ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК Российский патент 1997 года по МПК E21C3/24 E21C3/26 

Изобретение относится к инструментам ударного действия, а именно к погружным пневмоударникам высокого давления.

Известен погружной пневмоударник, включающий корпус, закрепленные на его концах переходную втулку для соединения с колонной штанг, нижний переходник и буксу с рабочим инструментом, поршень-ударник, установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения и образованием камер рабочего и холостого хода, в котором выполнены газораспределительные отверстия, и газораспределительную трубку с радиальными отверстиями [1]
Недостатком такого устройства является наличие двух сопряженных силовых направляющих, предназначенных для перемещения поршня-ударника, внутренней поверхности корпуса и нижнего переходника.

Такое конструктивное решение уменьшает ресурс работы пневмоударника, а также повышает требования к точности его изготовления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является погружной пневмоударник, включающий корпус, закрепленные на его концах переходную втулку для соединения с колонной штанг и составной переходник для соединения с буровой коронкой, на части меньшего диаметра которого выполнены радиальные отверстия и продольные пазы, ступенчатый полый поршень-ударник с меньшим со стороны ударного торца диаметром и радиальными газораспределительными отверстиями и размещенным в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения и образованием камеры рабочего хода и камеры холостого хода, сообщенной с продольными пазами переходником, и закрепленную в переходной втулке газораспределительную трубку, имеющую радиальные отверстия и кольцевые проточки [2]
Недостатками такой конструкции пневмоударника является заниженная частота ударов для обеспечения эффективного бурения, связанная с ограничением максимально допустимого давления рабочей смеси.

Задачами, решаемыми предлагаемым изобретением, являются:
повышение рабочего давления воздушной смеси с 6 до 24 атмосфер;
повышение ударной мощности с 3 до 15 кВт;
увеличение ресурса работы.

Технические результаты, поставленные задачами, достигаются созданием погружного пневмоударника, включающего корпус, закрепленные на его концах переходную втулку для соединения с колонной штанг и составной переходник для соединения с буровой коронкой, на части меньшего диаметра которого выполнены радиальные отверстия и продольные пазы, ступенчатый полый поршень-ударник с меньшим со стороны ударного торца диаметром и радиальными газораспределительными отверстиями и размещенным в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения и образования камеры рабочего хода и камеры холостого хода, сообщенной с продольными пазами переходника, и закрепленную в переходной втулке газораспределительную трубку, имеющую радиальные отверстия и кольцевые проточки, в котором, согласно изобретению, ступень большего диаметра поршня-ударника установлена с зазором и на ее наружной поверхности выполнено уплотнение, а длина ступени поршня-ударника меньшего диаметра, непосредственно находящаяся в переходнике, выбрана из соотношения:

l длина ступени меньшего диаметра поршня-ударника, непосредственно находящаяся в переходнике;
h рабочий ход поршня-ударника;
ΔD зазор между ступенью большего диаметра поршня-ударника и корпусом;
Δd зазор между ступенью меньшего диаметра поршня-ударника и переходником.

Причем на наружной поверхности части меньшего диаметра переходника дополнительно выполнена сопрягаемая с продольными пазами и радиальными отверстиями кольцевая проточка, а кольцевые проточки в газораспределительной трубке выполнены по краям радиальных отверстий и сопряжены с ними.

Такое конструктивное решение позволяет повысить мощность (без изменения энергии удара), надежность, увеличить ресурс работы погружного пневмоударника при снижении требований к его изготовлению, так как снятие силовой нагрузки со ступени большего диаметра поршня-ударника уменьшает интенсивность его износа, а, следовательно, не приводит к увеличению зазора между корпусом и ступенью большего диаметра поршня-ударника, а это ведет к сохранению минимального размера канала утечки между камерами холостого и рабочего хода и, следовательно, поддерживает частоту и энергию ударов пневмоударника на расчетном уровне.

Увеличение длины части меньшего диаметра переходника ведет к неоправданному уменьшению объема камеры холостого хода, что снижает энергетические характеристики пневмоударника.

Выполнение дополнительной кольцевой проточки на наружной поверхности переходника позволяет сохранить оптимальный объем камеры холостого хода и уменьшить ее влияние на характеристики пневмоударника.

Увеличение ударной мощности с повышением рабочего давления сопровождается ростом частоты ударов, а значит, и интенсификацией процессов зарядки и разрядки рабочих камер пневмоударника. Наличие кольцевых проточек, сопряженных с отверстиями в газораспределительной трубке и поршне- ударнике, позволяет с большой скоростью начинать и завершать процессы зарядки и разрядки рабочих камер.

Указанные выше задачи и преимущество настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания конструкции и прилагаемых чертежей, где на фиг. 1 показана схема погружного пневмоударника, а на фиг. 2 увеличенное изображение проточек газораспределительной трубки.

Погружной пневмоударник содержит корпус 1, установленный в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения ступенчатый полый поршень-ударник, ступень 2 большего диаметра которого установлена в корпусе с зазором и на ее наружной поверхности выполнено лабиринтное уплотнение 3, составной переходник 4, в котором непосредственно установлена ступень 5 меньшего диаметра поршня-ударника, переходную втулку 6 и закрепленную в ней газораспределительную трубку 7. На наружной поверхности части меньшего диаметра переходника 4 выполнены продольные пазы 8, радиальные отверстия 9 и дополнительная кольцевая проточка 10. В ступени 2 большого диаметра поршня-ударника выполнены газораспределительные радиальные отверстия 11, 12.

Поршень-ударник установлен в корпусе 1 с образованием камер рабочего 13 и холостого 14 хода, а в газораспределительной трубке, имеющей радиальные отверстия 15, по краям которых выполнены сопряженные с ними кольцевые проточки 16, 17, обеспечивающие более резкое открытие и закрытие камер 13 и 14.

Длина ступени 5 меньшего диаметра поршня-ударника, непосредственно находящаяся в переходнике 4, выбрана из соотношения:

l длина ступени меньшего диаметра поршня-ударника, непосредственно находящаяся в переходнике;
h рабочий ход поршня-ударника;
ΔD зазор между ступенью большего диаметра поршня-ударника и корпусом;
Δd зазор между ступенью меньшего диаметра поршня-ударника и переходником.

Формула получена из условия обеспечения гарантированного зазора между ступенью 2 поршня-ударника большого диаметра и корпусом 1.

Экспериментально доказано, что чем больше длина ступени меньшего диаметра поршня-ударника, непосредственно находящегося в переходнике, тем выше надежность и характеристики всей конструкции.

Если выполнить ΔD/Δd 2 то при h 40 мм l > 80 мм.

Экспериментально получено l 140 мм.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Газообразную рабочую смесь под давлением через радиальное отверстие 15 газораспределительной трубки 7 и газораспределительные радиальные отверстия 11 поршня-ударника подают в камеру холостого хода 14, под действием давления этой смеси поршень-ударник перемещается в сторону от рабочего инструмента 18 (буровая коронка). При этом камера рабочего хода 13 соединена с атмосферой через газораспределительное радиальное отверстие 12 и центральное отверстие 19 в буровой коронке. При перемещении поршня-ударника до положения, при котором камера холостого хода 14 соединится с атмосферой через радиальное отверстие 9 в переходнике и центральное отверстие 19 в поршне-ударнике, в камеру рабочего хода 13 по газораспределительной трубке 7 попадает рабочая смесь, и под ее давлением поршень-ударник ускоренно перемещается в сторону рабочего инструмента и наносит по нему удар.

После удара цикл работы погружного пневмоударника повторяется.

Использование: горная промышленность. Сущность изобретения: погружной пневмоударник содержит корпус, установленный в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения ступенчатый полый поршень-ударник, ступень большего диаметра которого установлена в корпусе с зазором, и на ее наружной поверхности выполнено уплотнение, составной переходник, в котором установлена ступень меньшего диаметра поршня-ударника, переходную втулку и закрепленную в ней газораспределительную трубку. На наружной поверхности части меньшего диаметра переходника выполнены продольные пазы, радиальные отверстия и дополнительная кольцевая проточка. В ступени большего диаметра поршня-ударника выполнены газораспределительные радиальные отверстия. В газораспределительной трубке, имеющей радиальные отверстия, по краям выполнены сопряженные с ними кольцевые проточки. 2 ил.

Погружной пневмоударник, включающий корпус, закрепленные на его концах переходную втулку для соединения с колонной штанг и составной переходник для соединения с буровой коронкой, на части меньшего диаметра которого выполнены радиальные отверстия и продольные пазы, ступенчатый полый поршень-ударник с меньшим со стороны ударного торца диаметром и радиальными газораспределительными отверстиями и размещенным в корпусе с возможностью возвратно-поступательного движения и образования камеры рабочего хода и камеры холостого хода, сообщенной с продольными пазами переходника, и закрепленную в переходной втулке газораспределительную трубку, имеющую радиальные отверстия и кольцевые проточки, отличающийся тем, что ступень большего диаметра поршня-ударника установлена в корпусе с зазором и на ее наружной поверхности выполнено уплотнение, а длина ступени поршня-ударника меньшего диаметра, непосредственно находящаяся в переходнике, выбрана из соотношения

где l длина ступени меньшего диаметра поршня-ударника, непосредственно находящаяся в переходнике;
h рабочий ход поршня-ударника;
ΔD - зазор между ступенью большего диаметра поршня-ударника и корпусом;
Δd - зазор между ступенью меньшего диаметра поршня-ударника и переходником,
причем на наружной поверхности части меньшего диаметра переходника дополнительно выполнена сопрягаемая с продольными пазами и радиальными отверстиями кольцевая проточка, а кольцевые проточки в газораспределительной трубке выполнены по краям радиальных отверстий и сопряжены с ними.