ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ КОПРОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК F15B15/14 

Изобретение относится к пневматическим ковровым устройствам, в частности рудничным пневматическим бурильным устройствам.

Копровые устройства, в том числе ударные буры, пневматические кайлы, лопаты, клепальные молотки, которые в качестве энергии используют сжатый воздух, находят широкое применение. Однако они низкоэффективны, отношение внешней работы сжатого воздуха и его полезной энергии примерно 26-35%
Традиционные конструкции пневматического бура имеют следующие недостатки.

Во время прямого и обратного хода поочередно снабжается сжатый воздух, совершающий работу только под равными давлениями, что не дает возможность совершить работу за счет расширения.

Внезапный прерывистый выхлоп отработанного воздуха с высоким давлением через одно определенное воздухоотводящее отверстие дает неполный воздухоотвод. В цилиндре остается определенное количество остаточного отработанного воздуха после его отвода. Эта остаточная часть отработанного воздуха сжимается поршнем под изоляцией тепла и не восстанавливается в исходное положение при повторном расширении, а отводится под высоким давлением на ходу, поэтому часть энергии сжатия затрачена зря (это явление потеря воздушной подушки). При обыкновенных условиях использования непрерывное снабжение воздухом и последующий прерывистый его выхлоп под высоким давлением дают потери энергии сжатого воздуха примерно 40% на сжатие отработанного воздуха под изоляцией тепла для образования воздушной подушки еще теряется энергия сжатия выше 16%
Огромный шум выхлопа воздуха является другим существенным недостатком известных копровых устройств. Из-за высокого внутреннего давления воздухоотводящего отверстия короткие и сильные выхлопы воздуха создают импульсные шумы, что является основным источником шумов существующих пневматических копровых устройств.

Очевидно, что низкоэффективность и огромный шум определяются недостатками конструкции и неопределимы за счет изменений проектных размеров, технологии и улучшения материалов, что теоретически доказано.

Задача изобретения заключается в преодолении указанных недостатков.

Предлагается пневматическое копровое устройство с непрерывным выхлопом воздуха и воздушной подушкой отдачи данного типа, что дает возможность сжатому воздуха, поступающему в цилиндр для совершения работы, расшириться. Давление его приближается к атмосферному. Выхлоп воздуха производится непрерывно во всем процессе прямого и обратного хода. Во время работы давление задней стороны поршня все время приближается к атмосферному. Кроме того, имеется возможность переменять кинетическую энергию обратного хода поршня в кинетическую энергию прямого хода, за счет чего существенно повышается полезная тепловая эффективность пневматического устройства.

Эта задача частично решена в известном устройстве, представляющем собой превматическое копровое устройство, содержащее корпус с крышками, размещенные в нем поршень с двусторонним штоком, образующий в корпусе камеры прямого и обратного хода, распределительный золотник с кольцевыми канавками, образующий в корпусе полости управления, периодически сообщаемые с источником сжатого воздуха или выхлопом, каналы подвода и отвода сжатого воздуха.

На фиг.1 показана конструкция устройства (поршень находится в положении начала обратного хода), продольный разрез; на фиг.2 конструкция устройства находится в начале прямого хода; на фиг.3 колонный поршень золотник.

Внутри корпуса цилиндра 1 поршень 2 имеет переднюю и заднюю воздухораспределительные штанги 3 и 4, при этом передняя штанга одновременно играет роль ударной штанги. Внутри задней штанги 4 имеется осевой канал 41, который соединяется с радиальным каналом 42 внутри поршня 2, соединяющимся с каналом 43 в стенке корпуса для продвижения золотника 5 во время прямого хода поршня 2 и с каналом 44 во время обратного хода. Канал 43 начинается с отверстия 45 на внутренней поверхности стенки задней части корпуса 1 и кончается до правого конца корпуса 52 золотника 5, а канал 44 с отверстия на передней части до левого конца корпуса 52. Каналы 41 и 38 соединяются с источником сжатого воздуха. Камера 29 прямого хода сообщена с каналом 12 для прямого хода и каналом 60 для обратного хода. Камера 28 обратного хода сообщена с каналом 11 для обратного хода и каналом 59 для прямого хода. Каналы 59, 60 соединяются с атмосферой за счет кольцевых каналов 71, 72 золотника 5. Золотник 5 передвигается за счет разницы давлений внутри каналов 11, 12, когда они находятся напротив кольцевых канавок 71, 72 золотника 5.

На боковых стенках передней и задней крышек 19, 49 имеются воздухоприемники 20, 21. Задняя и передняя штанги 34 скользят в отверстиях передней и задней крышек 19, 42 и имеют воздухораспределительные цилиндрические поверхности 17, 18 для снабжения воздухом на определенном расстоянии. Когда тонкие шеи 16, 15 воздухораспределительных штанг проходят мимо воздухоприемников 20, 21, сжатый воздух через проход между крышкой 19 или 49 и шеей 15 или 16 вставит в корпус 1 (на фиг.1 направо; на фиг.2 налево). Когда толстые воздухораспределительные цилиндрические поверхности 17, 18 проходят мимо, тогда воздухоприемники закрываются, снабжение воздухом прекращается, таким образом создается снабжение воздухом на определенном расстоянии, определенном длиной тонкой шеи распределительной штанги (длина может быть сконструирована по мере надобности).

Между передней и задней крышками 19, 49 и по внутренней поверхности корпуса 1 устанавливаются передняя и задняя кольцевые крышки 6, 7 воздушных подушек. Объемы, закрытые крышками 19, 6 и 49, 7, образуют переднюю и заднюю воздушные подушки 30, 31, которые могут соединяться с источником сжатого воздуха. Крышки подушек выдерживают давления воздуха с задней стороны и занимают свое место за счет выступов 32, 33 корпуса 1. Каналы 11, 12 могут пройти внутри крышки 19, 49 подушек. Крышка 19 подушки ударяется поршнем 2, сжимая воздух задней стороны, и передвигается назад. Буферная воздушная подушка 30 защищает цилиндр при пустом ударе. Передняя и задняя части данного устройства в основном симметричны, например, передняя и нижняя воздухораспределительные штанги, передний и задний воздуховоды для продвижения золотника, передний и задний воздухоприемники и воздухоотводы, передняя и задняя воздушные подушки и т.д. их принципы работы одинаковы.

На фиг. 3 показан золотник 5, который выглядит как колонна. На его двух концах выполнены кольцевые канавки 71, 72 с диаметром окружности D₂. Внутри корпуса 52 золотник 5 скользит герметично, образующиеся при этом две кольцевые полости могут закрывать и открывать каналы подвода и отвода.

Пневматическое копровое устройство работает следующим образом.

Отверстие 38 на задней крышке 49 и канал 53 соединяются с источником сжатого воздуха. Предположим, что в начале работы поршень 2 находится в произвольном положении, под действием сжатого воздуха внутри отверстия 38 поршень 2 передвигается вперед до правого положения, как показано на фиг.1, т. е. положения конца прямого хода и начала обратного хода. Воздух, поступивший в канал 41 внутри задней воздухораспределительной штанги 4, проходит через радиальный канал 42 и канал 44 продвижения золотника 5 во время обратного хода и поступает в левую боковую полость корпуса 52 золотника 5, а правая боковая полость через канал 43 продвижения золотника 5 во время прямого хода соединяется с камерой 29. В это время сжатый воздух в задней камере расширяется, выполняя работу, и давление его приближается к атмосферному. Разница в двух полостях заставляет золотник 5 переместиться направо. Кольцевые канавки 71, 72 золотника соединяются с каналами 60 и 11 обратного хода отдельно, а каналы 12 прямого входа закрываются. В это время сжатый воздух проходит через канал 11 обратного хода, кольцевой воздуховод 8 между тонкой шеей 15 ударной штанги 3 поршня 2 и внутренней поверхностью отверстия передней крышки 19 поступает в камеру 28 корпуса 1 и продвигает поршень влево для совершения обратного хода. В это время отработанный воздух внутри камеры 29 проходит через канал 60 обратного хода и кольцевую канавку 72 и объединяется с атмосферой. Это дает возможно осуществлять непрерывный выхлоп воздуха в целом процессе обратного хода поршня 2. Давление задней стороны поршня во время обратного хода все время приближается к атмосферному. Когда цилиндрическая поверхность 17 толстой шеи воздухораспределительной штанги 3 перемещается, повышение кинетической энергии поршня 2 продолжается. Когда из-за расширения давления воздуха в камере 28 приближается к атмосферному и энергия сжатого воздуха полностью используется, радиальный канал 42 поршня 2 соединяется с каналом 43 продвижения золотника 5 для прямого хода. Сжатый воздух поступает в правую полость золотника 5, а левая полость соединяется с камерой 28, давление в левой полости снижается до атмосферного и золотник 5 передвигается влево (фиг.2). В это время камера 29 соединяется с каналом 12 прямого хода и кольцевой канавкой 72. Канал 59 камеры 28 для прямого хода открывается, а каналы 11, 60 для обратного хода закрываются, начинается прямой ход. В конец обратного хода поршень 2 имеет сравнительно большую кинетическую энергию и сталкивается с крышкой 7 задней воздушной подушки, продвигая крышку 7 и сжимая воздух. Затем потенциальная энергия подушки быстро переходит в кинетическую энергию поршня 2 для продвижения вперед. Это дает возможность поршню 2 в начале прямого хода набирать определенную начальную скорость, которая складывается с работой сжатого воздуха во время прямого хода. Энергия сжатого воздуха во время обратного хода полно используется (pавномеpно увеличению полезного объема цилиндра), что может сделать объем цилиндра более меньшим.

По отношению к известным копровым устройствам предлагаемое устройство имеет следующие преимущества.

Выхлоп воздуха является непрерывным, т.е. воздух поочередно отводится из передней и задней камер цилиндра. Цилиндр находится в непрерывном отводящем воздух положении. Давление задней стороны поршня понижается приблизительно к атмосферному. Сжатый воздух, совершающий работу в цилиндрах, расширяется, и имеет давление, приблизительное c атмосферным.

Снабжение воздухом является прерывистым, т.е. происходит на определенном расстоянии прямого и обратного хода. Снабжение воздухом на определенном расстоянии является необходимым условием выполнения работы.

В задней части цилиндра устройства имеется воздушная подушка отдачи. В традиционных устройствах на обратный ход поршня нужно затратить энергию, а в данном устройстве кинетическая энергии обратного хода поршня быстро переходит в кинетическую энергию прямого хода.

Давление выхлопа воздуха приближается к атмосферному, из-за чего существенно снижается шум выхлопа, улучшается рабочая среда.

Изобретение дает возможность достаточно использовать энергию сжатого воздуха и значительно повысить полезную тепловую эффективность.

Использование: в рудничном пневматическом бурильном устройстве. Сущность изобретения: в корпусе с крышками размещен полый поршень с двусторонним штоком. Поршень образует в корпусе камеры прямого и обратного хода. Распределительный золотник образует в корпусе полости управления, периодически сообщаемые с источником сжатого воздуха или выхлопом. Плавающие поршни установлены в расточках корпуса со стороны каждой крышки с образованием с последними буферных камер. Крышки выполнены с радиальными каналами, сообщенными в конце хода с кольцевыми проточками, выполненными на штоках. Канал для сообщения камер управления с источником сжатого воздуха выполнен в виде осевого канала в одном из штоков и радиального канала в поршне. 3 ил.

ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ КОПРОВОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее корпус с крышками, размещенные в нем поршень с двусторонним штоком, образующий в корпусе камеры прямого и обратного хода, распределительный золотник с кольцевыми канавками, образующий в корпусе полости управления, периодически сообщаемые с источником сжатого воздуха или выхлопом, каналы подвода и отвода сжатого воздуха, отличающееся тем, что устройство снабжено плавающими поршнями, установленными в расточках корпуса со стороны каждой крышки с образованием с последними буферных камер, при этом крышки выполнены с радиальными каналами, сообщенными в конце хода с кольцевыми проточками, выполненными на штоках, а канал для сообщения камер управления с источником сжатого воздуха выполнен в виде осевого канала в одном из штоков и радиального канала в поршне.