УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 2006 года по МПК E21B6/00 B25D16/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к машинам ударно-вращательного действия, а именно перфораторам, применяемым в строительстве, в геологоразведочных и буровзрывных работах для образования отверстий в горных породах, строительных материалах, а также для их разрушения.

Известны ударно-вращательные машины, имеющие возможность переключения в два режима работы и содержащие корпус, привод, направляющий цилиндр, установленный в корпусе с возможностью вращения, преобразовательный кривошипно-шатунный механизм, преобразующий вращение привода в возвратно-поступательные движения поршня, установленного в направляющем цилиндре вместе с ударником, отделенным от поршня воздушной подушкой и наносящим периодические удары по рабочему инструменту, закрепленному в направляющем цилиндре, и на направляющем цилиндре установлена приводная коническая шестерня, с помощью редуктора связанная с приводом и подпружиненная со стороны, противоположной зубчатому венцу, и в корпусе установлен подвижно в осевом и неподвижно в радиальном направлениях ползун, связанный с эксцентриком, установленным в корпусе и имеющим ручку управления, и на рабочем торце ползуна выполнены зубчатые элементы зацепления для взаимодействия с зубчатым венцом приводной шестерни. Патент ФРГ №2136523 от 21.07.71 г., кл. B 28 D 1/14.

Такая машина может работать в двух режимах - ударно-вращательном и ударном. Переключение с одного режима на другой осуществляется с помощью переключателя, представляющего собой ползун, связанный с эксцентриком, выведенным на поверхность корпуса с помощью ручки управления. Приводная шестерня установлена неподвижно в радиальном направлении на направляющем цилиндре и подвижно в осевом и подпружинена пружиной сжатия со стороны, противоположной зубчатому венцу. Если приводная шестерня находится в зацеплении с конической шестерней промежуточного вала, то машина работает в ударно-вращательном режиме. Если с помощью ползуна переключателя приводная шестерня сдвигается, преодолевая действие пружины, вдоль направляющего цилиндра и выходит из зацепления с ведущей конической шестерней, то вращение направляющего цилиндра, а вместе с ним и рабочего инструмента прекращается. В то же время ползун, находясь в зацеплении своими элементами зацепления с зубьями приводной шестерни, фиксирует последнюю относительно корпуса, а вместе с ней и направляющий цилиндр с рабочим инструментом. Ударный механизм в это время продолжает работать, а машина в этом состоянии работает в ударном режиме.

Недостатком машины является низкая надежность. Проявляется это в следующем. Для обеспечения надежного зацепления приводной шестерни с ведущей конической шестерней пружина сжатия, удерживающая приводную шестерню в состоянии зацепления, должна иметь значительное усилие нажатия на приводную шестерню. В ударном режиме, когда с помощью ползуна приводная шестерня сдвигается вдоль направляющего цилиндра, преодолевая действие пружины, сила давления пружины на приводную шестерню увеличивается. Эта же сила передается через зубья приводной шестерни на элементы зацепления ползуна. Учитывая, что ползун в ударном режиме испытывает значительные усилия от момента, возникающего от работы, например, зубила, элементы зацепления ползуна с зубьями приводной шестерни испытывают значительные удельные нагрузки, что приводит к их смятию и выходу из строя и не обеспечивает должной надежности машины в целом.

Ближайшей по своей технической сущности является ударно-вращательная машина, имеющая возможность переключения в, как минимум, два режима работы и содержащая корпус, привод, направляющий цилиндр, установленный в корпусе и имеющий возможность вращения, преобразовательный механизм, преобразующий вращение привода в возвратно-поступательные движения поршня, установленного в направляющем цилиндре вместе с ударником, отделенным от поршня воздушной подушкой, рабочий инструмент, втулку, охватывающую направляющий цилиндр и связанную с ним в радиальном направлении и имеющую возможность осевого перемещения для ее установки в левое и правое крайние положения, и на втулке выполнены соответственно левые и правые элементы зацепления для взаимодействия в левом крайнем положении втулки с ответными элементами зацепления корпуса, а в правом крайнем положении с ответными элементами зацепления приводной шестерни, свободно установленной в радиальном направлении на направляющем цилиндре, и в корпусе закреплен эксцентрик, связанный с втулкой для ее осевого перемещения вдоль направляющего цилиндра. Патент ФРГ №2728961 от 27.01.77 г., кл. Е 21 С 1/12.

Хотя эта машина не имеет недостатка аналога, она имеет, тем не менее, низкую надежность.

В такой машине втулка, установленная вокруг направляющего цилиндра, зафиксирована относительно него в радиальном направлении и имеет возможность осевого перемещения под действием эксцентрика, занимая при этом одно из двух крайних положений. На своих торцевых поверхностях втулка имеет элементы радиального зацепления.

В первом крайнем положении втулки ее соответствующие элементы зацепления взаимодействуют с ответными элементами зацепления, выполненными на приводной шестерне, установленной свободно в радиальном направлении относительно направляющего цилиндра. При этом вместе с приводной шестерней получает вращение направляющий цилиндр, и в этом положении осуществляется ударно-вращательный режим. При переводе втулки в другое крайнее положение ее соответствующие элементы зацепления выходят из зацепления с ответными элементами зацепления приводной шестерни, которая свободно вращается вокруг направляющего цилиндра, а противоположные элементы зацепления втулки входят во взаимодействие с ответными элементами зацепления, выполненными в корпусе. При этом направляющий цилиндр фиксируется в радиальном направлении относительно корпуса. И в этом крайнем положении втулки осуществляется ударный режим, без вращения рабочего инструмента.

При переводе втулки из одного крайнего положения в другое выступы торцевых элементов зацепления могут не совпасть с углублениями ответных элементов зацепления. В этом случае взаимодействие выступов торцевых элементов зацепления втулки и выступов ответных элементов зацепления не дает возможности эксцентрику занять свое крайнее положение, а принудительное дальнейшее его вращение может вывести из строя эксцентрик или ручку управления. Для совпадения элементов зацепления втулки и соответствующих ответных элементов зацепления необходима дополнительная манипуляция со шпинделем, путем его поворота вручную на некоторый угол.

Все вместе взятое снижает оперативность работы и надежность машины в целом.

В основу изобретения поставлена задача создания ручной машины, имеющей возможность переключения в, как минимум, два режима работы и обладающей повышенной надежностью.

Поставленная задача решается тем, что в ударно-вращательной машине, имеющей возможность переключения в, как минимум, два режима работы и содержащей корпус, привод, направляющий цилиндр, установленный в корпусе и имеющий возможность вращения, преобразовательный механизм, преобразующий вращение привода в возвратно-поступательные движения поршня, установленного в направляющем цилиндре вместе с ударником, отделенным от поршня воздушной подушкой, рабочий инструмент, втулку, охватывающую направляющий цилиндр и связанную с ним в радиальном направлении и имеющую возможность осевого перемещения для ее установки в левое и правое крайние положения, и на втулке выполнены соответственно левые и правые элементы зацепления для взаимодействия в левом крайнем положении втулки с ответными элементами зацепления корпуса, а в правом крайнем положении с ответными элементами зацепления приводной шестерни, свободно установленной в радиальном направлении на направляющем цилиндре, и в корпусе закреплен эксцентрик, связанный с втулкой для ее осевого перемещения вдоль направляющего цилиндра, в корпусе закреплена перпендикулярно оси направляющего цилиндра штанга, а связь эксцентрика с втулкой осуществляется с помощью кронштейна, расположенного вокруг направляющего цилиндра и установленного на штанге с возможностью ограниченного вращения вокруг последней, и в кронштейне выполнены боковые выступы, направленные во внутрь к оси направляющего цилиндра и располагаемые в кольцевой проточке втулки, а также один внешний выступ, и на штанге установлена также пружина кручения, концы которой одновременно охватывают как шип эксцентрика, так и внешний выступ, стремясь сжать последние.

Такая машина имеет возможность с помощью переключателя работать в двух режимах: ударном и ударно-вращательном. При этом узел переключения режимов и его детали обладают повышенной надежностью и малыми габаритами. Достигнуто это тем, что перемещение втулки в левое и правое крайние осевые положения осуществляется поворотом кронштейна вокруг штанги с помощью эксцентрика через пружинную связь. Эта пружинная связь позволяет осуществлять поворот эксцентрика в крайние свои положения, соответствующие левому и правому крайним осевым положениям втулки, независимо от того, произошло совпадение соответствующих элементов зацепления или нет. Последующее включение машины в работу и вращение направляющего цилиндра вместе с втулкой позволяет под действием пружины сдвинуть втулку при совпадении соответствующих элементов зацепления и осуществить кинематическую связь, определяющую тот или иной режим работы машины. Все вновь привнесенные по отношению к прототипу элементы переключения (кронштейн, пружина, штанга) сосредоточены непосредственно около втулки, так же как и у прототипа, что практически не увеличивает габаритов машины по сравнению с последним, но существенно увеличивает надежность.

Конкретное выполнение предлагаемого изобретения поясняется описанием и прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 изображает ударно-вращательную машину в продольном разрезе в нейтральном положении переключателя рода работ.

Фиг.2 изображает поперечный разрез узла удержания рабочего инструмента в машине.

Фиг.3 изображает узел переключателя режимов работы машины в поперечном разрезе.

Фиг.4 изображает ударно-вращательную машину в продольном разрезе в положении переключателя, соответствующем ударному режиму работы.

Фиг.5 изображает ударно-вращательную машину в продольном разрезе в положении переключателя, соответствующем ударно-вращательному режиму работы.

Ударно-вращательная машина содержит корпус 1 (Фиг.1), привод 2, установленный в корпусе 1, направляющий цилиндр 3, имеющий возможность вращения, и в направляющем цилиндре 3 размещены поршень 4 и ударник 5, разделенные между собой воздушной подушкой 6. В корпусе 1 установлены редуктор, состоящий из ответной шестерни 7 и составной ведущей шестерни 8, преобразовательный механизм 9 кривошипно-шатунного типа, преобразующий вращательное движение привода 2 в возвратно-поступательные движения поршня 4. В направляющем цилиндре 3 закрепляется хвостовик 10 рабочего инструмента в виде бура 11 или зубила 12. Между ударником 5 и рабочим инструментом размещен промежуточный элемент 13. Удержание хвостовика 10 в направляющем цилиндре 3 происходит с помощью фиксаторов 14 (Фиг.2), охваченных направляющей втулкой 15 и находящихся частью своего сечения 16 в закрытых пазах 17 хвостовика 10. Для передачи вращения от направляющего цилиндра 3 на хвостовик 10 в последнем выполнены открытые пазы 18, в которых размещаются фигурные выступы 19, выполненные в направляющем цилиндре 3. На направляющем цилиндре 3 (фиг.1) установлена неподвижно в радиальном направлении с помощью шлицевого соединения 20 (Фиг.3) втулка 21, имеющая возможность осевого перемещения до своего левого (Фиг.4) или правого (Фиг.5) крайних положений. На торцах втулки 21 (Фиг.1) выполнены элементы зацепления в виде левых и правых выступов 22 и 23, соответственно для взаимодействия в левом крайнем своем положении с ответными элементами зацепления в виде ответных впадин 24 накладки 25, закрепленной в корпусе 1, а в правом крайнем положении с ответными элементами зацепления в виде ответных впадин 26 приводной шестерни 27 (Фиг.5), установленной свободно в радиальном направлении на направляющем цилиндре 3. В корпусе 1 закреплена перпендикулярно оси направляющего цилиндра 3 штанга 28, на которой установлен с возможностью ограниченного вращения относительно оси кронштейн 29, имеющий боковые выступы 30 (Фиг.3), направленные внутрь к оси направляющего цилиндра 3 и расположенные в кольцевой проточке 31, выполненной на внешней поверхности втулки 21. На кронштейне 29 выполнены также внешний выступ 32 и боковое отверстие 33 для размещения в нем шипа 34 эксцентрика 35, установленного в корпусе 1 с возможностью вращения с помощью ручки 36. На штанге 28 установлена также пружина кручения 37, левый и правый концы 38, 39 которой (Фиг.1) одновременно охватывают как шип 34 эксцентрика 35, так и внешний выступ 32, стремясь сжать последние.

Ударно-вращательная машина работает следующим образом. Вращение привода 2 (Фиг.1) через ответную шестерню 7 и преобразовательный механизм 9 обеспечивает возвратно-поступательные движения поршню 4 и одновременно через ведущую шестерню 8 вращение приводной шестерни 27. Ударник 5, связанный с поршнем 4 воздушной подушкой 6, повторяет движения поршня 4, нанося периодические удары по хвостовику 10 бура 11 через промежуточный элемент 13. Нахождение втулки 21 в правом крайнем положении (Фиг.5) обеспечивает зацепление ее правых выступов 23 с ответными впадинами 26 приводной шестерни 27 и одновременное вращение направляющего цилиндра 3 вместе с буром 11. При этом в машине устанавливается ударно-вращательный режим работы (режим перфоратора).

Вращением эксцентрика 35 на угол 180° его шип 34 одновременно поворачивает левый конец 38 пружины кручения 37, а вслед за ним под действием силы сжатия концов пружины кручения 37 ее правый конец 39 силой давления на внешний выступ 32 поворачивает кронштейн 29 на некоторый угол, который обеспечивает смещение втулки 21 с помощью боковых выступов 30 кронштейна 29 в левое крайнее осевое положение (Фиг.4). При этом правые выступы 23 втулки 21 выходят из ответных впадин 26 приводной шестерни 27, их радиальная связь обрывается, а вращение направляющего цилиндра 3 прекращается. В левом крайнем положении втулки 21 ее левые выступы 22 входят в ответные впадины 24 накладки 25, закрепленной в корпусе 1, а сам направляющий цилиндр 3 вместе с закрепленным в нем зубилом 12 фиксируется от вращения относительно корпуса 1. Следовательно, в левом крайнем осевом положении втулки 21, обеспечиваемом соответствующим положением эксцентрика 35, в машине устанавливается ударный режим работы, режим молотка.

При осевом смещении втулки 21, например, в левое крайнее положение левые выступы 22 втулки 21 могут не попасть сразу в ответные впадины 24 накладки 25 корпуса 1, а сама втулка 21 не сможет занять свое крайнее левое осевое положение. Тем не менее эксцентрик 35 продолжает вращаться, деформируя пружину кручения 37 и разводя ее концы 38, 39, занимает свое крайнее положение, соответствующее ударному режиму в машине. Это возможно, поскольку при этом шип 34 эксцентрика 35 деформирует левый конец 38 пружины кручения 37, поворачивая его вслед за собой. Правый же конец 39 пружины кручения 37, упираясь во внешний выступ 32 кронштейна 29, прижимает с помощью внутренних выступов 30 и кольцевой проточки 31 втулку 21 к накладке 25. При ручных манипуляциях с машиной во время ударного режима ее корпус 1 поворачивается относительно лезвия зубила 12, внедренного в обрабатываемый материал, и, соответственно, относительно направляющего цилиндра 3. При таком повороте левые выступы 22 втулки 21 также поворачиваются относительно корпуса 1. Как только ответные впадины 24 накладки 25 совпадут с левыми выступами 22 втулки 21, напряженный правый конец 39 пружины кручения 37, упираясь во внешний выступ 32, поворачивает кронштейн 29, автоматически сдвигая с помощью боковых выступов 30 втулку 21 в левое крайнее осевое положение. При этом направляющий цилиндр 3, а вместе с ним и зубило 12 фиксируются в радиальном направлении относительно корпуса 1.

При повороте эксцентрика 35 в обратную сторону на угол 180° происходит переключение машины на ударно-вращательный режим работы (Фиг.5). При этом шип 34 эксцентрика 35, поворачиваясь, сдвигает за собой правый конец 39 пружины кручения 37. Поворачиваясь вокруг штанги 28, пружина кручения 37 своим левым концом 38, упираясь во внешний выступ 32, одновременно поворачивает вокруг штанги 28 кронштейн 29. При этом боковые выступы 30, находясь внутри кольцевой проточки 31, сдвигают втулку 21 вдоль направляющего цилиндра 3 в правое крайнее осевое положение. При этом расстояние, проходимое втулкой 21 из левого крайнего осевого положения (Фиг.4) в правое крайнее осевое положение (Фиг.5), существенно меньше, чем радиус поворота кронштейна 29 от оси штанги 28 до боковых выступов 30, траектория движения которых аппроксимируется прямой линией. Это не позволяет последним выйти из зацепления с кольцевой проточкой 31 в процессе поворота кронштейна 29.

Далее попадание правых выступов 23 втулки 21 в ответные впадины 26 приводной шестерни 27 восстанавливает радиальную связь между втулкой 21 и приводной шестерней 27. При включении привода 2 в работу включается не только ударный механизм, но получает вращение направляющий цилиндр 3 вместе с буром, что обеспечивает машине ударно-вращательный режим работы.

В случае несовпадения правых выступов 23 втулки 21 с ответными впадинами 26 приводной шестерни 27 втулка 21, упираясь в последнюю, останавливается, не достигая своего правого крайнего осевого положения. Эксцентрик 35 тем не менее продолжает вращаться, поворачивая одновременно шипом 34 правый конец 39 пружины кручения 37 вокруг штанги 28, достигая своего правого крайнего положения. Левый конец 38 пружины кручения 37, следуя за правым концом 39, упираясь во внешний выступ 32, стремится повернуть кронштейн 29 вокруг штанги 28. При включении привода 2 приводная шестерня 27 начинает вращаться до момента, при котором правые выступы 23 устанавливаются напротив ответных впадин 24 приводной шестерни 27. Втулка 21, находясь под действием напряженного левого конца 39 пружины кручения 37, сдвигается вправо, устанавливая радиальное зацепление с приводной шестерней 27, и начинает вращаться вместе с направляющим цилиндром 3 и буром 11. В машине при этом устанавливается, учитывая, что одновременно работает ударный механизм, ударно-вращательный режим работы.

Такое выполнение машины повышает ее надежность, так как процесс переключения с одного режима на другой не может вывести из строя эксцентрик 35, поскольку он подпружинен относительно кронштейна 29. Располагая боковые выступы 30 с противоположных сторон втулки 21 на уровне ее оси, исключаются перекосы втулки 21 относительно направляющего цилиндра 3 при ее осевом перемещении, что позволяет снизить длинновые размеры втулки 21.

В силу особенности конструкции переключателя, когда под действием эксцентрика 35 вращательное движение кронштейна 29 преобразуется в поступательное перемещение втулки 21, все его элементы сосредоточены непосредственно около оси, проходящей через среднее между двумя крайними положениями втулки 21. Такое расположение элементов переключателя также сокращает его габариты и машины в целом.

Использование: относится к области машиностроения, в частности к машинам ударно-вращательного действия, а именно к перфораторам, применяемым в строительстве, в геологоразведочных и буровзрывных работах. Позволяет повысить надежность системы. Ударно-вращательная машина компрессионно-вакуумного типа имеет возможность переключения в, как минимум, два режима работы и содержит корпус, привод, ударный механизм, размещенный в направляющем цилиндре, установленном в корпусе и имеющем возможность вращения. Преобразовательный механизм преобразует вращение привода в возвратно-поступательные движения поршня ударного механизма. Машина имеет втулку, охватывающую направляющий цилиндр и связанную с ним в радиальном направлении и имеющую возможность осевого перемещения для ее установки в левое и правое крайние осевые положения для обеспечения соответственно ударного и ударно-вращательного режимов работы. В корпусе закреплен эксцентрик, связанный с втулкой для ее осевого перемещения вдоль направляющего цилиндра. В корпусе закреплена перпендикулярно оси направляющего цилиндра штанга. Связь эксцентрика с втулкой осуществляется с помощью кронштейна, охватывающего втулку и установленного на штанге с возможностью ограниченного вращения вокруг нее. В кронштейне выполнены боковые выступы, направленные во внутрь к оси направляющего цилиндра и располагаемые в кольцевой проточке, выполненной во втулке, а также один внешний выступ. На штанге установлена также пружина кручения, концы которой одновременно охватывают как шип эксцентрика, так и внешний выступ, стремясь сжать последние. 5 ил.

Ударно-вращательная машина, имеющая возможность переключения в, как минимум, два режима работы и содержащая корпус, привод, направляющий цилиндр, установленный в корпусе и имеющий возможность вращения, преобразовательный механизм, преобразующий вращение привода 'в возвратно-поступательные движения поршня, установленного в направляющем цилиндре вместе с ударником, отделенным от поршня воздушной подушкой, рабочий инструмент, втулку, охватывающую направляющий цилиндр и связанную с ним в радиальном направлении и имеющую возможность осевого перемещения для ее установки в левое и правое крайние положения, и на втулке выполнены соответственно левые и правые элементы зацепления для взаимодействия в левом крайнем положении втулки с ответными элементами зацепления корпуса, а в правом крайнем положении с ответными элементами зацепления приводной шестерни, свободно установленной в радиальном направлении на направляющем цилиндре, и в корпусе закреплен эксцентрик, связанный с втулкой для ее осевого перемещения вдоль направляющего цилиндра, отличающаяся тем, что в корпусе закреплена перпендикулярно оси направляющего цилиндра штанга, а связь эксцентрика с втулкой осуществляется с помощью кронштейна, расположенного вокруг направляющего цилиндра, и установленного на штанге с возможностью ограниченного вращения вокруг последней, и в кронштейне выполнены боковые выступы, направленные вовнутрь к оси направляющего цилиндра, и располагаемые в кольцевой проточке втулки, а также один внешний выступ, и на штанге установлена также пружина кручения, концы которой одновременно охватывают как шип эксцентрика, так и внешний выступ, стремясь сжать последние.