пневмопробойник

Формула изобретения

1. Пневмопробойник, включающий корпус, в канале которого с возможностью возвратно-поступательного движения размещен ударник с опорными поясками, компенсатор зазора между корпусом и ударником, выполненный в виде установленной на ударнике втулки из упругого материала, отличающийся тем, что сопряжение ударника и втулки выполнено по сферическим поверхностям с возможностью качательного движения их относительно друг друга.

2. Пневмопробойник по п.1, отличающийся тем, что передний конец втулки выполнен с расширением, наружный диаметр которого больше диаметра канала корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машинам для проведения строительных работ, а именно для проходки скважин в грунте особенно значительной протяженности и криволинейных при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций.

Известно устройство для пробивания скважин в грунте (пневмопробойник) по а.с. СССР № 713962, Е 02 F 5/18, Е 02 D 17/146, опубл. в БИ № 5, 1980, включающее корпус, пику с конической проточкой под инерционный замок для их соединения, ударник, размещенный в канале корпуса с возможностью возвратно-поступательного движения, опорная (наружная) поверхность которого выполнена одного диаметра по всей его длине. Недостатком этого устройства являются частые отказы из-за заклинивания ударника в корпусе вследствие изгиба последнего при работе в неоднородных грунтах и при проходке криволинейных скважин. Увеличение зазора между корпусом и ударником лишь частично решает эту проблему, но при этом ведет к повышению непроизводительного расхода сжатого воздуха. Повышение жесткости корпуса за счет утолщения его стенки ведет к увеличению веса и, как следствие, к снижению скорости проходки скважин из-за ухудшения условий передачи ударного импульса от ударника корпусу, а также снижения удельной энергии удара (отношение энергии удара к площади скважины).

Известна машина ударного действия для проходки скважин в грунте (пневмопробойник) по патенту РФ № 2122621, Е 02 F 5/18, Е 21 В 7/06, опубл. в БИ № 33, 1998, включающая корпус с продольными ребрами, образующими при взаимодействии пневмопробойника с грунтом полости, индивидуально сообщенные с источником сжатого воздуха. В полости корпуса с возможностью ограниченного возвратно-поступательного перемещения и нанесения ударов по его передней части расположен ударник с опорными поясками примерно на его концах. В данной машине, предназначенной для проходки скважин значительной протяженности, в том числе криволинейных, подобное исполнение ударника позволяет уменьшить число отказов в работе из-за заклинивания его в корпусе, но, все же, перечисленные в описании предыдущего аналога недостатки имеют место.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является контрольное устройство для управления прямым и обратным ходом бурового пневматического устройства (реверсивный пневмопробойник) по патенту США № 4284147, F 01 L 21/02, F 01 В 7/18, опубл. 18.08.1981, включающее корпус, в канале которого с возможностью возвратно-поступательного движения размещен ударник с опорными поясками примерно на его концах. Примерно посредине заднего опорного пояска ударника помещен компенсатор зазора между ним и корпусом в виде втулки из эластичного материала, сопряженной с ударником по цилиндрической поверхности. При работе устройства (пневмопробойника) втулка (компенсатор зазора) под действием упругих свойств ее материала и давления сжатого воздуха прижимается к поверхности канала корпуса. Тем самым зазор между корпусом и ударником сводится до минимума, что позволяет сократить также до минимума и непроизводительный расход сжатого воздуха. Однако из-за опасности выдавливания втулки зазор между каналом корпуса и буртиками опорного пояска ударника ограничен, что ведет к заклиниванию ударника в корпусе, то есть к отказам в работе, для ликвидации которых необходимо увеличить толщину стенки корпуса, а это ведет к увеличению веса пневмопробойника и, как следствие, к снижению скорости проходки скважины.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение безотказности в работе за счет ликвидации заклинивания ударника в корпусе, а также снижение при этом веса и, как следствие, повышение скорости проходки скважины при сохранении минимума непроизводительного расхода сжатого воздуха.

Это достигается тем, что в пневмопробойнике, включающем корпус, в канале которого с возможностью возвратно-поступательного движения размещен ударник с опорными поясками, компенсатор зазора между корпусом и ударником, выполненный в виде установленной на ударнике втулки из упругого материала, согласно изобретению, сопряжение ударника и втулки выполнено по сферическим поверхностям с возможностью качательного движения их относительно друг друга. При искривлениях корпуса пневмопробойника в условиях эксплуатации втулка при совместных с ударником возвратно-поступательных движениях отслеживает канал корпуса. Ударник при тех же его движениях совершает качательные движения относительно втулки при проскальзывании его сферической поверхности по ответной поверхности втулки. Это позволяет ударнику свободно двигаться в значительно искривленном корпусе, что ликвидирует его заклинивание. По этой причине можно уменьшить толщину стенки корпуса, что способствует снижению веса пневмопробойника и, как следствие, повышению скорости проходки скважин при его использовании при сохранении минимального непроизводительного расхода сжатого воздуха.

Целесообразно передний конец втулки выполнить с расширением, наружный диаметр которого больше диаметра канала корпуса, что будет способствовать поддержанию минимума непроизводительного расхода сжатого воздуха.

Сущность изобретения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, из которых на фиг.1 показан пневмопробойник с частичным разрезом; на фиг.2 - компенсатор зазора в виде втулки между корпусом и ударником в разрезе в более крупном масштабе; на фиг.3 - продольное сечение переднего конца втулки (компенсатора зазора).

Пневмопробойник (фиг.1) имеет корпус 1 с внутренним каналом 2, в котором с возможностью возвратно-поступательного движения размещен ударник 3. Ударник 3 имеет передний 4 и задний 5 опорные пояски для скользящего центрирования его по поверхности 6 канала 2 корпуса 1 и проточку 7 между ними. В задней части ударника 3 выполнена расточка 8, в которую скользяще входит золотник 9, закрепленный в задней части корпуса 1 через амортизатор 10 с выхлопными отверстиями 11. Расточка 8 каналом 12 в золотнике 9 постоянно сообщена с источником сжатого воздуха, а отверстиями 13 в стенке ударника 3 - с передней полостью 14. Последняя образована пространством между передними частями корпуса 1 и ударника 3 и пространством между поверхностью 6 канала 2 корпуса 1 и проточкой 7 ударника 3, сообщенных между собой каналами (на фиг.1 не показаны), между поверхностью 6 и лысками 15 на переднем опорном пояске 4 ударника 3. Задняя полость 16 постоянно сообщена с атмосферой через выхлопные отверстия 11 в амортизаторе 10. Задний опорный поясок 5 ударника 3 (фиг.2) образован втулкой 17, скользяще сопряженной своей внутренней сферической поверхностью 18 с ответной сферической поверхностью 19 ударника 3, а наружной поверхностью 20 корпуса 1 - с поверхностью 6 канала 2. Геометрические размеры элементов ударника 3 и втулки 17 подобраны таким образом, чтобы указанные ударник 3 и втулка 17 имели возможность качательного движения относительно друг друга. Передний конец втулки 17 выполнен с расширением 21 (фиг.3), наружный диаметр D₁ которого в свободном состоянии больше диаметра D канала 2 корпуса 1. Втулка 17 выполнена из упругого материала, например полиуретана, поэтому ее передний конец 21 плотно прилегает к поверхности 6 канала 2 корпуса 1. Описанные исполнения ударника 3 и втулки 17 образуют компенсатор зазора между поверхностью 6 канала 2 корпуса 1 и одновременно задним опорным буртиком 5 ударника 3.

Пневмопробойник (фиг.1) работает следующим образом. Сжатый воздух по каналу 12 в золотнике 9 поступает в расточку 8 ударника 3 и далее через отверстия 13 - в переднюю полость 14. Так как площадь ударника 3 со стороны полости 14 больше его площади со стороны расточки 8, то ударник 3 начинает двигаться в сторону задней части пневмопробойника. После перекрытия отверстий 13 золотником 9 поступление сжатого воздуха в полость 14 прекратится и в ней начнется расширение отсеченного в ней воздуха. После открытия золотником 9 отверстий 13 из полости 14 через полость 16 и выхлопные отверстия 11 в амортизаторе 10 произойдет выхлоп отработанного воздуха, а ударник 3 продолжит свое движение по инерции. Не доходя некоторого расстояния до амортизатора 10, ударник 3 остановится и под действием сжатого воздуха на него в расточке 8 начнет двигаться в сторону передней части пневмопробойника. После перекрытия золотником 9 отверстий 13 в полости 14 начнется сжатие отсеченного воздуха. После открытия отверстий 13 золотником 9 в полость 14 описанным образом из расточки 8 начнет поступать сжатый воздух. Преодолевая противодавление со стороны полости 14, ударник 3 нанесет удар по передней части корпуса 1, продвигая его в грунте и образуя тем самым скважину. В дальнейшем описанный процесс циклически повторяется. Во время работы пневмопробойника втулка 17 своим передним концом 21 постоянно прижата к поверхности 6 канала 2 корпуса 1 из-за заданных его геометрических размеров, свойств материала и под действием давления со стороны передней полости 14. Это практически ликвидирует непроизводительный расход сжатого воздуха через зазор между поверхностью 6 канала 2 корпуса 1 и поверхностью 20 втулки 17. Когда давление воздуха в передней полости 14 превышает атмосферное, втулка 17 прижимается передней частью своей сферической поверхности 18 к передней части сферической поверхности 19 ударника 3, что также ликвидирует непроизводительный расход сжатого воздуха через зазор между этими поверхностями. При возникающих в процессе работы искривлениях корпуса 1 втулка 17, двигаясь совместно с ударником 3, центрируется своей поверхностью 20 по поверхности 6 канала 2 корпуса 1. При этом ударник 3, совершая возвратно-поступательные движения, одновременно совершает и качательные движения относительно втулки 17 при проскальзывании его сферической поверхности 19 по ответной сферической поверхности 18 втулки 17. Это способствует ликвидации заклинивания ударника 3 в корпусе 1 при его искривлениях, а также снижению веса за счет уменьшения толщины стенки корпуса 1, что ведет к повышению скорости проходки из-за лучших условий передачи энергии удара от ударника 3 корпусу 1 и повышения удельной энергии удара (отношение энергии удара к площади скважины).