Гидропневматическое устройство ударного действия Советский патент 1979 года по МПК E21B1/26 B25D9/14 

1

Изобретение относится к горной промьшленности и касается инструментов ударного действия.

Известны гидропневматические устройства ударного действия, содержащие размещенный в корпусе ударный поршень, который имеет возможность осевого возвратно-поступательного перемещения для совер.чения удара, и систему подвода и распреде ления энергоносителя 1.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению пвляется гидропневматическое устройство ударного действия, содержащее корпус, в центральном канале которого с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения установлен ударный поршень, совершающий рабочий ход под действием энергии пневмоаккумулятора, постоянно сообщенного с камерой рабочего хода и расположенного коаксиально последней, и обратный ход под действием энергии рабочей жидкости камеры взвода, и систему управления 2 .

Такое устройство недостаточно надежно в работе.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности устройства.

Это достигается тем, что в ; устройстве предусмотрена дополнительная гидравлическая камера, которая расположена коаксиально пневмоаккумулятору и периодически сообщена 6 камерой взвода. При этом пневмоаккумулятор и дополнительная гидравлическая камера в поперечном с.ечении могут иметь форму кольца.

На фиг. 1, 2 и 3 показаны части предлагаемого устройства, продольное сечение; на фиг. 4 - часть уданого поршня; на фиг. 5 - часть устройства с гид1)авлической цепью при открытом положении регулирующего клапана.

Устройство монтируют на поворотной стреле, установленной на подвижном основании, например раме трактора, и подвижно связанной с ним, например, с помощью гидравлических домкратов. В результате этого устройство можно селективно устанавливать у поверхности породы или друго среды и приводить его в действие, например, от гидравлического привода. Устройство содержит корпус 1, в центральном канале 2 которого установлен уларкмй поршень 3. Пневматический аккумулятор имеет удлиненный цилиндрический корпус 4, расположенный соосно с корпусом 1 и охватывающий его наружную периферичес кую часть, в результате чего между корпусом 1 устройства и корпусом 4 аккумулятора образована полость 5 собственно аккумулятора. В устройстве предусмотрена дополнительная гидравлическая камера б, имеющая корпус 7. Камера 6 расположена коак сиально пневмоаккумулятору и имеет/ как и полость 5, в поперечном сечении форму кольца. Корпус 1 установлен соосно с патроном 8 и расположен за ним. Между корпусом 1 и патроном 8 расположен жестко связанный с ними корпус 9цилиндрической камеры высокого давленйя. В патроне 8 подвижно установлен инструмент 10. Корпус 1 имеет заглушку 11, в ко торой установлены амортизирующий 12 и замедляющий 13 клапаны, и крышку 14, расположенную за загл тйкой 11 и плотно посаженную на корпус 1, корпус 4 аккумулятора и корпус 7. В корпусе 9, имеквдем ступенчатую внутреннюю цилиндрическую поверхность 15, установлена гильза 16, ко торая выполнена с фланцем 17 на переднем конце. Кроме того, в корпусе 9 образована собственно камера высокого давления 18, сообщенная с каналом 2, и установлен гильзовый клапан 19. В собранном виде передНИИ конец корпуса 1 плотно посажен на гильзу 1б, а хвостовая часть патрона 8 плотно установлена внутри корпуса 9 камеры высокого давления. Патрон 8 жестко закреплен при помощи кольцевого диска 20, через который пропущены скалки 21. Каждая скалка 21 последовательно проходит через.диск 20, корпус 9 и крышку 14 и имеет гайки 22, которые навернуты на ее концы для скрепления указанны элементов устройства. Внутри цилиндрического патрона 8 расположена втулка 23, которая своим верхним ко цом упирается в торец гильзы. Втулка 23 имеет уплотнительное кольцо 24.. Соосно с патроном 8 на некотором расстоянии от втулки 23 установлена предохранительная втулка 25, котора посредством предохранительньк элементов, например тарельчатых пружин 26, удерживается в распор между втулкой 23 и упорной втулкой 27.Пат рон 8 закреплен посредством круглой накидной гайки 28, навернутой на ре зьбовой участок 29. Гайка 28 выполнена с фланцем 30, удерживающим предохранительную втулку 25 при помощи упорной втулки 27. Пружины 26, втулки 25 и 27, а также гайка 28 предназначены для гашения кинетической энергии ударов инструмента 10, которые возникают при ненаправленном ударе или вследствие потери давлени-я газа в амортизаторе. Инструмент 10 имеет направлякнций участок 31 увеличенного диаметра, удлиненную часть 32, жестко связанную с участком 31, и шток 33, жестко связанный с участком 31.Между предохранительной втулкой 25 и частью 32 инструмента 10, а также между участком 31 и втулкой 23 установлены кольцевые уплотнения 34 и 35, обеспечивающие герметизацию стыков и ограничивающие полость 36. Поток газа (например, воздух или азот) поступает по каналу 37, сообщенному с продольной проточкой 38 на наружной повехности втулки 23 и с полостью 36 через окно 39 во втулке 23.В корпусе 9 установлены цилиндр 40 и гильза 41, которая удерживается фланцем 42 с помощью ряда расположенных по окружности болтов крепления 43. Фланец 42 охватывает и уплотняет наружную поверхность гильзового клапана 19 посредством кольцевого уплотнения 44. В корпусе 9 выполнены каналы 45 и 46, которые связывают клапан 19 с соответствующим средством гидравлического напора, например с конусом 47. На внутренней поверхности клапана 19 выполнена кольцевая проточка 48, а в его теле - ряд размещенных по окружности наклонных каналов 49. На практике клапан 19 взаимодействует с контуром 47, приводя в действие ударный поршень 3. Контур 47 содержит источник нагнетаемой под давлением рабочей жидкости (например, насос) 50, взаимодействующий с клапаном 19 посредством трубопроводов 51 и 52, отсечной клапан 53 для периодического направления потока жидкости в полости у торцов клапана 19 и клапан 54 автоматической регулировки давления, установленный в трубопроводе 55. Отсечной клапан 53 имеет пружину 56 и сообщен с резервуаром 57. Корпус 7 дополнительной гидравлической камеры 6 имеет на концах два фланца, соединенных с ним при помощи сварки, противоударные детали 58 (например, упругие кольцевые прокладки) и уплотнения 59 для герметизации зазоров между сопрягаемыми поверхностями. Камера 6 сообщается с центральным каналом 2 при помощи расположенных по окружности и с резервуаром (не показан) через Ъливные отверстия 61, соединенные с трубопроводом 62. Корпус 4 аккумулятора имеет фланцы 63 и 64, закрепленные с помощью резьбовых соединений 65 и 66. В результате корпус 4 прочно удерживает5ся между крышкой 14 и кольцевым фланцем 67 корпуса 1. Противоударный фланец 68 с упругим амортизирующим кольцом 69 расположен на несущей детали 70. Аналогичная упругая противоударная деталь 71 охватывает корпус 1 и рас положена между фланцем 64 и крышкой 14. Для герметизации сопряжений предусмотрены уплотнения 72 и 73. Корпус 4 аккумулятора имеет впус ной канал 74 для сообщения полости 5 аккумуляторов источником газа под давлением (например,баллоном с азотом) при помощи трубопровода 75. Полость 5 аккумулятора сообщена с центральным каналом 2 посредством равномерно расположенных по окружности окон 76 для подачи газа под давлением в камеру рабочего хода для осуществления рабочего хода ударного поршня 3. Заглушка 11 имеет расточку 77, постоянно сообщенную с центральным каналом 2 и выполненную с меньшим диаметром, чем канал 2. Расточка 77 сообщена с полостью 5 аккумулятора через клапаны 12 и 13. Амортизирующий клапан 12 содержит шарик 78 и спиральную пружину 79 и пропускает «через себя поток рабочей среди в постоянном направлении. Канал 80, являющийся продолжением расточенного отверстия, в котором установлен клапан 12, через кольцевую проточку 81 сообщен с расточкой 77 с помощью радиальных окон 82. Радиально направленный канал 83 сообщает расточку, в которой установлен клапан 12, с полостью 5 акку мулятора через канал 84, выполненный -в теле корпуса 1. 1Чарик 78 расположен в седле 85. в процессе работы клапан 12 пропускает газ из расточки 77 в полост 5 при амортизирующем движении в соо ветствии с давлением, которое сдвигает шарик 78 с седла 85, отжимая пружину 79. Встречный поток газа и полости 5 в расточку 77 предотвращен в результате прижима шарика 78 к седлу 85 под действием пружины 7 Замедляющий клапан 13 расположен в продольной рвсточке с устьем 86, которая сообщена с расточкой 77 и имеет иглу 87, расположенную в сед ле 88. Положение иглы 87 регулирую винтом 89. Продольная расточка кла пана 13 сообщена посредством каналов 90 и 91 с полостью 5 аккумулятора. При работе игольчатый замедляющий клалан 13 служит для регули ровки потока нагнетаемого под давлением газа из полости 5 в расточк 77 при замедлении хода ударного поршня 3 в со скоростью, заданной установкой регулировочного ринта 89. Удаоный поршень 3 содержит цилиндрическую полую часть 92,ударную часть 93 и сердечник 94 в виде цилиндрического твердого тела,расположенного в цилиндрической полой части 92 и удерживаемого в ней крышкой 95(например,ввернутой на резьбе).ИзготовЛение поршня J и с- рдечника У4 из различных материалов позволяет изменять массу и вес ударного поршня. Сердечник 94 может иметь любую геометрическую форму, необходимо только, чтобы центр тяжести поршня 3 совпадал с его продольной осью. Например, сердечник может быть выполнен в виде ряда элементов, расположенных по окружности около оси ударного поршня. Ударный поршень 3 имеет кольцевые уплотнения 96 и ряд лабиринтных уплотнительных канавок 97. Канавки 97 могут иметь различные глубину, ширину, пере(«чки и конфигурацию поперечного сечения для создания оптимального эффекта уплотнения (см. фиг. 4). Уплотнитеьные .лабиринтные канавки могут быть выполнены ч на других элементах устройства. В поршне 3 выполнены каналы 98 и 99. Ударная часть может заканчиваться конусом 100, У гол о: наклона поверхности которого равен 0-2. На ударном поршне 3 смонтировано амортизирующее кольцо 101. Перед началом работы устройства полость 5 аккумулятора и камеру рабочего хода центрального канала 2 за ударным поршнем 3 заполняют сжатым газом. Полость 36 также заполняют сжатым газом. По окончании зарядки источник газа под давлением (не показан) отключают, а каналы 74 и 37 перекрывают, например, клапанами (не показаны). На фиг. 2 ударный поршень 3 показан в начальной фазе взвода. клапан 19 заперт давлением жидкости, поступающей от насоса 50 в полость 102 у торца клапана 19 по трубопроводу 52 через клапан 53 и канал 46. На этой стадии работы устройства положение клапана 53 противоположно положению, показанному на фиг. 5. Поток жидкости от насоса 50 направляется также в ту часть центрального клапана 2, которая расположена перед ударным поршнем 3 и является камерой взвода, и в камеру высокого давления 18 по трубопроводу 51, каналу 45 наклонным каналам 49 и затем в кольцевую проточку 48. Созданный таким образом поток жидкости взводит ударный поршень 3, что сопровождается повышением давления жидкости в трубопроводе 51. Жидкость под этим давлением передается по трубопроводам 51 и 52 и через клапан 53 в полость 102, в результате чего клапан 19 сдвигается до упора во фланец 103

корпуса 1. Таким образом клапан 19 .закрывает окна 60, что предотвращает утечкИЖидкости через них в гидравлическую камеру 6,

Взвод ударного поршня 3 продолжается до тех пор, пока его хвостовик не пройдет окна 76. При этом нагнетание газа в полость 5 аккумулятора прекращается и начинается амортизационный ход ударного поршня 3, во время которого он входит в расточку 77, направляя газ под давлением в полость 5 аккумулятора через амортизирующий клапан 12. Сопротивление потоку жидкости, создаваемое амортизирующим клапаном, замедляет скорость движения ударного порилня 3. Как только хвостовик поршня 3 пройдет окна 82, его движение останавливается давлением газа. При этом объем запертого газа межлу хвостовиком поршня 3 и торцом 104 заглушки 11 через замедляющий клапан 13 направляется в полость 5 аккумулятора .

При возрастании сопротивления движению ударного поршня 3 при его взводе давление в контуре 47 возрастает и при его определенной величине открывается клапан автоматической регулировки давления. Это приводит к смещению клапанй 53 в положение, показанное на фиг. 5. В результате поток жидкости из контура 47 сбрасывается на слив в резервуар 57 При этом жидкость из полости 102 также сливается в резервуар 57, что способствует перемещению клапана 19 вперед в открытое положение.

Окна 60 начинают открываться и жидкость, находящаяся в центральном канале 2, начинает перетекать в гидравлическую камеру 6. В процессе хода замедления на ударный поршень 3 действует только поток энергоносителя из замедляющего клапана 13, так как .амортизирующий клапан 12 предотвращает обратное перетекание газа из полости 5 в расточку 77. Регулировкой замедляющего клапана 13 можно при необходимости изменять процесс замедления ударного поршня 3. Замедляющий ход заканчивается в тот момент, когда хвостовик поршня 3 открывает окна 76.После этого на поршень 3 действует вся сила газа,ранее заряженного в полости 5 аккумулятора в результате чего поршень 3 смещается вперед, осуществляя рабочий ход. К этому времени клапан 19 полностью открыт. При движении ударный поршень 3 вытесняет жидкость из камеры взвода центрального канала 2, находящуюся перед ударным поршнем 3, в гидравлическую камеру 6 через окна 60. Камера 6 по объему значительно больше центрального канала 2, поэтому ударный поршень 3 в процессе рабочего хода испытывает незначительное сопротивление жидкости.

Ударная часть 93 пор11шя 3 начинает входить внутрь камеры 18. Этот процесс облегчается перетеканием жидкости, оставшейся в камере 18, в канал 2 через каналы 98 и 99. Конус 100 обеспечивает равномерное вхождение ударной части 93 в камеру 18. По мере того как ударная часть 93 входит все глубже в камеру 18, выход канала 98 также входит в эту камеру. Затем расширенная часть конуса 100 уменьшает радиальный зазор между элементами, уменьшая перетекание жидкости. Ударная часть 93 воздействует на шток 33 инструмента 10, создавая импульс высокого давления, который передается на поверхность породы, разрушая ее.В момент удара поршня 3 практически вся жидкость из канала 2 вытеснена в камеРУ 6.

Во время рабочего хода ударного поршня 3 поток жидкости от насоса 5 сливается в резервуар 57, в результате этого давление в контуре 47 понижается до нижней величины давлени клапана 54. Клапан 54 закрывается, а клапан 53 возвращается в исходное положение под действием пружи{ ы 56. Насос 50 начинает подавать поток жидкости по трубопроводу 52 через клапан 53 в полость 102, сдвигая клапан 19 до закрытия окон 60 и сообщения наклонных каналов 49 и кольцевой проточки 48 с каналом 45. В результате поток жидкости направляется в центральный канал 2, взводя ударный поршень 3. Далее цикл повторяется.

В процессе работы газ полости 36 обычно сдвигает инструмент 10 назад и амортизирует его продвижение вперед. При ненаправленном ударе инструмент 10 бьет, по предохранительным элементам 26, которые при этом деформируются, находясь в зажатом состоянии между ответными поверхностями 105 и 106, выполненными на торцах направляющего участка 31 инструмента 10 и втулки 25. Если инструмент 10 ударяет в предохранительные элементы 26 с предельно высокой энергией, то элементы 26 поглощают ее значительную часть за счет прогиба или среза, а втулка 25 дополнительно поглотит энергию. Оставшаяся часть непоглощенной энергии выдвигает инструмент 10, остатки предохранительных элементов 26 и втулку 25 из патрона 8, не причинив никакого вреда.

В другом случае предохранительные элементы 26 могут деформироваться без их среза. Тогда втулка 25 выталкивается вперед, заставляя разрушаться упорную втулку 27 или гайку 28 ( или обе эти детали). Таким образом втулка 25, предохранительные элементы 26 и упорная втулка 27 служат не только для поглощения пиковых энергетических нагрузок, но и предотвращает разрушение основных элементов устройства. Формула изобретения 1, Гидропневматическое устройство ударного действия, содержащее корпус, в центральном канале котор го с возможностью осевого возвратно-поступательного перемещения уст новлен ударный поршень, совершаю.щий рабочий ход под действием энергии пневмоаккумулятора, постоянно сообщенного с камерой рабочего хода и расположенного коаксиально послед ней, и обратный ход под действием энергии рабочей жидкости камеры взвода, и систему управления, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности устройства, в нем предусмотрена дополнительная гидравлическая камера, которая расположена коаксиально пневмоаккумулятору и периодически сообщена с камерой взвода, 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что пневмоаккумулятор идополнительная гидравлическая камера в поперечном сечении имеют форму кольца. Источники информации, принятые во внимание при экспертае 1.Авторское свидетельство СССР 407016, кл. Е 21 С 3/20, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР 420736, кл, Е 21 С 3/20, 1970.

Ю

28 23

32

§ И

0Ut

// /

19 11 я

7

103

0Ui5