Рабочее оборудование для ударного разрушения твердых материалов

 

Использование: изобретение относится к устройствам ударного действия, предназначенными для дробления негабаритов и других твердых материалов (горных пород, металлургических шлаков, бетона т. п.). Сущность изобретения: для повышения долговечности рабочего оборудования и снижения динамических нагрузок демпфирующая подвеска выполнена в виде несущей рамы, охватывающей корпус, а демпфирующие элементы выполнены из упругоэластичного материала, причем форма элементов близка к тороидальной, а несущая рама и корпус рабочего органа имеют средства для взаимодействия с демпфирующими элементами. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к переносным устройствам ударного действия, предназначенным для дробления негабаритов других твердых материалов (горных пород, металлургических шлаков, бетона, твердых дорожных покрытий и т. п.).

Известно амортизирующее устройство (а. с. СССР N 335086, кл. В 25 D 17/24), в котором упругий элемент представляет собой трубчатую оболочку из эластичного материала, уложенного по винтовой линии вокруг цилиндрической напрявляющей и заполненный сжимаемой текучей средой.

Вышеназванное амортизирующее устройство имеет ряд недостатков: амортизирующее устройство гасит только вибрации, направленные вдоль оси цилиндрической направляющей, на которую навит упругий элемент по винтовой линии, и не гасит вибрации, направленные не по оси цилиндрической направляющей; указанное амортизирующее устройство работает только на сжатие, а растягивающее нагрузки воспринимаются элементами конструкции жестко, без демпфирования, что может привести к поломке устройства.

Известно также устройство ударного действия (а. с. СССР N 1705559, E 21 C 3/20) для разрушения горных пород и искусственных материалов, включающее гидропневмомолот, установленный на манипуляторе через демпфирующую подвеску, имеющую обойму. Демпфирующая подвеска выполнена в виде двух групп гидроцилиндров, установленных в кольцевой полости корпуса гидропневмомолота с возможностью взаимодействия их штоков с крышкой обоймы. При работе гидропневмомолота на корпус передается поперечная составляющая равнодействующей силы реакции от инструмента, которая воспринимается через штоки гидроцилиндрами. Демпфирование осуществляется за счет дросселирования жидкости.

Описанное устройство ударного действия обладает рядом недостатков: устройство не обеспечивает демпфирования в случае возникновения ударных нагрузок в плоскостях, не проходящих через ось гидропневмомолота. В этом случае, в начальный момент возникновение ударной нагрузки часть вышеуказанной нагрузки в виде составляющей, перпендикулярной к оси гидропневмомолота, передается без демпфирования через кольцевой выступ корпуса на цилиндрическую обойму, вызывая повышенные нагрузки на элементах манипулятора; конструкция демпфирующих элементов не позволяет изменять их параметры в процессе работы устройства при изменении параметров гидропневмомолота (например, менять жесткость демпфирования при изменении энергии удара).

Изобретение по а. с. СССР N 1705559 является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению.

Задачей при создании настоящего изобретения является повышение долговечности рабочего оборудования за счет создания более благоприятных условий взаимодействия с демпферными элементами других элементов конструкции рабочего оборудования и снижения динамических нагрузок посредством регулирования жесткости демпферных элементов при изменении энергии рабочего органа с одновременным упрощением конструкции рабочего оборудования.

Поставленная задача решается тем, что в рабочем оборудовании для ударного разрушения твердых материалов, включающем манипулятор с рукоятью и смонтированным на нем гидроцилиндром управления положением рабочего органа, рабочий орган в виде высокоэнергетического гидропневмомолота и демпфирующую подвеску рабочего органа с выполненной в виде обоймы, охватывающей корпус рабочего органа несущей рамой, которая шарнирно соединена с рукоятью и связана с гидроцилиндром управления положением последнего, в несущей раме установлены один или несколько выполненных из упругоэластичного материала демпферных элементов, форма которых близка к тороидальной, причем каждый из демпферных элементов снабжен одной или несколькими полостями, заполненными сжатым газом, а несущая рама и корпус рабочего органа снабжены средствами для взаимодействия с упомянутыми демпферными элементами.

В некоторых случаях (когда давление сжатого газа в полости газового ресивера рабочего органа является подходящим) возможно все полости демпферных элементов сообщить между собой и полостью газового ресивера рабочего органа, что обеспечивает автоматическое поддержание необходимого давления сжатого газа в полостях демпферных элементов при изменении энергии удара рабочего органа.

В реальных конструкциях рабочего оборудования наиболее целесообразно в качестве демпферных элементов использовать пневматические шины от наземных транспортных средств, подобрав их типа размер по требующейся упругоэластичной характеристике и, соответственно, размером рабочего органа.

Изобретение поясняется чертежом, на котором показан один из возможных вариантов практической реализации предложенного технического решения с использованием пневматических шин в качестве демпфирующих элементов.

Рабочее оборудование для ударного разрушения твердых материалов, представленное на чертеже, включает манипулятор с рукоятью 1 и смонтированной на последней гидроцилинд 2, управляющий положением рабочего органа 3, в качестве которого использован высокоэнергетический гидропневмомолот с подвижным в осевом направлении ударником 4, несущим на своем переднем конце боек 5, и демпфирующую подвеску рабочего органа 3. Демпфирующая подвеска включает несущую раму 6, выполненную в виде обоймы, охавтывающей корпус рабочего органа 3. Несущая рама 6 шарнирно соединена с рукоятью 1 и штоком гидроцилиндра 2. Внутри несущей рамы 6 установлены два выполненных из упругоэластичного материала демпферных элемента 7, форма которых близка к тороидальной. В качестве демпферных элементов 7 использованы пневматические рамы, каждая из которых имеет замкнутую полость 8, заполненную сжатым газом, и охватывает корпус рабочего органа 3. Несущая рама 6 и корпус рабочего органа 3 снабжены средствами для взаимодействия с демпферными элементами 7. В качестве упомянутых средств использованы врезные опорные кольца 9 и 10.

Полости 8 демпферных элементов 7 могут быть сообщены между собой и с полостью II газового ресивера рабочего органа 3 (элементы, сообщающие между собой указанные полости, на чертеже не показаны), что обеспечивает автоматическую установку давления газа в полостях 8, соответствующего энергии удара рабочего органа 3.

Работают устройства следующим образом.

Посредством манипулятора с рукоятью 1 и гидроцилиндра 2 рабочий орган 3 устанавливается над разрушаемым материалом в том месте, где необходимо нанести удар. После этого в работу включается рабочий орган 3. Его ударник 4 вместе с бойком 5 посредством взводного механизма (на чертеже не показан) совершает взводной ход (от разрушаемого материала), дополнительно сжимая газ в полости II ресивера рабочий орган 3. По окончании взводного хода ударник 4 освобождается от взаимодействия со взводным механизмом и под действием сжатого газа, находящегося в полости II, разгоняясь, движется по направлению к разрушаемому материалу, совершая рабочий ход. В конце рабочего хода ударник 4 своим бойком 5 наносит удар по разрушаемому материалу. Если удар наносится строго по нормали и если вся кинетическая энергия, накопленная ударником 4 в процессе его рабочего хода, расходуется на дробление разрушаемого материала, то демпферные элементы 7 в работу не включаются, а цикл далее повторяетяся.

Если же в конце рабочего хода боек 5 ударника 4 не встретил разрушаемого материала или последний оказался настолько непрочным, что ударник 4 не израсходовал всей своей кинетической энергии (такой удар далее будем называть прострелом), ударник 4, продолжая двигаться вперед и взаимодействуя с корпусом рабочего органа 3 (это взаимодействие как правило, происходит через тормоз ударника), заставить последний перемещаться вперед. При этом рабочий орган 3 через кольца 10 воздействует на демпферные элементы 7, перемещению которых препятствуют кольца 9. Происходит демпфирование элементов 7. Последнее ведет к поглощению той части энергии, которая передана корпусу рабочего органа 3 ударником 4 (в реальных конструкциях эта доля энергии составляет 20% и более от энергии удара). А поскольку деформационная характеристика демпферных элементов (кривая зависимости усилия деформации от ее величины) имеет форму, близкую к линейной (треугольной или трапециевидной), то при постоянной величине поглощенной энергии нагрузки, передаваемые на несущую раму 6 и остальные элементы манипулятора, будут тем меньше, чем больше будет величина деформации демпферных элементов 7. После полного прекращения движения рабочего органа 3 демпферные элементы 7 за счет своей упругости приобретают первоначальную форму, возвращая тем самым рабочий орган 3 в исходное положение.

При косом ударе, т. е. в том случае, когда поверхность, по которой наносится удар, неперпендикулярна продольной оси рабочего органа 3, на боек 5 воздействует поперечная нагрузка. Под воздействием этой нагрузки рабочий орган 3 совершает плоское движение (перемещение с поворотом) в плоскости, проходящей через продольную ось рабочего органа 3, деформируя демпферные элементы 7. Последние, деформируясь, поглощают энергию рабочего органа 3, а нагрузки их деформации передаются на несущую раму 6 и остальные элементы рабочего оборудования (при этом все рассуждения, касающиеся деформационной характеристики и величины передаваемых нагрузок, приведенные в предыдущем абзаце, полностью справедливы и для косого удара). После прекращения плоского движения рабочего органа 3 и прекращения действия поперечной нагрузки на боек 5 (это, как правило, происходит при последующем взводном ходе ударника 4) демпферные элементы 7 за счет своей упругости приобретают первоначальную форму, возвращая рабочий орган 3 в исходное положение.

Следует отметить, что если при простреле демпферные элементы 7 деформируются в направлении, совпадающем с продольной осью рабочего органа 3, то при косом ударе их деформация носит весьма сложный характер, но и в этом случае исключается непосредственный контакт элементов рабочего органа 3 и несущей рамы 6. Кроме того, вследствие высокой эластичности демпферных элементов 7 при косом ударе контакт между ними и опорными кольцами 9 и 10 происходит по большой поверхности, занимающей не менее половины длины окружности кольца, что предотвращает возникновение высоких контактных напряжений и, следовательно, сохраняет работоспособность взаимодействующих деталей достаточно длительное время.

Жесткость демпферных элементов 7 выбирается таким образом, чтобы при заданной величине их деформации и максимальной энергии удара они могли бы поглотить как энергию его рабочего органа 3 при простреле, так и энергию его плоского движения при косом ударе. Поэтому при снижении энергии удара жесткость демпферных элементов 7 становится излишне большой, что ведет к резкому снижению величины деформации демпферных элементов при сохранении достаточно высоких нагрузок в момент их срабатывания. Нетрудно показать, что, например, для треугольной нагрузочной характеристики демпферных элементов при их постоянной жесткости изменение нагрузки на демпферах пропорционально величине изменения энергии удара в степени 1/2, а при жесткости, линейно зависимой от энергии удара, изменение той же нагрузки пропорционально величине изменения энергии удара в первой степени. А это значит, что при уменьшении энергии удара в 2 раза для демпферов с постоянной жесткостью нагрузки сократятся только в 1,41 раза, а для демпферов с переменной жесткостью эти нагрузки сократятся также в 2 раза.

Изменять жесткость демпферных элементов 7 принципиально возможно двумя способами: 1) изменением их конструктивных параметров и линейных размеров и 2) изменением давления газа в их полостях 8. Первый из названных способов исключает возможность регулирования жесткости демпферных элементов в процессе работы. Второй применим при сообщении полостей 8 всех демпферных элементов между собой и с полостью II ресивера рабочего органа 3. В этом случае жесткость демпферных элементов при любой энергии принимает оптимальное значение, а следовательно, и нагрузки со стороны рабочего органа на элементы манипулятора всегда будут минимально возможными.

Как показали исследования, пневматические шины от средств наземного транспорта (автомобильные, троллейбусные, от колесных тракторов) имеют достаточно благоприятные соотношения объемов, занимаемых упругоэластичным материалом и полостями, заполненными сжатым газом. Эти шины способны без разрушения воспринимать нагрузки, имеющие самую различную направленность. Массовый их выпуск и широкая распространенность облегчают оснащение рабочего оборудования демпферными элементами как при изготовлении, так и при ремонте. Кроме того, для использования в качестве демпферных элементов возможно применение шин с уже изношенными протекторами и, вследствие этого, непригодных для дальнейшей эксплуатации на транспортных средствах. Таким образом, применение пневматических шин от наземных транспортных средств в качестве демпферных элементов рабочего оборудования для ударного разрушения твердых материалов удешевляет его изготовление и повышает ремонтопригодность, продлевая тем самым срок его эксплуатации.

В заключение необходимо отметить, что описанный выше пример конкретной реализации изобретения не является единственно возможным и ни в коей мере не сокращает размер патентных притязаний.

Формула изобретения

1. Рабочее оборудование для ударного разрушения твердых материалов, включающее манипулятор с рукоятью и смонтированным на нем гидроцилиндром управления положения рабочего органа, рабочий орган в виде высокоэнергетического гидропневмомолота и демпфирующую подвеску последнего в виде обоймы, охватывающей корпус рабочего органа, несущей рамой, которая шарнирно соединена с рукоятью и связана с гидроцилиндром управления положением рабочего органа, отличающееся тем, что в несущей раме установлены один или несколько выполненных из упругоэластичного материала демпферных элементов, форма которых близка к тороидальной, причем полости каждого из них заполнены сжатым газом, а несущая рама и корпус рабочего органа снабжены средствами для взаимодействия с упомянутыми демпферными элементами.

2. Рабочее оборудование по п.1, отличающееся тем, что все полости демпферных элементов сообщены между собой и с полостью газового ресивера рабочего органа.

3. Рабочее оборудование по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве демпферных элементов использованы пневматические шины от наземных транспортных средств.

РИСУНКИ

Рисунок 1