ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК Российский патент 1995 года по МПК E21C3/24 E21B4/14 

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровым инструментам, и может найти применение в горной промышленности и геологоразведке.

Известен погружной пневмоударник, включающий ствол (корпус), распределительную гильзу со штоком, ступенчатый ударник с центральным выхлопным каналом и инструмент с выхлопной трубкой, а также дроссельно-бесклапанную систему питания управляемых рабочих камер [1] Недостатками этого пневмоударника являются бесклапанное питание управляемой камеры рабочего хода и наличие в ней противодавления при холостом ходе ударника, что снижает ударную мощность, особенно при бурении глубоких и обводных скважин.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является погружной пневмоударник, имеющий корпус, соединительную муфту, распределительную гильзу с наружными пазами, шток с большей и меньшей ступенями, ступенчатый ударник с центральным выхлопным каналом, питающее-разрядный элемент [2] Недостатком является то, что применение питающе-разрядного элемента-золотника, являющегося длинноходовым элементом, приводит к большому времени срабатывания, дополнительному непроизводительному расходу энергоносителя, вследствие чего у данного устройства низкая надежность и долговечность работы. Кроме этого, сопротивление движению ударника на обратном ходе большое, время движения увеличено, ход и энергия удара уменьшены, поэтому ударная мощность недостаточная.

Целью изобретения является повышение ударной мощности и надежности.

Достигается это тем, что в пневмоударнике, включающем корпус с муфтой, распределительную гильзу с наружными пазами, шток с осевым и радиальными каналами, питающе-разрядный элемент, ступенчатый ударник с центральным выхлопным каналом, разделяющий полость корпуса на камеру сетевого давления и управляемые камеры рабочего и холостого хода, в нем питающе-разрядный элемент выполнен ступенчатым и установлен на большой ступени штока, образуя с ней внутреннюю полость, а радиальные каналы в штоке выполнены направленно в эту полость, при этом на наружной поверхности штока в зоне размещения меньшей ступени питающе-разрядного элемента выполнена круговая канавка. Кроме этого, управляемая камера холостого хода постоянно сообщена с камерой сетевого давления дроссельными каналами, выполненными на большей ступени ударника. Кроме этого, со стороны камеры сетевого давления в гильзе выполнены глухие наружные воздухоподводящие пазы и совмещенные с ними блокировочные окна.

Авторы претендуют на следующие отличительные признаки:
1) питающе-разрядный элемент выполнен ступенчатым и установлен на большой ступени штока, образуя с ней внутреннюю полость. Этот признак авторам из науки и техники не известен.

2) радиальные каналы в штоке выполнены направленно во внутреннюю полость. Радиальные каналы выполненные в штоке известны, но направление их во внутреннюю полость авторам не известно.

3) на наружной поверхности штока в зоне размещения меньшей ступени питающе-разрядного элемента выполнена круговая канавка. Выполнение канавки в зоне меньшей ступени элемента авторам не известно.

4) управляемая камера холостого хода постоянно сообщена с камерой сетевого давления дроссельными каналами, выполненными на большой ступени ударника. Этот признак известен из а.с. N 1534187, хотя там выполнены не дроссельные каналы, а сквозные пазы.

5) со стороны камеры сетевого давления в гильзе выполнены глухие наружные воздухоподводящие пазы и совмещенные с ними блокировочные окна. Этот признак авторам не известен.

На основании анализа отличительных признаков следует, что предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями.

На фиг.1 представлен общий вид пневмоударника в разрезе; на фиг.2 узел I на фиг.1 (левая половина вида питающе-разрядный элемент находится в положении питания камеры рабочего хода; правая половина вида питающе-разрядный элемент находится в положении разрядки камеры рабочего хода во время холостого хода ударника.

Погружной пневмоударник состоит из корпуса 1, соединительной муфты 2, ударника 3 с центральным выхлопным каналом 4, распределительной гильзы 5, в задней стенке которой закреплен шток 6 с разрядными осевым каналом 7 и радиальным каналом 8 и полостью 9. На штоке 6 установлены обратный клапан 10, закрывающий входное отверстие в соединительной муфте 2 при неработающем пневмоударнике. Питающе-разрядный элемент 11 выполнен ступенчатым с внутренней полостью 12, образованной меньшей и большей ступенями питающе-разрядного элемента 11 и штока 6, постоянно соединенной с атмосферой через радиальные каналы 8, полость 9, каналы 7 и 4. В передней части корпуса 1 закреплен сменный буровой инструмент 13 с выхлопным каналом 14 и трубкой 15, взаимодействующей с ударником 3. Ударник 3 разделяет полость корпуса 1 на камеру 16 сетевого давления и управляемые камеры 17 рабочего хода и 18 холостого хода ударника 3. Камера 16 сетевого давления соединена с клапанной полостью 19, питаемой сжатым воздухом из сети через раздельные окна 20 и продольные пазы 21, выполненные в гильзе 5. Камера 18 холостого хода соединена с камерой 16 через дроссельные пазы 22, выполненные в головной части ударника 3. Камера 17 рабочего хода периодически сообщается с магистралью сжатого воздуха с клапанной полостью 19 через каналы 23, расточку 24, выполненные в задней стенке гильзы 5, и торцовый зазор 25, образуемый ходом питающе-разрядного элемента 11 (см. фиг.2, левая половина). Эта же камера 17 рабочего хода соединяется с магистральным давлением и по командному тракту: расточку 26 в гильзе 5, проточку 27 на ударнике 3, окна 20, пазы 21 в гильзе 5 и клапанную полость 19. Камера 17 периодически сообщается с атмосферой двумя путями: через выхлопной тракт по центральному каналу 4 в ударнике 3 при выходе штока 6 из него (см. фиг.1) и далее выхлопную трубку 15, канал 14 инструмента 13 и через разрядный тракт (см. фиг.2 правая половина) по каналам 23, расточку 24 в гильзе 5, кольцевой канал 28, образованный меньшей ступенью питающе-разрядного элемента 11 и кольцевой проточкой 29 на штоке 6, внутреннюю полость 12, радиальные каналы 8, полость 9 и осевой канал 7 штока 6, когда центральный канал 4 ударника 3 перекрыт штоком 6.

Погружной пневмоударник работает следующим образом.

При подаче сжатого воздуха в пневмоударник обратный клапан 10, преодолевая сопротивление пружины, перемещается по оси до упора в шток 6. Сжатый воздух поступает в клапанную полость 19. Далее, при положениях ударника 3 питающе-разрядный элемент 11, изображенных на фигуре 1 и на фиг.2 (правая половина), воздух через пазы 21 и окна 20 поступает в камеру сетевого давления 16 и из нее через дроссельные пазы 22 в камеру 18 холостого хода. Вследствие разности рабочих площадей ударника 3, находящихся в это время под давлением, ударник 3 начнет перемещаться вверх (назад), совершая холостой ход. При этом воздух из управляемой камеры 17 рабочего хода до перекрытия выхлопного канала 4 в ударнике 3 штоком 6 вытесняется ударником 3 в атмосферу или затрубное пространство например, а после перекрытия канала 4 штоком 6 через разрядный тракт питающе-разрядного элемента 11 каналы 23, проточку 24, кольцевой канал 28, внутреннюю полость 12, радиальные каналы 8, полость 9 и осевой канал 7 штока 6.

По мере перемещения ударника 3 назад, при выходе трубки 15 из его центрального выхлопного канала 4 камера 18 холостого хода соединяется с атмосферой через канал 14 инструмента 13 и из нее начнется выхлоп отработанного воздуха. Несмотря на продолжающееся питание камеры 18 холостого хода сжатым воздухом через дроссельные пазы 22, давление в ней резко падает. Ударник 3 продолжает движение назад по инерции преодолевая противодействие со стороны камеры 16 сетевого давления. Проточка 27 на малой ступени ударника 3 входит в зону расточки 26 гильзы 5 подается команда на перекладку питающе-разрядного элемента 11 сжатый воздух из камеры 16 сетевого давления через кольцевой зазор образуемый малой ступенью ударника 3 и расточкой 26 поступает в управляемую камеру 17 рабочего хода. Давление в ней начинает резко расти, несмотря на то, что часть воздуха вытесняется через разрядный тракт питающе-разрядного элемента 11. Из-за разности рабочих площадей этого элемента 11 со стороны клапанной полости 19, расточки 24, внутренняя полость 12 и нарастающего давления в камере 17 рабочего хода питающе-разрядный элемент 11 перекидывается из положения разрядки (фиг.2 правая половина) в положение питания (фиг.2 левая половина). С питающе-разрядного элемента 11 разрядка управляемой камеры 17 рабочего хода прекращается и начинается питание ее из клапанной полости 19 и через торцовый зазор 25, образуемый ходом элемента 11. Давление в камере 17 рабочего хода продолжает расти до сетевого, удерживая элемент 11 в верхнем положении. Ударник 3 резко затормаживается и меняет направление движения с холостого хода на рабочий. До перекрытия расточки 26 малой ступенью ударника 3 питание камеры 17 рабочего хода происходит через командный тракт и элемент 11. Далее только через элемент 11 до выхода штока 6 из ударника 3. При этом управляемая камера 18 холостого хода будет разобщена с атмосферой, так как трубка 15 входит в отверстие ударника 3. Давление в камере 18 холостого хода будет нарастать, а в камере 17 рабочего хода падать. В результате образующейся разности сил, действующих на элемент, последний перекидывается в положение разрядки (фиг.2 правая половина). Питание управляющей камеры 17 рабочего хода прекращается и начинается дополнительный выхлоп из нее через разрядный тракт: кольцевой канал 28, внутреннюю полость 12, радиальные каналы 8, полость 9 и осевой канал 7. Ударник 3 достигает инструмента 13 и наносит удар по нему. Цикл повторяется.

Таким образом, предлагаемый погружной пневмоударник повышает надежность и долговечность работы, увеличивает ударную мощность.

Использование: изобретение относится к горному делу, предназначено для бурения скважин и может найти применение в горной промышленности и геологоразведочной технике. Сущность изобретения: погружной пневмоударник содержит корпус с соединительной муфтой, распределительную гильзу со штоком, имеющим осевой канал, обратный клапан, размещенный между штоком и муфтой, ступенчатый ударник с центральным выхлопным каналом, разделяющим полость корпуса на камеру сетевого давления и управляемые камеры рабочего и холостого ходов в нем между распределительной гильзой и обратным клапаном, на штоке установлен питающе-разрядный элемент в виде ступенчатого клапана, заклапанная полость которого образована меньшей и большей ступенями клапана и штока, соединенная с выхлопным каналом в ударнике через осевой и радиальные каналы, выполненные в штоке, при этом на охватываемой меньшей ступенью клапана поверхности штока выполнена кольцевая проточка, образующая со ступенью клапана кольцевой канал. Благодаря указанному конструктивному исполнению ступенчатого клапана снижается время его срабатывания, что ведет к снижению расхода энергоносителя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК, включающий в себя корпус с муфтой, распределительную гильзу с наружными пазами, шток с большими и меньшими ступенями и с осевым и радиальными каналами, питающе-разрядный элемент, ступенчатый ударник с центральным выхлопным каналом, разделяющий полость корпуса на камеру сетевого давления и управляемые камеры рабочего и холостого хода, отличающийся тем, что, с целью повышения ударной мощности надежности в работе, питающе-разрядный элемент выполнен ступенчатым и установлен на большей ступени штока, образуя с ней внутреннюю полость, а радиальные каналы в штоке выполнены направленно в эту полость, при этом на наружной поверхности штока в зоне размещения меньшей ступени питающе-разрядного элемента выполнена кольцевая проточка. 2. Пневмоударник по п.1, отличающийся тем, что управляемая камера холостого хода постоянно сообщена с камерой сетевого давления дроссельными каналами, выполненными на большей ступени ударника. 3. Пневмоударник по пп.1 и 2, отличающийся тем, что со стороны камеры сетевого давления в гильзе выполнены глухие наружные воздухоподводящие пазы и совмещенные с ними блокировочные окна.