Реверсивное пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте Российский патент 2004 года по МПК E21B7/26 E02F5/18 

Предлагаемое техническое решение относится к строительной технике, в частности к реверсивным пневматическим устройствам ударного действия для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций.

Известно пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте по авт. св. СССР №313454, кл. Е 02 f 5/16, В 25 d 9/14, опубл. в БИ №18, 1979, включающее корпус, ударник, воздухоподающий патрубок, имеющий гильзу с отверстиями, подпружиненную втулку и фланец, при этом на одном из концов втулки образован кольцевой выступ, взаимодействующий своим торцом с гильзой воздухоподающего патрубка. При образовании скважины (прямой ход) устройство работает при номинальном (рабочем) давлении воздуха. Обратный ход (режим реверса) осуществляется при давлении воздуха выше номинального.

Недостаток известного устройства состоит в том, что вследствие плавного нарастания давления воздуха в воздухоподающем патрубке в момент подачи его от компрессора к устройству, оно некоторое время работает в режиме обратного хода; при этом ударник наносит удары по задней части корпуса устройства, которыми может быть травмирован обслуживающий его оператор. Кроме того, такие удары при первоначальном внедрении устройства в грунт затрудняют его ориентирование в нужном направлении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте по авт. св. СССР №737577, кл. Е 02 F 5/18, Е 02 D 17/146, опубл. в БИ №20, 1980, содержащее размещенные в корпусе ударник, воздухораспределительный механизм, который выполнен в виде двухступенчатого патрубка, закрепленного в хвостовой части корпуса и размещенного в полости ударника своей ступенью большего диаметра, имеющей окна на боковой поверхности, бурт и выступы в ее полости, в которой установлена подпружиненная втулка, выполненная с окнами на ее боковой поверхности и имеющая перемычку с выполненными в ней окном и упоры для взаимодействия с выступами в большей ступени двухступенчатого патрубка, при этом корпус, ударник и двухступенчатый патрубок образуют переднюю и заднюю рабочие камеры, из которых задняя постоянно сообщена с источником сжатого воздуха, а передняя - периодически.

Реверсирование устройства прямого хода на обратный и наоборот достигается путем кратковременного подключения его к источнику воздуха повышенного давления в сравнении с номинальным давлением. При этом подпружиненная втулка смещается вперед и, взаимодействуя своими упорами с выступами патрубка, поворачивается относительно оси на некоторый угол, сообщая окна на своей боковой поверхности с окнами на большей ступени патрубка.

Недостаток известного устройства состоит в том, что при подключении его к источнику воздуха повышенного давления усилие, действующее на перемычку подпружиненной втулки, нарастает плавно. Это происходит вследствие потерь напора воздуха по длине воздухоподводящего шланга и постепенного сжатия находящегося в нем атмосферного воздуха. Вследствие плавного нарастания давления воздуха подпружиненная втулка вначале перемещается вперед, затем при соприкосновении ее упоров с выступами двухступенчатого патрубка останавливается и ее дальнейшее движение с поворотом вокруг оси происходит, когда давление на перемычку преодолеет сопротивление пружины и силы трения покоя между указанными упорами и выступами. Необходимость преодоления сил терния покоя между выступами двухступенчатого патрубка и упорами подпружиненной втулки снижает надежность работы механизма реверса хода устройства.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение надежности работы механизма реверса хода и как следствие - надежности работы всего устройства за счет динамического воздействия воздуха на перемычку двухступенчатой подпружиненной втулки в момент поворота ее на выступах двухступенчатого патрубка.

Поставленная задача решается тем, что в реверсивном пневматическом устройстве ударного действия для образования скважин в грунте, содержащем размещенные в корпусе ударник, воздухораспределительный механизм, который выполнен в виде двухступенчатого патрубка, закрепленного в хвостовой части корпуса и размещенного в полости ударника своей ступенью большего диаметра, имеющей окна на боковой поверхности, бурт и выступы в ее полости, в которой установлена подпружиненная втулка, выполненная с окнами на ее боковой поверхности и имеющая перемычку с выполненным в ней окном и упоры для взаимодействия с выступами в большей ступени двухступенчатого патрубка, при этом корпус, ударник и двухступенчатый патрубок образуют переднюю и заднюю рабочие камеры, из которых задняя постоянно сообщена с источником сжатого воздуха, а передняя - периодически, согласно техническому решению подпружиненная втулка выполнена двухступенчатой, ее меньшая ступень скользяще охватывает меньшую ступень двухступенчатого патрубка, имеющую окна, перекрываемые меньшей ступенью указанной подпружиненной втулки, при этом двухступенчатый патрубок и указанная подпружиненная втулка образуют камеру, постоянно сообщенную дроссельным отверстием в перемычке между ступенями двухступенчатого патрубка с атмосферой и периодически с источником воздуха повышенного давления через окна в меньшей ступени двухступенчатого патрубка, причем окно в перемычке указанной подпружиненной втулки выполнено в ее центре.

Выполнение подпружиненной втулки двухступенчатой, меньшая ступень которой скользяще охватывает меньшую ступень двухступенчатого патрубка, имеющую окна, перекрываемые меньшей ступенью указанной подпружиненной втулки, позволяет образовать камеру, в которой давление воздуха при открывании yкaзанныx окон меньшей ступенью указанной подпружиненной втулки увеличивается скачкообразно от атмосферного до повышенного относительно номинального, что создает динамическую нагрузку на подпружиненную втулку и обеспечивает ее непрерывное осевое перемещение с одновременным вращением при трении движения, величина которого меньше трения покоя, что и повышает надежность работы предлагаемого устройства при обратном его ходе.

Дроссельное отверстие в перемычке двухступенчатого патрубка соединяет камеру, образованную двухступенчатым патрубком и указанной подпружиненной втулкой, с атмосферой, что обеспечивает перекрытие меньшей ступенью этой подпружиненной втулки окон в меньшей ступени двухступенчатого патрубка и повышает надежность работы устройства при прямом его ходе.

Расположение окна в центре перемычки упомянутой подпружиненной втулки обеспечивает наименьшее сопротивление потоку воздуха в связи с равномерным полем давления в его входном сечении, равномерным распределением давления по сечению перемычки и отсутствием значительных скачков уплотнений в нем. Все это повышает надежность работы заявляемого устройства при номинальном давлении воздуха и исполнении команд на изменение режима работы механизма реверса хода.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг.1 показано в продольном разрезе реверсивное пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте; на фиг.2 - механизм реверса хода в продольном разрезе; на фиг.3 - развертка механизма реверса хода по диаметру d на фиг.2.

Реверсивное пневматическое устройство для образования скважин в грунте состоит из корпуса 1 (фиг.1) с размещенным в нем ударником 2 и воздухораспределительным механизмом 3, закрепленным в корпусе 1 с помощью гайки 4, имеющей отверстия 5. В ударнике 2 выполнены окна 6. Корпус 1, ударник 2 и воздухораспределительный механизм 3 образуют переднюю 7 и заднюю 8 рабочие камеры, а вместе с гайкой 4 - выхлопную камеру 9, которая отверстиями 5 в гайке 4 сообщена с атмосферой. Воздухоподводящим шлангом 10 устройство соединено с источником 11 воздуха номинального или повышенного давления.

Воздухораспределительный механизм 3 (фиг. 2, 3) состоит из двухступенчатого патрубка 12, имеющего большую 13 и меньшую 14 ступени, соединенные перемычкой 15, в которой выполнено дроссельное отверстие 16. В цилиндрической стенке большей ступени 13 двухступенчатого патрубка 12 выполнены проточка 17 с левой 18 и правой 19 торцовыми кромками, окна 20, бурт 21 и выступы 22, 23. Меньшая ступень 14 двухступенчатого патрубка 12 имеет окна 24. Между выступами 22, 23 большей ступени 13 двухступенчатого патрубка 12 установлена двухступенчатая подпружиненная втулка, включающая большую ступень 25 и меньшую ступень 26, соединенные перемычкой 27 с окном 28 в ее центре. В большей ступени 25 двухступенчатой втулки выполнены окна 29 и упоры 30, 31 на ее торцах. Между буртом 21 большей ступени 13 двухступенчатого патрубка 12 и перемычкой 27 двухступенчатой подпружиненной втулки (поз. 25, 26, 27 на фиг.2) установлена пружина 32. Меньшая ступень 26 двухступенчатой подпружиненной втулки скользяще охватывает меньшую ступень 14 двухступенчатого патрубка 12 и при отсутствии воздуха повышенного давления в воздухоподводящем шланге 10 (фиг.1) перекрывает окна 24 в меньшей ступени 14 двухступенчатого патрубка 12. Двухступенчатый патрубок 12 и двухступенчатая подпружиненная втулка (поз. 25, 26, 27 на фиг.2) образуют камеру 33, постоянно сообщенную дроссельным отверстием 16 с выхлопной камерой 9 (фиг.1) заявленного устройства и далее через отверстия 5 в его гайке 4 с атмосферой и периодически, при необходимости изменения направления движения устройства, - с источником 11 воздуха повышенного давления. Большая ступень 13 двухступенчатого патрубка 12 ограничена задней 34 и передней 35 торцовыми кромками.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В режиме прямого хода (пробивание скважины) устройство работает при номинальном давлении воздуха. Двухступенчатая подпружиненная втулка (поз. 25, 26, 27 на фиг.2) перекрывает окна 20, 24 соответственно в большей 13 и меньшей 14 ступенях двухступенчатого патрубка 12. В положении ударника 2, которое показано на фиг.1, сжатый воздух поступает по шлангу 10 через окно 28 (фиг.2) в перемычке 27 двухступенчатой подпружиненной втулки (поз. 25, 26, 27 на фиг.2), окна 6 (фиг.1) в ударнике 2 в переднюю рабочую камеру 7. Так как площадь ударника 2 со стороны передней рабочей камеры 7 больше, чем со стороны задней рабочей камеры 8, ударник 2 движется вправо (по чертежу). При прохождении окнами 6 в ударнике 2 (фиг.1) задней торцовой кромки 34 большей ступени 13 двухступенчатого патрубка 12 (фиг.2) происходит выхлоп сжатого воздуха из передней рабочей камеры 7 (фиг.1). Давлением воздуха в задней рабочей камере 8 ударник 2 вначале останавливается без удара по гайке 4, а затем разгоняется влево (по чертежу) и в конце рабочего хода ударяет по корпусу 1, забивая его в грунт. Перед ударом ударника 2 по корпусу 1 окна 6 ударника 2 (фиг.1) проходят над передней торцовой кромкой 35 большей ступени 13 двухступенчатого патрубка 12 (фиг.2) и сообщают заднюю 8 и переднюю 7 рабочие камеры (фиг.1). Передняя рабочая камера 7 заполняется сжатым воздухом и далее рабочий цикл повторяется.

Для переключения устройства на работу в режиме обратного хода необходимо кратковременно подключить его к источнику воздуха 11 (фиг.1) повышенного давления, а затем, после отключения его от источника 11, подать воздух номинального давления. При подключении воздуха повышенного давления двухступенчатая подпружиненная втулка (поз. 25, 26, 27 на фиг.2) вначале смещается плавно влево (по чертежу), а затем, после открытия меньшей ступенью 26 двухступенчатой подпружиненной втулки окон 24 в меньшей ступени 14 двухступенчатого патрубка 12, ее скорость резко увеличивается вследствие импульсного воздействия воздуха повышенного давления в камере 33 на перемычку 27. Импульсное воздействие сжатого воздуха на двухступенчатую подпружиненную втулку обеспечивает непрерывное ее перемещение по оси и поворот в результате взаимодействия ее упоров 30 с выступами 28 большей ступени 13 двухступенчатого патрубка 12. После отключения воздуха повышенного давления двухступенчатая подпружиненная втулка (поз. 25, 26, 27 на фиг.2) под действием пружины 32 смещается вправо (по чертежу) и, взаимодействуя своими упорами 31 с выступами 23 большей ступени 13 двухступенчатого патрубка 12, поворачивается дополнительно так, что ее окна 29 становятся в одну линию с окнами 20 большей ступени 13 двухступенчатого патрубка 12. После повторного подключения устройства к источнику воздуха 11 номинального давления двухступенчатая подпружиненная втулка (поз. 25, 26, 27 на фиг.2) несколько смещается влево (по чертежу), ее окна 29 совмещаются с окнами 20 большей ступени 13 двухступенчатого патрубка 12, сжатый воздух из задней рабочей камеры 8 (фиг.1) через окна 6 ударника 2 поступает в переднюю рабочую камеру 7 и ударник 2 начинает двигаться вправо (по чертежу). Во время прохождения окнами 6 ударника 2 проточки 17 (фиг.2) (между ее левой 18 и правой 19 торцовыми кромками) происходит подпитка передней рабочей камеры 7 (фиг.1) сжатым воздухом, которым ударник 2 разгоняется так, что преодолевает давление со стороны задней рабочей камеры 8 и наносит удар по гайке 4, выбивая устройство из скважины. При движении ударника 2 влево (по чертежу) удара по передней части корпуса 1 (фиг.1) не происходит, т.к. при прохождении окнами 6 проточки 17 (фиг.2) между ее торцовыми кромками 19, 18 и передняя рабочая камера 7 (фиг.1) подпитывается сжатым воздухом. После остановки ударника 2 без удара по передней части корпуса 1 цикл повторяется.

Переключение устройства на режим прямого хода аналогично переключению на режим обратного хода.

Изобретение относится к строительной технике, в частности к реверсивным пневматическим устройствам ударного действия для образования скважин в грунте при прокладке подземных коммуникаций. Техническая задача - повышение надежности работы механизма реверса хода устройства за счет динамического воздействия воздуха на перемычку двухступенчатой подпружиненной втулки в момент поворота ее на выступах двухступенчатого патрубка. Устройство содержит размещенные в корпусе ударник, воздухораспределительный механизм, который выполнен в виде двухступенчатого патрубка, закрепленного в хвостовой части корпуса и размещенного в полости ударника своей ступенью большего диаметра, имеющей окна на боковой поверхности, бурт и выступы в ее полости, в которой установлена подпружиненная втулка, выполненная с окнами на ее боковой поверхности и имеющая перемычку с выполненным в ней окном и упоры для взаимодействия с выступами в большей ступени двухступенчатого патрубка. Корпус, ударник и двухступенчатый патрубок образуют переднюю и заднюю рабочие камеры, из которых задняя постоянно сообщена с источником сжатого воздуха, а передняя – периодически. Подпружиненная втулка выполнена двухступенчатой, чтобы меньшая ступень скользяще охватывала меньшую ступень двухступенчатого патрубка, имеющую окна, перекрываемые меньшей ступенью указанной подпружиненной втулки. Двухступенчатый патрубок и указанная подпружиненная втулка образуют камеру, постоянно сообщенную дроссельным отверстием в перемычке между ступенями двухступенчатого патрубка с атмосферой и периодически - с источником воздуха повышенного давления через окна в меньшей ступени двухступенчатого патрубка. Окно в перемычке указанной подпружиненной втулки выполнено в ее центре. 3 ил.

Реверсивное пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте, содержащее размещенные в корпусе ударник, воздухораспределительный механизм, который выполнен в виде двухступенчатого патрубка, закрепленного в хвостовой части корпуса и размещенного в полости ударника своей ступенью большего диаметра, имеющей окна на боковой поверхности, бурт и выступы в ее полости, в которой установлена подпружиненная втулка, выполненная с окнами на ее боковой поверхности и имеющая перемычку с выполненным в ней окном и упоры для взаимодействия с выступами в большей ступени двухступенчатого патрубка, при этом корпус, ударник и двухступенчатый патрубок образуют переднюю и заднюю рабочие камеры, из которых задняя постоянно сообщена с источником сжатого воздуха, а передняя - периодически, отличающееся тем, что подпружиненная втулка выполнена двухступенчатой, ее меньшая ступень скользяще охватывает меньшую ступень двухступенчатого патрубка, имеющую окна, перекрываемые меньшей ступенью указанной подпружиненной втулки, при этом двухступенчатый патрубок и указанная подпружиненная втулка образуют камеру, постоянно сообщенную дроссельным отверстием в перемычке между ступенями двухступенчатого патрубка с атмосферой и периодически с источником воздуха повышенного давления через окна в меньшей ступени двухступенчатого патрубка, причем окно в перемычке указанной подпружиненной втулки выполнено в ее центре.