ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УДАРНАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК E02D7/10 E21C37/00 

Техническое решение относится к гидравлическим устройствам ударного действия и может найти применение в горном деле и строительстве при ударном погружении в грунт стержневых элементов, при дроблении негабаритов, при разрушении старых конструкций зданий, фундаментов, бетонных конструкций.

Заявителю и авторам не известны технические решения, аналогичные заявляемому, кроме наиболее близкого по технической сущности и достигаемому эффекту устройства, реализованного в конструкции гидромолота финской фирмы Rammer (А. П. Архипенко, А.И. Федулов. Гидравлические ударные машины. Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1991, стр. 12), содержащее корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, соединенный с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, гидрораспределительное устройство, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р₃ давления соединена со сливом в бак.

Недостатком этого устройства является разобщенность и независимость работы клапана давления и гидрораспределителя, которые входят в состав гидрораспределительного устройства. Это приводит к тому, что в конце прямого хода ударника, когда гидрораспределителем соединяют камеру прямого хода со сливным каналом, перекрытым клапаном давления, камера прямого хода оказывается замкнутой, и еще двигающийся ударник создает в ней разряжение, что приводит к возникновению кавитации. После удара по инструменту ударник под действием возрастающего давления жидкости в камере обратного хода совершает колебания на кавитирующей жидкости в камере прямого хода, вызывая в этой камере и связанных с ней аппаратуре и трубопроводах гидравлические удары и сбои в системе управления. При этом часть энергии гидравлической ударной машины теряется, что приводит к снижению ее мощности и коэффициента полезного действия. Необходимость переключения гидрораспределителя в конце прямого хода и соединения камеры прямого хода со сливным каналом приводит к тому, что ударник разгоняется только на части прямого хода, на оставшейся же части прямого хода ударник не разгоняется, а тормозится усилием от давления жидкости в камере обратного хода. Это приводит к уменьшению энергии удара гидравлической ударной машины.

Технической задачей предлагаемого устройства является повышение надежности и стабильности его работы, увеличение энергии удара, повышение мощности и коэффициента полезного действия за счет изменения режима работы гидрораспределительного устройства.

Она решается тем, что в гидравлической ударной машине, содержащей корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, соединенный с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, гидрораспределительное устройство, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р_з давления - со сливом в бак, согласно техническому решению, гидрораспределительное устройство содержит два гидрораспределителя: основной и дополнительный. Первая камера управления основного гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая - поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р_з, и через дополнительный гидрораспределитель в одном его положении имеет доступ к каналу управления в корпусе, а в другом его положении соединена со сливом в бак при давлении в системе, меньшем величины Р_з. Первая камера управления дополнительного гидрораспределителя соединена через дроссель гидрораспределительного устройства с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая - поджата пружиной с усилием, обеспечивающим первоочередное срабатывание основного гидрораспределителя по отношению к дополнительному гидрораспределителю при достижении в системе величины Р_з давления.

Указанная совокупность признаков позволяет, начиная с момента соединения канала управления в корпусе с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, соединить камеру прямого хода с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в течение времени торможения ударника, времени разгона на прямом ходе, удара по инструменту и времени задержки ударника на инструменте, пока давление в системе не достигнет заранее установленной величины Р_з, в отличие от прототипа, в котором, начиная с момента соединения канала управления в корпусе с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, камеру прямого хода соединяют с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в течение времени торможения ударника, времени разгона ударника на прямом ходе до момента, пока давление жидкости в системе не станет меньше величины, при которой происходит переключение гидрораспределителя.

Совокупность существенных признаков заявляемого устройства приводит к изменению режима работы гидрораспределительного устройства: камеры прямого и обратного хода надежно сообщаются между собой от момента подачи сигнала о положении ударника в конце обратного хода до момента повышения давления в системе до величины Р_з и начала обратного хода ударника. При этом происходит торможение ударника, его остановка, разгон и удар по инструменту, после чего ударник остается прижатым к инструменту, пока давление в системе не превысит заранее установленную величину Р_з. В камере прямого хода исключается кавитация, так как она в течение прямого хода и задержки ударника соединена с источником расхода жидкости. Вследствие этого становятся невозможными колебания ударника и жидкости в камере прямого хода, что исключает потери энергии и повышает коэффициент полезного действия системы. Кроме того, невозможность самопроизвольных колебаний ударника и жидкости после окончания прямого хода исключает возможность возникновения ударных волн в жидкости, повышает устойчивость и надежность машины. Так как ударник разгоняется на протяжении всего прямого хода, то это приводит к увеличению энергии удара, мощности и коэффициента полезного действия гидравлической ударной машины.

Во втором варианте исполнения в гидравлической ударной машине, содержащей корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, соединенный с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, гидрораспределительное устройство, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р_з давления - со сливом в бак, согласно техническому решению, между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная со сливом в бак, которая при положении ударника на инструменте соединена с каналом управления в корпусе, при этом гидрораспределительное устройство содержит два гидрораспределителя: основной и дополнительный, причем первая камера управления основного гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая - поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р_з, и через дополнительный гидрораспределитель в одном его положении имеет доступ к каналу управления в корпусе, а в другом его положении соединена со сливом в бак при давлении в системе, меньшем величины Р_з, причем первая камера управления дополнительного гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая - поджата пружиной с усилием, обеспечивающим первоочередное срабатывание дополнительного гидрораспределителя по отношению к основному гидрораспределителю при достижении в системе величины Р_з давления.

По этому варианту исполнения гидравлической ударной машины образование дополнительной камеры между ударником и корпусом, соединенной со сливом в бак, которая при положении ударника на инструменте соединена с каналом управления в корпусе, позволяет изменить режим работы гидрораспределительного устройства, используя меньшее количество активных элементов в его составе, в результате чего повысить стабильность и надежность работы гидравлической ударной машины, увеличить энергию удара, повысить мощность и коэффициент полезного действия.

На фиг. 1 изображена гидравлическая ударная машина по первому варианту; на фиг. 2 - то же по второму варианту.

Гидравлическая ударная машина по первому варианту (фиг. 1) содержит корпус 1, ударник 2, камеру 3 прямого хода и камеру 4 обратного хода, образованные между корпусом 1 и ударником 2. Гидрораспределительное устройство 5 содержит два гидрораспределителя: основной 6 и дополнительный 7. Основной гидрораспределитель 6 соединяет камеру 3 прямого хода попеременно в одном положении с источником 8 расхода жидкости, аккумулятором 9 и камерой 4 обратного хода, в другом положении - со сливом в бак 10. Первая камера 11 управления основного гидрораспределителя 6 каналом 12 постоянно соединена с источником 8 расхода жидкости, аккумулятором 9 и камерой 4 обратного хода. Вторая камера 13 управления поджата пружиной 14 с усилием, равным усилию в первой камере 11 управления при давлении рабочей жидкости в системе, равном заранее установленной величине Р_з, и через дополнительный гидрораспределитель 7 в одном его положении имеет доступ к каналу 15 управления в корпусе 1 (далее - канал управления), в другом его положении соединена со сливом в бак 10 при давлении в системе, меньшем величины Р_з. Первая камера 16 управления дополнительного гидрораспределителя 7 через дроссель 17, который входит в состав гидрораспределительного устройства 5, постоянно соединена с источником 8 расхода жидкости, аккумулятором 9 и камерой 4 обратного хода, а вторая его камера 18 управления поджата пружиной 19 с усилием, обеспечивающим первоочередное срабатывание основного гидрораспределителя 6 по отношению к дополнительному гидрораспределителю 7 при достижении в системе величины Р_з давления. Ударник 2 перемещается вверх и совершает обратный ход, перемещается вниз, совершает прямой ход, в конце которого наносит удар по инструменту 20. Ударник 2 своей кромкой 21 в конце обратного хода образует связь камеры 4 обратного хода с каналом 15 управления.

Гидравлическая ударная машина по первому варианту работает следующим образом.

После включения источника 8 расхода жидкости, пока давление в системе ниже заранее установленной величины Р_з, основным гидрораспределителем 6 соединяют камеру 3 прямого хода с источником 8 расхода жидкости, аккумулятором 9 и камерой 4 обратного хода. Так как площадь ударника 2 со стороны камеры 3 прямого хода больше его площади со стороны камеры 4 обратного хода, то ударник 2 будет прижат усилием от давления жидкости к инструменту 20. Давление жидкости в системе увеличивается, и когда оно превысит величину Р_з, первым сработает основной гидрораспределитель 6 - сжимая пружину 14, займет новое положение, соединив камеру 3 прямого хода со сливом в бак 10. При этом рабочая жидкость из второй камеры 13 управления отводится через дополнительный гидрораспределитель 7 на слив в бак 10. Начинается обратный ход ударника 2 при дальнейшем повышении давления рабочей жидкости. Как только усилие от рабочей жидкости в первой камере 16 управления дополнительного гидрораспределителя 7 превысит усилие пружины 19, сработает дополнительный гидрораспределитель 7 - займет новое положение, соединив вторую камеру 13 управления основного гидрораспределителя 6 с каналом 15 управления. При достижении кромкой 21 ударника 2 уровня расположения канала 15 управления, в камеру 13 управления основного гидрораспределителя 6 из камеры 4 обратного хода поступает рабочая жидкость. Усилия в камерах 11, 13 управления основного гидрораспределителя 6 от давления рабочей жидкости уравновешиваются, и основной гидрораспределитель 6 под действием пружины 14 займет прежнее положение, соединив камеру 3 прямого хода с камерой 4 обратного хода, источником 8 расхода жидкости и аккумулятором 9. При этом ударник 2 тормозится, останавливается и начинает совершать прямой ход. Давление в системе начинает падать. При давлении в системе, большем величины Р_з, когда усилие в первой камере 16 управления дополнительного гидрораспределителя 7 станет меньше усилия поджатия пружины 19, дополнительный гидрораспределитель 7 станет медленно занимать исходное положение, вытесняя рабочую жидкость через дроссель 17 из первой камеры 16 управления. Переключение дополнительного гидрораспределителя 7 заканчивается, когда давление рабочей жидкости в системе станет меньше величины Р₃. При этом вторая камера 13 управления основного гидрораспределителя 6 через дополнительный гидрораспределитель 7 будет соединена со сливом в бак 10, но основной гидрораспределитель 6 будет оставаться в прежней позиции, так как усилие на пружине 14 превышает усилие в первой камере 11 управления. Камера 3 прямого хода по-прежнему соединена с камерой 4 обратного хода, источником 8 расхода жидкости и аккумулятором 9. Ударник 2 продолжает разгоняться и в конце прямого хода наносит удар по инструменту 20. После некоторого отскока ударник 2 прижимается к инструменту 20, после чего происходит его задержка на инструменте 20 в течение времени, пока давление жидкости в системе не достигнет величины Р₃. В результате основной гидрораспределитель 6 переключится, и начнется новый цикл.

Гидравлическая ударная машина по второму варианту (фиг. 2) содержит корпус 1, ударник 2, камеру 3 прямого хода и камеру 4 обратного хода, образованные между корпусом 1 и ударником 2. Гидрораспределительное устройство 5 содержит два гидрораспределителя: основной 6 и дополнительный 7. Основной гидрораспределитель 6 соединяет камеру 3 прямого хода попеременно в одном положении с источником 8 расхода жидкости, аккумулятором 9 и камерой 4 обратного хода, в другом положении - со сливом в бак 10. Первая камера 11 управления основного гидрораспределителя 6 каналом 12 постоянно соединена с источником 8 расхода жидкости, аккумулятором 9 и камерой 4 обратного хода. Вторая его камера 13 управления поджата пружиной 14 с усилием, равным усилию в первой камере 11 управления при давлении рабочей жидкости в системе, равном величине Р_з, и через дополнительный гидрораспределитель 7 в одном его положении имеет доступ к каналу 15 управления, а в другом его положении соединена со сливом в бак 10 при давлении в системе, меньшем величины Р_з. Первая камера 16 управления дополнительного гидрораспределителя 7 постоянно соединена с источником 8 расхода жидкости, аккумулятором 9 и камерой 4 обратного хода, а вторая его камера 18 управления поджата пружиной 19 с усилием, обеспечивающим первоочередное срабатывание дополнительного гидрораспределителя 7 по отношению к основному гидрораспределителю 6 при достижении в системе величины Р_з давления. Ударник 2 перемещается вверх и совершает обратный ход, перемещается вниз, совершает прямой ход, в конце которого наносит удар по инструменту 20. Ударник 2 своей кромкой 21 в конце обратного хода образует связь камеры 4 обратного хода с каналом 15 управления. Между корпусом 1 и ударником 2 образована дополнительная камера 22, которая каналом 23 постоянно соединена со сливом в бак 10 и при положении ударника 2 на инструменте 20 соединена с каналом 15 управления.

Гидравлическая ударная машина по второму варианту работает следующим образом.

После включения источника 8 расхода жидкости, пока давление в системе ниже заранее установленной величины Р_з и ниже величины Р_Д давления срабатывания дополнительного гидрораспределителя 7, основным гидрораспределителем 6 соединяют камеру 3 прямого хода с источником 8 расхода жидкости, аккумулятором 9 и камерой 4 обратного хода. Так как площадь ударника 2 со стороны камеры 3 прямого хода больше его площади со стороны камеры 4 обратного хода, то ударник 2 будет прижат усилием от давления жидкости к инструменту 20. При этом вторая камера 13 управления основного гидрораспределителя 6 через дополнительный гидрораспределитель 7 связана со сливом в бак 10. Так как Р_Д меньше Р_з, то первым сработает дополнительный гидрораспределитель 7 и соединит вторую камеру 13 основного гидрораспределителя 6 с каналом 15 управления. Давление жидкости в системе увеличивается, и когда оно превысит величину Р_з, сработает основной гидрораспределитель 6 - сжимая пружину 14, займет новое положение, соединив камеру 3 прямого хода со сливом в бак 10. При этом рабочая жидкость из второй камеры 13 управления отводится через дополнительный гидрораспределитель 7, канал 15 управления, дополнительную камеру 22, канал 23 на слив в бак 10. Начинается обратный ход ударника 2 при дальнейшем повышении давления рабочей жидкости. При достижении кромкой 21 ударника 2 уровня расположения канала 15 управления, в камеру 13 управления основного гидрораспределителя 6 из камеры 4 обратного хода поступает рабочая жидкость. Усилия в камерах 11, 13 управления основного гидрораспределителя 6 от давления рабочей жидкости уравновешиваются, и основной гидрораспределитель 6 под действием пружины 14 займет прежнее положение, соединив камеру 3 прямого хода с камерой 4 обратного хода, источником 8 расхода жидкости и аккумулятором 9. При этом ударник 2 тормозится, останавливается и начинает совершать прямой ход. При давлении в системе, меньшем величины Р_Д, когда усилие в первой камере 16 управления дополнительного гидрораспределителя 7 станет меньше усилия поджатая пружины 19, дополнительный гидрораспределитель 7 переключится и займет прежнее положение, соединив камеру 13 управления основного гидрораспределителя 6 со сливом в бак 10. Но основной гидрораспределитель 6 будет оставаться в прежней позиции, так как усилие на пружине 14 превышает усилие в первой камере 11 управления. Камера 3 прямого хода по-прежнему соединена с камерой 4 обратного хода, источником 8 расхода жидкости и аккумулятором 9. Ударник 2 продолжает разгоняться и в конце прямого хода наносит удар по инструменту 20. После некоторого отскока ударник 2 прижимается к инструменту 20, после чего происходит его задержка на инструменте 20 в течение времени, пока давление жидкости в системе не достигнет величины Р_з. В результате основной гидрораспределитель 6 переключится, и начнется новый цикл.

Изобретение относится к области горного дела и строительства и может быть использовано при погружении в грунт стержневых элементов, при дроблении негабаритов и т. д. Машина содержит корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, соединенный с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, гидрораспределительное устройство, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р₃ давления - со сливом в бак. По первому варианту исполнения гидрораспределительное устройство содержит два гидрораспределителя: основной и дополнительный. Первая камера управления основного гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая - поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р₃, и через дополнительный гидрораспределитель в одном его положении имеет доступ к каналу управления в корпусе, а в другом его положении соединена со сливом в бак при давлении в системе, меньшем величины Р₃. Первая камера управления дополнительного гидрораспределителя соединена через дроссель гидрораспределительного устройства с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая поджата пружиной с усилием, обеспечивающим первоочередное срабатывание основного гидрораспределителя по отношению к дополнительному гидрораспределителю при достижении в системе величины Р₃ давления. Во втором варианте исполнения в гидравлической ударной машине между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная со сливом в бак, которая при положении ударника на инструменте соединена с каналом управления в корпусе. Вторая камера управления дополнительного гидрораспределителя поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р₃, и через дополнительный гидрораспределитель в одном его положении имеет доступ к каналу управления в корпусе, а в другом его положении соединена со сливом в бак при давлении в системе, меньшем величины Р_3. Изобретение обеспечивает увеличение энергии удара, повышение надежности и стабильности работы. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гидравлическая ударная машина, содержащая корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, соединенный с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, гидрораспределительное устройство, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р₃ давления - со сливом в бак, отличающаяся тем, что гидрораспределительное устройство содержит два гидрораспределителя: основной и дополнительный, причем первая камера управления основного гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р₃, и через дополнительный гидрораспределитель в одном его положении имеет доступ к каналу управления в корпусе, а в другом его положении соединена со сливом в бак при давлении в системе, меньшем величины Р₃, причем первая камера управления дополнительного гидрораспределителя соединена через дроссель гидрораспределительного устройства с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая поджата пружиной с усилием, обеспечивающим первоочередное срабатывание основного гидрораспределителя по отношению к дополнительному гидрораспределителю при достижении в системе величины Р₃ давления. 2. Гидравлическая ударная машина, содержащая корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, соединенный с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, гидрораспределительное устройство, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р₃ давления - со сливом в бак, отличающаяся тем, что между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная со сливом в бак, которая при положении ударника на инструменте соединена с каналом управления в корпусе, при этом гидрораспределительное устройство содержит два гидрораспределителя: основной и дополнительный, причем первая камера управления основного гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р₃, и через дополнительный гидрораспределитель в одном его положении имеет доступ к каналу управления в корпусе, а в другом его положении соединена со сливом в бак при давлении в системе, меньшем величины Р₃, причем первая камера управления дополнительного гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая поджата пружиной с усилием, обеспечивающим первоочередное срабатывание дополнительного гидрораспределителя по отношению к основному гидрораспределителю при достижений в системе величины Р₃ давления.