УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1994 года по МПК B25D11/00 

Изобретение относится к области машиностроения, предназначено для передачи поступательного и вращательного ударных импульсов и может быть использовано в качестве импульсного мотор-редуктора с большими моментами на выходном валу (например в грузоподъемных и тяговых механизмах, гайковертах и др. ) и в технологических процессах (например в перфораторах для бурения отверстий в каменных материалах).

Известен механизм ударного действия, предназначенный для передачи поступательного и вращательного ударных импульсов, содержащий корпус, ударный узел, имеющий соленоиды, обмотки которых включены в электрическую схему встречно, обеспечивая прямой и обратный ход бойка в разноименные полупериоды переменного поля, боек и рабочий инструмент. Каждый соленоид имеет дополнительно обмотку электрического двигателя для обеспечения вращательного движения бойка. Рабочий инструмент снабжен механизмом зацепления с бойком, выполненным в виде насаженной на хвостовик инструмента подпружиненной в продольном направлении муфты, имеющей расположенное соосно бойку и инструменту коническое отверстие для размещения рабочей части бойка (а.с.СССР N 1289695, кл. В 28 D, 1987).

Недостатки известного механизма - сложность и высокая стоимость обмотки электрического двигателя, обеспечивающего одновременно поступательное и вращательное движения бойка, потери энергии на трение в механизме зацепления бойка с рабочим инструментом из-за скольжения между коническими поверхностями муфты и бойка.

Известно устройство ударного действия, содержащее корпус, размещенные в нем ударный узел с соленоидом, обмотка которого через диод включена в схему, боек, на концах которого размещены шипы для взаимодействия с подшипниками, на одном из концов бойка выполнены зубья, рабочий инструмент для взаимодействия с бойком. Устройство снабжено штоком, одним из концов шарнирно связанным с бойком, а противоположным концом с соленоидом, и установленным эксцентрично и под углом к оси бойка с возможностью его изменения.

Недостаток устройства - нецентральность удара бойка с инструментом, т. к. зацепление бойка с инструментом происходит по отдельным зубьям на большом расстоянии от линии удара, что приводит к заметному понижению КПД передачи энергии ударом. Кроме этого, поворот инструмента происходит в момент ударного прижатия инструмента к породе, и это из-за огромных сил трения, пропорциональных силе удара, также приводит к понижению КПД процесса бурения.

Цель изобретения - повышение КПД устройства.

Поставленная цель достигается за счет того, что на шлицевой или цилиндрической со шпонкой поверхности инструмента с возможностью продольного перемещения расположен переходник, один торец которого обращен к конусной (гладкой или зубчатой) поверхности бойка, а другой упирается в упругий элемент. При двигателе, выполненном в виде соленоида, обмотка которого через диод включена в схему, боек одним или двумя своими концами соединен с пружиной (или пружинами). При двигателе вращательного действия боек соединен с механизмом вращательно-поступательного действия. Повышение КПД устройства достигается за счет того, что переходник, приобретая от инструмента часть кинетической энергии, превращает затем эту энергию во вращательное движение самого инструмента. Время хода бойка во много раз больше, чем время удара инструмента с переходником, поэтому поворот инструмента происходит без ударного прижатия к обрабатываемой среде, что заметно уменьшает силы трения и КПД вращения инструмента. Пружина (или пружины), соединенная с бойком, для двигателя, выполненного в виде соленоида, также повышает КПД устройства, т.к. является важнейшим упругим звеном в виброударном винтовом движении бойка. Аналогичную функцию выполняет механизм вращательно-поступательного действия при двигателе вращательного действия.

На фиг.1-3 показаны примеры предложенной схемы устройства.

На фиг.1 показан пример устройства, когда двигателем является соленоид, обмотка которого через диод включена в схему. Устройство состоит из корпуса 1, в котором расположен инструмент 2 с возможностью поступательного и вращательного перемещений. Инструмент 2 может выполнять функции вала, который соединен с муфтой-рекуператором энергии упругих деформаций, связанной с исполнительным механизмом - ИМ (муфта и ИМ не показаны). Соосно инструменту или валу 2 расположен боек 3, который при обратном ходе тормозится и закручивается пружиной 4. На шлицевой поверхности инструмента 2 соосно с ним с возможностью продольного перемещения расположен переходник 5, один торец 6 которого обращен к конусной (гладкой или зубчатой) поверхности бойка 3, а другой торец 8 - к упругому элементу (пружине) 4; обмотка соленоида 9 включена в схему через диод 10. Переходник 5 и головка инструмента 2 имеют одинаковые шлицевые поверхности 11 (или цилиндрические со шпонкой) с возможностью скольжения относительно друг друга. Переходник 5 упирается со стороны инструмента в упругий элемент 12.

Устройство работает следующим образом.

При включении соленоида 9 боек 3, который одновременно является и якорем соленоида 9, втягивается внутрь катушки соленоида, сжимая и закручивая через торец 8 пружину 4. В следующий полупериод времени, когда с помощью диода 10 соленоид 9 отключен от сети переменного тока, накопленная потенциальная энергия сжатия и кручения пружины 4 возвращается бойку 3. Последний соударяется в результате винтового своего движения относительно продольной оси Х с переходником 5. Ударный контакт происходит по коническим (гладким или зубчатым) поверхностям 6 и 7. Через переходник 5 с помощью шлицевого соединения 11 передается энергия вращения инструменту 2. Оставшаяся энергия поступательного движения бойка 3 уходит на соударение с головкой инструмента 2, т.к. после удара переходник 5 сжимает упругий элемент 12, не препятствуя дальнейшему поступательному движению бойка 3 до его соударения с инструментом 2. После отскока бойка 3 от инструмента 2 включается соленоид 9, и цикл повторяется. Боек-якорь 3 совершает виброударные винтовые движения, передавая через переходник 5 инструменту 2 энергию вращательного движения, а при ударе непосредственно с инструментом 2 энергию поступательного ударного импульса. Пружина 4 является важнейшим элементом этого процесса, т.к. с ее помощью достигается виброударное винтовое движение бойка-якоря 3, резонансный режим и, следовательно, максимальные значения КПД скоростей и энергий взаимодействия соударяющихся тел 2,3 и 5.

На фиг.2 и 3 показаны примеры выполнения устройства при двигателе вращательного действия, когда боек соединен с механизмом вращательно-поступательного действия: кулачковым или эксцентриковым, или кривошипно-шатунным, или смешанного типа.

Поступательное движение бойка-ротора 13 (фиг.2) при его вращении статором 14 достигается с помощью кулачкового механизма 15 или с помощью кривошипно-шатунного эксцентрика 16 (фиг.3).

Таким образом, поворот инструмента (в отличие от прототипа) происходит без ударного прижатия к обрабатываемой среде, т.к. удар бойка по инструменту и инструмента по переходнику заканчиваются значительно раньше, чем процесс поворота переходником 5 инструмента 2. При этом заметно уменьшаются силы трения между инструментом и обрабатываемой средой во время вращения инструмента, что повышает КПД вращательного движения инструмента и облегчает процесс выноса пробуренной породы из разработанного отверстия.

Использование: в качестве импульсного мотор-редуктора с большими моментами на выходном валу в грузоподъемных, тяговых механизмах, гайковертах и перфораторах. Цель изобретения - повышение КПД устройства. На торце бойка, обращенном к рабочему инструменту, выполнена конусная фаска, имеющая гладкую или зубчатую поверхность. Устройство снабжено коаксиально установленным на конце рабочего инструмента с возможностью продольного перемещения переходником, один торец которого, обращенный к бойку, имеет соответствующую конусную фаску, и упругим элементом, предназначенным для подпружинивания другого торца переходника к рабочему инструменту. Двигатель можно выполнить в виде соленоида, обмотку которого через диод включают в электросхему. В этом случае боек является валом двигателя, и по крайней мере один конец соединен с пружиной. Двигатель может быть выполнен в виде механизма вращательно-поступательного действия, с которым соединен боек. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее корпус и размещенные в нем ударный узел с двигателем, рабочий инструмент и боек, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД на торце бойка, обращенном к рабочему инструменту, выполнена конусная фаска, имеющая гладкую или зубчатую поверхность, устройство снабжено коаксиально установленным на конце рабочего инструмента с возможностью продольного перемещения переходником, один торец которого, обращенный к бойку, имеет соответствующую конусную фаску, и упругим элементом, предназначенным для подпружинивания другого торца переходника к рабочему инструменту. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двигатель выполнен в виде соленоида, обмотка которого через диод включена в электросхему, а боек является валом двигателя и по крайней мере одним концом соединен с пружиной. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двигатель выполнен в виде механизма вращательно-поступательного действия, с которым соединен боек.