Моторизованный молоток автономного действия Советский патент 1992 года по МПК E21C3/18 E21C37/14 

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам ударного действия для разрушения горных пород, а также может быть использовано на строительных и дорожных работах.

Известны переносные устройства ударного действия, оснащенные двигателем со свободным падением поршня. Сущность работы этих устройств состоит в том, что поршень-боек, находящийся в цилиндре, совершает возвратно-поступательное движение под действием сжатого воздуха, поступающего попеременно в поршневую и подпоршневую полости. В конце рабочего хода поршень-боек наносит удар по хвосто- вику рабочего наконечника, который выполняет полезную работу.

Примером таких устройств служит отбойный молоток, состоящий из рукоятки, ствола, поршня-бойка, воздухораспредели- тельного механизма, пускового устройства, рабочего наконечника и пружины, удерживающей наконечник от выпадения.

Недостатком этого молотка является то, что он требует наличия пневматической энергии на месте проведения работ, т.е. не обладает автономностью действия.

Известно устройство ударного действия, имеющее цилиндр с размещенным в нем бойком, взаимодействующим с рабо- чим инструментом и разделяющим пространство цилиндра на компрессорную камеру и рабочую камеру со встроенной в нее форсункой для распылевания топлива, соединенной магистрально с плунжерным топливным насосом.

Однако это устройство, включающее в себя двигатель внутреннего сгорания, не обладает автономностью действия, так как дополнительно требует источник сжатого газа.

Известен бурильный молоток ударного действия, обладающий автономностью действия, включающий корпус, двигатель внутреннего сгорания с коленчатым валом для

сообщения возвратно-поступательного движения приводному поршню, редуктор, маховое колесо коленчатого вала, бак для горючесмазочных материалов и держатель инструмента.

Недостатком известного бурильного молотка ударного действия является то. что он имеет сложную конструкцию передачи энергии от двигателя к рабочему инструменту, включающую в себя преобразование колебательного движения во вращательное и обратно, с использованием подшипниковых узлов зубчатых пар и систем их смазки. Применение двигателя внутреннего сгорания с системой принудительного воспламенения горючей смеси требует сложной ее подготовки и подачи, электрических цепей с высоким напряжением, что осложняет применение такой конструкции в рудничном исполнении. Кроме того, конструкция не позволяв производить кратковременные остановки и запуски двигателя, регулировать частоту и энергию удара на рабочий инструмент, выполнять работы при развороте оси молотка до 180 .

Наиболее близким к изобретению является моторизованный молоток автономного действия, включающий корпус, размещенный в корпусе цилиндр с поршнем двигателя внутреннего сгорания, топливный насос для подачи в камеру сгорания горючего, упругий элемент, взводно-пусковое приспособление, аккумулирующую камеру сжатого воздуха и рабочий инструмент.

Недостатком известного моторизованного молотка автономного действия является то, что часть энергии расширяющихся продуктов сгорания, передающаяся поршнем на ударный инструмент, передается не сконцентрированно во времени, а одновременно с расходом энергии на перемещение корпуса цилиндра, сжатие упругого элемента в исходное положение и аккумуляцию сжатого воздуха в камере. В результате на рабочий инструмент передается сравнительно плавная - не пиковая нагрузка, что снижает эффективность работы устройства, усиливает отдачу на корпус молотка. Кроме того, в устройстве не решен вопрос по регулировке степени сжатия воздуха в аккумулирующей камере и, следовательно, настройки качественной продувки камеры сгорания, подбора перемещающихся масс, что усложняет настройку оптимальных режимов работы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет концентрации энергии удара на рабочем инструменте, регулирования энергии и частоты ударов и обеспечения качественной продувки камеры внутреннего сгорания при одновременном упрощении кинематической схемы.

Указанная цель достигается тем, что моторизованный молоток автономного действия, включающий корпус, размещенный в корпусецилиндрс поршнемдвигателя внутреннего сгорания топливный насос для подачи в камеру сгорания горючего, упругий элемент, взводно-пусковое приспособление, аккумулирующую камеру сжатого воздуха и рабочий инструмент, снабжен бойком, жестко связанным с поршнем двигателя внутреннего сгорания и образующим с корпусом молотка аккумулирующую камеру сжатого воздуха, вмещающую в себя аксиально поршню упругий элемент, а цилиндр двигателя внутреннего сгорания жестко связан с корпусом молотка, в направляющих которого установлен рабочий инструменте возможностью регулирования его хода.

Кроме того, боек со стороны аккумулирующей камеры сжатого воздуха снабжен набором переменных шайб из материалов с различной плотностью и жестко закрепленных на нем, позволяющих регулировать полезный объем камеры и массу бойка, а его жесткая связь с поршнем двигателя внутреннего сгорания выполнена с возможностью их перенастройки по оси. например, путем резьбового соединения.

Взводно-пусковое приспособление выполнено в виде распорного винта с гайкой, на которой на шарнирах установлен захват, взаимодействующий со штоком, жестко связанным с бойком, и рукоятки, связанной через тягу с кулачком для расцепления захвата со штоком.

На фиг. 1 представлен молоток; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Моторизованный молоток автономного действия содержит цилиндр 1 и поршень 2. являющиеся основными элементами двигателя внутреннего сгорания. В цилиндр 1 вмонтированы топливный насос 3 плунжерного типа и топливный бак, представляющий собой герметичную емкость 4. разделенную подвижным разделительным элементом в виде диафрагмы 5 на полости 6

сжатого воздуха и горючесмазочных материалов 7. В данной части последней имеется заглубление 8 для всасывающего отверстия топливного насоса 3.

Аккумулирующая камера сжатого воз0 духа 9 соединена через обратные клапаны 10 и 11 с полостью 6 бака 4 и каналами 12 в виде полостей с продувочными окнами 13 камеры 14 сгорания.

Упругий элемент в виде пружины 15

5 поджат аксиально с возможностью регулирования его жесткости в аккумулирующей камере 9 сжатого воздуха между корпусом молотка и бойком 17, жестко связанным с поршнем 2.

0Взводно-пусковое приспособление 18 выполнено в виде распорного винта 19 с подвижной на нем по оси гайкой 20. на которой шарнирно закреплен захват 21 с возможностью ограниченного поворота в

5 одном направлении за счет жесткого упора 22, в другом за счет пружины 23 и рукоятки 24 с тягой 25, взаимодействующей с кулачком 26. Последний предназначен для расцепления захвата 21 и торца штока 27,

0 жестко связанного с бойком 17. Полость 7 имеет герметично закрываемое заливное отверстие 28. На бойке 17 установлен регулируемый упор в виде винта 29. Между корпусом молотка 16 и рабочим инструментом

5 30 расположена пружина 31, служащая компенсатором между отдачей мощности двигателя внутреннего сгорания и потреблением ее во время ударной работы рабочего инструмента, регулируемого в сво0 ем ходе ограничителем 32. Боех 17 со стороны аккумулирующей камеры сжатого воздуха снабжен набором шайб 33 из материалов с различной плотностью и жестко закрепленных на нем для регулирования по5 лезного объема камеры и массы бойка, а со стороны поршня элементами 34 перенастройки взаиморасположения пары -поршень-боек по оси (например, резьбовые соединения). Цилиндр 1 снабжен окнами 35 выпуска выхлоп0 ных газов. Для обеспечения настройки регулирования и запуска молотка в работу его корпус выполнен разъемным на части, связанные между собой жестким соединением 36 и снабжен сквозными окнами 37.

5Подготовка и запуск молотка в работу осуществляется следующим образом.

Полость 7 на весь обьем наполняется горюче-смазочными материалами через заливное отверстие 28, которое затем герметично закрывается. С помощью сближения

или удаления по оси друг от друга поршня 2 и бойка 17, действуя элементами перенастройки 34, установки набора шайб 33, регулировочного винта 29 и ограничителя 32 задается нужный режим работы молотка. А именно, при навинчивании или свинчива- нии поршня по резьбовому соединению 34 происходит изменение предварительного поджатия пружины 15 и ее рабочих параметров, что позволяет влиять на степень сжатия в камере сгорания и на скорость перемещения поршня и бойка. Путем установки шайб 33 с различной плотностью (например, свинцовых и алюминиевых) изменяется движущаяся масса бойка и объем аккумулирующей камеры сжатого воздуха. При перемещении винта 29 меняется момент вступления его в контакт со штоком топливного насоса 3, что позволяет изменять моменты впрыскивания топлива и его объемы.

Таким образом, становится возможным осуществлять регулировку энергии и частоты удара, а также качество продувки камеры сгорания. При перемещении ограничителя 32 меняется момент вступления в контакт бойка с рабочим инструментом, тем самым обеспечивается возможность регулировать распределение энергии, получаемой бойком от расширяющихся продуктов сгорания, на сжатие упругого элемента 15 и выполнение полезной работы путем нанесения сконцентрированного удара на рабочий инструмент 30.

После выполнения регулировочных операций и сочленения частей корпуса молоток запускается в работу. Первоначально боек 17 и поршень 2 занимают крайнее верхнее положение. Путем вращения распорного винта 19 гайка 20 поднимается до зацепления захвата 21 с торцом штока 27. Затем вращением распорного винта 19 в противоположном направлении боек перемещается вниз, сжимая пружину 15 до необходимой для запуска степени. N

С помощью выполнения нескольких возвратно-поступательных перемещений плунжера топливного насоса 3 через сквоз- ноеокно 37 производится подкачка и заполнение полостей топливного насоса горюче-смазочными материалами. После упора рабочего инструмента 30 в какой-либо твердый предмет, путем нажатия на рукоятку 24 и с помощью тяги 25 и кулачка 26 захват 21 выходит из зацепления со штоком 27, связанным с бойком 17, в результате боек с поршнем 2 устремляются вверх, создавая нужную для воспламенения горючей смеси степень сжатия в камере 14 сгорания.

При воспламенении горючей смеси часть энергии расширяющихся продуктов

сгорания расходуется через поршень 2 на сжатие пружины 15 в исходное положение и аккумуляцию сжатого воздуха в камере 9, оставшаяся часть передается бойком 17 в

виде сконцентрированного удара на рабочий инструмент 30. Сжатый воздух из камеры 9 поступает через образный клапан 10 в полость 6, поддерживая под некоторым избыточным давлением через диафрагму 5 го0 рюче-смазочные материалы в полости 7, тем самым обеспечивая их бесперебойную подачу к топливному насосу 3, независимо от расположения оси молотка в пространстве. При этом расположение всасывающего от5 верстия топливного насоса 3 в заглублении (расточке) 8 полости 7 позволяет наиболее полно вырабатывать горюче-смазочные материалы из бака, сокращая количество заправок. Другая часть сжатого воздуха из

0 камеры 9 через обратный клапан 11 устремляется по каналам 12 в виде полостей в продувочные окня 13, которые открываются вслед за окнами выпуска выхлопных газов 35, тем самым обеспечивая продув камеры

5 14 сгорания и отвод тепла от корпуса цилиндра 1.

Для остановки работы молотка следует прекратить воздействие на рукоятку 24, тем самым кулачок 26 освободит захват 21, ко0 торый повернется под воздействием пружины 23 до взаимодействия с упором 22 гайки 20, что вызовет его зацепление с торцом штока 27. Таким образом, работа молотка будет оставлена,а он будет готов к последу5 ющему запуску.

Применение бойка, жестко связанного с поршнем двигателя внутреннего сгорания и образующего с корпусом молотка аккумулирующую камеру сжатого воздуха, в кото0 рой аксиально поршню размещен упругий элемент, позволяет при упрощении кинематической схемы получать сконцентрирован- ный удар на рабочий инструмент, а следовательно, повышать эффективность

5 работы молотка. Одновременно этому же способствует применение ограничителя для регулирования хода рабочего инструмента в направляющих корпуса молотка, так как появляется возможность наносить удар на ра0 бочий инструмент в нужный момент - после снятия энергии для зарядки упругого элемента и сжатия воздуха в аккумулирующей камере.

Остаток накопленной кинетической

5 энергии передается эффективно сконцентрированным ударом бойка на рабочий инструмент.

Применение набора переменных шайб из материалов с различной плотностью, же- стко закрепленных на бойке со стороны аккумулирующей камеры сжатого воздуха, позволяет повысить эффективность работы молотка за счет представляющейся возможности подбирать наиболее оптимальную массу элементов, передающих кинетическую энергию при ударе, а также регулировать степень сжатия воздуха в аккумулирующей камере для более качественной продувки камеры сгорания.

Применение жесткой связи бойка с поршнем двигателя внутреннего сгорания с возможностью их перенастройки по оси, например путем резьбового соединения, позволяет регулировать жесткость упругого элемента, а следовательно, частоту и энергию удара, добиваясь оптимальных режимов работы молотка.

Взводно-пусковое приспособление обеспечивает надежный запуск и кратковременные остановки молотка без выполнения дополнительных подготовительных операций.

Формула изобретения

1. Моторизованный молоток автономного действия, включающий корпус, размещенный в нем цилиндр с камерой сгорания и поршнем двигателя внутреннего сгорания, топливный насос, взводно-пусковое приспособление, рабочий инструмент, размещенную в корпусе аккумулирующую камеру сжатого, воздуха и упругий элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет концентрации энергии удара на рабочем инструменте и улучшения продувки камеры сгорания при одновременном ус; - щении кинематической схемы, он снабжен бойком, жестко связанным с поршнем, со

стороны рабочего инструмента, при этом корпус выполнен с направляющими, а цилиндр жестко связан с корпусом, причем аккумулирующая камера сжатого воздуха образована между бойком и корпусом, а упругий элемент размещен в последней акси- ально поршню, при этом рабочий инструмент установлен в направляющих корпуса с возможностью регулирования его хода.

2. Молоток по п. 1,отличающийся тем, что он выполнен с набором сменных шайб из материалов с различной плотностью, закрепленных на бойке жестко со стороны аккумулирующей камеры сжатого

воздуха для обеспечения возможности регулирования массы бойка и объема аккумулирующей камеры сжатого воздуха, при этом боек связан с поршнем с возможностью фиксированного осевого перемещения.

3. Молоток по п. 2, отличающийся тем, что боек связан с поршнем посредством резьбы.

4. Молоток поп. 1,отличающийся тем, что взводно-пусковое приспособление

выполнвнов виде распорного винта с гайкой, на которой шарнирно установлен захват штока, жестко связанного с бойком, и рукоятки, связанной посредством тяги с кулачком для расцепления захвата со штоком.

35

ю

Изобретение относится к горному делу, в частности к устройствам ударного действия для разрушения горных пород, а также м.б. использовано на строительных и дорожных работах. Цель изобретения - повышение эффективности работы за счет концентрации энергии удара на рабочем инструменте (РИ) и уменьшение продувки камеры сгорания при одновременном упрощении кинематической схемы. Мотори