Устройство крепления рабочего инструмента Советский патент 1992 года по МПК B25D17/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электрическим ручным перфораторам, применяемым в строительстве, геологоразведочных и буровзрывных работах для образования отверстий в строительных материалах и горных породах.

Известны устройство для крепления рабочего инструмента, содержащие корпус,

размещенный в нем вращающийся направляющий цилиндр со сквозными пазами, в которых размещены параллельные оси направляющего цилиндра, запорные ролики, взаимодействующие с пазами хвостовика рабочего инструмента, размещаемого в направляющем цилиндре, и охватывающую ролики втулку.

В таких машинах освобождение роликов с целью извлечения хвостовика рабочего инструмента осуществляется поворотом втулки до совмещения роликов с пазами втулки.

Недостатком таких машин является низкая надежность крепления хвостовика рабочего инструмента, проявляющаяся при бурении на всю длину бура. При этом вращающаяся втулка контактирует с породой и имеется возможность силой трения указанного контакта повернуть втулку относительно направляющего цилиндра. Запорные ролики в этом случае размещаются в пазах втулки и появляется возможность самопроизвольного выпадения бура из направляющего цилиндра.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для крепления рабочего инструмента, содержащее корпус, размещенный в нем с возможностью вращения направляющий цилиндр со сквозными пазами, для размещения запорных роликов, для взаимодействия с пазами хвостовика рабочего инструмента, и охватывающую ролики подпружиненную втулку с проточкой, установленную с возможностью осевого перемещения относительно направляющего цилиндра.

В такой машине освобождение рабочего инструмента осуществляется осевым нажатием втулки в сторону корпуса. Ход втулки при этом соответствует длине запорных роликов. При бурении на всю рабочую длину бура, даже если происходит касание втулки об обрабатываемую среду и смещение ее в сторону корпуса, то для самопроизвольного освобождения бура это смещение должно быть не менее длины роликов. Учитывая, что это расстояние довольно значительно, оператор успевает заметить контакт втулки и обрабатываемой среды и вовремя извлечь бур из шнура. Все это исключает самопроизвольное выпадение бура из устройства.

Однако данное устройство обладает низкой надежностью, заключающейся в т ом, что длина роликов составляет только часть длины паза хвостовика бура. Свободная длина паза хвостовика используется для обеспечения холостого хода машины. Сказанное не позволяет обеспечить бурение бурами большого диаметра из-за большого момента сопротивления, возникающего в .процессе бурения. Увеличивающиеся с повышением диаметра бура удельные нагрузки приводят к смятию как роликов, так и пазов хвостовика бура и его заклиниванию в направляющем цилиндре.

Цель изобретения - повышение надежности устройства крепления рабочего инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что

в устройстве крепления рабочего инструмента, содержащем корпус, размещенные в нем с возможностью вращения направляющий цилиндр со сквозными пазами для размещения запорных роликов, для взаимо0 действия с пазами хвостовика рабочего инструмента, и охватывающую ролики подпружиненную втулку с проточкой, установленную с возможностью осевого перемещения относительно направляющего

5 цилиндра, устройство снабжено двумя сухарями и фиксатором, втулка установлена с возможностью поворота и в ней выполнены радиальное отверстие для размещения фиксатора, диаметрально противополож0 ные две секторные проточки и два паза для взаимодействия с запорными роликами и сухарями соответственно, последние размещены в выполненных радиально в направляющем цилиндре отверстиях с

5 возможностью радиальных перемещений, а на внешней поверхности направляющего цилиндра выполнены два продольных паза для взаимодействия с фиксатором,

На фиг.1 схематически изображено

0 предлагаемое устройство для крепления рабочего инструмента по плоскости расположения запорных роликов, продольный разрез.

Слева от оси симметрии устройства про5 дольный разрез соответствует положению втулки в момент удержания рабочего инструмента а. Справа от оси симметрии устройства продольный разрез соответствует положению втулки в момент освобождения

0 рабочего инструмента б. Хвостовик рабочего инструмента имеет только пару пазов для взаимодействия с запорными роликами.

На фиг.2 - устройство для крепления рабочего инструмента по плоскости распо5 ложения радиально подвижных сухарей, продольный разрез.

Слева от оси симметрии устройства продольный разрез соответствует положению втулки в момент удержания рабочего инст0 румента в. Справа от оси симметрии устройства продольный разрез соответствует положению втулки в момент освобождений рабочего инструмента г. Хвостовик рабочего инструмента имеет только пару пазов для

5 взаимодействия с запорными роликами.

На фиг.З - разрез В-В на фиг.4; на фиг.4 - устройство для крепления рабочего инстру- мента в продольном разрезе по плоскости расположения радиально подвижных сухарей.

Положение втулки соответствует моменту закрепления бура, хвостовик которого имеет наряду с парой пазов для взаимодействия с запорными роликами пару кулачковых пазов для взаимодействия с радиально подвижными сухарями. Втулка повернута в положение взаимодействия радиально подвижных сухарей с кулачковыми пазами хвостовика бура.

На фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.4 (с расположением запорных роликов и радиально подвижных сухарей в момент их взаимодействия с соответствующими пазами хвостовика бура); на фиг. 6 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.7 - часть направляющего цилиндра, где показано взаимное расположение пазов для размещения сухарей и запорных роликов и парой продольных пазов для взаимодействия с фиксатором втулки; на фиг,8 - разрез Г-Г на фиг.2 (в плоскости расположения запорных роликов и сухарей при закрепленном буре, хвостовик которого имеет только пару пазов для взаимодействия с запорными роликами).

Устройство для крепления рабочего инструмента содержит корпус 1 (фиг.1), охватывающий его электроизоляционный кожух 2, размещенный в корпусе 1, вращающийся направляющий цилиндр 3. В верхней части направляющего цилиндра 3 размещен ударник 4, связанный воздушной подушкой 5 с поршнем 6. Ударник 4 взаимодействует периодически с размещенным в направляющем цилиндре 3 промежуточным элементом 7, который, в свою очередь, наносит удары по рабочему инструменту, которым в данном случае является хвостовик 8 бура 9, как правило малого диаметра бурения или хвостовик 10 бура 11, как правило большего диаметра бурения, закрепляемых в нижней части направляющего цилиндра 3.

Для обеспечения безударного режима работы, режима холостого хода, в направляющем цилиндре 3 имеются отверстия 12 (фиг.1), сообщающие воздушную подушку 5 с атмосферой при перемещении ударника 4 ниже уровня отверстия 12.

В стенке направляющего цилиндра 3 выполнена пара диаметрально-противоположных сквозных пазов 13, в которых размещены запорные ролики 14, взаимодействующие с пазами 15, выполненными в хвостовике 8 и 10.

Для надежного контакта запорных роликов 14 с пазами 15, хвостовиков 8 и 10, на направляющем цилиндре 3 установлена втулка 16, охватывающая запорные ролики 14 и удерживающая последние в фиксированном положении стенками диаметрально-противоположных секторных проточек 17, выполненных в задней части втулки 16. В исходном осевом (фиг.1 а) положении втулка 16 с одной стороны удерживается

пружиной 18, размещенной между втулкой 16 и шайбой 19, установленной на направляющем цилиндре 3. Для ручных манипуляций с втулкой 16 на ней установлена электроизоляционная муфта 20, кинематически в осевом и радиальном направлении связанная с втулкой 16. На конце направляющего цилиндра 3 с помощью сил упругости закреплено уплотнение 21, например резиновое, удерживающее в исходном положении втулку 16с другой стороны. При этом передняя кромка 22 пазов 15 удерживает хвостовик 8 и 10 от выпадения из направляющего цилиндра 3. В передней части втулки 16 выполнена пара диаметрально-противоположных секторных проточек 23, в которых размещаются запорные ролики 14, в том случае, когда втулка 16 сдвинута в осевом направлении в корпусу 1 (фиг. 16), Эта операция необходима для извлечения хвостовика 8 и 10 или его установки в отверстии направляющего цилиндра 3.

В направляющем цилиндре 3 кроме сквозных пазов 13, выполнена пара диаметрально-противоположных радиальных отверстий 24 (фиг.7), в которых размещены сухари 25 (фиг.2), частью своего сечения располагаемые в пазах 26, выполненных во втулке 16. Для фиксации втулки 16 в описанном радиальном положении (фиг.2) в ее передней части размещен фиксатор 27 (фиг.6), а в направляющем цилиндре 3 выполнен продольный паз (фиг.7) 28, в котором устанавливается фиксатор 27 (фиг.6), прижимаемый пружиной 29, размещенной в проточке

30 (фиг.2) втулки 16. На направляющем цилиндре 3 также для взаимодействия с фиксатором 27 выполнен второй продольный паз 31 (фиг.7), аналогичный продольному пазу 28. Втулка 16 выполнена с возможностью

вращения, величина которого определяется углом а (фиг.6) расположения между собой продольных пазов 28 и 31 на наружной поверхности направляющего цилиндра 3 (фиг.З), в которых утапливается фиксатор 27.

Угол секторных протечек 17 и 23 втулки 16, также соответствует углу а, что также определяет и ограничивает возможный поворот втулки 16 относительно направляющего цилиндра 3. Г1оворот втулки 16 из

одного крайнего положения (фиг.6) на угол а в другое крайнее положение (фиг.З) до момента контакта фиксатора 27 с другим продольным пазом 31 дает возможность закрепления в устройстве хвостовика 10

(фиг.4), имеющего кроме пазов 15 для взаимодействия с запорными роликами 14 пару кулачковых пазов 22 для взаимодействия с сухарями 25.

При этом фиксация радиального положения сухарей 25 обеспечивается с одной стороны секторной проточкой 17 втулки 16, с другой стороны заплечиками 33 (фиг.4) сухарей 25, не позволяющими последним упасть во внутреннее отверстие направляющего цилиндра 3.

Стрелкой со обозначено направление вращения направляющего цилиндра 3 и соответственно хвостовиков 8 и 10 буров 9 и 11.

Устройство работает следующим образом.

Установка бура 9, хвостовик 8 которого имеет пару пазов для взаимодействия с запорными роликами 14 (фиг. 1) осуществляется первоначальным перемещением муфты 20, охватывающей втулку 16, в направлении корпуса 1, преодолевая действие пружины 18 (фиг. 16). При этом радиально втулка должна находиться в положении, когда ее пазы 26 (фиг.2) совпадают с сухарями 25, размещенными в направляющем цилиндре 3 так, что последние имеют возможность частью своего сечения располагаться в пазах 26 втулки 16 (фиг.8), не препятствуя прохождению хвостовика 8 бура 9 в направляющем цилиндре 3. Этому радиальному положению втулки 16 соответствует положение фиксатора 27, показанное на фиг.б. В прижатом к корпусу 1 положении втулки 16 запорные ролики 14 частью своего сечения размещаются в сквозных пазах 13 направляющего цилиндра 3, а другой частью своего сечения в секторных проточках 23 передней части втулки 16. В этом случае хвостовик 8 бура 9 беспрепятственно перемещается в отверстие направляющего цилиндра 3 до упора в промежуточный элемент 7. Затем втулка 16 отпускается и под действием пружины 18 стремится занять свое исходное положение, показанное на фиг.1а, Это происходит при последующей ориентации путем поворота хвостовика 8 бура 9 до совмещения его пазов 15 со сквозными пазами 13 направляющего цилиндра 3. Возврат втулки 16 в исходное положение сопровождается перемещением запорных роликов 14 в сквозных лазах 13 направляющего цилиндра 3 до их контакта с пазами 15 хвостовика 8. Радиальное перемещение запорных роликов 14 в этом случае ограничивается стенками секторной проточки 17 задней части втулки 16. При этом в исходном положении втулки (фиг.1а) 16 запорные ролики 14 частью своего сечения располагаются в сквозных пазах 13 направляющего цилиндра 3, а другой частью сечения в пазах 15 хвостовика 8. За счет такого положения запорных роликов 14 осуществляется передача крутящего момента от направляющего цилиндра 3 к хвостовику 8 бура 9.

Для передачи крутящего момента используется только часть длины пазов 15 хвостовика 8, которая находится в контакте с

запорными роликами 14. Другая часть длины пазов 15 хвостовика 8, ненаходящаяся в контакте с запорными роликами 14, необходима для обеспечения перевода машины на безударный холостой режим работы, осуществляемый перемещением хвостовика 8 из положения на фиг.1а в сторону его извлечения из направляющего цилиндра 3, до упора передней кромки 22 пазов 15 хвостовика 8 в запорные ролики 14. Вместе с хвостовиком 8 бура 9 в ту же сторону перемещается промежуточный элемент 7 и ударник 4. При этом воздушная подушка 5 через отверстия 12 холостого хода начинает сообщаться с атмосферой, что исключает возникновение

разницы давлений над ударником 4 и под ним и, как следствие, ударного режима. Использование для передачи крутящего момента неполной длины пазов 15 хвостовика 8 создает значительные удельные давления

в месте контакта запорных роликов 14 с

пазом 15 хвостовика 8 и не позволяет такого

рода хвостовикам 8 использовать буры 9

большого диаметра бурения. Увеличение

диаметра бура 9 приводит к росту момента

сопротивления и(как следствие увеличению удельных нагрузок в зоне контакта пазов 15 хвостовика 8 с запорными роликами 14. Это приводит к смятию профиля паза 15 хвостовика 8, заклиниванию его в устройстве и к поломке самого устройства.

Увеличение надежности устройства особенно при увеличении диаметра бурения определяется снижением удельных нагрузок на хвостовик бура. Это достигается возможностью передачи крутящего момента не только через запорные ролики 14, но и через сухари 25. Для этого в устройстве предусмотрена возможность использования и закрепления хвостовика 10 бура 11, как

правило большего диаметра бурения, у которого кроме пазов 15 для взаимодействия с запорными роликами 14 имеется пара кулачковых пазов 32 для взаимодействия с сухарями 25.

Установка в устройстве бура 11с таким хвостовиком 10 осуществляется прежде всего поворотом муфты 20, кинематически связанной с втулкой 16, в направлении, противоположном стрелке со (фиг.б). Поворот

муфты 20 происходит с приложением некоторого усилия, необходимого для вывода из зацепления фиксатора 27 с продольным пазом 28 направляющего цилиндра 3. Величина усилия определяется как жесткостью пружины 29, прижимающей фиксатор 27, так и крутизной профиля продольных пазов

31и 28. Поворот-втулки 16 осуществляется до тех пор, пока фиксатор 27 не утопится в другой продольный паз 31, что сопровождается щелчком и является своего рода индикацией окончания поворота втулки 16. Угол поворота втулки равен углу а сдвига продольных пазов 28 и 31 направляющего цилиндра 3 относительно друг друга. Поворот втулки 16 из первого крайнего положения во второе сопровождается смещением ее пазов 26 относительно сухарей 27 и радиальных отверстий 24 направляющего цилиндра 3 на.тот же угол а. При этом профиль пазов 26 втулки 16 выполнен так, что при повороте втулки 16 сухари 25 плавно сдвигаются в направлении друг к другу. При этом частью своего сечения сухари 25 выдвигаются в пределы внутреннего отверстия направляющего цилиндра 3 (фиг.5). Сухари 25 удерживаются в этом положении с одной стороны стенками втулки 16, а с другой заплечиками 33 сухарей 25 (фиг.4), упирающи- мися в направляющий цилиндр 3, Закрепление бура 11 с хвостовиком 10,имеющим пару кулачковых пазов 32, осуществляется как и в первом положении втулки 16, показанном на фиг. 1, перемещением муфты 20, а следовательно, и втулки 16 в направлении корпуса 1, преодолевая действие пружины 18. Удерживая втулку 16 в прижатом к корпусу 1 положении, хвостовик 10 бура 11 продвигает в отверстии направляющего цилиндра 3. Под действием хвостовика 10 запорные ролики 14 расходятся в стороны, размещаясь частью своего сечения в сквозных пазах 13 направляющего цилиндра 3, а другой частью своего сечения в секторных проточках 23 передней части втулки 16. Далее поворотом бура 11 ориентируют хвостовик 10 до совпадения его кулачковых пазов

32с сухарями 25 и продвигают хвостовик 10 до упора в промежуточный элемент 7, Затем втулка 16 отпускается и под действием пружины 13 занимает свое исходное положение (фиг,4). При этом запорные ролики 14 перемещаются в сквозных пазах 13 направляющего цилиндра 3 до их контакта с пазами 15 хвостовика 10 и удерживаются в этом положении стенками секторных проточек 17 задней части втулки 16. Передача крутящего момента от направляющего цилиндра 3 к хвостовику 10 бура 11 в этом случае осуществляются не только через запорные ролики

14, но и через сухари 25. При этом площадь взаимного контакта между запорными роликами 14 и сухарями 25 с одной стороны и соответствующими пазами 15 и 32 хвостовика 10 с другой резко увеличивается, что приводит к пропорциональному уменьшению удельных давлений, а следовательно, к увеличению надежности эксплуатации устройства.

0 В обоих радиальных положениях втулки 16, показанных на фиг.1 и 4, извлечение хвостовиков 8 и 10 из устройства осуществляется повторным осевым смещением втулки 16 к корпусу 1 и последующим пере5 мещением хвостовика 8 или 10 в сторону, противоположную промежуточному элементу 7. Осевое перемещение втулки 16 сопровождается свободным скольжением фиксатора 27 вдоль паза 28 и 31. Перемеще0 ние хвостовика 8 или 10 сопровождается взаимодействием передней кромки 22 пазов 15 с запорными роликами 14 и их разведением в стороны так, что располагаясь частью своего сечения в .сквозных пазах 13

5 направляющего цилиндра 3, а другой частью сечения в секторных проточках 23 передней части втулки 16, запорные ролики 14 теряют контакт с пазами 15 и освобождают отверстие направляющего цилиндра 3 для

0 беспрепятственного извлечения хвостовика 8 или 10.

Вращение в направлении стрелки о) направляющего цилиндра 3 (фиг.8), особенно в момент запуска машины сопровождается

5 приложением значительной нагрузки на втулку 16, что может вывести из зацепления с направляющим цилиндром 3 фиксатор 27 и повернуть втулку 16 относительно направляющего цилиндра 3. Неопределенность

0 взаимного положения направляющего цилиндра 3 и втулки 16 могла бы нарушить работу устройства. Однако этого не происходит ни в одном из фиксированных положениях втулки 16. В положении втулки 16,

5 показанном на фиг.2 и 8, кинематическая связь ее с направляющим цилиндром 3 обеспечивается сухарями 25, взаимодействующими с пазами 26 тулки 16 с одной стороны, и с радиальными отверстиями 24

0 направляющего цилиндра 3 с другой стороны, В положении втулки 16, показанном на фиг.4 и 5(см. также фиг.5) кинематическая связь ее с направляющим цилиндром 3 осуществляется запорными роликами 14, взаи5 модействующими со сквозными пазами 13 направляющего цилиндра 3 с одной стороны и с секторными проточками 17 втулки 16 с другой стороны. В данном случае это обеспечивается тем, что величина угла сек- торных проточек 17 втулки 16 соответствует

значению угла а сдвига между собой продольных пазов 28 и 31 и определяющих крайние положения втулки 16 в радиальном положении.

Выполнение втулки 16 с возможностью как поступательного движения относительно направляющего цилиндра 3, так и вращательного позволяет радиально установить втулку 16 в двух фиксированных положениях. В одном из них возможно закрепление хвостовиков 8 и имеющих только пазы 15 для взаимодействия и соответственно передачу момента от направляющего цилиндра 3 к буру только через запорные ролики 14. Это как правило буры 9 с небольшим диаметром бурения и, следовательно, небольшим моментом сопротивления при бурении.

В другом из них возможно закрепление хвостовиков 10, имеющих, помимо пазов 15 для взаимодействия с запорными роликами 14, кулачковые пазы 32 для взаимодействия с сухарями 25. Это позволяет осуществлять передачу существенно больших значений момента сопротивления соответственно при работе с бурами 11 большего диаметра бурения.

Вместе взятое позволяет не только расширить сферу применения, закрепляя буры 9 и 11 с хвостовиками 8 и 10 различной конструкции, но главное повысить надежность устройства, особенно при бурении бурами 11с большим диаметром бурения.

Экономический эффект от применения предлагаемого устройства заключается в увеличении надежности. При прочих равных

условиях устройство позволяет в 2-3 раза увеличить ресурс машины.

Например, в перфораторе, выполненном в соответствии с прототипом, безотказная наработка устройства крепления рабочего инструмента с буром максимального диаметра составляет 30 ч.

Выполнение перфоратора в соответствии с предлагаемым устройством увеличивает безотказную наработку в 2-3 раза соответственно до 60-100 ч.

Формула изобретения Устройство крепления рабочего инструмента, содержащее корпус, размещенные в нем с возможностью вращения направляющий цилиндр со сквозными пазами для размещения запорных роликов и взаимодействия с пазами хвостовика рабочего инструмента и охватывающую ролики

подпружиненную втулку с проточкой, установленную с возможностью осевого перемещения относительно направляющего цилиндра, от личающееся тем, что, с целью увеличения надежности, оно енабжено двумя сухарями и фиксатором, втулка установлена с возможностью поворота и в ней выполнены радиальные отверстия для установки фиксатора, две диаметральные секторные проточки и два паза для взаимодействия с запорными роликами и сухарями соответственно, последние размещены в радиальных отверстиях на- правляющего цилиндра с возможностью радиального перемещения, а на внешней

поверхности направляющего цилиндра выполнены два продольных паза для взаимодействия с фиксатором.

Изобретение относится к машиностроению и позволяет повысить надежность устройства крепления рабочего инструмента, содержащего корпус, размещенные в нем с возможностью вращения направляющий цилиндр со сквозными пазами для размещения запорных роликов, для взаимодействия с пазами хзостовика рабочего инструмента, иохватывающую ролики подпружиненную втулку с проточкой, установленную с возможностью осевого перемещения относительно направляющего цилиндра. Целью изобретения является повышение надежности крепления рабочего инструмента. Это достигается тем, что устройство снабжено двумя сухарями и фиксатором, втулка установлена с возможностью поворота и в ней выполнены радиальные отверстия для размещения фиксатора, диаметрально противоположные две секторные проточки и два паза для взаимодействия с запорными роликами и сухарями соответственно, последние размещены в выполненных радиально в направляющем цилиндре отверстиях с возможностью радиальных перемещений, а на внешней поверхности направляющего цилиндра выполнены два продольных паза для взаимодействия с фиксатором. При бурении бурами большого диаметра требуется преодоление большого момента сопротивления, что создает большие удельные нагрузки на пазы хвостовика бура и приводит к их смятию. Для повышения надежности передачи момента бурам большого диаметра хвостовики последних дополнительно имеют кулачковые пазы, взаимодействующие с сухарями направляющего цилиндра. 2 ил. 4V & 2 VI S3 О о

092ЛШ

092ЈШ

Фиг: 5

W

М

А-А

з

Фиг. 6

Г-Г