Ручной пневматический бур Советский патент 1981 года по МПК E21C37/22 B25D9/04 

(54) РУЧНОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ БУР

I

Изобретение относится к горным и строительным машинам ударно-вращательного действия и может быть использовано при создании пневматических машин ударноповоротного и ударного действия как ручных, так и не ручных.

Известно техническое решение пневматической ударно-вращательной буровой машины, содержащей ударный и вращательный механизмы, объединеуные общим жестким корпусом с индивидуальным включением каждого из механизмов. Вращательное дви- ,« Жение передается встроенному корпусу удар ного механизма посредством кулачковой соединительной муфты. Штанга с буровой коронкой посредством другой кулачковой муфты соединена со встроенным корпусом, который отделен от общего наружного корпуса s машины телами качения. Такое конструктивное решение позволило разъединить ударный и вращательный механизмы и сделать их независимыми, что повысило надежность в работе в случае торможения штанги с коронкой 1.20

Ударный механизм в рассматриваемой машине представлен буровой коронкой с хвостовиком, ударником, золотниковым воздухораспределителем в виде микрозолотников цилиндрической формы, установленных в корпус,е с воздухоподводящими каналами для распределения сетевого воздуха между рабочими камерами (рабочегои холостого ходов), и выпуска из них отработанного воздуха.

Микрозолотники разделены на две группы, каждая из которых представляет только одну Из рабочих камер: холостого или рабочего хода. Микрозолотники размещены соосно в расщиренных каналах, являющихся продолжением воздухоподводящих, и перемещаются вдоль каналов.

Устройству с таким исполнением свойственны следующие недостатки.

При торможении щтанги с коронкой образующийся тормозной момент должен преодолеваться вращательным механизмом и компенсироваться усилием оператора, прикладываемым к общему корпусу в обратном направлении, что ухудщает санитарногигиенические условия эксплуатации и ограничивает применение бурильных машин в качестве ручных.

Микрозолотники цилиндрической формы для перекрытия промежуточных каналов впуска имеют длину в 2-3 раза большую диаметра. При перемещении микрозолотника по каналу на его боковой поверхности возникают силы трения, препятствующие его движению. Величина этих сил пропорциональна боковой площади, технологическому зазору и коэффициенту трения скольжения. При отклонении условий эксплуатации от нормальных (запыленность, отсутствие смазки, низкая температура) микрозолотники имеют низкую надежность запуска и работы. Поскольку работа воздухораспределителей носит ударный характер, то при нарушении режимов термообработки деталей нередки поломки самих микрозолотников, расклепывание седел во впускных каналах и заедание микрозолотников, что также ухудшает работу пневмоударного механизма и бурильной машины в целом. В качестве недостатка воздухораспределительного устройства необходимо назвать также конструктивную сложность увеличения проходного сечения впускных каналов, что обусловливает недостаточное заполнение рабочих камер, сравнительно низкое сред нее давление по пути, и, как следствие, пониженную энергию единичного удара. Кроме того, поскольку каждый из микрозолотников управляет только одной полостью, то у него отсутствует обратная связь с одноименными микрозолотниками, что также отрицательно сказывается на одновременности срабатывания и приводит к снижению среднего давления по пути. Наиболее близким техническим решением является ручной пневматический бур, который состоит из пневматических, вращательного и ударного, механизмов, соединенных муфтой, и буровой коронки. Соединительная муфта выполнена- подвижной в осевом направлении со скользящей посадкой относительно ударного механизма, а со стороны вращательного механизма снабжена зацеплением, причем сами механизмы установлены с возможностью перемещения вдоль оси относительно муфты. В качестве воздухораспределительного устройства ударного механизма использовано микрозолотниковое 2. Такое решение позволяет иметь наружную рубащку муфты свободной от реактивных воздействий обоих механизмов и разместить на рубашке рукоятку включения с подключением сетевого воздуха, а муфту снабдить каналами, подающими воздух к ударному механизму, а также улучшить санитарно-гигиенические условия эксплуатации и расширить технологические возмож ности применения ручного пневматического бура. В качестве недостатка следует отметить неустойчивый запуск пневмоударного механизма, сравнительно низкое среднее давле ние воздуха по пути к камере рабочего хода, которое обусловлено воздухораспределительным устройством микрозолотникового типа. Недостатки продиктованы большими величинами сил торможения микрозолотника в каналах, отсутствием обратной связи между одноименными микрозолотниками, неустойчивостью проходных сечений воздухоподводящих впускных каналов (неполное открытие или открытие несвоевременное). Как следствие - снижение ударной мощности за счет энергии единичного удара. Недостаток ударного механизма, а именно его воздухораспределительного устройства, можно устранить изменением конструкции устройства и обеспечением обратной связи между одноименными распределителями, которые обеспечат надежный запуск и работу механизма, а также достаточно высокое наполнение и среднее давление воздуха по пути в рабочих камерах. Цель изобретения- повыщение надежности запуска и ударной мощности ручного пневматического бура. Цель достигается тем, что воздухораспределительная коробка имеет клапанные гнезда-камеры с промежуточными впускными каналами, а между клапанными гнездами-камерами и рабочими камерами выполнены управляющие камеры, со сходящимися в них одноименными промежуточными впускными каналами клапанных гнезд-камер. На фиг. 1 изображен ручной пневматический бур, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез по коробке клапанного воздухораспределительного устройства. Бур состоит из пневматического вращательного механизма 1, например, ударно-импульсного действия, буровой коронки 2 с ударным механизмом 3, соединенных разъемно между собой. Вращательный механизм 1 снабжен индивидуальным штуцером в рукоятке 4 для подвода сжатого воздуха. Буровая коронка 2 своим хвостовиком 5 установлена в трубчатом корпусе 6 ударного механизма 3, которой посредством подвижной муфты 7 соединен с корпусом вращательного механизма 1. Внутренняя полость трубчатого корпуса 6 разделена размещенным в ней подвижно кольцевым ударником 8 с центральным сквозным отверстием 9 для пропуска через него трубки 10 с питающим каналом 11 на камеры рабочего 12 и холостого 13 ходов. Корпус 6 снабжен пусковым каналом 14 со стороны штуцера муфты 7 для подвода сетевого воздуха в предкамеру 15 клапанного воздухораспределительного устройства, которое состоит из клапанной коробки 16 с закрепленной относительно нее трубкой 10. Коробка 16 установлена с поперечным зазором относительно корпуса 6 и образует с ним кольцевую управляющую камеру 17 с питающими каналами 18, выходящими в камеру 12 рабочего хода.

В клапанной коробке 16 выполнены клапанные гнезда-ка еры 19 с размещенными в них с возможностью поперечного перемещения трубчатыми клапанами 20 и центральная управляющая камера 21, являющаяся продолжением канала 11 трубки 10.

Камеры 17 и 19, 21 и 19 соединены попарно между собой промежуточными впускными каналами 22 и 23, попеременно перекрываемыми трубчатыми клапанами 20.

Камеры 12 и 13 попеременно, в зависимости от положения ударника 8, сообщаются посредством выпускных каналов 24 с атмосферой.

Ручной пневматический бур работает в ударном, вращательном или ударно-вращательном режиме. Осуществлять любой из режимов позволяет конструкция муфты 7.

Вращательный режим обеспечивается работой только вращательного механизма 1, для чего воздух из сети подается через щтуцер рукояти 4 к механизму, вращателя без нажатия на корпус ударного механизма 3, который получает вращение от вращателя через муфту 7.

Ударно-вращательный режим обеспечивается при совместной работе ударного 3 и вращательного 1 механизмов. Для осуществления работы воздух из сети подается через штуцер в рукоятке 4 к вращательному механизму 1, а нажатием на его корпус осуществляется нажим На муфту 7. Этим достигается совмещение сетевого воздухоподводящего канала муфты 7 с пусковым каналом 14, по которому осуществляется подача воздуха в предкамеру 15 воздухораспределительного устройства ударного механизма 3, чем обусловливается его рабочий процесс. Ударный режим осуществляется включением и работой только ударного механизма 3 (рабочий процесс описан ниже),

Остановка ручного пневматического бура в ударном режиме протекают в следующей последовательности.

При нажатии на муфту 7 к на корпус 6 сетевой воздухоподводящий канал муфты и пусковой канал 14 совмещаются и воздух из сети поступает в предкамеру 15, откуда- в клапанные гнезда-камеры 19. При положении ударника 8 положение каналов 20 может быть различным (см. фиг. 1). На фиг. 2 положение клапанов 20 характеризует момент впуска сетевого воздуха в камеру 13 холостого хода при установивщемся рабочем режиме ударного механизма 3.

Предположим, что положение, клапанов в период запуска различное (для известных распределений это приводит к неустойчивому запуску и работе) и воздух будет поступать одновременно в каналы 22 и 23. Натекая в камеру 17, он будет вытекать по каналу 18 в камеру 12 и через выпускные каналы 24 в атмосферу. При этом давление воздуха по всему тракту, включая камеру 17 и канал 22, будет существенно ниже сетевого. Одновременно воздух натекает в камеру 21. Поступая далее по каналу 11 трубки 10 и каналу 9 ударника 8 воздух будет подтекать через зазоры между ударником и торцом хвостовика 5 буровой коронки 2, заполняя камеру 13 холостого хода, которая с атмосферой разобщена. Следовательно, давление воздуха по всему тракту впуска в камеру 13 будет повышаться, а в камере 21 оно будет близким по величине к сетевому.

Процесс накопления воздуха и повышения его давления будет иметь.место даже при одном открытом со стороны клапанного гнезда-камеры 13 промежуточного впускного канала 23. Повышенное давление со стороны центральной управляющей камеры 21, воздействуя через другие каналы 23, обусловит перемещение клапанов 20 в положение, при котором они перекроют промежуточные впускные каналы 22, и, следовательно, - поступление сетевого воздуха в кольцевую, управляющую камеру 17.

Вероятность надежности запуска и работы, как видно из описания,тем выше, чем большее количество клапанов 20 будет занимать промежуточное положение. В отличие от традиционных представлений увеличение количества клапанов не понизит, а наборот повысит вероятность надежности запуска. Аналогично описанному процессу запуска будет происходить процесс запуска, если ударник 8 будет занимать противоположное положение. При этом функции камеры 21 будет исполнять кольцевая управляющая кайера 17.

С момента закрытия каналов 22 весь сетевой воздух из предкамеры 15 через гнезда-камеры 19 и каналы 23 будет поступать только в камеру 21 и по каналу 11 в камеру 13.

Под действием давления воздуха со стороны камеры 13 на торец ударника 8 он начнет свое движение в сторону от инструмента, совершая холостой ход.

После закрытия ударником 8 выпускных каналов 24 в камере 12 начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и давление в кольцевой камере будет повышаться.

По мере продвижения ударника 8 в сторону клапанной коробки 16 он откроет выпускные каналы 24 и сообщит камеру 13 с окружающим пространством, вследствие чего давление в ней понизится и будет способствовать его понижению по каналу 11 в управляющей камере 21.

Благодаря наличию камеры 21 и ее аккумуляционных свойств обеспечивается замедленное падение давления в ней, равномерное воздействие и задержка в перемещении клапанов 20 в противоположное положение.

При дальнейшем движении ударника 8 давление воздуха в камерах 12 и 17 повысится до величины, близкой к сетевому, а в камере 21 понизится до величины, близкой к атмосферному. Благодаря разности давлений на клапаны 20 со стороны каналов 22 и 23 они переместятся в радиальном направлении и закроют каналы 23, после чего поступление воздуха в камеры 21 и 13 прекратится, а сетевой воздух будет поступать только по каналам 22 в кольцевую управляющую камеру 17, откуда .каналы 18 в камеру 12. Под действием сил противодавления со стороны камеры 12 ударник 8 остановится и начнет свое ускоренное движение в сторону инструмента 2, совершая рабочий ход. , Значительное давление воздуха в кольцевой управляющей камере 17 позволяет удерживать клапаны 20 в положении открытых каналов 22, что одновременно способствует поддержанию давления в самой камере 17, несмотря на увеличивающийся объем камеры 12. Среднее давление воздуха по пути со стороны камеры 12 при движении ударника 8 будет поддерживаться более высоким, нежели у мащин без управляющих камер, поскольку последние oблaдaюt свойством аккумуляторов. Под действием большего импульса давления ударник 8 получит большую скорость движения и передает большую энергию (ударный импульс) хвостовику 5 буровой коронки 2, а затем и обрабатываемой среде. После закрытия ударником 8 выпускных каналов 24 в камере 13 начнется процесс сжатия отсеченного в ней воздуха. Давление воздуха в канале I1 и центральной управляющей камере 21 будет повыщаться, благодаря ее аккумуляционным свойствам, плавно при равномерном воздействии на клананы 20, задерживая при этом их перемещение в противоположное положение. При , дальнейшем движении ударник 8 откроет выпускные каналы 24 и из камеры 12 произойдет выпуск отработанного воздуха в атмосферу. Давление при этом понизится и в камере 17. Возрастающая разница в давлениях на клапаны 20 со стороны каналов 23 обусловит их радиальное перемещение. Клапаны 20 перекроют каналы 22 и поступление сетевого воздуха на предкамеры 15 через гнезда-камеры 19 и каналы 23 будет осуществляться только в управляющую камеру 21, откуда по каналу 11 в камеру 13 холостого хода. В последующее время ударник 8, преодолевая противодавление со стороны камеры 13, нанесет удар по хвос товику 5 буровой коронки 2, передавая через нее ударный импульс обрабатываемой среде. Описанный выще процесс будет повторяться с той лишь разницей, что при последующих циклах к силовому импульсу от давления со стороны камеры 13 будет присоединяться и импульс отскока ударника 8 от хвостовика 5, что улучщает работу ударного механизма 3. Особенность предударного периода при наличии аккумуляционных свойств управляющей камеры 21 будет характеризоваться плавным нарастанием давления в ней, канале И и камере 13, что снижает противодавление со стороны последней и позволяет ударнику 8 развить большую скорость соударения, а следовательно, и большую ударйую мощность. Таким образом, выполнение между клапанными гнездами-камерами и камерами рабочего и холостого ходов управляющих камер со сходящимися в них одноименными промежуточными впускными каналами клапанных гнезд-камер позволяет повысить надежность запуска во столько раз, каково количество клапанов, повысить среднее давление по пути на 12-14% (по предварительным расчетам), за счет чего во столько же раз повысить ударную мощность ударного механизма; за счет аккумуляционных, свойств управляющих камер понизить противодавление в рабочих камерах в конце рабочего и холостого хода ударника, чем дополнительно способствовать увеличению его хода и большей ударной скорости, дающих приращение ударной мощности еще на 3-6%. Формула изобретения Ручной пневматический бур, включающий соединенные муфтой пневматические вращательный и ударный механизмы с клапанами, промежуточными впускными каналами и воздухораспределительной коробкой. с клапанами, воздухоподводящей трубкой и ударником в корпусе с выпускными каналами и рабочими камерами, буровую коронку, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности запуска и ударной мощности, воздухораспределительная коробка имеет клап анные гнезда-камеры с промежуточными впускными каналами, а между клапанными гнездами-камерами и рабочими камерами выполнены управляющие камеры со сходящимися в них одноименными промежуточными впускными каналами клапанных гнезд-камер. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 219497, кл. Е 21 С 3/24, 1967. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2694396, кл. Е 21 С 37/22, 1978 (прототип).

Сеть

Фие.1

/7

20

19

25

W

6

18

Фае.г