Погружное пневмоударное устройство Советский патент 1991 года по МПК E21C3/24 E21B4/14 

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано при создании пневматических как ручных, так и не ручных машин ударного действия, например погружных пневматических молотков,

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и упрощение конструкции.

На фиг. 1 представлен вариант исполнения погружного пневмоударного устройства с впускным калиброванным закрытым каналом, постоянно сообщающим между собой промежуточную камеру сетевого давления и камеру рабочего хода, выполненным в цояске ударника, взаимодействующего с гильзой; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1,; на фиг. 3 - то же, с впускным калиброванным каналом в виде паза, постоянно сообщающего между собой промежуточную камеру сетевого давления и камеру рабочего хода, выполненного н боковой поверхности пояска ударника, взаимодействующего с гильзой; на фиг„ 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - то же, с впускным калибро- ванным каналом в виде лыски, постоянно сообщающей между собой промежуточную камеру сетевого давления и камеру рабочего хода, выполненной на боковой поверхности пояска ударника, взаимодействующего с гильзой; на фиг. 6 - сечение В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - то же9 с впускным калиброванным закрытым каналом в теле ударника, постоянно сообщающим между собой промежуточную камеру сетевого давления и камеру рабочего хода, выполненным на участке ударника с меньшим диаметром, взаимодействующем с

5

0

5

Q 5

0

0

5

гильзой, при этом участок меньшего диаметра выполнен в виде плунжера; на фиг. 8 - сечение Г-Г на фиг. 7; на фиг. 9 - то же, с впускным калиброванным каналом в виде паза, постоянно сообщающим между собой промежуточную камеру сетевого давления и камеру рабочего хода, выполненным на плунжерном участке ударника, взаимодействующем с гильзой; на фиг.10 - сечение Д-Д на фиг. 9; на фиг. 11 - то же, с впускным калиброванным каналом в виде лыски, постоянно сообщающей между собой промежуточную камеру сетевого давления и камеру рабочего хода, выполненной на плунжерном участке ударника, взаимодействующем с гильзой; на фиг. 12 - сечение Е-Е на фиг. 11; на фиг. 13 - то же, с впускным калиброванным закрытым каналом, постоянно сообщающим между собой промежуточную камеру сетевого давления и камеру рабочего хода, выполненным на плунжерном участке ударника и с винтовой прерывистой выточкой на его боковой поверхности, взаимодействующей с гильзой; на фиг.14 - сечение Ж-Ж на фиг. 13; на фиг. 15 - то же, с впускным калиброванным каналом в виде паза, постоянно сообщающим между собой промежуточную камеру сетевого давления и камеру рабочего хода, выполненным на плунжерном участке ударника и с винтовой прерывистой выточкой на его боковой поверхности, взаимодействующей с гильзой; на фиг. 16 - сечение И-И на фиг. 15; на фиг. 17 - то же, с впускным калиброванным каналом в виде лыски, постоянно сообщающей между собой промежуточную камеру сетевого давления и камеру рабочего хода, выпол

ненной на плунжерном участке ударника и с винтовыми прерывистыми выточками на его боковой поверхности, взаимодействующей с гильзой; на фиг.18 - сечение К-К на фиг. 17.

Погружное пневмоударное устройство содержит ствол 1 с внутренней полостью, гильзу 2 с каналом 3 впуска на наружной боковой поверхности гильзы и управляемой камерой 4 рабочего хода со штоком 5 внутри гильзы. Со стороны, противоположной гильзе, ствол 1 снабжен выходящим во внутреннюю полость ствола сменным хвостовиком 6 рабочего инструмента с выхлопным каналом 7 и выхлопной осевой трубкой 8 с каналом Ч, являющимся продолжением канала 7. Ступенчатый ударник 10 выполнен с кольцевой выточ кой 11, образующей на участке ударника меньшего диаметра поясок 12 (фиг. 1-6), или без него, с одинаковым поперечным сечением в виде плунжера 13 (фиг. 7-18) и центральным сквозным каналом 14 с возможностью периодического взаимодействия со штоком 5 и осевой трубкой 8, Ударник 10 своей ступенью с большим диаметром опирается на хвостовик 6 ин

струмента, а ступенью с меньшим диаметром установлен в полости управляемой камеры 4 рабочего хода гильзы 2. Ударник 10 разделяет внутреннюю полость ствола 1 на промежуточную кольцевую камеру 15 сетевого давления (она же выполняет функции камеры рабочего хода) и управляемую камеру 16 холостого хода. На боковой поверхности ступени ударника большого диаметра выполнены сквозные калиброванные пазы 17, постоянно соединяющие камеры 15 и 16 между собой. В пояске 12 (фиг. 1, 2) и на плунжерном участке (фиг. 7, 8, 13, 14) ударника выполнен сквозной калиброванный закрытый канал 18 Выполнение канала 18 закрытым позволяет обеспечить постоянство его местного сопротивления и расхода в зависимости не от положения ударника, а от перепада давления в камерах 15 и 4. Указанное исполнение обеспечивает надежност заполнения воздухом камеры 4 и устойчивую работу устройства. Как варианты исполнения сквозных калиброванных каналов, постоянно сообщающих t между собой промежуточную камеру

15 сетевого давления и камеру 4

5

5

рабочего хода, на боковой поверхности пояска 12 выполнены калиброванные сквозные каналы в виде паза 19 (фиг. 3, 4) или лыски 20 (фиг. 5,6). Указанное исполнение обеспечивает надежную очистку калиброванных сечений паза 19 и лыски 20, чем сохраняется постоянство их проходных сечений и расходных характеристик, качество заполнения камеры 4 воздухом, а также устойчивость и надежность работы устройства

Как варианты исполнения сквозных калиброванных каналов, постоянно сообщающих между собой промежуточную камеру 15 сетевого давления и камеру 4 рабочего хода, на боковой поверхности плунжера 13 выполнены калиброванные сквозные каналы в виде паза 19 (фиг. 9, 10 и 15, 16) или лыски 20 (фиг. 11, 12 и 17, 18). Такое исполнение обеспечивает увеличение поперечного сечения и прочности ударника на его участке меньшего диаметра за счет одинаково равнопрочного (поперечного) сечения ударника на всем указанном участке, причем лыс- ка предпочтительнее, чем круглый канал и паз, так как менее подвержена засорению и практически не содержит концентраций напряжений на кромках, что также увеличивает прочность ударника. При этом обеспечивается и нас дежная очистка калиброванных сечений паза 19 и лыски 20, а закрытый канал 18 может быть выполнен с большим геометрическим сечением и при увеличенной его длине иметь меньшее местное сопротивление по длине и быть менее подверженным засорению.Указанное исполнение повышает также надежность и устойчивость работы устройства за счет уменьшения сопротивления очи5 щенных каналов, т.е. каналов с меньшим коэффициентом шероховатости стенок. Как вариант исполнения устройства, на боковой поверхности плунжера 13, взаимодействующей с гильзой 2, выполнены винтовые прерывистые винтовые выточки 21 (фиг. 13-18) с промежуточными поясками 22. Такое исполнение позволяет уменьшить площадь контакта между взаимодействующими поверхностями ударника 10 и гильзы 2 за счет выточек 21. Наличие поясков 22 при этом обеспечивает разобщение камер 4 и 15 между собой, не нарушая расходную характеристику ка0

0

0

5

нала 18, паза 19 или лыски 20 и повышая тем самым надежность н устойчивость рабочего процесса в камере 4 и устройстве в целом. Промежуточные пояски 22 позволяют увеличить поперечное сечение ударника на плунжерном участке, что повышает его прочность, а также обеспечивает более надежное центрирование ударника при взаимодействии его с гильзой,что также повышает надежность работы устройства, исключая возможные заклинивания между ударником и гильзой. i

Погружное пневмоударное устройство работает следующим образом.

Сжатый воздух из сети через пусковое устройство (не показано, но может быть любым из известных по конструктивному исполнению) поступает в предгильзовую камеру, а оттуда по каналу 3 - в кольцевую камеру 15 сетевого давления. Из камеры 15 воздух через калиброванные сквозные пазы 17 постоянно поступает в камеру 16 холостого хода, а также (вне зависимости от положения ударника 10) в управляемую камеру 4 рабочего хода в гильзе 2. В положениях ударника 10,изображенных на фиг. 1, 3, 5, 7, 9, 11,

13,15, 17, запуск устройства в работу обеспечивается благодаря большей площади диаметрального сечения ударника, находящейся под давлением, со стороны камеры 16S чем со стороны камеры 4f сообщенной с призабойным пространством посредством каналов

14,9, 7 и камеры 15. За счет разности импульсов давления со стороны камер 16, 15 и 4 ударник начинает ускоренное движение в сторону гильзы 2 совершая холостой ход. Часть воздуха из камеры 4 вытесняется по каналу 14 в ударнике, каналу 9 в осевой трубке и каналу 7 в хвостовике инструмента

в призабойное пространство, осуществляя тем самым его продувку„Сжимаемый воздух из камеры 15 выталкивается через пазы 17 с большей скоростью благодаря понижающемуся давлению воздуха в камере 16. Это обстоятельство позволяет понизить противодавление со стороны камеры 15, повысить его со стороны камеры 16, тем самым увеличив скорость ударника и величину его хода. Этому способствует также перетекание части воздуха из камеры 15 по каналу 18 (пазу 19, лыс ке 20) в камеру 4, находящуюся под

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

давлением воздуха, близким по величине к призабойному, т.е. более низким, чем в камере 15. По мере движения ударника 10 шток 5 начинает взаимодействовать с ним, входит в канал 14 и перекрывает его, вытеснение имевшегося в камере 4 воздуха по каналам 14, 9 и 7 в призабойное пространство прекращается. С этого момента в камере 4 начинается одновременное сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего по каналу 18 (пазу 19, лыске 20),

Продолжая холостой ход, ударник 10 освобождает трубку 8. Воздух из камеры 16 начинает выхлопываться через каналы 9 и-7 в призабойное пространство, осуществляя его продувку. Поскольку сжатый возду : из камеры 15 сетевого давления постоянно поступает через пазы 17 в камеру 16, то давление воздуха в ней, а следовательно, и на продувке поддерживается непрерывно расчетным и гарантируемым пропускной способностью проходных сечений калиброванных пазов 17. Одновременно с выхлопом из камеры 16 понижается давление в камере 15. Это обстоятельство позволяет ударнику продолжать холостой ход даже при возрастающем противодавлении в камере 4, что гарантирует расчетную величину хода ударника. Уменьшенная площадь контакта ударника 10 с гильзой 2 при движении ударника за счет прерывистых винтовых выточек 21 с промежуточными поясками 22 позволяет уменьшить трение, непроизводительные и неконтролируемые утечки и перетечки воздуха на участке ударника меньшего диаметра, что повышает его скорость, снижает расход воздуха устройством, гарантирует расчетный режим наполнения камеры 4 воздухом. Указанные особенности проявляются в течение всего рабочего). - цикла устройства, т.е. как при холостом, так и при рабочем ходе ударника.

Исчерпав импульс от давления воздуха со стороны камеры 16, за счет торможения импульсами противодавления со стороны камер 15 и 4 ударник остановится в расчетном положении и начнет ускоренное движение к хвостовику 6 инструмента, совершая рабочий ход.. ,

По мере продвижения ударник 10 под действием давления воздуха со сто™ рбны камер 4 и 15 разгоняется, вытесняя воздух из камеры 16 через каналы

9и 7 в призабойное пространство и обеспечивая непрерывный процесс продувки. При движении ударника 10 давление в камере 4 резко не уменьшается, так как в этот период движения из-за разности давления в камерах 4 и 15 дроссельный канал 18 (паз 19, лыска 20) обеспечивает больший расход воздуха, что обусловливает более высокий импульс давления со стороны камеры 4 и большую скорость ударника Одновременно надвижкой на осевую труку 8 ударник 10 перекрывает продувку

и выхлоп воздуха из камеры 16, а освобождением канала 14 штоком 5 открывает выхлоп из камеры 4 отработавшего и расширяющегося воздуха по каналам 9 и 7, совершая тем самым процесс продувки призабойного пространства. Продувка из камеры 4 будет устойчивой и непрерывной более длительное время благодаря постоянному поступлению воздуха через канал 18 (паз 199 лыску 20) из камеры 15 в камеру 4. Поскольку в камере 16 после ,перекрытия ударником 10 канала 9 начнется процесс сжатия с одновременны поступлением сетевого воздуха из камеры 15, то ударник начнет затормаживаться. Однако поскольку камера 16 сообщена сквозными пазами 17 с камерой 15t у которой объем увеличивается, то часть сжимаемого воздуха может перетекать в нее, поэтому давление в камере 16 будет повышаться менее резко, чем и сохраняется предударная скорость ударника 10.

Преодолевая противодавление воздуха со стороны.камеры 16, ударник

10наносит удар по хвостовику 6 инструмента. Описанный процесс будет повторяться с той лишь разницей, что

5

0

5

0

5

0

в канале следующего холостого хода импульс силы, движущей ударник, дополнится импульсом отскока. Это способствует увеличению хода ударника или уменьшению расхода сетевого воздуха, что однозначно улучшает удельные эксплуатационные параметры устройства.

Формула изобретения

1.Погружное пневмоударное устройство по авт. св. № 1534187, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и упрощения конструкции, ударник выполнен со сквозным калиброванным каналом, постоянно сообщающим между собой промежуточную кольцевую камеру сетевого давления и камеру рабочего хода в гильзе.

2.Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что ударник ступенчатого ударника меньшего диаметра выполнен в виде плунжера.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что на боковой поверхности плунжера выполнены прерывистые винтовые выточки,

4.Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что сквозные калибровочные каналы выполнены закрытыми в теле ударника

5.Устройство по пп„ 1-3, о т - личающееся тем, что сквозные калибровочные каналы выполнены

в виде пазов на боковой поверхности ударника.

6.Устройство по пп. 1-3, о т - личающееся тем, что сквозные калибровочные каналы выполнены

в виде лысок на боковой поверхности ударника.

fyina)

Изобретение относится к буровой технике и позволяет повысить эксплуатационную надежность и упростить конструкцию погружного пневмоударно- го устройства. Для этого ступенчатый ударник 10 выполнен со сквозным калиброванным каналом (КК) 18, постоянно сообщающим между собой промежуточную кольцевую камеру (К) 15 сете- Iвого давления и К 4 рабочего хода внутри гильзы 2, Участок ударника Ю

0606

CSQ

,

Ј§

Ui

ст 5 - JLL1 U .

4V4VC t S 4 XVC 4

. I s Ss

.NI TTXxMxX i У///////////У///Л////////////

04

к -t

INS

Фиг.12

Фиг 11

ЩигЛ

Фиг. 18