УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1994 года по МПК E21C3/20 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для разрушения горных пород и искусственных материалов, и может быть использовано в качестве сменного инструмента, например, на стреле экскаватора для рыхления и уплотнения грунтов, скалывания дорожного покрытия, дробления (на решетке) некондиционных кусков руды и искусственных материалов, скалывания настылей и выбивки футеровки из металлургического оборудования при подготовке его к ремонту, разрушения старых фундаментов и прочных стен при реконструкции промышленных предприятий.

Известны гидравлические устройства ударного действия, у которых разгон ударника осуществляется при перетекании рабочей жидкости из полости взвода в полость рабочего хода, включающим корпус с подвижно расположенным в нем ударником, золотниковый гидрораспределитель, напорный клапан и гидропневматический аккумулятор, размещенный соосно с ударником.

В настоящее время наиболее широкое распространение получают устройства ударного действия с управляющим клапаном на ударнике, например устройство, включающее корпус, в расточке которого установлены коаксиально ступенчатый управляющий клапан с расточкой и большей ступенью, сопряженной по наружному диаметру с поверхностью расточки корпуса, и ударник с поршнем, образующие аккумуляторную полость, напорную полость, сообщенную с напорной магистралью, а через отверстия в клапане с взводящей полостью, переливную полость, сообщенную со сливной магистралью и периодически сообщаемую с взводящей полостью. Устройство имеет высокий КПД, малые гидравлические потери рабочей жидкости, удобно в эксплуатации, управляется одним распределительным механизмом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство ударного действия, включающее корпус, в расточке которого установлены коаксиально ударник с поршневым выступом, диаметр штока которого под поршневым выступом превышает его диаметр над поршневым выступом, и управляющий ступенчатый клапан с внутренними расточками, хвостовик которого имеет радиальные отверстия и установлен в кольцевой расточке корпуса, полость взвода ударника, образованную между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью штока ударника большего диаметра, и связанную с источником давления напорную полость, образованную между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью управляющего ступенчатого клапана, сливную магистраль.

Недостатком этого устройства является применение подвижных уплотнительных элементов для уплотнения газовой среды в аккумуляторной (газовой) полости. Уплотнения имеют ограниченный срок службы и не обеспечивают абсолютной герметизации по газу. Эксплуатация известного устройства связана с частой разборкой, заменой уплотнений и почти ежедневной дозаправкой газовой полости. Все это вызывает неудобства в эксплуатации устройства.

Цель изобретения - повышение надежности в работе устройства ударного действия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве коаксиально с ударником установлен гидроаккумулятор, гидравлическая полость которого постоянно сообщена с напорной полостью и полостью взвода ударника, при этом поршневой выступ ударника имеет две ступени, диаметры которых соответствуют профилю внутренних расточек управляющего ступенчатого клапана, установленного в корпусе на ударнике, хвостовик клапана подпружинен относительно корпуса и образует с кольцевой расточкой последнего полость рабочего хода ударника, которая посредством радиальных отверстий в хвостовике управляющего клапана выполнена с возможностью периодического сообщения со сливной магистралью и гидравлической полостью гидроаккумулятора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства ударного действия, продольный разрез; на фиг. 2 - нижняя часть управляющего ступенчатого клапана (узел I на фиг. 1); на фиг. 3 и 4 - принципиальная схема устройства ударного действия в момент рабочего хода ударника.

Устройство ударного действия состоит из корпуса 1 (фиг. 1), в направляющих 2 и 3 которого подвижного установлен ударник 4, с закрепленным в нем инструментом 5. В средней части ударника 4 имеется поршень 6 с большей ступенью диаметром D₃ и меньшей ступенью 7 диаметром D₄. Нижняя часть 8 ударника 4 имеет диаметр D₁. Диаметр D₂ верхней части 9 ударника 4 меньше диаметра D₁ его нижней части 8.

Поршень 6 своей цилиндрической поверхностью контактирует с внутренней поверхностью гильзы 10, расположенной в корпусе 1. Внутренняя полость гильзы 10 посредством поршня 6 разделена на полость 11 взвода и верхнюю полость 12 рабочего хода ударника 4.

Полость 11 взвода посредством отверстий 13 сообщена с кольцевой промежуточной полостью 14, образованной внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью гильзы 10.

В цилиндрической расточке корпуса 1 с возможностью продольного перемещения установлен ступенчатый управляющий клапан 15 с пружиной 16. Рабочая кромка 17 клапана 15 контактирует с конической поверхностью 18 гильзы 10. При этом диаметр D₅ контактирующей кромки 17 клапана 15 несколько больше, чем диаметр D₆ направляющей поверхности клапана 15. Клапан 15 ниже своей рабочей кромки 17 имеет цилиндрический поясок 18.1, который своей наружной цилиндрической поверхностью сопряжен с поверхностью расточки 19 корпуса 1.

Внутренняя поверхность управляющего клапана 15 имеет цилиндрические расточки 20 и 21. Диаметр расточки 20 примерно равен диаметру D₃ поршня 6, а расточка 21 имеет диаметр несколько больший, чем диаметр D₄ ступени 7 поршня 6 ударника 4.

В теле управляющего клапана 15 в его нижней части выполнены каналы 22, сообщающие полость 12 рабочего хода и полость 11 взвода с напорной полостью 23, образованной внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью клапана 15. В хвостовике последнего выполнены радиальные отверстия 24.

Напорная полость 23 посредством отверстия 25 и трубопровода 26 постоянно сообщена с источником 27 давления, а посредством канала 28 - с выточкой 29 корпуса 1 и гидравлической полостью 30 гидроаккумулятора 31. Кроме того, напорная полость 23 посредством каналов 22 в клапане 15, кольцевой щели 32 между внутренней поверхностью цилиндрического пояска 18 и наружной поверхностью гильзы 10, промежуточной полости 14, отверстий 13 в корпусе 1 сообщена с полостью 11 взвода ударника 4.

Полость 12 рабочего хода попеременно сообщается либо с полостью 11 взвода, напорной полостью 23 и гидравлической полостью 30 гидроаккумулятора 31 через щель 32 между рабочей кромкой 17 клапана 15 и конической поверхностью 18 гильзы 10, либо через отверстия 24, выточку 33 в корпусе 1, отверстие 34 со сливной магистралью 35.

В верхней части корпуса 1 выполнена замкнутая полость 36, сообщаемая с атмосферой либо заполняемая газом под давлением, в которую входит верхний конец 9 ударника 4.

Работа устройства.

Перед началом работы газовая полость гидроаккумулятора 31 заполняется газом под давлением, равным примерно половине максимального давления жидкости, развиваемого источником 27 давления. Полость 36 в корпусе 1 либо сообщают с атмосферой, либо заполняют газом при сравнительно низком давлении (0,1˙P_жидк.^макс.). В исходном состоянии ударник 4 находится в крайнем нижнем положении, опираясь инструментом 5 в обрабатываемый материал или поршнем 6 в нижнюю торцовую стенку полости 11 взвода ударника 4. Управляющий клапан 15 под действием пружины 16 своей рабочей кромкой 17 контактирует с конической поверхностью 18 гильзы 10. При этом полость 11 взвода ударника 4 сообщена с напорной полостью 23, гидравлической полостью 30 гидроаккумулятора 31 и через трубопровод 26 с источником давления 27.

Полость 12 рабочего хода через отверстия 24, выточку 33 и отверстие 34 в корпусе 1 сообщена со сливной магистралью 35.

Рабочая жидкость от источника 27 давления по трубопроводу 26 через отверстие 25 поступает в напорную полость 23, откуда через канал 22, щель 32, промежуточную полость 14 и отверстия 13 - в полость 11 взвода ударника 4. Под действием давления жидкости на нижний торец поршня 6 ударника 4 последний ускоренно перемещается вверх. Пока скорость ударника 4 не превышает значения
V_уд= ,
где Q_нас - производительность насоса (источника 27 давления);
F_х.х - площадь поршня 6 со стороны полости 11 взвода, рабочая жидкость из напорной полости 23 помимо полости 11 взвода поступает в гидравлическую полость 30 гидроаккумулятора 31. С момента, когда
V_уд> ,
в полость 11 взвода ударника 4 поступает жидкость как от источника 27 давления, так и из гидроаккумулятора 31 до полной его разрядки. В этот момент жидкость из полости 12 рабочего хода через отверстия 24, выточку 33, отверстие 34 поступает в сливную магистраль 35. Такое состояние сохраняется до тех пор, пока ступени поршня ударника 4 не войдут в соответствующие расточки 20 и 21 управляющего клапана 15. При этом между внутренней поверхностью расточки 20 клапана 15 и наружной поверхностью ступеней поршня удаpника 4 образуется замкнутая полость Б (см. фиг. 1 и 3), которая сообщается с полостью 12 рабочего хода через узкую щель В. За счет дросселирования жидкости в щели В создается избыточное давление в полости Б, под действием которого управляющий клапан 15 перемещается вверх до упора его верхнего торца в торцовую стенку полости 12 рабочего хода (фиг. 3). В этом положении клапана 15 полость 12 рабочего хода изолируется от сливной магистрали 35 и подсоединяется через отверстия 24, выточку 29, канал 28 к напорной полости 23 и гидравлической полости 30 гидроаккумулятора 31.

Ударник 4, продолжая двигаться вверх, вытесняет жидкость из полости Б через щель В, удерживая клапан 15 в крайнем верхнем положении. При этом давление жидкости в полостях 11 и 12 примерно одинаковое, а рабочая площадь поршня 6 со стороны полости 12 рабочего хода больше, чем со стороны полости 11 взвода ударника 4, поэтому на ударнике 4 возникает сила, действующая со стороны полости 12, т. е. направленная вниз. В результате ударник 4 сначала затормаживается, а затем движется ускоренно вниз, вытесняя жидкость из полости 11. Жидкость из полости 11 через отверстия 13, промежуточную полость 14, щель Г (см. фиг. 4), каналы 22, канал 28, выточку 29, отверстия 24 перетекает в полость 12 рабочего хода. При этом за счет перепада давления, возникающего в щели Д и каналах 22 на управляющий клапан 15 действует сила, направленная вверх и стремящаяся удерживать клапан 15 в открытом состоянии. При выходе ступеней поршня ударника 4 из расточек 20 и 21 клапана 15 жидкость из полости 11 взвода через щели Д и Г (фиг. 4) поступает в полость 12 рабочего хода, а через каналы 22, канал 28 - в гидравлическую полость 30 гидроаккумулятора 31.

Когда скорость ударника 4 становится больше величины
V= ; гидроаккумулятор 31 начинает разрежаться и жидкость из него поступает в полость 12 рабочего хода ударника 4, ускоряя его ход.

В конце своего рабочего хода инструмент 5 ударника 4 наносит удар по обрабатываемому материалу, в результате происходит резкое торможение и остановка ударника. В случае отсутствия преграды (обрабатываемого материала) поршень 6 ударника 4 перекрывает отверстия 13 в корпусе 1 и жидкость из замкнутой полости вытесняет через узкую щель, давление в этой полости возрастает. Под действием этого давления на нижний торец поршня 6 происходит торможение ударника 4 и его остановка.

В момент остановки ударника 4 прекращается поток жидкости через щель Д, соответственно исчезает и перепад давления на управляющем клапане 15, последний под действием пружины 16 перемещается вниз до соприкосновения его рабочей кромки 17 с поверхностью 18 гильзы 10. При этом происходит разобщение полостей 11 и 12 ударника 4. Полость 12 рабочего хода сообщается со сливной магистралью 35. Далее цикл повторяется.

Таким образом, при несложной конструкции устройства и его высоком КПД газ в гидроаккумуляторе 31 находится в герметичной полости, отделенной от окружающей среды и гидравлической полости посредством эластичной диафрагмы, исключающей его утечки. Благодаря этому эксплуатационная надежность устройства значительно повышается.

Устройство можно использовать в различных неординарных условиях.

Использование: разрушение скальных пород, рыхление мерзлого и уплотнение насыпного грунта, дробление настылей в доменных печах и конвертерах, дробление чугунного лома и др. подобные операции импульсным ударным инструментом. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, в расточке которого коаксиально установлены ударник со ступенчатым поршнем и подпружиненный управляющий клапан, образующие совместно полость рабочего хода ударника, напорную полость, сообщенную с источником давления, и полость взвода. Устройство снабжено гидроаккумулятором, гидравлическая полость которого постоянно сообщена с напорной полостью и полостью взвода ударника, а полость рабочего хода ударника посредством радиальных отверстий в хвостовике управляющего клапана попеременно сообщена со сливной магистралью или гидравлической полостью гидроаккумулятора, при этом диаметр штока ударника со стороны полости рабочего хода меньше, чем со стороны полости взвода. Поршневой выступ ударника выполнен двухступенчатым, а диаметры ступеней соответствуют профилю внутренних расточек в управляющем клапане. 4 ил.

УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ, включающее корпус, в расточке которого коаксиально установлены ударник с поршневым выступом, диаметр штока которого под поршневым выступом превышает его диаметр над поршневым выступом, и управляющий ступенчатый клапан с внутренними расточками, хвостовик которого имеет радиальные отверстия и установлен в кольцевой расточке корпуса, полость взвода ударника, образованную между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью штока ударника большего диаметра, и связанную с источником давления напорную полость, образованную между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью управляющего ступенчатого клапана, сливную магистраль, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы, устройство снабжено гидроаккумулятором, гидравлическая полость которого постоянно сообщена с напорной полостью и полостью взвода ударника, при этом хвостовик управляющего ступенчатого клапана подпружинен относительно корпуса и образует с кольцевой расточкой последнего полость рабочего хода ударника, которая посредством радиальных отверстий в хвостовике управляющего ступенчатого клапана выполнена с возможностью периодического сообщения со сливной магистралью и гидравлической полостью гидроаккумулятора, причем поршневой выступ ударника имеет две ступени, диаметр которых соответствует профилю внутренних расточек в управляющем ступенчатом клапане.