Гидравлическое устройство ударного действия Советский патент 1980 года по МПК E21B6/02 E21B1/26 

(54) ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО

1

Изобретение относится к области горной промышленности, а именно, к устройствам ударного действия, применяемым для бурения шпуров и скважин.

Известно устройство ударного действия, содержаш.ее основной и промежуточный корпус, камеры высокого и ни.зкого давления,-рабочую камеру, ударник, золотник и устройство для регулирования и стабилизации частоты ударов 1.

Однако такая конструкция является сложной и уменьшает надежность ударного механизма, увеличивает его габариты и вес. Настройка хода штока с помошью гайки не обеспечивает возможность дистанционного управления процессом регулирования энергии и частоты ударов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является гидравлическое устройство ударного действия,содержаш.ее основной и дополнительный корпус с установленным в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения ступенчатым ударником, рабочую камеру и камеры высокого и низкого давления, распределительную втулку, золотник и каналы ДЕЙСТВИЯ

для подвода рабочей жидкости в камеры устройства и отвода ее на слив 2.

Однако это устройство для обеспечения запуска требует перемещения инерционного золотника в крайнее положение, так как при прекращении работы устрсжстра этот инерционный золотник, как правило, перекрывает каналы, соединяющие рабочую камеру с камерой высокого давления и сливной камерой. Перемещение распределительной втулки в крайнее положение осуществляют подачей жидкости под давлением в сливную камеру посредством золотникового распределителя. Это усложняет систему управления гидравлическим молотком и снижает ее надежность. Кроме того, 5 при работе устройства нельзя регулировать частоту ударов бойка, которая необходима для обеспечения оптимального режима бурения в различных по крепости горных породах.

20Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности устройства и регулирование частоты удярон.

Поставленная цель достиглсгоя том, что . устройство имеет ступенчатый ciakiiH и гид1)оцн/ индры д.ги его ггеремеще.чия в одно ..13 1раиичных положений, при этом между наружной ступенчатой noFsepxHocTtjio - стакана и внутренней поверх1юстыо основного корпуса образована полость, которая сообщена с камерой высокого давления для перемещения стакана в другое граничное положение, а распределите.чьная втулка размещена между стаканом н одним из поршней гидравлических цилиндров.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых:

На фиг. I изображен продольный раз рез устройства в момент обратного хода при настройке на минимальную частоту ударов; на фиг. 2 - вид А фиг. ; на фиг. 3 .- сечение Б - Б фиг. 1; на фиг. 4 - течение ВВ фиг. 1; на фиг. 5 -,сечение Г-Г фиг. 1. Гидравлическое устройство уДарнсЗго действия содержит кожух 1, в котором размещен, осноЕМЮй корпус 2, имеющий на наружной новерхности кольцевые ироточки, образующие с кожухом 1 камеру низкого давления 3 и камеру высокого давления 4. В центральном канале 5 донолнительного корпуса 6, расположенного в основном корпусе 2, установлен стуг енчатый ударник 7, теремещающийси воз врат но-п осту нательно под действием давления жидкости в рабочей камере 8, возяействуюн1его на торцовую, по-, верхность плунжера разгона 9, установленного в ступенчатом стакане 10.

Рабочая камера 8 через впускные окна 11 в стакане 10, канал 12 в основном корпусе 2, отверстия 13 в распределительной втулке 14 периодически сообщается посредством инерционного золотника 15 с kaмерой высокого давления 4 через кольцевую камеру 16, впускные отверстия 17 в распределительной втулке 14, отверстия 18 в основном корпусе 2.

С другой стороны рабочая камера 8 через впускные окна 11 в стакане 10, канал 12 в основном корпусе 2 и вьтускные окна 19 в распределительной втулке 14 периодически сообщается (юсредством инерционного золотника 15 с нолостью низкого давления 20, которая в свою очередь через отверстия 2 в стакане iO, канал 22 в основном корпусе 2 постоянно сообп.1ена с камерой низкого давления 3.

Инерционный золотник 15, расположенный в распределительной втулке 14 по двум цилиндрическим поверхностям разного .диаметра, имеет и разные по площади торцы кольцевой камеры 16, на которые воздействует высокое давление. В результате этого золотник 15 постоянно стремится приблизиться к ударнику 7, упираясь в конце своего движения в кольцо 23, которое в свою очередь через ряд порщней гидравлических цилиндров 24, 25, 26 ограничено в крайнем переднем положении промежуточным корпусом 6. В крайнем заднем положении золотник 15 имеет ограничение в виде ступснчатого стакана 0, который постоянно находится в соприкосновении с распределительной втулкой 14 под действием давления жидкости в полости 27, сообщенной через канал 28 и отверстия 18 в основном корпусе 2 с камерой высокого давления 4. Полость 27 образована внутренней поверхностью основного корпуса 2 и наружной ступенчатой поверхностью стакана 10 и закрыты с торца задней крышкой 29, стянутой с кожухом 1 с помопдью болтов 30 и гаек 31.

Ударник 7 для нанесения ударов по наковальне 32 взводится в рабочее положение давлением жидкости в взводящей полос.ти высокого давления 33 за счет его ступенчатой формы, имеющей торцовую кольцевую поверхность 34. Полость высокого Давления 33 постоянно сообщена через отверстия 35 .в дополнительно.м корпусе 6 и отверстия 36 в основном корнусе 2. Вдоль наружной поверхности наибольшего диаметра ударника 7 выполнены две диаметрально противоположные канавки 37 и 38. Канавк;: 37 сообн1ает полость низкого давления 20 через отверстия 39, 40. 4 соответственно с поршневыми полостями 42, 43, 44 в которых расположены поршни гидравлических цилиндров 24, 25, 26. Канавка 38 связывает полость высокого давления 33 через отверстие 45 с поршневой полостью 42 (см. фиг. 3}, через отверстие 46 с гюрщневой полостью 43 (см. фиг. 4), через отверстие 47 с порп неной полостью 44 (см. фиг. 5).

Эта связь осуществляется путем поворота ударника 7 па определенный угол, например 45°, от исходного положения 1. 1о.ворот ударника 7 происходит при повороте хвостовика 48, квадратный конец которого находится в задней части гидравлического устройства за пределами рабочей камеры 8. Этот поворот можно осупдествлять вручпую или дистанционно при ycTaiiOBKe гидродвигателя па квадратном конце хвостовика 48. Поворот хвостовика 48 приводит к nOi opoTy плунжера разгона 9 на такой же угол за счет того, что противоположный конец хвостовика 48 имеет форму пластины. Так как плунжер разгона 9 связан с ударником 7 эксцентрично расположенным штифтом 49, ударник 7 повернется на такой же угол.

Гидравлическое устройство ударного действия снабжено пневмоаккумулятором 5( подключенным К..камере низкого давления 3 и пневмоаккумулятором 51, подключенным к камере высокого давления 4. Пневмоаккумулятор 50 исключает колебания давления в отводящем шланге (на чертеже не показан). Пневмоаккумулятор 51 позволяет компенсировать неравномерность расхода рабочей жидкости, подаваемой насосом 52, л течение всего рабочего цикла при сохранении в требуемых пределах давления жидкости в полости высокого давления 4. Гидравлическое устройство ударного действия работает следую1цим образом. Жидкость от насоса 52 непрерывно подается В камеру высокого давления 4 и пневмоаккумулятор 51 и одновременно производит непрерывное давление на торцовую кольцевую поверхность 34 ударника 7,-заставляя его совершать обратный ход. По мере перемещения ударника 7 он движется до инерционного золотника 15 и, касаясь его,движется затем совместно. Во время этого перемещения плунжер разгона 9 вытесняет жидкость из рабочей камеры 8 через впускные окна 11 в стакан 10, канал 12 в основном корпусе 2, выпускные окна 19 в распределительной втулке 14 в полость низкого давления 20, а затем через отверстия 21 в стакане 10, канал 22 в основном корпусе 2 в камеру низкого давления 3. В процессе движения ударника 7 перекрываются впускные окна 19 и открываются отверстия 13 в распределительной втулке 14, в результате чего давление в рабочей камере 8 поднимается. Происходит торможение ударника 7 и плунжера разгона 9, которые, пройдя некоторый тормозной путь, полностью устанавливаются в исходном положении. За время тормозного пути но инерции золотник 15 доходит до стакана 10 и останавливается. Рабочий ход плунжера разгона 9 совместно с ударником 7 происходит под действием жидкости, поступающей в рабочую камеру 8. Одновременно с началом движения плунжера разгона 9 и ударника 7 начинает ускоренное движение и золотник 15 под воздействием давления жидкости на передний, больший по площади торец кольцевой камеры 16. При этом ускорение движения золотника 15 значительно .меньше ускорения ударника 7 из-за разницы в массах, и поэтому за время -полного рабочего . хода ударника 7 золотник 15 совершает лишь только путь до начала открытия выпускных окон 19. Таким образом, по мере увеличения скорости движения ударника 7 проходное сечение отверстий 13 остается неизменным, что необходимо для снижения потерь давления рабочей жидкости. После соударения с наковальней 32 ударник 7 находится в неподвижном положении, а золотник 15 продолжает двигаться вперед, что приводит к перекрытию отверстий 13 и открытию выпускных окон 19. В результате этого давление в рабочей камере 8 падает, и ударник 7 с плунжером разгона 9. начинает ускоренное возвратное движение (обратный ход) под действием давления жидкости в полости высокого давления 33 на торцовую кольцевую площадь 34, 1рямой ход золотника 15 оканчивается соударением с торцом кольца 23, после чего он передвигается ударником 7 назад. Далее процесс повторяется. Регулирование энергии и частоты ударов осуществляется путем изменения хода ударника 7. Описанное ранее устройство функционирует следующим образом. В изображенном на фиг. 1 положении канавка 37 на ударнике 7 связывает поршневые полости 42, 43, 44 через отверстия 39, 40, 41 с полостью низкого давления 20, разгружая их от давления жидкости. Так как полость 27 находится постоянно под давлением жидкости, стакан 10 займет крайнее нижнее положение, упираясь в распределительную втулку 14, кольцо 23, поршни гидравлических цилиндров 24, 25, 26, дополнительный корпус 6. При этом ход ударника 7 будет минимальным. Этому соответствует положение 1 (см. фиг. 2). Поворачивая хвостовик 48 до положения I (см. фиг. 2) получаем максимальный ход ударника 7, т. к. канавка 38 свяжет поршневую полость 44 с высоким давлением через отверстие 47, и поршень гидравлического цилиндра 26 займет крайнее верхнее положение, упираясь в торец кольцевой проточки в основном корпусе 2. Это смещение возможно в результате того, что площадь горп1ня гидравлического цилинда 26 больше площади торца дополнительного корпуса 10, на которую воздействует постоянное давление жидкости в полости 27, поршневые полости 42 и 43 разгружены от давления канавкой 37, связанной с полостью низкого давления 20 через отверстия 39 и 40 (см. фиг. 5). Максимальный ход ударника 7 соответствует малой частоте и увеличенной энергии удара, минимальный ход - высокой частоте и у.меньшенной энергии удара. Выбор средних рабочих ходов ударника 7 позволяет получить любую желаемую комбинацию определенного числа ударов и-знергии одиночного удара. Данное техническое решение позволит изменять частоту ударов при изменении крепости пород при одновременном упрощении и повышении надежности работы устройства, так как при таком конструктивном решении повышается надежность запуска, уменьшаются его габариты и вес, что особенно важно при применении гидравлического стройства в шахтных бурильных установках, буровых каретках. Формула изобретения Гидравлическое устройство ударного ействия, содержащее основной и дополительный корпус с установленным в нем возможностью вoзвpaтнo-пocтyпaтeльF o о перемещения ступенчатый ударником, ряочую камеру и камеры высокого и низкого давления, распределительную втулку, зо лотник н каналы для подвида рабочей жидкости Ё камеры устройства и отвода ее на слив, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности устройства и регулирования частоты ударов, устройство имеет ступенчатый стакан и гидроцилиндры для его перемещения в одно из граничных положений, при этом между на;ружной ступенчатой поверхностью стакана :и внутренней поверхностью основного корпуса образована полость, которая сообшена с камерой высокого давления для перемещения стакана в другое граничное положение, а распределительная втулка размещена между стаканом и одним из поршней гидравлических цилиндров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 348723, кл. Е 21 С 3/20, 02.02.71.

2.Авторское свидетельство СССР № 402643, кл. Е 21 С 3/20, 14.05.71.

IPaeJ

дидА

(PU22

Фиг.

ГГ

Фи2.5