ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1995 года по МПК F16K31/12 E21C3/20 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам ударного действия, и может быть использовано при создании средств механизации горных и строительных работ, в частности, бурильных машин, машин для разрушения горных пород и искусственных материалов, трамбовок. Кроме того, оно может быть использовано там, где требуется приложение импульсной нагрузки с высокой частотой, например, в кузнечно-штамповочном производстве, клепке и т. д.

Известно гидравлическое устройство ударного действия, содержащее ударный механизм, корпус и поршень-боек которого образуют камеры взвода и разгона, попеременно сообщаемые с напорной и сливной магистралями через блок управления, имеющий две управляющие камеры золотника и гаситель пульсаций, выполненный в виде плунжера, расположенного в корпусе и образующего с ним две камеры, при этом одна управляющая камера золотника, сообщена посредством магистрали взвода с камерой взвода ударного механизма, другая - посредством магистрали разгона с камерой разгона ударного механизма, одна камера гасителя пульсаций сообщена с магистралью взвода, а другая - с магистралью разгона (1).

Недостатком данного устройства является сложность конструкции, обусловленная большим количеством управляющих камер, каналов, магистралей, проточек, сложность системы взаимодействия элементов устройства и, как следствие, большие потери энергии в гидросистеме и низкий коэффициент полезного действия.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и достигаемому результату является гидравлическое устройство ударного действия, содержащее полый корпус, выполненный с внутренней кольцевой расточкой в центральной части и с каналами для соединения с напорной и сливной магистралями, установленную в корпусе с возможностью управляемого возвратно-поступательного перемещения золотниковую втулку с рядами радиальных отверстий, размещенный во втулке и полости корпуса подвижный поршень-боек с двухсторонним штоком и центральной поршневой частью с распределительной кольцевой камерой, а также камеры взвода и разгона поршня-бойка и камеры управления золотниковой втулкой (2).

Данное устройство лишено некоторых недостатков, присущих (1). В частности, в нем нет автономного золотникового распределителя, а имеется золотниковая втулка, установленная непосредственно в корпусе ударного механизма. Это упрощает конструкцию, значительно сокращает длину магистралей, уменьшает количество управляющих камер, следовательно уменьшает потери энергии в гидросистеме и повышает коэффициент полезного действия.

Однако основным недостатком данного устройства является то, что в нем камера взвода поршня-бойка постоянно соединена с напорной магистралью, рабочая жидкость подается в камеру разгона через камеру взвода, при этом одна из управляющих поверхностей золотниковой втулки (с меньшей площадью) размещена в камере взвода, а другая (с большей площадью) - в камере разгона. Это приводит к тому, что при рабочем ходе поршня-бойка рабочая жидкость, подаваемая в камеру разгона через камеру взвода, воздействует на поршень-боек одновременно с двух сторон - из камеры взвода и камеры разгона. Благодаря разности площадей рабочих поясков поршня-бойка, последний, совершая рабочий ход, наносит удар по торцу рабочего инструмента, но при этом все же теряется часть энергии на преодоление противодействия давления рабочей жидкости со стороны камеры взвода, что опять же приводит к снижению коэффициента полезного действия.

Кроме того, недостатком данного устройства является низкая надежность вследствие повышенной возможности появления перекосов положения поршня-бойка относительно центрального отверстия в корпусе при работе устройства. Появление перекосов положения поршня-бойка приводит к неравномерному износу опорных поверхностей корпуса, цилиндрических поверхностей поршня-бойка, возникновению существенных по величине радиальных нагрузок на опорных поверхностях корпуса, а также к интенсивному износу гидравлических уплотнений в корпусе.

Повышенная вероятность появления перекосов в положении поршня-бойка вызвана тем, что ширина опорной поверхности в поршне-бойке, измеряемая между крайними точками рабочего пояска вдоль продольной оси незначительна по величине.

Настоящее изобретение направлено на создание гидравлического устройства ударного действия, обладающего всеми положительными качествами (2) (простота конструкции, отсутствие длинных магистралей и управляющих камер) и, в то же время, лишенное вышеназванных недостатков, присущих (1).

Основная техническая задача, которая решается данным изобретением, заключается в разработке такой конструкции устройства, в которой золотниковая втулка оставалась бы непосредственно в корпусе устройства, но при этом камеры взвода и разгона периодически соединялись бы с напорной и сливной магистралями, в отличии от того, как это сделано в (2), где камера разгона периодически соединяется с напорной (через камеру взвода) и сливной магистралями, а камера взвода соединена с напорной магистралью постоянно.

Такая конструкция исключает нежелательные потери энергии при перемещении поршня-бойка при рабочем ходе и позволяет получить положительный результат, заключающийся в повышении коэффициента полезного действия и повышении эффективности устройства.

Данная техническая задача решается тем, что в гидравлическом устройстве ударного действия, содержащем полый корпус выполненный с внутренней кольцевой расточкой в центральной части и с основными каналами для соединения с напорной и сливной магистралями, установленную в корпусе с возможностью управляемого возвратно-поступательного перемещения золотниковую втулку с рядами радиальных отверстий, размещенный в золотниковой втулке и полости корпуса подвижный поршень-боек с двухсторонним штоком и центральной поршневой частью с распределительной кольцевой камерой, камеры взвода и разгона поршня-бойка, образованные соответствующими поверхностями поршня-бойка и корпуса и соединенные с напорной и сливной магистралями посредством основных каналов корпуса, а также камеры управления золотниковой втулкой, образованные соответствующими поверхностями упомянутой втулки и внутренней кольцевой расточкой корпуса, согласно изобретения, корпус выполнен с дополнительными каналами для соединения с напорной и сливной магистралями, дополнительные каналы гидравлически связаны с основными каналами и расположены в зоне распределительной кольцевой камеры поршня-бойка, которая образована поверхностью центральной поршневой части поршня-бойка и обращенными к ней внутренними поверхностями золотниковой втулки и корпуса, камеры взвода и разгона расположены с осевым смещением, в направлении штоков поршня-бойка, относительно камер управления золотниковой втулкой, последняя выполнена с, по меньшей мере, тремя кольцевыми проточками на наружной поверхности, ряды радиальных отверстий втулки расположены в крайних кольцевых проточках, распределительная кольцевая камера поршня-бойка выполнена в виде, по меньшей мере, трех гидравлически изолированных один от другого участков, расположенных последовательно с возможностью соединения с дополнительными каналами корпуса, при этом дополнительные каналы корпуса, ряды радиальных отверстий и кольцевые проточки на наружной поверхности золотниковой втулки, а также гидравлически изолированные участки распределительной кольцевой камеры поршня-бойка расположены друг относительно друга с возможностью периодического соединения с напорной или сливной магистралями камер взвода и разгона поршня-бойка, а также камер управления золотниковой втулкой.

Кроме того, по меньшей мере один гидравлически изолированный участок распределительной камеры поршня-бойка может быть выполнен в виде двух разнесенных в осевом направлении кольцевых канавок, соединенных одна с другой посредством пазов.

Соединяющие кольцевые канавки пазы, по меньшей мере одного гидравлически изолированного участка распределительной камеры поршня-бойка, могут быть расположены под углом к оси поршня-бойка в проекции на касательные к поверхности поршня-бойка плоскости, имеющие общие точки с продольными осями симметрии соответствующих пазов.

На торцевых поверхностях золотниковой втулки могут быть выполнены радиальные направленные пазы.

Указанная совокупность существенных признаков обеспечивает решение поставленной технической задачи, что позволяет избежать потери энергии, присущие (2), и, таким образом, повысить коэффициент полезного действия и эффективность работы устройства, а также надежность устройства в целом.

На фиг. 1 схематично изображен продольный разрез гидравлического устройства ударного действия в момент нанесения удара поршнем-бойком по рабочему инструменту.

Гидравлическое устройство ударного действия содержит полый корпус 1 с внутренней кольцевой расточкой 2, в котором с возможностью управляемого возвратно-поступательного перемещения установлена золотниковая втулка 3 с размещенным в ней подвижным поршнем-бойком 4 с двухсторонним штоком. Центральная поршневая часть поршня-бойка 4 выполнена с распределительной кольцевой камерой, состоящей из трех гидравлически изолированных один от другого участков, образованных продольными пазами 5, 6 и 7 и парами кольцевых канавок 8 и 9, 10 и 11, 12 и 13, соответственно. Торцевые поверхности золотниковой втулки 3 и поверхность внутренней кольцевой расточки 2 в корпусе 1 образуют камеры 14 и 15 управления золотниковой втулкой 3.

Поршень-боек 4 образует с внутренней поверхностью корпуса 1 со стороны рабочего инструмента 16 камеру 17 взвода, а с противоположной стороны - камеру 18 разгона. В корпусе 1 между камерами 14 и 15 управления золотниковой втулкой 3 в зоне распределительной кольцевой камеры поршня-бойка 4 выполнены дополнительные каналы 19, 20, 21 (со стороны камеры 17 взвода) и 22, 23, 24, 25 (со стороны камеры 18 разгона). Дополнительные каналы 19. 20, 22, 23, 25 могут быть выполнены в виде радиальных отверстий, а каналы 21 и 24 - как в виде радиальных отверстий, так и в виде кольцевых проточек.

Подвод рабочей жидкости к устройству осуществляется по магистрали 26, а слив - по магистрали 27. Камера 17 взвода и камера 18 разгона посредством основных каналов соединяются с магистралями подвода или слива через магистрали 28 и 29 соответственно, и гидравлически связаны с дополнительными каналами. Каналы 24 и 21 соединены магистралью 30 со сливной магистралью 27. В полости корпуса 1 со стороны камеры 18 разгона выполнена пневмокамера 31.

Для гарантированного исключения "мертвых точек" в конечных положениях золотниковой втулки 3 на ее торцевых поверхностях выполнены радиальные пазы 32, 33. На наружной поверхности втулки 3 выполнены кольцевые проточки 34, 35 и 36 в крайних из которых выполнены ряды 37, 38 радиальных отверстий. Расстояние между проточками 33, 34 и 35, а также их расположение относительно дополнительных каналов и гидравлически изолированных участков распределительной камеры поршня-бойка 4 определяется методом расчета при проектировании, исходя из условия обеспечения возможности периодического соединения с напорной или сливной магистралями камер взвода и разгона поршня-бойка, а также камер управления золотниковой втулкой. Продольные пазы 5, 6, 7 на поршневой части поршня-бойка 4 могут быть выполнены под углом к оси поршня-бойка. В этом случае, под действием напора рабочей жидкости, протекающей по упомянутым пазам, поршень-боек 4 будет в процессе своего поступательного перемещения поворачиваться вокруг своей оси на некоторый угол. Такое "винтовое" перемещение поршня-бойка позволяет снизить трение между сопряженными поверхностями поршня-бойка 4, золотниковой втулки 3 и корпуса 1, что повышает коэффициент полезного действия устройства в целом.

Устройство работает следующим образом.

В положении, приведенном на фиг. 1, показан момент, когда поршень-боек 4 после разгона нанес удар по рабочему инструменту 16. Следует отметить, что до момента нанесения удара уже произошло переключение золотниковой втулки 3 и направления потока рабочей жидкости. Проследим работу устройства по схеме (фиг. 1). В момент, когда произошло переключение золотниковой втулки 3 до нанесения удара поршнем-бойком 4 по рабочему инструменту 16, рабочая жидкость из напорной магистрали 26 по каналу 19 и магистрали 28 поступает в камеру 17 взвода. При этом канал 20 в корпусе 1 перекрыт золотниковой втулкой 3. Поршень-боек 4 под действием полученного им ускорения в фазе разгона наносит удар по торцу рабочего инструмента 16, но предударная скорость его в определенной мере гасится путем подачи рабочей жидкости под давлением в камеру 17 до момента нанесения удара.

После нанесения удара поршень-боек 4 под действием давления рабочей жидкости в камере 17 взвода начинает перемещаться влево. В этот период золотниковая втулка 3 находится в левом крайнем положении под действием давления рабочей жидкости, которая поступает из напорной магистрали 26 по каналу 19, продольным пазам 6 на поршне-бойке 4 и подается в камеру 15. Противоположная камера 14 в это время посредством продольных пазов 7, канала 24 и магистрали 30 соединена со сливной магистралью 27.

При движении поршня-бойка 4 влево под действием рабочего давления в камере 17, рабочая жидкость из камеры 18 по магистрали 29, каналу 22 поступает в сливную магистраль 27. В это время канал 23 перекрыт золотниковой втулкой 3. По мере перемещения поршня-бойка 4 влево правый поясок поршневой части (разделяющий смежные гидравлические изолированные участки) перекроет камеру 15 управления золотниковой втулкой 3 и в эту камеру прекратится подача рабочей жидкости под давлением. В этот же момент левый поясок поршневой части поршня-бойка 4 (разделяющий смежные гидравлически изолированные участки) переместится в положение, позволяющее соединить напорную магистраль 26 через канал 25, который до этого был заперт, а также продольные пазы 8 с камерой 14. В этот момент, так как камера 15 соединится со сливной магистралью 27 через канал 30, а камера 14 с напорной, золотниковая втулка переместится относительно поршня-бойка 4 вправо и произойдет переключение каналов и магистралей. В этом случае напорная магистраль 26 посредством открытого канала 23 и магистрали 29 соединится с камерой 18 разгона. При этом канал 22 будет перекрыт золотниковой втулкой 3, а канал 20 откроется и соединит сливную магистраль с помощью магистрали 28 с камерой 17 взвода. Все это произойдет в момент окончания фазы взвода поршня-бойка. Таким образом осуществляется торможение поршня-бойка 4 в момент завершения фазы взвода. Кроме того, дополнительное торможение поршня-бойка 4 осуществляется за счет сжатия торцом поршня-бойка 4 сжатого воздуха, находящегося в пневмокамере 31 .

В результате переключения камеры 18 разгона на напорную магистраль, а камеры 17 взвода - на сливную магистраль, поршень-боек 4 после достижения левого крайнего положения и его остановки начинает перемещаться вправо, в сторону рабочего инструмента 16. Во время движения поршня-бойка 4 в сторону рабочего инструмента 16 рабочая жидкость, находящаяся в камере 17, вытесняется по каналу 20 в сливную магистраль. Поршень-боек 4 движется вправо, наносит удар по инструменту 16 и совершается полезная работа (фиг. 1). До момента соударения поршня-бойка 4 с рабочим инструментом 16 золотниковая втулка 3 находится в крайнем правом положении. Далее цикл повторяется.

Данное изобретение позволяет снизить потери энергии при рабочем ходе, повышает коэффициент полезного действия, надежность и эффективность работы устройства.

Сущность изобретения: корпус выполнен с каналами для соединения с напорной и сливной магистралями. Каналы гидравлически связаны с основными каналами и расположены в зоне распределительной кольцевой камеры поршня-бойка /ПБ/, которая образована поверхностью центральной поршневой части ПБ и обращенными к ней внутренними поверхностями золотниковой втулки и корпуса. Камера взвода и разогона расположена с осевым смещением в направлении штоков ПБ относительно камер управления золотниковой втулкой. Втулка выполнена с тремя кольцевыми проточками на наружной поверхности. Ряды радиальных отверстий втулки расположены в крайних кольцевых проточках, камера ПБ выполнена в виде трех гидравлически изолированных один от другого участков, расположенных последовательно с возможностью соединения с каналами корпуса. Каналы, ряды отверстий и кольцевые проточки, гидравлические изолированные участки камеры ПБ расположены друг относительно друга с возможностью периодического соединения с напорной и сливной магистралями камер взвода и разгона ПБ и камер управления втулкой. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащее полый корпус, выполненный с внутренней кольцевой расточкой в центральной части и с основными каналами для соединения с напорной и сливной магистралями, установленную в корпусе с возможностью управляемого возвратно-поступательного перемещения золотниковую втулку с рядами радиальных отверстий, размещенный в золотниковой втулке и полости корпуса подвижный поршень-боек с двусторонним штоком и центральной поршневой частью с распределительной кольцевой камерой, камеры взвода и разгона поршня-бойка, образованные соответствующими поверхностями поршня-бойка и корпуса и соединенные с напорной и сливной магистралями посредством основных каналов корпуса, а также камеры управления золотниковой втулкой, образованные соответствующими поверхностями упомянутой втулки и внутренней кольцевой расточкой корпуса, отличающееся тем, что корпус выполнен с дополнительными каналами для соединения с напорной и сливной магистралями, дополнительные каналы гидравлически связаны с основными каналами и расположены в зоне распределительной кольцевой камеры поршня-бойка, которая образована поверхностью центральной поршневой части поршня-бойка и обращенными к ней внутренними поверхностями золотниковой втулки и корпуса, камеры взвода и разгона расположены с осевым смещением, в направлении штоков поршня-бойка, относительно камер управления золотниковой втулкой, последняя выполнена с по меньшей мере тремя кольцевыми проточками на наружной поверхности, ряды радиальных отверстий втулки расположены в крайних кольцевых проточках, распределительная кольцевая камера поршня-бойка выполнена в виде по меньшей мере трех гидравлически изолированных один от другого участков, расположенных последовательно с возможностью соединения с дополнительными каналами корпуса, при этом дополнительные каналы корпуса, ряды радиальных отверстий и кольцевые проточки на наружной поверхности золотниковой втулки, а также гидравлически изолированные участки распределительной кольцевой камеры поршня-бойка расположены друг относительно друга с возможностью периодического соединения с напорной и сливной магистралями камер взвода и разгона поршня-бойка, а также камер управления золотниковой втулкой. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один гидравлически изолированный участок распределительной камеры поршня-бойка выполнен в виде двух разнесенных в осевом направлении кольцевых канавок, соединенных одна с другой посредством пазов. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что соединяющие кольцевые канавки пазы по меньшей мере одного гидравлически изолированного участка распределительной камеры поршня-бойка распоожены под углом к оси поршня-бойка в проекции на касательные к поверхности поршня-бойка плоскости, имеющие общие точки с продольными осями симметрии соответствующих пазов. 4. Устройство по п. 1, 2 или 3, отличающееся тем, что на торцевых поверхностях золотниковой втулки выполнены радиально направленные пазы.