Отражатель волн сжатия Советский патент 1993 года по МПК E21C3/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к машинам, предназначенным для ударного бурения и дробления горных пород.

Целью изобретения является повышение КПД использования энергии ударных импульсов, а также защита ударного устройства от воздействия отраженных от забойной части скважины волн сжатия путем повышения эффективности их отражения от отражателя.

Поставленная цель достигается тем. что отражатель выполнен в виде осесимметрич- ного тела, диаметр которого в 6-7 раз превышает диаметр волновода, и имеет длину не менее длины ударника ударного устройства, при этом отражатель снабжен фиксирующим упругим элементом с осевым размером, выбранным .больше заданного размера хода узла фиксации.

Неизвестен отражатель с подобной совокупностью признаков. Предлагаемое выполнение отражателя позволяет

существенно увеличить КПД системы, а также защищенность ударного механизма от вредного воздействия отраженных от забоя волн сжатия.

В устройстве, принятом за прототип, отражение волн сжатия определяется совокупной акустической жесткостью втулки, надеваемой на волновод, и элементов конструкции ударного устройства. При этом для увеличения акустической жесткости отражательной системы втулка вплотную прилегает к корпусу ударного устройства. Вначале отражение волны сжатия происходит от втулки, далее через неё от корпуса и его внутренних элементов. Геометрия корпуса и других конструктивных элементов такова, .что они не могут иметь значительную акустическую жесткость, обеспечивающую эффективное отражение волн сжатия. Описанная конструкция отражателя также не обеспечивает защиты ударного механизма от вибраций, так как элементы конструкции непосредственно являются элементами отражателя.

w

Ё

00

о о о

Отмеченные недостатки прототипа существенно уменьшают КПД ударной систе- мы и не решают вопроса : виброзащищенности элементов ее конструкции.

Предлагаемая конструкция отражателя позволяет увеличить эффективность отражения волн сжатия, что увеличивает КПД системы и снижает их вредное воздействие на узлы ударной машины.

Положительный эффект достигается за счет увеличения в 6-7 раз по сравнению с волноводом диаметра осесимметричного тела, используемого в качестве отражателя. При этом длина отражателя должна быть не менее длины ударника ударного устройства. Узел фиксации необходим для возврата тела - отражателя в исходное положение до упора со стопором в промежутки времени между отражаемыми импульсами.

Как известно, эффективность отражения волн сжатия зависит от соотношения акустических жесткостей отражателя и волновода, пропорциональных квадратам их диаметров.

Для Л-- образных или близких к ним волн, как правило, реализуемых.в ударных технических устройствах, эффективность отражения энергии волны сжатия определяется соотношением

(

-DV

(Dгде Е 1 и Е2 - соответственно энергии и падающей и отраженной от отражателя волны сжатия.

Из (1) следует, что при соотношении диаметров поперечных сечений отражателя и волновода, равном 6-7, энергия, отражаемая в сторону забоя, составляет 90-92% от первоначальной энергии волны сжатия, упавшей, на отражатель.

Уменьшение соотношения диаметров менее 6 приводит к снижению эффективности отражения, что соответственно снижает КПД системы и-увеличивает вибрацию ударного устройства. Так, при соотнЬшении диаметров, равном 5, отраженная энергия составляет 85% от упавшей.

Увеличение соотношения диаметров более 7 также нецелесообразно, так как при значительном росте массы отражателя (d2) эффективности отражения увеличивается

cto незначительно. Так, при -г- 8 (увеличение

массы отражателя 30%) эффективность отражения увеличивается 2%.

Через отражатель в ударное устройство попадает не более 8-10% энергии, что существенно снижает его вибрацию и значительно увеличивает надежность элементов

5 конструкции,

Длина отражателя не может быть меньше длины ударника ударного устройства. Это обусловлено тем, что длительность наиболее эффективного отражения волны сжаТия от отражателя определяется моментом прихода волны растяжения от его противоположного торца. После этого момента все тело отражателя будет охвачено поступательным движением в направлении ударной

5 машины, и, вследствие этого, эффективность отражения уменьшится. Так как длительность наиболее эффективной (головной) части импульса определяется длиной удар- . ника ударной машины, поэтому длина отра0 жателя не может быть менее его длины. В

тех случаях, когда генерируемый ударником

импульс имеет многоступенчатую форму,

отражатель может быть длиннее ударника.

Фиксирующий упругий элемент, соеди5 неиный с отражателем, служит для возврата отражателя в исходное положение, до упора со стопором, жестко связанным с волноводом, За время до прихода последующей вол1 ны сжатия, отраженной от забоя. Для

0 обеспечения необходимого для этого уси- лия, определяемого условиями работы, упругий элемент имеет осевые размеры, выбранные больше заданного размера хода узла фиксации.

5 Устройство, принятое за прототип, не обладает .совокупностью перечисленных признаков, поэтому его работа малоэффективна.

На фиг. 1 изображен отражатель в ис0 ходном состоянии: на фиг. 2 - в момент прохождения волны сжатия в сторону забоя; на фиг. 3-е момент отражения. ,

Отражатель состоит из массивного тела 1, надетого на штангу-волновод 2, стопора

45 з, жестко связанного с волноводом, фиксирующего упругого элемента А. имеющего

i возможность предварительного поджатия с помощью фланца 5. и фиксирующего винта 6.

50 Отражатель работает следующим образом.

В исходном состоянии тело отражателя 1 с помощью фиксирующего упругого элемента А поджато к стопору 3.

55 в момент удара ударником по штанге- волноводу генерируется волна сжатия, которая беспрепятственно проходит в сторону, забоя, так как массивное тело отражателя в этом случае практически не взаимодейству- ет с волноводом. При этом упругий элемент

фиксатора сжимается под действием инерционных сил тела отражателя (фиг. 2).

До момента прихода из забойной части отраженных импульсов тело отражателя под действием упругого элемента 4 возвра- щается в исходное состояние, т.е. до упора со стопором 3,

В момент отражения (фиг. 3)массивное тело отражателя взаимодействует через стопор с отраженной от забойной части вол- ной сжатия. Наиболее интенсивное взаимодействие тела и отражаемой волны имеет место до прихода от противоположного торца отражателя волны разгрузки, после чего все тело отражателя охватывается поступа- тельным движением в направлении ударника. Упругий элемент фиксатора сжимается. После завершения отражения тело отражателя возвращается в исходное состояние до следующего цикла отражения.

В зависимости от условий работы степень поджатия упругого элемента узла фиксации может меняться перемещением фланцевого узла 5 с фиксирующим винтом 6.

Предлагаемый отражатель позволяет увеличить КПД ударного механизма, снизить его вибрацию и повысить долговечность, а также существенно улучшить эргономические показатели при эксплуатации ударной машины в условиях производства.

Формула изобретения

Отражатель волн сжатия, включающий волновод со стопором и тело, которое установлено на волноводе с возможностью подвижного взаимодействия с упругим элементом узла фиксации, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД использования энергии ударных импульсов и повышения эффективности работы, тело имеет симметричную относительно оси волновода форму, при этом диаметр тела в 6-7 раз превышает диаметр волновода, а его длина составляет не менее длины ударника ударного устройства, при этом узел фиксации закреплен на волноводе, а осевой размер упругого элемента превышает величину хода тела под воздействием отраженной ударной волны, причем тело имеет повышенную по сравнению с волноводом акустическую жесткость.

Использование: относится к машиностроению, в частности к машинам, прёдназначенным для ударного бурения и дробления горных пород. Сущность изобретения: отражатель выполнен в виде осесимметрич- ного тела, надетого на волновод. При этом диаметр тела в 6-7 раз превышает диаметр волновода и имеет длину не менее длины ударника ударного устройства. В исходном состоянии отражатель уперт в стопор, жестко связанный с волноводом, и снабжен фиксирующим упругим элементом с осевым размером, выбранным больше заданного размера хода тела под воздействием отраженной ударной волны. 3 ил.

Ш77/

Риг. {

Фиг.2