ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2004 года по МПК E21C37/00 E02F5/32 

Изобретение относится к ударным механизмам и машинам, которые могут быть использованы в качестве сменного рабочего оборудования к экскаваторам и погрузчикам для рыхления мерзлых грунтов, вскрытия асфальтобетонных покрытий, дробления негабаритов и других аналогичных работ в горной и строительной отраслях промышленности.

Известен гидравлический механизм ударного действия, кинематическая схема которого предусматривает последовательное расположение в корпусе подвижных звеньев, содержащий корпус с газовым аккумулятором энергии и взводящую камеру, в которой расположен боек с головкой и ступенчатый клапан, образующий своей наружной поверхностью и корпусом переливную полость, периодически связанную со взводящей камерой. На внутренней поверхности корпуса в верхней части переливной полости выполнены канавки, образующие своей поверхностью и ступенчатым клапаном щель в виде лабиринта, при этом ступенчатый клапан установлен в корпусе с возможностью периодического перекрытия указанного лабиринта и образования напорной полости. Внутренней поверхностью ступенчатого клапана и головкой бойка образована подклапанная полость, имеющая возможность сообщаться с напорной полостью. Переливная полость постоянно сообщена со сливной магистралью, а взводящая камера - с напорной магистралью [1].

Недостатком известного механизма ударного действия является то, что при выбранном конструктивном исполнении не обеспечивается предотвращение перекоса бойка, так как при взводе боек опирается на корпус только в своей хвостовой части, в результате чего не достигается герметичного разделения взводящей камеры от подклапанной полости, что приводит к неустойчивой работе механизма.

К недостаткам известного механизма следует также отнести наличие ударных взаимодействий клапана и бойка с корпусом в процессе работы, что приводит к их разрушению и потере работоспособности.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является принятый в качестве прототипа гидравлический механизм ударного действия, кинематическая схема которого предусматривает последовательное расположение в корпусе подвижных звеньев, содержащий корпус с газовым аккумулятором энергии, взводящую камеру, в которой последовательно расположены боек с головкой и двухсторонним штоком, опирающимся на две опоры, расположенные в корпусе по обе стороны от головки, которая в конце рабочего хода бойка образует с корпусом щелевой дроссель, периодически взаимодействующий с бойком ступенчатый клапан, образующий своей наружной поверхностью и корпусом переливную полость, постоянно связанную со сливной магистралью и имеющую возможность трансформироваться в напорную полость путем перекрытия ступенью клапана радиального отверстия в корпусе с сохранением постоянной связи с подклапанной полостью, которая образована внутренней поверхностью ступенчатого клапана и торцевой поверхностью штока. Взводящая камера постоянно связана с напорной магистралью [2].

Данный механизм ударного действия находит практическое применение и отличается простотой конструкции, малой протяженностью каналов и высоким кпд.

Недостатком данного механизма является то, что при рабочем ходе его бойка рабочая жидкость, поступающая от гидравлического источника питания во взводящую камеру, перетекает далее в сливную магистраль без совершения полезной работы и разгон бойка осуществляется лишь за счет энергии находящегося в аккумуляторной полости газа, запасенной в период взвода бойка. В итоге не реализуются возможности механизма по достижению максимальной энергии удара при установленной мощности гидравлического источника питания и величине зарядки аккумуляторной полости.

Недостатком данного механизма является также низкая эксплуатационная надежность и долговечность трубопроводов, рукавов высокого давления и соединительной арматуры из-за большой амплитуды колебания давления в сливной магистрали, что приводит к их разрушению и потере работоспособности механизма.

Задача изобретения состоит в повышении эксплуатационных характеристик и надежности гидравлического механизма ударного действия.

Поставленная задача решается тем, что в гидравлическом механизме ударного действия, содержащем корпус с газовым аккумулятором энергии, взводящую камеру, в которой последовательно расположены ступенчатый клапан и боек с головкой и двухсторонним штоком, снабженный двумя опорами, расположенными в корпусе по обе стороны от головки, которая в конце рабочего хода бойка образует с корпусом щелевой дроссель, переливную полость, периодически связанную со взводящей камерой и имеющую возможность трансформироваться в напорную полость с сохранением постоянной связи с подклапанной полостью, согласно изобретению клапан механизма размещен в полости дополнительно установленной в корпусе втулки с образованием переливной полости, периодическая связь которой со сливной магистралью выполнена через радиальное отверстие во втулке и сливную полость, образованную проточкой по наружной поверхности втулки и внутренней поверхностью корпуса, причем упомянутое радиальное отверстие во втулке, обеспечивающее трансформацию переливной полости в напорную полость, выполнено дроссельным.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен разрез механизма.

Механизм ударного действия содержит корпус 1 с газовым аккумулятором энергии 2, взводящую камеру 3, в которой последовательно с возможностью перемещения вдоль оси механизма размещены боек 4 и ступенчатый клапан 5. Боек имеет головку 6, верхний 7 и нижний 8 (по чертежу) штоки и расположен в корпусе в нижней 9 и верхней 10 опорах. Верхняя опора 10 имеет каналы 11 для прохода рабочей жидкости. Кромка верхнего штока 7 притуплена по минимальному радиусу. Головка 6 при движении бойка 4 на удар имеет возможность образовывать с корпусом 1 в нижней части взводящей камеры 3 щелевой дроссель 12.

Ступенчатый клапан 5 размещен в полости втулки 13, установленной в корпусе 1, меньшая внутренняя расточка которой 14 является опорой клапана, а большая внутренняя расточка втулки 13 и наружная поверхность клапана 5 образуют переливную полость 15, которая периодически связана со взводящей камерой 3 через радиальные отверстия 16 в клапане 5 и подклапанную полость 17.

Переливная полость 15 периодически сообщена со сливной магистралью 18 через дроссельное радиальное отверстие 19, выполненное во втулке 13, и сливную полость 20, образованную проточкой по наружной поверхности втулки 13 и внутренней поверхностью корпуса 1.

Клапан 5 размещен в полости втулки 13 с возможностью периодического перекрытия дроссельного отверстия 19 ступенью 21, в результате чего верхняя часть переливной полости трансформируется в напорную полость 22, которая через радиальные отверстия 16 связана с подклапанной полостью 17.

Клапан 5 при взаимодействии со штоком 7 бойка 4 образует узкую кольцевую контактную поверхность 23, а со стороны газовой камеры 2 имеет пустотелую крышку 24, ограничивающую движение клапана вниз (по чертежу). Взводящая камера 3 постоянно сообщена с напорной магистралью 25.

Механизм работает следующим образом.

В исходном состоянии боек 4 находится в крайнем нижнем (по чертежу) положении и опирается на шток рабочего инструмента (на чертеже рабочий инструмент не показан) или головкой 6 бойка 4 на торцовую поверхность взводящей камеры 3. Клапан 5 под давлением сжатого газа, находящегося в полости 2, находится в крайнем нижнем положении (по чертежу) и крышкой 24 опирается на торцовую поверхность втулки 13.

Рабочая жидкость от источника давления (не показан) по напорной магистрали 25 поступает в взводящую камеру 3, откуда по каналам 11 в верхней опоре 10, радиальным отверстиям 16 в клапане 5, переливную полость 15, радиальное отверстие 19 в сливную полость 20, а из нее - в сливную магистраль 18. Так как переливная 15 и сливная 20 полости сообщены между собой дроссельным отверстием 19 в стенке втулки 13, то между этими полостями образуется перепад давления, величина которого определяется диаметром отверстия 19.

Для включения механизма в работу боек 4 поджимается рабочим инструментом (не показан) до момента взаимодействия штока 7 с внутренним конусом клапана 5. При этом образовавшаяся подклапанная полость 17 герметично отделяется от взводящей камеры 3 узкой кольцевой контактной поверхностью 23, так как внутренняя конусная поверхность клапана 5 взаимодействует с торцом штока 7, кромка которого притуплена по минимальному радиусу.

Рабочая жидкость, поступающая из напорной магистрали 25 во взводящую камеру 3, преодолевая усилие газового аккумулятора энергии 2, начинает перемещать боек 4 и клапан 5 в верхнее положение (по чертежу). При этом давление газа в аккумуляторной полости 2 будет повышаться за счет уменьшения объема газа при входе в полость 2 клапана 5, а рабочая жидкость из переливной полости 15 начнет вытесняться через дроссельное отверстие 19 в сливную полость 20, а из последней - в сливную магистраль 18. На протяжении всего холостого хода (взвода бойка) возникающий между переливной 15 и сливной 20 полостями перепад давления, определяемый сопротивлением истечению рабочей жидкости через дроссельное отверстие 19, недостаточен для разъединения бойка 4 и клапана 5.

При перекрытии ступенью 21 дроссельного отверстия 19 верхняя часть переливной полости трансформируется в напорную полость 22, в которой давление повысится. Так как напорная полость 22 связана радиальными отверстиями 16 с подклапанной полостью 17, то повышенное давление разъединит боек 4 и клапан 5.

После того, как произойдет разъединение бойка 4 и клапана 5, между внутренним конусом клапана 5 и кромкой верхнего штока 7 образуется кольцевая щель малой протяженности и с малым сопротивлением, так как шток 7 взаимодействует с внутренним конусом клапана 5 по узкой кольцевой контактной поверхности, через которую рабочая жидкость будет поступать из взводящей камеры 3 в подклапанную полость 17, канал 16, переливную полость 15, дроссельное отверстие 19 и сливную полость 20 в сливную магистраль 18.

Давление во взводящей камере 3 упадет до величины, определяемой дросселирующим действием радиального отверстия 19, а боек 4 под действием энергии аккумулятора 2 начнет перемещаться вниз на удар (рабочий ход).

При этом сохраняющееся на всем протяжении рабочего хода повышенное давление в подклапанной полости 17, определяемое дросселирующим действием радиального отверстия 19, способствует разгону бойка до большей скорости, т.е. позволяет использовать для разгона бойка энергию рабочей жидкости, что приводит к увеличению энергии удара.

Кроме того, повышенное давление рабочей жидкости в подклапанной полости 17 способствует сохранению широкой кольцевой щели между клапаном 5 и кромкой штока 7 на протяжении всего рабочего хода, что обеспечивает повышенный расход жидкости для заполнения увеличивающегося объема переливной полости 15 в период рабочего хода и не позволяет клапану 5, как имеющему массу значительно меньшую, чем боек 4, догнать боек 4 раньше, чем он успеет совершить полный рабочий ход, что привело бы к потере энергии удара.

При нанесении бойком 4 удара по инструменту (не показан) боек останавливается, а клапан 5 под действием давления в газовом аккумуляторе энергии 2 набегает на шток 7 бойка 4 и сопрягается с ним. Далее цикл повторяется.

При снижении сопротивления со стороны разрушаемой породы боек 4, не доходя опоры 9, являющейся ограничителем хода бойка, проходит щель 12 в виде лабиринта, образованную головкой 6 и корпусом 1, в результате чего происходит рассеивание кинетической энергии бойка и он останавливается.

Клапан 5 не может взаимодействовать со штоком 7 бойка 4, когда боек находится в крайнем нижнем положении, так как для ограничения хода клапана 5 установлена крышка 24. Для сохранения объема газовой камеры 2 крышка 24 выполнена пустотелой. Механизм автоматически отключается от работы.

Для повторного включения механизма в работу в импульсном режиме необходимо поджать боек 4 через инструмент (не показан) до взаимодействия штока 7 с внутренним конусом клапана 5. Далее цикл повторяется.

Таким образом, из приведенного описания работы механизма ударного действия видно, что реализация предлагаемого технического решения позволяет использовать для разгона бойка кроме энергии сжатого в аккумуляторной полости газа дополнительно энергию рабочей жидкости, а также исключить возможность преждевременного взаимодействия клапана с бойком в период рабочего хода и тем самым исключить снижение энергии удара, т.е. повысить эксплуатационные характеристики и надежность механизма.

Образование дополнительной сливной полости и согласование ее объема с объемом переливной полости с дополнительной установкой двух и более сливных магистралей позволяет устранить влияние параметров сливной магистрали на работу механизма, а также уменьшить амплитуду колебания давления рабочей жидкости в сливной магистрали, что благоприятно сказывается на надежность и долговечность трубопроводов, рукавов высокого давления и соединительной арматуры.

Установка для ограничения хода клапана пустотелой крышки позволяет автоматически отключить механизм при падении сопротивления со стороны разрушаемой породы, сохранив при этом энергетические характеристики механизма.

Источники информации, принятые во внимание

[1] Патент РФ №2071560, кл. Е 21 С 3/20, 1995.

[2] Патент РФ №2143072, кл. Е 2 С 37/00, 1999.

Изобретение относится к ударным механизмам, которые могут быть использованы в машинах для разработки скальных пород и мерзлых грунтов в горной и строительной промышленностях. Механизм содержит корпус с газовым аккумулятором энергии, взводящую камеру, в которой последовательно расположены ступенчатый клапан и боек с головкой и двухсторонним штоком, снабженный двумя опорами, расположенными в корпусе по обе стороны от головки, которая в конце рабочего хода бойка образует с корпусом щелевой дроссель, переливную полость, периодически связанную со взводящей камерой и имеющую возможность трансформироваться в напорную полость с сохранением постоянной связи с подклапанной полостью. Клапан механизма размещен в полости дополнительно установленной в корпусе втулки с образованием переливной полости, периодическая связь которой со сливной магистралью выполнена через радиальное отверстие во втулке и сливную полость, образованную проточкой по наружной поверхности втулки и внутренней поверхностью корпуса. Упомянутое радиальное отверстие во втулке, обеспечивающее трансформацию переливной полости в напорную полость, выполнено дроссельным. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик и надежности механизма. 1ил.

Гидравлический механизм ударного действия, содержащий корпус с газовым аккумулятором энергии, взводящую камеру, в которой последовательно расположены ступенчатый клапан и боек с головкой и двухсторонним штоком, снабженный двумя опорами, расположенными в корпусе по обе стороны от головки, которая в конце рабочего хода бойка образует с корпусом щелевой дроссель, переливную полость, периодически связанную со взводящей камерой и имеющую возможность трансформироваться в напорную полость с сохранением постоянной связи с подклапанной полостью, отличающийся тем, что клапан механизма размещен в полости дополнительно установленной в корпусе втулки с образованием переливной полости, периодическая связь которой со сливной магистралью выполнена через радиальное отверстие во втулке и сливную полость, образованную проточкой по наружной поверхности втулки и внутренней поверхностью корпуса, причем упомянутое радиальное отверстие во втулке, обеспечивающее трансформацию переливной полости в напорную полость, выполнено дроссельным.