МОЛОТ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ НЕГАБАРИТОВ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1997 года по МПК E21C37/14 B25D9/04 

Изобретение относится к машинам ударного действия. Молот может применяться для разрушения, дробления, уплотнения различных материалов в горной, строительно-дорожной и металлургической отраслях промышленности. Установка его может быть осуществлена на гидравлический одноковшовый экскаватор, погрузчик и другие, имеющие гидравлическую систему управления машины.

Механизмы ударного действия широко представлены в выше перечисленных отраслях промышленности.

Например,
1. "Рабочее оборудование экскаватора" (а.с. СССР N990976). Состоит из специальной рукояти, системы рычагов, связывающих ее с инструментом для рыхления, и двух силовых цилиндров. Клин ударяет по поверхности, а затем гидроцилиндрами заглубляется и рыхлит породу. Общие детали с заявляемым решением: клин, гидроцилиндр, рукоять. Отличие от заявляемого технического решения: усилия рыхления воспринимаются базовым экскаватором, малая эффективность на особо прочных породах и грунтах.

2. "Ударное устройство" (B 25 D 9/04, Международная заявка РСТ N 88/04598 от 88.06.30, N 14). Боек ударяет по рабочему инструменту и под воздействием пружины возвращается в верхнее положение, получает импульс от пневмоцилиндра. Общие детали: инструмент, пружина, базовая машина. Недостатки: невозможность изменения ударной массы, малая площадь разрушения, сложность пневмотической системы управления.

3. "Бетонолом" (В 25 D 17/11, 13/00, В 25 D 9/26, заявка N 2581337 от 85.14.07, N 45, Франция). Содержит орган управления, перемещаемый в осевом направлении по отношению к ударному узлу против действия упругого устройства при помощи рукояток управления. Орган управления в конце приводит в действие ударный узел, работающий от источника энергии. Общие узлы и детали: упругое звено (пружина), ударный узел. Механизм использует энергию сжатой пружины и дополнительный силовой импульс от источника энергии с целью сообщения необходимой бойку скорости разрушения. Недостатки: большие затраты энергии на создание импульса ударного разрушения, сложность узлов.

4. "Устройство ударного действия" (В 25 D 9/04, E 21 C 37/22, заявка N 2609661 от 88.07.22, 129, Франция).

5. "Машина ударного действия с электроприводом" (В 25 D 11/00, патент США N 4601351 от 86.07.23).

6. "Гидравлическое ударное устройство" (В 25 D 9/14, заявка N 3505732 от 86.09.28. N 35, ФРГ).

Все перечисленные патенты имеют общий с заявляемым устройством ударный характер действия. Недостаток в том, что их силовые устройства создают большие скорости ударной массе, имеющей малые перемещения, на что тратиться большая часть энергии базовой машины, и из-за упора молота на инструмент создается передача реактивных сил на подвеску во время удара.

Известна конструкция гидропружинного молота ГМ-150-1 (И.В. Родионов. Исследования машин для разрушения мерзлых грунтов и горных пород, Западно-Сибирское книжное издательство, г. Новосибирск, 1976 г. стр. 25-30), принятая за прототип. Она имеет ствол, на нижнем конце которого располагается крышка с отверстием, в котором установлен инструмент в виде клина, удерживающийся в нем с помощью ограничителя и резинового амортизатора, сверху ствола располагается гидропривод, состоящий из поршневого гидродвигателя двойного действия, золотникового гидрораспределителя с двумя трубопроводами нагнетания и слива, соединяющими привод молота с гидросистемой базовой машины, и механизма переключения золотника, состоящего из двух захватывающих рычагов, которые свободно могут поворачиваться вокруг своих осей пластинчатыми пружинами. Этот механизм размещен на ползуне, шарнирно соединенном с хвостовиком штока поршня гидродвигателя и внесен вовнутрь ствола молота. Внутри ствола также размещены боек, аккумулирующие энергию пружины, гильза с прорезями для направления захватывающих рычагов. Второй конец штока поршня выведен вверх, наружу и служит опорой коромысловому механизму переключения золотника.

Такая конструкция компактна, позволяет работать в автоматическом режиме разрушения, проста в изготовлении, особенно хорошо отработан механизм сцепления и разъединения бойка с приводом, но вместе с тем не лишена следующих недостатков.

1. Из-за того, что клин жестко связан со стволом в момент удара, он передает через ствол реактивные силы и вибрации на подвеску базовой машины, снижая надежность ее и молота. Уменьшает это вредное воздействие за счет массы базовой машины. Увеличение ударной массы молота при тех же параметрах аккумулятора энергии приводит к увеличению реактивных сил и требует перехода к базовой машине повышенной группы с большей массой. Ликвидировать указанный недостаток можно только тем, чтобы при ударе двигался только инструмент с бойком, а ствол был неподвижен. Сделать это в конструкции прототипа не представляется возможным из-за того, что гидропереключатель реверсирует движение бойка только в крайних точках его хода. Для реализации схемы "подвижный боек с клином при неподвижном стволе" необходимо, чтобы переключатель мог реверсировать движение бойка в любой точке его траектории движения (в зависимости от продвижения в разрушаемый материал).

2. Конструкция недостаточно полно реализует энергетические возможности базовой машины, ее гидросистемы из-за того, что тяговое усилие гидродвигателя молота расходуется в основном (96-98%) на преодоление усилий сжатия пружин (из-за параллельной схемы их установки и большой жесткости) и незначительно (2-4%) на подъем ударной массы бойка. Кроме этого, при передаче энергии разрушаемому объекту от движущегося бойка через неподвижный клин теряется до 30% развиваемой энергии, т.е. коэффициент передачи энергии низкий. Эти недостатки присущи также и аналоговым конструкциям молотов с гидравлическими или пневмогидравлическими аккумуляторами энергии.

3. В случае установки клина не перпендикулярно поверхности разрушения или в момент откола куска породы следующий удар (т.н. "косой удар") приходится по такой же поверхности, вызывает поперечные составляющие реактивных нагрузок, воздействующих на ствол и подвеску.

4. Консольные наружные концы захватывающих рычагов движутся в пазах гильзы, выполняя этим, кроме опорной функции при размыкании бойка, и функцию центрирования и направления ползуна при его возвратно-поступательном движении. Такая конструкция ограничивает площадь контакта рычагов при силовом размыкании, т. к. гильза цилиндрической формы имеет небольшую толщину и широкий паз в ней сделать невозможно. А ширина рычага определяется размером этого паза, влияет на удельные нагрузки в местах контакта по торцу гильзы.

Обобщая недостатки конструкций аналогов и прототипа, мы хотели бы несколько подробнее раскрыть их главный недостаток и сформулировать задачу, которую ставим в своей заявке. Недостаточно полная реализация энергетических возможностей особенно хорошо просматривается в прототипе с пружинным аккумулятором энергии. Энергия такого аккумулятора зависит от двух сомножителей жесткости пружины (отношение силы сжатия пружины к величине ее деформации) и деформации пружины в квадратичной зависимости. При большей жесткости пружин (параллельная установка) требуется увеличить (линейно) силу сжатия, т.е. тяговое усилие гидродвигателя молота. Гораздо выгоднее увеличивать величину деформации, уменьшая силу сжатия пружин (пример расчета дан в сравнении нашей конструкции с прототипом в расчете экономической эффективности). Обобщая чертеж конструкций аналогов и прототипа разгон малой ударной массы на небольшой постоянной длине. Чтобы разогнать эту массу на малой длине требуются скорости, значительно превышающие необходимую рабочую скорость инструмента при ударе по объекту обработки. Резерв повышения эффективности конструкций аналогов и прототипа только в повышении скорости и частоты бойка. Т.о. значительная часть энергии аккумуляторов уходит на паразитические трансформации скоростей, усилий. Можно сразу всю энергию аккумулятора передавать рабочему инструменту, сообщая ему необходимую скорость встречи с объектом обработки, при этом тяговое усилие гидродвигателя использовать на подъем значительно большей ударной массы.

Увеличение значения ударной массы в аналогах и прототипе не предоставляется возможным из-за размещения ее внутри привода, а жесткая связь инструмента с корпусом гидромолота вызывает потери энергии на его перемещение совместно с гидромолотом и стрелой экскаватора с одной стороны и передачу реактивных сил, возникающих при ударе по объекту обработки через систему связки инструмент-гидромолот-экскаватор на узлы и детали последнего. Ликвидация перечисленных паразитических потерь энергии в гидромолоте, составляющих основную задачу предлагаемой нами конструкции, позволяет в несколько раз увеличить кинетическую энергию, развиваемую инструментом в момент встречи с объектом обработки при той же энергии, развиваемой гидросистемой базовой машины, увеличить надежность всей системы.

Целью изобретения является повышение надежности гидромолота и базовой машины за счет ликвидации воздействия реактивных и вибрационных сил, возникающих в момент удара путем реверсирования хода бойка в любой точке траектории его движения, а так же улучшение реализации энергетических возможностей гидросистемы базовой машины за счет снижения жесткости аккумулирующих энергию пружин и увеличения величины их деформации, наращивания ударной массы бойка и жесткого соединения с ними инструмента, а также за счет того, что шток поршня гидродвигателя установлен посредством шаровой опоры в верхней крышке ствола, а корпус гидропривода жестко соединен с ползуном и снабжен направляющими кольцами, подвижно установленными в гильзе, жестко соединенной с верхней крышкой ствола, а механизм переключения выполнен в виде двух секционных золотников, соединенных планкой, подпружиненной относительно внутреннего торца ползуна через подвижно в ней установленную чашку. С целью улучшения надежности работы механизма переключения золотников в моменты перемены давления в полостях гидродвигателя в торце ползуна свободно установлен плунжер.

Целью изобретения также является уменьшение реактивных поперечных сил, возникающих в момент разрушения негабарита за счет автоматического центрирования бойка относительно вертикальной оси молота, посредством того, что нижний корпус снабжен внутренней обечайкой, состоящей из нескольких продольных секций, каждая из которых подпружинена относительно нижнего корпуса и снабжена механизмом регулировки зазора между ней и бойком.

Целью изобретения также является уменьшение износа захватывающих рычагов за счет увеличения их ширины посредством того, что наружная поверхность их выполнена криволинейной в виде окружности диаметром на 3-5 мм больше наружного диаметра гильзы, а упором для рычагов является торцевая поверхность гильзы.

На фиг.1 изображен общий вид базовой машины с установленными на ней молотом в транспортном положении; на фиг.2 общий вид молота в момент максимального подъема бойка перед началом удара; на фиг.3 то же, но в момент его низшего положения; на фиг.4 опора штока; на фиг.5 шток поршневого двигателя с шаровой опорой и колпаком; на фиг.6 узел крепления внутренней обечайки нижнего корпуса; на фиг.7, 8 приведена гидравлическая схема привода молота в моменты его опускания и подъема; на фиг.9 механизм переключения привода в момент перед захватом бойка; на фиг.10 то же, но в момент начала расцепления бойка.

Устройство состоит из базовой машины 1 с гидравлической системой управления 2, молота 3, соединенного с нею пальцами 4 базовой машины к кронштейну 5, приваренному жестко к стволу 6 с верхней крышкой 7, а снизу ствол соединен с нижним корпусом 8 с опорной крышкой 9, имеющей отверстие для клина 10. Внутри молота установлен гидропривод 11, состоящий из поршневого гидродвигателя 12, золотникового гидрораспределителя 13, механизма переключения 14, трубы 15 для подвода масла под давлением и трубы 16 для его слива, соединенных с гидросистемой базовой машины, с торцевой частью гидропривода жестко соединен ползун 17, несущий два захватывающих рычага 18, выставленных на осях 19 и имеющих возможность поворачиваться вокруг них под действием пластинчатых пружин 20.

Внутри молота также имеется гильза 21, боек 22 с хвостовиком 23, имеющим кольцевой упор для рычагов 18 в верхнем торце и жестко соединенный с клином в нижнем торце и аккумулирующие энергию кольцевые пружины 24. Шток 25 поршневого гидродвигателя установлен на крышке 7 с помощью шаровой опоры 26, фиксирующейся колпаком 27, а корпус гидропривода с помощью колец 28 подвижно установлен внутри гильзы 21, которая верхним торцем жестко соединена с крышкой 7. Нижний торец гильзы 21 является упорным для захватывающих рычагов 18 в момент расцепления бойка с приводом.

Золотниковый гидрораспределитель 13 имеет два золотника 29, подвижно установленных в гидроприводе 11, имеющем шесть кольцевых проточек: средняя левая 30 соединена с нагнетательной трубой 15, средняя правая соединена со сливной трубой 16, левая нижняя проточка 32 соединена с поршневой полостью гидродвигателя 12, а левая верхняя 33 проточка со штоковой полостью гидродвигателя 12, правая верхняя проточка 34 соединена с поршневой, а правая нижняя проточка 35 со штоковой полостью гидродвигателя 12. Выступающие наружу концы золотников жестко соединены планкой 36, внутри которой подвижно установлена чашка 37 с пружиной 38, фиксирующаяся гайкой 39. В центре ползуна 17 свободно установлен плунжер 40, торец которого упирается в дно чашки. С помощью пружины 38 золотники 29 постоянно находятся в крайнем нижнем положении, когда механизм переключения привода расцеплен с бойком. Внутри нижнего корпуса 8 размещена внутренняя обечайка, состоящая из отдельных секций 41, разделенных по вертикальным плоскостям друг от друга и установленных на двух опорах 42, подвижно подпружиненных пружинами 43 относительно нижнего корпуса и фиксирующихся гайками 44.

Работает предложенное устройство следующим образом. Базовая машина подъезжает к объекту разрушения и с помощью гидросистемы управления 2 машинист устанавливает молот на нем на опорную крышку 9 и поджимает его гидравлической системой управления 2. При этом выступающий клин 10 "утапливается" вовнутрь нижнего корпуса 8, а боек 22 сжимает аккумулирующие энергию пружины 24 на величину перемещения клина 10. Машинист включает в кабине базовой машины золотник, с которым соединены питающие молот трубы 15, 16. Молот начинает работу в автоматическом режиме до полного разрушения негабарита горной породы. Под давлением масла, поступающего в поршневую полость гидродвигателя 12 корпус гидропривода 11 начинает движение вниз внутри гильзы 21 до тех пор, пока захватывающие рычаги 18, коснувшись хвостовика 23 и повернувшись относительно осей 19 и отжав пластинчатые пружины 20 за счет осевого движения, не войдут в кольцевую проточку хвостовика 23, одновременно с этим торец хвостовика утапливает вначале чашку 37, затем планку 36 до упора с внутренним торцом ползуна 17 и сжимая пружину 38. Из-за этого движения золотники 29 перемещаются в крайнее верхнее положение.

После этого кольцевые проточки 33 и 34 открываются, а кольцевые проточки 32 и 35 закрываются. Масло под давлением из трубы 15 через кольцевые проточки 30 и 33 начинает поступать в штоковую полость гидродвигателя 17, а через проточки 31 и 34 в сливную трубу 16. После этого начинается движение гидропривода 11 в вверх совместно с захваченным бойком 22. В момент начала подъема бойка может измениться местоположение его торца относительно соединительной планки 36: он немного опустится за счет силы тяжести, неточности изготовления рычагов, их износа и головки бойка, пластических деформаций и т.п. причинам. Как только появится зазор, пружина 38 сразу разжимается и выталкивает чашку 37 до ее упора в торец хвостовика 23 бойка 22. Ход "К" чашки 37 относительно планки 36 сделан с учетом возможных выше перечисленных изменений в период эксплуатации молота. Т.о. эти переходные перемещения не влияют на положение золотников 29, т.к. планка 36, их соединяющая, в этот период неподвижна, т.е. ее перемещение равно нулю X 0 (фиг.9, 10). Поднимаясь, боек 22 плавно сжимает аккумулирующие энергию пружины 24. Привод 11 с ползуном 17, в котором на оси 19 установлены шарнирно захватывающие рычаги 18, и с ударной массой (боек и клин) поднимается вверх и движется до встречи с нижним торцем гильзы 21. При контакте с ним рычагов 18 начинается разъединение ударной массы от привода. Упертые концы рычагов 18 поворачивают их за счет усилия подъема относительно осей 19 и противоположные концы рычагов выходят из зацепления кольцевых проточек хвостовика 28. Ударная масса под действием собственного веса и энергии сжатия пружин 24 начинает с ускорением движение вниз до встречи с поверхностью разрушаемого объекта, под действием пружины 38 чашка 37 и планка 36 с жестко соединенными золотниками 29 отжимается вниз, и происходит переключение полостей в первоначальное положение. Для более надежного выполнения этой операции предусмотрен плунжер 40.

В процессе эксплуатации неточности изготовления деталей переключателя при прохождении золотниками впускных проточек 30 и 31 могут создать равновесие давлений в штоковой и поршневой полостях, при котором усилия пружины окажется недостаточным. Поэтому и предусмотрен плунжер 40, на который в момент появления давления в поршневой полости начинает действовать усилие, пропорциональное произведению появившегося давления и площади его сечения, которое усиливает действие пружины 38 автоматически. Далее процесс повторяется до тех пор, пока клин 10 полностью не заглубится в разрушаемый объект. В этом положении автоматически происходит остановка молота, т.к. расстояние до кольцевых проточек хвостовика 22 в этом положении сделано на 20-30 мм больше максимального хода гидропривода (см. фиг. 3). Это необходимо также и для того, чтобы при случайной подаче масла в молот, находящийся в транспортном положении, не произошел удар по нижней крышке. Обычно негабарит раскалывается при заглублении клина на небольшую глубину, значительно меньшую его полного вылета.

В момент скола вновь образованная поверхность соприкосновения негабарита с клином будет находится под углом более 90 градусов. Поэтому при ударе в такую поверхность появится боковая поперечная составляющая реакция, которая через ударную массу и секции обечайки 39 сожмет пружины 41, которые значительно уменьшают реакцию на нижний корпус 8 и, возвращаясь в первоначальное положение, выведут (в зависимости от угла скола) ось бойка в вертикальное первоначальное положение, при котором возможен захват ударной массы. Если же угол скола слишком большой и пружины не возвращают боек в первоначальное положение, то захвата его не произойдет. Это служит сигналом машинисту для перестановки молота на новое место.

Изобретение относится к машинам ударного действия. Молот может применяться для разрушения, дробления, уплотнения различных материалов в горной, строительно-дорожной и металлургических отраслях. Устройство состоит из ствола, нижнего корпуса гидропривода, аккумулирующих энергию пружин и ударной массы в виде бойка с клином. Основной особенностью является гидропривод, позволяющий производить сцепление его с ударной массой в любой точке траектории его подъема, что позволяет увеличит деформацию пружин, уменьшить их жесткость и за счет этого увеличить ударную массу, а также производить установку молота на корпус, а не на клин при ударе. Эти особенности увеличивают энергию единичного удара, КПД его передачи, ликвидируют реактивное воздействие от удара на базовую машину. Другая особенность - увеличение ширины захватывающих рычагов и подвижная установка гидропривода на двух направляющих кольцах внутри гильзы, а также установка внутренней подпружиненной обечайки в корпусе позволили автоматически центрировать оси привода и бойка при ударе относительно вертикали, уменьшить поперечные реактивные составляющие от ударов в наклонную поверхность, улучшить надежность захватного устройства гидропривода. 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Молот для разрушения негабаритов горных пород, включающий ствол с верхней крышкой, нижний корпус с опорной крышкой, имеющей отверстие для клина, гидропривод, состоящий из поршневого гидродвигателя двойного действия, золотникового гидрораспределителя, механизма переключения, двух труб для подвода и слива масла, соединяющих гидропривод с гидросистемой базовой машины, ползун, несущий два захватывающих рычага, выставленных на осях и имеющих возможность поворачиваться вокруг них под действием пластинчатых пружин, гильзу, боек с хвостовиком, имеющим кольцевой упор для захватывающих рычагов, рабочий орган в виде конусного клина, пружин, аккумулирующих энергию при взводе бойка, отличающийся тем, что шток поршня гидродвигателя установлен посредством шаровой опоры в верхней крышке ствола, а корпус гидропривода жестко соединен с ползуном и снабжен направляющими кольцами, подвижно установленными в гильзе, жестко соединенной с верхней крышкой ствола, а механизм переключения выполнен в виде двухсекционных золотников, соединенных планкой, подпружиненной относительно внутреннего торца ползуна через подвижно в ней установленную чашку. 2. Молот по п.1, отличающийся тем, что в торце ползуна свободно установлен плунжер. 3. Молот по п.1, отличающийся тем, что нижний корпус снабжен внутренней обечайкой, состоящей из нескольких продольных секций, каждая из которых подпружинена относительно нижнего корпуса и снабжена механизмом регулировки зазора между ней и бойком. 4. Молот по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность захватывающих рычагов выполнена криволинейной в виде окружности диаметром на три пять миллиметров больше наружного диаметра гильзы, а упором для рычагов является торцевая поверхность гильзы.