ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2002 года по МПК E21C37/00 E02F5/30 E02D7/10 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для разработки мерзлых грунтов, для разрушения твердых дорожных покрытий, старых фундаментов, для бестраншейной прокладки трубопроводов, забивки дренажных труб и т.д.

В известных в России и за рубежом конструкциях гидравлических ударных устройств, подробный анализ которых опубликован в книге А.П. Архипенко и А. И. Федулова "Гидравлические ударные устройства", Новосибирск, 1991 г., распределение потока рабочей жидкости осуществляется специальными золотниковыми блоками. В книге приведены также некоторые конструкции так называемых беззолотниковых устройств, в которых отсутствуют золотниковые блоки, но их функции выполняют ударники (с. 28).

Основным недостатком вышеуказанных конструкций является наличие цилиндрических сопряженных полированных поверхностей, представляющих собой плунжерные пары, изготовление которых требует высочайшей точности. Плунжер должен легко перемещаться в цилиндре в аксиальном направлении и при этом не допускать утечки рабочей жидкости, находящейся под высоким давлением (50-100 ат и более).

Для изготовления устройств с золотниковым распределением потока жидкости требуется специальное дорогостоящее оборудование и высокая культура производства, отсюда и высокая стоимость гидравлических ударных машин.

По мнению авторов книги, снижение технологических трудностей, связанных с производством гидроударников, возможно путем упрощения конструкций машин и огрубления в связи с этим условий их производства (с. 100).

Наиболее близким к изобретению является гидравлическое ударное устройство, включающее корпус с рабочей камерой, ударник, гидрозахват с замыкающим упругим элементом, кинематически связанным с клапаном-захватом, и аккумулятор (см. а. с. СССР 706527 А, кл. Е 21 В 3/20, 05.01.1980). В процессе взведения ударника происходит аккумулирование энергии в аккумуляторе. Размыкание гидрозахвата происходит после того, как радиальный канал ударника (бойка) сообщится с рабочей камерой. Под действием давления жидкости, создаваемого аккумулятором, ударник разгоняется и наносит удар.

Недостатком указанной конструкции является сложность изготовления, обусловленная наличием притертых поверхностей (плунжерных пар), необходимых для открытия и закрытия радиальных каналов.

Технической задачей, решаемой изобретением, является упрощение конструкции устройства, позволяющее значительно упростить технологию его изготовления.

Поставленная задача решается тем, что разработано гидравлическое ударное устройство, включающее корпус с рабочей камерой, ударник, гидрозахват с замыкающим упругим элементом, кинематически связанным с клапаном-захватом, и аккумулятор, согласно изобретению оно снабжено размыкающим упругим элементом, кинематически связанным с ударником, причем усилие предварительного сжатия замыкающего упругого элемента больше усилия предварительного сжатия размыкающего упругого элемента.

На фиг.1 изображена принципиальная схема данного устройства; на фиг.2 - график работы гидрозахвата.

В полом цилиндрическом корпусе 1 установлена и закреплена направляющая втулка 2 с каналами 3, сообщающими между собой полости 4 и 5. В направляющей втулке установлен ударник 6, имеющий возможность свободно перемещаться в направляющей втулке в аксиальном направлении. Ударник жестко закреплен на штоке 7, который оканчивается фланцем 8. Внутри штока выполнена полость 9 с радиальными отверстиями 10. В корпусе установлена и жестко закреплена дренажно-сливная втулка 11 с уплотнительными манжетами 12, образующая со штоком 7 дренажную 13 и сливную 14 полости. В корпусе также установлены и жестко закреплены направляющая втулка 15 с каналами 16, сообщающими между собой полость 17 и рабочую камеру 18, и гидроцилиндр 19, внутри которого размещен поршень 20 с уплотнительными манжетами 21. Поршень жестко закреплен на штоке 22, оканчивающемся клапаном-захватом 23. Гидроцилиндр герметично закрыт крышкой 24. Между поршнем 20 и крышкой 24 образована полость 25, заполненная воздухом и являющаяся дополнительным аккумулятором энергии.

Снизу (на фиг. 1) в направляющем отверстии корпуса установлен рабочий инструмент 26, имеющий возможность перемещаться в аксиальном направлении. Инструмент удерживается конической пружиной 27.

Для аккумуляции основного количества энергии и управления работой гидрозахвата имеются две пружины 28 и 29. Пружина 28 в совокупности с воздушным аккумулятором наряду с аккумулирующими функциями выполняют функцию замыкающего гидрозахват органа, а пружина 29 - размыкающего, причем пружина 28 при сборке устройства предварительно сжата усилием, необходимым для надежного замыкания гидрозахвата в начальный момент движения ударника вверх (на фиг. 1), когда величина ускорения, а следовательно, и сила инерции ударника со штоком, стремящаяся разомкнуть гидрозахват, достигают своих максимальных значений.

На корпусе установлены штуцеры 30 и 31 для входа и выхода рабочей жидкости.

Устройство работает следующим образом.

На фиг.1 изображено начальное положение ударника, соответствующее отсутствию осевого усилия на рабочем инструменте. Рабочая жидкость свободно циркулирует, входя через штуцер 30 в полость 17, затем в полость 9 и через радиальные отверстия 10, сливную полость 14 и штуцер 31 уходя в сливную магистраль.

При появлении осевого усилия на рабочем инструменте 26 хвостовик инструмента перемещается вверх (на фиг.1), незначительно сжимая пружину 29 и перемещая ударник 6 до соприкосновения фланца 8 с клапаном-захватом 23 и перекрытия тем самым выхода рабочей жидкости в сливную магистраль.

Появившееся в полости 17 давление, воздействуя на поршень 20 и частично на шток 22, имеющий больший диаметр по сравнению со штоком 7, преодолевает усилия предварительно сжатой замыкающей пружины 28 и незначительно сжатой пружины 29, надежно смыкая при этом гидрозахват в результате возникшей разности давлений между полостью 17 и полостью 9, сообщающейся со сливной магистралью.

Поступающая рабочая жидкость перемещает поршень 20 вверх, сжимая пружины 28, 29 и воздух в полости 25.

Ударник, оторвавшись от рабочего инструмента, перемещается вслед за поршнем, вытесняя воздух из полости 5 через канал 3 в полость 4. Радиальные отверстия 10 перемещаются из сливной полости 14 в дренажную полость 13.

При правильно подобранном соотношении полезной площади гидрозахвата (площади, на которую воздействует разность давлений между полостью 17 и полостью 9) и рабочей площадью поршня 20, в процессе взведения ударника, усилие, сжимающее пружину 29, нарастает быстрее, чем усилие, замыкающее гидрозахват. После выравнивания этих усилий происходит размыкание гидрозахвата, ударник под действием усилия сжатой пружины 29 и давления жидкости в полости 17, действующего на полное поперечное сечение штока ударника, с ускорением перемещается вниз. Давление рабочей жидкости в полости 17 поддерживается на некотором расчетном уровне поршнем 20, на который действуют усилия сжатой пружины 28 и сжатого воздуха в полости 25, а также гидравлическим насосом, продолжающим подавать рабочую жидкость в полость 17.

Необходимая величина давления в полости 17 удерживается в результате того, что выход жидкости в сливную полость 14 происходит через дренажную полость 13. Под действием указанных выше сил ударник приобретает кинетическую энергию и наносит удар по рабочем инструменту.

Под действием пружины 28 клапан-захват 23 садится на фланец 8, перекрывая сливную магистраль, после чего цикл повторяется.

Работа гидрозахвата поясняется графиком, изображенным на фиг.2, где Р_зг(х) - линия изменения замыкающего усилия на гидрозахвате в зависимости от перемещения Х поршня 20; Р_р(х) - линия изменения размыкающего усилия на гидрозахвате, численно равного усилию сжатия пружины 29; Р_з(х) - линия изменения усилия сжатия пружины 28 и воздушной подушки в полости 25.

Отрезок ОА соответствует усилию сжатия пружины 29 при перемещении ударника осевой силой на рабочем инструменте до соприкосновения фланца 8 с клапаном-захватом 23; отрезок ОС - усилию предварительно сжатой пружины 28 при сборке устройства; отрезок OB - усилию замыкания гидрозахвата к моменту преодоления поршнем усилия предварительного сжатия пружин 28 и 29. Точка D соответствует моменту размыкания гидрозахвата (расположенная на пересечении линий Р_зг(х) и Р_р(х)) и ходу поршня Хр.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для разработки мерзлых грунтов, для разрушения твердых дорожных покрытий, старых фундаментов, для бестраншейной прокладки трубопровода, забивки дренажных труб. Устройство включает корпус с рабочей камерой, ударник, гидрозахват с замыкающим упругим элементом, кинематически связанным с клапаном-захватом, аккумулятор и размыкающий упругий элемент, кинематически связанный с ударником. Усилие предварительного сжатия замыкающего упругого элемента больше усилия предварительного сжатия размыкающего упругого элемента. Изобретение обеспечивает повышение производительности. 2 ил.

Гидравлическое ударное устройство, включающее корпус с рабочей камерой, ударник, гидрозахват с замыкающим упругим элементом, кинематически связанным с клапаном-захватом, и аккумулятор, отличающееся тем, что оно снабжено размыкающим упругим элементом, кинематически связанным с ударником, причем усилие предварительного сжатия замыкающего упругого элемента больше усилия предварительного сжатия размыкающего упругого элемента.