УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК E21C37/24 

Изобретение относится к горному и строительному производству и может быть использовано для безвзрывной отбойки породы, отделения блоков строительного камня, забивания труб, разборки завалов и т.п.

Известны пневмоударные реверсные машины по /1/, где при работе "вперед" удары наносятся по наковальне, жестко закрепленной в передней части цилиндрического корпуса машины, а при реверсе удары воспринимаются кольцевой втулкой, ввинченной в заднюю часть корпуса.

Недостатком этих машин является то, что жесткая передача удара непосредственно на корпус машины ограничивает допустимую величину скорости удара, т. е. его интенсивность. Так, при работе в "вперед" она не может превышать 4 м/с. При реверсе это ограничение еще более существенно, поскольку сечение задней части корпуса невелико и удар передается через обычную резьбу, которая не приспособлена для передачи ударных нагрузок и склонна к самоотвинчиванию. Здесь скорость удара должна быть снижена на 40-50 по отношению к скорости при работе "вперед". Между тем повышение скорости удара существенно интенсифицирует процессы ударного внедрения или извлечения.

Известно пневмоударное устройство /2/ с кольцевым ударником. Устройство имеет сквозной осевой канал, через который проходит стержень, воспринимающий удары ударника. Удары на стержень передаются через размещенную в передней части устройства наковальню с кулачками, обжимающими боковую поверхность стержня. В этом устройстве корпус машины защищен от жестких ударов и его прочность не ограничивает скорость удара, как это имеет место в пневмопробойниках.

Недостатком такого устройства является то, что оно может работать только в режиме "вперед". Кроме того, при увеличении скорости удара выше 4 м/с кулачки с наковальней начинают проскальзывать по стержню, поскольку крепление наковальни на стержне здесь не приспособлено для передачи интенсивных ударных импульсов наковальня удерживается силами трения кулачков о боковую поверхность стержня.

Вместе с тем в ряде случаев, например, при реализации процесса клиновой отбойки, при клиновом разрушении негабаритов, при отделении блоков строительного камня и т.д. необходимо обеспечить возможность интенсивного ударного воздействия на рабочий инструмент как при его продвижении вперед, так и при извлечении инструмента из зажима в породе. Для надежности реализации процесса ударного извлечения требуется не только изменить направление ударного воздействия на инструмент, но и обеспечить возможность ударного воздействия на него при реверсе с той же интенсивностью, что и при работе "вперед". Необходимость выполнения последнего условия обусловлено широким применением клинового инструмента с малым углом конусности. Существующие устройства таких возможностей не обеспечивают.

Задача, которую решает предлагаемое устройство, заключается в том, чтобы повысить технологическую эффективность применения ударных машин с клиновым рабочим инструментом, надежно обеспечить возможность быстрого освобождения инструмента из состояния зажима в объекте воздействия (в породе при клиновой отбойке из шпура, между элементами конструкций при разработке завалов, и т. д.).

Решение задачи достигается за счет того, что в ударном устройстве, имеющем цилиндр с кольцевым ударником и рабочий инструмент, предусмотрено наличие на хвостовой части рабочего инструмента двух буртиков наковален, приспособленных для передачи ударного воздействия непосредственно от ударника на рабочий инструмент. При этом хвостовая часть рабочего инструмента выполнена в виде стержня, проходящего через центральное отверстие кольцевого ударника, а буртики наковальни размещены на стержне по обе стороны ударника. Передний буртик передает удары на инструмент при работе "вперед", задний при реверсе. Чтобы обеспечить возможность сборки конструкций один из буртиков выполнен съемным со стержня, а цилиндр, в котором перемещается ударник, зажат между буртиками с натягом через упруго-демпфирующую шайбу.

Чтобы съемный буртик-наковальня был приспособлен для передачи интенсивных ударных импульсов, необходимо обеспечить выполнение ряда особых требований. Контактные поверхности, передающие ударный импульс в сопряжениях наковальни со стержнем, должны иметь достаточную площадь и постоянно находится в состоянии поджатия друг к другу. Появление люфтов и зазоров между ними недопустимо. Профиль контактных поверхностей не должен создавать опасные концентраторы напряжений на стержне и наковальне.

Обычные резьбовые соединения этим требованиям не удовлетворяют, поскольку обычная резьба является концентратом напряжений и при передаче удара саморазвинчивается.

Один из возможных вариантов исполнения съемного буртика-наковальни, приспособленного для передачи интенсивных ударных воздействий, предусматривает выполнение наковальни в виде втулки с самотормозящим внутренним конусом. Она насажена со стороны ударника на разрезную втулку, которая имеет ответный наружный конус и спиральную канавку полукруглого профиля на внутренней цилиндрической поверхности. Разрезная втулка навинчена на конец стержня по закладной спирали круглого сечения, размещенной в специальной канавке стержня.

Возможно исполнение съемного буртика-наковальни в виде втулки, закрепленной на стержне посредством специальной кругло-упорной резьбы. Особенность этой резьбы заключается в том, что прямолинейная часть ее профиля наклонена к оси под углом 3-8^o, отсчитываемым от оси в сторону ударника.

На фиг. 1 изображен вариант исполнения устройства, где съемный буртик-наковальня выполнен с использованием разрезной втулки и закладной спирали; на фиг. 2 устройство со съемным буртиком-наковальней, закрепленной на стержне с помощью специальной кругло-упорной резьбы; на фиг. 3 профиль специальной кругло-упорной резьбы; на фиг. 4 вариант исполнения устройства с размещением съемного буртика-наковальни на переднем конце стержня.

Предлагаемое устройство (фиг.1) содержит цилиндр 1, кольцевой ударник 2 и рабочий инструмент 3. Хвостовая часть рабочего инструмента содержит стержень 4, проходящий через центральное отверстие ударника 2. На стержне 4 по разные стороны ударника 2 размещены два буртика-наковальни 5 и 6. Буртик-наковальня 5 выполнен как единое целое со стержнем 4. Буртик-наковальня 6 выполнен съемным со стержня 4. Съемный буртик 6 выполнен в виде втулки с внутренним конусом 7 и дополнительной наружной ступенью 8. Втулка 6 насажена на ответную коническую поверхность разрезной втулки 9. На внутренней цилиндрической поверхности разрезной втулки 9 выполнена винтовая канавка полукруглого профиля, которой она навинчена на закладную спираль 10 круглого сечения. Закладная спираль 10 размещена в винтовой нарезке 11 полукруглого профиля, выполненной на заднем конце стержня 4. Цилиндр 1 в осевом направлении зажат с осевым натягом с помощью шайбы 12 и упруго-демпфирующей шайбы 13 между дополнительной ступенью 14 буртика-наковальни 5. Возвратно-поступательное движение ударника 2 осуществляется за счет периодической подачи текучего рабочего тела (жидкость, газ) поочередно в переднюю рабочую камеру 15 и заднюю рабочую камеру 16. Для впуска и выпуска текучего рабочего тела служат окна 17 и 18. Переключение потоков текучего рабочего тела осуществляется системой управления 19. В приведенном (как в примере) варианте исполнения система 19 имеет распределитель 20 с автоматическим управлением и распределитель 21 с ручным управлением.

Устройство работает следующим образом. При положении распределителей 20 и 21, изображенном на фиг.1, текучее рабочее тело под давлением свободно поступает в заднюю рабочую камеру 16 и свободно удаляется из передней рабочей камеры 15. Это обеспечивает интенсивный разгон и удар ударника 2 по переднему буртику-наковальне 5. На конечном этапе рабочего хода ударник 2 открывает окно 22. Через окно 22 задняя камера 16 свободно сообщается со сливом (атмосферой) и давление в задней камере 16 резко падает. Это падение давления служит командой для переброски распределителя 20 в правое (на фиг.1) положение. Теперь передняя рабочая камера 15 подключена к напорной магистрали, а задняя 16 к сливу. При этом важно, что и тот, и другой потоки дросселируются в распределителе 21, как это видно на схеме. Поэтому при перемещении назад ударник 2 не набирает высокой скорости и после сброса давления в камере 15 через окно 23 и переброски распределителя 20 влево (как изображено на схеме) ударник остановится не дойдя до заднего буртика-наковальни 6, а затем начнет перемещаться вперед. Цикл повторяется.

Для работы в режиме "реверс" распределитель 21 вручную перемещается вправо (по схеме фиг. 1). При этом, как видно на схеме, дросселирование питающих каналов осуществляется уже не на обратном ходе ударника 2, а на прямом. Благодаря этому удар наносится теперь по заднему буртику-наковальне 6, а до переднего буртика 5 ударник 2 не доходит.

При реверсе удар воспринимается втулкой 6 и через самотормозящее коническое сопряжение 7 ударное воздействие передается на разрезную втулку 9, которая удерживается на стержне 4 закладной спиралью 10.

Подбор диаметра проволоки спирали и числа витков спирали 10 обеспечивают получение необходимой площади контактных поверхностей передающих ударную нагрузку.

Очень важно, что благодаря коническому сопряжению 7 разрезная втулка 9 плотно обжимает стержень 4. При этом упругое растяжение втулки 6 и самотормозящий эффект конического сопряжения 7 надежно обеспечивают постоянное всех контактных поверхностей, обеспечивающих передачу удара на стержень 4 в системе втулка 6 коническое сопряжение 7 -втулка 9, закладная спираль 10 - стержень 4.

Винтовой характер канавки 11, ее округлый профиль и достаточно большой шаг позволяют минимизировать опасность, связанную с появлением концентратов напряжений на стержне 4.

Постоянный осевой натяг, создаваемый упруго-демпфирующей шайбой 13, обеспечивает дополнительную страховку от размыкания рабочих поверхностей элементов крепления съемного буртика-наковальни 6.

Возможность использования ударостойких сталей обеспечивают возможность качественного изготовления всех элементов крепления съемного буртика-наковальни.

Совокупность отмеченных особенностей делает представленный вариант конструкций съемного буртика-наковальни приспособленным для передачи интенсивных ударов воздействий от ударника непосредственно на рабочий инструмент при реверсе.

Вариант исполнения съемного буртика-наковальни, представленный на фиг. 2, отличается меньшим диаметром и меньшим числом деталей. Здесь съемный буртик-наковальня 6 крепится на стержне 4 с помощью специальной резьбы, профиль которой представлен на фиг. 3. Эта резьба относится к разряду кругло-упорных. Ее профиль резко асимметричен и формируется комбинацией дуги окружности и наклонной прямой, причем направление наклона совпадает с направлением ударного воздействия, передаваемого через резьбу. Главное отличие используемой резьбы от известных аналогичных, заключается в угле наклона α прямолинейного участка профиля. Здесь он составляет 3^o -8^o, тогда как в обычных вариантах a 22^o 25^o (см. например, ГОСТ 17196-77 "Коронки буровые", стр.6). Естественным следствием уменьшения a является увеличение шага резьбы.

В обычных резьбовых соединениях эффект самоторможения достигается за счет увеличения угла наклона витка к оси, т.е. за счет уменьшения шага резьбы, применения, так называемой, "мелкой" резьбы, которая никак не годится для передачи интенсивных ударов воздействий. Трение, препятствующие ослаблению обычного резьбового соединения, определяется моментом его затяжки, а прохождение ударной волны резко ослабляет контакт и приводит к саморазвинчиванию.

В предложенной конструкции благодаря уменьшению угла наклона прямолинейной части профиля резьбы до 3^o-8^o соединение приобретает принципиально новое свойство. Оно становится самотормозящим, причем ударное воздействие на буртик 6 только увеличивает плотность его контакта со стержнем 4.

Плавные переходы профиля, большой шаг винтовой линии снижают опасность, связанную с появлением концентратов напряжений на стержне 4.

Развитая прямолинейная часть профиля образует большую контактную поверхность.

Совокупность перечисленных особенностей делает представленный вариант исполнения съемного буртика-наковальни приспособленными для передачи интенсивных ударных воздействий от ударника на рабочий инструмент.

На фиг.4 представлен вариант исполнения устройства по п. 1, где съемный буртик-наковальня 6 размещен на передней части стержня 4, а несъемный буртик-наковальня 5 на задней. Такое исполнение позволяет выполнить рабочий инструмент из двух частей. Это может быть удобным в технологическом отношении, если общая длина инструмента оказывается большой и оборудование не позволяет вести обработку длинной детали.

Предлагаемое устройство и проведены варианты его использования обеспечивают решение задачи повышения технологической эффективности ударных машин с клиновым рабочим инструментом за счет создания возможности их реверсирования с интенсивным ударным воздействием непосредственно на инструмент.

Изобретение относится к горной и строительной технике, может применятся для шпуроклиновой отбойки горной породы, для раздвижки при разработке завалов и т.п. Устройство содержит цилиндр, кольцевой ударник, рабочий инструмент и систему управления потоками текучего рабочего тела. Хвостовая часть рабочего инструмента выполнена в виде стержня, проходящего через отверстие кольцевого ударника и снабжена передним и задним буртиками-наковальнями, приспособленными для передачи ударного воздействия на рабочий инструмент. Один из этих буртиков выполнен съемным со стержня. Такое исполнение устройства обеспечивает возможность передачи интенсивных ударов непосредственно на рабочий инструмент при реверсе. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ударное устройство, включающее рабочий инструмент с хвостовой частью в виде стержня со ступенчатым буртиком-наковальней, охватываемого кольцевым ударником, размещенным в цилиндре с окнами для впуска и выпуска текучего рабочего тела, систему переключения потоков рабочего тела, отличающееся тем, что хвостовая часть рабочего инструмента снабжена вторым ступенчатым буртиком-наковальней, приспособленным для передачи удара от ударника на рабочий инструмент и размещенным по отношению к первому буртику-наковальне по другую сторону ударника, причем один из двух буртиков выполнен съемным со стержня, а цилиндр зажат между ступенями этих буртиков с натягом через упругодемпфирующую шайбу. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что съемный буртик-наковальня выполнен в виде втулки с самотормозящим внутренним конусом, насаженной со стороны ударника на разрезную втулку с ответным наружным конусом, навинченную на конец стержня по закладной спирали круглого сечения. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что съемный буртик-наковальня выполнен в виде втулки, закрепленной на стержне посредством круглоупорной резьбы, имеющей угол наклона прямолинейной части профиля, отсчитываемый от оси в сторону ударника, не превышающий половины угла трения.