Перфоратор Советский патент 1983 года по МПК E21B6/06 

1

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к пневмоударным устройствам для бурения шпуров.

Известен перс})оратор, включающий ударный поршень со штоком, направляющую втулку ударного поршня, вращатель с механизмом воздухораспределения и храповым колесом с буксой 1.

Недостатком перфоратора является то, что работа ударно-импульсного вращателя происходит независимо от режима работы ударного механизма, и это приводит к повышению расхода воздуха, снижению надежности работы конструкции вследствие возможности заклинивания инструмента в щпуре при остановке вращателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является перфоратор, включающий ударный поршень со штоком и механизмом воздухораспределения, установленный на направляющей втулке поршня механизм воздухораспределения вращателя, который выполнен в виде цилиндра с камерами рабочего и холостого хода и размещенного в нем поршне вращателя, установленного с возможностью сообщения возвратно-поворотного движения храповику прерывистого вращения буксы. В перфораторе предусмотрена синхронизация работы ударного механизма и вращателя 2.

Недостатком перфоратора является то, что вследствие наличия совмещенного воздухораспределения для ударного поршня и вращателя снижается мощность последнего, а выхлоп из камеры холостого хода цилиндра вращателя происходит через цилиндр ударного механизма и его выхлопные окна, что приводит к увеличеИию расхода воздуха.

Цель изобретения - снижение расхода сжатого воздуха с одновременным повышением мощности синхронно работающего 5 с ударным механизмом вращателя.

Эта цель достигается тем, что перфоратор, включающий ударный поршень со штоком и механизмом воздухораспределения, установленный на направляющей втулке порщня механизм воздухораспределения вращателя, который выполнен в виде цилиндра с камерами рабочего и холостого ходов и размещенного в нем поршне вращателя, установленного с возможностью сообщения возвратно-поворотного движения храповику прерывистого вращения буксы, перфоратор снабжен стаканом с толкателями, который размещен в направляющей втулке поршня, а механизм воздухораспределения вращателя выполнен в виде седел с полукольцевыми пазами и мотылькового клапана с ползунами, в которых выполнены выточки, причем толкатели размещены в выточках ползунов, а ось вращения клапана перпендикулярна продольной оси ударного порщня, при этом камера рабочего хода цилиндра вращателя сообщена с полукольцевыми пазами, а камера холостого хода - с сетевым каналом.

Кроме того, ползуны размещены с обеих сторон относительно оси вращения мотылькового клапана, а основания выточек ползунов выполнены наклонными относительно друг друга.

На фиг. 1 изображен перфоратор, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез С-С на фиг. 1.

Перфоратор состоит из цилиндра 1, в котором ударный порщень со штоком 2 делит его полость на камеры рабочего хода 3 и холостого хода 4, направляющей вту.-ки 5, механизма воздухораспределения 6 ,дарного механизма поршня 2. Цилиндр 1 имеет впускные отверстия 7 и 8 в камеры рабочего хода 3 и холостого хода 4 и выхлопное окно 9. На штоке поршня 2 выполнены канавки продольная 10 и винтовая 11. На внутренней поверхности направляющей втулки 5 установлен стопор 12, выступающий в продольную канавку 10.

На направляющей втулке 5 ударного поршня 2 расположен механизм воздухораспределения вращателя, включающий клапанную коробку 13, мотыльковый клапан 14, седла 15 и 16, в которых выполнены полукольцевые пазы 17 и 18 и стакан 19 с толкателями 20 и 21. Стакан 19 установлен на штоке ударного поршня 2 и на внутренней поверхности направляющей втулки 5, выступ 22 (фиг. 5) по внутренней поверхности стакана 19 входит в винтовую канавку 11 на штоке поршня 2.

Выступающие части толкателей 20 и 21, которые оканчиваются полусферическими поверхностями, входят в выточки 23 и 24 ползунов 25 и 26.

Вращатель состоит из цилиндров- 27, порщней 28, штоки которых кинематически связаны с плечиками храповика 29, храповой буксы 30, в которой установлены подпружиненные собачки 31. Храповая букса 30 соединена схвостовиком инструмента 32. Головки порщней 28 делят полости цилиндров 27 вращателя на- камеры рабочего 33 и холостого хода 34, камеры рабочего хода 33 сообщены каналами 35 с полукольцевым пазом 17 и каналами 36 с полукольцевым

пазом 18. Камеры холостого хода 34 сообщены с сетевым каналом 37.

На клапанной коробке 13 механизма воздухораспределения вращателя выполнены впусковые отверстия 38 и выхлопное окно 39.

Опорная плита 40, установленная в клапанной коробке 13, на которую опирается ось вращения мотылькового клапана 14, предотвращает перетекание воздуха, поступающего через впускное отверстие 38, в выхлопное окно 39 и атмосферу.

Перфоратор работает следующим образом.

Ударный порщень 2 занимает положение, показанное на фиг. 1.

При холостом ходе под действие.м поступающего сжатого воздуха из сети через механизм воздухораспределения 6 впускное отверстие 7 в камеру холостого хода 4 цилиндра 1 воздух из камеры рабочего хода 3 через выхлопное окно 9 выходит в атмосферу. При холостом (рабочем) ходе порщень 2 совершает только поступательное движение, поскольку стопор 12, установленный на внутренней поверхности направляющей втулки 5, выступает в продольную канавку 10 на штоке поршня 2 и предотвращает его вращение вокруг своей продольной оси.

При этом положении поршня 2 толкатели 20 и 21, установленные на стакане 19, занимают положения, показанные на фиг. 3 и фиг. 4, т. е. толкатель 21 своей левой кромкой и полусферической поверхностью касается левого торца и основания выточки 24 ползуна 26, а толкатель 20 своей левой кромкой и полусферической поверхностью касается левого торца и основания выточки 23 ползуна 25. При этих положениях толкателей 20 и 21 и ползунов 25 и 26 мотыльковый клапан 14 сидит на седле 16 и полукольцевой паз 18 (фиг. 1 и фиг. 6) и сообщенный с ним канал 36 перекрыты. Поэтому сжатый воздух из сети через впускное отверстие 38, полукольцевой паз 17, каналы 35 начинает поступать в камеры рабочего хода 33 цилиндров 27 вращателя (фиг. 2). Камеры холостого хода 34 цилиндров 27 вращателя постоянно сообщены с сетью каналами 37.

Сжатый воздух, поступающий в камеры 33, давит на поршни 28, штоки которых кинематически связаны с плечиками храповика 29.

Так как плошади торцов головок порщней 28 со стороны рабочего хода 33 больше плошадей торцов головок поршней 28 со стороны камеры холостого хода 34, то усилие давления сжатого воздуха на поршни 28 в камерах 33 больше усилия давления сжатого воздуха на эти же поршни 28 в камерах 34, и поэтому поршни 28 начинают совершать рабочий ход, поворачивая храповик 29 по часовой стрелке (фиг. 2). Поскольку подпружиненные собачки 31 упираются в зубья храповика 29, то поворот храповика 29 передается храповой буксе 30 и соединенному с ней хвостовику инструмента 32.

При движении поршня 2 при холостом ходе его шток, кинематически связанный со стаканом 19,так как в винтовую канавку 11 на штоке поршня 2 входит выступ 22 стакана 19 (фиг. 5), поворачивая последний против часовой стрелки (фиг. 3 и фиг. 4).

Угол поворота стакана 19 зависит от хода поршня 2 ударного механизма и угла Л- подъема винтовой канавки 11 на штоке поршня 2. Угол подъема оС винтовой канавки 11 в суш.ествуюш,их перфораторах изменяется в пределах 5-15°:

Толкатели 20 и 21, установленные на стакане и касающиеся левыми кромками левых торцов выточек 23 и 24 ползунов 25 и 26, а также полусферическими поверхностями оснований этих же выточек, передвигают ползуны 25 и 26 по поверхности мотылькового клапана 14, которые держат мотыльковый клапан в том же первоначальном положении.

Поэтому сжатый воздух, поступающий из сети через впускное отверстие 38, полукольцевой паз 17 на седле 15, каналы 35 в камеры рабочего хода 33 цилиндров 27 вращателя, воздействует на порщни 28 вращателя, а камеры холостого хода 34 цилиндров 27 постоянно сообщены с сетью через каналы 37 (фиг. 2). Поскольку усилие от давления сжатого воздуха на поршни 28 со стороны камеры 33 больще усилия противодавления со стороны камеры 34, то порщни 28 совершают рабочий ход.

Поршень 2 ударного механизма в конце холостого хода затормаживается (фиг. 1). В это же время поршни 28 вращателя под действием усилия давления сжатого воздуха со стороны камер рабочего хода 33 цилиндров 27 завершают рабочий ход, перекрыв каналы 37, постоянно сообщающие камеры 34 с сетью и сжимают воздух в камерах 3.4 цилиндров 27. Завершается поворот храповика 29 по часовой стрелке (фиг. 2).

Поршень 2 ударного механизма, затормозившись под действием воздуха в камере 3 цилиндра 1 и поступающего сжатого воздуха в эту камеру из механизма воздухораспределения 6 через впускное отверстие 8, начинает совершать рабочий ход. Из камеры 4 воздух выходит через выхлопное окно 9 в атмосферу.

При рабочем ходе поршня 2 его шток с винтовой канавкой 11, в которую входит выступ 22 втулки 19 кулачка (фиг. 5), начинает поворачивать стакан 19 по часовой стрелке. В начале поворота стакана 19 толкатели 20 и 21 проскальзывают по основаниям выточек 23 и 24 ползунов 25 и 26. (фиг. 3 и 4). Полусферическая поверхность толкателя 21 при повороте стакана 19 по часовой стрелке скользит по наклонной (угол наклона /3) поверхности основания выточки 24 ползуна 26 к, поверхности ползуна 26 (фиг. 3), а полусферическая поверхность толкателя 20 - по наклонной поверхности основания выточки 23 ползуна 25 к поверхности ползуна 25 (угол наклона JS которой противоположен другой выточки 24, 5 фиг. 4).

Угол /} между плоскостями, проходящими через основание выточек 23 и 24 и основаниями ползунов 25 и 26, контактирующих с поверхностями мотылькового клапана 14, выбираются в зависимости от угла f поворо та мотылькового клапана 14.

Поскольку ползуны 25 и 26 расположены по разные стороны от оси вращения мотылькового клапана 14, то за счет разности расстояний от концов толкателей 20

5 и 21 до поверхности мотылькового клапана 14, последний начинает перекидываться, т. е. левая сторона мотылькового клапана 14 (фиг. 1) опускается, а правая сторона его поднимается. И когда толкатели 20 и 21, проскальзывая по основаниям выточек 23,,

0 24, своими правыми кромками касаются соответственно правых торцов выточек 23 и 24, перекидка мотылькового клапана 14 заканчивается и он правой стороной (фиг. 1) садится на седло 15 и перекрывает полукольцевой паз 17, а левой стороной открывает полукольцевой паз 18.

Поэтому воздух из камеры 33 цилиндра 27 по каналам 36, полукольцевой паз 18, выхлопное окно 39 выходит в атмосферу, А сжатый поршнями 28 воздух в камерах

0 34 начинает перемещать поршни 28 вращателя, совершая холостой ход. При этом храповик 29 вращателя свободно проворачивается против часовой стрелки, проскальзывая по собачкам 31.

При дальнейшем соверщении порщнем 2

5 рабочего хода стакан 19, кинематически связанный со штоком порщня 2, поворачивается по часовой стрелке. При этом толкатели 20 и 21, касающиеся правыми кромками правых торцов выточек 23 и 24, передвигают ползуны 25 и 26 по поверхности мотылько вого клапана 14, который держится в этом же положении. Поэтому воздух из камер 33 цилиндра 27, канала 36, полукольцевой паз 18, выхлопное окно 39 выходит в атмосферу. Поршни 28 под действием сжатого

5 воздуха в камерах 34, а затем по мере открывания каналов 37, сообщенных с сетью, и поступающего сжатого воздуха в эти же камеры совершают холостой ход.

Порщень 2 заканчивает рабочий ход ударом по хвостовику инструмента 32. Под

действием поступающего сжатого воздуха только в камеру 4 цилиндра 1 из механизма воздухораспределения б через впускное отверстие 7 и отскока порщень 2 начинает совершать холостой ход. Воздух из камеры 3 через выхлопное окно 9 выходит в атмосферу. При этом стакан 19 начинает поворачиваться против часовой стрелки.

Толкатели 20 и 21 полусферическими концами начинают проскальзывать по наклонным поверхностям оснований выточек 23 и

24,вследствие чего сторона мотьшькового клапана 14, контактирующая с ползуном

25,начинает опускаться, а сторона, контактирующая с ползуном 26, подниматься, т. е. начинается перекидка мотылькового клапана 14.

При дальнейщем соверщении порщнем 2 холостого хода и повороте стакана 19 толкатели 20 и 21, проскальзывая по наклонным поверхностям основании выточек 23 и 24, своими левыми кромками соответственно касаются левых торцов этих выточек. Перекидка мотылькового клапана 14 заканчивается и он левой стороной садится на седло 16 н перекрывает полукольцевои паз 18 (фиг. 1), а правой стороной открывает полукольцевой паз 17.

Поэтому сжатый воздух из сети через впускное отверстие 38, полукольцевой паз 17, каналы 35 поступает в камеру 33 цилиндра 27, а камеры 34 постоянно сообпхены через каналы 37 с сетью. Начинается рабочий ход порщней 28 под действием поступающего сжатого воздуха в камеры 33, поворот но часовой стрелке храповика 29, xpanoeofi бук-сы 30, инструмента 32. Начинается новый цикл работы перфоратора.

При использовании предлагаемого изобретения за счет кинематической связи ударного механизма с клапанным воздухораспределителем вращателя повыпшется его мощность и снижается расход рабочего агента.

Формула изобретения

1. Перфоратор, включающий ударный поршепь со iiJTOKOM и механизм воздухораспределекия, установленный на направляющей втулке порщня механизм воздухораспределения вращателя, который BbinOviHeH в виде цилиндра с камерами рабочего, холостого ходов и размещенного в нем поршня вращателя, установленного с возможностью сообщения возвратно-поворотного движения храповику прерывистого вращения буксы, отличающийся тем, что, с целью снижения расхода сжатого воздуха с одновременны.м новыщением мощности синхронно работающего с ударным механизмом вращателя, перфоратор снабжен стаканом с толкателя.ми, который раз.мещен в направляющей втулке порщня, а механизм Еюздухораспределения вращателя выполнен в виде седел с полукольцевыми пазами и мотылькового клапана с ползунами, в которых выполнены выточки, причем толкатели раз.мещены в выточках ползунов, а ось вращения клапана перпендикулярна продольной оси ударного порщня, при этом камера рабочего хода цилиндра вращателя сообщена с полукольцевыми паза.ми, а камера холостого хода - с сетевым каналом.

2. Перфоратор по п. 2, отличающийся тем, что ползуны размещены с обеих сторон относительно оси вращения мотылькового клапана, а основания выточек ползунов выполнены накло1П1ыми относительно друг друга.

Источники информации,

принятые во внимание прии экспертизе

1.Есин Н. Н. Пневматические мащины ударного действия для бурения щпуров. Новосибирск, «Наука, 1978, с. 44.

2.Есин Н. Н. Там же, с. 36 (прототип).

-/1

г.