УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2005 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к промышленности по добыче и производству различных породоподобных материалов, а именно к устройствам ударного действия, предназначенным для разрушения, измельчения и прессования горных пород и других породоподобных материалов.

Известны различные устройства аналогичного предназначения, например устройство (см. а.с. СССР №1373807, МПК Е 21 С 3/20), содержащее корпус, поршень-ударник, камеры холостого и рабочего хода, гидрораспределитель с двумя полостями управления, снабженные гидроаккумуляторами сливную и напорную линии, а также напорный золотник. Указанное устройство с целью повышения КПД за счет использования кинетической энергии ударника для зарядки аккумулятора выполнено с тремя обратными клапанами, дополнительной проточкой на поршне-ударнике и дополнительным каналом в корпусе со стороны инструмента, а также дополнительным каналом камеры рабочего хода, который через первый обратный клапан соединен с основным каналом камеры рабочего хода, а через второй клапан - с напорной магистралью, при этом напорный золотник и третий обратный клапан установлены параллельно в магистрали управления.

Большой недостаток описанного устройства состоит в его конструкционной сложности и громоздкости. Для управления возвратно-поступательным движением исполнительного органа служат девять функциональных элементов и семь каналов гидравлической системы. Работа всех элементов, включенных в гидравлическую систему ударного устройства, должна быть целенаправленно согласована. Это достигается тщательной отработкой и регулировкой гидравлических узлов. Нарушение в работе одного из узлов приводит к отказу всего ударного устройства. Поэтому изготовление и эксплуатация устройства связаны с большими затратами, а его надежность недостаточна вследствие значительной сложности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство ударного действия по а.с. СССР №1493778, МПК Е 21 С 3/20, которое выбрано в качестве прототипа. В указанном устройстве в значительной степени устранен указанный выше недостаток. Устройство, содержащее корпус, поршень-ударник, сообщенную с напорной магистралью камеру холостого хода и попеременно, через распределитель, связанную с напорной или сливной магистралями камеру рабочего хода, с целью повышения КПД за счет уменьшения утечек рабочей жидкости через сливную магистраль, снабжено установленными в магистрали управления нормально открытым клапаном, камера управления которого сообщена с камерой рабочего хода. В данном устройстве количество каналов в корпусе сокращено до пяти, а количество управляющих движением рабочего органа функциональных элементов - до шести. В результате конструкция устройства упростилась, вследствие чего повысилась его надежность.

Недостаток указанного выше устройства, отрицательно влияющий на его работоспособность и надежность, состоит в том, что распределение потоков рабочей жидкости осуществляется за счет взаимодействия выполненных на поршне-ударнике выточек с сопряженными поверхностями корпуса устройства. Следовательно, упомянутый поршень-ударник выполняет функции золотника. Для обеспечения необходимой работоспособности и надежности ударного устройства требуется, чтобы точность и чистота сопряженных поверхностей ударника и корпуса соответствовали нормам (требованиям), предельным для современной технологии механической обработки.

Удовлетворение указанных требований связано с большими технологическими трудностями. Эти трудности усугубляются тем, что поперечные размеры ударника значительно превосходят размеры распространенных в практике традиционных золотников. Возрастают затраты, связанные с эксплуатацией устройства, т.к. предъявляются повышенные требования к условиям его работы и квалификации обслуживающего персонала.

Таким образом, к недостаткам прототипа относятся конструктивная сложность, недостаточная надежность и высокая себестоимость.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании устройства ударного действия, которое конструктивно проще, надежнее и дешевле.

Для решения поставленной задачи, сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в устройстве ударного действия, включающем корпус, совместно с подвижным в нем поршнем-ударником образующий постоянно соединенную с источником рабочей жидкости под давлением и поршневым гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода и камеру рабочего хода с коаксиальными тормозными полостями на ее торцевых поверхностях (стенках), попеременно связанную со сливной линией или с камерой холостого хода через распределитель с торцевыми полостями управления различного диаметра на его концах, согласно изобретению подвижный в корпусе устройства поршень гидропневматического аккумулятора на обращенном в сторону его гидравлической полости торце снабжен сопряженным с корпусом по боковой поверхности цилиндрическим штоком с кольцевой канавкой в средней части, посредством которого большая по диаметру торцевая полость распределителя через каналы в корпусе попеременно соединена (связана, сообщена) со сливной линией (при отсутствии в аккумуляторе рабочей жидкости) либо с источником рабочей жидкости (при наличии в аккумуляторе заданного объема рабочей жидкости), при этом меньшая по диаметру торцевая полость постоянно сообщена с источником рабочей жидкости.

Кроме того, с целью повышения КПД задняя по отношению к рабочему концу поршня-ударника тормозная полость камеры рабочего хода через каналы в корпусе и два обратных клапана попеременно сообщена (связана, соединена) с источником рабочей жидкости или с камерой рабочего хода.

В отличие от прототипа, где поршень-ударник служит не только для передачи ударных импульсов обрабатываемой среде, но и выполняет дополнительно функции управляющего органа, в предлагаемом устройстве упомянутая функция выполняется не поршнем-ударником, а изготовленным как одно целое с подвижным поршнем гидропневматического аккумулятора и сопряженным с корпусом по боковой поверхности цилиндрическим штоком с кольцевой канавкой в средней части. Упомянутый шток соединяет большую по диаметру торцевую полость распределителя через каналы в корпусе со сливной линией при отсутствии в аккумуляторе рабочей жидкости и соединяет упомянутую полость с источником рабочей жидкости при наличии в аккумуляторе заданного объема рабочей жидкости. При этом меньшая по диаметру торцевая полость распределителя постоянно соединена с источником рабочей жидкости. Организованный подобным образом порядок соединения торцевых полостей обеспечивает возможность периодического переключения золотника распределителя. Заданный результат достигается при минимальном числе конструктивных элементов предлагаемого устройства. Следовательно, достигается конструктивная простота.

Кроме того, в отличие от прототипа управляющие элементы устройства имеют минимально возможные поперечные размеры и, следовательно, могут быть изготовлены при меньших затратах и более качественно, а, стало быть, будут более надежны. При этом отпадет необходимость в повышенных требованиях к качеству и точности сопряженных поверхностей корпуса и поршня-ударника. Исключение управляющих канавок на боковой поверхности ударника дает возможность использовать для герметизации сопряжений поршня-ударника с корпусом мягкие уплотнительные элементы, что также повышает надежность устройства.

Наконец, возможность сообщения задней тормозной полости в камере рабочего хода через обратные клапаны попеременно с источником рабочей жидкости либо с камерой рабочего хода позволяет преобразовывать кинетическую энергию холостого хода поршня-ударника в потенциальную энергию сжатого газа в аккумуляторе, за счет чего повышается КПД устройства.

Таким образом, технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в конструктивном упрощении устройства, повышении его надежности и снижении стоимости.

Кроме того, оно имеет более высокий КПД.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже представлен схематичный чертеж устройства в продольном разрезе и его гидравлическая схема.

Устройство ударного действия содержит корпус 1, в направляющих которого подвижно вдоль оси установлен поршень-ударник 2, имеющий ступени 3, 4, 5, 6. Совместно с внутренней поверхностью корпуса 1 поршень-ударник 2 образует камеру 7 холостого и камеру 8 рабочего хода. Диаметр ступени 5 ударника (значительно) меньше, чем диаметр ступени 3. В торцевых стенках камеры рабочего хода 8 образованы передняя 9 и задняя 10 тормозные полости, диаметры которых, по существу, равны диаметру ступени 6 поршня-ударника. Камера холостого хода 7 по каналу 11 постоянно сообщается с напорной линией 12, которая в свою очередь соединяет между собою источник рабочей жидкости под давлением 13 и поршневой гидропневматический аккумулятор 14. Камера рабочего хода 8 по каналу 15 соединена с гидрораспределителем 16.

Расположенная в камере рабочего хода задняя тормозная полость 10 по каналу 17 через обратные клапаны 18 и 19 по линиям 20 и 21 сообщается либо с камерой рабочего хода 8, либо с напорной линией 12. Гидравлический распределитель 16 поочередно сообщает камеру 8 рабочего хода либо с камерой 7 и напорной линией 12, либо со сливной линией 22.

Распределитель 16 снабжен двумя торцевыми полостями с плунжерами 23 и 24. Площадь плунжера 24 по величине превосходит площадь плунжера 23. Меньшая по площади торцевая полость с плунжером 23 постоянно соединена с напорной линией 12.

Большая по площади торцевая полость с плунжером 24 по каналам 25, 26 и кольцевым канавкам "а", "б" посредством кольцевой выточки 27 на штоке поршня 28 гидропневматического аккумулятора 14 сообщается со сливной линией 22 при крайнем нижнем (по чертежу) положении поршня 28 (в гидроаккумуляторе нет рабочей жидкости).

В крайнем верхнем (по чертежу) положении поршня 28 (гидроаккумулятор заполнен рабочей жидкостью) торцевая поверхность "в" штока 27 расположена выше кольцевой выточки "а", при этом по каналу 25 торцевая полость с плунжером 24 сообщается с напорной линией 12.

Полость 29 служит для защиты устройства от загрязнений и может быть соединена с атмосферой или заполнена сжатым газом при малом давлении. Для предотвращения утечек рабочей жидкости ступени 3, 4, 5 поршня-ударника снабжены мягкими уплотнениями 30, 31 и 32. Поршень 28 гидропневматического аккумулятора имеет уплотнения 33.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении, показанном на чертеже, рабочая жидкость от источника 13 по напорной линии 12 поступает в гидроаккумулятор 14 и в торцевую полость 23 распределителя 16, а по каналу 11 - в камеру 7 холостого хода. В гидропневматическом аккумуляторе 14 в данный момент рабочая жидкость отсутствует, и его поршень 28 находится в крайнем нижнем (по чертежу) положении, при этом торцевая полость 24 посредством кольцевой выточки штока 27 по линиям 25, 26 соединена со сливной линией 22.

Под давлением жидкости в торцевой полости 23 гидравлический распределитель 16 находится в крайнем правом положении, показанном на чертеже. При этом камера 8 рабочего хода по каналу 15 через распределитель 16 сообщена со сливной линией 22. Под давлением жидкости, поступающей в камеру 7 холостого хода, поршень-ударник 2 перемещается вверх (по чертежу), совершая холостой ход. В процессе холостого хода жидкость из камеры 8 рабочего хода по каналу 15 через распределитель 16 и сливную линию 22 вытесняется в масляный бак.

Одновременно с холостым ходом ударника идет заполнение жидкостью гидроаккумулятора 14 и перемещение поршня 28 вверх (по чертежу).

Вблизи крайнего верхнего (по чертежу) положения ступень 6 поршня-ударника 2 входит в заднюю тормозную полость 10, изолируя последнюю от камеры 8. Давление жидкости в упомянутой полости повышается и за счет инерционной силы становится больше давления в напорной линии 12. Под действием указанного давления жидкость из полости 10 через обратный клапан 19 по каналу 17 и линии 21 вытесняется в гидроаккумулятор 14. Одновременно под действием этого давления на верхний торец ступени 6 происходит торможение поршня-ударника 2 до его полной остановки.

При торможении ударника кинетическая энергия его холостого хода преобразуется в потенциальную энергию сжатого газа в гидроаккумуляторе 14. После остановки поршня-ударника 2 вся жидкость от источника жидкости 13 поступает в гидроаккумулятор 14.

Заполнение гидроаккумулятора жидкостью продолжается до тех пор, пока торец "в" штока 27 не сместится выше (по чертежу) кольцевой канавки "а". В результате торцевая полость 24 распределителя по каналам 21, 25 соединяется с напорной линией 12. С этого момента на торец плунжера в торцевой полости 24 действует жидкость под давлением из напорной линии 12.

Вследствие разности площадей плунжеров 23, 24 происходит перемещение распределителя 16 в левое (по чертежу) положение, в результате камера 8 рабочего хода по каналу 15 соединяется с напорной линией 12 и, следовательно, с камерой 7 холостого хода, источником рабочей жидкости 13 и жидкостной полостью гидроаккумулятора 14. Одновременно задняя тормозная полость 10 по каналу 17 через обратный клапан 18 также сообщается с напорной линией 12. Благодаря этому жидкость под давлением действует на поршень-ударник 2 в тот момент, когда его выступ 6 еще находится в полости 10. Под действием давления жидкости, поступающей в камеру 8 рабочего хода из линии 12, поршень-ударник 2 ускоренно движется вниз (по чертежу), совершая рабочий ход.

В это время жидкость от источника 13, гидроаккумулятора 14, а также жидкость, вытесняемая из камеры 7 холостого хода через распределитель 16 по каналу 15 поступает в камеру 8 рабочего хода. Во время рабочего хода гидроаккумулятор 14 освобождается от рабочей жидкости. В результате его поршень 28 и связанный с ним шток 27 перемещаются вниз (по чертежу).

Незадолго до соударения поршня-ударника 2 с инструментом и последующей его остановки поршень 28 гидроаккумулятора достигает положения, когда кольцевая выточка штока 27 через кольцевые канавки "а" и "б", а также каналы 25 и 26 снова соединяет торцевую полость 24 со сливной линией 22. В полости 24 устанавливается давление слива. Под действием постоянного давления жидкости в торцевой полости 23 распределитель 16 перемещается в правое исходное положение, при котором камера 8 рабочего хода снова сообщается со сливной линией 22. В результате начинается очередной холостой ход.

Далее цикл повторяется.

В отличие от известных устройств в предлагаемом устройстве поршень-ударник для управления потоками жидкости не используется. Эту функцию выполняет цилиндрический шток, жестко соединенный с поршнем гидроаккумулятора. В связи с этим на поверхности поршня-ударника не требуется выполнять коаксиальные канавки, как это сделано, например, в прототипе. Благодаря этому в предлагаемом устройстве уплотнения всех поверхностей поршня-ударника могут быть выполнены с применением мягких уплотнений, что позволит практически полностью исключить перетоки жидкости между камерами холостого и рабочего ходов при значительно больших зазорах в сопряжениях поршня-ударника с направляющими корпуса устройства ударного действия.

В связи с этим повышается надежность и КПД устройства, упрощается технология изготовления и, соответственно, снижается его себестоимость. Значительно снижаются требования к условиям эксплуатации устройства и квалификации обслуживающего персонала. Благодаря этому достигается значительный положительный эффект.

Изобретение относится к устройствам для разрушения скальных пород, искусственных хрупких материалов, рыхления мерзлого и уплотнения насыпного грунта. Устройство ударного действия может быть применено в качестве сменного рабочего оборудования на стреле экскаватора или как рабочий орган стационарной установки для дробления высокопрочных хрупких материалов. Изобретение решает задачу создания устройства ударного действия, которое конструктивно проще, надежнее и дешевле. Благодаря исключению перетоков рабочей жидкости между камерами рабочего и холостого ходов за счет установки мягких уплотнений, а также за счет использования энергии поршня-ударника при холостом ходе для подзарядки гидроаккумулятора достигается максимально возможная частота ударов при заданной подаче насоса и энергии удара. Молот конструктивно прост, компактен, технологичен, отличается большим КПД и обладает высокой надежностью за счет того, что подвижный в корпусе поршень гидропневматического аккумулятора на обращенном в сторону его гидравлической полости торце снабжен сопряженным с корпусом по боковой поверхности цилиндрическим штоком с кольцевой канавкой в средней части, посредством которого большая по диаметру торцевая полость распределителя через каналы в корпусе сообщена со сливной линией либо с источником рабочей жидкости, при этом меньшая по диаметру торцевая полость постоянно сообщена с источником рабочей жидкости. Кроме того, задняя по отношению к рабочему концу поршня-ударника тормозная полость камеры рабочего хода через каналы в корпусе и два обратных клапана сообщена либо с источником рабочей жидкости, либо с камерой рабочего хода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство ударного действия, включающее корпус, совместно с подвижным в нем поршнем-ударником образующий постоянно соединенную с источником рабочей жидкости под давлением и поршневым гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода и камеру рабочего хода с коаксиальными тормозными полостями на ее торцевых стенках, попеременно связанную со сливной линией или с камерой холостого хода через распределитель с торцевыми полостями управления различного диаметра на его концах, отличающееся тем, что подвижный в корпусе поршень гидропневматического аккумулятора на обращенном в сторону его гидравлической полости торце снабжен сопряженным с корпусом по боковой поверхности цилиндрическим штоком с кольцевой канавкой в средней части, посредством которого большая по диаметру торцевая полость распределителя через каналы в корпусе попеременно сообщена со сливной линией, либо с источником рабочей жидкости, при этом меньшая по диаметру торцевая полость постоянно сообщена с источником рабочей жидкости.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задняя по отношению к рабочему концу поршня-ударника тормозная полость камеры рабочего хода через каналы в корпусе и два обратных клапана попеременно сообщена либо с источником рабочей жидкости, либо с камерой рабочего хода.