УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2012 года по МПК E21C37/00 E02D7/10 

Изобретение относится к устройствам ударного действия, а именно к горным машинам, и предназначено для ударного разрушения крепких породоподобных материалов и мерзлого грунта, для забивки свай и трамбования грунта и т.д.

Известны различные устройства ударного действия, предназначенные для разрушения горных пород. Известно, например, устройство по патенту RU 2265721 (2005 г.). Устройство включает корпус, совместно с размещенным в нем поршнем-ударником образующий постоянно сообщенную с напорной линией и гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода, снабженную коаксиальной торцевой расточкой, сопряженной по боковой поверхности с поршнем-ударником в конце рабочего хода, и камеру рабочего хода, попеременно через основной распределитель связанную со сливной линией или камерой холостого хода, которая также снабжена коаксиальной торцевой расточкой, сопряженной с поршнем-ударником в конце холостого хода, отличается тем, что основной распределитель на концах снабжен гидравлическими полостями управления различной площади, меньшая из которых постоянно связана с напорной линией, а большая попеременно сообщена: в конце рабочего хода - со сливной линией через первый, а в конце холостого хода - с напорной линией через второй дополнительные распределители. Причем оба дополнительных распределителя снабжены на концах гидравлическими полостями управления, при этом одна из упомянутых полостей первого дополнительного распределителя содержит пружину и постоянно сообщена с камерой холостого хода, а одна из упомянутых полостей второго дополнительного распределителя также содержит пружину и постоянно сообщена с камерой рабочего хода, а другая полость каждого распределителя сообщается с торцевой расточкой соответствующих камер.

Недостаток данного устройства состоит в том, что для управления рабочим циклом в нем применяется один основной и два дополнительных распределителя, выполненные в виде золотниковых устройств, основные конструктивные элементы которых, золотник и направляющая гильза, отличаются конструктивной сложностью, большой трудоемкостью изготовления, а значит, повышенной стоимостью. Специфической особенностью золотниковых устройств является их высокое гидравлическое сопротивление. Поэтому при движении рабочей жидкости через основной распределитель устройства имеют место значительные потери энергии, в результате чего снижается его экономическая эффективность. При наличии в конструкции золотникового распределителя возникают определенные трудности в случае увеличения мощности ударного устройства.

С ростом расходов рабочей жидкости габариты золотниковых устройств опережающим образом растут, вызывая рост габаритов и массы ударного устройства и тем самым значительно ухудшая его технические показатели.

Стремление к сохранению приемлемых габаритов неизбежно приводит к увеличению скорости потока и существенному приросту непроизводительных потерь энергии.

К недостаткам устройства также следует отнести наличие в двух вспомогательных распределителях возвратных спиральных пружин сжатия. В условиях действия знакопеременных динамических нагрузок такие пружины имеют недостаточные надежность и долговечность. Выход указанных пружин из строя служит причиной сбоев в работе ударного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство по патенту RU 2354828 (2009 г.), которое выбрано в качестве прототипа. Известное устройство содержит корпус и совместно с подвижным в нем поршнем-ударником образует газовую камеру с постоянно размещенным в ней задним концом поршня-ударника, постоянно сообщенную с источником рабочей жидкости под давлением и аккумулятором, камеру холостого хода и камеру рабочего хода, посредством двух цилиндрических двухпозиционных клапанов попеременно сообщаемую с камерой холостого хода и со сливной магистралью; при этом торцевые полости цилиндрических клапанов попеременно сообщаются одна с напорной, а другая - со сливной магистралью посредством управляющего золотника, одна из торцевых полостей которого посредством каналов сообщена с коаксиальной кольцевой цилиндрической канавкой в нижней торцевой части камеры взвода, а другая - с аналогичной канавкой, расположенной в верхней торцевой части этой камеры.

Указанное устройство обеспечивает очередность переключения клапанов, независимо от температуры и состояния жидкости. Они проще в изготовлении и эксплуатации и надежнее в работе. Применение клапанов вместо распределительного золотника позволяет снизить сопротивление движения жидкости при рабочем ходе поршня-ударника. Однако и это устройство не лишено недостатков, а именно - в данном ударном устройстве отсутствует возможность регулирования частоты и энергии удара, что отрицательно сказывается на эффективности его работы. Кроме того, наличие двух клапанов и довольно сложный распределительный золотник усложняют конструкцию.

Таким образом, недостатками известного устройства являются недостаточная эффективность его работы, а также сложность конструкции.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности работы устройства и упрощение его конструкции.

Для решения поставленной задачи сущность изобретения состоит в том, что в отличие от известного устройства, содержащего корпус совместно с подвижным в нем поршнем-ударником, образующим газовую камеру с постоянно размещенным в ней задним концом поршня-ударника, камеру холостого хода, постоянно сообщенную с источником рабочей жидкости и гидроаккумулятором; и снабженную коаксиальными выточками в обеих торцевых стенках камеру рабочего хода, попеременно сообщаемую со сливным баком либо с источником рабочей жидкости и камерой холостого хода посредством двухпозиционного распределительного клапана с пилотным золотником, согласно изобретению распределительный клапан состоит из корпуса с сопряженным по боковой поверхности трехступенчатым стаканом, первая наименьшая по диаметру ступень которого, расположенная на одном конце стакана, постоянно размещается в изолированной полости, сообщенной с источником рабочей жидкости, а наибольшая по диаметру третья ступень, расположенная на противоположном конце стакана, находится в сопряжении с внутренней боковой поверхностью корпуса, которая вблизи торца упомянутой ступени имеет кольцевую расточку, сообщенную с напорной линией, и снабжена кольцевым выступом для периодического контактирования с уплотнительным пояском на торце третьей ступени в запертом положении клапана. Внутренняя глухая расточка клапана, открытая со стороны торца третьей ступени, посредством радиальных отверстий в стенке и кольцевой проточки на наружной боковой поверхности второй ступени при запертом клапане сообщается с кольцевой расточкой внутри корпуса клапана, соединенной со сливной линией, а посредством отверстий в стенке первой ступени сообщается с изолированной полостью, образованной внутренней расточкой корпуса, наружной цилиндрической поверхностью первой ступени и торцовой поверхностью между второй и первой ступенями. В корпусе клапана выполнена кольцевая расточка, образующая совместно с наружными поверхностями третьей ступени и кольцевого выступа на поверхности второй ступени управляющую полость, которая посредством обратного клапана и пилотного золотника сообщается с верхней коаксиальной выточкой в камере рабочего хода устройства при одном положении и со сливной линией при другом положении упомянутого золотника.

Кроме того, пилотный золотник, выполненный в виде ограниченно подвижного в его корпусе вдоль оси подпружиненного цилиндрического плунжера с проточкой в средней части, совместно с упомянутым корпусом образует две торцевые изолированные полости, одна из которых каналом сообщена с нижней коаксиальной выточкой камеры рабочего хода устройства, а другая, с размещенной в ней пружиной, постоянно сообщена с верхней коаксиальной выточкой упомянутой камеры. При этом управляющая полость распределительного клапана при одном положении золотника сообщается через обратный клапан и торцевую полость с находящейся в ней пружиной с верхней коаксиальной выточкой камеры рабочего хода ударного устройства, а при другом положении - со сливной линией.

Кроме того, узел регулирования хода поршня-ударника содержит собственный корпус с размещенным в нем поршнем со штоком, совместно образующие три изолированные полости: штоковую, расположенную под торцом штока, постоянно сообщенную с напорной линией, поршневую - полость, расположенную под поршнем, через обратный клапан и регулируемый дроссель сообщенную с верхней коаксиальной выточкой камеры рабочего хода устройства, и сообщенную со сливной линией промежуточную полость, образованную внутренней полостью узла регулирования и наружной поверхностью штока и поршня. В перегородке, разделяющей штоковую и промежуточную полости узла регулирования, выполнена кольцевая расточка, сообщенная с управляющей полостью распределительного клапана, которая около крайнего нижнего положения поршня через кольцевую проточку на наружной боковой поверхности конца штока сообщается с напорной линией через штоковую полость упомянутого узла.

Таким образом, в отличие от известного устройства, включающего гидроаккумулятор, гидравлический золотник управления, корпус совместно с подвижным в нем поршнем-ударником, образующий газовую камеру, постоянно сообщенную с источником давления и гидроаккумулятором камеру холостого хода, камеру рабочего хода, попеременно сообщаемую с камерой холостого хода либо со сливной магистралью посредством двух цилиндрических клапанов и распределительного золотника, в предлагаемом устройстве эта функция выполняется распределительным клапаном, при этом переключение клапана осуществляется с помощью двухпозиционного золотника, торцевые полости которого сообщены с кольцевыми канавками в камере рабочего хода, а для регулирования энергии удара за счет изменения рабочего хода поршня-ударника имеется узел регулирования, включающий гидроцилиндр с поршнем и штоком, а также клапан обратного хода и регулируемый дроссель.

В отличие от прототипа вместо двух применен один клапан, соединенный с золотником, при этом сообщение камеры рабочего хода с напорной линией осуществляется через упомянутый клапан по линии максимального поперечного сечения, когда расход жидкости максимальный, а сообщение ее со сливной магистралью осуществляется по линии, имеющей меньшее поперечное сечение.

Технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в повышении эффективности работы устройства и упрощении его конструкции.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг.1 представлена гидросхема и схематический чертеж устройства в продольном разрезе.

Устройство ударного действия состоит из корпуса 1, в осевой расточке которого поступательно подвижно установлен ступенчатый поршень-ударник 2, имеющий три ступени 3, 4 и 5. Между ступенями 4 и 5 имеется кольцевой выступ 6. При этом между внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью поршня-ударника 2 образованы три камеры, изолированные друг от друга. Камера 7 холостого хода, в которую входят ступени 3 и 4 поршня-ударника 2, посредством канала 8 постоянно по напорной линии 9 присоединена к источнику давления (насос 10) и гидроаккумулятору 11. Средняя по положению камера 12 рабочего хода посредством канала 13 и распределительного клапана 14 попеременно сообщается с напорной линией 9, а по сливной линии 15 со сливным баком 16.

В верхней и нижней торцевых поверхностях камеры рабочего хода 12 выполнены глухие, открытые в пространство упомянутой рабочей камеры кольцевые расточки, диаметры которых по существу равны диаметру кольцевого выступа 6 поршня-ударника 2. Упомянутые расточки с выступом 6 образуют изолированные от камеры 12 полости 17 и 18, сообщенные каналами 19 и 20 с торцевыми полостями 21 и 22 пилотного золотника 23. Верхняя камера 24 с постоянно размещенной в ней ступенью 5 поршня-ударника 2 заполнена сжатым газом.

В корпусе 25 распределительного клапана 14 подвижно установлен цилиндрический стакан 26, имеющий коаксиальные ступени 27, 28, 29 и кольцевой выступ 30 различного диаметра. При этом D₁>D₂>D₃>D₄.

В теле стакана 26 со стороны торцевой поверхности ступени 27 выполнена коаксиальная цилиндрическая расточка 31, которая посредством радиальных отверстий 32 сообщается с полостью 33, образованной внутренней поверхностью корпуса 25 и ступенью 28 стакана 26. При этом полость 33 сообщается со сливной линией 15, а каналом 34 - с внутренней полостью пилотного золотника 23.

Торцевая поверхность стакана 26 снабжена уплотнительным пояском 35, который, взаимодействуя с кольцевым выступом в корпусе 25 распределительного клапана, изолирует цилиндрическую расточку 31 от кольцевой канавки 36, которая каналом 37 постоянно сообщается с напорной линией 9.

Между внутренней поверхностью корпуса 25 и наружными поверхностями ступеней 27 и кольцевого выступа 30 образована кольцевая управляющая полость 38, которая посредством каналов 39 и 40, а также через обратный клапан 41 и канал 42 сообщается с пилотным золотником 23.

Кроме того, управляющая полость 38 каналом 43 сообщается с кольцевой проточкой 44 узла 45 регулирования хода поршня-ударника 2. В расточке корпуса 25 под торцом ступени 29 стакана образована глухая полость 46, которая каналом 47, через полость 48 узла 45 регулирования хода поршня-ударника, а также канал 49 сообщается с напорной линией 9.

Между наружной боковой поверхностью ступени 29, торцевой поверхностью ступени 28 и внутренней боковой поверхностью расточки корпуса 25 образована кольцевая полость 50, которая по радиальным отверстиям 51 постоянно сообщается с осевой расточкой 31 в стакане.

Пилотный золотник 23 содержит плунжер 52 в виде цилиндрического стержня с кольцевой проточкой 53 в средней части и пружиной 54, расположенной в полости 22, которая каналом 20 постоянно сообщается с полостью 17 корпуса 1.

Поршень узла 45 регулирования рабочего хода имеет две ступени 55 и 56. На боковой поверхности ступени 55 меньшего диаметра выполнена кольцевая канавка 57. При этом ступень 55 периодически входит в полость 48, каналом 49 постоянно сообщенную с напорной линией 9. Большая по диаметру ступень 56 расположена в полости 58, которая посредством канала 59, через обратный клапан 60 и регулируемый дроссель 61 сообщена с кольцевой полостью 17 камеры рабочего хода 12. Промежуточная полость 62, образованная внутренней поверхностью корпуса узла регулирования, наружной поверхностью ступени 55 и торцевой поверхностью ступени 56, каналом 63 сообщена со сливной линией 15.

В нижней части корпуса 1 устройства соосно с поршнем-ударником 2 подвижно установлен инструмент 64, закрепленный пальцем 65.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении поршень-ударник 2 под действием силы тяжести и давления сжатого газа в камере 24 занимает крайнее нижнее (по чертежу) положение, опираясь нижним торцом в инструмент 64, или в случае отсутствия преграды (разрушаемого объекта) под нижним торцом инструмента, нижним торцом кольцевого выступа 6 упирается в дно кольцевой полости 18.

Плунжер 52 пилотного золотника 23 под действием пружины 54 занимает крайнее левое (по чертежу) положение. Цилиндрический стакан 26 распределительного клапана 14 занимает крайнее левое (по чертежу) положение. Поршень узла 45 регулирования рабочего хода занимает крайнее нижнее (по чертежу) положение, при этом полость 48 от кольцевой проточки 44 изолирована боковой поверхностью ступени 55.

При включении в работу насоса 10 рабочая жидкость под давлением по линиям 9 и 8 поступает в камеру холостого хода 7. Поршень-ударник 2 под давлением жидкости на торцевую поверхность ступени 4 перемещается вверх (по чертежу), совершая холостой ход. В этот момент жидкость из камеры 12 рабочего хода по каналу 13, внутренней расточке 31, радиальным отверстиям 32 и кольцевой полости 33 поступает в сливную линию 15. При движении поршня-ударника 2 вверх в камере 24 происходит дополнительное сжатие газа. При этом плунжер 52 под действием пружины 54 и стакан 26 под действием давления жидкости в камере 46 устойчиво удерживаются в крайнем левом положении.

В конце холостого хода кольцевой выступ 6 поршня-ударника 2 входит в полость 17, вытесняя находящуюся в ней жидкость по каналу 20, полость 22, канал 42, обратный клапан 41, канал 39 в управляющую полость 38. При поступлении жидкости под давлением в полость 38 цилиндрический стакан 26 перемещается в крайнее правое (по чертежу) положение. При этом камера рабочего хода 12 отсоединяется от сливной линии 15 и через канал 13, кольцевую расточку 36, канал 37 сообщается с напорной линией 9.

Кроме того, избыточный объем жидкости из камеры 17 после переключения клапана 14 по каналу 59, через обратный клапан 60 поступает в полость 58 узла регулирования хода 45.

После подключения камеры рабочего хода 12 к напорной магистрали поршень-ударник 2 под действием давления газа в камере 24 и давления жидкости, а также под действием собственного веса начинает ускоренное движение вниз до соударения его нижнего торца с торцом инструмента 64.

Во время рабочего хода поршня-ударника 2 избыток жидкости из камеры рабочего хода 12 по каналам 20 и 59 поступает в полость 58, перемещая поршень узла 45 регулирования хода вверх. Непосредственно перед соударением поршня-ударника 2 кольцевой выступ 6 входит в полость 18, вытесняя имеющуюся в ней жидкость по каналу 19 в полость 21, перемещая плунжер 52 в крайнее правое (по чертежу) положение и сжимая пружину 54. Вследствие этого управляющая полость 38 через каналы 39, 40, кольцевую проточку золотника 53, канал 34 и полость 33 сообщается со сливной линией 15. При этом, стакан 26 распределительного клапана 14 под действием давления жидкости в полости 46 перемещается в крайнее левое (по чертежу) положение до упора своим уплотнительным пояском в кольцевой выступ корпуса 25.

В результате камера рабочего хода 12 снова соединяется со сливной линией 15 и совершается повторный холостой ход поршня-ударника 2.

Плунжер 52 пилотного золотника 23 под действием пружины возвращается в исходное левое положение.

В описываемом устройстве наряду с переключением канала 14 посредством пилотного золотника 23 предусмотрена возможность переключения упомянутого клапана посредством узла 45 регулирования хода поршня-ударника.

Происходит это следующим образом. В заполненной жидкостью во время предыдущего рабочего хода полости 58 узла 45 после переключения устройства на очередной холостой ход давление падает и тогда под давлением жидкости в камере 48 поршень 55 перемещается вниз, вытесняя жидкость из полости 58 через регулируемый дроссель 61 и каналы 59 и 20 в камеру рабочего хода.

Вблизи нижнего положения поршня узла регулирования 45 кольцевая расточка 44 корпуса посредством кольцевой канавки 57 сообщается через полость 48 и канал 49 с напорной магистралью 9. В результате происходит переключение распределительного клапана 14 и камера 12 рабочего хода сообщается с напорной магистралью 9. Начинается рабочий ход.

Скорость движения поршня узла регулирования 45 под действием давления жидкости в полости 48 и, следовательно, время освобождения полости 58 от жидкости оказывают непосредственное влияние на длину холостого хода ударника и, в свою очередь, находятся в прямой пропорциональной зависимости от площади проходного сечения регулируемого дросселя 61. Меняя желаемым образом сечение упомянутого дросселя, можно уменьшать или увеличивать длину холостого хода поршня-ударника, а значит, и энергию устройства ударного действия.

При максимально возможном ходе поршня-ударника, определяемом конструкцией устройства, переключение клапана 14 с холостого на рабочий ход производится посредством пилотного золотника 23, в остальных случаях - посредством поршня узла регулирования хода.

Далее цикл работы повторяется.

Из приведенного описания работы предлагаемого устройства следует, что заявляемое устройство значительно проще и дешевле в изготовлении, более надежно в эксплуатации и имеет меньшие размеры. Кроме того, в данном устройстве имеется возможность регулирования энергии и частоты ударов.

Таким образом, применение изобретения позволит упростить конструкцию и повысить эффективность работы устройства ударного действия за счет регулирования частоты и энергии удара.

Изобретение относится к горным машинам и предназначено для ударного разрушения крепких породоподобных материалов и мерзлого грунта, для забивки свай и трамбования грунта и т.д. В ударном устройстве распределительный клапан состоит из корпуса с подвижным в нем трехступенчатым стаканом, первая наименьшая по диаметру ступень которого, расположенная на одном конце стакана, постоянно размещается в изолированной полости, сообщенной с напорной линией, а наибольшая по диаметру третья ступень, расположенная на противоположном конце стакана, сопряжена с внутренней боковой поверхностью корпуса, которая вблизи торца упомянутой ступени имеет кольцевую расточку, сообщенную с напорной линией, и снабжена кольцевым выступом для периодического контактирования с уплотнительным пояском на торце третьей ступени. Открытая со стороны торца третьей ступени внутренняя полость стакана посредством радиальных отверстий в стенке и кольцевой проточки на наружной боковой поверхности второй ступени периодически сообщается с кольцевой расточкой внутри корпуса клапана, соединенной со сливной линией, а посредством отверстий в стенке первой ступени постоянно сообщается с полостью, образованной внутренней расточкой корпуса, наружной боковой поверхностью первой и торцовой поверхностью второй ступени. В корпусе клапана выполнена кольцевая расточка, совместно с наружной поверхностью третьей ступени и кольцевым выступом второй ступени образующая управляющую полость, которая посредством обратного клапана и пилотного золотника сообщается с верхней коаксиальной выточкой в камере рабочего хода устройства при одном положении и со сливной линией - при другом положении упомянутого золотника. Обеспечивает повышение эффективности работы устройства и упрощение конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство ударного действия, содержащее корпус, совместно с подвижным в нем поршнем-ударником образующий газовую камеру с постоянно размещенным в ней задним концом поршня-ударника, камеру холостого хода, постоянно сообщенную с источником рабочей жидкости и гидроаккумулятором, и снабженную коаксиальными выточками в обеих торцевых стенках камеру рабочего хода, попеременно сообщаемую со сливным баком либо с источником рабочей жидкости камерой холостого хода посредством двухпозиционного распределительного клапана с пилотным золотником, отличающееся тем, что распределительный клапан состоит из корпуса с сопряженным по боковой поверхности трехступенчатым стаканом, первая, наименьшая по диаметру ступень которого, расположенная на одном конце стакана, постоянно размещается в изолированной полости, сообщенной с источником рабочей жидкости, а наибольшая по диаметру третья ступень, расположенная на противоположном конце стакана, находится в сопряжении с внутренней боковой поверхностью корпуса, которая вблизи торца упомянутой ступени имеет кольцевую расточку, сообщенную с напорной линией, и снабжена кольцевым выступом для периодического контактирования с уплотнительным пояском на торце третьей ступени в запертом положении клапана, кроме того, внутренняя глухая расточка клапана, открытая со стороны торца третьей ступени, посредством радиальных отверстий в стенке и кольцевой проточки на наружной боковой поверхности второй ступени при запертом клапане сообщается с кольцевой расточкой внутри корпуса клапана, соединенной со сливной линией, а посредством отверстий в стенке первой ступени сообщается с изолированной полостью, образованной внутренней расточкой корпуса, наружной цилиндрической поверхностью первой ступени и торцовой поверхностью между второй и первой ступенями, помимо этого в корпусе клапана выполнена кольцевая расточка, образующая совместно с наружными поверхностями третьей ступени и кольцевого выступа на поверхности второй ступени управляющую полость, которая посредством обратного клапана и пилотного золотника сообщается с верхней коаксиальной выточкой в камере рабочего хода устройства при одном положении и со сливной линией при другом положении упомянутого золотника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пилотный золотник, выполненный в виде ограниченно подвижного в его корпусе вдоль оси подпружиненного цилиндрического плунжера с проточкой в средней части, совместно с упомянутым корпусом образует две торцевые изолированные полости, одна из которых каналом сообщена с нижней коаксиальной выточкой камеры рабочего хода устройства, а другая, с размещенной в ней пружиной, постоянно сообщена с верхней коаксиальной выточкой упомянутой камеры, при этом управляющая полость распределительного клапана при одном положении золотника сообщается через обратный клапан и торцевую полость с находящейся в ней пружиной с верхней коаксиальной выточкой камеры рабочего хода ударного устройства, а при другом положении - со сливной линией.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что узел регулирования хода поршня-ударника содержит собственный корпус с размещенным в нем поршнем со штоком, совместно образующие три изолированные полости: штоковую, расположенную под торцом штока, постоянно сообщенную с напорной линией, поршневую - полость, расположенную под поршнем, через обратный клапан и регулируемый дроссель сообщенную с верхней коаксиальной выточкой камеры рабочего хода устройства, и сообщенную со сливной линией промежуточную полость, образованную внутренней полостью узла регулирования и наружной поверхностью штока и поршня, кроме того, в перегородке, разделяющей штоковую и промежуточную полости узла регулирования, выполнена кольцевая расточка, сообщенная с управляющей полостью распределительного клапана, которая около крайнего нижнего положения поршня через кольцевую проточку на наружной боковой поверхности конца штока сообщается с напорной линией через штоковую полость упомянутого узла.