Устройство ударного действия
Изобретение относится к устройствам ударного действия для рыхления мерзлого грунта и для разрушения скальных пород, искусственных материалов, уплотнения грунтов и может быть использовано в горной промышленности, коммунальных службах, металлургии, строительстве, а также при создании штамповочных и сваебойных молотов. Техническим результатом является повышение надежности устройства и уменьшение времени на перемонтаж его конструктивных узлов. Для этого устройство включает корпус совместно с размещенным в нем поршнем-ударником, образующий постоянно сообщенную с напорной линией и гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода, снабженную коаксиальной торцевой расточкой, сопряженной по боковой поверхности с поршнем ударником в конце рабочего хода, и камеру рабочего хода, попеременно через основной распределитель связанную со сливной линией или камерой холостого хода, которая также снабжена коаксиальной торцевой расточкой, сопряженной с поршнем-ударником в конце холостого хода. Причем основной распределитель на концах снабжен гидравлическими полостями управления различной площади, меньшая из которых постоянно связана с напорной линией, а большая попеременно сообщена в конце рабочего хода со сливной линией через первый, а в конце холостого хода - с напорной линией через второй дополнительные распределители. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к устройствам ударного действия и может быть использовано в горной промышленности для разрушения скальных пород, искусственных материалов, в строительстве для уплотнения и рыхления мерзлых грунтов, а также при создании штамповочных и сваебойных молотов.
Существует целый ряд гидравлических устройств ударного действия с различными схематическими решениями, но общее в них одно. Поршень-ударник, обладающий немалой массой, разгоняется до некоторой скорости, наносит удар по разрушаемому материалу или рабочему инструменту, не всегда расположенному перпендикулярно оси движения поршня-ударника, следовательно, боковые составляющие при отскоке поршня-ударника от преграды могут составлять немалые величины, а следовательно, и направляющие подшипники поршня-ударника всегда будут испытывать значительные нагрузки и в дальнейшем ускоренный износ и произвольное увеличение зазоров.
Известно устройство ударного действия, содержащее корпус, поршень-ударник с охватывающим его кольцевым ступенчатым клапаном, образующие заполненную сжатым газом аккумуляторную, образующую со сливной линией переливную, сообщенную с насосом напорную и сообщенную с последней взводящую камеры, в котором переливная камера каналом в корпусе через обратный клапан соединена с взводящей камерой, включающей гидроаккумулятор, а наружная поверхность кольцевого клапана (далее по тексту будем его называть «золотником» управления) выполнена в виде четырехступенчатого цилиндра, первая ближняя со стороны взводящей камеры ступень которого имеет наименьший диаметр; вторая по очереди ступень снабжена уплотнительным выступом и имеет диаметр меньше диаметра третей ступени, но больше диаметра четвертой ступени, сопряженной по боковой поверхности ступенчатого отверстия корпуса (патент РФ №2095566).
В этом устройстве кольцевой «золотник», который охватывает поршень-ударник снаружи, будет иметь значительный диаметр, следовательно, выполнить требования к соосности по пяти поверхностям на больших диаметрах представляет немалые трудности технологического характера. Зазоры между корпусом «золотника» и самим «золотником» необходимо иметь в пределах 0,03-0,05 мм и незначительный износ трущихся поверхностей приводит к чрезмерным утечкам рабочей жидкости и далее к отказу молота в работе.
За прототип предлагаемого устройства выбрано устройство ударного действия, включающее в себя корпус, образующий с поршнем-ударником камеру холостого хода, постоянно сообщенную с источником давления и гидроаккумулятором, и камеру рабочего хода, сообщенную попеременно с камерой холостого хода или со сливной магистралью, но поршень-ударник помимо основной функции выполняет роль распределительного золотника, управляющего потоком жидкости внутри устройства (финский гидромолот «Rammer» в книге «Гидравлические машины ударного действия», авт. Л.С.Ушаков и др. М.: Машиностроение, 2000; Специализированный журнал по гидроударникам, №2/88 и №1/89).
Для нормальной работы такого устройства зазоры между внутренней поверхностью направляющих подшипников и наружной поверхностью поршня-ударника должны находиться также в пределах 0,03-0,05 мм и незначительный износ трущихся поверхностей приводит к отказу в работе молота по тем же причинам, что и в патенте №2095566.
Для увеличения надежности устройств ударного действия необходимо убрать функцию прецизионного распределения управления с поршня-ударника, оставив за ним возможность только генерировать ударные импульсы большой энергии на разрушаемый объект, а управление по возможности объединить отдельным компактным блоком. Решение этой задачи позволит увеличивать и уменьшать энергетический модельный ряд устройств ударного действия, изменяя только массу поршня-ударника. Существующие гидромолоты имеют и другой существенный недостаток, как правило, они выполнены как единое целое, и незначительные отказы приводят к остановке гидромолота в целом.
Цель данного изобретения избавиться от вышеперечисленных недостатков и изготовить новый гидромолот модульной конструкции, в которой такие узлы, как рабочая головка, блок управления, ударный механизм, подвеска демпферная, могли бы меняться на имеющиеся в оборотном фонде с минимальным потерей времени на перемонтаж.
Предложено устройство ударного действия, включающее корпус, совместно с размещенным в нем поршнем-ударником образующий постоянно сообщенную с напорной линией и гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода, снабженную коаксиальной торцевой расточкой, сопряженной по боковой поверхности с поршнем ударником в конце рабочего хода и камеру рабочего хода, попеременно через основной распределитель связанную со сливной линией или камерой холостого хода, отличающееся тем, что основной распределитель на концах снабжен гидравлическими полостями управления различной площади, меньшая из которых постоянно связана с напорной линией, а большая попеременно сообщена в конце рабочего хода со сливной линией через первый, а в конце холостого хода - с напорной линией через второй дополнительные распределители. Кроме того, оба дополнительных распределителя снабжены на концах гидравлическими полостями управления, при этом одна из упомянутых полостей первого дополнительного распределителя содержит пружину и постоянно сообщена с камерой холостого хода, другая - с упомянутой торцевой расточкой указанной камеры; одна из упомянутых полостей второго дополнительного распределителя тоже содержит пружину и постоянно сообщена с камерой рабочего хода, другая - с упомянутой торцевой расточкой указанной камеры.
Предлагаемое устройство ударного действия конструктивно просто, компактно и технологично, обладает исключительной надежностью, а за счет того, что основной и два вспомогательных золотника имеют малые размеры, их можно компактно расположить в отдельном блоке управления.
На чертеже приведена схема предлагаемого устройства.
Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1, в направляющих которого подвижно вдоль оси установлен поршень-ударник 2, образующий с корпусом 1 камеру холостого хода 3, камеру рабочего хода 4 и газовый аккумулятор низкого давления 5. Камера холостого хода 3 напорной магистралью 6 постоянно соединена с источником давления 7, с аккумулятором высокого давления 8, заполненным сжатым газом, распределителем 9, штоком распределителя малого диаметра 10 и каналами 11, 12 первого дополнительного распределителя камеры холостого хода 13. Камера рабочего хода 4 каналом 14 периодически через распределитель 9 сообщается со сливным баком 15 или каналом 6 с камерой холостого хода 3, аккумулятором высокого давления 8, каналами 16 и 17 второго дополнительного гидрораспределителя рабочего хода 18. Распределитель с одной стороны через канал 6 камеру 19 и шток малого диаметра 10 посредством источника давления 7 (вместо штока может быть использован упругий пружинный элемент) удерживается в положении холостого хода, а с другой стороны через канал 20, камеру 21, шток большего диаметра 22 посредством второго дополнительного гидрораспределителя 18 источника давления 7 переключается в положение рабочего хода (соединяется полость 3 с полостью 4, аккумулятором высокого давления 8 и источник давления 7), а первым дополнительным гидрораспределителем 13 камены холостого хода сливным баком 15 для возвращения гидрораспределителя 9 в первоначальное положение. Первый дополнительный гидрораспределитель камеры холостого хода со стороны канала 12 имеет пружинный элемент, удерживающий первый дополнительный гидрораспределитель в нормально закрытом положении или при возникновении перетока рабочей жидкости из канала 11 в канал 12 соединит со сливным баком 15 через канал 20 камеру 21 золотника 9, при прекращении перетока рабочей жидкости из канала 11 в канал 12 пружинный элемент возвратит в нормально закрытое положение золотник первого дополнительного гидрораспределителя, обеспечив переток рабочей жидкости через дроссельное отверстие в золотнике. Второй дополнительный гидрораспределитель камеры рабочего хода 18 со стороны канала 17 также имеет пружинный элемент, удерживающий второй дополнительный гидрораспределитель в нормально закрытом положении или при возникновении перетока рабочей жидкости из канала 16 в канал 17 соединит камеру 21 через канал 20 с источником давления 7, при прекращении перетока рабочей жидкости из канала 16 в канал 17 пружинный элемент возвратит в нормально закрытое положение золотник второго дополнительного гидрораспределителя, обеспечив переток рабочей жидкости через дроссельное отверстие в золотнике.
Ударное устройство работает следующим образом. В исходном положении поршень-ударник 2 под действием газа в аккумуляторе низкого давления 5 находится в крайнем нижнем по чертежу положении. Дополнительные гидрораспределители 13 и 18 под действием своих пружинных элементов занимают крайние нормально закрытые положения.
Рабочая жидкость от источника давления 7 по каналу 6 поступает в камеру 19 и, действуя на шток малого диаметра 10, перемещает золотник распределителя 9 в крайне правое положение, отсекая камеру холостого хода 3 от камеры рабочего хода 4, поступает в камеру холостого хода 3 и, действуя на положительную площадь поршня-ударника, производит взвод его, одновременно происходит подзарядка газа в газовой полости аккумулятора высокого давления 8 и соединяет камеру рабочего хода 4 со сливным баком 15, куда через распределитель 9 поступает из камеры рабочего хода 4, а также повышение давления газа в аккумуляторе низкого давления 5 вследствие уменьшения объема газа при входе в нее верхнего конца поршня-ударника 2. В конце своего движения поршень-ударник 2 войдет в кольцевую расточку в верхней части разгонной полости 4, отсечет рабочую жидкость, двигающуюся на слив, и отсеченной жидкостью, преодолев силу пружинного элемента второго дополнительного гидрораспределителя 18, соединит источник давления 7 через канал 20 с полостью 21, при этом шток большего диаметра 22, преодолев удерживающую силу штока меньшего диаметра 10, переключит золотник распределителя 9 в левое по чертежу положение, отключив полость камеры рабочего хода 4 от слива 15, и соединит ее с полостью камеры холостого хода 3, источником давления 7 и аккумулятором 8.
Действуя на положительную площадь s рабочей жидкостью аккумулятора высокого давления 8 и одновременно на площадь S сжатым газом аккумулятора низкого давления 5, поршень-ударник 2 сначала остановится, дополнительно подзарядив аккумуляторы высокого давления 8 и низкого давления 5, а затем совместно аккумулятор низкого давления 5, источник давления 7 и аккумулятор высокого давления 8 начнут разгонять поршень-ударник 2 для совершения удара. В конце своего движения вниз поршень-ударник 2 войдет в кольцевую расточку в нижней части камеры холостого хода 3, отсечет жидкость, двигающуюся в камеру рабочего хода 4, и отсеченной жидкостью, преодолев силу пружинного элемента первого дополнительного гидрораспределителя 13, соединит слив 15 через канал 20 с полостью 21. При этом шток большего диаметра 22 перестанет преодолевать удерживающую силу штока меньшего диаметра 10 и золотник распределителя 9 переключится в правое по чертежу положение, возвратив схему устройства в первоначальное положение по чертежу. Далее циклы работы изделия повторяется до прекращения оператором подачи рабочей жидкости в гидромолот.
Таким образом предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами: молот конструктивно прост, компактен и технологичен; обладает исключительной надежностью за счет того, что основной и два вспомогательных золотника имеют малые диаметры, зазоры в их спряжениях со своими гильзами 0,03-0,05 мм выполнить не составляет особого труда, а малые их размеры позволяют компактно расположить их в отдельном блоке управления. На поршень-ударник возлагается функция наносить ударные импульсы по рабочему инструменту и посылать грубые сигналы о своем крайнем положении на блок управления, что приводит к снижению требований к точности изготовления поршня-ударника. Отдельная блочная схема компоновки уменьшает время простоя изделия в ремонте. Кроме того, между направляющими подшипниками и поршнем-ударником в предполагаемой схеме допускаются зазоры 0,05-0,3 мм. Изготовление гидромолотов по данной схеме возможно на предприятиях общего машиностроения без применения высокоточного оборудования. Текущий ремонт может производить непосредственно заказчик данной продукции.
1. Устройство ударного действия, включающее корпус, совместно с размещенным в нем поршнем-ударником образующий постоянно сообщенную с напорной линией и гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода, снабженную коаксиальной торцевой расточкой, сопряженной по боковой поверхности с поршнем-ударником в конце рабочего хода, и камеру рабочего хода, попеременно через основной распределитель связанную со сливной линией или камерой холостого хода, которая также снабжена коаксиальной торцевой расточкой, сопряженной с поршнем-ударником в конце холостого хода, отличающееся тем, что основной распределитель на концах снабжен гидравлическими полостями управления различной площади, меньшая из которых постоянно связана с напорной линией, а большая попеременно сообщена в конце рабочего хода со сливной линией через первый, а в конце холостого хода - с напорной линией через второй дополнительные распределители.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оба дополнительных распределителя снабжены на концах гидравлическими полостями управления, при этом одна из упомянутых полостей первого дополнительного распределителя содержит пружину и постоянно сообщена с камерой холостого хода, одна из упомянутых полостей второго дополнительного распределителя тоже содержит пружину и постоянно сообщена с камерой рабочего хода, другая - с упомянутой торцевой расточкой указанной камеры.
