РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ УДАРНЫХ УСТРОЙСТВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F15B21/12 E21B4/14 E21B1/28 B25D9/18 

Техническое решение относится к средствам автоматизации производственных процессов в различных отраслях промышленности, а именно к распределительным элементам гидравлических ударных устройств, служащим для управления потоком рабочей жидкости между участками и агрегатами гидравлической системы.

Известен двухпозиционный распределитель гидравлического ударного механизма (авт. св. СССР №694636, кл. Е 21 С 3/20, В 25 D 9/26, опубл. в БИ №40, 1979), который содержит корпус с двумя каналами управления и каналами для подвода и отвода рабочей жидкости, запорно-регулирующий элемент, имеющий хвостовик со стороны одного из каналов управления и установленный с возможностью продольного перемещения для изменения направления потока рабочей жидкости.

Недостатком этого распределителя является то, что при недостаточно быстром нарастании давления потока рабочей жидкости, подаваемого через каналы управления, быстродействие распределителя будет низким.

Наиболее близким решением по технической сущности и совокупности существенных признаков является двухпозиционный распределитель (золотник) гидравлического ударного механизма для бурильных машин (авт. св. СССР №1028840, кл. Е 21 С 3/20, опубл. в БИ №26, 1983), который содержит корпус с каналом управления и каналами для подвода и отвода рабочей жидкости, запорно-регулирующий элемент, имеющий хвостовик со стороны канала управления, установленный в корпусе с возможностью продольного перемещения для изменения направления потока рабочей жидкости и поджатый пружиной.

Недостатком этого распределителя является то, что при сжатии пружины усилие на ней увеличивается, что приводит при недостаточно быстром нарастании давления потока рабочей жидкости, подаваемого через канал управления, к медленному перемещению запорно-регулирующего элемента распределителя, возможна его полная остановка в промежуточном положении. Это приводит к снижению быстродействия распределителя, сбоям в его работе, что говорит о его низкой надежности.

Технической задачей предлагаемого распределителя гидравлических ударных устройств является повышение надежности его работы и быстродействия за счет уменьшения силы противодействия перемещению запорно-регулирующего элемента и увеличения силы, перемещающей запорно-регулирующий элемент из исходного положения во второе положение.

Указанная задача решается тем, что в распределителе гидравлических ударных устройств, содержащем корпус с каналом управления и каналами для подвода и отвода рабочей жидкости, запорно-регулирующий элемент, имеющий хвостовик со стороны канала управления и установленный в корпусе с возможностью поджатия в исходном положении и продольного перемещения для изменения направления потока рабочей жидкости, согласно техническому решению внутренняя полость корпуса разделена перемычкой с отверстием на камеры - гидравлическую и пневматическую, заполненную сжатым газом под давлением Р_г, а запорно-регулирующий элемент дополнительно снабжен хвостовиком, расположенным со стороны пневматической камеры, проходящим в нее через отверстие в указанной перемычке и имеющим на торце шляпку, причем в исходном положении запорно-регулирующего элемента шляпка поджата к поверхности перемычки давлением Р_г сжатого газа.

Указанная совокупность признаков позволяет при превышении силой, действующей со стороны потока рабочей жидкости, подаваемого в гидравлическую камеру через канал управления к торцу запорно-регулирующего элемента, находящегося в исходном положении, силы, действующей со стороны сжатого газа в пневматической камере на шляпку хвостовика запорно-регулирующего элемента, без замедления и остановки в промежуточном положении переместить запорно-регулирующий элемент из исходного положения во второе положение, тем самым повысить надежность его работы и быстродействие, так как после того, как шляпка утратит контакт с перемычкой, сила, прижимающая ее к перемычке, уменьшится вследствие уменьшения эффективной площади воздействия сжатого газа на шляпку, в отличие от прототипа, в котором при сжатии пружины сила, противодействующая перемещению запорно-регулирующего элемента, увеличивается.

Во втором варианте исполнения в распределителе гидравлических ударных устройств, содержащем корпус с каналом управления и каналами для подвода и отвода рабочей жидкости, запорно-регулирующий элемент, имеющий хвостовик со стороны канала управления и установленный в корпусе с возможностью поджатия в исходном положении и продольного перемещения для изменения направления потока рабочей жидкости, согласно техническому решению внутренняя полость корпуса разделена перемычкой с отверстием на камеры - гидравлическую и пневматическую, заполненную сжатым газом под давлением Р_г, а запорно-регулирующий элемент дополнительно снабжен хвостовиком, расположенным со стороны пневматической камеры, проходящим в нее через отверстие в указанной перемычке и имеющим на торце шляпку, при этом в исходном положении запорно-регулирующего элемента шляпка поджата к поверхности перемычки давлением Р_г сжатого газа, а хвостовик, расположенный со стороны канала управления, имеет ступенчатую форму, причем в исходном положении запорно-регулирующего элемента ступенью большего диаметра этого хвостовика перекрыт доступ потоку рабочей жидкости, подаваемому в гидравлическую камеру через канал управления, к ступени меньшего диаметра.

Во втором варианте исполнения, кроме уменьшения силы, воздействующей на запорно-регулирующий элемент со стороны сжатого газа в пневматической камере, после смещения запорно-регулирующего элемента из исходного положения увеличится сила, действующая со стороны потока рабочей жидкости, подаваемого через канал управления, так как после открытия доступа этому потоку к ступени хвостовика меньшего диаметра увеличится эффективная площадь, на которую он воздействует, что так же, как и в первом варианте исполнения, позволит без замедления и остановки в промежуточном положении переместить запорно-регулирующий элемент из исходного положения во второе положение, тем самым повысить надежность работы и быстродействие.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг.1 изображен распределитель гидравлических ударных устройств по первому варианту, на фиг.2 - то же по второму варианту.

Распределитель гидравлических ударных устройств (далее - распределитель) по первому варианту (фиг.1) содержит корпус 1, внутренняя полость которого разделена перемычкой 2 с отверстием на гидравлическую камеру 3 и пневматическую камеру 4, запорно-регулирующий элемент 5, выполненный в виде цилиндрического плунжера с проточкой 6, хвостовиком 7 и хвостовиком 8, имеющим на торце шляпку 9, и установленный с возможностью продольного перемещения для изменения направления потока рабочей жидкости в гидравлической камере 3. В корпусе 1 имеются канал 10 управления для подвода рабочей жидкости к поверхности 11 запорно-регулирующего элемента 5, расположенной со стороны хвостовика 7, и каналы 12, 13, 14 для подвода и отвода рабочей жидкости. Пневматическая камера 4 заполнена сжатым газом под давлением Р_г, который, воздействуя на поверхность 15 шляпки 9, плотно прижимает шляпку 9 ее поверхностью 16 к поверхности 17 перемычки 2, через хвостовик 8 воздействует на запорно-регулирующий элемент 5 и удерживает его в крайнем левом по схеме положении, при котором открыт проход рабочей жидкости из канала 12 в канал 13 через проточку 6 запорно-регулирующего элемента 5, а канал 14 перекрыт.

Распределитель по первому варианту работает следующим образом. К поверхности 11 запорно-регулирующего элемента 5 через канал 10 управления подается поток рабочей жидкости с давлением Р_у, вследствие чего на указанную поверхность будет действовать сила F_y, направленная по оси запорно-регулирующего элемента 5,

F_y=P_y·S₁,

где Р_у - давление потока рабочей жидкости, подаваемого через канал 10 управления,

S₁ - площадь поверхности 11 запорно-регулирующего элемента 5.

С противоположной стороны на запорно-регулирующий элемент 5 действует сила F_г, величина которой в исходном положении имеет значение

F_г1=Р_г·S₂,

где Рг - давление сжатого газа в пневматической камере 4,

S₂ - площадь поверхности 15 шляпки 9.

Условие предельного равновесия можно записать так:

P_y·S₁=P_г·S₂.

При увеличении давления Р_у запорно-регулирующий элемент 5 сместится вправо по схеме, сжатый газ, находящийся в пневматической камере 4, заполнит область, образовавшуюся между поверхностями 16 и 17, вследствие чего величина силы F_г, противодействующей силе F_y, уменьшится до значения

F_г2=P_г·(S₂-S₃),

где Р_г - давление сжатого газа в пневматической камере 4,

S₂ - площадь поверхности 15 шляпки 9,

S₃ - площадь поверхности 16 шляпки 9.

Запорно-регулирующий элемент 5 займет второе (крайнее правое по схеме) положение, закроет канал 12 и откроет проход потоку рабочей жидкости через проточку 6 запорно-регулирующего элемента 5 из канала 13 в канал 14. Возврат в исходное положение произойдет после снятия воздействия потока рабочей жидкости, подаваемого через канал 10 управления в гидравлическую камеру 3, под действием давления Р_г сжатого газа в пневматической камере 4.

Распределитель по второму варианту (фиг.2) содержит корпус 1, внутренняя полость которого разделена перемычкой 2 с отверстием на гидравлическую камеру 3 и пневматическую камеру 4, запорно-регулирующий элемент 5, выполненный в виде цилиндрического плунжера с проточкой 6, хвостовиком 7 и хвостовиком 8, имеющим на торце шляпку 9, и установленный с возможностью продольного перемещения для изменения направления потока рабочей жидкости в гидравлической камере 3. В корпусе 1 имеются канал 10 управления для подвода рабочей жидкости к поверхности 11 запорно-регулирующего элемента 5, расположенной со стороны хвостовика 7, и каналы 12, 13, 14 для подвода и отвода рабочей жидкости. Хвостовик 7 имеет ступенчатую форму, и в исходном положении эффективной площадью для воздействия потока рабочей жидкости, подаваемого через канал 10 управления, является площадь поверхности 11 запорно-регулирующего элемента 5, доступ этого потока к поверхности 18 ступени хвостовика 7 большего диаметра перекрыт. Пневматическая камера 4 заполнена сжатым газом под давлением Р_г, который, воздействуя на поверхность 15 шляпки 9, плотно прижимает шляпку 9 поверхностью 16 к поверхности 17 перемычки 2, через хвостовик 8 воздействует на запорно-регулирующий элемент 5 и удерживает его в крайнем левом по схеме положении, при котором открыт проход рабочей жидкости из канала 12 в канал 13 через проточку 6, а канал 14 перекрыт.

Распределитель по второму варианту работает следующим образом. К поверхности 11 запорно-регулирующего элемента 5 через канал 10 управления подается поток рабочей жидкости с давлением Р_у, вследствие чего на поверхность 11 будет действовать сила F_y, направленная по оси запорно-регулирующего элемента 5, величина которой до смещения запорно-регулирующего элемента 5 из исходного положения имеет значение

F_y1=Р_у·S₁,

где Р_у - давление потока рабочей жидкости, подаваемого через канал 10 управления,

S₁ - площадь поверхности 11 запорно-регулирующего элемента 5.

С противоположной стороны на запорно-регулирующий элемент 5 действует сила F_г, величина которой в исходном положении имеет значение

F_г1=P_г·S₂,

где Р_г - давление сжатого газа в пневматической камере 4,

S₂ - площадь поверхности 15 шляпки 9.

Условие предельного равновесия можно записать так:

P_y·S₁=P_г·S₂.

При увеличении давления Р_у запорно-регулирующий элемент 5 сместится вправо по схеме, сжатый газ, находящийся в пневматической камере 4, заполнит область, образовавшуюся между поверхностями 16 и 17, вследствие чего величина силы F_г, противодействующей силе F_y, уменьшится до значения

F_г2=P_г·(S₂-S₃),

где Р_г - давление сжатого газа в пневматической камере 4,

S₂ - площадь поверхности 15 шляпки 9,

S₃ - площадь поверхности 16 шляпки 9.

В то же время увеличится величина силы F_y до значения

F_y2=P_y·(S₁+S₄),

где Р_у - давление потока рабочей жидкости, подаваемого через канал 10 управления,

S₁ - площадь поверхности 11 запорно-регулирующего элемента 5,

S₄ - площадь поверхности 18 ступени хвостовика 7 большего диаметра.

Запорно-регулирующий элемент 5 займет второе (крайнее правое по схеме) положение, закроет канал 12 и откроет проход потоку рабочей жидкости из канала 13 в канал 14 через проточку 6. Возврат в исходное положение произойдет после снятия воздействия потока рабочей жидкости, подаваемого через канал 10 управления, под действием давления Р_г сжатого газа в пневматической камере 4.

Распределитель предназначен для гидравлических ударных устройств. Распределитель содержит корпус с каналом управления и каналами для подвода и отвода рабочей жидкости, запорно-регулирующий элемент, имеющий хвостовик со стороны канала управления и установленный в корпусе с возможностью поджатия в исходном положении и продольного перемещения для изменения направления потока рабочей жидкости, при этом внутренняя полость корпуса разделена перемычкой с отверстием на камеры -- гидравлическую и пневматическую, заполненную сжатым газом под давлением Р_г, а запорно-регулирующий элемент дополнительно снабжен хвостовиком, расположенным со стороны пневматической камеры, проходящим в нее через отверстие в указанной перемычке и имеющим на торце шляпку, причем в исходном положении запорно-регулирующего элемента шляпка поджата к поверхности перемычки давлением Р_г сжатого газа. Технический результат - повышение надежности. 2 н.п.ф-лы, 2 ил.

1. Распределитель гидравлических ударных устройств, содержащий корпус с каналом управления и каналами для подвода и отвода рабочей жидкости, запорно-регулирующий элемент, имеющий хвостовик со стороны канала управления и установленный в корпусе с возможностью поджатия в исходном положении и продольного перемещения для изменения направления потока рабочей жидкости, отличающийся тем, что внутренняя полость корпуса разделена перемычкой с отверстием на камеры - гидравлическую и пневматическую, заполненную сжатым газом под давлением Р_г, а запорно-регулирующий элемент дополнительно снабжен хвостовиком, расположенным со стороны пневматической камеры, проходящим в нее через отверстие в указанной перемычке и имеющим на торце шляпку, причем в исходном положении запорно-регулирующего элемента шляпка поджата к поверхности перемычки давлением Р_г сжатого газа.2. Распределитель гидравлических ударных устройств, содержащий корпус с каналом управления и каналами для подвода и отвода рабочей жидкости, запорно-регулирующий элемент, имеющий хвостовик со стороны канала управления и установленный в корпусе с возможностью поджатия в исходном положении и продольного перемещения для изменения направления потока рабочей жидкости, отличающийся тем, что внутренняя полость корпуса разделена перемычкой с отверстием на камеры - гидравлическую и пневматическую, заполненную сжатым газом под давлением Р_г, а запорно-регулирующий элемент дополнительно снабжен хвостовиком, расположенным со стороны пневматической камеры, проходящим в нее через отверстие в указанной перемычке и имеющим на торце шляпку, при этом в исходном положении запорно-регулирующего элемента шляпка поджата к поверхности перемычки давлением Р_г сжатого газа, а хвостовик, расположенный со стороны канала управления, имеет ступенчатую форму, причем в исходном положении запорно-регулирующего элемента ступенью большего диаметра этого хвостовика перекрыт доступ потоку рабочей жидкости, подаваемому в гидравлическую камеру через канал управления, к ступени меньшего диаметра.