ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1997 года по МПК E21B4/14 E21C3/24 

Предполагаемое изобретение относится к области горных машин, а конкретно к погружным пневматическим ударным механизмам для бурения скважин по породам средней и высокой крепости и может найти применение в строительстве.

Известен пневматический молоток, описанный в [1] Он имеет камеру холостого хода, постоянно соединенную с питающей магистралью. В молотке осуществляется выхлоп только из камеры рабочего хода. Холостой ход на всем своем протяжении, осуществляемый сжатым воздухом сетевого давления, обеспечивает значительный ход ударника и позволяет иметь экономичный рабочий цикл за счет отсутствия в такой системе опорожняемых паразитных объемов в камере холостого хода. Однако при рабочем ходе такая камера холостого хода требует значительной энергии для преодоления ее сопротивления. В этой конструкции площадь ударника, работающая на прямой ход не велика, и в случае использования данной схемы для погружных пневмоударников эта площадь будет еще более ограничена из-за располагаемых в корпусе каналов питающей магистрали, подводимой к камере холостого хода, что не позволяет получить большую ударную мощность.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является многокамерный погружной пневматический ударный механизм, описанный в [2] Это пневмоударник, имеющий корпус, гильзу, ударник с шейками, охваченными разрезными втулками, коронку, установленную в гнезде корпуса. Он имеет торцевые и кольцевые камеры холостого и рабочего хода, за счет чего созданы значительные площади рабочего и холостого хода ударника, основы повышения мощности в этой машине. Площадь, работающая на холостом ходу ударника, велика и равна площади, работающей на рабочем ходу, что позволяет обеспечить интенсивное движение ударника на холостом ходу, уменьшить время холостого хода, что положительно влияет на мощность. Однако в этом случае, для избежания большого сопротивления со стороны камер холостого хода на рабочем ходу, время впуска в эти камеры перед ударом должно быть строго лимитировано и должны быть необходимые первоначальные объемы. Объем подводящих каналов в камеры холостого хода в этой конструкции также входит в начальные объемы. Все это предопределяет достаточно большой расход воздуха для осуществления холостого хода, уменьшает экономичность. Большое количество камер холостого хода, требующих достаточной замкнутости, вызывает необходимость иметь у деталей пневмоударника большого количества посадочных поверхностей, что усложняет конструкцию.

Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении, заключается в повышении экономичности и упрощении конструкции. Поставленная задача решается тем, что в гильзе выполнен канал, постоянно соединяющий кольцевую камеру холостого хода с питающим каналом, а окно в гильзе, посредством которого сообщаются торцевая и кольцевая камеры рабочего хода выполнено с возможностью периодического сообщения между собой указанных камер с кольцевой камерой холостого хода последнего, при этом в стенке корпуса выполнена кольцевая расточка с возможностью периодического размещения в ней отсечной кромки головки ударника и сообщения между собой кольцевой камеры рабочего зонда с полостью между ударником и коронкой, причем каналы в коронке выполнены открытыми в данную полость и постоянно соединяют ее с атмосферой.

В заявляемом пневмоударнике обратный ход осуществляется за счет сжатого воздуха, действующего со стороны кольцевой камеры обратного хода, постоянно связанной с питающей магистралью. Ударник имеет относительно небольшую рабочую площадь со стороны этой камеры, но за счет постоянно действующего магистрального давления возможно осуществление большого заброса ударника, обеспечивающий большой ход при рабочем ходе, определяющим высокую энергию единичного удара. Выхлопа в атмосферу из этой камеры не производится, а производится впуск в камеры рабочего хода в конце холостого хода.

Такая система позволяет экономить сжатый воздух за счет отсутствия паразитных объемов в камере холостого хода, на всем его протяжении необходимо преодолевать сопротивление со стороны кольцевой камеры холостого хода и рабочие камеры неизбежно имеют и начальные объемы, такие как объемы каналов, объем пневматической подушки, но в целом в пневмоударнике они уменьшены, так как число камер, в которых они располагаются, уменьшено. И в итоге, количество воздуха, затрачиваемое на осуществление обратного хода ударника, будет меньше, чем с использованием камер обратного хода с выхлопом в атмосферу. Для преодоления сопротивления при рабочем ходе большое значение имеет величина рабочей площади ударника. Использование разрезной втулки позволяет иметь рабочую площадь на рабочем ходу больше, чем площадь поперечного сечения полости корпуса, что позволяет легко преодолевать сопротивление со стороны кольцевой камеры холостого хода, имеющей небольшую рабочую площадь и обеспечить высокие энергетические параметры пневмоударника. Полость, образованная между коронкой и ударником, не требует герметизации. Это упрощает конструкцию деталей пневмоударника.

Система выхлопа через эту полость позволяет получить большое сечение выхлопной магистрали, обеспечить большую прямоточность, что улучшает опорожнение рабочих камер, уменьшая сопротивление движению ударника на холостом ходу.

На чертеже изображен продольный разрез погружного пневматического ударного механизма.

Механизм содержим корпус 1, ударник2, имеющий головку 3 с отсечной кромкой 4 и хвостовик 5 с отсечной кромкой 6. Головка 3 и хвостовик 5 соединены шейкой 7. В корпусе 1 размещается гильза 8, охватывающая хвостовик 5 и образующая с его торца торцевую камеру рабочего хода 9. Внутри гильзы 8 устанавливается разрезная втулка 10, охватывающая шейку 7 ударника 2 и, образующая между ней и хвостовиком 5 кольцевую камеру холостого хода 11, а между ней и головкой 3 кольцевую камеру рабочего хода 12. Полукольца разрезной втулки 10 фиксируются сторонами 13. Камеры 9 и 12 соединяются размещенным в гильзе 8 каналом 14, имеющим окно 15, выполненное с возможностью взаимодействия с отсечной кромкой 6 хвостовика 5. Имеется питающий канал 16, а канал 17, размещенный в гильзе 8, соединяет этот канал 16 с кольцевой камерой холостого хода 11. В стенке корпуса 1 выполнена кольцевая расточка 18 с возможностью взаимодействия с отсечной кромкой 4 головки 3. В гнезде корпуса 1 подвижно установлена буровая коронка 19 с каналами 20. Коронка 19 образует между ней и ударником 2 полость 21. Каналы 20 коронки 19 постоянно открыты в полость 21.

Работает погружной пневматический ударный механизм следующим образом.

Из става штанг сжатый воздух подается в питающий канал 16, откуда через канала 17 в гильзе 8 поступает в кольцевую камеру холостого хода 11. Воздействуя на рабочую площадь ударника 2 со стороны этой камеры, сжатый воздух приводит в движение ударник 2. В кольцевой камере холостого хода 11 сжатый воздух воздействует и на разрезную втулку 10, охватывающую шейку 7 ударника 2. Однако она неподвижна, так как ее движению препятствуют стопоры 13. При движении ударника головка 3 с отсечной кромкой 4 отсекает кольцевую расточку 18 в стенке корпуса 1, изолируя кольцевую камеру рабочего хода 12 и связанную с ней торцевую камеру рабочего хода 9. В дальнейшем отсечная кромка 6 хвостовика 5 открывает окно 15, сообщая его с кольцевой камерой холостого хода 11. Из кольцевой камеры холостого хода 11, связанной с питающим каналом 16, сжатый воздух через окно 15, канал 14 поступает в торцевую камеру рабочего хода 9 и кольцевую камеру рабочего хода 12. Ввиду того, что рабочая площадь ударника со стороны камер рабочего хода за счет использования разрезной втулки 10 велика (она больше площади поперечного сечения полости корпуса 1 и значительно больше рабочей площади со стороны кольцевой камеры холостого хода 11) ударник 2 под действием сжатого воздуха, воздействующего на эти рабочие площади, резко тормозится и переводится на рабочий ход. При движении ударника 2 на рабочем ходу отсечная кромка 6 отсоединяет окно 15 от кольцевой камеры холостого хода 11, прекращая впуск в камеры рабочего хода 9 и 12. В дальнейшем движение ударника осуществляется за счет инерции и за счет расширения сжатого воздуха.

Значительная величина рабочей площади ударника 2 со стороны камер рабочего хода позволяет осуществлять торможение ударника при более позднем впуске сжатого воздуха, а это предопределяет, по бесклапанной схеме воздухораспределения, и более раннюю отсечку впуска при рабочем ходе, позволяет более полно использовать расширение сжатого воздуха, так же повышая экономичность. Увеличенная площадь позволяет легко преодолевать сопротивление со стороны находящейся под давлением кольцевой камеры холостого хода 11.

При дальнейшем движении ударника 2 отсечная кромка 4 головки 3 открывает кольцевую расточку 18, начинается выхлоп из кольцевой камеры рабочего хода 12 и из соединенной с ней торцевой камеры рабочего хода 9. При этом воздух выхлапывается по кольцевой расточке 18 в полость 21 и далее, через постоянно открытые каналы 20 коронки 19, на забой скважины. В конце хода ударник 2 наносит удар по хвостовику коронки 19. Цикл повторяется.

Из-за отсутствия выхлопа в атмосферу из кольцевой камеры холостого хода 11 удается избежать непроизводительного расхода воздуха, возникающего при опорожнении различных паразитных объемов, а за счет значительной площади ударника 2 на рабочем ходу обеспечиваются высокие энергетические параметры.

Возможность не герметизировать промежуточную полость 21 упрощает конструкцию механизма.

Использование: изобретение относится к области горных машин, а конкретно, к бесклапанным погружным пневматическим ударным механизмам закрытого типа, используемых для бурения скважин по породам средней и высокой крепости. Сущность изобретения: использование разрезной втулки, охватывающей шейку ударника, которые размещены в гильзе и совместно установлены в корпусе, позволяют образовать кольцевую и торцевую камеры рабочего хода, создающие увеличенную рабочую площадь ударника на рабочем ходу, которая больше площади поперечного сечения полости корпуса и является основой создания высоких энергетических параметров. При этом между рабочими камерами образуется камера холостого хода, соединенная каналом с питающим каналом и постоянно находящаяся под давлением, способная осуществить перемещение ударника при холостом ходе на значительную величину, предопределяя большой рабочий ход, увеличивая тем самым возможность расширения сжатого воздуха и возможность повышения энергии единичного удара. Выхлоп в атмосферу из камеры холостого хода не производится, что позволяет избежать непроизводительного расхода сжатого воздуха, возникающего при опорожнении паразитных объемов, всегда имеющихся в камерах. 1 ил.

Погружной пневматический ударный механизм, содержащий корпус, ударник, имеющий головку и хвостовик, соединенные шейкой и имеющие отсечные кромки, гильзу, охватывающую хвостовик и образующую с его торцом торцевую камеру рабочего хода, разрезную втулку, охватывающую шейку ударника с образованием соответственно между втулкой и хвостовиком, втулкой и головкой ударника кольцевых камер холостого и рабочего хода, последняя из которых посредством канала и окна в гильзе постоянно связана с торцевой камерой рабочего хода, питающий канал, буровую коронку с каналами, установленную в гнезде корпуса с образованием полости между коронкой и торцом ударника, отличающийся тем, что в гильзе выполнен канал, постоянно соединяющий кольцевую камеру холостого хода с питающим каналом, а окно в гильзе, посредством которого сообщаются торцевая и кольцевая камеры рабочего хода, выполнено с возможностью периодического сообщения между собой указанных камер с кольцевой камерой холостого хода при открытии окна кромкой хвостовика ударника в процессе холостого хода последнего, при этом в стенке корпуса выполнена кольцевая расточка с возможностью периодического размещения в ней отсечной кромки головки ударника и сообщения между собой кольцевой камеры рабочего хода с полостью между ударником и коронкой, причем каналы в коронке выполнены открытыми в данную полость и постоянно соединяют ее с атмосферой.