ГИДРОМОЛОТ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1998 года по МПК E21C3/20 E02D7/10 

Изобретение относится к гидравлическим ударным устройствам с аккумулятором давления и может использоваться в горном деле и строительстве для разрушения горных пород и других породоподобных материалов.

Кроме того, предлагаемое изобретение может быть использовано при создании сваебойных и штамповочных молотов.

Известны гидравлические ударные устройства, сходные по технической сущности с заявляемым решением, у которых разгон поршня-ударника осуществляется при перетекании рабочей жидкости из одной полости в другую. Например, гидромолот фирмы "RAMMER" типа S1600 НД [1], включающий в себя корпус с подвижно расположенным в нем ударником, золотниковый гидрораспределитель, напорный клапан и гидропневматический аккумулятор с разделительной мембраной.

Основным недостатком указанного устройства является низкий КПД, обусловленный принципиальной схемой, в силу того, что слив отработавшей жидкости из ударного устройства осуществляется через напорный клапан, настроенный на давление 2,5 -3 МПа при давлении в напорной магистрали 12 - 14 МПа.

Таким образом, прямые потери энергии, определяемые гидросхемой устройства, составляют более 20%. С учетом потерь, связанных с перетеканием жидкости по протяженным и узким каналам, КПД гидромолота не превосходит 60%.

Известно также устройство ЕВП (EP) 0352742, JP 186349/88 от 26.07.88 [2] , содержащее корпус с расположенным внутри него ударным поршнем, воздействующим на инструмент, золотник управления, расположенный в отдельном корпусе. Конструкция устройства проста в изготовлении и эксплуатации.

К недостаткам устройства следует отнести невозможность установки мягкого уплотнения между камерами рабочего и холостого ходов, т.к. ударный поршень своей проточкой должен проходить через упомянутое уплотнение. Кроме того, во время рабочего хода жидкость, поступающая от насоса, полезно не используется. Все это приводит к потерям жидкости, а, следовательно, к снижению КПД.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство (патент РФ N 1652532) [3], включающее корпус, поршень-боек, блок управления с подпружиненным золотником, пневмоаккумулятором, газовая полость которого соединена с газовой полостью ударного устройства.

В данном устройстве вся поступающая от насоса рабочая жидкость полезно используется, однако прототип имеет пониженную надежность из-за наличия пружин в золотнике и обратном клапане и достаточно сложен. Кроме того, в известном устройстве в задней полости находится рабочий газ, для уплотнения которого используются мягкие уплотнения, работающие при больших скоростях (≈10 м/с), срок службы которых небольшой, что снижает надежность всего устройства.

Таким образом, прототипу присуща сложность и пониженная надежность.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в упрощении конструкции и повышении надежности его работы.

Сущность изобретения состоит в том, что в отличие от известного ударного устройства (гидромолота), содержащего корпус с размещенным в нем гидроаккумулятором, блоком управления и поршнем-ударником, образующим с корпусом постоянно сообщенную с напорной линией камеру холостого хода, камеру рабочего хода, посредством блока управления попеременно сообщаемую с напорной или сливной линией и заполненную сжатым газом или сообщенную с атмосферой газовую камеру, согласно изобретению в корпусе между камерами холостого хода и рабочего хода установлено мягкое уплотнение, контактирующее с поверхностью поршневого выступа поршня-ударника. Камера холостого хода сообщена с напорной линией посредством дроссельного отверстия и обратного клапан. Блок управления содержит основной и пилотный золотники, имеющие на внешних торцах различные по площади полости управления. Меньшие полости управления обоих золотников постоянно сообщены с напорной линией. В то же время большая полость управления пилотного золотника в конце рабочего хода поршня-ударника сообщается через отверстие в корпусе с камерой рабочего хода, а большая полость управления основного золотника в конце холостого хода через отверстие в корпусе сообщается с камерой холостого хода, а в конце рабочего хода через пилотный золотник - со сливной линией.

Согласно второму варианту изобретения большая полость управления основного золотника в конце холостого хода через напорный клапан сообщается с напорной линией, а в конце рабочего хода через пилотный - со сливной линией.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что два данных устройства решают одну и ту же задачу принципиально одним и тем же путем. При этом каждый вариант является самостоятельным, но оба технических решения не могут быть изложены в одном пункте формулы изобретения; являясь равноценными для поставленной задачи, они, тем не менее, не могут быть объединены обобщающим признаком.

Технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в упрощении конструкции, повышении КПД и надежности устройства. Упомянутый результат при использовании заявляемого изобретения достигается за счет установки мягкого уплотнения между камерами холостого хода и рабочего хода, введением пилотного золотника и напорного клапана для управления основным золотником и введением гидроаккумулятора с разделительной мембраной.

Применение данного изобретения позволяет повысить КПД и надежность, упростить конструкцию и обслуживание гидромолота.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена принципиальная схема гидромолота; на фиг.2 схема гидромолота по второму варианту.

Гидромолот по первому варианту (фиг.1) состоит из корпуса 1, в направляющих которого подвижно вдоль его оси установлен поршень-ударник 2, имеющий нижний (по чертежу) шток 3 диаметром D₁, поршневой выступ 4 диаметром D₂ и верхний шток 5 диаметром D₃. При этом D₂>D₁>D₃.

Поршень-ударник 2 совместно с корпусом 1 образует три камеры: холостого хода 6, рабочего хода 7 и газовую 8. Камера холостого хода 6 посредством регулируемого дроссельного отверстия 9 и обратного клапана 10 присоединена к напорной линии 11, к которой также присоединены источник давления 12 и гидроаккумулятор 13. Камера рабочего хода 7 посредством линии 14, основного золотника 15 подсоединяется к напорной 11 либо сливной 16 линиям. Основной золотник 15 на своих внешних торцах имеет две управляющие полости: меньшая (по площади) 17 постоянно соединена с напорной линией 11, а большая 18 посредством линии 19 и 20 присоединена к отверстию 21 корпуса 1, а линией 22 - к пилотному золотнику 30. Посредством пилотного золотника 30 полость 18 линиями 19, 22 и 31 соединяется со сливной линией 16.

Пилотный золотник 30 имеет также две торцевые управляющие полости: меньшая (по площади) 32 каналом 33 постоянно сообщена с напорной линией 11, а большая 34 линией 35 подсоединена к отверстию 36 корпуса 1.

В корпусе 1 установлены мягкие уплотнения 37 и 38, исключающие утечки жидкости наружу, а уплотнение 39 - для устранения перетекания жидкости между камерами 6 и 7.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В исходном положении поршень-ударник 2 занимает крайнее (по чертежу) нижнее положение. Основной 15 и пилотный 30 золотники занимают крайнее левое положение. При этом камера холостого хода 6 через дроссельное отверстие 9 присоединена к напорной линии 11, а камера рабочего хода 7 через линию 14 и основной золотник 15 сообщена со сливной линией 16. Газовая полость 8 либо заполнена газом, или сообщена с атмосферой. Рабочая жидкость от источника давления 12 по напорной линии 11 частично через дроссельное отверстие 9 поступает в полость холостого хода 6, а остальная часть - в гидроаккумулятор 13. Обратный клапан 10 при этом закрыт. Под действием давления жидкости на кольцевой бурт поршневого выступа 4 поршня-ударника 2 со стороны камеры холостого хода 6 последний перемещается вверх (по чертежу), вытесняя жидкость из камеры рабочего хода 7 по линии и основной золотник 15 в сливную линию 16.

Скорость перемещения поршня-ударника 2 определяется давлением жидкости в гидроаккумуляторе 13 и проходным сечением дроссельного отверстия 9, а также сопротивлением сливного тракта.

Проходное сечение дроссельного отверстия подбирается (регулируется) таким образом, чтобы к концу холостого хода поршня-ударника 2 произошла зарядка гидроаккумулятора 13 до необходимого давления.

В конце холостого хода поршня-ударника 2 нижний бурт поршневого выступа 4 займет положение выше отверстия 21, и тем самым отверстие 21 сообщится с камерой холостого хода 6. Жидкость из полости холостого хода 6 по линиям 20 и 19 поступит в полость управления 18 основного золотника 15. В связи с тем, что площадь управления 18 больше, чем ей противоположная 17, а давление жидкости в обеих полостях можно считать одинаковым, то под действием этого давления золотник 15 займет крайнее правое положение.

В результате полость рабочего хода посредством основного золотника 15 будет сообщена с напорной линией и изолирована от сливной. При этом камера рабочего хода 7 посредством основного золотника 15, напорной линии 16 сообщена с источником давления 12 и гидроаккумулятором 13, а через дроссельное отверстие 9 и обратный клапан 10 с камерой холостого хода 6. С этого момента на поршень-ударник 2 будет действовать равнодействующая сила, направленная вниз (по чертежу). Величина этой силы определяется выражением
,
где
p_ж - давление жидкости в гидроаккумуляторе 10;
D₁ - диаметр нижнего штока 3;
D₂ - диаметр поршневого выступа 4;
D₃ - диаметр верхнего штока 5.

Под действием этой силы поршень-ударник 2 сначала затормаживается, а затем ускоренно движется вниз. Это состояние будет сохраняться до тех пор, пока верхний бурт поршневого выступа не откроет отверстие 36 и тем самым не сообщит камеру рабочего хода через отверстие 36, канал 35 с полостью управления 34 пилотного золотника 30. В полости управления 34 установится давление, равное давлению в напорной линии 11, т.е. такое же, как в противоположной полости 32. Но так как площадь торца золотника со стороны полости 34 значительно больше, чем со стороны полости 32, то пилотный золотник займет крайнее правое положение, и тем самым управляющая полость 18 основного золотника 15 через линии 19 и 22, пилотный золотник 30, линию 31 сообщится со сливной линией 16. Давление в полости 18 падает практически до нуля, давление же в полости 17 остается высоким и равным давлению в напорной линии. Основной золотник под действием давления жидкости в управляющей полости 17 перемещается в исходное крайнее левое положение. При этом камера рабочего хода 7 снова соединяется со сливной линией 16 и давление в ней падает до давления в сливной линии. Это же давление устанавливается в управляющей полости 34 пилотного золотника 30. Под действием давления в полости 32, равного давлению в напорной линии 11, пилотный золотник 30 возвращается в исходное крайнее левое положение, тем самым разобщая управляющую полость 18 основного золотника от сливной линии 16.

Таким образом, устройство возвращается в исходное положение.

Далее цикл повторяется.

В гидромолоте по второму варианту (фиг.2) переключение основного золотника 15 в конце холостого хода осуществляется посредством напорного клапана 40, установленного на линии 41, сообщающей полость управления 18 с напорной линией 11 при достижении определенного заданного давления в гидравлической полости гидроаккумулятора 13. Благодаря такому устройству энергия удара гидромолота будет оставаться постоянной при изменении производительности насоса 12. Кроме того, путем регулировки напорного клапана 40 можно в широких пределах регулировать энергию удара гидромолота, не изменяя давления газа в гидроаккумуляторе 13.

Благодаря предложенному конструктивному решению молот имеет высокий КПД (около 80%), высокую надежность, прост в изготовлении и эксплуатации.

Изобретение относится к гидравлическим ударным устройствам с энергией удара до 100 кДж и может использоваться в горном деле и строительстве для разрушения горных пород и других породоподобных материалов. Кроме того, изобретение может быть использовано при создании сваебойных и штамповочных молотов и в других отраслях народного хозяйства. В гидромолоте поршень-ударник с корпусом образует две камеры: холостого хода, постоянно сообщенную с напорной линией, и рабочего хода, попеременно сообщаемую посредством блока управления с камерой холостого хода либо со сливной магистралью. Конструкция молота позволяет в течение всего рабочего цикла использовать полезно всю рабочую жидкость, поступающую от источника давления, а возможность установки мягких уплотнений во всех сопряжениях поршня-ударника с корпусом исключает утечки рабочей жидкости наружу и перетекание ее между камерами. Все это обеспечивает максимально высокую частоту ударов и КПД устройства. Молот прост по конструкции и в эксплуатации, надежен, технологичен в изготовлении. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидромолот, включающий корпус с размещенными в нем гидроаккумулятором, блоком управления и поршнем-ударником, образующим с корпусом постоянно сообщенную с напорной линией камеру холостого хода, камеру рабочего хода, посредством блока управления попеременно сообщаемую с напорной или сливной линией и заполненную сжатым газом или сообщенную с атмосферой газовую камеру, отличающийся тем, что в корпусе между камерами холостого и рабочего хода установлено мягкое уплотнение, контактирующее с поверхностью поршневого выступа поршня-ударника, при этом камера холостого хода сообщена с напорной линией через дроссельное отверстие и обратный клапан, а блок управления содержит основной и пилотный золотники, при этом каждый из них на своих внешних торцах имеет различные по площади полости управления, меньшие из которых постоянно сообщены с напорной линией, большая полость управления пилотного золотника в конце рабочего хода поршня-ударника через отверстие в корпусе сообщена с камерой рабочего хода, большая же полость управления основного золотника в конце холостого хода через отверстие в корпусе сообщена с камерой холостого хода, а в конце рабочего хода через пилотный золотник - со сливной линией. 2. Гидромолот, включающий корпус с размещенными в нем гидроаккумулятором, блоком управления и поршнем-ударником, образующим с корпусом постоянно сообщенную с напорной линией камеру холостого хода, камеру рабочего хода, посредством блока управления попеременно сообщаемую с напорной или сливной линией и заполненную сжатым газом или сообщенную с атмосферой газовую камеру, отличающийся тем, что в корпусе между камерами холостого и рабочего хода установлено мягкое уплотнение, контактирующее с поверхностью поршневого выступа поршня-ударника, при этом камера холостого хода сообщена с напорной линией через дроссельное отверстие и обратный клапан, а блок управления содержит основной и пилотный золотники, при этом каждый из них на своих внешних торцах имеет различные по площади полости управления, меньшие из которых постоянно сообщены с напорной линией, большая полость управления пилотного золотника в конце рабочего хода поршня-ударника через отверстие в корпусе сообщена с камерой рабочего хода, большая же полость управления основного золотника в конце холостого хода через напорный клапан сообщена с напорной линией, а в конце рабочего хода через пилотный золотник - со сливной линией.