Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Изобретение относится к горной и строительной промышленности и может быть использовано, преимущественно, в конструкциях перфораторов и бурильных машин.

Известно воздухораспределительное устройство для машин ударного действия (SU 519535 А1, МПК ² Е21С 3/24, B25D 9/00, опубл. 30.06.1976), имеющее ствол, седло, в кольцевой полости которого установлены два пружинящих полукольца, служащих клапанами, для предотвращения вращения которых применены радиальные фиксаторы, между которыми клапаны установлены свободно.

Основной недостаток технического решения: отсутствие отсечки питания воздухом рабочих камер до момента открытия ударником выхлопного окна, что приводит к непроизводительному расходу воздуха и к повышенному уровню шума выхлопа воздуха.

Известно устройство ударного действия (SU 575416 А1, МПК ² Е21С 3/24, опубл. 05.10.1977), содержащее корпус, ударник, воздухораспределительное устройство с золотниками, выполненными в виде подвижно установленных стаканов, размещенных один в другом, воздухоподводящие, командные каналы и выхлопные окна.

Недостатком устройства является сложность конструкции и большая масса золотников и распределительной коробки. Большая масса золотников и ограничение их диаметров параметрами устройства делают невозможным повышение энергетических параметров устройства.

Наиболее близким, принятым за прототип, является устройство ударного действия (SU 1448021 А1, МПК ⁷ Е21В 4/14, Е21В 3/24, опубл. 30.12.1988), содержащее корпус, ударник, расположенный в корпусе и делящий его на камеры холостого и рабочего хода, воздухораспределительный механизм, включающий клапанную коробку с клапанами в виде полых стаканов, предклапанную полость, камеру сетевого давления, командные камеры, соединенные командными каналами с камерами рабочего и холостого хода, и выхлопные и впускные окна. На нижнем торце клапанов выполнены фланцы, которые размещены в предклапанной полости, а верхним торцом клапаны образуют в клапанной коробке командные камеры.

Недостатком такого устройства является уменьшенный объем предклапанной полости, относительно большая удельная масса и несоответствие формы торца клапана контуру впускного окна, клапан ограничен по диаметру размерами устройства, что не дает возможности увеличить площадь проходного сечения впускного окна и реализовать большую ударную мощность.

Задачей изобретения является повышение ударной мощности.

Предложенное устройство ударного действия, также как в прототипе, содержит корпус, ударник, расположенный в корпусе и делящий его на камеры рабочего и холостого хода, воздухораспределительный механизм, содержащий крышку, предклапанную полость, клапаны, командные камеры, соединенные командными каналами с камерами рабочего и холостого хода, впускные каналы и выхлопное окно.

Согласно изобретению в крышке размещена подклапанная втулка. В кольцевой полости между подклапанной втулкой и крышкой установлены разделительная втулка с направляющими осевыми пазами для клапанов и клапаны, выполненные в виде кольцевых секторов, на нижнем торце которых выполнены фланцы, размещенные в предклапанной полости. Верхним торцом клапаны образуют командные камеры в кольцевой полости.

Предлагаемое устройство позволяет повысить ударную мощность и снизить массу устройства. Это достигается благодаря компактности распределительного устройства, выполнению клапанов в виде кольцевых секторов с фланцами и их размещению в кольцевой полости между подклапанной втулкой и крышкой корпуса, что дает возможность обеспечить необходимую площадь сечения впускного окна впускного канала при небольшом ходе клапана.

На фиг. 1 показано в продольном разрезе устройство ударного действия в момент работы, соответствующий положению ударника в конце прямого и начале его обратного хода.

На фиг. 2 показано устройство в поперечном сечении.

На фиг. 3 изображен клапан 9 камеры рабочего хода.

Устройство ударного действия (фиг. 1, 2) содержит корпус 1 с выхлопным окном 2, подвижно размещенный ударник 3, который в исходном положении упирается в породоразрушающий инструмент (не показан). Ударник 3 разделяет полость корпуса 1 на камеру 4 холостого хода и камеру 5 рабочего хода. В крышке 6 неподвижно размещены разделительная втулка 7 и подклапанная втулка 8. В кольцевой полости между подклапанной втулкой 8 и крышкой 6 подвижно установлены два клапана 9 и 10 с возможностью независимого друг от друга осевого перемещения, т.е. автономно. Клапаны 9 и 10 воздухораспределительного механизма выполнены в виде кольцевых секторов (фиг. 2) путем разделения цилиндрической втулки на части. На нижнем торце клапанов 9 и 10 (фиг. 3) выполнены фланцы, которые размещены в предклапанной полости 11. Площадь нижнего торца клапанов больше верхнего. В нижнем положении клапаны 9 и 10 опираются на клапанную плиту 12. В верхнем положении клапаны внутренним выступом фланца контактируют с нижним торцом подклапанной втулки 8. Верхним торцом клапаны 9 и 10 образуют в кольцевой полости между подклапанной втулкой 8 и крышкой 6 командные камеры 13 и 14, которые сообщаются через командные каналы 15 и 16 и отверстия 17, 18 и 19, 20 с камерами рабочего 5 и холостого 4 хода соответственно. Разделительная втулка 7 представляет собой втулку с продольными осевыми пазами для клапанов и находится в кольцевой полости между крышкой 6 и подклапанной втулкой 8. Разделительная втулка 7 предназначена для разделения друг от друга командных камер 13 и 14, а стенки пазов являются направляющими для боковых сторон клапанов. Каналы 21 и 22, 23 являются впускными для камеры 5 рабочего хода и камеры 4 холостого хода. В исходном положении ударник 3 и клапаны 9 и 10 расположены внизу.

Предлагаемое устройство относится к ударным механизмам с автономным воздухораспределением на каждую рабочую камеру, т.е. функции между клапанами разделены. Клапан 9 предназначен для впуска воздуха в камеру рабочего хода 5, а клапан 10 - в камеру холостого хода 4.

Устройство работает следующим образом.

Сжатый воздух поступает через предклапанную полость 11 к клапанам 9 и 10. Верхняя торцевая поверхность клапана 10 сообщается с атмосферой через командную камеру 14, командный канал 16, отверстие 19 и выхлопное окно 2. При этом клапан 10 поднимается вверх до упора своим внутренним выступом фланца в нижний торец подклапанной втулки 8. Камера рабочего хода 5 сообщается с атмосферой через открытое выхлопное окно 2. Клапан 9 находится в нижнем положении. Происходит впуск сжатого воздуха из полости 11 через впускной канал 22 и канал 23 в камеру холостого хода 4, и ударник 3 начинает движение вверх.

При обратном ходе нижняя кромка головки ударника 3 открывает отверстие 20 и сжатый воздух из камеры холостого хода 4 поступает по командному каналу 16 в командную камеру 14. Под действием давления сжатого воздуха, действующего на верхний торец и на площадку фланца клапана 10, он перемещается вниз до упора в клапанную плиту 12, происходит отсечка камеры 4 холостого хода от предклапанной полости 11 до открытия выхлопного окна 2. При открытии ударником 3 выхлопного окна 2 оставшийся в камере 4 холостого хода сжатый воздух истекает в атмосферу.

В период обратного хода ударник 3 перекрывает выхлопное окно 2 и сжимает воздух в камере рабочего хода 5, который поступает в командную камеру 13 по командному каналу 15, что способствует нахождению клапана 9 в нижнем положении. При дальнейшем движении ударника 3 вверх открывается отверстие 18, командный канал 15 сообщается через камеру 5 рабочего хода с выхлопным окном 2 и сжатый воздух из командной камеры 13 истекает в атмосферу. Сила, действующая на нижний торец клапана 9, больше силы со стороны плоскости фланца, поэтому клапан 9 перемещается в верхнее положение до упора своим внутренним выступом фланца в торец подклапанной втулки 8. Начинается впуск сжатого воздуха в камеру рабочего хода 5 из предклапанной полости 11. Затем ударник 3 занимает верхнее крайнее положение и начинается его прямой ход.

В период прямого хода ударник 3 верхней кромкой открывает отверстие 17 и сжатый воздух из камеры рабочего хода 5 по командному каналу 15 поступает в командную камеру 13. Результирующая сила давления, действующего сверху на фланец и со стороны камеры 13 на верхний торец клапана 9, больше силы давления на нижний торец клапана 9 со стороны канала 21, поэтому клапан 9 перемещается вниз до упора в клапанную плиту 12 и перекрывает доступ воздуха из предклапанной полости 11 в камеру 5 рабочего хода. Происходит отсечка камеры 5 рабочего хода от предклапанной полости 11 до открытия выхлопного окна. Оставшийся в камере 5 сжатый воздух истекает в атмосферу после открытия ударником выхлопного окна 2.

Тем временем ударник 3, перекрывая выхлопное окно 2, сжимает воздух в камере 4 холостого хода, который поступает через отверстие 20 по командному каналу 16 в командную камеру 14. За счет действия сил, действующих со стороны командной камеры 14 на верхний торец клапана 10 и со стороны предклапанной полости 11 на плоскость фланца, клапан 10 остается в нижнем положении. Далее, верхняя кромка ударника 3 открывает отверстие 19, и сжатый воздух выходит из командной камеры 14 по командному каналу 16 через полость корпуса и выхлопное окно 2 в атмосферу. Клапан 10 перемещается вверх и начинается впуск сжатого воздуха из предклапанной полости 11 в камеру холостого хода 4. Происходит удар ударника 3 по инструменту (не показан). Под действием импульса отскока и силы давления сжатого воздуха в камере холостого хода начинается обратный ход ударника 3. Цикл работы устройства повторяется.

Происходит четыре переключения воздухораспределения за цикл работы и отсутствует непроизводительный расход сжатого воздуха в периоды открытия ударником выхлопного окна.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить ударную мощность и техническую скорость бурения при низком расходе сжатого воздуха.