ПРИВОД ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2006 года по МПК E21B6/02 

Привод используется в машинах и механизмах перфораторов, бурильных машин, молотков, молотов, стендов для испытаний изделий одновременно на ударные и центробежные нагрузки.

Известен привод машин ударного действия, содержащий корпус с волноводом и направляющей трубой, имеющей наружную винтовую резьбу, размещенные в трубе ударник с бойком, муфту, взаимодействующую с ударником и имеющую фиксатор, установленный во впадине резьбы, и центробежный регулятор, одна пара стержней которого кинематически связана с приводом, а другая пара шарнирно соединена с муфтой; муфта выполнена с зубом, являющимся фиксатором, а на направляющей трубе под углом к ее продольной оси выполнена проточка, которая соединяет первый и последний витки резьбы и в которую периодически входит зуб муфты [1].

Недостатком такого привода является то, что волновод не вращается, т.е. передается только ударный импульс без вращательного движения волновода или инструмента. Кроме этого, слабым местом конструкции являются места стыков проточки и резьбы, которые могут разбиваться при прохождении зуба по резьбе или проточке.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является конструкция привода машины ударно-вращательного действия, содержащая корпус, привод, механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, инструмент, механизм вращения инструмента, содержащий цилиндр, установленный в корпусе с возможностью вращения и связанный с инструментом, и ударник, расположенный в цилиндре и связанный с преобразовательным механизмом;

механизм вращения инструмента выполнен в виде дифференциала, ведущая шестерня которого укреплена на валу привода, оси сателлитов установлены в стенках цилиндра, а механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное связан с одним из сателлитов [2].

Этот привод не имеет рекуператора кинетической энергии в виде специальных инерционных масс и их противовесов, а также динамически не уравновешен механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, т.е. шатун не имеет симметричного противовеса при вращении относительно вала.

Задачей изобретения является передача части накопленной кинетической энергии деталей привода (колес, инерционных центробежных противовесов, кривошипов и др.) кроме ударного импульса еще и энергии вращения инструменту - волноводу; в конструкции также предусмотрено уравновешивание центробежных сил инерционных масс при вращении.

Поставленная задача решена за счет того, что привод ударно-вращательного действия состоит из механизма преобразования вращательного действия в поступательное, выполненное в виде дифференциала и кривошипно-шатунного узла, редуктора, инструмента-волновода, соединенного с валом двигателя через редуктор, бойка, находящегося в направляющей на одной оси с инструментом-волноводом, кривошипно-шатунный узел выполнен в виде рекуператора кинетической энергии, связанного с дифференциалом посредством валов кривошипов, шарнирно соединенных шатунами с бойком через пружину, а на концах кривошипов расположены инерционные массы и их противовесы, при этом на оси вала двигателя установлена обгонная муфта.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Привод содержит двигатель 1, с валом которого соединена муфта 2, с другой стороны муфты 2 на одной оси с валом двигателя расположена шестеренка 3 и обгонная муфта 10. Колеса 3, 4, 5 и 6 образуют редуктор, исполнительным механизмом которого является инструмент-волновод 16, соединенный с колесом 6 через скользящую шпонку 17. Колесо 7 зацеплено с колесом 8, посаженным на трубчатый вал, внутри которого расположен вал от муфты 2 до конического колеса дифференциала 9, имеющего два вала кривошипов, на концах последних расположены инерционные массы 11 и их противовесы 12; кривошипы шарнирно соединены шатунами 13 с пружиной (стальной или пневматической, или другим упругим элементом) 14 и бойком 15, находящимся в направляющей по одной оси с инструментом-волноводом 16.

Работает привод следующим образом.

Момент от двигателя 1 через муфту 2 передается с помощью колес 3, 4, 5 и 6 на инструмент-волновод 16, при этом угловая скорость ω₀ падает, а момент соответственно увеличивается. Колесо 6 передает возросший в несколько раз момент на инструмент-волновод 16 через скользящую шпонку 17 (или шлицевое соединение) таким образом, чтобы ударный импульс от бойка 15 к инструменту-волноводу 16 не воздействовал на колесо 6.

Через колеса 3, 4, 7 и 8 передается вращение на трубчатый вал дифференциала 9, корпус которого приобретает угловую скорость ω₁. Вал кривошипов до положения, показанного на чертеже, имеет угловую скорость взвода кривошипа ω_y=ω₀-ω₁. Затем под действием центробежных сил от угловой скорости ω₁ инерционные массы 11 и 12 резко увеличивают свои скорости - это им позволяет обгонная муфта 10; через шатуны 13 и пружину (упругий элемент) 14 боек 15 разгоняется до максимальной скорости удара, взаимодействуя в этом момент с инструментом-волноводом 16.

Привод позволяет накапливать кинетическую энергию деталей 3-13 за несколько оборотов (или десяток оборотов), т.к. частота вращения

ω₀≫ω_y=ω₀-ω₁,

где ω₀ - угловая скорость вала двигателя;

ω_y - угловая скорость вращения кривошипов с инерционными массами 11 и противовесами 12;

ω₁ - угловая скорость дифференциала 9;

- средняя частота ударов в секунду;

π=3,14.

Инерционные массы 11 динамически уравновешиваются противовесами 12, т.е. могут быть одинаковыми или разными по величине, но в последнем случае их вес обратно пропорционален расстояниям до оси вращения.

Шатуны 13 полностью симметричны относительно оси вращения в любой момент времени, поэтому так же, как и кривошипы с инерционными массами 11 и противовесами 12, динамически уравновешены, хотя угловые скорости ω_y кривошипов направлены в разные стороны.

Вместо одной пары зацепления колес 7 и 8 может быть коробка скоростей, чтобы привод работал в режимах молотка или молота, т.е. с увеличением частоты ударов энергия единичного ударного импульса падает, на чертеже коробка скоростей не показана.

Редуктор, состоящий из зацепления колес 3-4 и 5-6, в совокупности с другими узлами привода позволяют получить на инструменте перфоратора или бурильной машины эффективный вращательно-ударный режим, а в испытательном стенде комплексное воздействие в один и тот же момент времени ударного импульса с центробежной составляющей при вращении испытуемого изделия в инструменте-волноводе 16.

Источники информации

1. Стихановский Б.Н. и Городенцев С.Н. Машина ударного действия. А.с. SU №1061984 А, Бюл. №47 от 23.12.83.

2. Пятов В.Л., Шишулин Ю.П., Адамов В.Н., Басенник Г.Т. и Родионов В.Д. Машина ударно-вращательного действия. А.с. SU №681183, Бюл. №31 от 25.08.79.

Изобретение относится к приводам вращательно-ударного действия используемых в машинах и механизмах перфораторов, бурильных машин, молотков, молотов, стендов для испытания изделий одновременно на ударные и центробежные нагрузки. Технической задачей является передача части накопленной кинетической энергии деталей привода кроме ударного импульса еще и энергии вращения инструменту-волноводу, а также уравновешивание центробежных сил инерционных масс при вращении. Поставленная задача решается за счет того, что привод состоит из механизма преобразования вращательного действия в поступательное, выполненного в виде дифференциала и кривошипно-шатунного узла, редуктора, инструмента-волновода, соединенного с валом двигателя через редуктор, бойка, находящегося в направляющей на одной оси с инструментом-волноводом, кривошипно-шатунного узла, выполненного в виде рекуператора кинетической энергии, связанного с дифференциалом посредством валов кривошипов, шарнирно соединенных шатунами с бойком через пружину, а на концах кривошипов расположены инерционные массы и их противовесы, при этом на оси вала двигателя установлена обгонная муфта. 1 ил.

Привод вращательно-ударного действия, состоящий из механизма преобразования вращательного действия в поступательное, выполненного в виде дифференциала и кривошипно-шатунного узла, редуктора, инструмента-волновода, соединенного с валом двигателя через редуктор, бойка, находящегося в направляющей на одной оси с инструментом-волноводом, отличающийся тем, что кривошипно-шатунный узел выполнен в виде рекуператора кинетической энергии, связанного с дифференциалом посредством валов кривошипов, шарнирно соединенных шатунами с бойком через пружину, а на концах кривошипов расположены инерционные массы и их противовесы, при этом на оси вала двигателя установлена обгонная муфта.