Устройство ударно-вращательного действия Советский патент 1990 года по МПК E21B6/02 

шень 18 сжимает пружину 26. Напорная М через канал 25 и проточКу 29 сообщается со сливной М. Благодаря

этому исключена возможность перегрузки вращателя 2. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разрушения горных пород. Цель - повышение надежности работы устройства за счет обеспечения стабилизации давления рабочей жидкости в его рабочих камерах (К). Устройство содержит вращатель 2 с гидромотором 3 и гидроударный механизм 1. Последний имеет корпус 7, поршень-боек 4 и плунжер 5, образующие К 10 прямого хода, К 8 обратного хода и вспомогательную К 9. При этом К 10 сообщена с напорной магистралью (М), К 8 через золотник 11 - с напорной полостью (П) 14 гидромотора 3, а К 9 сообщена со сливной П 16 гидромотора 3 и сливной М. В корпусе 7 с возможностью осевого перемещения размещены ступенчатый поршень 18 с проточкой 29 на меньшей ступени. Поршень 18 образует с корпусом 7 накопительную 19, промежуточную 20 и подпорную 21 П, сообщенные соответственно с П 14 и К 9 и 10. Корпус 7 выполнен с каналом 25 сброса, расположенным с возможностью сообщения через проточку 9 с П 20. Канал 25 сообщен с напорной М. В полости 21 установлена пружина 26. Рабочие площади П 19, 20 и 21 удовлетворяют соотношению (S_н^.P_вр)/(S_прР_с + S_п^.P_уд), где S_н, S_пр, S_п - рабочие площади соответственно П 19, 20 и 21

P_вр, P_уд и P_с - номинальное давление соответственно в П 14 гидромотора 3, в напорной и сливной М. При изменении давления в одной из П 19, 20 и 21 поршень 18 перемещается, стабилизируя давление в К 9, 10 и П 14. При заклинивании инструмента 30 поршень 18 сжимает пружину 26. Напорная М через канал 25 и проточку 29 сообщается со сливной М. Благодаря этому исключена возможность перегрузки вращателя 2. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть исполь- зовано в конструкции устройств ударно-вращательного действия для разрушения горных; пород.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства за счет обеспечения стабилизации давления рабочей жидкости в рабочих камерах. На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство ударно-вращательного действия содержит ударный механизм 1 и вращатель 2 с гидромотором 3. Ударный механизм имеет поршень-боек 4 и ступенчатый плунжер 5, размещенные во втулке 6 и корпусе 7, совместно с которыми образуют три гидравлические рабочие камеры; управляемую обратного хода 8, вспомогательную 9 и прямого хода 10. Камеры 9 и 8 сообщены соответственно со сливной и напорной магистралями. Расположенный в корпусе 7 золотник 11 образует с последним две гидравлические камеры: управляющую 12 и переливную 13. Гидромотор 3 имеет напорную по- лость 14, соединенную каналом 15 с переливной камерой 13, и сливную полость 16, соединенную каналом 17 со вспомогательной камерой 9.

В корпусе также установлен ступен чатый поршень 18, образующий с ним три гидравлические полости: накопительную 19, промежуточную 20 и подпорную 21, постоянно соединенные соответственно каналом- 22 с каналом 15 и напорной полостью 14 гидромотора 3 каналом 23 с вспомогательной камерой 9 и каналом 24 с камерой 10 прямого хода. Корпус 7 выполнен с каналом 25 сброса, сообщенным с напорной магист ралью. Пружина 26 установлена в полости 21 .

При этом управление камерой 8 об- ратного хода осуществляется золотником 11 через канал 27, а обратная связь ударного механизма с золотником 11 - через канал 28 управления. На ступени меньшего диаметра поршня выполнена кольцевая проточка 29. Ка

Q

0 5 Q

5

нал сброса 25 расположен с возможностью сообщения через проточку 29 с полостью 20. Поршень-боек 4 и вращатель 2 взаимодействуют с инструмен- том 30.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая жидкость под давлением поступает из напорной магистрали в подпорную полость 21 поршня 18, прижимая его в левое крайнее положение, а по каналу 24 - в камеру 10 прямого хода, прижимая ступенчатый плунжер 5 и поршень-боек 4 к буровому инструменту. При этом ступенчатый плунжер 5 открывает своим торцом канал 28 управления, соединяя управляющую камеру 12 с напорной магистралью. В результате рабочая жидкость, воздействуя на торец золотника 11, фиксирует последний в левом крайнем положении. При этом камера 8 обратного хода через канал 27 и межпоясковую полость золотника 11 соединяется с напорной магистралью. Так как площадь камеры 8 обратного хода больше площади камеры 10 прямого хода, поршень-боек 4 перемещается вправо. Как только канал 28 управления соединяется ступенью меньшего диаметра ступенчатого плунжера 5 со вспомогательной камерой 9, соединенной со сливной магистралью, в управляющей камере 12 давление падает, и золотник 11 под действием результирующей силы со стороны меж- поясковой полости перемещается в правое крайнее положение. В этом положении канал 27 соединяет камеру 8 обратного хода с переливной камерой 13 и далее каналом 15 с напорной полостью 14 гидромотора также каналом 22 с накопительной полостью 19 поршня 18.

Под действием силы со стороны камеры 10 прямого хода ступенчатый плунжер 5 и поршень-боек 4 совершают прямой ход. Происходит вытеснение рабочей жидкости из камеры 8 обратного хода по каналу 27 через переливную камеру 13 золотника 11 и канал 15 в напорную полость 14 гидромотора 3

под некоторым давлением, определяемым моментом сопротивления вращению бурового инструмента 30. В силу ограниченности пропускной способности гидромотора 3 при прямом ходе поршня-бойка 4, особенно в его конце (достигается максимальная скорость), создается избыток вытесненной рабочей жидкости, что приводит к повышению давления выше его номинального значения как в напорной полости 14, так и в накопительной полости 19 поршня-стабилизатора 18. Возникает дисбаланс сил, действующих на поршень 18. Последний под действием результирующей силы со стороны накопительной полости 19 перемещается вправо, увеличивая объем накопительной полости 19, и через канал 22 потребляет появляющийся в напорной полости 14 гидромотора 3 избыток рабочей жидкости. В результате давление в напорной полости 14 и камере

быстрое увеличение объемов как вспо могательной камеры 9, так и камеры прямого хода. Поступление рабочей жидкости из сливной полости 16 гидр мотора 3 и из напорной магистрали н успевает за ускоряющимся движением поршня-бойка 4, что приводит к снижению давлений в этих двух камерах,

Ю а значит, движущего усилия поршня- бойка 4 с соответствующим уменьшением ударной мощности и КПД гидропер форатора. Вследствие взаимосвязи вспомогательной камеры 9 и камеры

)5 Ю прямого хода гидроударного механизма соответственно с промежуточной 20 и подпорной 21 полостями поршня в последних также уменьшается давление рабочей жидкости, что приводит к

20 уменьшению сил со стороны промежуточной 20 и подпорной 21 полостей. Поршень 18 смещается вправо и вытесняет рабочую жидкость из промежуточной полости 20 по каналу 23 во вспо8 обратного хода стабилизируется, что 25 могательную камеру 9 и из подпорной автоматически приводит поршень 18 в состояние равновесия (баланса действующих на него сил). Равновесное состояние поршня-стабилизатора 18, т.е. равенство сил, действующих на него со стороны накопительной, промежуточной и подпорной полостей при номинальных значениях давления рабочей жидкости соответственно в напорной полости 14 гидромотора 3, вспомогательной камере 9 и камере 10 прямого хода, обеспечивается за счет выбора эффективных рабочих площадей полостей поршня 18 из соотношения

5ц Рду

ПГ

PC. + S«-P,

VfA

1,

40

полости 21 по каналу 24 в камеру 10 прямого хода, тем самым стабилизируя в них давление.

В конце прямого хода поршень-бо30 ек 4 наносит удар по буровому ннстру менту 30, а ступенчатый плунжер 5 от крывает канал 28 управления, соеди няя управляющую камеру 12 с напорной магистралью. Золотник 11 перемещаетс

35 в левое крайнее положение, отключая камеру 8 обратного хода от напорной полости 14 гидромотора 3 и соединяя ее с напорной магистралью. Поршень- боек 4 совершает обратный ход.

Как только из камеры 8 обратного хода прекращается вытеснение рабочей жидкости в напорную полость 14 вслед ствие потребления гидромотором 3 рабочей жидкости, давления в напорной

- рабочая площадь накопительной полостиi

- рабочая полость промежуточной полости ,

- рабочая площадь подпорной полости;

номинальное давление в напорной полости гидромотора вращателя,

номинальное давление во вспомогательной камере; номинальное давление в камере прямого хода. прямом ходе поршня-бойка 4 и атого плунжера 5 наряду с нием рабочей жидкости из каобратного хода происходит

быстрое увеличение объемов как вспо- могательной камеры 9, так и камеры 10 прямого хода. Поступление рабочей жидкости из сливной полости 16 гидромотора 3 и из напорной магистрали не успевает за ускоряющимся движением поршня-бойка 4, что приводит к снижению давлений в этих двух камерах,

а значит, движущего усилия поршня- бойка 4 с соответствующим уменьшением ударной мощности и КПД гидроперфоратора. Вследствие взаимосвязи вспомогательной камеры 9 и камеры

Ю прямого хода гидроударного механизма соответственно с промежуточной 20 и подпорной 21 полостями поршня 18 в последних также уменьшается давление рабочей жидкости, что приводит к

уменьшению сил со стороны промежуточной 20 и подпорной 21 полостей. Поршень 18 смещается вправо и вытесняет рабочую жидкость из промежуточной полости 20 по каналу 23 во вспомогательную камеру 9 и из подпорной

могательную камеру 9 и из подпорной

полости 21 по каналу 24 в камеру 10 прямого хода, тем самым стабилизируя в них давление.

В конце прямого хода поршень-боек 4 наносит удар по буровому ннстру-- менту 30, а ступенчатый плунжер 5 открывает канал 28 управления, соединяя управляющую камеру 12 с напорной магистралью. Золотник 11 перемещается

в левое крайнее положение, отключая камеру 8 обратного хода от напорной полости 14 гидромотора 3 и соединяя . ее с напорной магистралью. Поршень- боек 4 совершает обратный ход.

Как только из камеры 8 обратного хода прекращается вытеснение рабочей жидкости в напорную полость 14 вследствие потребления гидромотором 3 рабочей жидкости, давления в напорной

полости 14, каналах 15 и 22 и накопительной полости 19 понижаются. На поршне 18 опять возникает дисбаланс сил, но теперь результирующая сила двигает поршень 18 влево. При этом

рабочая жидкость вытесняется из накопительной полости 19 в напорную полость 14 гидромотора 3, стабилизируя в ней давление, а значит, и величину крутящего момента. Таким

образом, вращение бурового инструмента 30 продолжается в течение всего рабочего цикла с почти постоянным крутящим моментом. В то же время при обратном ходе поршня-бойка 4 Из вспомогательной камеры 9 и камеры 10 прямого хода вытесняется рабочая жидкость соответственно в сливную и напорную магистрали. Любое превышение давления рабочей жидкости в этих магистралях выше их номинальных значений стабилизируется перемещением поршня 18 влево. При соединении канала 28 управления ступенью меньшего диаметра ступенчатого плунжера 5 со вспомогательной камерой, соединенной со сливной магистралью, золотник 11 перебрасывается в правое крайнее положение. Камера 8 обратного хода сое- магистралью, отличающееся

диняется с напорной полостью 14 гидромотора 3 вращателя 2. Цикл повторяется.

В случае заклинивания бурового инструмента 30 (остановки вращения) поступаемая из камеры обратного хода 8 в накопительную полость 19 рабочая жидкость смещает поршень 18 в крайнее правое положение до упора в

тем, что, с целью повышения надежности работы устройства за счет обеспечения стабилизации давления рабочей .жидкости в рабочих камерах, устрой- 2Q ство снабжено пружиной и ступенчатым поршнем с проточкой на ступени меньшего диаметра, установленным в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующим с корпусом накопиконцевую пружину 26. При этом на 6ypo-J5 тельную промежуточную и подпорную

полости, сообщенные соответст напорной полостью гидромотора могательной камерой и камерой хода, причем корпус выполнен 30 лом сброса, расположенным с в ностью сообщения через проточ ня с промежуточной полостью и ным с напорной магистралью, п пружина установлена в подпор н лости.

35

ная, промежуточная и подпорна ти выполнены с рабочими площа

вом инструменте поддерживается номинальное (допускаемое) значение крутящего момента. Если за это время не произошло расклинивание бурового инструмента 30, давление в накопительной полости 19 незначительно возрастает, концевая пружина 26 сжимается. Поршень 18, смещаясь вправо, открывает кольцевой проточкой 29 канал 25 сброса и соединяет его с промежуточной полостью 20. Происходит сброс рабочей жидкости из напорной магистрали в сливную, т.е. осуществляется разгрузка привода.

При расклинивании бурового инстру- 4Q удовлетворяющими соотношению jмента 30 гидромотор 3 прокручивается, потребляя некоторый объем из напорной полости 14, Давление в накопительной полости 19 падает и поршень 18 под действием концевой пружины 26 перемещается влево. Канал 25 сброса перекрывается. В подпорной полости 21 возрастает давление, под действием которого поршень 18 перемещается влево до упора. Вытесняемая из накопительной полости 19 рабочая жидкость приводит во вращение гидромотор 3 и буровой инструмент 30. Восстанавливается нормальный режим работы гидроперфоратора.

5н РЙР

SnP PC

+ S P.

VA

45

50

где Sj, - рабочая площадь нако ной полости;

- номинальное давление порной полости гидро SUP - рабочая площадь пром ной полости , Рс - номинальное давление

сливной магистрали; Sn - рабочая площадь подп полости/

ГУА

- номинальное давление порной магистрали.

2442

Форму

8

ла изобретения

тем, что, с целью повышения надежности работы устройства за счет обеспечения стабилизации давления рабочей .жидкости в рабочих камерах, устрой- ство снабжено пружиной и ступенчатым поршнем с проточкой на ступени меньшего диаметра, установленным в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующим с корпусом накопиполости, сообщенные соответственно с напорной полостью гидромотора, вспомогательной камерой и камерой прямого хода, причем корпус выполнен с кана- лом сброса, расположенным с возможностью сообщения через проточку поршня с промежуточной полостью и связанным с напорной магистралью, при этом пружина установлена в подпор ной полости.

ная, промежуточная и подпорная полости выполнены с рабочими площадями,

творяющи

5н РЙР

летворяющими соо

SnP PC

+ S P.

VA

удовлетворяющими соотношению

где Sj, - рабочая площадь накопительной полости;

- номинальное давление в напорной полости гидромотора, SUP - рабочая площадь промежуточной полости , Рс - номинальное давление в

сливной магистрали; Sn - рабочая площадь подпорной полости/

летворяющими соотношению

ГУА

- номинальное давление в напорной магистрали.