Способ образования каналов малого диаметра, преимущественно в бетоне или камне и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к строительству, а именно к образованию каналов малого поперечного сечения преимущественно в бетоне или камне или очистке внутренней поверхности канала обрабатываемого трубчатого элемента от твердых отложений. Технический результат - повышение производительности, качества поверхности, снижение трудоемкости. Способ образования каналов малого диаметра заключается в том, что к режущему инструменту в процессе работы вдоль его продольной оси прикладывают статическую нагрузку 5 - 15 кг/см², охлаждающую жидкость, вымывающую шлам, подают к рабочей части режущего инструмента под давлением Р = 0,5 - 10,0 кг/см² и создают в ней осевые ударные силовые импульсы с частотой 5 - 50 Гц. Одновременно центрируют режущий инструмент относительно внутренней поверхности образующегося канала путем создания эффекта гидроклина между поверхностью вновь образующегося канала и боковой поверхностью центрирующей фигурной части удлинителя шпинделя в виде штанги с овальным поперечным сечением. Устройство для образования каналов малого поперечного сечения состоит из корпуса с штуцером для подвода охлаждающей жидкости, внутри которого размещена неподвижная втулка, охватывающая шпиндель, связанный с приводом вращения и имеющий удлинитель в виде штанги с центрирующей фигурной частью с овальным поперечным сечением на свободном конце. Неподвижная втулка имеет коллектор на наружной поверхности в виде соединенной с штуцером кольцевой канавки, которая посредством радиальных каналов соединена со сквозными каналами шпинделя и охватываемой последним штанги. На свободном конце штанги закреплен пластинчатый режущий инструмент. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительству, эксплуатации, ремонту и содержанию объектов и оборудования различного назначения. Известны из авторского свидетельства СССР N 358181, кл. B 28 D 1/14, 1971 г., способ сверления каналов малого диаметра в бетоне или камня воздействием режу щей кромки вращающегося и поступательно перемещающегося инструмента, непрерывно охлаждаемого при этом жидкостью и устройство для его осуществления, содержащее сверло, закрепленное на шпинделе, установленном по средством подшипников в корпусе с уплотнительными кольцами, образующими в последнем связанную со штуцером полость для подачи жидкости к режущей кромке сверла через образованный в шпинделе сквозной канал.

Известны также из патента Российской Федерации N 2125494, кл. B 08 B 9/00, 1998 г. способ очистки внутренней поверхности преимущественно от твердых отложений путем высверливания последних вращающимся сверлом с одновременным вымыванием образующегося шлама непрерывно подаваемой к режущим кромкам сверла охлаждающей жидкостью отложений и устройство для его осуществления.

Недостатками указанных способов и устройств для их осуществления является низкая скорость сверления, большая удельная энергоемкость и невозможность их использования для образования или очистки каналов малого поперечного сечения.

Наиболее близкими по своей сути к предложенному способу образования каналов малого диаметра, преимущественно в бетоне или камне, и устройству для его осуществления являются известные из авторского свидетельства СССР N 1645168, кл. B 28 D 1/14, 1989, способ для образования каналов малого диаметра, преимущественно в бетоне или камне, включающий совместные воздействия на последние вращающегося и поступательно перемещаемого под статической нагрузкой режущего инструмента и инициируемых в подаваемой к ним охлаждающей жидкости продольных осевых ударных силовых импульсов и устройство для его осуществления, содержащее цилиндрический корпус со штуцером для подвода охлаждающей жидкости и уплотнительными кольцами, охватывающими установленный внутри корпуса и кинематически соединенный с приводом вращения шпиндель со сквозным продольным каналом для подачи охлаждающей жидкости к рабочей части закрепленного в нем режущего инструмента и приспособление для инициирования гидродинамических силовых импульсов в охлаждающей жидкости.

Недостатками этого способа и устройства для его осуществления является низкая скорость сверления, быстрый износ режущего инструмента, высокая удельная энергоемкость и невозможность их использования для образования или очистки каналов малого поперечного сечения от твердых отложений.

Задачами изобретения являются повышение производительности, качества поверхности каналов, снижение трудоемкости работы обслуживающего персонала и обеспечение возможности их использования для образования или очистки каналов малого поперечного сечения.

Указанные задачи достигаются тем, что в способе образования каналов малого диаметра, преимущественно в бетоне или камне, включающем совместные воздействия на них вращающегося и поступательно перемещаемого под статической нагрузкой режущего инструмента и инициируемых в подаваемой к нему охлаждающей жидкости осевых ударных силовых импульсов, в процессе работы к инструменту вдоль его продольной оси прикладывают статическую нагрузку P_ст = 5-15 кг/см² и инициируют при этом в охлаждающей жидкости осевые ударные силовые импульсы с частой 5-500 Гц с одновременным центрированием пластинчатого режущего инструмента относительно поверхности вновь образующегося канала путем создания эффекта гидроклина между боковой поверхностью центрирующей фигурной части удлинителя шпинделя с поперечным сечением в виде овала, причем угол α между касательной к поверхности овала, проходящей через концы его большей полуоси и касательной к внутренней поверхности вновь образующегося канала составляют 1-5^o, а охлаждающую жидкость подают к рабочей части режущего инструмента под давлением P = 5-10,0 кг/см², устройство же для образования каналов малого поперечного сечения, преимущественно в бетоне или камне, содержащее, цилиндрический корпус со штуцером для подвода охлаждающей жидкости и уплотнительными кольцами, охватывающими установленный внутри корпуса и кинематически соединенный с приводом вращения шпиндель со сквозным продольным каналом для подачи охлаждающей жидкости к рабочей части закрепленного в нем режущего инструмента и приспособление для инициирования гидродинамических силовых импульсов в охлаждающей жидкости содержащее цилиндрический корпус со штуцером для подвода охлаждающей жидкости, шпиндель снабжен удлинителем в виде расположенной вдоль его продольной оси штанги с имеющей овальное поперечное сечение центрирующей фигурной частью на свободном конце, расположенном по ходу подачи охлаждающей жидкости выше рабочей части режущего инструмента, которая выполнена с плоским поперечным сечением, приспособление для инициирования в омывающей режущий инструмент охлаждающей жидкости осевых пульсирующих силовых импульсов - в виде установленной в полости корпуса и охватывающей штангу полимерной неподвижной втулки с распределительным коллектором на наружной боковой поверхности в виде кольцевой канавки с 1-6 сквозными радиальными каналами, продольные оси которых лежат в одной плоскости с осью кольцевой канавки, осью сквозного канала подводящего штуцера и осью входного отверстия канала в штанге для подвода охлаждающей жидкости к рабочей поверхности режущего инструмента, при этом площадь поперечного сечения каждого радиального канала неподвижной полимерной втулки соответствует площади сквозного поперечного продольного канала шпинделя, при этом углы α между касательными к боковой поверхности овала центрирующей фигурной части штанги, проходящими через концы его большей полуоси и касательными к внутренней поверхности вновь образующего канала составляют 1-5^o, при этом длина L большей полуоси поперечного сечения центрирующей фигурной части и длина L₁ последней превышают толщину S режущего инструмента соответственно в 1,5-5,5 и 2,0-6,5 раза.

Кроме того, в способе образования каналов малого диаметра, преимущественно в бетоне или камне в зазоре между боковой поверхностью центрирующей фигурной части удлинителя шпинделя и поверхностью вновь образующегося канала на последнюю дополнительно воздействуют силовыми импульсами за счет периодически создаваемого электрогидравлического эффекта, а устройство же для образования каналов малого поперечного сечения, преимущественно в бетоне или камне может быть снабжено приспособлением для возбуждения импульсного электрогидравлического эффекта, электрически соединенным с рабочей частью режущего инструмента.

Осуществление заявленного способа с помощью вышеописанного устройства позволяет получить технический эффект, заключающийся в создании дополнительных динамических воздействий на разрушаемый материал осевыми ударными силовыми импульсами, создаваемыми в охлаждающей жидкости, которые вместе с вращением режущего инструмента и статической нагрузкой на него, способствует качественному и быстрому образованию каналов малого поперечного сечения.

Заявленный способ может быть использован с устройством и другого конструктивного выполнения, но с заявленным устройством осуществление способа наиболее эффективно, что позволяет сделать вывод о наличии единого изобретательного замысла.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства для образования каналов малого поперечного сечения, преимущественно в бетоне или камне в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А по фиг. 1; на фиг. 3 - разрез В-В по фиг. 1.

Сущность способа образования каналов малого диаметра, преимущественно в бетоне или камне заключается в следующем.

Кромку рабочей части режущего инструмента прижимают к поверхности камня или бетона или к торцу трубчатого элемента в зоне твердых отложений, которые надо из него удалить, при этом к приводу вращения режущего элемента в процессе его работы вдоль его продольной оси прикладывают статистическую нагрузку. Наибольший эффект достигается при нагрузке P_ст = 5-15 кг/см².

Для осуществления способа используют пластинчатый режущий инструмент, установленный в удлинителе шпинделя в виде штанги, имеющей расположенную выше рабочей части рабочего инструмента по ходу подачи охлаждающей жидкости центрирующую фигурную часть с овальным поперечным сечением, наружная поверхность которой центрируется относительно поверхности образующегося канала при подаче охлаждающей жидкости, за счет создания эффекта гидроклина.

Этот эффект создается между боковой поверхностью центрирующей фигурной части удлинителя шпинделя, выполненного в виде штанги, и внутренней поверхностью образующегося канала за счет того, что поверхность центрирующей фигурной части штанги расположена таким образом, что углы между касательными к поверхности овала, проходящими через концы его большей полуоси и касательными к внутренней поверхности вновь образующегося канала при угле α равном 1-5^o.

Эффективность разрушения камня или бетона повышается за счет инициируемых в подаваемой к режущему инструменту охлаждающей жидкости осевых ударных силовых импульсов.

Наибольший эффект достигается при частоте 5 - 500 Гц.

При удалении шлама охлаждающую жидкость, вымывающую шлам подают к рабочей части режущего инструмента под давлением P = 0,5 - 10,0 кг/см².

Пример 1 осуществления способа.

Для образования канала малого диаметра в камне кромку рабочей части реющего инструмента прижимали к поверхности камня и к приводу вращения пластинчатого режущего инструмента прикладывали статическую нагрузку P_ст = 12 кг/см², вдоль его продольной оси перпендикулярно к плоскости поверхности камня. С помощью приспособления для инициирования гидродинамических импульсов в охлаждающей жидкости создавали импульсы с частотой 20,8 Гц, при этом за счет угла α = 4,5^o, между касательными к поверхности овала, проходящей через концы его большой полуоси и касательными к внутренней поверхности вновь образующегося канала поверхностью центрирующей фигурной частью удлинителя шпинделя в виде штанги создавался эффект гидроклина, благодаря которому осуществлялось центрирование режущего инструмента и усиливалось динамическое воздействие на разрушаемый камень.

Для удаления шлама охлаждающую жидкость подают к рабочей части режущего инструмента под давлением P = 8 кг/см².

Производительность режущего инструмента при вышеуказанных параметрах повышается в 2,5-3 раза по сравнению с известными способами.

Пример 2 осуществления способа.

Для удаления отложений на внутренней поверхности трубчатого элемента с проходным сечением 14 мм технологического оборудования кромку рабочей части режущего инструмента подводили к торцу трубчатого элемента в зоне твердых отложений, которые надо удалить. Использовали режущий инструмент шириной 0,9 от проходного сечения трубчатого элемента, т.е. 12,5 мм. Частота вращения режущего инструмента составляла 2000 об/мин, а статическая нагрузка P_ст на инструмент вдоль его продольной оси составляла 8 кг/см². С помощью приспособления для инициирования гидродинамических импульсов в охлаждающей жидкости создавали осевые ударные импульсы частотой 100 Гц, при этом за счет угла α = 3,5^o, между касательными к поверхности овала, проходящей через концы его большой полуоси и касательными к внутренней поверхности вновь образующегося канала поверхностью центрирующей фигурной частью удлинителя шпинделя в виде штанги создавался эффект гидроклина, благодаря которому осуществлялось центрирование режущего инструмента и усиливалось динамическое воздействие на разрушаемые отложения.

Для удаления шлама охлаждающую жидкость, вымывающую шлам по дают к рабочей части режущего инструмента под давлением P = 5 кг/см².

При вышеуказанных параметрах скорость очистки внутренней поверхности трубчатых элементов увеличилась в 2 раза при обеспечении требуемого качества очистки.

Устройство для образования каналов малого поперечного сечения, преимущественно в бетоне или камне состоит из цилиндрического корпуса 1 со штуцером 2 для подвода охлаждающей жидкости и уплотнительными кольцами 3, охватывающими установленный внутри цилиндрического корпуса 1 шпиндель 4. Шпиндель 4 кинематически соединен с приводом 5 его вращения и имеет сквозной продольный 6 канал для подачи охлаждающей жидкости к рабочей 7 части, закрепленного в нем режущего инструмента 8. Шпиндель 4 снабжен удлинителем в виде расположенной вдоль его продольной оси штанги 9 с соосным продольному каналу 6 шпинделя 4 сквозным 10 каналом. В полости 11 цилиндрического корпуса 1 установлено приспособление для инициирования гидродинамических осевых пульсирующих силовых импульсов в омывающий режущий инструмент 8 охлаждающей жидкости в виде охватывающей шпиндель 4 полимерной неподвижной втулки 12. Полимерная неподвижная втулка 12 выполнена с распределительным коллектором на наружной боковой поверхности в виде кольцевой 13 канавки, соединенной посредством 1 - 6 сквозных радиальных 14 каналов, продольные оси которых лежат в одной плоскости с осью кольцевой 13 канавки, осью сквозного 15 канала подводящего штуцера 2 и осями входных отверстий 16 сквозного продольного 4 канала шпинделя 4. Суммарная площадь поперечных сечений сквозных радиальных 14 каналов соответствует площади поперечного сечения сквозных соосных продольных каналов 6 и 10, соответственно в шпинделе 4 и штанге 9. Режущий инструмент 8 выполнен пластинчатым, а штанга 9 - с расположенной выше рабочей 7 части последнего по ходу подачи охлаждаю щей жидкости центрирующей фигурной частью с поперечным сечением в виде овала 17, между боковой поверхностью которой и поверхностью вновь образующегося канала инициируется эффект гидроклина, благодаря тому, что углы α между касательными к боковой поверхности фигурной части, проходящими через концы большей полуоси овала 17 и касательными к поверхности вновь образующего канала составляют 1 - 5^o, при этом длина L большей полуоси поперечного сечения центрирующей фигурной части и длина L₁ последней превышают толщину S режущего инструмента соответственно в 1,5 - 5,5 и 2,0-6,5 раз.

Работает устройство для образования каналов малого поперечного сечения, преимущественно в бетоне или камне следующим образом. После прижима кромки рабочей части режущего инструмента 8 усилием в 5-15 кг/см² к поверхности бетона или камня или к торцу трубчатого элемента, с внутренней поверхности канала которого требуется удалить твердые отложения 18, включают привод 5 вращения шпинделя 4 и подачу охлаждающей жидкости к кромке рабочей 7 части режущего инструмента 8. Благодаря чему режущий инструмент 8 начинает вращаться, а в охлаждающей жидкости, омывающей кромки рабочей 7 части режущего инструмента 8 инициируются осевые ударные силовые импульсы с частой 5 - 500 Гц, т.к. при вращении шпинделя 4 входные отверстия 16 его сквозного продольного 6 канала разобщаются с выходными отверстиями 19 радиальных 14 каналов полимерной неподвижной втулки 12, и возбуждается эффекта гидроклина в зазоре между боковой поверхностью центрирующей фигурной части режущего инструмента 8 и поверхностью вновь образующегося канала малого поперечного сечения в бетоне или камне, или с внутренней поверхности канала обрабатываемого трубчатого элемента, с которой требуется удалить твердые отложения 18, что обеспечивает соосность режущего инструмента 8, вновь образующегося канала в бетоне или камне, или внутренней поверхностью канала обрабатываемого трубчатого элемента. Образующийся при воздействии кромки рабочей 8 части вращающегося режущего инструмента 8 на обрабатываемый объект шлам при этом удаляется потоком охлаждающей жидкости, непрерывно подаваемой под давлением P = 0,5 - 10,0 кг/см².

Осуществление заявленного способа образования каналов малого диаметра, преимущественно в бетоне или камне, с применением вышеописанного устройства позволяет значительно повысить производительность (2,5 - 3 раза) за счет дополнительного динамического воздействия на разрушаемый материал осевыми ударными силовыми импульсами в охлаждающей жидкости и повысить качество поверхности вновь образуемого канала за счет центрирования режущего инструмента 8 и использованием эффекта гидроклина, создаваемого между боковой поверхностью центрирующей фигурной части свободного конца штанги 9 и внутренней поверхностью вновь образующегося канала.

Формула изобретения

1. Способ образования каналов малого диаметра преимущественно в бетоне или камне, включающий совместные воздействия на последние вращающегося и поступательно перемещаемого под статической нагрузкой режущего инструмента и инициируемых в подаваемой к нему охлаждающей жидкости осевых ударных силовых импульсов, отличающийся тем, что в процессе работы к инструменту вдоль его продольной оси прикладывают статическую нагрузку P_ст. = 5 - 15 кг/см² и инициируют при этом в охлаждающей жидкости осевые ударные силовые импульсы с частотой 5 - 500 Гц с одновременным центрированием пластинчатого режущего инструмента относительно внутренней поверхности вновь образующегося канала путем создания эффекта гидроклина между боковой поверхностью центрирующей фигурной части удлинителя шпинделя с поперечным сечением в виде овала, причем угол α между касательной к поверхности овала, проходящей через концы его большей полуоси, и касательной к внутренней поверхности вновь образующегося канала составляют 1 - 5^o, а охлаждающую жидкость, вымывающую шлам, подают к рабочей части режущего инструмента под давлением Р = 0,5 - 10,0 кг/см².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зазоре между боковой поверхностью центрирующей фигурной части удлинителя шпинделя и поверхностью вновь образующегося канала на последнюю дополнительно воздействуют силовыми импульсами за счет периодически создаваемого электрогидравлического эффекта.

3. Устройство для образования каналов малого поперечного сечения преимущественно в бетоне или камне, содержащее цилиндрический корпус с штуцером для подвода охлаждающей жидкости и уплотнительными кольцами, охватывающими установленный внутри корпуса и кинематически соединенный с приводом вращения шпиндель со сквозным продольным каналом для подачи охлаждающей жидкости к рабочей части закрепленного в нем режущего инструмента, и приспособление для инициирования гидродинамических силовых импульсов в охлаждающей жидкости, содержащее цилиндрический корпус с штуцером для подвода охлаждающей жидкости, отличающееся тем, что шпиндель снабжен удлинителем в виде расположенной вдоль его продольной оси штанги с имеющей овальное поперечное сечение центрирующей фигурной частью на свободном конце, расположенном по ходу подачи охлаждающей жидкости выше рабочей части режущего инструмента, которая выполнена с плоским поперечным сечением, приспособление для инициирования в омывающей режущей инструмент охлаждающей жидкости осевых пульсирующих силовых импульсов в виде установленной в полости корпуса и охватывающей штангу полимерной неподвижной втулки с распределительным коллектором на наружной боковой поверхности в виде кольцевой канавки с 1 - 6 сквозными радиальными каналами, продольные оси которых лежат в одной плоскости с осью кольцевой канавки, осью сквозного канала подводящего штуцера и осью входного отверстия канала в штанге для подвода охлаждающей жидкости к рабочей поверхности режущего инструмента, при этом площадь поперечного сечения каждого радиального канала неподвижной полимерной втулки соответствует площади сквозного поперечного продольного канала шпинделя, при этом углы α между касательными к боковой поверхности овала центрирующей фигурной части штанги, проходящими через концы его большей полуоси и касательными к внутренней поверхности вновь образующего канала составляют 1 - 5^o, при этом длина L большей полуоси поперечного сечения центрирующей фигурной части и длина L₁ последней превышают толщину S режущего инструмента соответственно в 1,5 - 5,5 и 2,0 - 6,5 раз.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что он снабжен приспособлением для возбуждения импульсного электрогидравлического эффекта, электрически соединенным с рабочей частью режущего инструмента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3