УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1998 года по МПК E21C3/24 E02F5/18 

Устройство относится к горной и строительной технике и может быть использовано для проходки скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций, для забивания труб, разрушения горных пород, трамбования грунта и т. д.

Известно пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте /1/. Оно содержит корпус, ударник, впускное и выпускное отверстие, воздухораспределительный патрубок, камеры прямого и обратного хода.

Недостатками устройства являются сопротивление рабочему ходу ударника со стороны камеры обратного хода, которая после выхлопа сжатого воздуха в атмосферу закрывается, и в ней повышается давление за счет сжатия. Это тормозит ударник и приводит к уменьшению энергии удара.

Наиболее близким техническим решением является пневматический ударный механизм /2/, который содержит корпус с впускным и выпускным отверстиями, установленный с возможностью перемещения, ударник, камеры прямого и обратного хода, канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода, запорный клапан-наконечник. Открывание запорного клапана осуществляется вручную путем нажатия корпусом на клапан-наконечник. При этом камера обратного хода сообщается с атмосферой, и происходит выхлоп сжатого воздуха.

Недостатками пневматического ударного механизма является медленное и с различной скоростью открывание выхлопного отверстия, что приводит к снижению энергии удара и частоты ударов, а также к их нестабильности. Кроме этого, пневматический ударный механизм ненадежен в работе, так как весь удар передается через запорный клапан.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в увеличении энергии удара при повышении надежности работы устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве ударного действия, включающем корпус с впускным и выхлопным отверстиями, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеры прямого и обратного хода, канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода, запорный клапан, на наружной поверхности ударника выполнена кольцевая канавка, на внутренней поверхности корпуса выполнены передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода, а запорный клапан выполнен в виде упругого кольца, установленного в кольцевой канавке ударника с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса.

Такое выполнение устройства ударного действия позволяет повысить энергию удара, надежность и стабильность работы. Выполнение запорного клапана в виде упругого кольца, установленного в кольцевой канавке ударника с возможностью взаимодействия с кольцевым выступом и ограничителем обратного хода, обеспечивает максимально быстрое и полное открывание выхлопного отверстия, сообщение камеры обратного хода с атмосферой при совершении полного рабочего хода ударника, тем самым исключается сопротивление прямому ходу ударника со стороны камеры обратного хода и максимально повышается энергия удара. Дополнительно такое выполнение устройства обеспечивает постоянство обратного хода ударника, за счет этого стабильность энергии и частоты ударов предохраняет устройство от удара по задней части корпуса, повышает надежность работы устройства.

Выполнение ограничителя обратного хода ударника в виде бурта на внутренней поверхности корпуса позволяет повернуть упругое кольцо в кольцевой канавке, тем самым, обеспечить надежное срабатывание запорного клапана и открывание выхлопного отверстия.

Выполнение ограничителя обратного хода ударника в виде углублений или сквозных отверстий позволяет начать выхлоп раньше срабатывания запорного клапана, тем самым уменьшается давление, удерживающее запорный клапан или упругое кольцо на выхлопном отверстии, и оно сжимается.

Если в бурте, как ограничителе обратного хода ударника выполнить пазы или отверстия, то поворот упругого кольца в кольцевой канавке и выхлоп начнутся одновременно. Произойдет более быстрое уменьшение давления, которое удерживает упругое кольцо в растянутом состоянии. Тем самым обеспечивается более надежное срабатывание запорного клапана и открывание выхлопного отверстия.

Выполнение поверхности переднего кольцевого выступа сферической увеличивает надежность запирания камеры обратного хода за счет плавного растяжения упругого кольца запорного клапана.

Выполнение поверхности переднего кольцевого выступа конической, кроме надежного запирания камеры обратного хода, улучшает технологичность изделия.

Если упругое кольцо в сечении выполнить прямоугольным, то при касании передней наружной кромки кольца о передний кольцевой выступ, выполненный на внутренней поверхности корпуса, происходит поворот упругого кольца в кольцевой канавке под действием увеличивающегося давления в камере обратного хода, тем самым обеспечивается надежное запирание камеры обратного хода. При касании задней наружной кромки прямоугольного упругого кольца об ограничитель обратного хода произойдет разворот кольца в кольцевой канавке в противоположном направлении, тем самым давление, удерживающее кольцо в растянутом состоянии, уменьшается, происходит сжатие кольца и надежный выхлоп.

Если упругое кольцо в сечении выполнить круглым, то уменьшится его местный износ за счет возможности его вращения в канавке и перекрывания по внутренней поверхности корпуса при обратном ходе ударника.

Если устройство ударного действия снабдить направляющим элементом для ударника, то повышается надежность запирания камеры обратного хода при переднем положении ударника за счет обеспечения соосности упругого кольца и переднего кольцевого выступа.

Выполнение направляющего элемента в виде сквозного стержня, закрепленного в корпусе, позволяет в несколько раз сократить длину устройства ударного действия, уменьшить массу корпуса и за счет этого снизить ударные нагрузки на корпус.

Выполнение направляющего элемента в виде кольцеобразного ряда выступов на внутренней поверхности корпуса позволяет упростить конструкцию устройства ударного действия за счет совмещения функций направляющего элемента и одновременно ограничителя обратного хода.

Выполнение направляющего элемента в виде кольцеобразного ряда выступов на наружной поверхности ударника повышает технологичность изделия за счет простого выполнения пазов на наружной цилиндрической поверхности ударника.

Выполнение канала для сообщения прямого и обратного хода в стержне уменьшает число концентратов напряжений в ударнике и повышает его прочность.

Снабжение корпуса устройства ударного действия наковальней, на внутренней поверхности которой выполнены кольцевой выступ и ограничитель обратного хода, уменьшает воздействие ударных нагрузок на корпус, повышает надежность работы, упрощает конструкцию.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства ударного действия с прямоугольным сечением упругого кольца и с ограничителем обратного хода ударника в виде бурта; на фиг. 2 продольный разрез устройства ударного действия со сферической поверхностью переднего кольцевого выступа; на фиг. 3 - продольный разрез устройства ударного действия с конической поверхностью переднего кольцевого выступа и с ограничителем обратного хода ударника в виде углублений или сквозных отверстий на внутренней цилиндрической поверхности корпуса; на фиг. 4 продольный разрез устройства ударного действия с ограничителем обратного хода ударника в виде бурта с пазами или отверстиями; на фиг. 5 продольный разрез устройства ударного действия с круглым сечением упругого кольца; на фиг. 6 продольный разрез устройства ударного действия с направляющим элементом для ударника в виде сквозного стержня с каналом, закрепленного в корпусе; на фиг. 7 продольный разрез устройства ударного действия с направляющим элементом для ударника в виде кольцевого ряда выступов, выполненных на внутренней поверхности корпуса; на фиг. 8 - продольный разрез устройства ударного действия с направляющим элементом для ударника в виде кольцеобразного ряда выступов на наружной поверхности ударника.

Устройство ударного действия (фиг. 1) содержит корпус 1, ударник 2, камеру прямого хода 3, камеру обратного хода 4, запорный клапан 5. В корпусе 1 выполнены впускной 6 и выпускной 7 каналы. На внутренней поверхности корпуса 1 выполнены передний кольцевой выступ 8 и ограничитель обратного хода 9. Между кольцевым выступом 8 и ограничителем обратного хода 9 расположена цилиндрическая поверхность 10 камеры обратного хода 4. В ударнике выполнен сквозной канал 11. На наружной поверхности ударника 2 выполнена кольцевая канавка 12, запорный клапан 5, выполненный в виде упругого кольца, имеющего наружную 13 и внутреннюю 14 поверхности, и установленного в кольцевой канавке 12 с зазором 15.

В устройстве ударного действия поверхность переднего кольцевого выступа 8 может быть выполнена сферической (фиг. 2) или конической (фиг. 3-8).

Ограничитель обратного хода 9 может быть выполнен в виде бурта (фиг. 1, 2, 4, 6, 7, 8), в виде углублений 16 или сквозных отверстий 17 на внутренней цилиндрической поверхности корпуса 1 (фиг. 3, 5).

В бурте могут быть выполнены пазы 18 или отверстия 19 (фиг. 4, 6, 7, 8).

Запорный клапан 5 может быть выполнен в виде упругого кольца прямоугольного сечения (фиг. 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8) или круглого сечения (фиг. 5).

Устройство ударного действия может быть снабжено направляющим элементом 20 для ударника, выполненным в виде сквозного стержня, закрепленного в корпусе 1 (фиг. 6), выполненным на внутренней поверхности корпуса 1 в виде кольцеобразного ряда выступов (фиг. 7), выполненным на наружной поверхности ударника 2 в виде кольцеобразного ряда выступов (фиг. 8).

Канал 11 для сообщения камер прямого и обратного хода может быть выполнен в сквозном стержне 20.

Передняя часть корпуса 1 может быть выполнена в виде отдельной детали - наковальни 21, на внутренней поверхности которой выполнены передний кольцевой выступ 8, ограничитель обратного хода 9 и цилиндрическая поверхность между ними (фиг. 6, 8).

Устройство ударного действия работает следующим образом (фиг. 1).

Сжатый воздух по каналу 6 поступает в камеру прямого хода 3. Под действием давления сжатого воздуха ударник 2 перемещается в крайнее нижнее (по чертежу) положение и упирается в передний торец корпуса 1. При этом упругое кольцо 5 приходит в соприкосновение с передним кольцевым выступом 8 - происходит запирание камеры обратного хода 4.

По каналу 11 сжатый воздух поступает в камеру обратного хода 4, и в ней повышается давление. Под действием давления на внутреннюю поверхность 14 упругое кольцо 5 растягивается и прижимается своей наружной поверхностью 13 к цилиндрической поверхности 10. Одновременно с этим упругое кольцо 5 давлением прижимается к верхней (по чертежу) боковой поверхности канавки 12. Под действием давления в камере обратного хода 4 за счет разности площадей ударник 2 перемещается в верхнее (по чертежу) положение. При касании упругим кольцом 5 ограничителя обратного хода 9, выполненного в виде бурта, происходит поворот упругого кольца 5 в канавке 12. При этом наружная поверхность 13 принудительно отходит от цилиндрической поверхности 10. Сжатый воздух воздействует на наружную поверхность 13, тем самым уравнивается его растягивающее усилие на внутреннюю поверхность 14. Кроме этого, при встрече с буртом 9 упругое кольцо 5 перемещается на канавке 12 в осевом направлении. По образовавшемуся зазору между кольцом 5 и верхней (по чертежу) боковой поверхностью канавки 12 происходит выход сжатого воздуха из-под внутренней поверхности 14 кольца 5. Кольцо 5 под действием упругих сил и давления на наружную поверхность 13 быстро сжимается и открывает выход сжатому воздуху из камеры обратного хода 4. Под действием давления в камере прямого хода 3 ударник 2, не встречая сопротивления со стороны камеры обратного хода 4, ускоренно движется вниз и наносит удар по переднему торцу корпуса 1. В крайнем нижнем положении ударника 2 упругое кольцо 5 приходит в соприкосновение с передним кольцевым выступом 8 происходит запирание камеры обратного хода 4. Цикл повторяется вновь.

При выполнении ограничителя обратного хода 9 ударника 2 в виде углублений 16 или сквозных отверстий 17 (фиг. 3) выхлоп отличается от описанного выше. При выходе упругого кольца 5 на углубления 16 или отверстия 17 начинается выхлоп, и в канавке 12, где расположено кольцо 5, уменьшается давление. Под действием упругих сил кольцо 5 сжимается и опускается в канавку 12 до начала следующего цикла.

Применение упругого кольца в качестве запорного клапана, деформируемого в радиальном направлении, при наличии переднего кольцевого выступа и ограничителя обратного хода обеспечивает быстрое открывание в конце обратного хода кольцевого отверстия для выпуска сжатого воздуха из камеры обратного хода, сообщение камеры обратного хода с атмосферой при прямом ходе ударника, практически до удара надежное запирание камеры обратного хода в крайнем переднем положении ударника и при обратном его ходе, постоянное место раскрытия камеры обратного хода, определяемое расположением ограничителя обратного хода. Это обеспечивает высокую энергию удара, надежность и стабильность работы устройства ударного действия постоянство энергии и частоты ударов.

Устройство относится к горной и строительной технике и предназначено для проходки скважин в грунте, разрушения горных пород, забивания стержневых элементов в грунт, трамбования грунта и т.п. Сущность изобретения: повышение надежности работы устройства, которое достигается изменением конструкции запорного клапана. Устройство ударного действия содержит корпус, ударник, камеру прямого хода, камеру обратного хода, запорный клапан, выполненный в виде упругого кольца, установленный в кольцевой канавке на наружной поверхности ударника с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса, на которой выполнены передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода. Сжатый воздух подается в камеру прямого хода по каналу и в камеру обратного хода по каналу. Начальное запирание камеры обратного хода происходит при касании упругим кольцом переднего кольцевого выступа. При этом возрастающее давление в камере обратного хода воздействует на внутреннюю поверхность упругого кольца и растягивает его. В конце обратного хода упругое кольцо "наезжает" на ограничитель обратного хода (бурт), разворачивается в канавке и за счет упругих сил и давления воздуха на наружную поверхность упругого кольца быстро сжимается. Происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры обратного хода. В конце прямого хода происходит удар, упругое кольцо "наезжает" на передний кольцевой выступ, камера обратного хода запирается, и цикл повторяется вновь. 1 с. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство ударного действия, включающее корпус с впускным и выхлопным отверстиями, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеры прямого и обратного хода, канал в ударнике для сообщения камер прямого и обработного хода, запорный клапан, отличающееся тем, что на наружной поверхности ударника выполнена кольцевая канавка, на внутренней поверхности корпуса выполнены передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода, а запорный клапан выполнен в виде упорного кольца, установленного в кольцевой канавке ударника с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ограничитель обратного хода ударника выполнен в виде бурта на внутренней поверхности корпуса. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ограничитель обратного хода ударника выполнен в виде углублений или сквозных отверстий на внутренней цилиндрической поверхности корпуса. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в бурте выполнены пазы или отверстия. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность переднего кольцевого выступа выполнена сферической. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность переднего кольцевого выступа выполнена конической. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в сечении упругое кольцо выполнено прямоугольным. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в сечении упругое кольцо выполнено круглым. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено направляющим элементом для ударника. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что направляющий элемент выполнен в виде сквозного стержня, закрепленного в корпусе. 11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что направляющий элемент выполнен на внутренней поверхности корпуса в виде кольцеобразного ряда выступов. 12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что направляющий элемент выполнен на наружной поверхности ударника в виде кольцеобразного ряда выступов. 13. Устройство по пп.1 и 10, отличающееся тем, что канал для сообщения камер прямого и обратного хода выполнен в стержне. 14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус снабжен наковальней, на внутренней поверхности которой выполнены кольцевой выступ и ограничитель обратного хода.