УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2007 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к устройствам ударного действия, предназначенным для разрушения, измельчения и прессования горных пород и других породоподобных материалов, и может быть использовано, например, в горнодобывающей промышленности в качестве сменного навесного оборудования на экскаваторах, тракторах и т.п. машинах.

Известны различные устройства ударного действия аналогичного назначения, например, устройство (см. а.с. СССР N 2011817, МПК Е 21 С 3/20), содержащее корпус, в расточке которого установлены коаксиально ступенчатый клапан и поршень-ударник, образующие аккумулирующую и переливную полости, сообщенную со сливной магистралью сливную полость, напорную и взводящую полости, а в корпусе выполнена кольцевая расточка, диаметр которой равен наружному диаметру хвостовика ступенчатого клапана и которая предназначена для периодического размещения хвостовика в указанной расточке, при этом в стенке хвостовика ступенчатого клапана выполнено дроссельное отверстие для постоянного сообщения между собой переливной и сливной полостей.

При своей конструктивной простоте и компактности описанное устройство имеет относительно низкую частоту и КПД, а также большую пульсацию давления в напорной и сливной магистралях, что отрицательно сказывается на работе насосной станции и коммуникаций.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство ударного действия (см. а.с. СССР N 2104148, МПК Е 21 С 3/20), которое выбрано в качестве прототипа.

В указанном устройстве в значительной степени устранены отмеченные недостатки.

Известное устройство содержит полый корпус, установленный в нем с образованием камер рабочего и холостого ходов поршень-ударник, распределитель в виде трехступенчатой, охватывающей поршень-ударник коаксиальной втулки, установленной между камерами рабочего и холостого ходов, в торцевых стенках камеры рабочего хода выполнены открытые в упомянутую камеру кольцевые расточки диаметром, равным диаметру кольцевого выступа поршня-ударника, одна из которых сообщена посредством кольцевого канала с выполненной между ней и осевой расточкой полостью управления меньшего диаметра, а другая через каналы в корпусе - со второй полостью большего диаметра, выполненной между камерой холостого хода и осевой расточкой. При этом камера холостого хода посредством канала сообщена с напорной магистралью, оснащенной гидропневматическим аккумулятором, а камера рабочего хода посредством распределителя поочередно сообщается со сливной или напорной магистралями.

В известном устройстве полезно используется вся поступающая от источника давления рабочая жидкость как во время холостого, так и рабочего ходов. Давление жидкости в напорной и сливной магистралях колеблется в малых пределах. В связи с этим данное устройство обладает более высоким КПД. Однако для его нормальной работы при известной массе поршня-ударника необходимо выполнение точных соотношений между площадями холостого и рабочего ходов, давлением газа в гидроаккумуляторах и удельным расходом жидкости, поступающей от источника давления. При отклонении от оптимальных значений производительности насоса или давления газа в гидроаккумуляторах могут наблюдаться нарушения работы устройства.

Кроме того, в исходном положении распределитель устройства должен сообщать полость рабочего хода со сливной магистралью. Условий, обеспечивающих определенность исходного положения распределителя, в описанном устройстве не предусмотрено, что также может приводить к нарушению его работы. Кроме того, необходимо строгое согласование давления газа в сливном аккумуляторе с давлением зарядки гидроаккумулятора на напорной магистрали.

Таким образом, работа известного устройства зависит от производительности насоса и давления зарядки аккумулятора, что усложняет эксплуатацию и предопределяет его недостаточную надежность.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании устройства ударного действия, работа которого не зависела бы от производительности насоса и давления зарядки аккумулятора и которое было бы проще в эксплуатации и надежнее в работе.

Для решения поставленной задачи сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в устройстве ударного действия, содержащем корпус, вдоль оси которого подвижен снабженный кольцевым выступом поршень-ударник, совместно с корпусом образующий постоянно сообщенную с источником рабочей жидкости под давлением и поршневым гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода и камеру рабочего хода с размещенными в ее торцевых стенках кольцевыми тормозными расточками одинакового с выступом ударника диаметра, попеременно связанную со сливной или напорной линиями через золотниковый распределитель, выполненный в виде коаксиальной трехступенчатой охватывающей поршень-ударник втулки, согласно изобретению золотниковый распределитель размещен в камере рабочего хода, в каждой торцевой стенке которой кроме тормозной расточки выполнена одна, охватывающая ее снаружи, кольцевая управляющая полость, ближайшая из которых к камере холостого хода сообщена с охватываемой ею тормозной полостью, а другая, расположенная на противоположной торцевой стенке камеры рабочего хода, посредством пилотного золотника попеременно сообщена либо с напорной линией, либо с камерой рабочего хода. При этом плунжер пилотного золотника выполнен в виде поршня со штоком, размещенного в торцевой стенке поршневого гидропневматического аккумулятора со стороны его жидкостной полости, и совместно с упомянутой стенкой образует поршневую, сообщенную с напорной линией, и штоковую, сообщенную со сливной линией, полости, при этом шток упомянутого плунжера своим свободным концом постоянно размещен в жидкостной полости гидропневмоаккумулятора и находится в контакте с обращенным в эту полость торцом его поршня.

Кроме того, наиболее удаленная от камеры холостого хода наибольшая ступень золотникового распределителя на своей боковой поверхности снабжена кольцевым выступом, который постоянно размещен в сообщенной с напорной линией полости и своей торцевой поверхностью контактирует с концами по меньшей мере двух подпружиненных и расположенных вдоль оси корпуса плунжеров, противоположные подпружиненные концы которых размещены в полостях, постоянно сообщенных со сливной линией.

Кроме того, на сливной линии установлен гидроаккумулятор с двухступенчатым поршнем, большая по диаметру ступень которого размещена в полости, соединенной со сливной, а меньшая по диаметру ступень - в полости, соединенной с напорной линией.

Если в прототипе переключение распределителя на рабочий ход происходит сразу же после достижения поршнем-ударником крайнего заднего положения, то в предлагаемом устройстве поршень-ударник еще некоторое время может удерживаться в этом положении до момента полной зарядки гидроаккумулятора на напорной линии, что является сигналом для переключения золотникового распределителя на удар. В результате энергия удара остается постоянной независимо от производительности насоса или сопротивления сливной и напорной линий, что способствует повышению надежности и упрощению условий эксплуатации заявляемого устройства. Благодаря установке подпружиненных штоков в корпусе устройства, воздействующих на кольцевой выступ золотникового распределителя, последний после отключения источника давления будет всегда возвращаться в исходное положение, при котором камера рабочего хода сообщена со сливной линией. Следовательно, устройство всегда будет готово к работе, благодаря чему дополнительно повышается его надежность. Кроме того, упрощению эксплуатации устройства способствует размещение на сливной линии гидроаккумулятора с двухступенчатым поршнем, который при изменении давления газа в гидропневматическом аккумуляторе автоматически настраивается на требуемое давление в сливной линии.

Таким образом, технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в упрощении эксплуатации заявляемого устройства и повышении его надежности.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено схематично устройство 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 и кольцевой выступ 6 с диаметрами соответственно Д1, Д2, Д3 и Д4. При этом Д4>Д2>Д1>Д3. Совместно с внутренней поверхностью корпуса 1 поршень-ударник 2 образует камеру 7 холостого и камеру 8 рабочего хода, а также газовую камеру 9.

В торцевых стенках камеры 8 рабочего хода образована нижняя (по чертежу) 10 и верхняя 11 тормозные полости, диаметры которых по существу равны диаметру Д4 кольцевого выступа 6 поршня-ударника 2. Камера 7 холостого хода по каналу 12 постоянно сообщается с напорной линией 13, которая, в свою очередь, соединяет между собой источник рабочей жидкости под давлением 14 и поршневой гидропневматический аккумулятор 15. В камере 8 рабочего хода расположен кольцевой золотниковый распределитель 16, охватывающий поршень-ударник 2. При верхнем положении золотникового распределителя 16 камера 8 рабочего хода через радиальные каналы 17 в стенке золотникового распределителя, полость 18 и отверстие 19 в корпусе 1 сообщается со сливной линией 20. При нижнем положении золотникового распределителя 16 камера 8 рабочего хода через отверстия 21, полость 22, отверстие 23 сообщается с напорной линией 13.

Верхняя тормозная полость 11 посредством канала 24 через обратный клапан 25 сообщена с жидкостной полостью 26 гидропневматического аккумулятора 15, соединенной с напорной линией 13, а через обратный клапан 27 - с камерой 8 рабочего хода.

Наружная поверхность золотникового распределителя 16 имеет три возрастающие по диаметру ступени 28, 29, 30 и кольцевой бурт 31, а в торцевых стенках камеры 8 рабочего хода выполнены кольцевые управляющие полости - нижняя 32 и верхняя 33 с размерами, соответствующими ступеням 28 и 30 золотникового распределителя 16.

Нижняя кольцевая управляющая полость 32 по каналам 34 сообщается с нижней тормозной полостью 10, а верхняя кольцевая управляющая полость 33 посредством каналов 35 и 36 через пилотный золотник 37 сообщается с напорной линией 13 либо через каналы 38 и 39 - с камерой 8 рабочего хода.

Пилотный золотник 37 имеет плунжер в виде поршня 40 со штоком 41, который совместно с корпусом гидропневмоаккумулятора 15 образует сообщенную с напорной линией поршневую 42 и сообщенную с камерой 8 рабочего хода штоковую полость 43. Шток 41 под действием давления жидкости свободным концом контактирует с торцом поршня 44, обращенным в жидкостную полость 26 гидропневмоаккумулятора 15.

В сливную линию 20 включен дифференциального типа гидроаккумулятор 45 с двухступенчатым поршнем. Большая по площади ступень поршня размещена в полости 46 гидроаккумулятора, сообщенной со сливной линией 20, а меньшая - в полости 47, сообщенной с напорной линией 13.

В корпусе 1 устройства установлено не менее двух штоков 48 с пружинами 49, верхними концами контактирующих с кольцевым буртом 31 золотникового распределителя 16, при этом упомянутые верхние концы вместе с буртом 31 находятся в полости 22, сообщенной с напорной линией, а нижние концы упомянутых штоков вместе с пружинами 49 - в полости 18, сообщенной со сливной линией 20.

Верхняя газовая камера 9 сообщается с атмосферой либо заполняется сжатым газом.

Для исключения утечек рабочей жидкости установлены мягкие уплотнения 50, 51 и 52. В нижней части устройства ударного действия установлен рабочий инструмент 53, закрепленный пальцем 54.

Устройство ударного действия работает следующим образом:

В исходном положении поршень-ударник 2 занимает крайнее нижнее положение, опираясь нижним концом на рабочий инструмент 53, а золотниковый распределитель 16 под действием пружин 49 и штоков 48 расположен в крайнем верхнем положении. Камера 8 рабочего хода через каналы 17, полость 18 и отверстие 19 сообщена со сливной линией 20 и большей полостью гидроаккумулятора 45. Камера 7 холостого хода через отверстие 12 сообщена с напорной линией 13.

При включении насоса 14 рабочая жидкость по напорной линии 13 одновременно поступает в камеру 7 холостого хода, в жидкостную полость 26 гидропневмоаккумулятора 15, в полость 47 гидроаккумулятора 45, в поршневую полость 42 пилотного золотника 37 и в полость 22 в корпусе 1.

Под действием направленной вверх (по чертежу) силы Q, равной

Q=Р_жπ(Д₁ ²-Д₃ ²)/4,

где Р_ж - давление жидкости в камере 7 холостого хода,

Д₁, Д₃ - диаметры ступеней 3 и 5,

поршень-ударник 2 начинает ускоренное движение вверх. Поршень 44 гидропневмоаккумулятора 15 под действием поступающей от насоса 14 жидкости перемещается вверх, дополнительно сжимая газ в газовой полости. Под действием давления жидкости на поршень 40 плунжер пилотного золотника 37 свободным концом своего штока упирается в поршень 44 гидропневмоаккумулятора 15 и перемещается вверх вместе с последним.

Под действием давления жидкости в полости 22 штоки 48 переместятся в крайнее нижнее положение, сжав пружины 49, а за счет разности площадей ступеней 30 и 29 золотникового распределителя 16 последний под действием указанного давления будет надежно удерживаться в крайнем верхнем положении.

Под действием давления жидкости в полости 47 гидроаккумулятора 45 поршень последнего перемещается вверх, вытесняя из полости 46 имеющуюся там жидкость через сливную линию 20 в масляный бак.

При движении поршня-ударника 2 вверх рабочая жидкость из камеры 8 рабочего хода через радиальные каналы 17, отверстие 19 и сливную линию 20 вытесняется в масляный бак и частично в полость 46 гидроаккумулятора 45. Чем выше скорость движения поршня-ударника 2, тем большая часть жидкости будет поступать в гидроаккумулятор 45. При увеличении скорости движения поршня-ударника 2 расход жидкости от насоса 14 в камеру 7 холостого хода увеличивается, а в гидропневматический аккумулятор 15 - уменьшается.

Ускоренное движение поршня-ударника 2 будет продолжаться до тех пор, пока кольцевой выступ 6 не войдет в верхнюю тормозную полость 11. При этом давление жидкости в верхней тормозной полости 11 возрастает до величины давления в гидропневмоаккумуляторе 15. После этого находящаяся в полости 11 жидкость по каналу 24 через обратный клапан 25 вытесняется в жидкостную полость 26 гидропневмоаккумулятора 15, а на поршень-ударник 2 помимо давления жидкости со стороны камеры 7 холостого хода действует давление жидкости в верхней тормозной полости 11. В связи с тем, что давление жидкости в камере 7 холостого хода и верхней тормозной полости 11 примерно одинаковое, а площадь бурта 6 значительно превышает разность площади ступеней 3 и 4 поршня-ударника 2, последний интенсивно тормозится до полной остановки. Таким образом, кинетическая энергия поршня-ударника 2, запасенная им в течение холостого хода, будет преобразована в потенциальную энергию сжатого газа в гидропневматическом аккумуляторе 15. После остановки поршня-ударника 2 вся жидкость от насоса будет поступать в гидропневмоаккумулятор 15, дозаряжая его.

При некотором верхнем положении поршня 44 гидропневмоаккумулятора 15 и следящего за ним пилотного золотника 37 происходит сообщение верхней кольцевой управляющей полости 33 золотникового распределителя 16 с поршневой полостью 42 пилотного золотника 37 через каналы 35 и 36. При этом на верхний торец ступени 30 золотникового распределителя будет действовать давление жидкости в напорной линии, под действием которого золотниковый распределитель 16 перемещается вниз, занимая второе - нижнее положение, при котором радиальные каналы 17 перекрываются, а отверстия 21 открываются. При этом камера 8 рабочего хода разобщается от сливной 20 и соединяется с напорной 13 линией.

Благодаря наличию канала 24, обратного клапана 27 и канала 39 в верхней тормозной полости 11 устанавливается такое же давление, как и в камере 8 рабочего хода. Под действием этого давления поршень-ударник 2 начинает ускоренное движение вниз в направлении инструмента 53, совершая рабочий ход. В это время в камеру 8 рабочего хода поступает жидкость как от источника давления 14, так и от гидропневматического аккумулятора 15. Происходит опорожнение упомянутого аккумулятора, вследствие чего поршень 44 под действием сжатого газа перемещается вниз, вытесняя рабочую жидкость из жидкостной полости 26 в напорную линию 13. Одновременно с этим происходит перемещение вниз плунжера пилотного золотника 37.

Ускоренное движение поршня-ударника 2 будет продолжаться до момента входа его кольцевого выступа 6 в нижнюю тормозную полость 10. При этом находящаяся там жидкость по каналам 34 вытесняется в нижнюю управляющую полость 32, перемещая тем самым золотниковый распределитель 16 вверх, а находящаяся в верхней управляющей полости 33 рабочая жидкость по каналу 36, штоковой полости 43 пилотного золотника 37 и каналу 38 поступает в камеру 8 рабочего хода.

Таким образом, золотниковый распределитель 16 возвращается в исходное положение, при котором камера 8 рабочего хода сообщается со сливной линией 20, и в ней устанавливается давление слива. После переключения золотникового распределителя 16 продолжается рабочий ход поршеня-ударника 2 до его соударения с инструментом 53. В этот период на поршень-ударник 2 действует сравнительно небольшая тормозящая сила со стороны камеры 7 холостого хода, поэтому уменьшение за счет этого скорости поршня-ударника 2 незначительно.

После соударения поршня-ударника 2 с инструментом 53 скорость его падает до нуля, а под действием силы со стороны камеры 7 холостого хода поршень-ударник 2 начинает ускоренное движение вверх, вытесняя жидкость из камеры 8 рабочего хода в сливную линию 20. Снова происходит зарядка гидропневматического аккумулятора 15.

Далее цикл работы повторяется.

После отключения источника жидкости 14 давление в напорной линии 13 становится равным нулю, а штоки 48 под действием пружин 49 перемещаются вверх до упора в кольцевой бурт 31 золотникового распределителя 16 и удерживают его в верхнем положении.

Применение заявляемого изобретения позволит повысить надежность устройства и его КПД, а также упростить его эксплуатацию.

Изобретение относится к устройствам ударного действия, предназначенным для разрушения, измельчения и прессования горных пород и других породоподобных материалов, и может быть использовано, например, в горнодобывающей промышленности в качестве сменного навесного оборудования на экскаваторах, тракторах и т.п. машинах. Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в упрощении эксплуатации заявляемого устройства и повышении его надежности. Устройство ударного действия, содержащее корпус, вдоль оси которого подвижно снабженный кольцевым выступом поршень-ударник, совместно с корпусом образующий постоянно сообщенную с источником рабочей жидкости под давлением и поршневым гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода и камеру рабочего хода с размещенными в ее торцевых стенках кольцевыми тормозными полостями одинакового с кольцевым выступом ударника диаметра, попеременно связанную со сливной или напорной линиями через золотниковый распределитель. Золотниковый распределитель выполнен в виде коаксиальной трехступенчатой охватывающей поршень-ударник втулки и размещен в камере рабочего хода, в каждой торцевой стенке которой кроме тормозной полости выполнена одна, охватывающая ее снаружи, кольцевая управляющая полость, ближайшая из которых к камере холостого хода сообщена с охватываемой ею тормозной полостью, а другая, расположенная на противоположной торцевой стенке камеры рабочего хода, посредством пилотного золотника попеременно сообщена либо с напорной линией, либо с камерой рабочего хода. При этом плунжер пилотного золотника выполнен в виде поршня со штоком, размещенного в торцевой стенке поршневого гидропневматического аккумулятора со стороны его жидкостной полости, и совместно с упомянутой стенкой образует поршневую, сообщенную с напорной линией, и штоковую, сообщенную со сливной линией, полости, при этом шток упомянутого плунжера своим свободным концом постоянно размещен в жидкостной полости гидропневмоаккумулятора и находится в контакте с обращенным в эту полость торцом его поршня. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство ударного действия, содержащее корпус, вдоль оси которого подвижно снабженный кольцевым выступом поршень-ударник, совместно с корпусом образует постоянно сообщенную с источником рабочей жидкости под давлением и поршневым гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода и камеру рабочего хода с размещенными в ее торцевых стенках кольцевыми тормозными полостями одинакового с кольцевым выступом ударника диаметра, попеременно связанную со сливной или напорной линиями через золотниковый распределитель, выполненный в виде коаксиальной трехступенчатой охватывающей поршень-ударник втулки, отличающееся тем, что золотниковый распределитель размещен в камере рабочего хода, в каждой торцевой стенке которой, кроме тормозной полости, выполнена одна, охватывающая ее снаружи, кольцевая управляющая полость, ближайшая из которых к камере холостого хода сообщена с охватываемой ею тормозной полостью, а другая, расположенная на противоположной торцевой стенке камеры рабочего хода, посредством пилотного золотника попеременно сообщена либо с напорной линией, либо с камерой рабочего хода, при этом плунжер пилотного золотника выполнен в виде поршня со штоком, размещенного в торцевой стенке поршневого гидропневматического аккумулятора со стороны его жидкостной полости и совместно с упомянутой стенкой образующего поршневую, сообщенную с напорной линией, и штоковую, сообщенную со сливной линией, полости, при этом шток упомянутого плунжера своим свободным концом постоянно размещен в жидкостной полости гидропневмоаккумулятора и находится в контакте с обращенным в упомянутую полость торцом его поршня.2. Устройство ударного действия по п.1, отличающееся тем, что наиболее удаленная от камеры холостого хода наибольшая ступень золотникового распределителя на своей боковой поверхности снабжена кольцевым выступом, который постоянно размещен в сообщенной с напорной линией полости и своей торцевой поверхностью контактирует с концами по меньшей мере двух подпружиненных и расположенных вдоль оси корпуса плунжеров, противоположные подпружиненные концы которых размещены в полостях, сообщенных со сливной линией.3. Устройство ударного действия по п.1 или 2, отличающееся тем, что на сливной линии установлен гидроаккумулятор с двухступенчатым поршнем, большая по диаметру ступень которого размещена в полости, соединенной со сливной, а меньшая по диаметру ступень - в полости, соединенной с напорной линией.