УДАРНО-ПОВОРОТНЫЙ МЕХАНИЗМ Российский патент 1997 года по МПК E21C1/12 E21C3/08 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству и может быть использовано в ручных бурильных молотках.

Известен ударно-поворотный механизм для бурильных машин (авт.св. N 619637), содержащий корпус и расположенный в нем стержень со штырем, установленным перпендикулярно его оси, взаимодействующим с продольными пазами торцевого кулачка, криволинейные поверхности которого взаимодействуют с роликами шпинделя, воспринимающего удар со стороны кулачка. При этом энергия удара накапливается пружиной, усилие которой передается как кулачку, так и на корпус в направлении рукоятки машины ударно-поворотного действия.

Недостатками этого устройства являются давление пружины на корпус в сторону рукоятки перфоратора, влияние отскока после удара, передаваемого в том же направлении и необходимость нажатия на рукоятку в течение всего цикла работы механизма с усилием, превосходящим усилие пружины.

Кроме того известен ударно-поворотный механизм (авт.св. N 1661398), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, содержащий корпус и расположенный в нем стержень со штырем, установленным перпендикулярно его оси, взаимодействующий с продольными пазами торцевого кулачка, а криволинейные поверхности кулачка взаимодействуют с роликами промежуточного звена, воспринимающего удар со стороны одного из двух ползунов и передающего удар ведомому звену шпинделю инструмента. При этом энергия удара накапливается пружинами двух толкателей, расположенных перпендикулярно оси ударно-поворотного механизма, соединенных через шатуны-рычаги с двумя ползунами взаимно противоположного перемещения для снижения вибрационного воздействия на рукоятку ударно-поворотного устройства.

Однако недостатком указанного устройства является неполное исключение влияния отскока после удара, передаваемое по цепи звеньев от шпинделя через промежуточное звено, ползун и рычаги толкателя, а от них на корпус без компенсирующего ударного импульса в противоположном направлении. При этом удар при отскоке вызывает виброперемещения корпуса, передаваемые на рукоятку перфоратора.

Изобретение направлено на снижение виброактивности ударно-поворотного механизма от снижения виброперемещений его корпуса при помощи компенсирующего ударного импульса в направлении, противоположном отдаче после удара.

Это достигается тем, что ударно-поворотный механизм, содержащий корпус, стержень, кулачок, два подпружиненных толкателя, расположенных перпендикулярно оси механизма, два ползуна и соединенные с ними под углом рычаги, а также шпиндель инструмента снабжен подвижной полумуфтой, дополнительными рычагами и подпружиненными толкателями, расположенными параллельно первым указанным толкателям, а дополнительные рычаги установлены под углами, равными углам наклона первых указанных рычагов в сторону шпинделя инструмента, причем один из ползунов выполнен в виде бойка, кулачок выполнен дисковым с двумя торцевыми коническими поверхностями стержня и подвижной полумуфты, а подвижная полумуфта с пазовым подвижным соединением со шпинделем инструмента.

Ударно-поворотный механизм, как показано на чертеже, содержит стержень 1, расположенный на нем дисковый кулачок 2, установленный с возможностью вращения на стержне 1 и выполненный с двумя торцевыми коническими поверхностями для соединения с торцевыми коническим поверхностями стержня 1 и подвижной полумуфты 3, содержит два подпружиненных толкателя 4, имеющих шарнирно-рычажное соединение при помощи рычагов 5 и 6 с бойком 7 и ползуном 8. Подвижная полумуфта 3 имеет пазовое подвижное соединение со шпинделем 9 инструмента, концентрично располагается на стержне 1,а на ней в свою очередь концентрично размещается боек 7. Подпружиненные толкатели 4 взаимодействуют через ролики 10 с дисковым кулачком 2. При помощи шарнирно-рычажного соединения рычаги 11 сочленяются с дополнительными толкателями 12.

Ударно-поворотный механизм работает следующим образом. Стержень 1 получает вращение от двигателя, через свою торцевую коническую поверхность и ответную торцевую коническую поверхность дискового кулачка 2 передает ему вращение совместно с ответной торцевой конической поверхностью подвижной полумуфты 3 и второй торцевой конической поверхностью дискового кулачка 2 при осевом перемещении шпинделя 9 инструмента после его соприкосновения с обрабатываемым материалом. Криволинейные поверхности дискового кулачка 2 через ролики 10 преобразуют вращение дискового кулачка 2 в возвратно-поступательные движения подпружиненных толкателей 4, которые через рычаги 5 и 6 передаются бойку 7 и ползуну 8. При таком преобразовании движения в верхних толчках подъема профилей дискового кулачка 2 происходит размыкание роликов 10 с дисковым кулачком 2. После этого бок 7 движется к шпинделю 9 инструмента и наносит удар по торцу его буртика. После чего следует отскок бойка 7, передаваемый через рычаги 5 толкателям 4, рычагам 6 и ползуну 8, и одновременно от толкателей 4 через рычаги 11 толкателям 12 в противоположную сторону. В результате получаются два косых удара от толкателей 4 и 12 по корпусу в противоположных направлениях.

Таким образом, двумя взаимно противоположно направленными ударными импульсами, возникающими от отскока при ударе, компенсируется их действие на рукоятку ручного молотка ударно-поворотного действия.

Этим устраняется вибрация корпуса ударно-поворотного механизма.

Вместе с тем при заклинивании бура в породе или обрабатываемом материале при его извлечении из пробуренного отверстия размыкаются конические поверхности подвижной полумуфты, дискового кулачка и стержня. Этим исключается вращение дискового кулачка и его удары по роликам толкателей.

Предлагаемый механизм обладает холостым ходом вращением стержня без его преобразования в возвратно-поступательное движение толкателей до соприкосновения инструмента с обрабатываемым материалом или породой ввиду остановки дискового кулачка при невоздействии конических поверхностей подвижной полумуфты, дискового кулачка и стержня.

Обоснованием необходимости введения дополнительных толкателей и рычагов для исключения вибрации корпуса перфоратора является сопоставление уравнений движения корпусов сравниваемых устройств.

Уравнение движения корпуса для аналога изобретения имеет вид

где при треугольной форме ударного импульса при отскоке

m_k масса корпуса, S_k его перемещение вдоль оси механизма шпинделя, стержня; P усилие, действующее на рукоятку перфоратора вдоль этой оси, c коэффициент жесткости пружины, P_n и P_тр - силы соответственно подачи или нажатия на рукоятку и трения кулачка о стержень, α_к и α_шп углы соответственно поворота кулачка и шпинделя, α_п полный угол подъема профиля кулачка, S_п- перемещение концов пружины, S_п S_пр-S_к до размыкания звеньев для удара или S_п= S_max-S_к -S_кул после размыкания звеньев для удара, S_пр и S_max координата профиля подъема кулачка и ее максимальное значение, S_кул поступательная составляющая движения кулачка, конструктивно объединенного с толкателем, π/k полупериод свободных колебаний этого звена под действием восстанавливающей силы пружины, равный времени размыкания кулачка с роликом шпинделя для удара; , m_кул масса кулачка с одной третьей массы пружины, V_уд скорость удара, V_зв скорость распространения звука при ударе в материале кулачка, k_отс коэффициент отскока после удара при подпружиненном бойке-кулачке, объединенном с толкателем; t время, τ время соударения, l_кул длина кулачка, объединенного с толкателем; n число подъема кулачка при их равномерном распределении по торцу кулачка.

Уравнение движения корпуса прототипа изобретения

где
приведенная длина звеньев, получающих удар при отскоке по эквиваленту кинетической энергии и угле между толкателями и рычагами с равным 45^o в среднем, k_п коэффициент изменения скорости при отскоке за счет соотношения масс m_б бойка m_пползуна, m_т толкателей и m_уд массы промежуточного звена ударника, k_п=(m_уд + m_б + m_n)/(1-k_отс)(m_уд + m_б + m_n +2m_т); R_шп реакция шпинделя.

Уравнения движения корпуса предлагаемого изобретения

здесь
при этом k_п не содержит массы m_уд ударника и l_пр не содержит его длины, m_от и m_дт массы соответственно основных и дополнительных толкателей.

При анализе этих уравнений движений корпусов сопоставляемых устройств не имеется для прототипа и предлагаемого изобретения двух первых выражений силы P, вызывающей движение корпуса под действием пружины, третье и четвертое выражение этой силы для аналога и соответственно второе и третье для прототипа обуславливают вибрацию от действия отдачи после удара. В случае предлагаемого изобретения разность масс основных и дополнительных толкателей может быть равна нулю, т.е. вибрация корпуса может быть исключена.

Применение: горная промышленность и строительство. Ударно-поворотный механизм содержит стержень, установленный на нем с возможностью вращения дисковой кулачок, выполненный с торцевыми коническими поверхностями взаимодействия с торцевыми коническими поверхностями стержня и подвижной полумуфты, два подпружиненных толкателя, шарнирно соединенных при помощи рычагов с бойком и ползуном. Подвижная полумуфта пазовым подвижным соединением передает вращение шпинделю. Подпружиненные толкатели с роликами имеют шарнирное соединение при помощи рычагов с дополнительными толкателями, создающими компенсирующий ударный импульс при отскоке бойка в сторону, противоположную рукоятке ручного перфоратора. Технический эффект заключается в осуществлении виброзащиты от отскока при ударе. 1 ил.

Ударно-поворотный механизм, содержащий корпус, стержень, кулачок, два подпружиненных толкателя, расположенных перпендикулярно оси механизма, два ползуна и соединенные с ними под углами рычаги, а также шпиндель инструмента, отличающийся тем, что он снабжен подвижной полумуфтой, дополнительными рычагами и подпружиненными толкателями, расположенными параллельно первым указанным толкателям, а дополнительные рычаги установлены под углами, равными углам наклона первых указанных рычагов в сторону шпинделя инструмента, причем один из ползунов выполнен в виде бойка, кулачок выполнен дисковым с двумя торцевыми коническими поверхностями для взаимодействия с торцевыми коническими поверхностями стержня и торцевой полумуфты, а подвижная полумуфта с пазовым подвижным соединением со шпинделем инструмента.