ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2000 года по МПК E21B1/26 E21C37/00 E02F5/32 

Изобретение относится к ударным механизмам, которые могут быть использованы в машинах для разработки скальных пород и мерзлых грунтов в горной и строительной промышленностях.

Известен гидравлический ударный механизм, кинематическая схема которого предусматривает последовательное расположение в корпусе подвижных звеньев клапана, бойка и инструмента. Механизм содержит корпус со взводящей камерой, в которой расположен боек и ступенчатый клапан, образующий своей наружной поверхностью и корпусом механизма переливную полость, периодически сообщающуюся со сливной магистралью посредством распределителя [1]. Распределитель выполнен в виде вентиля с плунжерным затвором и управляющей полости, которая периодически сообщается со сливной магистралью и взводящей камерой.

Недостатком данного механизма является то, что ограничителем хода клапана является головка бойка, а ограничителем хода бойка является корпус механизма. В процессе работы контактирующие поверхности клапана и бойка, бойка и корпуса подвергаются ударным нагрузкам, что приводит к их разрушению и потере работоспособности механизма.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является гидравлический механизм ударного действия, кинематическая схема которого предусматривает последовательное расположение в корпусе подвижных звеньев, содержащий корпус с газовым аккумулятором энергии и взводящую камеру, в которой расположен боек с головкой и ступенчатый клапан, образующий своей наружной поверхностью и корпусом переливную полость, периодически связанную со взводящей камерой. На внутренней поверхности корпуса в верхней части переливной полости выполнены канавки, образующие своей поверхностью и ступенчатым клапаном щель в виде лабиринта, при этом ступенчатый клапан установлен в корпусе с возможностью периодического перекрытия указанного лабиринта и образованием напорной полости. Внутренней поверхностью ступенчатого клапана и головкой бойка образована подклапанная полость, имеющая возможность сообщаться с напорной полостью. Переливная полость постоянно сообщена со сливной магистралью, а взводящая камера - с напорной магистралью [2].

Недостатком данного механизма, как и предыдущего, является низкая надежность и долговечность вследствие того, что ограничителем хода клапана является корпус механизма. Ударные нагрузки, сопровождающие работу механизма, воспринимаются контактирующими поверхностями клапана и корпуса, клапана и бойка, что приводит к их преждевременному разрушению. Наибольший пик ударной нагрузки приходится на цикл работы механизма, когда сопротивление со стороны разрушаемой породы резко падает. При этом практически вся энергия движущихся звеньев воспринимается корпусом механизма, что приводит к его вибрации, разрушению контактирующих поверхностей и потере работоспособности.

Энергетические характеристики данного механизма в процессе работы снижаются из-за утечки газа из газового аккумулятора энергии, что объясняется трудностями уплотнения газовой среды при больших скоростях возвратно-поступательного движения.

При возвратно-поступательном движении клапана в корпусе механизма герметичность газа в газовой камере и герметичность рабочей жидкости в напорной полости обеспечивается уплотнительными элементами. Вследствие того что уплотнительный элемент со стороны газовой камеры работает в условиях недостаточной смазки, наблюдается его повышенный износ. Это приводит к необходимости частой дозаправки газового аккумулятора энергии и, в конечном итоге, к преждевременной потере работоспособности механизма.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и долговечности механизма.

Цель достигается тем, что в гидравлическом механизме ударного действия газовая камера частично заполнена рабочей жидкостью, а клапан со стороны газовой камеры имеет крышку, боковая профилированная поверхность которой образует с внутренней поверхностью газовой камеры щелевой дроссель. При этом уровень рабочей жидкости в газовой камере равен высоте подъема клапана при взводе механизма.

Частичное заполнение газовой камеры рабочей жидкостью позволяет устранить утечку газа из газовой камеры через уплотнительные элементы, уменьшить трение и повысить износостойкость уплотнительных элементов со стороны газовой камеры за счет смазывающего действия рабочей жидкости, что повышает эксплуатационную надежность и долговечность механизма при сохранении заданных энергетических характеристик.

Установка крышки на клапане со стороны газовой камеры с образованием боковой профилированной поверхности крышки и внутренней поверхности газовой камеры щелевого дросселя позволяет снизить ударные нагрузки на сопрягаемые поверхности клапана и корпуса за счет гидравлического демпфирования рабочей жидкости в конце рабочего хода, что предотвращает их разрушение и приводит к повышению эксплуатационной надежности и долговечности механизма.

Эффект демпфирования определяется высотой уровня рабочей жидкости в газовой камере. Установка уровня рабочей жидкости в газовой камере равным высоте подъема клапана при взводе механизма исключает потерю кинетической энергии клапаном в процессе разрушения породы и только при падении сопротивления со стороны разрушаемой породы крышка клапана входит в рабочую жидкость и происходит рассеивание кинетической энергии клапана за счет гидравлического демпфирования жидкости в конце рабочего хода клапана.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен разрез механизма. Механизм включает корпус 1 с газовой камерой 2, частично заполненной рабочей жидкостью 3, взводящую камеру 4, в которой расположен боек 5 с головкой 6 и ступенчатый клапан 7, имеющий крышку 8, которая ограничивает его рабочий ход (вниз по чертежу). Боковая поверхность 9 крышки 8 образует с внутренней поверхностью газовой камеры 2 щелевой дроссель 10. Наружная поверхность клапана 7 и внутренняя поверхность корпуса 1 образует переливную полость 11, которая периодически связана со взводящей камерой 4. На внутренней поверхности корпуса 1 между газовой камерой 2 и переливной полостью 11 образована напорная полость 12, которая имеет возможность периодически сообщаться с переливной полостью 11 посредством выполнения на внутренней поверхности корпуса 1 канавок 13, образующих между поверхностью клапана 7 и корпуса 1 щель в виде лабиринта 14. Ступенчатый клапан 7 установлен в корпусе 1 с возможностью периодического перекрытия лабиринта 14 и напорной полости 12. Внутренней поверхностью ступенчатого клапана 7 и головкой 6 бойка 5 образована подклапанная полость 15, которая сообщается при взводе бойка 5 каналами 16 в клапане 7 с напорной полостью 12. Переливная полость 11 постоянно сообщена со сливной магистралью 17, а взводящая камера 4 - с напорной магистралью 17.

Механизм работает следующим образом.

При включении ударного механизма в работу боек 5 поджимается, например, рабочим инструментом (на чертеже не показан), до момента взаимодействия головки 6 бойка 5 с внутренним конусом клапана 7. При этом образовавшаяся подклапанная полость 15 герметично отделяется от взводящей камеры 4. Рабочая жидкость, поступающая из напорной магистрали 18 во взводящую камеру 4, преодолевая сопротивление газа, находящегося в газовой камере 2, начинает перемещать боек 5 и клапан 7 в верхнее положение. При этом жидкость из переливной полости 11 вытесняется в сливную магистраль 17. При взводе бойка 5 с клапаном 7 и перекрытием лабиринта 14 в напорной полости 12 и подклапанной полости 15 образуется повышенное давление, превышающее давление в переливной полости 11, что разъединяет клапан 7 и боек 5. При этом давление во взводящей камере 4 упадет и боек 5 под действием энергии сжатого в газовой камере 2 газа переместится вниз на удар, а взводящая камера 4 через подклапанную полость 15, каналы 16 и переливную полость 11 соединится со сливной магистралью 17. Под действием давления газа в газовой камере 2 клапан 7 набегает на головку 6 бойка 5 и сопрягается с ней. Далее цикл повторяется.

В конце рабочего хода крышка 8 клапана 7 на большой скорости входит в рабочую жидкость 3 и вытесняет ее через зазор 10, образованный боковой профилированной поверхностью 9 крышки 8 и внутренней поверхностью газовой камеры 2. В процессе вытеснения жидкости происходит диссипация кинетической энергии клапана 7, в результате чего жесткие удары на сопрягаемой поверхности клапана и корпуса снижаются, что исключает их разрушение и приводит к повышению эксплуатационной надежности и долговечности механизма.

При падении сопротивления со стороны разрушаемой породы крышка 8 ограничивает рабочий ход клапана 7. При этом кинетическая энергия клапана 7 поглощается дросселируемой жидкостью, в результате чего предотвращается жесткое соударение сопрягаемых поверхностей крышки 8 и корпуса 1 и их разрушение, что обеспечивает повышение надежности и долговечности механизма.

Таким образом, несложные конструктивные изменения и введение в газовую камеру рабочей жидкости позволяет уменьшить утечку газа из газовой камеры, снизить трение и повысить износостойкость уплотнительных элементов, снизить динамические нагрузки на сопрягаемые поверхности клапана и бойка, клапана и корпуса, благодаря чему эксплуатационная надежность и долговечность механизма значительно повышаются.

Источники информации, принятые во внимание
1. Авторское свидетельство СССР N 866161, кл. E 21 C 3/20, 1981.

2. Патент РФ N 2071560, кл. E 21 C 3/20, 1995.

Изобретение относится к ударным механизмам, которые могут быть использованы в машинах для разработки скальных пород и мерзлых грунтов в горной и строительной промышленностях. Механизм включает корпус с газовой камерой, взводящую камеру, в которой расположен боек с головкой и ступенчатый клапан, образующий своей наружной поверхностью и корпусом механизма переливную полость, периодически связанную со взводящей камерой и постоянно связанную со сливной магистралью. Газовая камера частично заполнена рабочей жидкостью, а клапан со стороны газовой камеры имеет крышку, боковая профилированная поверхность которой образует с внутренней поверхностью газовой камеры щелевой дроссель. Уровень рабочей жидкости в газовой камере равен высоте подъема клапана при взводе механизма. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационной надежности и долговечности механизма. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Гидравлический механизм ударного действия с последовательным расположением подвижных звеньев, содержащий корпус с газовой камерой и взводящую камеру, в которой расположен боек с головкой и ступенчатый клапан, образующий своей наружной поверхностью и корпусом механизма переливную полость, периодически связанную со взводящей камерой и постоянно связанную со сливной магистралью, отличающийся тем, что газовая камера частично заполнена рабочей жидкостью, а клапан со стороны газовой камеры имеет крышку, боковая профилированная поверхность которой образует с внутренней поверхностью газовой камеры щелевой дроссель. 2. Гидравлический механизм ударного действия по п.1, отличающийся тем, что уровень рабочей жидкости в газовой камере равен высоте подъема клапана при взводе механизма.