устройство ударного действия

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ, включающее корпус, в расточке которого установлены коаксиально ступенчатый клапан и ударник с поршнем, образующие аккумулирующую, переливную полости, сообщенную со сливной магистралью сливную полость, напорную и взводящую полости, сообщенные с напорной магистралью, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения частоты ударов и повышения надежности в работе, в корпусе выполнена кольцевая расточка, диаметр которой равен наружному диаметру хвостовика ступенчатого клапана для периодического размещения последнего в указанной расточке, при этом в стенке хвостовика ступенчатого клапана выполнено дроссельное отверстие для постоянного сообщения между собой переливной и сливной полостей, а диаметр стержня ударника со стороны взводящей полости превышает диаметр стержня ударника со стороны аккумулирующей полости и указанные диаметры находятся в отношении

D²₁-D²₂ , ,

где D₁ - диаметр передней части ударника, м;

D₂ - диаметр задней части ударника, м;

Q_нас - производительность насоса, м³/с;

E - энергия удара, Дж;

m - масса ударника, кг.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам ударного действия для разрушения горных пород и искусственных материалов, и является усовершенствованием устройства по а. с. (заявка N 4406442/03 с положительным решением Госкомизобретений от 06.07.89).

Цель изобретения - повышение производительности за счет увеличения частоты ударов и повышение надежности в работе устройства.

Сущность изобретения - выполнение в корпусе известного по а. с. (заявка N 4406442/03) устройства кольцевой расточки, диаметр которой равен наружному диаметру хвостовика ступенчатого клапана для периодического размещения последнего в указанной расточке, при этом в стенке хвостовика ступенчатого клапана выполнено дроссельное отверстие для постоянного сообщения между собой переливной и сливной полостей, а диаметр стержня ударника со стороны взводящей полости превышает диаметр стержня ударника со стороны аккумулирующей полости, и диаметры находятся в отношении:

D²₁-D²₂ , где D₁ - диаметр передней части ударника, м;

D₂ - диаметр задней части ударника, м;

Q_нас. - производительность насоса, м³/с;

Е - энергия удара, Дж (кгм²/с²);

m - масса ударника, кг.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство ударного действия; на фиг. 2 - то же, в момент разгона ударника; на фиг. 3 - положение управляющего ступенчатого клапана в конце взвода ударника; на фиг. 4 - эпюра давления жидкости в полости корпуса устройства и в насосе для ударного устройства; на фиг. 5 - эпюра давления жидкости в полости корпуса устройства и в насосе для данного устройства ударного действия.

Устройство ударного действия состоит из корпуса 1, в направляющих 2 и 3 которого установлен ударник 4, имеющий снизу закрепленный в нем инструмент 5, а в средней части - поршень 6. Поршень 6 своей цилиндрической поверхностью контактирует с внутренней поверхностью гильзы 7, расположенной внутри корпуса 1. Внутренняя полость гильзы 7 посредством поршня 6 разделена на нижнюю - взводящую 8 и верхнюю - переливную 9 полости.

Взводящая полость 8 посредством отверстий 10 сообщается с кольцевой промежуточной полостью 11, образованной внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью гильзы 7. В цилиндрической расточке корпуса 1 с возможностью продольного перемещения установлен ступенчатый клапан 12, контактирующий своей рабочей кромкой 13 (фиг. 1, 2, 3) с торцовой конической поверхностью 14 гильзы 7. Для создания необходимого контактного давления рабочей кромки 13 на коническую поверхность 14 гильзы 7 наружный диаметр D₅ направляющей поверхности хвостовика кольцевого ступенчатого клапана 12 меньше, чем диаметр D₄ его рабочей кромки 13. Клапан 12 ниже своей рабочей кромки 13 снабжен цилиндрическим пояском 15, имеющим каналы 16 и большую ступень 17, сопряженную по наружному диаметру с поверхностью расточки корпуса 1. Кроме того, в теле клапана 12 выполнена кольцевая выточка 18 с диаметром, равным диаметру поршня 6 ударника 4 для обеспечения условия надежного открытия клапана 12 и тем самым сообщения взводящей 8, переливной 9 и сливной 26 полостей при взаимодействии поршня 6 ударника 4 с клапаном 12. Напорная полость 19, образованная внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью клапана 12, через отверстие 20 постоянно сообщена с напорной магистралью источника 21 давления, а через каналы 16 в теле клапана 12, кольцевую щель 22, образованную расточкой клапана 12 и наружной поверхностью гильзы 7 корпуса 1, каналы 23, промежуточную полость 11, отверстия 10 - со взводящей полостью 8.

Переливная полость 9 через выточку 18, кольцевую щель 24, образованную внутренней поверхностью клапана 12 и наружной поверхностью ударника 4, и дроссельное отверстие 25 в хвостовике клапана 12 постоянно сообщена со сливной полостью 26, которая через отверстие 27 присоединена к сливной магистрали 28. В корпусе 1 (со стороны сливной полости 26) выполнена кольцевая расточка 29, диаметр которой равен наружному диаметру хвостовика клапана 12, открытая в сторону последнего. При нахождении хвостовика клапана 12 в расточке 29 сообщение внутренней полости корпуса 1 со сливной полостью 26 происходит только через дроссельное отверстие 25 в хвостовике клапана 12.

В задней части корпуса 1 выполнена аккумуляторная полость 30, заполненная сжатым газом, в которую входит верхний конец ударника 4. Ступенчатая расточка клапана 12 выполнена открытой во взводящую полость 8.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Перед началом работы полость 30 заполняют сжатым газом под давлением, соответствующим заданной энергии удара. В исходном состоянии ударник 4 находится в крайнем нижнем положении, опираясь инструментом - бойком 5 в обрабатываемый материал или поршнем 6 в нижнюю торцовую стенку взводящей полости 8 (тормоз).

Под действием перепада давления на каналах 16 в клапане 12 последний своей рабочей кромкой 13 контактирует с конической поверхностью 14 гильзы 7. При этом напорная полость 19 и сообщающиеся с ней полости 11 и 8 изолированы от переливной 9 и сливной 9 и сливной 26 полостей.

Рабочая жидкость от источника 21 давления через отверстие 20 поступает в напорную полость 19, откуда через каналы 16, щель 22, каналы 23, промежуточную полость 11 и отверстия 10 поступает во взводящую полость 8. При повышении давления жидкости во взводящей полости 8 ударник 4 начинает перемещаться вверх (по чертежу). В этот момент клапан 12 прижимается к конической поверхности 14 гильзы 7 силой давления жидкости в напорной полости 19. Жидкость из переливной полости 9 через кольцевую щель 24 поступает в сливную полость 26, откуда через отверстие 27 в сливную магистраль 28.

Задний конец ударника 4 производит дополнительное сжатие газа в полости 30.

Перемещение ударника 4 вверх продолжается до тех пор, пока верхний торец поршня 6 ударника 4 соприкоснется с торцом кольцевой выточки 18 в теле клапана 12. При взаимодействии поршня 6 с клапаном 12 между рабочей кромкой 13 клапана 12 и конической поверхностью 14 гильзы 7 образуется щель А (фиг. 3), через которую напорная полость 19 и соединенная с ней взводящая полость 8 сообщаются с полостью, образованной внутренней поверхностью клапана 12, конической поверхностью 14 гильзы 7 и наружной поверхностью поршня 6 ударника 4.

В результате давление жидкости в этих полостях становится одинаковым, а на клапане 12 возникает осевая сила, направленная вверх (по чертежу), под действием которой клапан 12 перемещается вверх, увеличивая кольцевую щель между кромкой 13 клапана 12 и конической поверхностью 14 гильзы 7.

Эта сила будет действовать на клапан 12 до тех пор, пока поршень 6 ударника 4 не выйдет из кольцевой выточки 18 клапана 12 (фиг. 1, 2).

При этом верхний конец хвостовика клапана 12 входит в кольцевую расточку 29 корпуса 1, отсекая кольцевую щель 24 от сливной полости 26. Остается не перекрытым только дроссельное отверстие 25 в стенке хвостовика, через которое происходит слив жидкости, поступающей в корпус 1 от источника 21 давления. Диаметр дроссельного отверстия 25 выбран таким образом, чтобы в момент, когда скорость ударника 4 близка к нулю, давление жидкости во взводящей 8 и переливной 9 полостях было бы равно максимальному давлению при взводе ударника 4.

С другой стороны в момент образования щели А между кромкой 13 клапана 12 и конической поверхностью 14 гильзы 7 происходит нарушение равновесия действующих на ударник 4 сил.

В результате ударник 4 сначала останавливается, а затем под действием сил Р начинает разгоняться вниз (по чертежу). Величина сил, действующих на ударник в этот момент, равна

P = P_г+ D²₁-DP_др, (1) где Р_г - давление газа в аккумуляторной полости, Па;

Р_др - давление жидкости в напорной и переливной полостях, определяемое дроссельным отверстием 25, Па;

D₁ - диаметр нижней части ударника 4, м;

D₂ - диаметр верхней части ударника 4, м.

В первый момент после остановки ударника 4 клапан 12 под действием избыточного давления в напорной полости 19 начинает двигаться вниз, уменьшая проходное сечение кольцевой щели А.

Однако при разгоне ударника 4 во взводящей полости 8 создается перепад давления, определяемый сопротивлением истечению жидкости из этой полости через кольцевую щель 22. Благодаря тому, что величина указанного перепада давления пропорциональна квадрату скорости ударника 4, уже на пути перемещения последнего в 10 мм сила давления жидкости на клапан 12 со стороны взводящей полости 8 будет превосходить силы, действующие со стороны напорной полости 19, и клапан 12 начнет двигаться вверх, увеличивая проходное сечение щели А.

Кроме того, при дальнейшем движении клапана 12 выточка 18 его большей ступени 17 сходит с цилиндрического кольца гильзы 7 и ширина щели 22 будет увеличиваться пропорционально перемещению клапана 12.

Клапан 12 будет находиться в открытом состоянии на всем пути разгона ударника 4 вплоть до остановки его в результате удара бойка (инструмента 5) в обрабатываемый материал или входа профилированной поверхности поршня 6 ударника 4 в тормозную камеру В гильзы 7.

В момент остановки ударника 4 прекращается поток жидкости из взводящей полости 8, соответственно, исчезает и перепад давления перед клапаном 12. Клапан 12 под действием избыточного давления в напорной полости 19 перемещается вниз до упора рабочей кромкой 13 в коническую поверхность 14 гильзы 7. Во взводящей полости 8 снова возрастает давление жидкости, в момент, когда это давление превысит давление в переливной полости 9, начнется взвод ударника 4. Далее цикл повторяется.

В устройстве по заявке N 4406442/03 величина разгонной силы, действующей на ударник, определяется выражением

P = P_г (2)

В предлагаемом устройстве величина разгонной силы больше, чем в устройстве по основному а. с. на величину:

D²₁-D P_др (3) Эта дополнительная составляющая силы разгона ударника 4 представляет собой действие давления жидкости в корпусе 1 в момент разгона ударника 4 на разность площадей верхнего и нижнего торцов поршня 6 ударника 4.

Величина давления Р_др, а следовательно и дополнительная составляющая силы разгона, определяется расходом жидкости через дроссельное отверстие 25. По мере увеличения скорости ударника 4 все большая часть жидкости, поступающей в корпус 1 от источника давления, будет заполнять освобождающуюся переливную полость 9 и, соответственно, уменьшается расход жидкости через дроссельное отверстие 25. В силу чего давление Р_др и дополнительная составляющая силы разгона уменьшаются.

Подбором диаметра дроссельного отверстия и соотношением диаметров D₁ и D₂ ударника можно обеспечить такие условия, при которых давление в корпусе 1 будет изменяться при взводе ударника 4 от величины Р₁ до некоторого максимального значения Р₂, а при разгоне ударника от Р₂ до Р₁без каких-либо скачков.

Таким образом, в данном устройстве ударник 4 благодаря большей силе разгона приобретает большую скорость или кинетическую энергию. Время разгона до необходимой скорости будет меньше, чем в устройстве по основному а. с. , следовательно, длительность цикла меньше, а частота ударов больше; во-вторых, колебание давления в напорной магистрали (пульсация потока) значительно меньше и не превышает 50% .

< 0,5 .

Все это увеличивает эффективность ударного устройства и повышает надежность работы как самого ударного устройства, так и базовой машины.

На фиг. 4 показана эпюра давления в полости корпуса 1 и источнике 21 давления для ударного устройства по основному а. с. Давление колеблется от 0 до максимального значения в конце взвода Р₂, = .

На фиг. 5 представлено то же самое для данного устройства. Здесь колебание давления от Р₁ до Р₂.

Практически

~ 1,3 - 1,5 .

Из сравнения фиг. 4 и 5 следует, что продолжительность рабочего цикла для данного устройства меньше, а частота ударов больше, чем для устройства, заявленного в основном а. с. N 1821040 по заявке N 4406442/03.