Гидроударник Советский патент 1991 года по МПК E21B4/14 

; «,

а

v|

Изобретение относится к бурению и м.б. использовано в строительных работах для погружения и извлечения свай, шпунта и т.п. Цель - повышение эффективности работы устройства путем снижения потерь скорости бойка и повышения надежности работы клапанной группы. Гидроударник содержит корпус 1 с цилиндром 8, в котором размещен поршень 9 бойка 10, крышку цилиндра 5 с каналами 6 и 7, выпускной клапан 13, хвостовик 12 которого подпружинен относительно бойка 10, а также впускной клапан 19, связанный с выпускным клапаном 13 посредством толкателя 21, хвостовик 12 выпускного клапана 13 уплотнен относительно цилиндрической полости 14 бойка 10, которая связана с надпоршневой полостью цилиндра 8 гидроударника сверлениями 23, а кольцевая проточка 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 соединена с его осевым каналом 17 и выполнена с возможностью сообщения с надпоршневой полостью цилиндра 8 гидроударника посредством верхних отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10. Расстояние от кольцевой проточки 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 до отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении поршня 9 определяется из соотношения S₂/2≤A*98S₂, где S₂ - ход клапанов 13 и 19 гидроударника, A - расстояние от кольцевой проточки 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 до верхних отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении его поршня 9. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Vр

v| СЛ

Фиг

посредством толкателя 21, хвостовик 12 выпускного клапана 13 уплотнен относительно цилиндрической полости 14 бойка 10, которая связана с надпоршневои полостью цилиндра 8 гидроударника сверлениями 23, а кольцевая прогочка 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 соединена с его осевым каналом 17 и выполнена с возможностью сообщения с надпоршневои полостью цилиндра 8 гидроударника посредством верхних отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10. Расстояние от кольцевой проИзобретение относится к устройствам, применяемым при бурении скважин и может быть использовано для погружения и извлечения свай, шпунта и т.п.

Цель изобретения - повышение эффек- тивности работы устройства п.ем снижения потерь скорости бойка и повышения надежности работы клапанной группы.

На фиг.1 изображен гидроудариик в исходном положении; на фиг.2 - гидроудар- ник в конце рабочего хода поршня бойка вверх; на фиг.З - гидроударник в момент удара бойка по верхней наковальне; на фиг.4 - гидроударник в конце рабочего хода поршня бойка вниз.

Гидроударник состоит из корпуса 1, жестко связанного с верхним переходником 2, верхней 3 и нижней 4 наковальней. С верхним переходником 2 соединена крышка цилиндра 5, оборудованная впускными 6 и выпускными 7 каналами, В цилиндре 8 установлен поршень 9 бойка 10. Шток 11 бойка 10 установлен в нижней наковальне 4 гидроударника и имеет диаметр меньший, чем диаметр поршня 9. Хвостовик 12 выпу- скного клапана 13 установлен в цилиндрической полости 14 бойка 10 и уплотнен относительно нее манжетами 15, При этом хвостовик 12 выпускного клапана 13 снабжен кольцевой проточкой 16, которая свя- зана с осевым каналом 17, выполненным в выпускном клапане 13, и подпружинен относительно бойка 10 пружиной 18. Впускной клапан 19 подпружинен относительно верхнего переходника 2 пружиной 20 и связан с выпускным клапаном 13 толкателями 21. Стенки цилиндрической полости 14 бойка 10 снабжены верхними отверстиями 22, выполненными с возможностью взаимодействия с кольцевой проточкой 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 и сверлениями 23, соединяющими надпоршточки 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 до отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении поршня 9 определяется из соотношения S2/2 а $2. где S2 ход клапанов 13 и 19 гидроударника, а - расстояние от кольцевой проточки 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 до верхних отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении его поршня 9. 1 з,п, ф- лы, 4 ил.

невую полость цилиндра 8 с цилиндрической полостью 14 бойка 10.

Гидроударник работает следующим образом.

В исходном положении боек 10 под действием собственного веса находится в крайнем нижнем положении, выпускной клапан 13 открыт, а впускной клапан 19 перекрывает впускные каналы 6 в крышке цилиндра 5 под действием собственного веса и усилия сжатой пружины 20. Жесткость пружины 20 подбирается таким образом, чтобы преодолеть силу трения манжет 15 хвостовика 12 выпускного клапана 13, но не вызывать сжатия пружины 18, которая при крайнем нижнем положении бойка 10 гидроударника не имеет предварительного натяга, т е находится в свободном состоянии. Для запуска гидроударника в механизм по каналам в верхнем переходнике 2 подается рабочая жидкость, которая попадает под поршень 9 бойка 10 и вызывает подъем последнего.

По мере подъема бойка 10 вверх жидкость, находящаяся в надпоршневои полости цилиндра 8, через выпускной канал 7 в крышке цилиндра 5 вытесняется в окружающую среду, а пружина 18 сжимается, так как связанные между собой толкателями 21 впускной 19 и выпускной 13 клапаны удерживаются в исходном положении давлением рабочей жидкости на площадь поверхности прилегания впускного клапана 19 к впускным каналам 6 в крышке цилиндра 5. Благодаря тому, что хвостовик 12 выпускного клапана 13 уплотнен относительно цилиндрической полости 14 бойка 10, которая связана с надпоршневои полостью цилиндра 8 сверлениями 23, обеспечивается вытеснение жидкости из-под хвостовика 12 в надпоршневую полость цилиндра 8 и далее в окружающую среду Пройдя расстояние, равное рабочему ходу

SB и определяемое как разность полного хода Si и половины хода клапанов $2, боек 10 своим верхним торцом наносит удар по тарелке выпускного клапана 13, вызывая тем самым перестановку клапанов 13 и 19 в верхнее положение. При этом оставшийся до верхней наковальни 3 путь, равный половине хода клапанов S2, боек 10 проходит совместно с клапанами 13 и 19 за счет накопленной во время рабочего хода вверх SB кинетической энергии, испытывая при этом некоторое гидроторможение, так как через уменьшающийся зазор между выпускными клапаном 13 и его седлом в крышке цилиндра 5 вытесняется возрос- ший за счет притока через впускные отверстия б обьем рабочей жидкости. Эта фаза рабочего цикла механизма заканчивается ударом 10 по верхней наковальне 3 который в виде волны напряжения переда- ется корпусу 1.

Оставшуюся половину своего хода $2 клапаны 13 и 19 проходят за счет инерционных сил и усилия сжатой пружины 18. В верхнем положении впускной клапан 19 от- крывает впускные каналы 6, выпускной клапан 13 перекрывает выпускные каналы 7 и удерживается на своем посадочном месте давлением рабочей жидкости со стороны надпоршневой полости цилиндра 8. На этой фазе рабочего цикла механизма рабочая жидкость получает доступ как в подпоршне- вую полость цилиндра 8, так и в его надпор- шневую полость. Благодаря тому, что рабочая площадь поршня 9 со стороны над- поршневой полости цилиндра 8 больше его рабочей площади со стороны лодпоршне- вой полости на величину площади поперечного сечения уплотненной части штока 11 бойка 10, последний начинает двигаться вниз.

В это время происходит переток рабочей жидкости, вытесняемой из-под поршня 9 в надпоршневую полость цилиндра 8 через открытые впускные каналы 6 в крышке цилиндра 5, а пружина 18 разжимается до своего исходного положения. Пройдя расстояние, равное рабочему ходу вниз SH и определяемое как разность полного хода Si и размера А, боек 10 начинает переста- новку клапанов 13 и 19 в нижнее положение. Благодаря тому, что кольцевая проточка 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 соединена с ото осевым каналом 17 и выполнена с возможностью сообще- ния с надпоршневой полостью цилиндра 8 гидроударника посредством отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10, происходит совмещение отверстий 22 с кольцевой проточкой 16 хвост овика 12, надпоршневая полость через осевой канал 17 выпускного клапана 13 соединяется с окружающей средой, давление в механизме выравнивается, впускной клапан 19 под действием собственного веса, скоростного напора поступающей из каналов в верхнем переходнике 2 жидкости и усилия пружины 20 движется вниз совместно с выпускным клапаном 13, который увлекается вниз силами трения манжет 15 о стенки цилиндрической полости 14 бойка 10. Поскольку пружина 18 в исходном положении была установлена без предварительного натяга, она не оказывает сопротивления перемещению клапанов 13 и 19 вниз. При этом полностью отсутствует механическое соударение хвостовика 12 выпускного клапана 13 и бойка 10 что снижает затраты энергии бойка 10 на перестановку клапанной группы и не вызывает напряжений растяжения в теле выпускного клапана 13.

В связи с тем, что расстояние А от кольцевой проточки 16 хвостовика 12 выпускного клапана 13 до отверстий 22 в стенках цилиндрической полости 14 бойка 10 при крайнем нижнем положении его поршня 9 определяется из соотношения S2/2 А $2, где $2 ход клапанов 13 и 19, свободный ход бойка 10 вниз SHC не превышает половины хода клапанов S2 и может быть сведен до минимума. Выполнение неравенства SH 5 S2/2 обуславливает уменьшение пути, проходимого бойком 10 до нижней наковальни 4 по инерции, сокращение времени действия на его поршень 9 тормозящей силы, вызванной гидравлическими сопротивлениями перетоку рабочей жидкости в крышке цилиндра 5, и снижение потерь скорости бойка 10 перед соударением с нижней наковальней 4.

В конце своего перемещения вниз боек 10 наносит удар по нижней наковальне 4, а клапаны 13 и 19 занимают исходное положение. Жидкость вновь поступает под поршень 9 цилиндра 8, выбывая повторение рабочего цикла гидроударника.

Ударные импульсы, передающиеся на корпус 1 от наковальни 3 и 4 в виде волн упругой деформации, используются для совершения работы по погружению в грунт или извлечению из него различных элементов.

Формула изобретения 1. Гидроударник, включающий корпус. полый цилиндр, размещенный внутри корпуса, боек с полым поршнем, установленным с возможностью осевого перемещения в цидлиндре с образованием надпор- шневой и подпоршневой полостей, крышку цилиндра с каналами для прохода промывочной жидкости, выпускной клапан с подпружиненным хвостовиком с центральным осевым каналом, установленным с возможностью осевого перемещения в полом поршне бойка, клапанную группу, связанную между собой посредством толкателя, отл и, чающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства путем снижения потерь скорости бойка и повышения надежности работы клапанной группы, в нижней части хвостовика выпускного клапана выполнена кольцевая проточка, гидравлически сообщающаяся с его центральным осевым каналом, причем выше и ниже проточки на хвостовике установлены уплотнения, а в полом поршне в

Фиг. 2

верхней и нижней части выполнены отверстия, гидравлически сообщающие полость поршня с надпоршневой полостью бойка, причем верхнее отверстие периодически сообщает надпоршневую полость бойка с кольцевой проточкой хвостовика.

при крайнем нижнем положении поршня определяется из соотношения

S2/2 A S2, где $2 ход клапанов гидроударника;

А - расстояние от кольцевой проточки

хвостовика выпускного клапана до верхних отверстий в стенках цилиндрической полости бойка при крайнем нижнем положении его поршня.

ШигЗ

В

л