Результат интеллектуальной деятельности: РЕГУЛИРУЕМАЯ УДАРНАЯ МАШИНА

Техническое решение относится к машиностроению и может найти применение в горном деле при отбойке монолитов, в строительстве, а также в сейсморазведке как механический источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах.

Известна регулируемая гидравлическая ударная машина (патент РФ №2252299, кл. E02D 7/10, E02F 5/18, опубл. 20.05.2005 г.), содержащая ударный узел и средство управления энергией удара, причем ударный узел включает корпус, в котором расположена первая рабочая камера, ударник и рабочий упругий элемент, а средство управления энергией удара выполнено в виде корпуса с расположенными в нем второй рабочей камерой и клапаном, взаимодействующим со штоком и задающим упругим элементом с устройством для изменения усилия его предварительного сжатия. Первая и вторая рабочие камеры гидравлически связаны. Средство управления энергией удара дополнительно снабжено регулятором скорости прямого хода клапана, включающим гидравлически автономную амортизационную камеру с амортизационной жидкостью, разделенную на верхнюю и нижнюю части концевым амортизационным поршнем, расположенным на клапане. Верхняя и нижняя части амортизационной камеры связаны между собой посредством каналов через запорный клапан и дроссель.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и, как следствие, снижение надежности работы устройства. Кроме того, схема рассматриваемого аналога позволяет реализовать только гидравлическую ударную машину, что значительно ограничивает возможности устройства. К серьезным недостаткам известного устройства относится слишком высокая степень отдачи машины, не позволяющая избежать повторного удара, что неприемлемо при некоторых видах работ (например, в сейсморазведке при возбуждении сейсмических волн на малых глубинах).

К другим недостаткам данного устройства относится сложность изготовления и, как следствие, высокая стоимость устройства.

Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является ударная машина, описанная в патенте РФ №2376467, Е21С 37/00, B25D 9/00 на устройство для управления рабочим циклом ударной машины (2-й вариант), опубл. 20.12.2009, Бюл. №35.

Известная ударная машина включает корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода, рабочий инструмент и управляющее устройство, в корпусе которого установлены золотник и шток, взаимодействующий с золотником. Управляющее устройство снабжено турбинкой, выхлопным соплом, соплом управления и поворотной пружиной. Золотник выполнен поворотного типа, а в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия управляющего импульса Р_упр давления рабочей среды на турбинку от сопла управления. Выхлопное сопло соединено через выпускное и впускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой прямого хода и через дроссель - с источником рабочей среды. Выхлопное сопло и сопло управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника.

Недостатком такой ударной машины является невозможность ее регулирования без блока управления, что усложняет конструкцию машины и, как следствие, ведет к увеличению ее стоимости и снижению надежности работы. Кроме того, высокая степень отдачи в такой машине из-за жесткости пружины (как пневматической, так и механической) в камере прямого хода серьезно ограничивает возможность ее использования при различных видах работ (например, в сейсморазведке) и, как следствие, снижает эффективность использования.

Задачами предлагаемого технического решения являются повышение эффективности работы регулируемой ударной машины за счет минимизации возможности повторного удара (отскока) и использования энергии отработанной рабочей среды и повышение надежности работы за счет упрощения конструкции.

Поставленные задачи решаются тем, что в регулируемой ударной машине, содержащей корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода, рабочий инструмент и управляющее устройство, содержащее золотник и взаимодействующий с ним шток, турбинку, выхлопное сопло, сопло управления, поворотную пружину, дроссель и источник рабочей среды, при этом золотник выполнен поворотного типа, а в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия управляющего импульса Р_упр давления рабочей среды на турбинку от сопла управления, причем выхлопное сопло соединено через выпускное и впускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой обратного хода и через указанный дроссель - с источником рабочей среды, при этом выхлопное сопло и сопло управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника, согласно техническому решению ее корпус снабжен камерой управления, а управляющее устройство - вакуумным эжектором, обратным клапаном и регулятором вакуума. Камера управления соединена с соплом управления, а через камеру обратного хода в верхнем положении ударника и указанный выше дроссель - с источником рабочей среды и через впускное, выпускное отверстия золотника, вакуумный эжектор и обратный клапан - с камерой прямого хода. Регулятор вакуума управляющего устройства соединен с камерой прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины.

Повышение эффективности регулируемой ударной машины достигается за счет выполнения камеры прямого хода в виде вакуумной пружины и наличия регулятора вакуума, соединенного с камерой прямого хода. Известно, что жесткость такой пружины с повышением глубины вакуума стремится к нулю, что значительно снижает отдачу ударника, и, как следствие, позволяет использовать регулируемую ударную машину в самых разнообразных условиях, когда отдача недопустима, например в сейсморазведке, или в горном деле при отбойке монолитов, когда повторный удар весьма вреден. За счет использования при этом регулятора вакуума можно варьировать энергию удара в самых широких пределах, снижая или повышая глубину вакуума, что способствует повышению эффективности регулируемой ударной машины.

Возможность использования различных видов рабочей среды (пневматика, гидравлика) также повышает эффективность предлагаемой ударной машины.

Использование вакуумного эжектора при этом также повышает эффективность регулируемой ударной машины, поскольку ее выхлоп (отработанная энергия) используется для создания, поддержания и повышения глубины вакуума в камере прямого хода (в вакуумной пружине), что повышает энергию удара.

Надежность работы регулируемой ударной машины обеспечивается снабжением ее корпуса камерой управления, подающей импульс Р_упр на открытие золотника, так как использование камеры управления вместо блока управления, представляющего собой сложное и дорогостоящее устройство, позволяет значительно упростить машину. Кроме того, использование камеры управления, вследствие ее экономичности дает возможность серьезно повысить эффективность регулируемой ударной машины за счет снижения энергозатрат,

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, где показана схема регулируемой ударной машины.

Регулируемая ударная машина содержит корпус 1 (см. чертеж), ударник 2, камеры прямого 3 и обратного 4 хода, рабочий инструмент 5 и управляющее устройство 6, содержащее золотник 7 и шток 8, взаимодействущий с золотником 7, турбинку 9, выхлопное сопло 10, сопло 11 управления, поворотную пружину 12, дроссель 13 и источник 14 рабочей среды (далее - источник 14). Золотник 7 выполнен поворотного типа. В качестве штока 8 использован вал, на котором установлен золотник 7, турбинка 9 и поворотная пружина 12, работающая на закрытие золотника 7 при отсутствии управляющего импульса Р_упр давления рабочей среды на турбинку 9 от сопла 11 управления. Выхлопное сопло 10 соединено через выпускное 15 и впускное 16 отверстия золотника 7 при его открытом положении с камерой 4 обратного хода и через дроссель 13 с источником 14. Выхлопное сопло 10 и сопло 11 управления сориентированы на турбинку 9 с возможностью открытия золотника 7. Корпус 1 регулируемой ударной машины снабжен камерой 17 управления, а управляющее устройство 6 - вакуумным эжектором 18, обратным клапаном 19 и регулятором 20 вакуума. Камера 17 управления соединена с соплом 11 управления управляющего устройства 6, а через камеру 4 обратного хода в верхнем положении ударника 2 и дроссель 13 - с источником 14. Также камера 17 управления через впускное 16, выпускное 15 отверстие золотника 7, вакуумный эжектор 18, обратный клапан 19 управляющего устройства 6 соединена с камерой 3 прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины. Регулятор 20 вакуума соединен с камерой 3 прямого хода.

Регулируемая ударная машина работает следующим образом. В исходном положении золотник 7 закрыт, ударник 2 находится в нижнем положении, поворотная пружина 12 разжата, прижимая шток 8 к верхнему по чертежу упору. В камеру 4 обратного хода через дроссель 13 от источника 14 подается рабочая среда. Ударник 2 начинает двигаться вверх. Скорость взвода ударника 2 можно регулировать дросселем 13. При движении ударника 2 вверх происходит соединение камеры 4 обратного хода и камеры 17 управления. Возникает импульс давления Р_упр, который через сопло 11 управления воздействует на турбинку 9, вращая последнюю по часовой (на чертеже) стрелке. От турбинки 9 через шток 8 поворачивается золотник 7 по часовой стрелке. Поворотная пружина 12 начинает сжиматься. При самом небольшом открытии золотника 7 рабочая среда от источника 14 через дроссель 13, впускное 16 и выпускное 15 отверстия золотника 7 поступает на турбинку 9 через выхлопное сопло 10, что создает добавочную реактивную силу на турбинке 9, ускоряя сжатие поворотной пружины 12, поворот штока 8 до нижнего по чертежу упора и, соответственно, открытие золотника 7. Часть рабочей среды от источника 14 через дроссель 13, впускное 16 и выпускное 15 отверстия золотника 7 попадает в вакуумный эжектор 18, с помощью которого через обратный клапан 19 в камере 3 прямого хода, представляющей собой вакуумную пружину, создается вакуум, глубину которого, а соответственно и энергию удара можно регулировать с помощью регулятора 20 вакуума. Ударник 2 достигает верхнего положения и под действием вакуумной пружины (камеры 3 прямого хода) начинает движение вниз. Рабочая среда из камеры 4 обратного хода устремляется через впускное 16 и выпускное 15 отверстия золотника 7 на выхлопное сопло 10, сжимая поворотную пружину 12 и прижимая шток 8 к нижнему по чертежу упору. Золотник 7 остается в открытом состоянии, даже при разделении камеры 4 обратного хода и камеры 17 управления. В конце прямого хода ударник 2 наносит удар по рабочему инструменту 5. Рабочая среда из камеры 4 обратного хода уже не может воздействовать через выхлопное сопло 10 на турбинку 9, поскольку давление в камере 4 обратного хода резко снижается. Импульс Р_упр отсутствует, т.к. камера 4 обратного хода и камера 17 управления разделены. Энергии рабочей среды, поступающей от источника 14 через дроссель 13, впускное 16 и выпускное 15 отверстия золотника 7 на выхлопное сопло 10 недостаточно, чтобы удерживать через турбинку 9 и шток 8 золотник 7 в открытом состоянии. Поворотная пружина 12 разжимается, поворачивая шток 8 к крайнему, верхнему по чертежу упору. Золотник 7 закрывается. Цикл работы регулируемой ударной машины повторяется.