ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21B1/26 E02D7/10 B25D9/16 

Изобретение относится к ударным механизмам и может быть использовано в машинах ударного типа, применяемых в различных отраслях народного хозяйства, например в горнорудной промышленности, строительно-дорожной технике, вибрационных механизмах и машинах.

Известен гидроударник (авторское свидетельство N 1033726, кл. E 21 C 3/20), содержащий боек с меньшей и большей ступенями и кольцевыми проточками, образуемые с корпусом камеры рабочего и холостого хода бойка, золотник и инструмент, установленные в корпусе, каналы управления, слива и напора, камеры управления и слежения с плунжерами управления и слежения, взаимодействующими с торцами золотника, причем проточки управления и слежения расположены в определенном фиксированном порядке от камеры холостого хода к камере рабочего хода, которые сообщают камеру управления с напорным или сливным каналами, при этом камера слежения выполнена в теле золотника и сообщена с напорным каналом постоянно.

Недостатком данной конструкции является низкая ее эксплуатационная надежность из-за конструктивной сложности устройства, особенно в гидравлических ударных устройствах высокой частоты (ручные гидромолотки, гидровибраторы, гидроперфораторы, гидроломы и бутобой малой и средней мощности). Данная система, ее устойчивость работы зависимы от параметров состояния надежности работы золотника, его быстродействия и функциональной способности отслеживания подачи потока жидкости в камеру рабочего хода бойка до полного прекращения его подачи. Нестабильная работа золотника приводила к задержке переключения потока и, следовательно, к задержке на переключение хода бойка.

Конструктивное исполнение блока управления, механическая взаимосвязь золотника с плунжерами не позволяют выполнить компактную конструкцию блока управления с возможностью размещения золотника, гильзы и плунжеров соосно с подвижным бойком. Как правило, такие конструкции выполняются с вынесенным (пристыкованным к корпусу) блоком управления, сообщенным каналами через стыковочную поверхность с магистралями управления напора и слива, что в свою очередь вызывает повышенные требования к герметичности в стыке блока управления с корпусом при пульсирующем давлении в системе и вибрационных нагрузках на корпусе устройства.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является "Гидравлическое устройство ударного действия" (авторское свидетельство N 889838, кл. E 21 C 3/20), состоящее из корпуса, инструмента, бойка, двухступенчатого золотника с плунжером управления, содержащее переливную камеру, образованную корпусом, плунжером управления и торцом ступени больного диаметра золотника, при этом переливная камера постоянно сообщена со сливом и периодически с камерой обратного хода.

Недостатком данной конструкции является, также как в аналоге, низкая эффективность работы из-за конструктивной сложности устройства, наличие плунжера управления, постоянно находящегося в полуударном состоянии с двухступенчатым золотником, невозможность выполнить компактную конструкцию устройства с достаточными проходными сечениями каналов для нормируемого потока жидкости. Как правило, такие конструкции выполняются с вынесенными (пристыкованными) блоками управления с наличием значительного числа каналов управления для обеспечения функционирования схемы, особой герметизации стыков при вибрационной пульсирующей нагрузке в системе данного типа устройства.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности при функционировании ударного устройства за счет обеспечения простого конструктивного решения блока управления, содержащего золотник с гильзой, путем доведения числа подвижных элементов устройства до минимума и обеспечения компактного размещения золотника с гильзой, а именно, расположения их соосно с бойком в зоне концентрической проточки на бойке, образуемый совместно с корпусом камеру, попеременно сообщающуюся с напорной и сливной магистралью.

В известном гидравлическом устройстве ударного действия, содержащем корпус, инструмент, подвижный боек, камеры рабочего и обратного хода, блок управления, выполненный в виде золотника с гильзой, расположенных соосно с подвижным бойком, камеры и каналы блока управления, напорную и сливную магистрали, золотник блока управления выполнен дифференциальным трехступенчатым и совместно с гильзой размещены в камере, сообщаемой попеременно с напорной и сливной магистралями, при этом торцы золотника сообщены между собой сквозным каналом, а блок управления, посредством взаимного расположения поясков золотника и расточек гильзы, содержит три камеры с активными площадями: одну крайнюю правую с меньшей активной площадью, постоянно сообщенной о напорной магистралью, одну крайнюю левую с большей активной площадью, постоянно сообщенной со сливной магистралью, среднюю, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода подвижного бойка и периодически с крайней правой с меньшей активной площадью или крайней правой с большей активной площадью камерами.

Сопоставление заявляемого гидравлического устройства ударного действия с прототипом позволяет сделать вывод об отсутствии в последнем признаков, сходных с существенными отличительными признаками с заявленным гидравлическим устройством ударного действия.

Золотник блока управления выполнен дифференциальным трехступенчатым и совместно с гильзой размещены в камере, сообщаемой попеременно с напорной и сливной магистралями, при этом торцы золотника сообщены между собой сквозным каналом, а блок управления, посредством взаимного расположения поясков золотника и расточек гильзы, содержит три камеры с активными площадями: одну крайнюю правую с меньшей активной площадью, постоянно сообщенной с напорной магистралью, одну крайнюю левую с большей активной площадью, постоянно сообщенной с сливной магистралью, среднюю, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода подвижного бойка и периодически с крайней правой с меньшей активной площадью или крайней левой с большей активной площадью камерами.

Совокупность признаков заявленного технического решения имеет отличие от прототипа и известных аналогов и не следует явным образом из изученного уровня техники, поэтому авторы считают, что объект является новым и имеет изобретательский уровень.

Изобретение имеет изобретательский уровень и в связи с тем, что сочетание признаков, а именно, выполнение гидравлического устройства ударного действия с золотником блока управления, выполненным дифференциальным трехступенчатым и совместно с гильзой размещены в камере, сообщаемой попеременно с напорной и сливной магистралями, при этом торцы золотника сообщены между собой сквозным каналом, а блок управления посредством взаимного расположения поясков золотника и расточек гильзы, содержит три камеры с активными площадями: одну крайнюю правую с меньшей активной площадью, постоянно сообщенной с напорной магистралью, одну крайнюю левую с большей активной площадью, постоянно сообщенной с сливной магистралью, среднюю, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода подвижного бойка и периодически с крайней правой с меньшей активной площадью или крайней левой с большей активной площадью камерами.

Эти признаки связаны между собой так, что при устранении одного из них исчезает даваемый изобретением технический результат.

Изобретение также представляет собой определенный шаг в развитии техники и является прогрессивным, так как позволяет повысить надежность работы гидравлических устройств ударного действия, позволяет создавать устройства с предельным минимумом количества подвижных сопрягаемых элементов. Позволяет также создавать малогабаритные компактные ударные модули, например, для ручных гидромолотков, ударно-вращательных головок и т.п.

Гидравлическое устройства ударного действия, в котором заявлено данное изобретение, может найти широкое применение в машинах, механизмах и устройствах, где требуется надежный, долговечный и компактный гидромеханический источник колебаний подвижного бойка в широком диапазоне частот, что является полезным и промышленно-применимым техническим решением.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана принципиальная схема гидравлического устройства ударного действия. Гидравлическое устройство ударного действия содержит корпус 1, инструмент 2, подвижный боек 3, камеру рабочего хода 4, камеру обратного хода 5. Подвижный боек 3 выполнен ступенчатым с диаметрами D2>D1>D3. Блок управления в виде золотника 6 и гильзы 7 размещен соосно с подвижным бойком 3 в камере 8, сообщающейся попеременно с напорной магистралью 9 через проточку 10 в корпусе 1 или сливной магистралью 11 через проточку 12 в корпусе 1. Золотник 6 выполнен пустотелым с внутренним диаметром, большим чем диаметр D3 подвижного бойка 3. Золотник 6 и гильза 7 имеют сопрягаемые поверхности с диаметрами d1>d2>d3 и соответственно формируют между собой при сопряжении дифференцирующие (разностные) активные площади. Золотник 6 и гильза 7 благодаря своим пояскам 13 и проточкам 14 при их взаимном положении образуют три камеры. Крайняя правая камера 15 с меньшей активной площадью, образованной разностью диаметров d2 и d3, сообщена постоянно с напорной магистралью 9. Крайняя левая камера 16 с большей активной площадью, образованной разностью диаметров d1 и d2, сообщена постоянно с сливной магистралью 11. Средняя камера 17 постоянно сообщена с камерой 4 рабочего хода подвижного бойка 3 и попеременно, в зависимости от крайнего положения золотника 6 в гильзе 7, с крайними правой 15 и левой 16 камерами. Проточка 18 на подвижном бойке 3 в зависимости от положения подвижного бойка 3 в корпусе 1 сообщает камеру 8 с проточками 10 и 11, благодаря чему торцы 19 и 20 золотника 6 с соответствующими диаметрами d1 и d3 взаимно будут находиться либо под давлением в напорной магистрали 9, либо под давлением в сливной магистрали 11. Сила, воздействующая на золотник 6 со стороны камеры 8, определяется давлением в камере 8 и активной площадью, образованной разницей диаметров d1 и d3.

Гидравлическое устройство ударного действия работает следующим образом. На фиг. 1 показано крайнее положение подвижного бойка 3 в момент до начала нанесения удара подвижным бойком 3 по инструменту 2. В данный момент камера 5 обратного хода постоянно сообщена с напорной магистралью 9, а камера 4 рабочего хода тоже, через каналы в корпусе 1, среднюю камеру 17 и крайнюю правую камеру 15, с напорной магистралью 9. При этом золотник 6 до начала удара находится в крайнем левом положении. Так как активная площадь камеры 4 рабочего хода больше активной площади камеры 5 обратного хода подвижный боек 3 продолжает перемещаться в сторону инструмента 2. В момент положения подвижного бойка 3 при начале удара об инструмент 2 проточка 18 сообщает камеру 8 с проточкой 10, которая постоянно сообщена с напорной магистралью 9. В результате чего давление жидкости в камере 8, равное давлению жидкости в напорной магистрали 9, воздействует на активную площадь со стороны торцов 19 и 20 золотника 6, определяющую разностью диаметров d1 и d3, благодаря чему определяется постоянно действующее усилие на золотник 6 со стороны крайней правой камеры 15, что обеспечивает перемещение золотника 6 в крайнее правое положение. При этом камера 4 рабочего хода подвижного бойка 3 сообщается через каналы корпуса 1, среднюю камеру 17; и крайнюю левую камеру 16 с сливной магистралью 11. Благодаря наличию постоянного давления в камере 5, равного давлению в напорной магистрали 9, подвижный боек 3 после нанесения удара перемещается в исходное (правое крайнее) положение, перекрывая полость камеры 8 от проточки 10. При этом золотник 6 продолжает занимать правое крайнее положение, т.к. объем жидкости в камере 8 загерметизирован, а усилие, действующее на активную площадь золотника со стороны крайней правой камеры 15, определяемого разностью d2 и d3, недостаточно для преодоления усилия, взаимодействующего на торцы 9 и 20 золотника 6 со стороны камеры 8, определяемого разностью диаметров d1 и d3.

Подвижный боек 3 перемещается в исходное положение до тех пор, пока его проточка 18 не сообщит камеру 8 через проточку 12 со сливной магистралью 11, благодаря чему из-за постоянно действующего усилия на активную площадь золотника 6 со стороны крайней правой камеры 15 золотник 6 перемещается в левое крайнее положение, сообщая камеру 4 рабочего хода подвижного бойка 3 через среднюю камеру 17 и крайнюю правую камеру 15 с напорной магистралью 9. Из-за разницы активных площадей камеры 4 рабочего хода и камеры 5 обратного хода, определяемой диаметрами D1, D2 и D3, подвижный боек 3 тормозится и переходит в режим рабочего хода и с ускорением перемещается в сторону инструмента, при этом посредством своей проточки 18 перекрывает камеру 8 от проточки 12, герметизируя ее. Золотник 6 остается в крайнем левом положении, т.к. удерживается усилием со стороны крайней правой камеры 15 до тех пор, пока проточка 18 на подвижном бойке не сообщит камеру 8 с проточкой 10, постоянно сообщенной с напорной магистралью 9. Взаимное положение проточки 18 на подвижном бойке 3 и проточек 10 и 12 в корпусе определяется конструктивно-заданным рабочим ходом подвижного бойка 3. Далее процесс повторяется.

Предлагаемое гидравлическое устройство ударного действия обеспечивает повышение эксплуатационной надежности гидравлического устройства ударного действия. Благодаря простоте конструктивного решения блока управления с применением минимального количества подвижных элементов, компактным расположением золотника и гильзы с наименьшим числом каналов управления позволяет, в том числе, снизить и трудоемкость изготовления гидравлического устройства ударного действия.

Изобретение относится к ударным механизмам и может быть использовано в машинах ударного типа, применяемых в различных отраслях народного хозяйства, например в горнорудной промышленности, строительно-дорожной технике и т.п. Устройство содержит корпус, инструмент, подвижный боек, камеры рабочего и обратного хода, блок управления, выполненный в виде дифференциального трехступенчатого золотника с гильзой, расположенных соосно с подвижным бойком в камере, сообщаемой попеременно с напорной и сливной магистралями. Блок управления содержит три камеры с активными площадями: одну крайнюю правую с меньшей активной площадью, постоянно сообщенной с напорной магистралью, одну крайнюю левую с большей активной площадью, постоянно сообщенной со сливной магистралью и среднюю, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода подвижного бойка и периодически с крайней правой или крайней левой камерами. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационной надежности устройства. 1 ил.

Гидравлическое устройство ударного действия, содержащее корпус, инструмент, подвижный боек, камеры рабочего и обратного хода, блок управления, выполненный в виде золотника с гильзой, расположенных соосно с подвижным бойком, камеры и каналы блока управления, напорную и сливную магистрали, отличающееся тем, что золотник блока управления выполнен дифференциальным трехступенчатым и совместно с гильзой размещены в камере, сообщаемой попеременно с напорной и сливной магистралями, при этом торцы золотника сообщены между собой сквозным каналом, а блок управления, посредством взаимного расположения поясков золотника и расточек гильзы, содержит три камеры с активными площадями: одну крайнюю правую с меньшей активной площадью, постоянно сообщенной с напорной магистралью, одну крайнюю левую с большей активной площадью, постоянно сообщенной с сливной магистралью, среднюю, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода подвижного бойка и периодически с крайней правой меньшей активной площадью или крайней левой с большей активной площадью камерами.