ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УДАРНАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ ) Российский патент 2004 года по МПК E21C37/00 E02D7/10 

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 неизвестны 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 Р_З 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 разрежение, 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 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 между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная постоянно со сливом в бак. Эта камера на прямом ходе ударника соединена с каналом управления в корпусе при давлении рабочей жидкости в системе, меньшем величины Р_З. Гидрораспределительное устройство представляет собой гидрораспределитель, первая камера управления которого постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая его камера управления - с каналом управления в корпусе и поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р_З.

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 стабильность и, как следствие, надежность работы 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. Наличие дополнительной камеры, образованной между ударником и корпусом и соединенной постоянно со сливом в бак, позволяет упростить гидрораспределительное устройство, заменив его обычным двухпозиционным гидрораспределителем с пружинным возвратом и гидравлическими камерами управления, и тем самым повысить надежность работы 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, 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 представляет собой гидрораспределитель и между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная постоянно через канал управления в корпусе с первой камерой управления гидрораспределителя, вторая камера управления которого поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости в системе, равном величине Р_З. Дополнительная камера в конце обратного хода ударника соединена со сливом в бак, а в конце прямого хода ударника при давлении рабочей жидкости в системе, меньшем величины Р_З, - с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода.

По этому варианту исполнения гидравлической ударной машины, в отличие от прототипа, на прямом ходе ударника переключения гидрораспределителя не происходит. Гидрораспределитель переключается лишь после удара ударника по инструменту и его задержки на нем, пока давление в системе не превысит заранее установленную величину Р_З. Таким образом, ударник разгоняется на протяжении всего рабочего хода, что приводит к увеличению энергии удара, мощности и коэффициента полезного действия гидравлической ударной машины. Прямой ход ударника, удар его по инструменту и задержка ударника на инструменте перед началом обратного хода происходят при позиции гидрораспределителя, соединяющего камеру прямого хода с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода. Поэтому, в отличие от прототипа, колебания ударника и жидкости в камере прямого хода становятся невозможными, 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 стабильность и, как следствие, надежность работы машины.

Образование дополнительной камеры между ударником и корпусом и ее соединение через канал управления в корпусе с первой камерой управления гидрораспределителя позволяет упростить гидрораспределительное устройство, заменив его обычным двухпозиционным гидрораспределителем с пружинным возвратом и одной гидравлической камерой управления, и тем самым повысить надежность работы гидравлической ударной машины.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, где 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 с кромками 3 и 4, камеру 5 прямого хода, камеру 6 обратного хода и дополнительную камеру 7, образованные между корпусом 1 и ударником 2. Дополнительная камера 7 через канал 8 имеет постоянную связь со сливом в бак 9. Гидрораспределительное устройство 10 представляет собой гидрораспределитель 11, который соединяет камеру 5 прямого хода попеременно в одном положении с источником 12 расхода жидкости, аккумулятором 13 и камерой 6 обратного хода, в другом положении - со сливом в бак 9. Первая камера 14 управления гидрораспределителя 11 каналом 15 соединена с источником 12 расхода жидкости, аккумулятором 13 и камерой 6 обратного хода. Вторая его камера 16 управления поджата пружиной 17 с усилием, равным усилию в первой камере 14 управления при давлении рабочей жидкости в системе, равном заранее установленной величине Р_З, и каналом 18 соединена с каналом 19 управления в корпусе 1. Ударник 2 при движении вверх совершает обратный ход, при движении вниз - прямой ход, в конце которого наносит удар по инструменту 20. Ударник 2 своей кромкой 3 в конце обратного хода образует связь камеры 6 обратного хода с каналом 19 управления в корпусе 1.

Гидравлическая ударная машина по первому варианту работает следующим образом.

После включения источника 12 расхода жидкости, пока давление в системе ниже заранее установленной величины Р_З, гидрораспределителем 11 соединяют камеру 5 прямого хода с источником 12 расхода жидкости, аккумулятором 13 и камерой 6 обратного хода. Так как площадь ударника 2 со стороны камеры 5 прямого хода больше его площади со стороны камеры 6 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, гидрораспределитель 11, сжимая пружину 17, займет новое положение, соединив камеру 5 прямого хода со сливом в бак 9. При этом рабочая жидкость из второй камеры 16 управления отводится по каналу 18 через канал 19 управления в корпусе 1, дополнительную камеру 7 и канал 8 на слив в бак 9. Начинается обратный ход ударника 2 при дальнейшем повышении давления рабочей жидкости. При достижении кромкой 3 ударника 2 уровня расположения канала 19 управления в корпусе 1 в камеру 16 управления гидрораспределителя 11 из камеры 6 обратного хода поступает рабочая жидкость. Усилия в камерах 14, 16 управления гидрораспределителя 11 от давления рабочей жидкости уравновешиваются, и гидрораспределитель 11 под действием пружины 17 займет прежнее положение, соединив камеру 5 прямого хода с камерой 6 обратного хода, источником 12 расхода жидкости и аккумулятором 13. При этом ударник 2 тормозится, останавливается и начинает совершать прямой ход. Давление в системе начинает падать. Уровень расположения канала 19 управления в корпусе 1 таков, что при достижении его кромкой 4 ударника 2 давление рабочей жидкости в системе будет меньше величины Р_з. Поэтому при достижении кромкой 4 ударника 2 уровня расположения канала 19 управления в корпусе 1, когда камера 16 управления гидрораспределителя 11 получит связь со сливом в бак 9, гидрораспределитель 11 остается в прежней позиции, так как усилие в камере 14 управления гидрораспределителя 11 будет меньше усилия затяжки пружины 17. Камера 5 прямого хода по-прежнему соединена с камерой 6 обратного хода, источником 12 расхода жидкости и аккумулятором 13. 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 гидрораспределитель 11 переключится, и начнется новый цикл.

Гидравлическая ударная машина по второму варианту (фиг.2) содержит корпус 1, ударник 2 с кромками 4 и 21, камеру 5 прямого хода, камеру 6 обратного хода и дополнительную камеру 7, образованные между корпусом 1 и ударником 2. Гидрораспределительное устройство 10 представляет собой гидрораспределитель 11, который соединяет камеру 5 прямого хода попеременно в одном положении с источником 12 расхода жидкости, аккумулятором 13 и камерой 6 обратного хода, в другом положении - со сливом в бак 9. Первая камера 14 управления гидрораспределителя 11 каналом 22 постоянно соединена с каналом 19 управления в корпусе 1. Вторая его камера 16 управления поджата пружиной 17 с усилием, равным усилию в первой камере 14 управления при давлении рабочей жидкости в системе, равном величине Р_З. Ударник 2 при движении вверх совершает обратный ход, при движении вниз - прямой ход, в конце которого наносит удар по инструменту 20. Геометрия ударника 2 выбрана таким образом, что дополнительная камера 7 имеет постоянную связь с каналом 19 управления в корпусе 1 и соединена каналом 8 со сливом в бак 9 в конце обратного хода ударника 2 и с подводом рабочей жидкости по каналу 23 в конце прямого хода, когда давление рабочей жидкости в системе будет меньше величины Р_З.

Гидравлическая ударная машина по второму варианту работает следующим образом.

После включения источника 12 расхода жидкости, пока давление в системе ниже заранее установленной величины Р_З, гидрораспределителем 11 соединяют камеру 5 прямого хода с источником 12 расхода жидкости, аккумулятором 13 и камерой 6 обратного хода. Так как площадь ударника 2 со стороны камеры 5 прямого хода больше его площади со стороны камеры 6 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, гидрораспределитель 11, сжимая пружину 17, займет новое положение, соединив камеру 5 прямого хода со сливом в бак 9. Начинается обратный ход ударника 2 при дальнейшем повышении давления рабочей жидкости. При достижении кромкой 21 ударника 2 уровня расположения канала 8 камера 14 управления гидрораспределителя 11 через канал 22, канал 19 управления в корпусе 1, дополнительную камеру 7 и канал 8 будет связана со сливом в бак 9. При этом гидрораспределитель 11 под действием пружины 17 займет прежнее положение, соединив камеру 5 прямого хода с источником 12 расхода жидкости, аккумулятором 13 и камерой 6 обратного хода. При этом ударник 2 тормозится, останавливается и начинает совершать прямой ход. Давление рабочей жидкости при ускорении ударника 2 на прямом ходе в камере 5 прямого хода и во всей системе быстро падает и, когда кромка 4 ударника 2 достигнет уровня расположения канала 23, давление в системе будет меньше величины Р_З. Камера 14 управления гидрораспределителя 11 через канал 22, канал 19 управления в корпусе 1, дополнительную камеру 7 и канал 23 вновь соединяется с источником 12 расхода жидкости. Однако усилие в ней будет меньше усилия затяжки пружины 17. Поэтому гидрораспределитель 11 будет оставаться в прежнем положении, соединяя камеру 5 прямого хода с источником 12 расхода жидкости, аккумулятором 13 и камерой 6 обратного хода. 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 гидрораспределитель 11 переключится, и начнется новый цикл.

Изобретение 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. По первому варианту исполнения 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 его задержки перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р_З давления - со сливом в бак. Между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная постоянно со сливом в бак. Эта камера на прямом ходе ударника соединена с каналом управления в корпусе при давлении рабочей жидкости в системе, меньшем величины Р_З. Гидрораспределительное устройство представляет собой гидрораспределитель, первая камера управления которого постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая его камера управления - с каналом управления в корпусе и поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р_З. По второму варианту исполнения в машине гидрораспределительное устройство представляет собой гидрораспределитель и между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная постоянно через канал управления в корпусе с первой камерой управления гидрораспределителя, вторая камера управления которого поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости в системе, равном величине Р_З. Дополнительная камера в конце обратного хода ударника соединена со сливом в бак, а в конце прямого хода ударника при давлении рабочей жидкости в системе, меньшем величины Р_З, - с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы, увеличение энергии удара, повышение мощности и коэффициента полезного действия за счет изменения режима работы гидрораспределительного устройства. 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 Р_З давления - со сливом в бак, отличающаяся тем, что между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная постоянно со сливом в бак, которая на прямом ходе ударника соединена с каналом управления в корпусе при давлении рабочей жидкости в системе, меньшем величины Р_З, при этом гидрораспределительное устройство представляет собой гидрораспределитель, первая камера управления которого постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая его камера управления - с каналом управления в корпусе и поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р_З.2. Гидравлическая ударная машина, содержащая корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, 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, отличающаяся тем, что гидрораспределительное устройство представляет собой гидрораспределитель и между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная постоянно через канал управления в корпусе с первой камерой управления гидрораспределителя, вторая камера управления которого поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления, при давлении рабочей жидкости в системе, равном величине Р_З, при этом дополнительная камера в конце обратного хода ударника соединена со сливом в бак, а в конце прямого хода ударника при давлении рабочей жидкости в системе, меньшем величины Р_З, - с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода.