ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ УДАРНАЯ МАШИНА Российский патент 2007 года по МПК E21B1/26 E21C37/00 

Техническое решение относится к гидравлическим устройствам ударного действия и может найти применение в горном деле и строительстве при ударном погружении в грунт стержневых элементов, при дроблении негабаритов, при разрушении старых конструкций зданий, фундаментов, бетонных конструкций.

Известен гидромолот финской фирмы Rammer (А.П.Архипенко, А.И.Федулов. Гидравлические ударные машины. Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1991, стр.12), содержащий корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, соединенный с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, инструмент, источник расхода рабочей жидкости, аккумулятор, бак, гидрораспределительное устройство, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р_З давления соединена со сливом в бак.

Недостатком этого устройства является, во-первых, разобщенность и независимость работы клапана давления и гидрораспределителя, которые входят в состав гидрораспределительного устройства, что отрицательно влияет на стабильность работы гидравлической ударной машины. Во-вторых, при нахождении инструмента вне контакта с обрабатываемым материалом энергию удара воспринимает инструмент и корпус гидравлической ударной машины, т.к. машина продолжает работать, что приводит к ее преждевременной поломке.

Наиболее близким решением по технической сущности и совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является гидравлическая ударная машина по первому варианту исполнения (патент РФ №2230189, Е21С 37/00, Е02D 7/10, опубл. в БИ №16, 2004), содержащая корпус, ударник, камеру прямого хода, камеру обратного хода и дополнительную камеру, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, соединенный с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, гидрораспределитель, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р_З давления - со сливом в бак. Дополнительная камера, соединенная постоянно со сливом в бак, на прямом ходе ударника соединена с каналом управления в корпусе при давлении рабочей жидкости в системе, меньшем величины Р_З. Первая камера управления гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а вторая его камера управления - с каналом управления в корпусе и поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р_З.

Недостатком указанного технического решения является отсутствие возможности остановки работы гидравлической ударной машины и демпфирования удара в конце прямого хода ударника в том случае, если инструмент находится вне контакта с обрабатываемым материалом. Это приводит к преждевременной поломке гидравлической ударной машины, что говорит о ее недостаточной надежности.

Технической задачей предлагаемой машины является повышение ее надежности за счет блокировки гидрораспределителя и демпфирования удара, когда на инструмент не действует заданное усилие статического поджатая со стороны обрабатываемого материала.

Указанная задача решается тем, что в гидравлической ударной машине, содержащей корпус, ударник, камеру прямого хода, камеру обратного хода и дополнительную камеру, образованные между корпусом и ударником, каналы в корпусе для подвода и отвода рабочей жидкости, канал управления в корпусе, соединенный с дополнительной камерой, а в конце обратного хода ударника - с камерой обратного хода, инструмент, источник расхода рабочей жидкости, аккумулятор, бак, гидрораспределитель, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р_З давления - со сливом в бак, при этом первая камера управления гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода рабочей жидкости и аккумулятором, а вторая его камера управления - с каналом управления в корпусе и поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р_З, согласно техническому решению корпус имеет дополнительный канал управления. Этим каналом вторая камера управления гидрораспределителя соединена с источником расхода рабочей жидкости и аккумулятором через дополнительную камеру и канал управления в корпусе перед началом обратного хода ударника при отсутствии действия заданного усилия статического поджатая со стороны обрабатываемого материала на инструмент. Канал в корпусе для подвода и отвода рабочей жидкости камеры обратного хода выполнен, а инструмент установлен с возможностью образования замкнутого объема рабочей жидкости в камере обратного хода в конце прямого хода ударника.

Возможность образования замкнутого объема жидкости зависит от размеров, определяющих величину перемещения инструмента в корпусе и расположения канала для подвода и отвода рабочей жидкости камеры обратного хода. Величина перемещения инструмента в корпусе должна быть достаточной для того, чтобы ударник в конце прямого хода мог перекрыть указанный канал.

Указанная совокупность признаков позволяет при отсутствии действия заданного усилия статического поджатия со стороны обрабатываемого материала на инструмент перед началом обратного хода ударника отсоединить вторую камеру управления гидрораспределителя от слива и подсоединить ее к источнику расхода рабочей жидкости и аккумулятору, тем самым уравнять усилия от давления рабочей жидкости в первой и второй камерах управления гидрораспределителя. В результате этого, в отличие от прототипа, при достижении давлением жидкости в системе величины Р_З не произойдет переключения гидрораспределителя в положение, при котором камера прямого хода будет соединена со сливом, и, следовательно, не начнется обратный ход ударника. Так как после того, как под действием усилия от давления рабочей жидкости в камере прямого хода ударник, не встречая сопротивления со стороны инструмента, перекроет канал в корпусе, по которому рабочая жидкость из второй камеры управления гидрораспределителя через канал управления в корпусе и дополнительную камеру отводится на слив, а затем откроет дополнительный канал управления в корпусе. Рабочая жидкость от источника расхода рабочей жидкости и аккумулятора по этому каналу начнет поступать во вторую камеру управления гидрораспределителя. Гидрораспределитель будет заблокирован до того момента, пока усилие, действующее на инструмент со стороны обрабатываемого материала, не превысит усилие, действующее на ударник в камере прямого хода. Таким образом, обратный ход ударника не начнется, если инструмент находится вне контакта с обрабатываемым материалом или поджат с недостаточным усилием, что позволит повысить надежность гидравлической ударной машины.

В конце прямого хода ударник, не встречая сопротивления со стороны инструмента, перекроет канал в корпусе для подвода и отвода рабочей жидкости камеры обратного хода, в результате образуется замкнутый объем рабочей жидкости в камере обратного хода, что позволит демпфировать удар.

Совокупность указанных существенных признаков позволит исключить практически все удары ударника по инструменту без его контакта с обрабатываемым материалом, и тем самым повысить надежность гидравлической ударной машины.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, на котором представлена принципиальная схема гидравлической ударной машины.

Гидравлическая ударная машина содержит корпус 1 с каналами 2 и 3 для подвода и отвода рабочей жидкости, каналом 4 для отвода рабочей жидкости, каналом 5 управления и дополнительным каналом 6 управления, ударник 7 с кромками 8, 9 и 10, камеру 11 прямого хода и камеру 12 обратного хода, образованные между корпусом 1 и ударником 7, дополнительную камеру 13, которая образована между корпусом 1 и кромками 9 и 10 ударника 7, инструмент 14, источник 15 расхода рабочей жидкости, аккумулятор 16, бак 17, гидрораспределитель 18 с первой камерой 19 управления и второй камерой 20 управления. Канал 5 управления в корпусе 1 соединен с дополнительной камерой 13, а в конце обратного хода ударника 7 - с камерой 12 обратного хода. Гидрораспределителем 18 камера 11 прямого хода соединена с источником 15 расхода рабочей жидкости, аккумулятором 16 и камерой 12 обратного хода в конце обратного хода ударника 7, а после задержки ударника 7 перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины РЗ давления - со сливом в бак 17. Первая камера 19 управления гидрораспределителя 18 каналом 21 постоянно соединена с источником 15 расхода рабочей жидкости и аккумулятором 16. Вторая камера 20 управления гидрораспределителя 18 каналом 22 соединена с каналом 5 управления в корпусе 1 и поджата пружиной 23 с усилием, равным усилию в его первой камере 19 управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р_З. Дополнительным каналом 6 управления в корпусе 1 вторая камера 20 управления гидрораспределителя 18 соединена с источником 15 расхода рабочей жидкости и аккумулятором 16 через дополнительную камеру 13 и канал 5 управления в корпусе 1 перед началом обратного хода ударника 7 при отсутствии действия заданного усилия статического поджатия со стороны обрабатываемого материала на инструмент 14. Канал 3 в корпусе 1 для подвода и отвода рабочей жидкости камеры 12 обратного хода выполнен, а инструмент 14 установлен с возможностью образования замкнутого объема рабочей жидкости в камере 12 обратного хода в конце прямого хода ударника 7.

Гидравлическая ударная машина работает следующим образом.

Если на инструмент 14 не действует заданное усилие статического поджатия со стороны обрабатываемого материала, при включении источника 15 расхода рабочей жидкости рабочая жидкость поступает к аккумулятору 16, по каналу 21 в первую камеру 19 управления гидрораспределителя 18, по дополнительному каналу 6 управления в корпусе 1 через дополнительную камеру 13, канал 5 управления в корпусе 1 и канал 22 во вторую камеру 20 управления гидрораспределителя 18. При этом кромкой 10 ударника 7 перекрыт канал 4 в корпусе 1 для отвода рабочей жидкости на слив в бак 17. Под действием усилия со стороны пружины 23, равного заданной величине Р_З давления, гидрораспределитель 18 находится в положении, когда камера 11 прямого хода соединена с источником 15 расхода рабочей жидкости и аккумулятором 16. Под действием усилия от давления рабочей жидкости в камере 11 прямого хода ударник 7 прижимается к инструменту 14.

При действии на инструмент 14 заданного усилия статического поджатия со стороны обрабатываемого материала инструмент 14 и прижатый к нему ударник 7 начнут перемещаться вверх по чертежу и при перекрытии кромкой 9 ударника 7 дополнительного канала 6 управления в корпусе 1 вторая камера 20 управления гидрораспределителя 18 будет отсоединена от источника 15 расхода рабочей жидкости и аккумулятора 16, а при достижении кромкой 10 канала 4 в корпусе 1 для отвода рабочей жидкости -соединена со сливом в бак 17 через этот канал, дополнительную камеру 13, канал 5 управления в корпусе 1 и канал 22. Пока давление в системе ниже заранее установленной величины Р_З, гидрораспределитель 18 соединяет камеру 11 прямого хода с источником 15 расхода рабочей жидкости, аккумулятором 16 и при достижении кромкой 8 ударника 7 канала 3 в корпусе 1 для подвода и отвода рабочей жидкости - с камерой 12 обратного хода. Так как площадь ударника 7 со стороны камеры 11 прямого хода больше его площади со стороны камеры 12 обратного хода, то ударник 7 будет прижат усилием от давления рабочей жидкости к инструменту 14. Давление рабочей жидкости в системе увеличивается, и когда оно превысит величину Р_З, гидрораспределитель 18, сжимая пружину 23, займет новое положение, соединив камеру 11 прямого хода со сливом в бак 17. Начинается обратный ход ударника 7 при дальнейшем повышении давления рабочей жидкости. При достижении кромкой 8 ударника 7 уровня расположения канала 5 управления в корпусе 1 во вторую камеру 20 управления гидрораспределителя 18 из камеры 12 обратного хода поступает рабочая жидкость. Усилия в обеих камерах 19, 20 управления гидрораспределителя 18 от давления рабочей жидкости уравновесятся, и гидрораспределитель 18 под действием пружины 23 займет прежнее положение, соединив камеру 11 прямого хода с камерой 12 обратного хода, источником 15 расхода рабочей жидкости и аккумулятором 16. При этом ударник 7 тормозится, останавливается и начинает совершать прямой ход. Давление в системе начинает падать. Уровень расположения канала 5 управления в корпусе 1 таков, что при достижении его кромкой 9 ударника 7 давление рабочей жидкости в системе будет меньше величины Р_З. Поэтому при достижении кромкой 9 ударника 7 уровня расположения канала 5 управления в корпусе 1, когда вторая камера 20 управления гидрораспределителя 18 получит связь со сливом в бак 17, гидрораспределитель 18 остается в прежнем положении, так как усилие в первой камере 19 управления гидрораспределителя 18 будет меньше усилия затяжки пружины 23. Камера 11 прямого хода по-прежнему соединена с камерой 12 обратного хода, источником 15 расхода рабочей жидкости и аккумулятором 16. Ударник 7 продолжает разгоняться и в конце прямого хода наносит удар по инструменту 14. После некоторого отскока ударник 7 прижимается к инструменту 14, после чего происходит его задержка на инструменте 14 в течение времени, пока давление жидкости в системе не достигнет величины Р_З, после чего гидрораспределитель 18 переключится, и начнется новый цикл.

Если в конце прямого хода на инструмент 14 уже не будет действовать заданное усилие статического поджатия со стороны обрабатываемого материала, ударник 7 при движении вниз по чертежу своей кромкой 8 перекроет канал 3 в корпусе 1 для подвода и отвода рабочей жидкости. Рабочая жидкость в камере 12 обратного хода окажется запертой в замкнутом объеме и будет выполнять роль демпфера, тормозя ударник 7. При перекрытии кромкой 10 ударника 7 канала 4 в корпусе 1 для отвода рабочей жидкости вторая камера 20 гидрораспределителя 18 будет отсоединена от слива в бак 17, а при достижении кромкой 9 ударника 7 дополнительного канала 6 управления в корпусе 1 - соединена с источником 15 расхода рабочей жидкости и аккумулятором 16, в результате чего гидрораспределитель 18 будет заблокирован, а ударник 7 под действием усилия от давления рабочей жидкости в камере 11 прямого хода прижат к инструменту 14. Обратный ход ударника 7 сможет начаться только тогда, когда усилие, действующее на инструмент 14 со стороны обрабатываемого материала, превысит усилие, действующее на ударник 7 в камере 11 прямого хода.

Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к ударному погружению в грунт стержневых элементов, дроблении негабаритов, разрушении старых конструкций зданий. Технический результат заключается в повышении надежности за счет блокировки гидрораспределителя и демпфирования удара. Машина содержит корпус, ударник, камеры прямого хода, обратного хода и дополнительную между корпусом и ударником, каналы в корпусе для подвода и отвода рабочей жидкости, канал управления в корпусе, соединенный с дополнительной камерой, а в конце обратного хода ударника - с камерой обратного хода, инструмент, источник расхода жидкости, аккумулятор, бак, гидрораспределитель, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р_З давления - со сливом в бак. Первая камера управления гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода жидкости и аккумулятором, а вторая его камера управления - с каналом управления в корпусе и поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении жидкости, равном величине Р_З. Корпус имеет дополнительный канал управления, которым вторая камера управления гидрораспределителя соединена с источником расхода жидкости и аккумулятором через дополнительную камеру и канал управления в корпусе перед началом обратного хода ударника при отсутствии действия заданного усилия статического поджатия со стороны обрабатываемого материала на инструмент. Канал в корпусе для подвода и отвода жидкости камеры обратного хода выполнен, а инструмент установлен с возможностью образования замкнутого объема жидкости в камере обратного хода в конце прямого хода ударника. 1 ил.

Гидравлическая ударная машина, содержащая корпус, ударник, камеру прямого хода, камеру обратного хода и дополнительную камеру, образованные между корпусом и ударником, каналы в корпусе для подвода и отвода рабочей жидкости, канал управления в корпусе, соединенный с дополнительной камерой, а в конце обратного хода ударника - с камерой обратного хода, инструмент, источник расхода рабочей жидкости, аккумулятор, бак, гидрораспределитель, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р_З давления - со сливом в бак, при этом первая камера управления гидрораспределителя постоянно соединена с источником расхода рабочей жидкости и аккумулятором, а вторая его камера управления - с каналом управления в корпусе и поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления при давлении рабочей жидкости, равном величине Р_З, отличающаяся тем, что корпус имеет дополнительный канал управления, которым вторая камера управления гидрораспределителя соединена с источником расхода рабочей жидкости и аккумулятором через дополнительную камеру и канал управления в корпусе перед началом обратного хода ударника при отсутствии действия заданного усилия статического поджатия со стороны обрабатываемого материала на инструмент, при этом канал в корпусе для подвода и отвода рабочей жидкости камеры обратного хода выполнен, а инструмент установлен с возможностью образования замкнутого объема рабочей жидкости в камере обратного хода в конце прямого хода ударника.