ХВОСТОВИК ВРАЩАЮЩЕГОСЯ И/ИЛИ УДАРНОГО ИНСТРУМЕНТА Российский патент 2009 года по МПК E21B6/00 E21B17/00 

Изобретение относится к хвостовику для приводимого в действие, по меньшей мере, частично вращением и/или ударным способом инструмента, как, например, буровое долото, долото или режущая буровая коронка для обработки твердой породы, бетона или кирпичной или каменной кладки.

Обычно приводимый в действие вращением и/или ударным способом инструмент имеет простирающийся вдоль оси хвостовик для вращающегося и/или ударного ручного инструмента. Для свободно выбираемого применения многочисленных типов инструментов узел стыковки между хвостовиком инструмента и гнездом ручного инструмента должен быть соответствующим, по меньшей мере, внутри определенных классов мощностей. Обычно и широко применяемые в настоящее время в системах перфораторов практически стандартизированные хвостовики и сопряженные с ними зажимы (гнезда) инструмента относятся к уровню техники, известному из немецких заявок DE 2551125 A1 и DE 3716915 A1, которые имеют обращенную к инструменту в виде цилиндрической оболочки направляющую поверхность, замкнутые по отношению к свободному торцу в осевом направлении фиксирующие пазы и открытые по отношению к свободному торцу в осевом направлении, трапецеидальные поводковые пазы для передачи вращения, причем, по меньшей мере, один смещаемый радиально фиксирующий элемент сопряженного (с хвостовиком) гнезда инструмента может входить в зацепление с одним фиксирующим пазом и может ограничивать осевую подвижность инструмента в его зажиме.

Практически стандартизированные хвостовики и инструментальные зажимы согласно немецкой заявке DE 2551125 A1 имеют направляющий диаметр 10 мм, причем соответственно точно два одинаковой формы, диаметрально противолежащие фиксирующие паза и поводковые паза распределены симметрично по окружности. К поводковым пазам для передачи вращения, незначительно удлиненным по отношению к фиксирующим пазам, примыкает с инструментальной стороны простирающаяся до обращенного в сторону инструмента конца хвостовика направляющая поверхность, которая не содействует передаче крутящего момента. Изначально эти хвостовики были рассчитаны для диаметра сверла до 17 мм и тем самым их следует отнести к классу малых, маломощных перфораторов мощностью менее 650 ватт (W). Однако между тем ручные инструменты с все увеличивающейся мощностью, в частности перфораторы, обеспечивают возможность передачи более высоких крутящих моментов на инструмент в определенных видах производства. Между тем было выявлено расширение практического диапазона применения этих перфораторов до диаметра сверла 30 мм. К тому же при удалении инструмента из обрабатываемого изделия, в частности на заклиненные в рассверливаемом отверстии инструменты, пользователем передавались высокие крутящие моменты на инструмент посредством самофиксирующегося ручного инструмента. При этом обнаружилось, что при диаметре сверла более 17 мм повышается опасность повреждения привода, а конкретно к разрушению хвостовика в зоне фиксирующего паза и разрушению внутри зажима инструмента. Такие поломки тем более досадны, когда отломанный конец застревает внутри перфоратора и может быть удален из инструментального зажима только при демонтаже передней части (головки) перфоратора. Собственно в случаях, когда при применении сверла увеличенного диаметра не происходит упомянутой поломки, происходит пластическая деформация на хвостовике, которая приводит к неизмеримо большему износу зажима инструмента, вследствие чего зачастую эти инструменты могут быть с большим трудом удалены из инструментального зажима. Как выше упомянуто, также практически стандартизированные хвостовики и инструментальные зажимы согласно немецкой заявке DE 3716915 A1 имеют направляющий диаметр 18 мм, причем имеются точно два одинаковой формы, расположенные диаметрально против друг друга фиксирующих паза, между которыми в одном полувырезе расположены симметрично точно один, а в другом полувырезе точно два поводковых паза передачи вращения. Эти хвостовики рассчитаны для мощных, больших перфораторов и для высоких крутящих моментов, причем указанные в вышестоящих абзацах проблемы естественно также возникают и при еще более высоких классах мощностей соответственно крутящих моментах. Однако инструменты с направляющим диаметром 18 мм, но с существенно меньшим диаметром сверла, меньше 14 мм, имеют плохую передачу ударного импульса. К тому же такого типа диспропорциональные инструменты были бы неэкономичны в изготовлении.

При этом возникающие нагрузки суммируются следующим образом: с одной стороны осуществляется нагрузка на хвостовик за счет энергии удара перфоратора, с другой стороны возникает определяемая крутящим моментом при резании, исходящая от поворотных шпонок инструментального зажима торсионная нагрузка (нагрузка скручивания), которая передается на поводковые пазы передачи вращения хвостовика. Эта нагрузка крутящим моментом особенно высока тогда, когда, например, это приводит к заклиниванию сверла при сверлении арматуры. К тому же в качестве дополнительной нагрузки в случае заклинивания в арматуре, например, при попытке вытягивания из нее перфоратора возникает еще нагрузка на это поврежденное, заднее поперечное сечение фиксирующего паза, действующая от фиксирующего элемента на аксиальный, фиксирующий конец фиксирующего паза. После всего этого многолетний опыт показал, что из-за этих комбинированных, многоосных нагрузок особенно подвержено повреждению расположенное в зоне аксиального фиксирующего конца поперечное сечение (хвостовика). Предположительно причина его механических поломок заключается в этом многоосном напряженном состоянии, локально вычленяющемся на аксиальном фиксирующем конце, которое обуславливает местное ужесточение за счет поперечного сжатия, которое и является преимущественно инициатором появления трещин и тем самым ограничивает долговечность переменно-нагружаемого хвостовика.

Согласно патенту Германии DE 4338818 хвостовик увеличенного, направляющего диаметра, выполненный для установки в инструментальном зажиме, который также подходит для хвостовика уменьшенного направляющего диаметра, имеет особо глубокие поводковые пазы для передачи вращения и фиксирующие пазы. Экстремально ослабленное в этой осевой зоне поперечное сечение хвостовика имеет, как уже было изложено выше, неудовлетворительную передачу ударного импульса и малый предел прочности на разрыв.

В основу изобретения положена задача создания такого хвостовика, который был бы рассчитан практически на безаварийную передачу больших крутящих моментов, а также на оптимальную передачу ударного импульса.

По существу эта задача решается признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные модификации следуют из зависимых пунктов формулы изобретения. Таким образом, хвостовик приводимого в действие вращением и/или ударным способом, по меньшей мере, частично вдоль оси инструмента, который вытянут в осевом направлении в пределах одного максимального, направляющего диаметра, имеет, по меньшей мере, один на аксиальном фиксирующем конце закрытый в осевом направлении к свободному торцу фиксирующий паз, равно как и поводковые пазы для передачи вращения с определенной шириной паза и, по меньшей мере, одной контактной поверхностью тангенциального усилия, по меньшей мере, два поводковых паза, которые при длине, составляющей, по меньшей мере, трехкратное значение направляющего диаметра, расположены перед аксиальным, фиксирующим концом с инструментальной стороны, равно как и выполнены, по меньшей мере, по всей контактной длине, составляющей, по меньшей мере, 1,5-кратное значение направляющего диаметра, шире, чем 1/5, предпочтительно шире 1/4 направляющего диаметра.

Благодаря тому, что поводковые пазы передачи вращения расположены со стороны инструмента перед аксиальным фиксирующим концом, по меньшей мере, на значительной контактной длине, то, по меньшей мере, существенная часть крутящего момента отражается аксиальным фиксирующим концом исключительно с инструментальной стороны. Таким образом, критическая в отношении механических поломок аксиальная зона многоосного напряженного состояния на аксиальном фиксирующем конце подвергается заведомо незначительным нагрузкам, причем при заданном пределе усталостной прочности может быть получен более высокий крутящий момент. В частности, благодаря этому передаются высокие крутящие моменты при малом направляющем диаметре без причинения повреждений, вследствие чего улучшается характеристика ударного импульса при малых диаметрах сверла.

Предпочтительно осевая направляющая длина между направляющим концом со стороны инструмента с определенным направляющим диаметром вплоть до пазового конца инструментальной стороны, по меньшей мере, двух поводковых пазов для передачи вращения меньше 1,5-кратной величины направляющего диаметра, благодаря чему крутящий момент может быть передан ближе к концу хвостовика с инструментальной стороны.

Предпочтительно пазовый конец смещен в осевом направлении инструментальной стороны от ее фиксирующего конца, по меньшей мере, на 1,5-кратную величину направляющего диаметра, благодаря чему в этой аксиальной зоне поперечное сечение хвостовика не ослаблено фиксирующими пазами, тем самым повышается торсионная прочность и без износа могут быть достигнуты высокие крутящие моменты.

Предпочтительно, по меньшей мере, по всей контактной длине проходит как параллельно, так и перпендикулярно оси контактная поверхность тангенциального усилия, благодаря чему плоскостная нормаль упомянутой контактной поверхности тангенциального усилия ориентирована точно тангенциально, и тем самым не индуцируются никакие обуславливающие износ срезывающие усилия при передаче крутящего момента.

Преимущественно радиальная глубина паза каждого поводкового паза передачи вращения лежит в пределах между 0,5 до 1,0-кратной величины ширины паза, по меньшей мере, по всей контактной длине, благодаря чему могут передаваться высокие крутящие моменты без существенного ослабления поперечного сечения хвостовика при достаточной изгибной прочности входящих в зацепление с поводковым пазом передачи вращения поводковых пластин инструментального зажима.

Преимущественно имеется, по меньшей мере, три поводковых паза передачи вращения, которые расположены преимущественно зеркально симметрично, благодаря чему может быть достигнут повышенный крутящий момент.

Предпочтительно имеется два диаметрально смещенных фиксирующих паза, благодаря чему хвостовик может быть вставлен эргономически удобно в инструментальный зажим по двум смещенным на 180° направляющим.

Предпочтительно фиксирующие пазы с инструментальной стороны переходят в поводковые пазы передачи вращения, благодаря чему меньше ослабляется поперечное сечение хвостовика.

В качестве альтернативы поводковые пазы передачи вращения выполнены предпочтительно дистанцированно от фиксирующих пазов в аксиальном направлении инструментальной стороны, благодаря чему функциональные зоны отделены друг от друга и тем самым могут быть изготовлены технологически просто.

Далее, предпочтительно, когда поводковые пазы передачи вращения смещены по окружности преимущественно симметрично относительно фиксирующих пазов, благодаря чему для поводковых средств и фиксирующих средств имеется больше свободного пространства в приданном им инструментальном зажиме.

Поводковые позы преимущественно открыты с машинной стороны, благодаря чему средства для передачи вращения могут быть введены в поводковые пазы с торца хвостовика.

Ниже изобретение поясняется более подробно со ссылкой на предпочтительный пример выполнения и чертежи, на которых показано:

фиг.1A - хвостовик инструмента,

фиг.1B - увеличенное поперечное сечение хвостовика,

фиг.2 - другой вариант выполнения хвостовика,

фиг.3А - вариант выполнения хвостовика с увеличенным поперечным сечением на фиг.3B.

На фиг.1А, 1B показан хвостовик 1 приводимого в действие вращением и ударным способом вдоль оси А инструмента 2, который, простираясь вдоль оси А с максимальным направляющим диаметром D, имеет соответственно два точно одинаковых, диаметрально расположенных, замкнутых в осевом направлении на осевых фиксирующих концах 3 в направлении к свободному торцу 4, фиксирующих паза 5 и два передающих вращение поводковых паза 6 с проходящей как параллельно, так и перпендикулярно оси А контактной поверхностью тангенциального усилия режущего инструмента. Между обращенным к инструменту направляющим концом 12 с направляющим диаметром D вплоть до обращенного к инструменту пазового конца 13 обоих поводковых пазов 6 выполнена осевая направляющая поверхность F размером в половину направляющего диаметра D.

Пазовый конец 13 смещен от фиксирующего конца 14 инструментальной стороны в осевом направлении со стороны инструмента более, чем на половину направляющего диаметра D. По всей контактной длине К, равной удвоенному направляющему диаметру D, выполнены два передающих вращение поводковых паза 6 с постоянной шириной В паза, равной одной трети направляющего диаметра D, и вплоть до длины L, которая в три раза больше направляющего диаметра D, расположены перед аксиальным фиксирующим концом 3 инструментальной стороны. Фиксирующие пазы 5 переходят соответственно со стороны инструмента в поводковые пазы 6, причем радиальная глубина Т паза обоих поводковых пазов 6 по всей контактной длине К составляет половину пазовой ширины В.

На фиг.2 передающий вращение поводковый паз 6 с шириной В, составляющей одну треть направляющего диаметра D, дистанцирован аксиально со стороны инструмента от обоих, расположенных диаметрально противоположно фиксирующих пазов 5, а также смещен по окружности на 90°, причем направляющая длина F составляет половину направляющего диаметра D, контактная длина K - две величины этого диаметра D, а длина L составляет 3,5-кратную величину направляющего диаметра D.

На фиг.3А, 3B зеркально симметричный хвостовик 1 введен в сопряженное с ним, указанное приемное гнездо 8 инструмента поводковыми средствами для передачи вращения, выполненными в форме трех, выступающих консольно радиально внутрь, расположенных перед сторонами инструмента поводковых пластин 9 для передачи вращения и одного радиально смещаемого стопорного средства, выполненного в виде фиксирующего шарика 10. Для этого поводковые пазы 6 с постоянной шириной В паза, которая шире одной пятой (1/5) направляющего диаметра D, выполнены открытыми вплоть до свободного конца 4 с машинной стороны. Три расположенные зеркально симметрично, передающие вращение поводковые паза 6 симметрично смещены по окружности относительно обоих, расположенных диаметрально противоположно фиксирующих пазов 5. Направляющая длина F кратна направляющему диаметру D, контактная длина K представляет собой 4-кратную величину этого диаметра D, а длина L составляет 3,5-кратное значение направляющего диаметра D, причем пазовый конец 13 смещен аксиально с инструментальной стороны на удвоенную величину направляющего диаметра D по отношению к фиксирующему концу 14 инструментальной стороны.

Изобретение относится к области бурения, а именно к хвостовику приводимого в действие, по меньшей мере, частично вращением и/или ударным способом инструмента. Хвостовик содержит, по меньшей мере, один закрытый на аксиальном фиксирующем конце в осевом направлении к свободному торцу фиксирующий паз равно как и поводковые пазы передачи вращения с шириной паза (B) и, по меньшей мере, одной контактной поверхностью тангенциального усилия, причем, по меньшей мере, два поводковых паза передачи вращения при длине (L), составляющей, по меньшей мере, трехкратное значение направляющего диаметра (D), расположены перед аксиальным, фиксирующим концом инструментальной стороны, равно как и выполнены, по меньшей мере, по всей контактной длине (K), составляющей, по меньшей мере, 1,5-кратное значение направляющего диаметра (D), шире, чем 1/5 направляющего диаметра (D). Обеспечивает безаварийную передачу больших крутящих моментов, а также оптимальную передачу ударного импульса. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Хвостовик приводимого в действие, по меньшей мере, частично вдоль оси (А) вращением и/или ударным способом инструмента (2), который вытянут вдоль оси (А) в пределах одного максимального направляющего диаметра (D), содержит, по меньшей мере, один закрытый на аксиальном фиксирующем конце (3) в осевом направлении к свободному торцу (4) фиксирующий паз (5), равно как и поводковые пазы для передачи вращения (6) с шириной паза (В) и, по меньшей мере, одной контактной поверхностью тангенциального усилия (7), отличающийся тем, что, по меньшей мере, два поводковых паза передачи вращения (6) при длине (L), составляющей, по меньшей мере, трехкратное значение направляющего диаметра (D), расположены перед аксиальным фиксирующим концом (3) с инструментальной стороны равно как и выполнены, по меньшей мере, по всей контактной длине (K), составляющей, по меньшей мере, 1,5-кратное значение направляющего диаметра (D), шире, чем 1/5 направляющего диаметра (D).

2. Хвостовик по п.1, отличающийся тем, что аксиальная направляющая длина (F) между направляющим концом (12) с направляющим диаметром (D) инструментальной стороны вплоть до пазового конца (13) инструментальной стороны, по меньшей мере, двух поводковых пазов передачи вращения (6) меньше 1,5-кратной величины направляющего диаметра (D).

3. Хвостовик по п.1, отличающийся тем, что пазовый конец (13) смещен в осевом направлении инструментальной стороны от фиксирующего конца (14) инструментальной стороны, по меньшей мере, на 1,5-кратную величину направляющего диаметра (D).

4. Хвостовик по п.1, отличающийся тем, что контактная поверхность (7) тангенциального усилия проходит, по меньшей мере, по всей контактной длине (K) как параллельно, так и перпендикулярно оси (A).

5. Хвостовик по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, по всей контактной длине (K) радиальная глубина паза (T) каждого поводкового паза (6) находится в пределах 0,5-1,0-кратной величины ширины паза (B).

6. Хвостовик по п.1, отличающийся тем, что он имеет, по меньшей мере, три поводковых паза (6), которые расположены преимущественно зеркально-симметрично.

7. Хвостовик по п.1, отличающийся тем, что он имеет два диаметрально смещенных фиксирующих паза (5).

8. Хвостовик по п.1, отличающийся тем, что фиксирующие пазы (5) с инструментальной стороны переходят в поводковые пазы (6) передачи вращения.

9. Хвостовик по п.1, отличающийся тем, что поводковые пазы передачи вращения (6) дистанцированы от фиксирующих пазов (5) в осевом направлении инструментальной стороны.

10. Хвостовик по п,1, отличающийся тем, что поводковые пазы передачи вращения (6) смещены по окружности относительно фиксирующих пазов (5) преимущественно симметрично.

11. Хвостовик по п.1, отличающийся тем, что поводковые пазы (6) открыты с машинной стороны.