УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2000 года по МПК E21C37/00 E02D7/10 

Изобретение относится к устройствам ударного действия и может быть использовано для разрушения горных пород, формообразования материалов, выполнения различных работ в строительстве.

Известно устройство ударного действия, включающее корпус с аккумулирующей полостью, поршнем-бойком и образующим с корпусом полости управления дифференциальным клапаном, а также напорную и сливную магистрали, дифференциальный клапан выполнен со штоком, подпружинен относительно корпуса и размещен в нем с возможностью взаимодействия штока с аккумулирующей полостью и поршнем-бойком, при этом полости управления дифференциального поршня постоянно сообщены с напорной магистралью (см. авторское свидетельство СССР N 1102927, кл. E 21 C 3/20, 1983).

Недостатком устройства является отсутствие элементов, позволяющих оперативно изменять энергию удара.

Известно также устройство ударного действия, включающее корпус, в котором размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень-ударник, образующий с корпусом аккумулирующую камеру и камеру взвода, постоянно сообщенную с напорной магистралью и периодически - со сливной магистралью через блок управления. Блок управления снабжен подпружиненным клапаном, установленным с возможностью взаимодействия с ним поршня-ударника, и дополнительным подпружиненным клапаном, клапанная полость которого сообщена с камерой взвода, а пружинная полость - с пружинной полостью клапана. Устройство имеет поршневой аккумулятор, одна полость которого сообщена с аккумулирующей камерой, а вторая - со сливной магистралью, а также двухпозиционный распределитель, вход которого сообщен с пружинной полостью клапана, а выход - со сливной магистралью.

При рабочем ходе поршня-ударника жидкость из камеры взвода вытесняется в аккумулятор и через сливную магистраль сбрасывается в бак.

Это устройство принято за прототип (см. патент РФ N 2018654, кл. E 21 C 3/20, 1994).

Гидравлическое сопротивление перетеканию жидкости в значительной степени определяет коэффициент полезного действия (КПД) устройства. Кроме того, КПД устройства зависит от утечки энергоносителя из аккумулирующей камеры через уплотнение поршня аккумулятора.

Задачей изобретения является повышение КПД устройства за счет уменьшения гидравлического сопротивления при перетекании жидкости при рабочем ходе из камеры взвода поршня-ударника в аккумулирующую полость и исключения утечки энергоносителя из аккумулирующей камеры через уплотнение поршня аккумулятора.

Это достигается тем, что в устройстве ударного действия цилиндр аккумулятора выполнен ступенчатым и снабжен поршнем со штоком, причем поршень и цилиндр образуют аккумулирующую полость, соединенную с линией слива блока управления, шток и цилиндр - полость возврата, соединенную с камерой взвода поршня-ударника, а поршень, шток и цилиндр - запоршневую полость, соединенную через воздушный фильтр с атмосферой.

На чертеже показан общий вид описываемого устройства в момент окончания взводного хода поршня-ударника.

Устройства ударного действия (см. чертеж) содержит корпус 1, в полости которого расположен с возможностью возвратно-поступательного движения ступенчатый поршень-ударник 2. Передняя часть последнего снабжена инструментом 3. В полости корпуса 1 образованы камера 4 взвода поршня-ударника 2, ограниченная с задней стороны хвостовой частью 5 поршня-ударника 2, и аккумулирующая камера 6, заполненная сжатым газом и вмещающая хвостовую часть 5. Снаружи корпуса 1 установлены блок управления 7 и аккумулятор 8.

Устройство снабжено напорной магистралью 9 для подачи в камеру 4 взвода рабочей жидкости под давлением и линией 10 для зарядки сжатым газом камеры 6.

Блок управления 7 снабжен подпружиненными клапанами 11 и 12. Клапан 12 имеет толкатель 13 для взаимодействия с буртом 14 поршня-ударника 2. Пружинная полость 15 клапана 12 сообщена с пружинной полостью 16 клапана 11, который служит для периодического соединения камеры 4 взвода со сливной магистралью 17.

Аккумулятор 8 имеет ступенчатую цилиндрическую полость и снабжен поршнем 18 со штоком 19, причем поршень 18 и цилиндр образуют аккумулирующую полость 20, сообщенную со сливной магистралью 17, шток 19 и цилиндр-полость возврата 21, соединенную магистралью 22 с камерой 4 взвода поршня ударника 2, а поршень 18, шток 19 и цилиндр - запоршневую полость 23, сообщенную через воздушный фильтр 24 с атмосферой.

Двухпозиционный распределитель 25 на входе сообщен с пружинной полостью 15 клапана 12, а на выходе - со сливной магистралью 17.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В камеру 4 взвода по напорной магистрали 9 подается рабочая жидкость под давлением, которая, воздействуя на передний торец хвостовой части 5 поршня-ударника 2, заставляет его выполнить взводный ход, вдвигая при этом свою хвостовую часть 5 в аккумулирующую камеру 6. Взводный ход поршня-ударника 2 продолжается до тех пор, пока его бурт 14 не набежит на толкатель 13 клапана 12 и пружинные полости 15 и 16 клапанов 11 и 12 окажутся соединенными со сливной магистралью 17. Клапан 11 открывается и соединяет камеру 4 взвода со сливной магистралью 17 и аккумулирующей полостью 20 аккумулятора 8. Давление в камере 4 взвода резко падает.

Поршень-ударник 2 под действием давления газа, заполняющего аккумулирующую камеру 6, совершает рабочий ход, вытесняя рабочую жидкость из камеры 4 взвода в аккумулирующую полость 20 аккумулятора 8 и сливную магистраль 17. Воздух из запоршневой полости 23 поршнем 18 через воздушный фильтр 24 выбрасывается в атмосферу, а жидкость из полости возврата 21 штоком 19 вытесняется в камеру 4 взвода. Рабочий ход поршня-ударника 2 заканчивается ударом инструмента 3 по обрабатываемому материалу.

После остановки поршня-ударника 3 перетекание жидкости через клапан 11 прекращается и последний под действием своей пружины закрывается. С этого момента вновь начинается взводный ход поршня-ударника 2 и жидкость из аккумулирующей полости 20 аккумулятора 8 сбрасывается в сливную магистраль 17.

Далее процесс повторяется, как это было описано.

Регулирование энергии удара может осуществляться двумя способами: изменением давления сжатого газа и аккумулирующей камере 6 для длительной работы при постоянной энергии удара или использованием двухпозиционного распределителя 25 при необходимости нанести удар с пониженной энергией. В последнем случае в любой момент взводного хода поршня-ударника 2 переключением распределителя 25 пружинная полость 15 клапана 12 соединяется со сливной магистралью 17, что вызывает открывание клапана 11. Далее рабочий ход поршня-ударника 2 происходит, как описано выше.

Уменьшение гидравлического сопротивления при перетекании жидкости при рабочем ходе поршня ударника из камеры взвода в аккумулирующую полость и исключение возможности утечки энергоносителя из аккумулирующей камеры через уплотнение поршня аккумулятора позволяют получит более высокий КПД предложенного устройства ударного действия по сравнению с устройством-прототипом.

Эффективность изобретения подтверждается расчетом для молота с энергией удара до 10 кДж, который выпускается КТИ ГИТ СО РАН.

Работа, затрачиваемая на вытеснение жидкости из штоковой полости 21 аккумулятора 8
A = 0,78 d²HP,
где d - диаметр штока 19;
H - ход поршня 18;
P - давление в камере взвода 4.

Работа, затрачиваемая на вытеснение газа из запоршневой полости 23 в аккумулирующую камеру 6 у прототипа
A_пр = 0,78 D²НP,
где D - диаметр поршня 18;
P - давление в аккумулирующей камере 6.

A/A_пр = d²P/DP.

Для рассматриваемого молота:
D = 180 мм, d = 50 мм, P = 150 атм и P = 15 атм

т. е. потери в аккумуляторе на 23% ниже, даже если не учитывать утечку газа из камеры 6 через уплотнения поршня 18, чем у устройства ударного действия по патенту РФ N 2018654.

Устройство ударного действия относится к области горного дела и строительства и предназначено для разрушения горных пород, формообразования материалов, выполнения различных работ в строительстве. Устройство включает корпус, в котором размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень-ударник, образующий в корпусе аккумулирующую камеру и камеру взвода, которая при рабочем ходе поршня-ударника сообщается с аккумулятором и сливной магистралью. КПД устройства повышается за счет уменьшения гидравлического сопротивления при перетекании жидкости из камеры взвода в аккумулирующую полость и исключения утечки энергоносителя из аккумулирующей камеры через уплотнение поршня-аккумулятора, благодаря тому, что цилиндр аккумулятора выполнен ступенчатым и снабжен поршнем со штоком. Поршень и цилиндр образуют аккумулирующую полость, сообщенную со сливной магистралью. Данное устройство обеспечивает повышение КПД. 1 ил.

Устройство ударного действия, включающее корпус, в полости которого расположен с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень-ударник, образующий в полости корпуса аккумулирующую камеру и камеру взвода, постоянно сообщенную с напорной магистралью и периодически - со сливной магистралью через блок управления, а также аккумулятор, газовая и гидравлическая полости которого разделены поршнем, отличающееся тем, что для повышения КПД устройства, цилиндр аккумулятора выполнен ступенчатым и снабжен поршнем со штоком, причем поршень и цилиндр образуют аккумуляторную полость, сообщенную со сливной магистралью, шток и цилиндр-полость возврата, сообщенную с камерой взвода поршня-ударника, а поршень, шток и цилиндр - запоршневую полость, соединенную через воздушный фильтр с атмосферой.