Dispositivo de rotura de roca, válvula de protección y método para accionar un dispositivo de rotura de roca.

Un dispositivo hidráulico de rotura de roca, que comprende:

un dispositivo de percusión (4) dispuesto para generar impulsos de impacto en una herramienta (6) conectada al dispositivo de rotura de roca;

y

un canal de entrada (13) a lo largo del que se puede alimentar fluido hidráulico al dispositivo de percusión (4) en el sentido de entrada (C) del flujo,

caracterizado

por que, al menos, una válvula de protección (23) está dispuesta en el canal de entrada (13);

porque la válvula de protección (23) comprende: un cuerpo (24); al menos, una abertura de entrada (25) para alimentar fluido hidráulico a la válvula de protección; al menos, una abertura de salida (26) para alimentar fluido hidráulico desde la válvula de protección hasta el canal de entrada (13); un tapón (27) dispuesto para moverse en el sentido de entrada (C) del flujo y en sentido contrario (D) del flujo; y, al menos, un miembro de fuerza (31) para desplazar el tapón (27) hacia el sentido de entrada (C);

por que el tapón (27) de la válvula de protección tiene tres puntos de acoplamiento axial predeterminados;

por que el tapón (27) está dispuesto para llegar a ser colocado en el primer punto de acoplamiento por el efecto del miembro de fuerza (31) en una situación en la que la abertura de entrada (25) está provista de una presión menor que una presión predeterminada, por lo que la válvula de protección (23) está dispuesta para impedir, en el primer punto de acoplamiento, el flujo de fluido a presión en sentido contrario (D);

por que el tapón (27) está dispuesto para llegar a ser colocado en el segundo punto de acoplamiento en una situación en la que un flujo menor que un flujo volumétrico máximo predeterminado es conducido a través de la válvula de protección (23) en el sentido de entrada (C), por lo que dicha válvula de protección (23) está dispuesta en el segundo punto de acoplamiento para permitir un flujo de fluido a presión a través de la misma; y

por que el tapón (27) está dispuesto para llegar a ser colocado en el tercer punto de acoplamiento en una situación en la que un flujo mayor que un flujo volumétrico máximo predeterminado es conducido a través de la válvula de protección (23) en el sentido de entrada (C), por lo que dicha válvula de protección (23) está dispuesta en el tercer punto de acoplamiento para impedir, al menos parcialmente, un flujo de fluido a presión a través de la misma.

Dispositivo de rotura de roca, válvula de protección y método para accionar un dispositivo de rotura de roca Antecedentes de la invención La invención se refiere a un dispositivo hidráulico de rotura de roca provisto de un dispositivo de percusión. Con el dispositivo de percusión, se pueden proporcionar impulsos de impacto a una herramienta conectada al dispositivo de rotura de roca, transmitiendo la herramienta además los impulsos de impacto al material a romper. Adicionalmente, la invención se refiere a una válvula de protección que puede estar dispuesta en el canal de entrada de un dispositivo de percusión hidráulico, que es parte de un dispositivo de rotura de roca. Además, la invención se refiere a un método para accionar dicho dispositivo de rotura de roca.

Los objetivos de la invención están definidos con mayor detalle en los preámbulos de las reivindicaciones independientes de la solicitud.

Se utiliza un martillo de rotura como dispositivo auxiliar de una excavadora o de otra máquina de obra cuando la intención es romper, por ejemplo, roca, hormigón u otro material relativamente duro. El martillo de rotura comprende un dispositivo de percusión con el que se pueden proporcionar impactos a una herramienta fijada a dicho martillo de rotura, transmitiendo la herramienta además los impactos al material a romper. El dispositivo de percusión es usualmente hidráulico y comprende un pistón de percusión que tiene, debido al efecto de la presión hidráulica, movimiento alternativo y que golpea la superficie de impacto en el extremo superior de la herramienta. Al mismo tiempo que se proporcionan impactos con el pistón de percusión, la herramienta se empuja contra el material a romper, por lo que dicha herramienta penetra en dicho material a romper debido al efecto del impacto y el empuje, haciendo que se rompa el material.

Los martillos de rotura hidráulicos están conectados típicamente como dispositivo auxiliar a una máquina de obra. Las excavadoras modernas tienen una unidad de control controlada por ordenador que permite que el flujo volumétrico y la presión de funcionamiento sean alimentados a cada dispositivo auxiliar conectado a la excavadora a controlar. El operario puede seleccionar fácilmente los ajustes correctos para cada dispositivo auxiliar por medio de la unidad de control. No obstante, es posible que el operario seleccione erróneamente los ajustes incorrectos para el martillo de rotura, en cuyo caso dicho martillo de rotura se puede accionar de tal modo que se alimenta un flujo volumétrico demasiado grande o una presión demasiado alta, es decir, con una potencia de entrada excesivamente alta. La alimentación de una potencia demasiado alta al martillo de rotura puede hacer que dicho martillo se rompa o se desgaste prematuramente. La alimentación de potencia incorrecta al martillo de rotura puede ser un error, pero se ha observado asimismo que algunos operarios seleccionan a propósito ajustes incorrectos para dicho martillo, con la intención de mejorar la potencia de salida del martillo de rotura mediante una potencia de entrada excesivamente alta. En tal caso, no obstante, la mejora en la potencia se consigue a costa de la durabilidad del dispositivo, lo que naturalmente no es aceptable. Por lo tanto, el problema es que, por una razón o por otra, puede que una potencia de entrada excesivamente alta sea alimentada al dispositivo de rotura. El documento DE-102005006321 A1 describe una válvula de control de presión que permite flujo de fluido a través de la válvula, en ambos sentidos, según una presión detectada. El documento US-2006/0011360 A1 describe un sistema para controlar, al menos, dos accionadores hidráulicos por medio de un circuito de detección de cargas y para controlar una bomba de desplazamiento ajustable.

Breve descripción de la invención Un objetivo de esta invención es proporcionar un dispositivo de rotura de roca y una válvula de protección nuevos y mejorados, así como un método nuevo y mejorado para accionar un dispositivo de rotura de roca.

El dispositivo de rotura de roca según la invención está caracterizado porque, al menos, una válvula de protección está dispuesta en el canal de entrada; porque la válvula de protección comprende: un cuerpo; al menos, una abertura de entrada para alimentar fluido hidráulico a la válvula de protección; al menos, una abertura de salida para alimentar fluido hidráulico desde la válvula de protección hasta el canal de entrada; un tapón dispuesto para moverse en el sentido de entrada del flujo y en sentido contrario del flujo; y, al menos, un miembro de fuerza para desplazar el tapón hacia el sentido de entrada; porque el tapón de la válvula de protección tiene tres puntos de acoplamiento axial predeterminados; porque el tapón está dispuesto para llegar a ser colocado en el primer punto de acoplamiento por el efecto del miembro de fuerza en una situación en la que la abertura de entrada está provista de una presión menor que una presión predeterminada, por lo que la válvula de protección está dispuesta para impedir, en el primer punto de acoplamiento, el flujo de fluido a presión en sentido contrario; porque el tapón está dispuesto para llegar a ser colocado en el segundo punto de acoplamiento en una situación en la que un flujo menor que un flujo volumétrico máximo predeterminado es conducido a través de la válvula de protección en el sentido de entrada, por lo que dicha válvula de protección está dispuesta en el segundo punto de acoplamiento para permitir un flujo de fluido a presión a través de la misma; y porque el tapón está dispuesto para llegar a ser colocado en el tercer punto de acoplamiento en una situación en la que un flujo mayor que un flujo volumétrico máximo predeterminado es conducido a través de la válvula de protección en el sentido de entrada, por lo que dicha válvula de protección está dispuesta en el tercer punto de acoplamiento para impedir, al menos parcialmente, un flujo de fluido a presión a través de la misma.

La válvula de protección según la invención está caracterizada porque el tapón comprende, al menos, una primera superficie a presión de control en conexión continua con la presión en la abertura de entrada y dispuesta para influir en el tapón en sentido contrario; porque el tapón comprende, al menos, una segunda superficie a presión de control en conexión continua con la presión en la abertura de salida y dispuesta para influir en el tapón en el sentido de entrada; porque la abertura de salida está provista de, al menos, un estrangulamiento para proporcionar una diferencia de presión entre la abertura de entrada y la abertura de salida, siendo la magnitud de la diferencia de presión dependiente de la magnitud del flujo volumétrico alimentado; porque la magnitud de la fuerza resultante de la primera superficie a presión de control y la segunda superficie a presión de control en sentido contrario depende de dicha diferencia de presión; porque la posición axial del tapón se establece para estar determinada en base a la relación mutua de dicha fuerza resultante y la fuerza proporcionada por un miembro de fuerza; porque el tapón de la válvula de protección tiene tres puntos de acoplamiento axial predeterminados; porque, en el primer punto de acoplamiento, un primer collarín del tapón está dispuesto para impedir un flujo de fluido a presión desde la abertura de entrada hasta la abertura de salida; porque, en el segundo punto de acoplamiento, existe una conexión abierta desde la abertura de entrada hasta la abertura de salida cuando la fuerza resultante y la fuerza proporcionada por el miembro de fuerza, que influye en el tapón, están en equilibrio; y porque, en el tercer punto de acoplamiento, un segundo collarín del tapón está dispuesto para impedir, al menos parcialmente, un flujo de fluido a presión desde la abertura de entrada hasta la abertura de salida cuando la fuerza resultante que influye en el tapón es mayor que la fuerza proporcionada por el miembro de fuerza.

El método según la invención está caracterizado por conducir el fluido a presión que circula hasta el dispositivo de percusión a través de, al menos, una válvula de protección en el sentido de entrada; supervisar por medio de dicha válvula de protección el flujo volumétrico del fluido a presión alimentado al dispositivo de percusión; e impedir, al menos parcialmente, un flujo de fluido a presión a través de la válvula de protección si el flujo volumétrico alimentado al dispositivo de percusión excede un flujo volumétrico máximo prefijado, determinado por la válvula de protección.

La idea de la invención es que la alimentación de un flujo volumétrico demasiado grande al dispositivo de percusión de un dispositivo de rotura... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo hidráulico de rotura de roca, que comprende:

un dispositivo de percusión (4) dispuesto para generar impulsos de impacto en una herramienta (6) conectada al dispositivo de rotura de roca; y

un canal de entrada (13) a lo largo del que se puede alimentar fluido hidráulico al dispositivo de percusión (4) en el sentido de entrada (C) del flujo,

caracterizado

por que, al menos, una válvula de protección (23) está dispuesta en el canal de entrada (13) ;

porque la válvula de protección (23) comprende: un cuerpo (24) ; al menos, una abertura de entrada (25) para alimentar fluido hidráulico a la válvula de protección; al menos, una abertura de salida (26) para alimentar fluido hidráulico desde la válvula de protección hasta el canal de entrada (13) ; un tapón (27) dispuesto para moverse en el sentido de entrada (C) del flujo y en sentido contrario (D) del flujo; y, al menos, un miembro de fuerza (31) para desplazar el tapón (27) hacia el sentido de entrada (C) ;

por que el tapón (27) de la válvula de protección tiene tres puntos de acoplamiento axial predeterminados;

por que el tapón (27) está dispuesto para llegar a ser colocado en el primer punto de acoplamiento por el efecto del miembro de fuerza (31) en una situación en la que la abertura de entrada (25) está provista de una presión menor que una presión predeterminada, por lo que la válvula de protección (23) está dispuesta para impedir, en el primer punto de acoplamiento, el flujo de fluido a presión en sentido contrario (D) ;

por que el tapón (27) está dispuesto para llegar a ser colocado en el segundo punto de acoplamiento en una situación en la que un flujo menor que un flujo volumétrico máximo predeterminado es conducido a través de la válvula de protección (23) en el sentido de entrada (C) , por lo que dicha válvula de protección (23) está dispuesta en el segundo punto de acoplamiento para permitir un flujo de fluido a presión a través de la misma; y

por que el tapón (27) está dispuesto para llegar a ser colocado en el tercer punto de acoplamiento en una situación en la que un flujo mayor que un flujo volumétrico máximo predeterminado es conducido a través de la válvula de protección (23) en el sentido de entrada (C) , por lo que dicha válvula de protección (23) está dispuesta en el tercer punto de acoplamiento para impedir, al menos parcialmente, un flujo de fluido a presión a través de la misma.

2. El dispositivo de rotura de roca según la reivindicación 1, caracterizado

porque la válvula de protección (23) está provista de, al menos, un canal de derivación (40) a través del que un flujo de fluido a presión menor que un flujo volumétrico normal está dispuesto para ser conducido en el sentido de entrada (C) cuando el tapón (27) está en el tercer punto de acoplamiento, por lo que, debido al menor flujo volumétrico, la frecuencia de impactos del dispositivo de percusión (4) es menor de lo normal.

3. El dispositivo de rotura de roca según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado

porque el tapón (27) comprende, al menos, una primera superficie a presión de control (34) que está en conexión continua con la presión que prevalece en la abertura de entrada (25) y que está dispuesta para influir en el tapón (27) en sentido contrario (D) ;

porque el tapón (27) comprende, al menos, una segunda superficie a presión de control (39) que está en conexión continua con la presión que prevalece en la abertura de salida (26) y que está dispuesta para influir en el tapón (27) en el sentido de entrada (C) ;

porque la abertura de salida (26) está provista de, al menos, un estrangulamiento (38) para generar una diferencia de presión entre la abertura de entrada (25) y la abertura de salida (26) ;

porque la fuerza resultante de la primera superficie a presión de control (34) y la segunda superficie a presión de control (39) , que tienen influencia en sentidos opuestos, depende de dicha diferencia de presión; y

porque la posición axial del tapón (27) se establece para estar determinada en base a la relación mutua de dicha fuerza resultante y la fuerza generada por el miembro de fuerza (31) .

4. El dispositivo de rotura de roca según la reivindicación 3, caracterizado

porque la válvula de protección (23) está provista de, al menos, una válvula de alivio (41) que está en conexión continua con la segunda superficie a presión de control (39) ;

porque la válvula de alivio (41) está dispuesta para abrir una conexión al depósito (18) del sistema hidráulico cuando la presión del fluido a presión conducido a través de la válvula de protección (23) excede un límite de presión prefijado; y

porque la apertura de la válvula de alivio (41) se establece para reducir la fuerza generada por la segunda superficie a presión de control (39) , por lo que el tapón (27) está dispuesto para moverse, debido al efecto de la fuerza que influye en la primera superficie a presión de control (34) , hasta el tercer punto de acoplamiento, con independencia del flujo volumétrico alimentado a través de la válvula de protección (23) .

5. El dispositivo de rotura de roca según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de rotura es un martillo de rotura.

6. El dispositivo de rotura de roca según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de rotura es una máquina de perforación de roca.

7. Una válvula de protección para supervisar un flujo volumétrico, que comprende: un cuerpo (24) ; al menos, una abertura de entrada (25) para alimentar fluido hidráulico a una válvula de protección (23) ; al menos, una abertura de salida (26) para alimentar fluido hidráulico desde la válvula de protección (23) hasta el

canal de entrada (13) de un dispositivo auxiliar hidráulico; un tapón (27) dispuesto para moverse en el sentido de entrada (C) del flujo y en sentido contrario (D) del flujo; al menos, un miembro de fuerza (31) para desplazar el tapón (27) hacia el sentido de entrada (C) ; al menos, una superficie a presión de control en el tapón (27) , estando la presión del fluido a presión que influye en

la superficie a presión de control dispuesta para generar una fuerza a efectos de desplazar dicho tapón (27)

axialmente; y al menos, un collarín en el tapón (27) , estando el collarín dispuesto para abrir y cerrar una conexión entre la abertura de entrada (25) y la abertura de salida (26) ;

caracterizado

porque el tapón (27) comprende, al menos, una primera superficie a presión de control (34) en conexión continua con la presión en la abertura de entrada (25) y dispuesta para influir en dicho tapón (27) en sentido contrario (D) ; porque el tapón (27) comprende, al menos, una segunda superficie a presión de control (39) en conexión continua

con la presión en la abertura de salida (26) y dispuesta para influir en dicho tapón (27) en el sentido de entrada (C) ; porque la abertura de salida (26) está provista de, al menos, un estrangulamiento (38) para proporcionar una

diferencia de presión entre la abertura de entrada (25) y la abertura de salida (26) , siendo la magnitud de la diferencia de presión dependiente de la magnitud del flujo volumétrico alimentado; porque la magnitud de la fuerza resultante de la primera superficie a presión de control (34) y la segunda superficie a

presión de control (39) en sentido contrario (D) depende de dicha diferencia de presión;

porque la posición axial del tapón (27) se establece para estar determinada en base a la relación mutua de dicha fuerza resultante y la fuerza proporcionada por un miembro de fuerza (31) ; porque el tapón (27) de la válvula de protección tiene tres puntos de acoplamiento axial predeterminados; porque, en el primer punto de acoplamiento, un primer collarín (28) del tapón (27) está dispuesto para impedir un

flujo de fluido a presión desde la abertura de entrada (25) hasta la abertura de salida (26) ; porque, en el segundo punto de acoplamiento, existe una conexión abierta desde la abertura de entrada (25) hasta

la abertura de salida (26) cuando la fuerza resultante y la fuerza proporcionada por el miembro de fuerza, que influye en el tapón (27) , están en equilibrio; y porque, en el tercer punto de acoplamiento, un segundo collarín (29) del tapón (27) está dispuesto para impedir, al

menos parcialmente, un flujo de fluido a presión desde la abertura de entrada (25) hasta la abertura de salida (26) cuando la fuerza resultante que influye en el tapón (27) es mayor que la fuerza proporcionada por el miembro de fuerza (31) .

8. La válvula de protección según la reivindicación 7, caracterizada porque la válvula de protección (23) está provista de, al menos, un canal de derivación (40) a través del que un flujo de fluido a presión menor que un flujo volumétrico normal puede ser conducido en el sentido de entrada (C) cuando el tapón (27) está en el tercer punto de acoplamiento.

9. La válvula de protección según la reivindicación 7 u 8, caracterizada

porque la válvula de protección (23) está provista de, al menos, una válvula de alivio (41) que está en conexión continua con la segunda superficie a presión de control (39) ; y

porque la válvula de alivio (41) está dispuesta para abrir una conexión a un canal (42) que conduce hasta un depósito (18) cuando la presión del fluido a presión conducido a través de la válvula de protección (23) excede un límite de presión prefijado.

10. Un método para accionar un dispositivo hidráulico de rotura de roca, comprendiendo el método:

alimentar fluido hidráulico a lo largo de un canal de entrada (13) en el sentido de entrada (C) del flujo hasta un dispositivo de percusión (4) de un dispositivo de rotura de roca para generar y transmitir impulsos de impacto a una herramienta (6) conectada al dispositivo de rotura de roca;

controlar el ciclo de funcionamiento del dispositivo de percusión (4) por medio de, al menos, una válvula de control (17) ; e impedir, por medio de, al menos, una válvula, que el fluido a presión circule de vuelta en sentido contrario (D) cuando se ha detenido el dispositivo de percusión (4) ;

caracterizado por

conducir el fluido a presión que circula hasta el dispositivo de percusión (4) a través de, al menos, una válvula de protección (23) en el sentido de entrada (C) ;

supervisar por medio de dicha válvula de protección (23) el flujo volumétrico del fluido a presión alimentado al dispositivo de percusión (4) ; e impedir, al menos parcialmente, un flujo de fluido a presión a través de la válvula de protección (23) si el flujo volumétrico alimentado al dispositivo de percusión (4) excede un flujo volumétrico máximo prefijado, determinado por la válvula de protección (23) .

11. El método según la reivindicación 10, caracterizado por

impedir completamente el flujo de fluido a presión a través de la válvula de protección (23) si un flujo mayor que el flujo volumétrico máximo es alimentado al dispositivo de percusión (4) , como consecuencia de lo cual dicho dispositivo de percusión (4) se detiene.

12. El método según la reivindicación 10, caracterizado por

permitir un flujo reducido de fluido a presión a través de la válvula de protección (23) si un flujo mayor que el flujo volumétrico máximo es alimentado al dispositivo de percusión (4) , debido a lo cual dicho dispositivo de percusión (4) funciona a una frecuencia de impactos menor de lo normal.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por

estrangular el flujo de fluido a presión conducido a través de la válvula de protección (23) , por lo que se genera una diferencia de presión antes de un estrangulamiento (38) y después del estrangulamiento (38) , siendo la diferencia de presión dependiente del flujo volumétrico alimentado;

utilizar la información sobre la diferencia de presión en el control de la válvula de protección (23) ; e impedir, al menos parcialmente, el flujo de fluido a presión a través de la válvula de protección (23) si la presión antes del estrangulamiento (38) con relación a la presión después del estrangulamiento (38) excede una diferencia de presión predeterminada.

14. El método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado por impedir por medio de la válvula de protección (23) que el fluido a presión circule de vuelta en sentido contrario (D) .

15. El método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado por accionar el dispositivo de percusión (4) con fluido a presión frío que tiene una primera viscosidad; estrangular el flujo de fluido a presión conducido a través de la válvula de protección (23) , por lo que se genera una

diferencia de presión entre el lado de entrada y el lado de salida del estrangulamiento (38) , siendo la diferencia de presión dependiente del flujo volumétrico alimentado y de la viscosidad del fluido a presión alimentado;

permitir solamente un flujo parcial de fluido a presión a través de la válvula de protección (23) si la presión del lado de entrada del estrangulamiento (38) con relación a la presión del lado de salida excede la diferencia de presión predeterminada para la válvula de protección (23) ;

permitir que la presión del fluido a presión del sistema hidráulico aumente debido al efecto del flujo restringido, por lo que la temperatura del fluido a presión aumenta debido al efecto de las pérdidas generadas y alcanza una segunda viscosidad, que es menor que dicha primera viscosidad; y

permitir un flujo completo de fluido a presión a través de la válvula de protección (23) cuando la presión del lado de entrada del estrangulamiento (38) con relación a la presión del lado de salida alcanza la diferencia de presión 10 predeterminada para la válvula de protección (23) después de que haya disminuido la viscosidad del fluido a presión.

16. El método según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado por

supervisar por medio de una válvula de alivio (41) , en conexión con la válvula de protección (23) , la presión del fluido a presión alimentado al dispositivo de percusión (4) ;e impedir, al menos parcialmente, el flujo de fluido a presión a través de la válvula de protección (23) si la presión alimentada al dispositivo de percusión (4) excede la presión prefijada determinada por dicha válvula de protección (23) .