Устройство для разрушения горных пород Советский патент 1983 года по МПК E01C19/05 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для разрушения крепких горных пород.

Известно устройство для разрушения горных пород, включаюш,ее источник сжатого воздуха, соединенный через клапан управления с камерой сгорания, корпус самого устройства с размешенным в нем поршнембойком, который взаимодействует с рабочим инструментом 1.

Недостатком указанного устройства является использование в качестве энергоносителя только твердого топлива, которое является источником повышенной опасности при хранении и эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для разрушения горных пород, включающее корпус, камеры сгорания и расширения, разделенные внутренней пластиной с отверстием, перекрываемым запорным клапаном, установленным в камере сгорания, поршень-боек, рабочий инструмент и источник сжатого воздуха 2.

Недостатком известного устройства является наличие колебаний запорного клапана, снижаю.щее полезную мощность уст)oiicTi5a и давление в камере расширения.

Цель изобретения - повышение эффективности устройства путем стабилизации открытия запорного клапана.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для разрушения горных пород, включающем корпус, камеры сгорания и расширения, разделенные внутренней пластиной с отверстием, перекрываемым запорным клапаном, установленным в камере сгорания, поршень-боек, рабочий инструмент и источник сжатого воздуха, запорный клапан выполнен в виде плоского золотника с отверстиями и имеет механизм поворота, который из жестко прикрепленных к зoлofнику рычагов и соединенных с ними посредством ш1атунов поршней, которые установлены в выполненных в корпусе сквозных каналах и имеют фиксаторы их крайних положений, при этом сквозные каналы сообщены с источником сжатого воздуха.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - графики давления в камере сгорания и расширения в предлагаемом и известном устройствах.

Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1, разделенного пластиной 2 на камеру 3 расширения и камеру 4 сгорания. В пластине 2 имеется одно или ряд отверстий 5, равномерно расположенных по окружности и сообщающих камеру 4 сгорания с камерой 3 расширения. Отверстия 5 перекрываются уширенным плоским торцом подпружиненного плоского золотника 6, контактирующего с пластиной 2. В теле уширенного торца золотника имеются отверстия 7, которые в исходном положении не совпадают с отверстиями 5 пластины 2. Золотник поджимается к пластине 2 пружиной 8. Золотник 6 снабжен механизмом поворота, содержащим рычаги 9, шарнирно скреп, ленные с шатунами 10, которые шарнирно соединены с поршнями 11, размещенными в сквозных каналах 12, выполненных в стенках камеры 4 сгорания в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса. Механизм поворота обеспечивает поворот 0 золотника 6 на требуемый угол d . Каналы

12с внешней стороны закрыты крышками

13с отверстиями 14 для подачи воздуха в порщневую полость каналов 12 от источника сжатого воздуха (не показан). В кор2 пусе 1 устройства имеются выхлопные окна 15, служащие для своевременного вь1пуска отработанных газов, а в камере 3 расщирения размещен поршень-боек 16, контактирующий в конце рабочего хода с ударником 17, расположенным в отдельном кор0 пусе 18, присоединенном к корпусу 1 устройства. Подбойковая полость 19 корпуса 1 устройства снабжена патрубком 20 для выхода воздуха при сближении порщня-бойк,а 16 с ударником 17, на наружном конце которого закреплен рабочий инструмент 21 при помощи штифтов 22. Камера 4 сгорания снабжена впускным клапаном 23, через который происходит закачка горючей смеси, выхлопным клапаном 24, через который производится выпуск отработанных

0 газов из камеры сгорания в атмосферу и продувка последней , а также свечой 25 зажигания. В корпусе камеры 4 сгорания имеются отверстия 26 (фиг. 2), в которых располагаются фиксаторы 27, контактирующие с боковой поверхностью порщней 11,

5 Фиксаторы 27 поджимаются через опору 28 пружиной 29 посредством регулировочных пробок 30 к стопорным углублениям 31 и 32, расположенным на боковых поверхностях порщней.

Устройство работает следующим образом. При контакте рабочего инструмента 21 с разрушаемой средой он совместно с ударником 17 перемещается в крайнее верхнее положение. В подбойковую полость 19

5 через патрубок 20 подается сжатый воздух, под действием которого поршень-боек 16 перемещается к пластине 2 в рабочее положение. Одновременно подается воздух через отверстия 14 в сквозные каналы 12, в результате чего поршни 11 также пе0 ремещаются в крайние рабочие положения, осуществляя через шатуны 10 и рычаги 9 поворот золотника 6, перекрытие отверстий 5 и герметизацию камеры 4 сгорания. Фиксаторы 27 взаимодействуют с углублениями 32 поршней 11, фиксируя их. После этого воздух из поршневых полостей каналов 12 выпускается. В камеру 4 сгорания через впускной клапан 23 подается под давлением бензиновоздушная смесь. При достижении требуемого давления подача смеси через клапан 23 прекращается и она воспламеняется от свечи 25 зажигания. В результате сгорания горючей смеси давление в камере 4 с большой скоростью возрастает, соответственно и усилие, действующее на поршни П. При превышении этим усилием сил сопротивления, создаваемых пружинами 29 фиксаторов 27, последние выходят из углублений 32, а поршни 11 при этом продвигаются от центра камеры 4 и поворачивают посредством шатунов 10 и рычагов 9 золотник 6 в положение, при котором отверстия 7 золотника совпадают с отверстиями 5 пластины 2. Фиксаторы 27 взаимодействуют с углублениями 31. Через образовавшиеся каналы продукты сгорания истекают в камеру 3 расширения и, воздействуя на поршень-боек 16, разгоняют его до высокой скорости. В конце хода поршень-боек 16 соединяется с ударником и передает через него свою энергию рабочему инструменту 21, который воздействует на разрушаемый объект. Одновременно с этим отработавшие газы истекают в атмосферу через выхлопные окна 15 и выхлопной клапан 24.3атем снова весь цикл повторяется. Преимушеством предлагаемого устройства является исключение промежуточной посадки клапана и полное открытие канала, соединяющего камеры сгорания и расширения на протяжении всего рабочего хода поршня-бойка, и полное использование энергии истекаюших газов. На фиг. 3 представлены совмещенные во времени графики изменения давлений в камерах сгорания и расширения (Per и Ppaati объекта-прототип а после открытия запорного клапана. Как уже отмечалось ранеб, график изменения давления в камере сгорания носит экспоненциальный характер, снижаясь от максимума до давления, при котором происходит продувка камеры сгорания. График давления газов в камере расширения имеет два экстремума в начале и середине рабочего цикла. Известно, что энергия, а значит и предударная скорость поршня-бойка, полученные за время действия силы, прямо пропорциональна статическому моменту площади импульса силы и обратно пропорциональна массе бойка. Следовательно, наиболее эффективным будет изменение давления в камере расширения, полностью повторяющее по форме изменение давления в камере сгорания за исключением потерь в отверстиях пластины (пунктирная линия на фиг. 3). Потери в использовании энергии продуктов сгорания в существующей конструкции уст ойства в результате несовершенства ее конструкции можно оценить величиной, пропорциональной заштрихованной части графика, т. е. между пунктирной линией и частью графика давления в камере расширения между двумя экстремумами.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕ НИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающее ко пус, камеры сгорания и расширения, ра деленные внутренней пластиной с отверстием, перекрываемым запорным, клапаном, установленным в камере сгорания, поршеньбоек, рабочий инструмент и источник сжатого воздуха, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности устройства путем стабилизации открытия запорного клапана, последний выполнен в виде плоского золотника с отверстиями и имеет механизм поворота, который выполнен из жестко прикрепленных к золотнику рычагов и соединенных с ними посредством Шатунов поршней, которые установлены в выполненных в корпусе сквозных каналах и имеют фиксаторы их крайних положений, при этом сквозные каналы сообщены с источником сжатого воздуха.а

31

к, расш. над.

Фиг. 3