ПНЕВМОУДАРНАЯ МАШИНА С НЕЗАВИСИМЫМ ВРАЩЕНИЕМ ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2006 года по МПК E21B6/04 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к пневмоударным машинам с независимым вращением инструмента для бурения шпуров и скважин.

Известна пневмоударная машина с независимым вращением инструмента, включающая ударный механизм с кольцевым питающим каналом и круговой кромкой отсечки выхлопа на передней торцовой поверхности, вращатель, состоящий из статора, ротора, имеющего внутри в задней части золотник с винтовыми каналами, а в передней части - зубья для взаимодействия со шпинделем, ствол и инструмент (см. Васильев В.М. "Перфораторы", Справочник, М., Недра, 1989 г., стр.52-54).

Недостатком этой машины является низкая эксплуатационная надежность из-за повышенного трения между деталями вращателя, поскольку конструкция золотника не позволяет выполнить зубчатое зацепление ротора и шпинделя посредине длины ротора, что и приводит к перекосу деталей.

Известна также пневмоударная машина с независимым вращением инструмента, содержащая ударный механизм, на передней торцовой поверхности которого имеется кольцевой канал питания вращателя и кольцевой выхлопной канал с круговой кромкой отсечки выхлопа, ствол, шпиндель, инструмент и вращатель, установленный между торцовыми поверхностями ударного механизма и ствола, состоящий из статора, ротора, с внутренними короткими зубьями, расположенными посредине его длины, в котором закреплен неподвижно золотник, выполненный с винтовыми каналами на наружной поверхности (см. патент на полезную модель №34613, Е 21 В 1/00, 2003 г.).

Недостатком этой машины является низкая эксплуатационная надежность вращателя, в частности золотника, из-за отсутствия возможности его надежного неподвижного соединения с ротором. Объясняется это тем, что во всех аналогах и прототипе "начала и концы винтовых глухих канавок на поверхности золотника смещены на 90°", а совмещение кольцевого питающего канала и круговой кромки отсечки выхлопа на переднем торце ударного механизма с началами винтовых каналов золотника осуществлено в пределах 180° в зоне питания и диаметрально противоположно 180° в зоне выхлопа.

Это не позволяет выполнить золотник укороченной длины, необходимой для размещения зубчатой передачи ротора и шпинделя посредине длины ротора. Уменьшение угла подъема винтовой линии при сохранении смещения начал и концов канавок на 90° приводит или к уменьшению сечения винтовых каналов золотника, или к некачественному прессовому соединению его с ротором из-за уменьшения поверхности перемычек между каналами.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эксплуатационной надежности пневмоударной машины.

Достигается это тем, что в пневмоударной машине с независимым вращением инструмента, содержащей ударный механизм, на передней торцовой поверхности которого для питания вращателя имеется кольцевой канал и кольцевой выхлопной канал с круговой кромкой отсечки выхлопа, вращатель, состоящий из статора, ротора, имеющего внутри, посредине длины, короткие зубья, а в задней части неподвижно закрепленный золотник с глухими винтовыми каналами, шпиндель, ствол и инструмент, начала и концы глухих винтовых каналов золотника смещены на угол в пределах 70°-80°, а кольцевой питающий канал и кольцевой выхлопной канал на передней торцовой поверхности ударного механизма соединены постоянно с диаметрально противоположными частями начал винтовых каналов золотника в пределах углов 140°-160° дуг каждой части, что обеспечено соответствующими диаметру золотника размерами питающего кольцевого канала и круговой кромки отсечки выхлопа на передней торцевой поверхности ударного механизма.

Определенная экспериментальным путем величина смещения начал относительно концов винтовых каналов менее 90°, а именно в пределах 70°-80°, с незначительным уменьшением угла подъема винтовых лини и каналов, позволяет существенно уменьшить длину золотника при сохранении площади поперечного сечения каналов и перемычек между ними, что и обеспечивает качество соединения его с ротором, и позволяет в свою очередь выполнить зубчатое зацепление со шпинделем посредине длины ротора для исключения его перекоса при работе.

Смещение начал и концов глухих винтовых каналов на угол 70°-80° требует, чтобы в постоянном соединении с кольцевым питающим каналом и с кольцевым выхлопным каналом на переднем торце ударного механизма находилось не более 140°-160° дуг окружностей каждого канала, то есть вдвое больше, чем величина углов смещения начал и концов глухих винтовых каналов золотника. Взаимодействие по укороченным дугам кольцевых каналов на переднем торце ударного механизма с началами глухих винтовых каналов ротора, кроме того, уменьшает утечки сжатого воздуха в зоне контакта поверхностей и полностью исключает попадание сетевого воздуха в зону выхлопа напрямую по винтовым каналам, что наблюдается у аналогов при неточностях изготовления или по мере износа деталей двигателя.

Таким образом, предлагаемым изобретением решается задача повышения эксплуатационной надежности пневмоударной машины.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2.

На фиг.1 представлен общий вид пневмоударной машины в разрезе по передней части; на фиг.2 - в увеличенном масштабе совмещение кольцевых питающего и выхлопного каналов, расположенных на переднем торце ударного механизма, с началами винтовых пазов золотника на торце ротора.

Пневмоударная машина (см. фиг.1) содержит ударный механизм 1 с ударником 2, статор 3, ротор 4, с неподвижно закрепленным в нем золотником 5, шпиндель 6, ствол 7 и инструмент 8.

Статор 3 представляет собой шестерню с внутренними зубьями 9 круглого профиля, с которыми взаимодействуют зубья 10 ротора 4, внутри которого посредине длины имеются короткие зубья 11 с впадинами круглого профиля, образующие зацепление с зубьями 12 шпинделя 6.

На передней торцевой поверхности ударного механизма 1 выполнены кольцевой питающий канал 13, соединенный отверстием и краном управления машины с сетью (на фиг.1 не показаны) и кольцевой выхлопной канал 14 с круговой кромкой 15 отсечки выхлопа.

На наружной поверхности золотника 5 имеются глухие винтовые каналы, число которых соответствует числу впадин между наружными зубьями 10 ротора 4. Неподвижное соединение золотника 5 и ротора 4 образует внутри него глухие винтовые каналы 16, которые в глухой части соединены с наружной поверхностью ротора 4 посредством радиальных отверстий 17, расположенных во впадинах между зубьями 10. На торцевой поверхности ствола 7 выполнены отверстия 18, соединяющие выхлопную полость вращателя с атмосферой.

Пневмоударная машина работает следующим образом.

Сжатый воздух из сети одновременно подается в ударный механизм 1 и в кольцевой питающий канал 13. В ударном механизме 1 по известным схемам воздух попеременно поступает в камеры холостого и рабочего ходов и ударник 2 совершает удары по инструменту 8.

В момент времени, соответствующий показанному на фиг.1 и 2, ротор 4 находится в зацеплении с правой частью зубьев 9 статора 3.

В левой части зубья 9 и 10 статора и ротора проскальзывают относительно друг друга с минимальным радиальным зазором. То есть полости внутри зубчатого зацепления статора 3 и ротора 4, расположенные ниже и выше горизонтальной оси (см. фиг.2) изолированы друг от друга. Из кольцевого питающего канала 13 ударного механизма 1 сжатый воздух поступает в совмещенные с ним начала винтовых каналов 16 ротора 4 и далее, с поворотом на угол смещения глухих винтовых каналов 16 золотника 5, по радиальным отверстиям 17 ротора 4 поступает в одну из изолированных полостей зубчатого зацепления статора 3 и ротора 4. В какую именно зависит от правого или левого направления нарезки глухих винтовых пазов 16 на наружной поверхности золотника 5, что определяет направление вращения инструмента 8.

Одновременно диаметрально противоположно расположенная часть начал винтовых каналов 16 ротора 4 оказывается совмещенной с кольцевым выхлопным каналом 14. Это означает, что другая изолированная полость зубчатого зацепления статора 3 и ротора 4 по радиальным отверстиям 17, винтовым каналам 16, с учетом аналогичного поворота на угол смещения концов и начал этих каналов, по кольцевому выхлопному каналу 14, внутренней полости вращателя и отверстиям 18 ствола 7 постоянно соединена с атмосферой.

Следовательно, половина полости зубчатого зацепления между статором 3 и ротором 4 постоянно находится под давлением сетевого воздуха, другая половина соединена с атмосферой. Ротор под действием давления в рабочей полости перекатывается вокруг линии опоры - зуба ротора 4 и впадины статора 3, далее линией опоры становится следующая пара зуба и впадины. Передние, по ходу вращения ротора 4, начала винтовых каналов 16 открываются, задние закрываются и так далее. В результате положение рабочей камеры перемещается по окружности и ротор 4 обкатывается по внутренней поверхности статора 3.

Поскольку количество зубьев ротора 4 на единицу меньше числа зубьев статора 3, то за полное обкатывание ротор 4 сместится вокруг своей оси только на расстояние между соседними зубьями, то есть происходит его небольшое угловое смещение.

Планетарное перемещение ротора 4 преобразовывается во вращательное движение шпинделя 6 за счет планетарного взаимодействия внутренних зубьев 11 ротора 4 и зубьев 12 шпинделя 6. Это взаимодействие происходит по линии одной пары зуб-впадина, следовательно, в зоне контакта возникает значительная радиальная сила, поэтому очень важно, чтобы она действовала в середине длины ротора 4, не вызывая его перекоса.

Экспериментально установлено, что оптимальная величина углового смещения начал и концов глухих винтовых каналов золотника находится в пределах 70°-80°, а постоянное соединение начал винтовых каналов золотника с питающим и выхлопным кольцевыми каналами на переднем торце ударного механизма соответственно в пределах 140°-160° угловой части каждого канала.

Это обеспечивает возможность изготовления вращателей пневмоударных машин с центральным зацеплением ротора и шпинделя, исключает перекос деталей вращателя, снижает трение, уменьшает утечки энергоносителя, что в итоге повышает эксплуатационную надежность пневмоударной машины с независимым вращением инструмента.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к пневмоударным машинам с независимым вращением инструмента для бурения шпуров и скважин. Позволяет повысить эксплуатационную надежность пневмоударной машины. Машина содержит ударный механизм, на передней торцовой поверхности которого для питания вращателя имеется кольцевой канал и кольцевой выхлопной канал с круговой кромкой отсечки выхлопа. Вращатель, состоящий из статора, ротора имеет внутри, посредине длины, короткие зубья, а в задней части неподвижно закрепленный золотник с винтовыми каналами, шпиндель, ствол и инструмент. Начала и концы винтовых каналов золотника смещены на угол в пределах 70°-80°, а кольцевой питающий канал и кольцевой выхлопной канал на передней торцовой поверхности ударного механизма соединены постоянно с диаметрально противоположными частями начал винтовых каналов золотника в пределах углов 140°-160° дуг каждой части, что обеспечено соответствующими диаметру золотника размерами питающего кольцевого канала и круговой кромки отсечки выхлопа на передней торцовой поверхности ударного механизма. 2 ил.

Пневмоударная машина с независимым вращением инструмента, содержащая ударный механизм, на передней торцовой поверхности которого для питания вращателя имеется кольцевой канал и кольцевой выхлопной канал с круговой кромкой отсечки выхлопа, вращатель, состоящий из статора, ротора, имеющего внутри посредине длины короткие зубья, а в задней части неподвижно закрепленный золотник с глухими винтовыми каналами, шпиндель, ствол и инструмент, отличающаяся тем, что начала и концы глухих винтовых каналов золотника смещены на угол в пределах 70-80°, а кольцевой питающий канал и кольцевой выхлопной канал на передней торцовой поверхности ударного механизма соединены постоянно с диаметрально противоположными частями начал глухих винтовых каналов золотника в пределах углов 140-160° дуг каждой части, что обеспечено соответствующими диаметру золотника размерами питающего кольцевого канала и круговой кромки отсечки выхлопа.