РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН И СПОСОБ ДЛЯ УДАРНОГО УСТРОЙСТВА С РАБОЧИМ ЦИКЛОМ, СОДЕРЖАЩИМ НЕСКОЛЬКО МОМЕНТОВ СОЕДИНЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК E21C37/00 E21B1/26 

Предпосылки к созданию изобретения

Изобретение относится к регулирующему клапану, который может перемещаться назад и вперед в своем продольном направлении, при этом регулирующий клапан выполнен для открывания и закрывания напорных каналов, ведущих к ударному устройству. Кроме того, изобретение относится к способу регулирования рабочего цикла ударного устройства и к ударному устройству для разрушения горной породы.

При разрушении горной породы используют ударные молотки и бурильные молотки, которые снабжены ударным устройством для приложения через инструмент ударных импульсов к горной породе. Ударное устройство содержит ударный элемент, как, например, ударный поршень, чьи рабочие напорные поверхности могут подвергаться действию рабочей среды под давлением, при этом ударный элемент выполнен для создания необходимых ударных импульсов. Рабочую среду под давлением, действующую на ударный элемент, можно регулировать регулирующим клапаном, соединенным для открывания и закрывания каналов для рабочей среды под давлением. Как хорошо известно из уровня техники, увеличение частоты ударов ударного устройства обычно усиливает разрушение горной породы. Однако существующие регулирующие клапаны ограничивают увеличение частоты ударов.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание новых и улучшенных регулирующего клапана и ударного устройства, а также способа регулирования рабочего цикла ударного устройства.

Регулирующий клапан согласно изобретению отличается тем, что рабочий цикл регулирующего клапана содержит несколько моментов соединения для того, чтобы открывать и закрывать каналы для рабочей среды под давлением, и что один рабочий цикл регулирующего клапана от первого крайнего положения до второго крайнего положения и обратно организован для создания, по меньшей мере, двух ударных импульсов в ударном устройстве.

Способ согласно изобретению отличается открыванием и закрыванием каналов для рабочей среды под давлением во время одного рабочего цикла регулирующего клапана в нескольких моментах соединения, а также созданием в ударном устройстве нескольких ударных импульсов за один рабочий цикл регулирующего клапана.

Ударное устройство согласно изобретению отличается тем, что рабочий цикл регулирующего клапана содержит несколько моментов соединения для того, чтобы открывать и закрывать каналы для рабочей среды под давлением, и что один рабочий цикл регулирующего клапана от первого крайнего положения до второго крайнего положения и обратно организован для создания, по меньшей мере, двух ударных импульсов в ударном устройстве.

Согласно изобретению регулирующий клапан содержит регулирующий элемент, который может продольно перемещаться в первом направлении регулирования и во втором направлении регулирования, так что регулирующий элемент в моменты соединения согласно его рабочему циклу способен открывать и закрывать каналы для рабочей среды под давлением, давая возможность рабочей среде действовать на одну или большее число рабочих напорных поверхностей регулируемого ударного элемента. Кроме того, одно перемещение регулирующего элемента назад и вперед, т.е. один рабочий цикл осуществляется для открывания и закрывания каналов для рабочей среды под давлением в нескольких моментах соединения регулирующего элемента, так что в ударном устройстве за один рабочий цикл клапана создается несколько ударных импульсов. Например, за один рабочий цикл регулирующего клапана создается 2, 4 или 6 ударных импульсов. В момент соединения поток рабочей среды под давлением может быть образован в одном направлении к ударному устройству или от него. С другой стороны, в один момент соединения поток рабочей среды под давлением может быть направлен по первым каналам к ударному устройству и по вторым каналам от ударного устройства. Таким образом, в момент соединения регулирующий клапан расположен для открывания соединения между, по меньшей мере, двумя каналами для рабочей среды под давлением.

Преимуществом изобретения является то, что когда рабочий цикл регулирующего клапана содержит несколько моментов соединения, рабочая частота клапана может быть в несколько раз меньше, чем рабочая частота ударного устройства. В таком случае, хотя частота ударов ударного устройства была сделана очень большой, рабочая частота регулирующего клапана может быть умеренной. Кроме того, регулирующий клапан, имеющий меньшую рабочую частоту, является более легким в изготовлении и управлении. Кроме того, клапан, имеющий более низкую рабочую частоту, может меньше изнашиваться, чем быстродействующий клапан.

Согласно одному варианту осуществления изобретения регулирующий клапан выполнен для по существу одновременного открывания двух или большего числа параллельных каналов для рабочей среды под давлением, когда регулирующий элемент перемещен в первом направлении регулирования и/или во втором направлении регулирования. В таком случае рабочая среда под давлением может течь по двум или большему числу каналов к одной или большему числу рабочих напорных поверхностей ударного устройства для того, чтобы создавать ударный импульс. В параллельных каналах рабочая среда под давлением имеет одинаковое направление потока. С другой стороны, в некоторых случаях применения ударного устройства регулирующий элемент может быть использован для перемещения рабочей среды под давлением от рабочей напорной поверхности ударного элемента по нескольким параллельным каналам к выпускному каналу и для создания, таким образом, ударного импульса. Вполне достаточно нескольких параллельных каналов для возможности прохождения объемного потока через клапан.

Согласно одному варианту осуществления изобретения регулирующим клапаном управляют посредством рабочей среды под давлением, т.е. гидравлически. Регулирующий клапан содержит корпус и втулкообразный регулирующий элемент. Регулирующий элемент расположен в полости, образованной в корпусе клапана, и может перемещаться в осевом направлении. На наружной периферии регулирующего элемента имеется несколько рабочих напорных поверхностей, расположенных в рабочих напорных полостях, окружающих регулирующий элемент. Регулирующий элемент может перемещаться под действием давления рабочей среды под давлением в рабочих напорных полостях и, таким образом, также под действием давления на рабочие напорные поверхности. Кроме того, регулирующий элемент содержит одно или большее число отверстий, проходящих от наружной поверхности втулки к ее внутренней поверхности. Перемещение регулирующего элемента в осевом направлении дает возможность располагать отверстия у каналов для рабочей среды под давлением или вдали от этих каналов, выполненных в корпусе, для того, чтобы регулировать потоки рабочей среды под давлением.

Согласно одному варианту осуществления изобретения регулирующим элементом регулирующего клапана управляют механически посредством приложения к нему внешней воздействующей силы от, по меньшей мере, одного приводного устройства.

Согласно одному варианту осуществления изобретения регулирующим элементом регулирующего клапана управляют посредством кривошипно-шатунного механизма. Кривошипно-шатунный механизм содержит, по меньшей мере, кривошип и шатун, соединенный подходящими соединительными элементами с регулирующим элементом. Кроме того, кривошипно-шатунный механизм может содержать маховик.

Согласно одному варианту осуществления изобретения отверстия, соединяемые в моменты соединения во время рабочего цикла, выполнены с такими размерами, что в каждый момент соединения отверстия соединяются на время по существу равной продолжительности независимо от скорости регулирующего элемента в момент соединения. Если движение регулирующего элемента не является гармоническим, то получающиеся недостатки могут быть компенсированы правильным выбором размеров отверстий.

Согласно одному варианту осуществления изобретения положение отверстий, соединяемых в момент соединения, выбирается таким образом, чтобы во время рабочего цикла разница во времени между последовательными моментами открывания была по существу постоянной.

Согласно одному варианту осуществления изобретения рабочей средой под давлением является рабочая жидкость.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет подробнее описано со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 - схематический вид в разрезе, показывающий ударное устройство в положении, в котором подвижный ударный поршень готовится для нового хода с перемещением в обратном направлении,

фиг.2 - схематический вид в разрезе, показывающий ударное устройство на фиг.1 в положении, в котором ударный поршень начинает движение для удара,

фиг.3 - схематический вид в разрезе, показывающий регулирующий клапан согласно изобретению,

фиг.4 - схематический вид в разрезе, показывающий второй регулирующий клапан согласно изобретению,

фиг.5 - схематический вид в разрезе, показывающий ударное устройство, в котором для создания ударного импульса осуществляют резкое снятие давления рабочей среды под давлением с напорной поверхности ударного элемента,

фиг.6 схематически показывает регулирующее устройство согласно изобретению и его использование с кривошипно-шатунным механизмом,

фиг.7 схематически показывает кривые скорости и положения в случае, когда регулирующий клапан согласно изобретению выполнен для создания двух ударных импульсов за один рабочий цикл клапана,

фиг.8 схематически показывает кривые скорости и положения в случае, когда регулирующий клапан согласно изобретению выполнен для создания четырех ударных импульсов за один рабочий цикл клапана, и

фиг.9 схематически показывает кривые скорости и положения в случае, когда регулирующий клапан согласно изобретению выполнен для создания шести ударных импульсов за один рабочий цикл клапана.

Для ясности, изобретение на фигурах показано в упрощенном виде. Одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 и 2 показаны конструкция и принцип действия ударного устройства 1. В этом случае ударное устройство 1 содержит ударный поршень 8а, который посредством рабочей среды под давлением может перемещаться назад и вперед в направлении удара А и в обратном направлении В, при этом ударная поверхность 18 ударного поршня приспособлена для удара об инструмент 17, расположенный впереди ударного поршня 8а, и для создания ударного импульса на инструмент 17 для того, чтобы разрушить горную породу. Таким образом, ударный поршень 8а действует как ударный элемент 8, создающий ударные импульсы. Рабочий цикл ударного поршня 8а можно контролировать, регулируя посредством регулирующего клапана 2 рабочую среду под давлением в напорной полости 20, действующую на ударный поршень 8а. В некоторых случаях применения можно также регулировать давление, действующее в других напорных полостях, например, в напорной полости 11. Рабочей средой под давлением обычно является рабочая жидкость.

На фиг.1 ударный поршень 8а как раз ударяет об инструмент 17, и ударный поршень 8а готовится для нового хода с перемещением в обратном направлении В. Регулирующий клапан 2 открыл соединение от напорной полости 20 у заднего конца ударного поршня 8а к каналу 7с, ведущему к резервуару, так что давление рабочей среды под давлением по существу не действует на рабочую напорную поверхность 9 на заднем конце ударного поршня 8а. Создается соединение от источника давления 30 через канал 10 к напорной полости 11 вокруг ударного поршня 8а, так что давление рабочей среды под давлением действует на рабочие напорные поверхности 12a - 12с ударного поршня 8а, которые выполнены с такими размерами, чтобы ударный поршень 8а начал обратное движение в направлении В.

На фиг.2 ударный поршень 8а готовится начать ударное движение в направлении удара А. Регулирующий клапан 2 открыл соединение от канала 7а к каналу 7b и далее к напорной полости 20, так что давление рабочей среды под давлением, подаваемой от источника давления 30, действует на рабочую напорную поверхность 9. Рабочие напорные поверхности в направлении удара А имеют размер больше, чем рабочие напорные поверхности В, действующие в направлении возврата В ударного поршня 8а, так что ударный поршень 8а начинает с большим ускорением двигаться к инструменту 17 и ударяет об него.

Как совершенно ясно специалисту в данной области техники, ударное устройство 1 можно также применять другим способом, чем тот, который в качестве примера показан на фиг.1 и 2. Ударный элемент 8 может содержать несколько разных заплечиков и рабочих напорных поверхностей. Кроме того, регулирующий клапан 2 может быть выполнен для подачи рабочей среды под давлением ко всем рабочим напорным поверхностям или только к некоторым рабочим напорным поверхностям.

На фиг.3 показан вариант выполнения регулирующего клапана согласно изобретению. Средства для использования регулирующего клапана 2 могут быть расположены в рабочей части 90, находящейся над частью первого конца клапана, в то время как средства для регулирования рабочей среды под давлением, т.е. соединительные средства, могут быть расположены в регулирующей части 91, находящейся над частью второго конца клапана. Регулирующий клапан 2 содержит конус 3 и регулирующий элемент 5. Регулирующим элементом 5 может быть удлиненная втулкообразная деталь, которая может перемещаться в осевом направлении относительно корпуса 3. Регулирующий элемент 5 может содержать первую рабочую напорную поверхность 60, действующую в направлении А и соединенную с первой рабочей напорной полостью 61 регулирующего клапана 2. Кроме того, регулирующий элемент 5 может содержать вторую рабочую напорную поверхность 62, действующую в направлении В и соединенную со второй рабочей напорной полостью 63 регулирующего клапана 2. На наружной периферии регулирующего элемента 5 может иметься выступ 64, который при перемещении регулирующего элемента 5 в осевом направлении может открывать или закрывать соединение от рабочих напорных полостей 61, 63 к выпускному каналу 65. Кроме того, при перемещении регулирующего элемента 5 в осевом направлении открывается или закрывается соединение от первого регулирующего напорного канала 66 к первой рабочей напорной полости 61. Аналогично этому регулирующий элемент 5 может открывать и закрывать соединение от второго регулирующего напорного канала 67 ко второй^{рабочей напорной полости 63. Как можно видеть на фиг.3, на наружной периферии втулки по обеим сторонам выступа 64 могут быть выполнены углубления. Эти углубления дают возможность увеличивать объем рабочих напорных полостей 61 и 63. Кроме того, рабочие напорные полости 61 и 63 могут посредством соединительных каналов 68 и 69 соединяться с дополнительными полостями 70 и 71, выполненными в части 3а корпуса внутри втулки. Назначение дополнительных полостей 70 и 71 - это увеличение объема рабочих напорных полостей 61 и 63. В некоторых случаях углубления 80, выполненные только в регулирующем элементе или, с другой стороны, только дополнительные полости 70, 71 могут достаточно увеличить объем рабочих напорных полостей 61, 63. Когда рабочие напорные полости 61 и 63 имеют достаточно большой объем, в них может накапливаться энергия давления для использования при перемещении регулирующего элемента 5 в осевом направлении так, как это показано ниже. На фиг.3 регулирующий элемент 5 показан в среднем положении, из которого он может быть передвинут к его первому крайнему положению в направлении А и, соответственно, к его второму крайнему положению в направлении В. Таким образом, регулирующий элемент может выполнять регулирующую функцию в его обоих крайних положениях, а также в среднем положении.}

Регулирующий элемент 5 на фиг.3 может быть снабжен несколькими параллельными выпускными каналами 72а - 72с, по которым рабочая среда под давлением может течь от ударного устройства 1 к каналу 73, ведущему к резервуару, когда регулирующий элемент 5 находится в среднем положении. Если регулирующий элемент 5 перемещается из среднего положения в направлении А или В, то закрывается соединение от параллельных выпускных каналов 72а - 72с к каналу 73. В то же самое время открывается соединение от напорного канала 74 к рабочему напорному каналу 75а или75b. Таким образом, рабочий цикл регулирующего клапана 2 на фиг.3 включает в себя несколько моментов соединения. Когда регулирующий клапан 2 на фиг.3 передвигается из первого крайнего положения ко второму крайнему положению, могут иметь место две функции регулирования во время этого одноходового движения слева направо: в первом крайнем положении рабочая среда под давлением может проходить к ударному устройству 1 по рабочему напорному каналу 75а; в среднем положении рабочая среда под давлением может быть выпущена из ударного устройства 1 к резервуару по параллельным выпускным каналам 72а - 72с; и, кроме того, во втором крайнем положении рабочая среда под давлением подается в ударное устройство 1 по каналу 75b. Регулирующий клапан 2 может быть соединен с ударным устройством 1 таким образом, что в ударном устройстве 1 при одном осевом перемещении регулирующего элемента 5 в направлении А или В создается один ударный импульс. Таким образом, рабочая частота ударного устройства 1 может быть вдвое больше по сравнению с рабочей частотой регулирующего клапана 2. Если рабочий цикл регулирующего клапана организован с несколькими моментами соединения, то в ударном устройстве 1 можно за один рабочий цикл регулирующего клапана 2 создавать даже большее и четное число ударов. В таком случае отношение рабочей частоты регулирующего клапана 2 к частоте ударов ударного устройства 1 может быть даже меньше, например, одна четвертая часть, одна шестая часть и т.д. Количество параллельных и по существу одновременно открывающихся выпускных каналов 72а - 72с может быть выбрано таким образом, чтобы параллельные каналы вместе имели достаточно большую площадь поперечного сечения для обеспечения возможности быстрого прохождения необходимого потока через клапаны.

Регулирующий клапан 2, показанный на фиг.3, может быть выполнен для независимого изменения положения без какого-либо внешнего управления. Когда регулирующий элемент 5 находится в первом крайнем положении, т.е. передвинут влево, вторая рабочая напорная полость 63 соединена со вторым регулирующим напорным каналом 67. Так как первая рабочая напорная полость 61 затем соединяется с выпускным каналом 65, то регулирующий элемент 5 подвергается действию силы, которая стремится передвинуть его в направлении В. В то же самое время накапливается энергия давления в его второй рабочей напорной полости 63 и в дополнительной полости 71. Когда регулирующий элемент 5 передвигается из крайнего положения d0 в направлении В к заданной точке dp, то закрывается соединение от второго регулирующего напорного канала 67 ко второй рабочей напорной полости 63. В этом положении по-прежнему закрыто соединение от второй рабочей напорной полости 63 к выпускному каналу 65. Энергия давления, накопленная во второй рабочей напорной полости 63, заставляет регулирующий элемент 5 продолжать свое движение в направлении В. Таким образом, это означает, что сжатая рабочая среда во второй рабочей напорной полости 63 расширяется, так что энергия давления преобразуется в кинетическую энергию. Когда регулирующий элемент 5 достигает заданной точки dt, выступ 64 открывает соединение от второй рабочей напорной полости 63 к выпускному каналу 65. При дальнейшем перемещении регулирующего элемента 5 в направлении В за среднее положение выступ 64 закрывает соединение от первой рабочей напорной полости 61 к выпускному каналу 65. B результате этого при дальнейшем перемещении регулирующего элемента 5 вправо увеличивается давление в первой рабочей напорной полости 61. Когда регулирующий элемент 5 продолжает дальше двигаться в направлении В, открывается соединение от первой рабочей напорной полости 61 к первому регулирующему напорному каналу 66. Таким образом, рабочая среда под давлением, действующая в первой рабочей напорной полости 61, может проникать в первый регулирующий напорный канал 66. При движении регулирующего элементапонаправлению к своему крайнему положению непрерывно уменьшается кинетическая энергия регулирующего элемента 5. Сила, действующая на первую рабочую напорную поверхность 60 регулирующего элемента 5, наконец, останавливает регулирующий элемент 5 и заставляет его изменить свое направление движения. Затем регулирующий элемент 5 начинает увеличивать свою скорость в противоположном направлении А. Так как конструкция и принцип действия регулирующего клапана сделаны такими, чтобы быть симметричными при обоих направлениях движения, то повторяются вышеописанные фазы. Регулирующий элемент 5 продолжает перемещаться назад и вперед без какого-либо внешнего управления, пока рабочая среда под давлением подается к регулирующим напорным каналам 66 и 67.

В регулирующем клапане 2 на фиг.3 и 4 движение регулирующего элемента 5 в крайних положениях может быть амортизировано посредством замкнутых напорных полостей. Таким образом, регулирующий элемент 5 не останавливают механически, и в этом случае поверхности в осевом направлении регулирующего элемента 5 и корпуса 3 не подвергаются никакой механической деформации, вызывающей износ.

Регулирующий клапан 2, показанный на фиг.4, может быть выполнен для осуществления движения назад и вперед между его крайними положениями способом, сходным со способом перемещения регулирующего клапана, показанного на фиг.3. Отличие от технического решения, показанного на фиг.3, заключается в том, что регулирующий элемент 5 выполнен только для открывания и закрывания параллельных выпускных каналов 72а - 72с для того, чтобы перемещать рабочую среду под давлением от ударного устройства 11 к каналу 73, ведущему к резервуару. Ударное устройство 1 может быть непрерывно соединено с источником давления, от которого рабочая среда под давлением подается к одной или нескольким рабочим напорным поверхностям в ударном элементе. Ударные импульсы, необходимые для разрушения горной породы, могут быть созданы посредством резкого выпуска в резервуар рабочей среды под давлением, действующей на ударный элемент.

Кроме того, в связи с регулирующим клапаном 2, управляемым посредством давления, могут быть предусмотрены средства для обеспечения того, что регулирующий элемент 5 не будет оставаться в своем среднем положении в тех случаях, когда клапан 2 остановлен. Вследствие влияния этих средств регулирующий элемент 5 способен передвигаться в одно из своих крайних положений, так что, когда давление рабочей среды под давлением снова подводится к клапану 2, он начинает перемещаться назад и вперед согласно его рабочему циклу.

Так как регулирующий клапан 2 на фиг.3 и 4 не нуждается ни в каком внешнем управлении, то рабочий цикл ударного устройства 1 является простым в регулировании, а конструкция регулирующего клапана 2 может быть сравнительно простой. Кроме того, на работу регулирующего клапана 2 может влиять гибким образом, подходяще выбирая вышеупомянутые точки открывания dp и dt и, кроме того, воздействуя давлением, действующим в регулирующих напорных каналах 66 и 67. Другим преимуществом технических решений, описанных в связи с фиг.3 и 4, являются небольшие потери давления. Это объясняется тем, что точки dp и dt могут быть расположены так, что соединение от регулирующих напорных каналов 66 и 67 к рабочим напорным полостям 61 и 63 открывается только после того, как давление, действующее в рабочих напорных полостях 61 и 63, вследствие перемещения регулирующего элемента 5 увеличится, чтобы соответствовать давлению, действующему в регулирующих напорных каналах 66 и 67. Кроме того, точки dp и dt могут быть расположены так, что соединение от рабочих напорных полостей 61 и 63 к выпускному каналу 65 открывается только после того, как давление в рабочих напорных полостях 61 и 63 уменьшится, чтобы по существу соответствовать давлению в резервуаре.

Вместо втулки, показанной на фиг.3 и 4, регулирующий элемент 5 может быть также выполнен в виде другой, продольно перемещающейся детали. Регулирующим элементом 5 может быть, например, ползун или валик, и в этом случае регулирующим клапаном может быть клапан типа золотникового клапана. В этом случае регулирующий клапан 2 тоже может иметь среднее положение, а также первое крайнее положение и второе крайнее положение. Параллельные напорные/выпускные каналы могут быть выполнены для соединения в среднем положении или в крайних положениях регулирующего элемента 5. Кроме того, даже если предусматривается больше моментов соединения, отрезок между средней точкой и крайним положением может иметь один или большее число моментов соединения.

В регулирующем клапане 2 согласно изобретению одно перемещение регулирующего элемента 5 назад и вперед обеспечивает открывание и закрывание каналов для рабочей среды под давлением таким образом, что в ударном устройстве 1 за один рабочий цикл клапана создается несколько ударных импульсов, например, 2, 4 или 6 ударных импульсов. Это дает возможность уменьшить рабочую частоту регулирующего клапана 2. С другой стороны, используя такой регулирующий клапан, дающий возможность для нескольких ударных импульсов за один рабочий цикл клапана, можно увеличить частоту ударов ударного устройства 1 без того, чтобы рабочая частота регулирующего клапана 2 стала бы ограничительным фактором. Движение регулирующего элемента 5 в осевом направлении можно устанавливать, например, в соответствии с числом моментов соединения, предусмотренных в рабочем цикле клапана: чем больше число моментов соединения, тем длиннее может быть передвижение регулирующего элемента 5. Кроме того, так как скорость регулирующего элемента 5 может быть различной в разные моменты соединения, то размер каналов, выполненных в корпусе 3 регулирующего клапана, может быть выбран таким образом, чтобы в каждый момент соединения канал был открыт в течение периода времени по существу одинаковой продолжительности.

В зависимости от конструкции ударного устройства регулирующий клапан, чей регулирующий элемент выполнен для перемещения между средним и крайним положениями, может быть либо выполнен для пропуска потока рабочей среды под давлением по параллельным каналам от рабочей напорной поверхности ударного устройства, либо выполнен для пропуска к рабочей напорной поверхности для того, чтобы создавать ударные импульсы.

На фиг.5 в очень упрощенном виде показано "ударное устройство со сжимающимся стержнем". В таком ударном устройстве 1 ударный элемент не перемещается назад и вперед под действием рабочей среды под давлением, а ударные импульсы создают изменением давления рабочей среды под давлением на рабочую поверхность 9 ударного элемента 8. Давление рабочей среды под давлением подводится к рабочей напорной полости 20 посредством регулирующего клапана 2 так, что ударный элемент 8 отдавливается в направлении В к корпусу 24 и сжимается. В этом случае применения ударный элемент 8 действует как сжимающийся стержень. Когда посредством регулирующего клапана 2 в рабочей напорной полости 20 очень быстро снимают давление рабочей среды под давлением, действующей на напорную поверхность 9 ударного элемента, ударный элемент 8 восстанавливает свою первоначальную длину так, чтобы вызвать ударный импульс об инструмент 17. Использование регулирующего клапана 2 согласно изобретению, чей рабочий цикл содержит несколько моментов соединения за один рабочий цикл клапана, дает возможность достигать очень высокой частоты ударов для ударного устройства со сжимающимся стержнем. Однако собственная рабочая частота регулирующего клапана 2 может быть в несколько раз меньше, чем частота ударов ударного устройства.

На фиг.6 показан вариант выполнения регулирующего клапана 2 согласно изобретению. В этом случае регулирующий элемент 5 не передвигается в осевом направлении посредством рабочей среды под давлением, а он может перемещаться механически посредством приводного устройства 100. Внешняя сила, создаваемая приводным устройством 100, может быть направлена на соединительные элементы 101, как, например, цапфу подшипника, выполненные в регулирующем элементе 5. Приводным устройством 100 может быть, например, кривошипно-шатунный механизм 102, который содержит маховик 103, кривошип 104, а также шатун 105. Как хорошо известно, кривошипно-шатунный механизм 102 дает возможность преобразовывать вращательное движение С в линейное движение назад и вперед D и наоборот. Длина хода регулирующего элемента 5 в направлении D может определяться длиной кривошипа 104. Кроме того, частота вращения маховика 103 дает возможность влиять на рабочую частоту регулирующего клапана 2, и рабочая частота снова непосредственно влияет на частоту ударов ударного устройства 1. Маховику 103 может быть придан крутящий момент, например, посредством двигателя 106, приводимого во вращение рабочей средой под давлением. Благодаря кривошипно- шатунному механизму 102 рабочая мощность, потребляемая регулирующим клапаном 2, может быть низкой. Когда регулирующий элемент 5 замедлен в крайних положениях своего движения, кинетическая энергия регулирующего элемента 5 накапливается как кинетическая энергия кривошипно-шатунного механизма 102. Когда регулирующий элемент 5 снова ускоряется от крайнего положения по направлению к среднему положению, кинетическая энергия, накопленная в кривошипно-шатунном механизме 102, может передаваться к регулирующему элементу 5. Наиболее полезно, чтобы вращающийся двигатель 106 был необходим лишь для преодоления силы трения.

Кривошипно-шатунный механизм 102, показанный на фиг.6, не способен создавать совершенное гармоническое движение. Это можно учитывать при выборе размера и положения отверстий, открываемых регулирующим элементом 5. Кроме того, если шатун 105 сделан явно длиннее, чем кривошип 104, то движение регулирующего элемента 5 может быть достаточно близко к гармоническому движению.

Регулирующий элемент регулирующего клапана согласно изобретению может действовать с использованием рабочей среды под давлением, например, рабочей жидкости; механически, например, посредством кривошипно-шатунного механизма; электрически, например, посредством соленоида; или, с другой стороны, любым другим подходящим способом. Дело в том, что регулирующий элемент перемещают назад и вперед, используя подходящее средство или приводное устройство, так, чтобы в нескольких моментах соединения согласно рабочему циклу регулирующего клапана открывались и закрывались проточные каналы, создавая в ударном устройстве несколько ударных импульсов за один рабочий цикл клапана.

Кривая скорости 109 и кривая положения 110, показанные на фиг.7, относятся к регулирующему клапану2, дающему возможность создавать два ударных импульса за один рабочий цикл регулирующего элемента 5. Такой регулирующий клапан 2 показан, например, на фиг.3 и 4. В случае на фиг.7 частота ударов ударного устройства 1 установлена равной 500 Гц. Так как в ударном устройстве 1 во время одного рабочего цикла регулирующего клапана 2 создаются два ударных импульса, то рабочая частота регулирующего клапана 2 равна половине частоте ударов, т.е. 250 Гц. Значок "о" используется на фиг.7 для обозначения моментов соединения регулирующего клапана2, в которых регулирующий элемент 5 соединяет каналы. Скорость регулирующего элемента 5 в момент соединения составляет 10 м/с, а амплитуда положения регулирующего элемента - 6,4 мм.

Кривая скорости 109 и кривая положения 110, показанные на фиг.8, относятся к регулирующему клапану 2, дающему возможность создавать четыре ударных импульса за один рабочий цикл регулирующего элемента 5. Такой регулирующий клапан 2 показан, например, на фиг.6. Регулирующий элемент 5 может быть снабжен тремя отверстиями 107, а корпусная часть 3а - двумя отверстиями 108. С другой стороны, регулирующий элемент 5 может быть снабжен двумя отверстиями 107, а корпусная часть 3а - тремя отверстиями 108. В случае на фиг.8 частота ударов ударного устройства 1 установлена равной 500 Гц. Так как в ударном устройстве 1 во время одного рабочего цикла регулирующего клапана 2 создаются четыре ударных импульса, то рабочая частота регулирующего клапана 2 равна только одной четвертой части частоты ударов, т.е. 125 Гц. Значок "о" используется на фиг.8 для обозначения моментов соединения регулирующего клапана 2, в которых регулирующий элемент 5 соединяет отверстия 107 и 108. Скорость регулирующего элемента 5 в момент соединения составляет 10 м/с, а амплитуда положения регулирующего элемента - 18,6.

Когда за один рабочий цикл клапана создается большее число ударных импульсов, может оказаться полезным увеличение амплитуды движения регулирующего элемента 5. Это обеспечивает достаточно высокую скорость регулирующего элемента 5 в момент соединения. Кроме того, когда увеличена амплитуда регулирующего элемента 5, регулирующий клапан 2 может быть выполнен таким образом, чтобы уплотнительные поверхности клапана были достаточно длинными во избежание внутренних утечек в клапане.

Кривая скорости 109 и кривая положения 110, показанные на фиг.9, относятся к регулирующему клапану 2, дающему возможность создавать шесть ударных импульсов за один рабочий цикл регулирующего элемента 5. В случае на фиг.9 частота ударов ударного устройства 1 установлена равной 500 Гц. Так как в ударном устройстве 1 во время одного рабочего цикла регулирующего клапана 2 создаются шесть ударных импульсов, то рабочая частота регулирующего клапана 2 составляет только одну шестую часть частоты ударов, т.е. 83,3 Гц. Значок "о" используется на фиг.9 для обозначения моментов соединения регулирующего клапана 2, в которых регулирующий элемент 5 соединяет каналы. Средняя скорость регулирующего элемента 5 в момент соединения составляет 10 м/с, а амплитуда положения регулирующего элемента - 26,7 мм.

Кроме того, необходимо отметить, что регулирующий клапан согласно изобретению может быть также применен с ударными устройствами другого рода для разрушения горной породы. Что касается рассматриваемого изобретения, то вопрос заключается в регулировании и структуре рабочего цикла регулирующего клапана, а не в способе создания ударных импульсов в ударном устройстве или устройстве, используемом для разрушения горной породы.

Чертежи и связанное с ними описание предназначены лишь иллюстрировать сущность изобретения. Детали изобретения могут варьироваться в пределах формулы изобретения.

Группа изобретений относится к ударным устройствам для разрушения горных пород, а именно к регулирующему клапану ударного устройства, ударному устройству и способу регулирования рабочего цикла ударного устройства. Технической задачей является увеличение частоты ударов ударного устройства. Достигается тем, что ударное устройство для разрушения горной породы содержит ударный элемент, управляемый регулирующим клапаном, содержащим регулирующий элемент, приспособленный для регулирования каналов, ведущих к рабочей напорной поверхности ударного элемента, при этом рабочий цикл регулирующего клапана содержит несколько моментов соединения для того, чтобы открывать и закрывать каналы для рабочей среды под давлением, создавая в ударном устройстве несколько ударных импульсов за один рабочий цикл регулирующего клапана. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Регулирующий клапан для регулирования рабочего цикла ударного устройства, включающего ударный элемент (8), при этом клапан содержит корпус (3), содержащий в себе полость (4), по меньшей мере, два канала для рабочей среды под давлением (73, 74, 7b), соединенных с полостью (4), и регулирующий элемент (5), который является удлиненной деталью, расположенной в полости (4) в корпусе (3), и который выполнен с возможностью продольного перемещения в первом направлении регулирования (А) и во втором направлении регулирования (В) и который, кроме того, приспособлен для открывания и закрывания каналов для рабочей среды под давлением, когда регулирующий элемент (5) перемещается назад и вперед согласно его рабочему циклу, отличающийся тем, что рабочий цикл регулирующего клапана (2) содержит несколько моментов соединения для того, чтобы открывать и закрывать каналы для рабочей среды под давлением, и один рабочий цикл регулирующего клапана (2) от первого крайнего положения ко второму крайнему положению и обратно организован для создания, по меньшей мере, двух ударных импульсов в ударном устройстве (1). 2. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что регулирующий элемент (5) является удлиненной втулкой, содержащей наружную периферию и внутреннюю периферию, при этом регулирующий клапан (2) содержит, по меньшей мере, одну первую рабочую напорную полость (61) и, по меньшей мере, одну вторую рабочую напорную полость (63), первый регулирующий напорный канал (66) для того, чтобы подавать рабочую среду под давлением к первой рабочей напорной полости (61), когда регулирующий элемент (5) меняет свое направление, второй регулирующий напорный канал (67) для того, чтобы подавать рабочую среду под давлением ко второй рабочей напорной полости (63), когда регулирующий элемент (5) меняет свое направление, по меньшей мере, одну первую рабочую напорную поверхность (60), приспособленную для перемещения регулирующего элемента (5) в первом направлении регулирования (А) вследствие влияния рабочей среды под давлением, действующей в первой рабочей напорной полости (61), по меньшей мере, одну вторую рабочую напорную поверхность (62), приспособленную для перемещения регулирующего элемента (5) во втором направлении регулирования (В) вследствие влияния рабочей среды под давлением, действующей во второй рабочей напорной полости (63), и рабочие напорные полости (61, 63) выполнены в полости (4) в корпусе (3) вокруг регулирующего элемента (5).3. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что регулирующий элемент (5) содержит, по меньшей мере, один соединительный элемент (101) для приложения внешней механической воздействующей силы к регулирующему элементу (5).4. Регулирующий клапан по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что размер отверстий, соединяемых в момент соединения, выбран таким, чтобы во время рабочего цикла в каждый момент соединения отверстия соединялись на время по существу одинаковой продолжительности независимо от скорости регулирующего элемента в момент соединения.5. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что положение отверстий, соединяемых в моменты соединения, выбрано таким, чтобы во время рабочего цикла разница во времени между последовательными моментами открывания была, по существу, постоянной. 6. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что регулирующий клапан (2) содержит, по меньшей мере, два параллельных канала для рабочей среды под давлением, в которых направление потока рабочей среды под давлением является одинаковым, и перемещение регулирующего элемента (5) в одном направлении регулирования организовано для по существу одновременного открывания соединения от параллельных каналов для среды под давлением через регулирующий клапан (2).7. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что один рабочий цикл регулирующего клапана (2) от первого крайнего положения ко второму крайнему положению и обратно организован для создания четырех ударных импульсов в ударном устройстве (1).8. Регулирующий клапан по п.1, отличающийся тем, что один рабочий цикл регулирующего клапана (2) от первого крайнего положения ко второму крайнему положению и обратно организован для создания шести ударных импульсов в ударном устройстве (1).9. Способ регулирования рабочего цикла ударного устройства, содержащий стадии, в соответствии с которыми подводят рабочую среду под давлением к, по меньшей мере, одной рабочей напорной поверхности (9) ударного элемента (8) в ударном устройстве (1) для того, чтобы создать ударный импульс, используют, по меньшей мере, один регулирующий клапан (2), содержащий, по меньшей мере, корпус (3) и регулирующий элемент (5) для того, чтобы регулировать рабочую среду под давлением, продольно перемещают регулирующий элемент (5) согласно его рабочему циклу в первом направлении регулирования (А) и во втором направлении регулирования (В), открывают и закрывают каналы для рабочей среды под давлением, ведущие к ударному устройству (1), согласно рабочему циклу регулирующего элемента (5), отличающийся тем, что открывают и закрывают каналы для рабочей среды под давлением во время рабочего цикла регулирующего клапана (2) в нескольких моментах соединения, и создают в ударном устройстве (1) несколько ударных импульсов за один рабочий цикл регулирующего клапана (2).10. Способ по п.9, отличающийся тем, что перемещают регулирующий элемент посредством проведения рабочей среды под давлением к рабочим напорным поверхностям (60, 62) в регулирующем элементе.11. Способ по п.9, отличающийся тем, что перемещают регулирующий элемент (5) посредством кривошипно-шатунного механизма (102).12. Способ по п.11, отличающийся тем, что регулируют частоту ударов ударного устройства (1) посредством регулирования скорости кривошипно-шатунного механизма(102).13. Способ по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что в ударном устройстве (1) создают два ударных импульса за один рабочий цикл регулирующего клапана (2).14. Способ по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что в ударном устройстве (1) создают четыре ударных импульса за один рабочий цикл регулирующего клапана (2).15. Способ по любому из пп.9-12, отличающийся тем, что в ударном устройстве (1) создают шесть ударных импульсов за один рабочий цикл регулирующего клапана (2).16. Способ по п.9, отличающийся тем, что проводят через регулирующий клапан (2), по меньшей мере, два параллельных потока рабочей среды под давлением и проводят потоки рабочей среды под давлением, протекающие в одинаковом направлении к, по меньшей мере, одной рабочей напорной поверхности (9) ударного элемента (8) для того, чтобы создать ударный импульс.17. Способ по п.9, отличающийся тем, что проводят через регулирующий клапан (2), по меньшей мере, два параллельных потока рабочей среды под давлением от, по меньшей мере, одной рабочей напорной поверхности (9) ударного элемента(8) для того, чтобы создать ударный импульс.18. Ударное устройство (1) для разрушения горной породы, содержащее корпус (24), ударный элемент (8), который расположен в полости, выполненной в корпусе (24), и который содержит, по меньшей мере, одну первую рабочую напорную поверхность (9), соединенную с, по меньшей мере, одним каналом для рабочей среды под давлением так, чтобы под действием давления рабочей среды под давлением, направленного к рабочей напорной поверхности, ударный элемент (8) создавал ударные импульсы, и по меньшей мере, один регулирующий клапан (2), содержащий регулирующий элемент (5), который выполнен с возможностью продольного перемещения и который приспособлен для осуществления подачи рабочей среды под давлением, по меньшей мере, одному каналу для рабочей среды под давлением, ведущему к ударному элементу (8), отличающееся тем, что рабочий цикл регулирующего клапана (2) содержит несколько моментов соединения для того, чтобы открывать и закрывать каналы для рабочей среды под давлением, и один рабочий цикл регулирующего клапана (2) от первого крайнего положения ко второму крайнему положению и обратно организован для создания, по меньшей мере, двух ударных импульсов в ударном устройстве (1).19. Ударное устройство по п.18, отличающееся тем, что регулирующий клапан (2) содержит втулкообразный регулирующий элемент (5), выполненный с рабочими напорными поверхностями (60, 62), и регулирующий элемент (5) выполнен для перемещения в направлении регулирования (А, В) вследствие влияния давления рабочей среды под давлением, действующей на рабочую напорную поверхность (60, 62).20. Ударное устройство по п.18, отличающееся тем, что регулирующий элемент (5) приспособлен для перемещения посредством кривошипно-шатунного механизма (102).21. Ударное устройство по п.20, отличающееся тем, что частота ударов ударного устройства (1) является регулируемой посредством регулирования скорости кривошипно-шатунного механизма (102).22. Ударное устройство по п.18, отличающееся тем, что регулирующий клапан (2) содержит, по меньшей мере, два параллельных канала для рабочей среды под давлением, в которых направление потока рабочей среды под давлением является одинаковым, и перемещение регулирующего элемента (5) в одном направлении регулирования организовано для, по существу, одновременного открывания соединения от параллельных каналов для среды под давлением через регулирующий клапан (2).23. Ударное устройство по п.18, отличающееся тем, что один рабочий цикл регулирующего клапана (2) от первого крайнего положения ко второму крайнему положению и обратно организован для создания четырех ударных импульсов в ударном устройстве (1).24. Ударное устройство по п.18, отличающееся тем, что один рабочий цикл регулирующего клапана (2) от первого крайнего положения ко второму крайнему положению и обратно организован для создания шести ударных импульсов в ударном устройстве (1).25. Ударное устройство по п.18, отличающееся тем, что ударный элемент (8) является сжимающимся стержнем, и приспособлен для прижатия к корпусу (24) ударного устройства (1) вследствие действия рабочей среды под давлением, проводимой к рабочей напорной поверхности (9) так, чтобы ударный элемент (8) продольно сжимался, и регулирующий клапан (2) выполнен с возможностью быстрого выпуска рабочей среды под давлением, действующей на рабочую напорную поверхность (9) так, чтобы ударный элемент (8) принимал свою первоначальную длину и создавал ударный импульс.

Приоритет по пунктам: