Гидроударник Советский патент 1992 года по МПК E02D7/10 E02D7/18 

Изобретение относится к технике горной промышленности и может быть использовано при бурении скважин различного назначения, погружении и извлечении свай, шпунта и т.д.

Известен гидроударник конструкции Донецкого политехнического института, включающий корпус с цилиндром, в котором размещен поршень бойка, крышку цилиндра с каналами, впускной и выпускной клапаны, связанные толкателем, а также верхнюю и нижнюю наковальни.

Рабочая жидкость, подаваемая в гидроударник насосом, поступает под поршень бойка и перемещает его вверх. В конце хода вверх поршень наносит удар по выпускному клапану, вызывая перестановку клапанов в верхнее положение, а,боек наносит удар по

верхней наковальне. При новом положении клапанов рабочая жидкость поступает как под поршень бойка, так и в надпоршневую полость цилиндра. Благодаря тому, что рабочая площадь поршня гидроударника со стороны надпоршневой полости цилиндра больше, чем его рабочая площадь со стороны подпоршневой полости, боек совершает ход вниз, производя при этом перестановку клапанов в исходное положение и нанося удар по нижней наковальне. Рабочая жидкость вновь поступает только в подпоршне- вую полость цилиндра и цикл работы устройства повторяется.

Недостаток описанного гидроударника - малая энергия единичного удара по наковальням, обусловленная большими потерями скорости на участке свободного хо2

VI

СЛ Ю Ч)

да, когда он движется по инерции, а впускной и выпускной клапаны открыты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является гидроударник, включающий корпус с наковальнями и цилиндром с крышкой, выполненной с каналами, боек, соединенный с ним ступенчатый поршень, имеющий полость, выпускной клапан с подпружиненным относительно бойка хвостовиком, заведенным в полость поршня, и впускной клапан, связанный с выпускным посредством толкателя.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая жидкость от насоса поступает под поршень бойка и перемещает его вверх. В конце хода вверх поршень ударяет по выпускному клапану, вызывая перестановку клапанов в верхнее положение, а боек наносит удар по верхней наковальне. При новом положении клапанов рабочая жидкость поступает как в подпоршневую, так и в надпоршневую полости цилиндра, а поршень, благодаря своей ступенчатой конструкции, движется вниз, переставляя в конце хода клапаны в исходное положение и нанося удар по нижней наковальне нижним торцом бойка. Жидкость вновь поступает только в подпоршневую полость цилиндра и цикл работы устройства повторяется.

Недостаток описанного гидроударника - малая энергия единичного удара по нижней наковальне, обусловленная большими потерями его скорости на участке свободного хода, когда оба клапана открыты, а боек движется вниз по инерции, преодолевая тормозящую силу, вызванную гидравли- ческими сопротивлениями перетоку рабочей жидкости в механизме.

Целью изобретения является увеличение энергии единичного удара бойка по нижней наковальне путем устранения его свободного хода.

Указанная цель достигается тем, что в известном гидроударнике, включающем корпус с наковальнями и цилиндром с крышкой, выполненной с каналами, боек, соединенный с ним ступенчатый поршень, имеющий полость, выпускной клапан с подпружиненным относительно бойка хвостовиком, заведенным в полость поршня, эпускной клапан, связанный с выпускным посредством толкателя, боек соединен с поршнем, полость которого выполнена сквозной, с возможностью осевого перемещения на величину, соответствующую ходу клапанов, при этом верхняя часть бойка снабжена уплотнением и заведена в полость поршня концентрично ему,

На фиг. 1 изображен гидроударник в исходном положении; на фиг. 2 - то же, в моментудара бойка по верхней наковальне; на фиг. 3 - то же, в момент удара бойка по

нижней наковальне.

Гидроударник (фиг. 1) состоит из корпуса 1, жестко связанного с верхним переходником 2, верхней 3 и нижней 4 наковальнями. С верхним переходником 2

0 соединена крышка 5 цилиндра 6, оборудованная впускными 7 и выпускными 8 каналами. В цилиндре 6 установлен ступенчатый поршень 9. Верхняя часть оойкэ 10, шток 11 которого установлен манжетой 12 и заведе5 на в полость поршня 9 концентрично ему. Хвостовик выпускного клапана 13 подпружинен относительно бойка 10 пружиной 14, а впускной клапан 15 подпружинен относительно верхнего переходника 2 пружиной

0 16 и связан с выпускным клапаном 13 толкателями 17.

Гидроударник работает следующим образом, В исходном положении (фиг. 1) боек 10 под действием собственного веса нахо5 дится в крайнем нижнем положении, выпускной клапан 13 открыт, а впускной клапан 15 перекрывает впускные каналы 7 в крышке 5 цилиндра 6 под действием собственного веса и усилия пружины 16. Поршень 9

0 также находится в крайнем нижнем положении под действием собственного веса и опирается своим нижним торцом на боек 10.

Для запуска гидроударника в механизм по каналам в верхнем переходнике 2 пода5 ется рабочая жидкость, которая, попадая под поршень 9,.вызывает его перемещение вверх. Вследствие того, что боек 10 соединен с поршнем 9 с возможностью осевого перемещения на величину, соответствую0 щую ходу клапанов 13 и 15 - S2, а верхняя часть бойка 10 снабжена уплотнительной манжетой 12 и заведена в полость поршня 9 концентрично ему, происходит следую- щее.чТоршень 9 движется вверх до момента,

5 пока не будет пройдено расстояние, равное ходу клапанов 13 и 15 - S2, а затем продолжает разгон совместно с бойком 10, захватив его верхнюю часть. Во время совместного движения поршня 9 с бойком Южидкость через выпускной канал 8 вытес0 няется в окружающую среду, а пружина 14 сжимается, поскольку выпускной клапан 13 удерживается в исходном положении толкателями 17, упирающимися во впускной клапан 15, на который действует давление

5 рабочейжидкости. Пройдя совместно с бойком 10 расстояние, равное рабочему ходу бойка 10 вверх SB и-определяемое как разность полного хода бойка 10 Si, и половины хода клапанов 13 и 15 - $2, поршень 9 своим

верхним торцом наносит удар по тарелке выпускного клапана 13, вызывая тем самым перестановку клапанов 13 и 15 в верхнее положение. При этом оставшийся до верхней наковальни 3 путь, равный половине хода клапанов 13 и 15 - 82, боек 10с поршнем 9 проходят за счет накопленной во время рабочего хода вверх SB кинетической энергии совместно с клапанами 13 и 15. Эта фаза рабочего цикла механизма заканчивается ударом бойка 10 по верхней наковальне 3, который в виде волны упругой деформации передается на корпус 1 гидроударника.

Оставшуюся половину своего хода S2 клапаны 13 и 15 проходят за счет инерционных сил и под действием сжатой пружины 14 (фиг. 2). В верхнем положении впускной клапан 15 открывает впускные каналы 7 в крышке 5 цилиндра 6, а выпускной клапан 13 перекрывает выпускной канал 8 и удерживается на своем посадочном месте давле- нием рабочей жидкости со стороны надпоршневой полости цилиндра 6. На этой фазе рабочего цикла механизма рабочая жидкость получает доступ как в подпоршне- вую полость цилиндра 6, так и в его надпор- шневую полость. Благодаря тому, что верхняя часть бойка 10 снабжена уплотни- тельной манжетой 12 и заведена в полость поршня 9 концентрично ему, боек 10 под действием давления рабочей жидкости на его верхний торец (в этом случае рабочая площадь равна площади уплотненной относительно нижней наковальни 4 части штока 11) начинает движение вниз, увлекая за собой ступенчэтый поршень 9.

В это время происходит переток рабочей жидкости, вытесняемой из-под поршня 9 в надпоршневую полость цилиндра 6 через открытые впускные каналы 7 в крышке 5 цилиндра 6. Пройдя расстояние, равное рабочему ходу вниз SH (в предлагаемом гидроударнике рабочий ход вниз SH, и полный ход Si бойка 10 равны), боек 10 наносит удар по нижней наковальне 4 (фиг. 3).

Таким образом, благодаря тому, что боек 10 соединен с поршнем 9, полость которого выполнена сквозной, с возможностью осевого перемещения на величину, соответствующую ходу клапанов 13 и 15 - S2, а верхняя часть бойка 10 снабжена уплотнительной манжетой 12 и заведена в полость поршня 9 концентрично ему, боек 10 наносит удар по нижней наковальне 4 в конце рабочего хода вниз SH. не затрачивая энергию на преодоление гидротормржения, возпикающего после открытия выпускного клапана 13.

В момент удара бойка 10 по нижней наковальне 4 поршень 9, который во время совместного движения с бойком 10 приобрел скорость, равную предударной скорости последнего, продолжает двигаться по инерции вниз, нанося удар по хвостовику выпускного клапана 13 срывая последний с его посадочного места в крышке 5 цилиндра

6. Клапаны 13 и 15 с поршнем 9 совершают ход вниз на величину их хода до упора поршня 9 в боек 10 (фиг. 1), Жесткость пружины 16 подбирается таким образом, чтобы компенсировать усилие пружины 14, направленное на удержание выпускного клапана 13 и верхнем положении. В момент соударения поршня 9 с бойком 10 впускной клапан 15 закрывается, а выпускной клапан 13 открывается.

Рабочая жидкость вновь поступает в подпоршневую полость цилиндра 6 (фиг. 1), и цикл работы механизма повторяется.

Ударные импульсы, передающиеся на корпус 1 от наковален 3 и 4, используются

для совершения работы по погружению в грунт или извлечению из него обсадных труб, свай, шпунта и других элементов.

Формула изобретения

Гидроударник, включающий корпус с наковальнями и цилиндром с крышкой, выполненной с каналами, боек, соединенный с ним ступенчатый поршень, имеющий полость, выпускной клапан с подпружиненным относительно бойка хвостовиком, заведенным в полость поршня, впускной клапан, связанный с выпускным посредством толкателя, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергии единичного

удара бойка по нижней наковальне, боек соединен с поршнем, полость которого выполнена сквозной, с возможностью осевого перемещения на величину, соответствующую ходу клапанов, при этом верхняя часть

бойка снабжена уплотнением и заведена в полость поршня концентрично ему.

Использование: при бурении скважин различного назначения для выполнения основных и вспомогательных операций технологического процесса проходки выработки и для погружения и извлечения свай, шпунта. Гидроударник содержит корпус 1 с наковальнями 3 и 4 и цилиндром 6, в котором размещен ступенчатый поршень 9, соединенный с ним боек 10, крышку 5, выпускной клапан 13. Хвостовик клапана 13 подпружинен относительно бойка 10 и заведен в его полость. Впускной клапан 15 связан с выпускным клапаном 13 посредством толкателя 17. Поршень 9 выполнен со сквозной полостью и соединен с бойком с возможностью ограниченного осевого перемещения на величину, соответствующую ходу клапанов 13 и, 15. Верхняя часть бойка 10 снабжена уплотнением 12 и заведена в полость поршня концентрично ему. 3 ил. /V