Результат интеллектуальной деятельности: КОМПРЕССИОННО-ВАКУУМНАЯ УДАРНАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ)

Изобретения относятся к горному делу, строительству, а именно к машинам ударного действия, и могут найти применение для отбойки монолитов, для разрушения устаревших фундаментов при реконструкции зданий, для прокладки подземных коммуникаций, а также в сейсморазведке как механический источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах.

Известно устройство ударного действия, описанное в патенте РФ №2085363, B25D 9/04, Е21С 3/24, E02F 5/18, опубл. 27.07.97. в БИ №21, включающее корпус с отверстиями, ударник с продольным каналом, камеру прямого хода, камеру обратного хода и систему выхлопа. Устройство снабжено клапаном, установленным с возможностью осевого перемещения в продольном канале ударника, на внутренней поверхности канала ударника выполнены выступы, ограничивающие перемещение клапана, седло которого размещено в ударнике со стороны камеры прямого хода.

Недостатком данного устройства ударного действия является невозможность регулирования частоты и энергии ударов, т.к. переключение машины осуществляют в зависимости от положения ударника, что ограничивает область ее применения.

Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является ударная машина, реализующая способ регулирования частоты и энергии ударов ударной машины, описанная в патенте РФ №2508979, B25D 9/04, B25D 9/14, опубл. 10.03.2014, Бюл. №7 и содержащая корпус, ударник с выхлопными окнами, образующий с корпусом камеры прямого и обратного хода, инерционно-фрикционный клапан с выхлопными окнами и уплотнением, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения по стержню, закрепленному на ударнике, источник рабочей среды, выполненный с возможностью подачи рабочей среды в камеру обратного хода, прекращения подачи рабочей среды в камеру обратного хода и отвода отработанной рабочей среды, и блок управления подачей рабочей среды в камеру обратного хода регулируемыми порциями при открытии электроклапана для достижения ударником с прижатым к нему инерционно-фрикционным клапаном высоты в корпусе, необходимой для обеспечения заданной энергии удара, и прекращением подачи ее для движения ударника вниз под действием силы гравитации для нанесения удара ударником в его нижнем положении.

Основным недостатком данного технического решения является возможность использования ударной машины только в вертикальном положении, т.к. ударник осуществляет удар только под действием силы гравитации, что значительно ограничивает область ее применения, например, нельзя вести сейсморазведку в различных направлениях, а именно наносить горизонтальные и наклонные удары.

Другим недостатком данной ударной машины является то, что энергия удара зависит от высоты взвода ударника, а значит, геометрические ограничения существенно снижают эффективность ее работы. Кроме того, ударник данной машины имеет достаточно сложную и дорогостоящую конструкцию, которая приводит к снижению надежности работы и повышению стоимости ударной машины.

Технические задачи предлагаемых изобретений - повышение эффективности работы компрессионно-вакуумной ударной машины (далее - КВУМ) за счет дополнительного разгона ударника путем повышения давления в камере прямого хода с помощью блока управления, электрически соединенного с электроклапаном на камере прямого хода, расширение области ее применения за счет возможности нанесения ударов в любом направлении, повышение надежности работы и снижение стоимости КВУМ за счет упрощения конструкции.

Решение поставленных задач по первому варианту исполнения достигается тем, что в КВУМ, содержащей корпус, ударник, образующий с корпусом камеры прямого и обратного хода, источник рабочей среды, электрически соединенный с первым входом блока управления, электроклапан, связанный с камерой обратного хода и выполненный с возможностью подачи, прекращения подачи рабочей среды в камеру обратного хода от источника рабочей среды и электрически соединенный со вторым входом блока управления, согласно техническому решению камера прямого хода оснащена электроклапаном, выполненным с возможностью подачи, прекращения подачи рабочей среды в камеру прямого хода от источника рабочей среды и отвода отработанной рабочей среды и электрически соединенным с третьим входом блока управления, причем электроклапан, связанный с камерой обратного хода, выполнен с возможностью отвода отработанной рабочей среды.

Указанная совокупность признаков позволяет регулировать параметры работы КВУМ, а именно частоту и энергию ударов ударника, за счет наличия регулируемого блоком управления электроклапана на камере прямого хода и дополнительного разгона ударника путем повышения давления в камере прямого хода задержкой переключения электроклапана на камере прямого хода, что дает возможность повысить эффективность работы КВУМ.

Блок управления отрегулирован так, чтобы электроклапаны на камерах прямого и обратного хода срабатывали попеременно на впуск и выхлоп из них рабочей среды по заданному времени переключения, от которого зависит порция впрыскиваемой рабочей среды, что позволит КВУМ работать в любом направлении без увеличения максимальной скорости обратного хода ударника, а значит, и значительно расширить область ее применения. Простая конструкция ударника повышает надежность работы и снижает стоимость КВУМ.

По второму варианту исполнения решение поставленных задач достигается тем, что в КВУМ, содержащей корпус, ударник, образующий с корпусом камеры прямого и обратного хода, источник рабочей среды, электрически соединенный с первым входом блока управления, электроклапан, связанный с камерой обратного хода и выполненный с возможностью подачи, прекращения подачи рабочей среды в камеру обратного хода от источника рабочей среды и электрически соединенный со вторым входом блоком управления, согласно техническому решению камера прямого хода оснащена электроклапаном, выполненным с возможностью подачи, прекращения подачи рабочей среды в камеру прямого хода от источника рабочей среды и отвода отработанной рабочей среды и электрически соединенным с третьим входом блока управления, причем электроклапан, связанный с камерой обратного хода, выполнен с возможностью отвода отработанной рабочей среды, при этом камера обратного хода оснащена датчиком момента удара, а камера прямого хода - датчиком скорости, которые электрически соединены с четвертым и пятым входами блока управления соответственно, приспособленного для переключения указанных электроклапанов в полуавтоматическом режиме путем задания соответственно величин мгновенной скорости ударника или величин временных интервалов переключения электроклапанов.

Оснащение камеры обратного хода датчиком момента удара, а камеры прямого хода - датчиком скорости, которые электрически соединены с четвертым и пятым входами блока управления соответственно, приспособленного для переключения указанных электроклапанов путем задания вручную величин мгновенной скорости ударника или временных интервалов переключения электроклапанов позволяют машине работать в полуавтоматическом режиме, регулировать параметры работы КВУМ и, как следствие, повысить эффективность ее работы.

Блок управления отрегулирован так, чтобы электроклапаны на камерах прямого и обратного хода срабатывали попеременно на впуск и выхлоп из них рабочей среды по заданному времени переключения, от которого зависит порция впрыскиваемой рабочей среды, что позволит КВУМ работать в любом направлении без увеличения максимальной скорости обратного хода ударника, а значит, и значительно расширить область ее применения. Простая конструкция ударника повышает надежность работы и снижает стоимость КВУМ.

По третьему варианту исполнения решение поставленных задач достигается тем, что в КВУМ, содержащей корпус, ударник, образующий с корпусом камеры прямого и обратного хода, источник рабочей среды, электрически соединенный с первым входом блока управления, электроклапан, связанный с камерой обратного хода и выполненный с возможностью подачи, прекращения подачи рабочей среды в камеру обратного хода от источника рабочей среды и электрически соединенный со вторым входом блока управления, согласно техническому решению камера прямого хода оснащена электроклапаном, выполненным с возможностью подачи, прекращения подачи рабочей среды в камеру прямого хода от источника рабочей среды и отвода отработанной рабочей среды и электрически соединенным с третьим входом блока управления, причем электроклапан, связанный с камерой обратного хода, выполнен с возможностью отвода отработанной рабочей среды. Камера обратного хода оснащена датчиком момента удара, а камера прямого хода - датчиком скорости и датчиком распознавания угла расположения КВУМ относительно ее вертикального положения. Указанные датчики электрически соединены с четвертым, пятым и шестым входами блока управления соответственно, приспособленного для переключения указанных электроклапанов в автоматическом режиме посредством предварительной записи в память микропроцессора блока управления соответствующих программ.

Оснащение камеры обратного хода датчиком момента удара, а камеры прямого хода - датчиком скорости, которые электрически соединены с четвертым и пятым входами блока управления соответственно, приспособленного для переключения электроклапанов посредством предварительной записи в память его микропроцессора соответствующих программ, позволяет машине работать в автоматическом режиме, что значительно повышает эффективность ее работы.

Оснащение камеры прямого хода датчиком распознавания угла расположения КВУМ относительно ее вертикального положения, электрически соединенным с шестым входом блока управления, и предварительная запись в память микропроцессора блока управления соответствующей программы для переключения электроклапанов с учетом угла расположения КВУМ относительно ее вертикального положения позволяют машине работать в автоматическом режиме, что значительно повышает эффективность ее работы.

Программа, предварительно записанная в микропроцессор блока управления, обеспечивает такой режим работы КВУМ, чтобы электроклапаны на камерах прямого и обратного хода срабатывали попеременно на впуск и выхлоп из них рабочей среды по заданному времени переключения, от которого зависит порция впрыскиваемой рабочей среды, что позволит КВУМ работать в любом направлении без увеличения максимальной скорости обратного хода ударника, а значит, и значительно расширить область ее применения. Простая конструкция ударника повышает надежность работы и снижает стоимость КВУМ.

Сущность технических решений поясняется примерами конкретных исполнений КВУМ в 3-х вариантах и чертежами фиг. 1-3, где на фиг. 1 изображена схема КВУМ по первому варианту исполнения; на фиг. 2 - то же, по второму варианту исполнения; на фиг. 3 - то же, по третьему варианту исполнения, стрелки на чертежах показывают движение рабочей среды, цифры у блока управления означают нумерацию его входов.

КВУМ по первому варианту исполнения (фиг. 1) содержит корпус 1, размещенный в нем ударник 2 с уплотнением, образующий камеру 3 прямого хода и камеру 4 обратного хода, источник 5 рабочей среды (далее - источник 5), электрически соединенный с первым входом блока 6 управления связью 7, электроклапан 8 камеры 4 обратного хода и электроклапан 9 камеры 3 прямого хода, постоянно соединенные с источником 5. Электроклапаны 8 и 9 выполнены с возможностью подачи, прекращения подачи рабочей среды в упомянутые камеры 4 и 3 и ее отвода и электрически соединены связями 7 со вторым и третьим входами блока 6 управления соответственно.

КВУМ по первому варианту исполнения работает следующим образом. В исходном (нижнем) положении ударника 2 (фиг. 1) с помощью источника 5 через электроклапан 8 (например, трехходовой), управляемый блоком 6 управления посредством сигнала через связь 7, в камеру 4 обратного хода подается рабочая среда. При этом связь электроклапана 8 с атмосферой отключена. Камера 3 прямого хода соединена через электроклапан 9, управляемый блоком 6 управления посредством сигнала через связь 7, с атмосферой. Рабочая среда не может поступать от источника 5 в камеру 3 прямого хода. Поскольку камера 4 обратного хода соединена с источником 5, в ней повышается давление рабочей среды, благодаря которому ударник 2 начинает обратный ход. В конце обратного хода ударника 2 блок 6 управления посредством сигнала по связи 7 соединяет электроклапан 8 с атмосферой и отсоединяет камеру 4 обратного хода от источника 5. Блок 6 управления посредством сигнала по связи 7 соединяет электроклапан 9 с источником 5. Электроклапан 9, управляемый блоком 6 управления посредством сигнала через связь 7, соединяет камеру 3 прямого хода с источником 5, давление в ней повышается, и начинается прямой ход ударника 2. В конце прямого хода происходит удар ударником 2 по инструменту (поз. не обозначен). Цикл повторяется. Для устойчивой работы КВУМ с помощью блока 6 управления устанавливается время прямого и обратного хода ударника 2 непосредственно оператором (вручную).

КВУМ по второму варианту исполнения (фиг. 2) содержит корпус 1, размещенный в нем ударник 2 с уплотнением, образующий камеру 3 прямого хода и камеру 4 обратного хода, источник 5, электрически соединенный с первым входом блока 6 управления связью 7, электроклапан 8 камеры 4 обратного хода и электроклапан 9 камеры 3 прямого хода, постоянно соединенные с источником 5. Электроклапаны 8 и 9 выполнены с возможностью подачи, прекращения подачи рабочей среды в упомянутые камеры 4 и 3 и ее отвода и электрически соединены связями 7 со вторым и с третьим входами блока 6 управления соответственно. Камера 4 обратного хода оснащена датчиком 10 момента удара, а камера 3 прямого хода - датчиком 11 скорости. Датчик 10 момента удара и датчик 11 скорости электрически соединены посредством связей 7 с четвертым и пятым входами блока 6 управления соответственно.

КВУМ по второму варианту исполнения работает следующим образом. В исходном (нижнем) положении ударника 2 (фиг. 2) с помощью источника 5 через электроклапан 8 (например, трехходовой), управляемый блоком 6 управления посредством сигнала по связи 7, в камеру 4 обратного хода подается рабочая среда. При этом связь электроклапана 8 с атмосферой отключена. Камера 3 прямого хода соединена через электроклапан 9, управляемый блоком 6 управления посредством сигнала по связи 7, с атмосферой и рабочая среда не может поступать от источника 5 в камеру 3 прямого хода. Поскольку камера 4 обратного хода соединена с источником 5, в ней повышается давление рабочей среды, благодаря которому ударник 2 начинает обратный ход. В конце обратного хода ударника 2 блок 6 управления посредством сигнала по связи 7 соединяет электроклапан 8 с атмосферой и отсоединяет камеру 4 обратного хода от источника 5. Блок 6 управления посредством сигнала по связи 7 соединяет электроклапан 9 с источником 5. Электроклапан 9, управляемый блоком 6 управления посредством сигнала через связь 7, соединяет камеру 3 прямого хода с источником 5, давление в ней повышается, и начинается прямой ход ударника 2. В конце прямого хода происходит удар ударником 2 по инструменту (поз. не обозначен). Датчик 11 скорости непрерывно выдает сигнал на блок 6 управления пропорционально величине скорости ударника 2. Датчик 10 момента удара фиксирует момент удара и запускает новый цикл.

Блок 6 управления, путем задания вручную до начала работы КВУМ величин мгновенной скорости ударника 2 или величин временных интервалов переключения электроклапанов 8 и 9, переключает их в полуавтоматическом режиме, что позволяет изменять по мере необходимости частоту и энергию ударов, т.е. обеспечивать дополнительный разгон ударника 2.

КВУМ по третьему варианту исполнения (фиг. 3) содержит корпус 1, размещенный в нем ударник 2 с уплотнением, образующий камеру 3 прямого хода и камеру 4 обратного хода, источник 5, электрически соединенный с первым входом блока 6 управления связью 7, электроклапан 8 камеры 4 обратного хода и электроклапан 9 камеры 3 прямого хода, постоянно соединенные с источником 5. Электроклапаны 8 и 9 выполнены с возможностью подачи, прекращения подачи в упомянутые камеры 4 и 3 рабочей среды и ее отвода и электрически соединены связями 7 со вторым и третьим входами блока 6 управления соответственно. Камера 4 обратного хода оснащена датчиком 10 момента удара, а камера 3 прямого хода - датчиком 11 скорости и датчиком 12 распознавания угла КВУМ относительно ее вертикального положения. Указанные датчики 10-12 электрически соединены связями 7 с четвертым, пятым и шестым входами блока 6 управления соответственно. Блок 6 приспособлен к переключению электроклапанов 8 и 9 в автоматическом режиме посредством предварительной записи в память его микропроцессора соответствующих программ.

КВУМ по третьему варианту исполнения работает следующим образом. В исходном (нижнем) положении ударника 2 с помощью источника 5 через электроклапан 8 (например, трехходовой), управляемый блоком 6 управления посредством сигнала по связи 7, в камеру 4 обратного хода подается рабочая среда. При этом связь электроклапана 8 с атмосферой отключена. Камера 3 прямого хода соединена через электроклапан 9, управляемый блоком 6 управления посредством сигнала по связи 7, с атмосферой, и рабочая среда не может поступать от источника 5 в камеру 3 прямого хода. Поскольку камера 4 обратного хода соединена с источником 5, в ней повышается давление рабочей среды, благодаря которому ударник 2 начинает обратный ход. В конце обратного хода ударника 2 блок 6 управления посредством сигнала по связи 7 соединяет электроклапан 8 с атмосферой и отсоединяет камеру 4 обратного хода от источника 5. Блок 6 управления посредством сигнала по связи 7 соединяет электроклапан 9 с источником 5. Электроклапан 9, управляемый блоком 6 управления посредством сигнала через связь 7, соединяет камеру 3 прямого хода с источником 5, давление в ней повышается, и начинается прямой ход ударника 2. В конце прямого хода происходит удар ударником 2 по инструменту (поз. не обозначен). До начала работы КВУМ в память микропроцессора блока 6 управления записывается программа переключения указанных электроклапанов 8 и 9 в зависимости от сигналов датчиков 10-12. Датчик 11 скорости непрерывно выдает сигнал по связи 7 на блок 6 управления пропорционально величине скорости ударника 2. Датчик 10 момента удара фиксирует момент удара и запускает новый цикл. Датчик 12 распознавания угла расположения КВУМ относительно ее вертикального положения передает сигнал по связи 7 на блок 6 управления, в микропроцессор которого предварительно записана программа, управляющая рабочим циклом, а также программа для распознавания указанного угла расположения машины относительно ее вертикального положения. Блок 6 управления, после программной обработки сигналов от упомянутых датчиков 10-12, вносит необходимые корректировки в режим работы машины. Начинается обратный ход ударника 2. Цикл повторяется. Вмешательство оператора в процесс работы машины не требуется.