Пневматическое ударное устройство

 

Изобретение относится к области горного дела и строительства и предназначено для ударного погружения в грунт труб и других стержневых элементов. Технический результат - повышение экономичности. Пневматическое ударное устройство включает ударник со ступенчатой полостью и взаимодействующую с ним входящую в эту полость ступенчатую втулку, отделяющую ступенчатую полость от атмосферы подвижным сопряжением с поверхностью ударника и разделяющую ее на камеры рабочего и холостого хода, и питающий канал, выполненный в ступенчатой втулке, ступенчатая полость ударника в рабочей камере выполнена глухой, а подвижное сопряжение с поверхностью ударника, отделяющее ступенчатую полость от атмосферы, выполнено только между поверхностью ударника в меньшей ступени этой полости и поверхностью взаимодействующей с ней ступени втулки. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области горного дела и строительства и касается пневматических устройств ударного действия для ударного погружения в грунт труб и других стержневых элементов.

Известно устройство для образования скважин в грунте, описанное в а.с. СССР N 1788159, E 02 F 5/18, опубликованном в БИ N 2, 1993 г. Оно содержит корпус, размещенный в нем ударник с внутренней полостью, воздухораспределитель, входящий в полость ударника, питающую и выхлопную магистрали. Через воздухораспределитель воздух поступает во внутреннюю полость ударника, являющуюся камерой рабочего хода, оттуда он имеет возможность при определенном положении ударника поступать в камеру холостого хода, расположенную в передней части машины. Камера рабочего хода постоянно находится под давлением и не имеет выхлопа в атмосферу. Сжатый воздух, энергией которого осуществляется рабочий ход, поступая в камеру холостого хода, осуществляет и холостой ход, имея довольно большое расширение до выхлопа, обеспечивающее достаточно рациональное использование сжатого воздуха.

Недостатком конструкции является большое количество посадочных сопряжений, через зазоры которых происходит утечка сжатого воздуха, что не позволяет обеспечивать экономичность машины. Так, утечки происходят в зазорах между ударником и корпусом и между ударником и воздухораспределителем.

Другим недостатком данной конструкции является небольшая рабочая площадь ударника при рабочем ходе, много меньшая площади поперечного сечения полости корпуса, не позволяющая получить значительную величину ударной мощности при тех же габаритах машины. В тех же габаритах увеличение диаметра полости невозможно, так как приводит к уменьшению прочности юбки ударника. Увеличение габаритов всей машины с целью увеличения мощности приводит к удорожанию ее изготовления и увеличению трудоемкости использования в основном за счет увеличения массы и размеров основной ее детали - корпуса.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство ударного действия для забивания в грунт стержневых элементов, описанное в а.с. СССР N 972003, E 02 D 7/02, E 02 F 5/18, опубликованном в БИ N 41, 1982 г. Оно содержит ударник со сквозным осевым каналом и внутренней полостью, стержень, трубку с закрепленным на ней с возможностью взаимодействия со стержнем зажимным приспособлением, воздухораспределительный механизм, выполненный в виде ступенчатой втулки с каналом подачи сжатого воздуха, имеющим выход на ее наружную поверхность, причем втулка неподвижно закреплена на трубке и размещена в ударнике.

К достоинствам данного устройства можно отнести то, что его конструкция позволяет не иметь охватывающего ударник корпуса - самой массивной и дорогой детали многих ударных устройств. Рабочие камеры устройства образованы внутри ударника, что позволяет ему рационально сочетать свои функции и функции корпуса. Это позволяет экономить средства на изготовление устройства и уменьшить его общую массу, снижает трудоемкость при производстве работ.

Недостатком устройства является большое количество мест утечки сжатого воздуха. Это происходит в зазорах между ударником и ступенчатой втулкой и между ударником и трубкой, размещенной в сквозном осевом канале, что не позволяет обеспечить необходимую экономичность устройства.

Из-за наличия, обусловленного данной схемой воздухораспределения, сквозного канала в ударнике его рабочая площадь на рабочем ходу невелика, что ограничивает его ударную мощность. Кроме того, сообщение между передней и задней камерой в ударнике через расточку в средней его части уменьшает площадь поперечного сечения ударника, что приводит к уменьшению его прочности.

Технической задачей, решаемой данным предлагаемым изобретением, является повышение экономичности за счет сокращения числа мест утечки сжатого воздуха при увеличений ударной мощности устройства за счет увеличения площади ударника, находящейся под давлением на рабочем ходу, и при увеличении прочности ударника за счет увеличения площади поперечного сечения в средней его части.

Данная техническая задача решается тем, что в пневматическом ударном устройстве, включающем ударник со ступенчатой полостью и входящую в нее ступенчатую втулку, разделяющую ее на камеры холостого и рабочего хода и взаимодействующую со ступенчатой полостью, отделенной от атмосферы подвижным сопряжением взаимодействующих поверхностей, и питающий канал, выполненный в ступенчатой втулке, согласно изобретению, указанное подвижное сопряжение локализовано в сопряжении меньшей ступени полости ударника и взаимодействующей с ней ступени ступенчатой втулки.

Отделение от атмосферы обеих камер одним подвижным сопряжением взаимодействующих поверхностей деталей резко уменьшает площадь зазоров между этими поверхностями, через которые происходит утечка сжатого воздуха. Это позволяет сократить утечки сжатого воздуха, объем которых в традиционных конструкциях доходит до половины всего расходоваемого воздуха, и тем самым повысить экономичность.

В данном устройстве ступенчатая полость ударника выполняется глухой в рабочей камере, что увеличивает рабочую площадь ударника на рабочем ходу и является основой повышения ударной мощности. При этом возможно выполнить выпуклость в центральной части ударных торцев ударника и наковальни, что позволяет осуществлять центральный удар, улучшающий передачу энергии удара.

Целесообразно в ступенчатой втулке выполнить дополнительный канал, постоянно открытый в камеру рабочего хода и имеющий выход на боковую поверхность ступени, взаимодействующей с меньшей ступенью полости ударника, причем выход выполнить с возможностью сообщения то с камерой рабочего хода, то с атмосферой в зависимости от положения ударника.

Периодическое соединение рабочей камеры с постоянно находящейся под давлением камерой холостого хода через дополнительный канал в ступенчатой втулке позволяет отказаться от служащей этой цели в прототипе расточки во внутренней полости ударника, что обеспечивает поперечное сечение ударника большей площади, гарантирующее большую его прочность.

Целесообразно устройство снабдить коробом для размещения ударника.

Компоновка основных элементов конструкции внутри короба позволяет сохранить то же положительное качество, что и у прототипа - отказаться от необходимости иметь наиболее массивную и дорогостоящую деталь, какой является корпус в традиционных конструкциях. Короб данного устройства значительно легче и проще в изготовлении, чем корпуса традиционных конструкций, имеющие посадочные поверхности, выполненные с большой точностью. Короб может изготовляться из профильного проката и листового металла и не требует большой точности изготовления.

Целесообразно при этом наружные поверхности ударника, взаимодействующие с коробом, выполнить плоскими.

Это позволяет увеличить площадь контакта ударника с коробом, уменьшить износ трущихся поверхностей. Кроме того, это позволяет более полно использовать сечение короба для размещения ударника увеличенной массы. Так, например, в коробе с квадратным поперечным сечением рационально было бы разместить ударник с квадратным же поперечным сечением.

Целесообразно также короб снабдить опорными роликами.

Это, особенно в больших машинах, позволяет уменьшить потери энергии при преодолении силы трения во время движения ударника.

Целесообразно короб снабдить гнездом крепления ступенчатой втулки.

Крепление ступенчатой втулки в коробе соответствует наиболее простому способу компоновки всех элементов конструкции.

Предлагаемая конструкция устройства ориентирована на создание больших мощных машин, при котором исключение из конструкции корпуса позволяет иметь значительно большую экономию средств на их изготовление, сделать изготовление более доступным без привлечения сверхтяжелых станков, а также уменьшить затраты средств и труда при эксплуатации.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами. На фиг. 1 показан продольный разрез устройства, на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - продольный разрез устройства с коробом, снабженным опорными роликами.

Пневматическое ударное устройство содержит ударник 1 (фиг. 1) со ступенчатой полостью 2, имеющей большую ступень 3 и меньшую ступень 4, а также лыски 5 (фиг. 2), ступенчатую втулку 6 со ступенью 7, взаимодействующей с большей ступенью 3 полости 2 ударника 1, и со ступенью 8, взаимодействующей с меньшей ступенью 4 полости 2 ударника 1. Ступенчатая втулка 6 входит в ступенчатую полость 2 ударника 1 и взаимодействует с ней, разделяя ее на камеру 9 рабочего хода и камеру 10 холостого хода. Ступенчатая втулка 6 имеет питающий канал 11, постоянно открытый в камеру 10 холостого хода, и дополнительный канал 12, постоянно открытый в камеру 9 рабочего хода и имеющий выход 13 на боковую поверхность ее ступени 8. Устройство содержит также короб 14. В задней части короба 14 выполнено гнездо 15 крепления ступенчатой втулки 6 при помощи гайки 16, к которой присоединен воздухоподводящий рукав 17. В верхней части короба 14 выполнено отверстие 18. Устройство в передней части содержит наковальню 19. Возможно выполнение короба 14 с опорными роликами 20 (фиг. 3), расположенными под ударником 1.

Работает пневматическое ударное устройство следующим образом. Сжатый воздух через воздухоподводящий рукав 17 и питающий канал 11 поступает в камеру 10 холостого хода и воздействует на рабочую площадь ударника 1 со стороны этой камеры. В это время камера 9 рабочего хода через дополнительный канал 12 и его выход 13 соединена с атмосферой, а взаимодействующие ступени 3 полости 2 ударника 1 и 7 ступенчатой втулки 6 изолируют ее от камеры 10, что обеспечивает в камере 9 давление, близкое к атмосферному. Под действием сжатого воздуха со стороны камеры 10 холостого хода ударник 1 приходит в движение в заднем направлении - начинается холостой ход. При этом выход 13 на боковой поверхности ступени 8 ступенчатой втулки 6 перекрывается поверхностью меньшей ступени 4 полости 2 ударника 1 - камера 9 рабочего хода в полости 2 ударника 1 изолируется от атмосферы. При этом обе камеры 9 и 10 в полости 2 ударника 1 отделены от атмосферы только одним подвижным сопряжением поверхностей меньшей ступени 4 полости 2 ударника 1 и ступени 8 ступенчатой втулки 6, что уменьшает утечки воздуха из этих камер. В дальнейшем выход 13 открывается в камеру 10 холостого хода, находящуюся всегда под давлением. Сжатый воздух из камеры 10 холостого хода через выход 13, дополнительный канал 12 поступает в камеру 9 рабочего хода, где воздействует на рабочую площадь ударника 1 со стороны этой камеры. Поскольку рабочая площадь со стороны камеры 9 рабочего хода много больше рабочей площади со стороны камеры 10 холостого хода, на ударник 1 начинает действовать сила, направленная вперед. Под действием этой силы ударник 1 останавливается и переводится на рабочий ход. При этом выход 13 перекрывается поверхностью меньшей ступени 4 полости 2 ударника 1 - происходит отсечка впуска сжатого воздуха в камеру 9 рабочего хода. Дальнейшее движение происходит за счет инерции и за счет расширения сжатого воздуха в камере 9 рабочего хода. Далее выход 13 открывается в атмосферу и через него и дополнительный канал 12 с атмосферой соединяется камера 9 рабочего хода - начинается выхлоп. В конце рабочего хода ударник 1 наносит удар по наковальне 19. Цикл повторяется.

Лыски 5 на ударнике 1 увеличивают площадь контакта ударника 1 с коробом 14 и позволяют избежать при движении ударника 1 задиров трущихся поверхностей.

Во время работы на ступенчатую втулку 6 действует знакопеременная сила, однако перемещение втулки 6 предотвращается закреплением в гнезде 15 короба 14, осуществляемым при помощи гайки 16. Через отверстие 18 в коробе 14 осуществляется выпуск выхлопываемого воздуха.

Опорные ролики 20 под ударником 1 при его движении позволяют заменить силу трения скольжения на силу трения качения, что уменьшает потери энергии на трение.

Формула изобретения

1. Пневматическое ударное устройство, включающее ударник со ступенчатой полостью и взаимодействующую с ним входящую в эту полость ступенчатую втулку, отделяющую ступенчатую полость от атмосферы подвижным сопряжением с поверхностью ударника и разделяющую ее на камеры рабочего и холостого хода, и питающий канал, выполненный в ступенчатой втулке, отличающееся тем, что ступенчатая полость ударника в рабочей камере выполнена глухой, а подвижное сопряжение с поверхностью ударника, отделяющее ступенчатую полость от атмосферы, выполнено только между поверхностью ударника в меньшей ступени этой полости и поверхностью взаимодействующей с ней ступени втулки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в ступенчатой втулке выполнен дополнительный канал, постоянно открытый в камеру рабочего хода и имеющий выход на боковую поверхность ступени, взаимодействующей с меньшей ступенью полости ударника, причем выход выполнен с возможностью сообщения то с камерой рабочего хода, то с атмосферой в зависимости от положения ударника.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено коробом для размещения ударника.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что наружные поверхности ударника, взаимодействующие с коробом выполнены плоскими.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что короб снабжен опорными роликами.

6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что короб снабжен гнездом крепления ступенчатой втулки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3