ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБИВАНИЯ В ГРУНТ СТЕРЖНЕВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, НАПРИМЕР ТРУБ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК E02D7/08 F16L1/28 

Предлагаемое техническое решение относится к горной и строительной промышленности, а именно к пневматическим ударным устройствам для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, и может найти применение в других областях промышленности, где требуется ударное воздействие.

Известен пневматический вибровозбудитель по авт. свид. СССР №1641735, кл. В 65 G 27/22, опубл. в БИ №14, 1991 г., содержащий корпус с размещенным в нем ударником и эластичные манжеты, образующие с корпусом и ударником камеры прямого и обратного хода. Камера обратного хода выполнена в виде двух полостей - рабочей и выхлопной, связанных между собой перепускным каналом, при этом стенка выхлопной камеры выполнена с выхлопным каналом и расположена с возможностью взаимодействия с манжетой камеры обратного хода.

Недостатком известного пневматического вибровозбудителя является неэффективность использования его в качестве ударного устройства, т.к. данный вибровозбудитель вырабатывает сравнительно небольшую энергию единичного удара относительно массы своего ударника.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является пневматическое устройство для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб, по патенту РФ №2149956, кл. Е 02 F 5/18, Е 02 D 7/10, опубл. в БИ №15, 2000 г., содержащее ударный узел, выполненный в виде маятника, ударная масса которого на шарнирном подвесе прикреплена к кронштейну над забиваемым элементом, узел подъема ударной массы, имеющий корпус со ступенчатой полостью, мембрану с каналом для выхлопа сжатого воздуха, перекрывающую выход меньшей части ступенчатой полости, шток, размещенный в ступенчатой полости корпуса узла подъема ударной массы с возможностью взаимодействия через мембрану с ударной массой. В корпусе узла подъема ударной массы выполнен канал для подачи сжатого воздуха в ступенчатою полость корпуса. Шток выполнен ступенчатым, при этом меньшая его ступень имеет поперечный размер меньше поперечного размера меньшей части ступенчатой полости корпуса узла подъема ударной массы, и снабжен пружиной, размещенной между торцом большей ступени штока и корпусом узла подъема ударной массы. Канал для подачи сжатого воздуха в ступенчатою полость корпуса соединен с наружной боковой поверхностью корпуса узла подъема ударной массы и с внутренней поверхностью корпуса, прилегающей к большей части ступенчатой полости. Выход канала для подачи сжатого воздуха в большую часть ступенчатой полости выполнен на расстоянии от меньшей части ступенчатой полости, меньшем длины большей ступени штока.

Недостатком этого пневматического устройства является то, что узел подъема ударной массы имеет малый рабочий ход эффективной площади мембраны, через которую передается усилие от давления сжатого воздуха к ударной массе, вследствие чего - относительно небольшое время воздействия сжатого воздуха на ударную массу. Это предопределяет накопление ударной массой небольшой кинетической энергии и, как следствие, сообщение забиваемому элементу сравнительно небольшого ударного импульса, что снижает эффективность работы известного пневматического устройства. Кроме того, наличие пары скольжения (шток - полость корпуса узла подъема ударной массы) снижает надежность данного пневматического устройства из-за возможного заклинивания и износа деталей.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности работы пневматического ударного устройства за счет увеличения времени воздействия сжатого воздуха на ударную массу, а также повышение надежности его работы за счет упрощения конструкции.

Поставленная задача решается следующим образом. Предлагается пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, содержащее ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, включающий подвес на шарнире для движения ударной массы, прикрепленном к кронштейну над забиваемым стержневым элементом, и узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство. Ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством. Согласно техническому решению мембрана выполнена в виде усеченного конуса, а распределительное устройство - в виде подпружиненного клапана отсечки.

Использование в рабочей камере мембраны в виде усеченного конуса позволяет значительно увеличить время воздействия сжатого воздуха на ударную массу по сравнению с использованием плоской мембраны в прототипе, что повышает эффективность работы ударного устройства. Кроме того, распределительное устройство, выполненное в виде подпружиненного клапана отсечки, не имеет пары скольжения, что упрощает конструкцию и, как следствие, повышает надежность работы пневматического ударного устройства.

Во втором варианте исполнения предлагается пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, содержащее ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство. Ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством. Согласно техническому решению мембрана выполнена в виде усеченного конуса, а распределительное устройство - в виде подпружиненного клапана отсечки, при этом направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы выполнен в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы.

Пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по второму варианту исполнения имеет все достоинства описанного выше устройства по первому варианту исполнения по сравнению с прототипом. В дополнение к этому, использование направляющего узла для движения размещенной в нем ударной массы, выполненного в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы, позволяет пневматическому ударному устройству для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, создавать при работе ударные импульсы вертикального действия.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами. На фиг.1 изображен общий вид пневматического ударного устройства для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по первому варианту; на фиг.2. - вынесенный продольный разрез соосных элементов узла подъема ударной массы в момент удара ударной массой по забиваемой трубе по первому варианту; на фиг.3 - то же, в момент отрыва ударной массы от мембраны; на фиг.4 показан общий вид пневматического ударного устройства для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по второму варианту в момент удара ударной массой по забиваемой трубе (продольный разрез); на фиг.5 - вынесенный продольный разрез пневматического ударного устройства для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по второму варианту в момент отрыва ударной массы от мембраны.

Пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по п.1 формулы (фиг.1) кинетически прикреплено к заднему торцу трубы 1, забиваемой в грунт 2 в горизонтальном направлении, и содержит ударную массу 3, прикрепленную в виде маятника с помощью направляющего узла (поз. не обозначен) для движения ударной массы 3, содержащего подвес 4 и шарнир 5, к кронштейну 6 над забиваемой в грунт 2 трубой 1 и узел 7 подъема ударной массы 3. Крепление узла 7 подъема ударной массы 3 к трубе 1 может быть выполнено сваркой, но можно использовать и иное крепление. Узел 7 подъема ударной массы 3 имеет корпус 8 (фиг.2, 3) с крышкой 9, образующих полость 10, в которой установлено распределительное устройство (поз. не обозначено) и к которой подведен канал 11 для подачи сжатого воздуха из магистрали. Распределительное устройство выполнено в виде клапана 12 отсечки, снабженного пружиной 13 сжатия. В передней части корпуса 8 по периферии закреплена мембрана 14 в виде усеченного конуса с отверстием для выхлопа сжатого воздуха (поз. не обозначено), которая совместно с передним торцом корпуса 8 образует рабочую камеру 15. Клапан 12 отсечки установлен с возможностью взаимодействия с ударной массой 3 через отверстие 16 в корпусе 8 и отверстие (поз. не обозначено) для выхлопа сжатого воздуха в мембране 14.

Пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по п.1 формулы работает следующим образом.

Ударная масса 3 (фиг.2) находится в вертикальном положении, при этом клапан 12 отсечки открыт: находится в крайнем левом своем положении по чертежу, сжимая пружину 13; мембрана 14 изогнута в крайнее левое (по чертежу) положение; ударная масса 3 перекрывает отверстие для выхлопа сжатого воздуха в мембране 14.

При подаче сжатого воздуха по каналу 11 в полость 10 в ней создается давление, при котором ударная масса 3 начинает движение вправо по чертежу и открывает доступ сжатому воздуху в рабочую камеру 15 через отверстие 16 в корпусе 8. Под действием давления сжатого воздуха в рабочей камере 15 мембрана 14 поднимает ударную массу 3, которая поворачивается на подвесе 4 вокруг шарнира 5 (фиг.1) кронштейна 6. При этом ударная масса 3 накапливает кинетическую энергию до момента полного прогиба мембраны 14 вправо по чертежу, при котором происходит отрыв ударной массы 3 от нее (фиг.3). В момент отрыва ударной массы 3 от мембраны 14 происходит выхлоп сжатого воздуха из рабочей камеры 15 в атмосферу через отверстие для выхлопа сжатого воздуха в мембране 14. Одновременно под действием пружины 13 клапан 12 отсечки перекрывает доступ сжатого воздуха из полости 10 в рабочую камеру 15. Далее ударная масса 3 под действием силы инерции продолжает двигаться вверх и, подлетев на некоторую высоту, возвращается в исходное положение и наносит удар по забиваемой в грунт 2 трубе 1 через корпус 8. При этом ударная масса 3 при контакте с мембраной 14 герметизирует рабочую камеру 15, перекрывая отверстие для выхлопа сжатого воздуха в мембране 14. Одновременно ударная масса 3 воздействует на клапан 12 отсечки, смещая его влево по чертежу и открывая доступ сжатому воздуху из полости 10 в рабочую камеру 15. Затем цикл повторяется. Обеспечение регулировки распределительного устройства осуществляется ввинчиванием или вывинчиванием крышки 9 из корпуса 8 узла подъема ударной массы 3.

Пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по п.2 формулы (фиг.4) кинематически прикреплено к верхнему торцу трубы 1, забиваемой в грунт 2 в вертикальном направлении. И устроено аналогично устройству по п.1 формулы, но в нем направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы 3 выполнен в виде установленной вертикально трубы 17 (фиг.4) с крышкой 18, которая скреплена связями 19 с корпусом 8 узла подъема ударной массы 3. Труба 17 также соединена с корпусом 8.

Работает устройство по п.2 аналогично устройству по п.1, но обеспечивая ударные импульсы вертикального направления. Ударная масса 3 (фиг.4) находится в нижнем положении, при этом клапан 12 отсечки открыт. Сжатый воздух поступает по каналу 11 для подачи сжатого воздуха из магистрали в полость 10, создавая тем самым необходимое (для подъема ударной массы 3) давление в ней. Из нижнего положения под действием давления сжатого воздуха ударная масса 3 начинает движение верх и тем самым открывает проход сжатому воздуху в рабочую камеру 15 из полости 10. Далее ударная масса 3 продолжает двигаться вверх, накапливая кинетическую энергию до момента, при котором происходит отрыв ее от мембраны 14 (фиг.5). В момент отрыва ударной массы 3 от мембраны 14 происходит выхлоп сжатого воздуха из рабочей камеры 15 в атмосферу через отверстие для выхлопа сжатого воздуха в мембране 14. Одновременно под действием пружины 13 клапан 12 отсечки перекрывает доступ сжатому воздуху из полости 10 в рабочую камеру 15. Ударная масса 3 подлетает на некоторую высоту и при падении производит удар по забиваемой трубе 1 через корпус 8 узла подъема ударной массы 3 (фиг.5), при этом открывает через клапан 12 отсечки доступ сжатому воздуху из полости 10 в рабочую камеру 15. Затем цикл повторяется.

Изобретение относится к горной и строительной промышленности, а именно к пневматическим ударным устройствам для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, и может найти применение также в других областях промышленности, где требуется ударное воздействие. Устройство содержит ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, включающий подвес на шарнире для движения ударной массы, прикрепленном к кронштейну над забиваемым стержневым элементом, и узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство. Ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством. Мембрана выполнена в виде усеченного конуса, а распределительное устройство - в виде подпружиненного клапана отсечки. Во втором варианте исполнения направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы выполнен в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы пневматического ударного устройства за счет увеличения времени воздействия сжатого воздуха на ударную массу, а также повышение надежности его работы за счет упрощения конструкции. 2 с. п. ф-лы, 5 ил.

1. Пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, содержащее ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, включающий подвес на шарнире для движения ударной массы, прикрепленном к кронштейну над забиваемым стержневым элементом, и узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха, при этом корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство, причем ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством, отличающееся тем, что мембрана выполнена в виде усеченного конуса, а распределительное устройство - в виде подпружиненного клапана отсечки.2. Пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, содержащее ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха, при этом корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство, причем ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством, отличающееся тем, что мембрана выполнена в виде усеченного конуса, а распределительное устройство - в виде подпружиненного клапана отсечки, при этом направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы выполнен в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы.