 사이를 서로 연이오 통하게 하고 상기 포핏포오트가 폐쇄될 때 상기 연이오 통함을 차단하며, 상기 축선을 가로지르는 상기 포핏의 대향측면상에 위치하며 유압에 노출되는 유효면적이 다른 각각의 추가 제1압력표면 및 제2압력표면, 상기 해머헤드의 제1압력표면 및 상기 포핏의 제1압력표면에 각각 노출된 상기 프레임내의 압축챔버, 상기 해머헤드의 제2압력표면 및 상기 포핏의 제2압력표면에 각각 가압유체를 유입시키기 위한 입구수단, 과잉유체를 방출하기 위한 출구수단, 및 상기 해머헤드에 의해 타격되도록 상기 프레임내에서 왕복운동하기 위한 충격공구를 수용하기 위한 수단을 가지는 충격헤머에 있어서, 상기 해머헤드의 제2압력표면의 유효면적에 대한 상기 해머헤드의 제1압력표면의 유효면적의 비가 상기 포핏의 제2압력표면의 유효면적에 대한 상기 포핏의 제1압력표면의 유효면적의 비보다 커서, 상기 포핏의 제2압력표면이 상기 압축챔버내의 압력에 대항하여 상기 가압유체에 노출될 때 상기 포핏이 상기 포핏포오트를 폐쇄할 수 있는 반면, 상기 해머헤드의 제2압력표면이 동시에 상기 가압유체에 노출되더라도 상기 압축챔버내의 상기 압력에 대항하여 이동할 수 없도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 충격헤머.
2. 프레임 및 미리 정해진 축선을 따라서 이동할 수 있도록 상기 프레임내에 미끄럼 가능하게 장착된 해머헤드를 가지고, 상기 해머헤드는 상기 축선을 가로지르는 상기 해머헤드의 대향측면상에 위치하여 유압에 노출되는 유효면적이 다른 각각의 제1압력표면 및 제2압력표면을 가지며, 상기 해머헤드의 상기 제1압력표면에 형성된 포핏포오트와 연이어 통하는 상기 해머헤드의 챔버, 상기 포핏포오트를 폐쇄 또는 개방하는 각각의 위치 사이에서 상기 축선을 따라 이동할 수 있도록 상기 챔버내에 미끄럼 가능하게 장착된 포핏을 가지며, 상기 포핏포오트는 상기 포핏포오트가 개방될 때 상기 해머헤드의 상기 제2압력표면과 상기 제1압력표면 사이를 서로 연이어 통하게 하고 상기 포핏포오트가 폐쇄될 때 상기 연이어 통함을 차단하며, 상기 축선을 가로지르는 상기 포핏의 대향측면상에 위치하며 유압에 노출되는 유효면적이 다른 각각의 추가 제1압력표면 및 제2압력표면, 상기 해머헤드의 제1압력표면 및 상기 포핏의 제1압력표면에 각각 노출된 상기 프레임내의 압축챔버, 상기 해머헤드의 제2압력표면 및 상기 포핏의 제2압력표면에 각각 가압유체를 유입시키기 위한 입구수단, 과잉유체를 방출하기 위한 출구수단, 및 상기 해머헤드에 의해 타격되도록 상기 프레임내에서 왕복운동하기 위한 충격공구를 수용하기 위한 수단을 가지는 충격헤머에 있어서, 상기 해머헤드가 상기 충격공구를 향하여 이동하는 동안 미리 정해진 위치에 도달함에 따라서 제한된 공간내에 유체를 선택적으로 가두기 위하여 상기 프레임내에서 상기 해머헤드의 미끄럼 가능한 위치에 반응하는 수단을 포함하는, 상기 해머헤드의 이동을 제동하기 위한 수단을 가지며, 상기 제한된 공간은 상기 포핏의 제2압력표면상에 압력을 가하기 위하여 상기 포핏의 제2압력표면과 연이어 통하며, 이에 의하여 상기 해머헤드가 상기 미리 정해진 위치에 도달함에 따라서 상기 포핏이 상기 포핏포오트를 실질적으로 폐쇄하도록 하는 것을 특징으로 하는 충격헤머.