УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
IMPACT ACTION DEVICE

Техническое решение относится к горной и строительной технике, а именно к пневмоударным устройствам, и может быть использовано для проходки скважин в грунте, разрушения горных пород, забивания стержневых элементов в грунт, трамбования грунта и т.п.
Известен пневматический ударный механизм по авторскому свидетельству СССР №395251, кл. B25D 17/00, опубл. в БИ №35 за 1973 г., содержащий цилиндр с дифференциальным поршнем-ударником и подпружиненный в осевом направлении рабочий наконечник. Поршень-ударник имеет калиброванное отверстие, соединяющее над- и подпоршневое пространства, а головка рабочего наконечника выполнена в виде клапана, перекрывающего связь подпоршневого пространства с атмосферой.
Недостатком известного пневматического ударного механизма является ненадежность работы клапана для выхлопа в атмосферу воздуха из подпоршневого пространства, так как весь удар на объект воздействия передается через клапан, что может привести к его быстрому износу и выходу из строя.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство ударного действия по патенту РФ №2105881, кл. Е21С 3/24, E02F 5/18, опубл. в БИ №6 за 1998 г., содержащее корпус с впускным и выхлопным отверстиями, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеры прямого и обратного хода, сквозной канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода, запорный клапан. На наружной поверхности ударника выполнена кольцевая канавка, на внутренней поверхности корпуса выполнены кольцевой выступ и ограничитель обратного хода, а запорный клапан выполнен в виде упругого кольца, установленного в кольцевой канавке ударника с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса. Ограничитель обратного хода ударника выполнен в виде пазов на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, а поверхность кольцевого выступа выполнена сферической или конической, упругое кольцо в сечении выполнено прямоугольным или круглым. Устройство снабжено направляющим элементом для ударника, выполненным в виде кольцеобразного ряда выступов на внутренней поверхности корпуса или на наружной поверхности ударника, при этом корпус снабжен наковальней, а кольцевой выступ и ограничитель обратного хода выполнены на внутренней поверхности наковальни.
Недостатком этого устройства является непроизводительный расход сжатого воздуха в результате его выхлопа в атмосферу через сквозной канал в ударнике во время его прямого хода. Причем, чем больше площадь проходного сечения сквозного канала, тем больше непроизводительный расход сжатого воздуха. Уменьшение площади проходного сечения вызывает снижение частоты ударов из-за снижения скорости перемещения ударника на его обратном ходу. Вывод: устройство работает неэффективно.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности работы устройства ударного действия за счет уменьшения удельного расхода сжатого воздуха путем отсечки выхлопа сжатого воздуха в атмосферу через канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода с момента выхлопа до окончания прямого хода ударника.
Поставленная задача решается следующим образом. Предлагается устройство ударного действия, включающее корпус с патрубком, имеющим впускное отверстие, и выхлопным/выхлопными отверстиями в задней части, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеру прямого хода, образованную патрубком и ударником, и камеру обратного хода, канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода и запорный клапан. На наружной поверхности ударника в передней его части выполнена кольцевая канавка, а корпус содержит наковальню. На внутренней поверхности корпуса выполнены передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода ударника. Запорный клапан выполнен в виде упругого кольца, установленного в указанной кольцевой канавке ударника с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса. Согласно техническому решению наковальня, передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода ударника выполнены в средней части корпуса, упругое кольцо запорного клапана установлено с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью средней части корпуса. Корпус в передней части имеет накопительную камеру сжатого воздуха с размещенным в ней клапаном отсечки. Камера прямого хода сообщена с камерой обратного хода через эту накопительную камеру, для чего последняя снабжена центральной трубкой, пропущенной в указанный канал ударника через отверстие в наковальне для подачи сжатого воздуха из накопительной камеры в камеру обратного хода, а центральная трубка имеет отверстие для подачи сжатого воздуха в накопительную камеру из магистрали. Клапан отсечки установлен на наружной поверхности центральной трубки с возможностью осевого смещения по ней и взаимодействия верхним торцом с ударником через указанное отверстие в наковальне, а нижним торцом - с буртиком наружной поверхности указанной трубки.
Указанная совокупность признаков обеспечивает рабочий цикл устройства ударного действия при меньшем удельном расходе сжатого воздуха за счет отсечки выхлопа сжатого воздуха в атмосферу через канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода с момента выхлопа до окончания прямого хода ударника, тем самым повышается эффективность его работы.
Целесообразно в стенке средней части корпуса выполнить дополнительные выхлопное/выхлопные отверстия, которые служат ограничителем обратного хода ударника. Это позволяет упростить технологию изготовления устройства, например, исключить операции по выполнение пазов на ударнике, необходимых для ограничения его обратного хода при выхлопе через выхлопное/выхлопные отверстия в стенке задней части корпуса.
Целесообразно ограничитель обратного хода ударника выполнить в виде пазов на внутренней поверхности средней части корпуса, а на наружной поверхности ударника выполнить кольцеобразный ряд впадин. Это позволяет выполнить среднюю часть корпуса цельной, обеспечивая выхлоп через выхлопное/выхлопные отверстия в стенке задней части корпуса, что необходимо при использовании устройства ударного действия для проходки скважин в грунте.
Целесообразно ограничитель обратного хода ударника выполнить в виде пазов на внутренней поверхности средней части корпуса, а на внутренней поверхности задней части корпуса выполнить кольцеобразный ряд впадин. Это также позволяет выполнить среднюю часть корпуса цельной, обеспечивая выхлоп через выхлопное/выхлопные отверстия в стенке задней части корпуса, что необходимо при использовании устройства ударного действия для проходки скважин в грунте. Кроме того, это позволяет повысить надежность работы машины за счет исключения кольцеобразного ряда впадин на наружной поверхности ударника, которые ослабляют его прочность.
Целесообразно поверхность переднего кольцевого выступа выполнить сферической, что обеспечивает надежное запирание рабочей камеры за счет плавного растяжения запорного клапана.
Целесообразно поверхность переднего кольцевого выступа выполнить конической. Кроме надежного запирания камеры обратного хода, такая форма поверхности улучшает технологичность изделия.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства ударного действия и чертежами фиг.1, 2, где на фиг.1 изображен продольный разрез устройства с запорным клапаном квадратного сечения с кольцеобразным рядом впадин на наружной поверхности ударника (слева от оси - выхлопное/выхлопные отверстия выполнены в стенке задней части корпуса, справа от оси - выхлопное/выхлопные отверстия выполнены в стенках задней части корпуса, а дополнительные выхлопное/выхлопные отверстия выполнены в средней частей корпуса); на фиг.2 изображен продольный разрез устройства с кольцеобразным рядом впадин на внутренней поверхности корпуса и выхлопным/выхлопными отверстиями в задней части корпуса в момент начала выхлопа.
Устройство ударного действия (далее - устройство) содержит корпус 1 (фиг.1) с патрубком 2, ударник 3, установленный в корпусе 1 с возможностью перемещения, камеру 4 прямого хода, образованную патрубком 2 и ударником 3, камеру 5 обратного хода, запорный клапан 6, клапан 7 отсечки (далее - клапан 7). Корпус 1 имеет в передней части накопительную камеру 8, в которой размещен клапан 7. Наковальня 9, передний кольцевой выступ 10 и ограничитель обратного хода, например, в виде пазов 11, выполнены в средней части корпуса 1 (пунктиром показаны линии раздела корпуса 1 на части), а направляющий элемент 12 для ударника 3 - в задней части корпуса 1. Камера 5 обратного хода образована передней частью ударника 3, наковальней 9, внутренней поверхностью 13 средней части корпуса 1 и запорным клапаном 6, выполненным в виде упругого кольца, установленного в кольцевой канавке 14 ударника 3 на наружной поверхности его передней части с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью 13 средней части корпуса 1. Камера 4 прямого хода сообщена с камерой 5 обратного через накопительную камеру 8 для сжатого воздуха, которая обеспечивает камеру 5 обратного хода необходимым количеством сжатого воздуха при обратном ходе ударника 3. Для этого устройство содержит центральную трубку 15, пропущенную через отверстие 16 в наковальне 9 в канал 17 ударника 3 для сообщения камер прямого 4 и обратного 5 хода, в которой выполнено отверстие 18 для подачи сжатого воздуха в накопительную камеру 8 из магистрали. Клапан 7 установлен на наружной поверхности центральной трубки 15 с возможностью осевого смещения по ней и взаимодействия верхним торцом с ударником 3 через отверстие 16 в наковальне 9 для подачи сжатого воздуха из накопительной камеры 8 в камеру 5 обратного хода, а нижним торцом - с буртиком 19 центральной трубки 15.
В патрубке 2 выполнено впускное отверстие 20, а выхлопное/выхлопные отверстия 21 и дополнительные выхлопное/выхлопные отверстия 22 выполнены в стенке задней и в стенке средней частей корпуса 1 соответственно.
Ударник 1 установлен с возможностью взаимодействия с наковальней 9, средней частью корпуса 1 и направляющим элементом 12.
Устройство может иметь кольцеобразный ряд впадин 23 (фиг.1) на наружной поверхности ударника 2 для выхлопа сжатого воздуха через выхлопное/выхлопные отверстия 21 или иметь кольцеобразный ряд впадин 23 (фиг.2) на внутренней поверхности корпуса 1 для выхлопа сжатого воздуха через выхлопное/выхлопные отверстия 21.
Устройство ударного действия работает следующим образом.
Перед включением устройства ударник 3 уперт в наковальню 9 (фиг.1), запорный клапан 6 находится в соприкосновении с внутренней поверхностью 13 средней части корпуса 1, клапан 7 находится в соприкосновении с буртиком 19 центральной трубки 15. При включении устройства сжатый воздух из магистрали через впускное отверстие 20, камеру 4 прямого хода, канал 17 в ударнике 3, отверстие 18 центральной трубки 15, накопительную камеру 8, отверстие 16 в наковальне 9 поступает в камеру 5 обратного хода, и в ней повышается давление. Под действием давления упругое кольцо запорного клапана 6 растягивается и прижимается наружной поверхностью к внутренней поверхности 13 и поверхности переднего кольцевого выступа 10. Одновременно с этим упругое кольцо запорного клапана 6 давлением прижимается к верхней (по чертежу фиг.1, 2) поверхности кольцевой канавки 14 ударника 3. Под действием давления в камере 5 обратного хода за счет разности эффективных площадей ударник 3 перемещается в верхнее (по чертежу) положение.
При прохождении запорным клапаном 6 пазов 11 (фиг.1 - слева от оси, фиг.2) происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры 5 обратного хода через кольцеобразный ряд впадин 23 (фиг.1) на наружной поверхности ударника 2 для выхлопа сжатого воздуха через выхлопное/выхлопные отверстия 21 или через кольцеобразный ряд впадин 23 (фиг.2) на внутренней поверхности корпуса 1 для выхлопа сжатого воздуха через выхлопное/выхлопные отверстия 21.
При прохождении запорным клапаном 6 дополнительных выхлопного/выхлопных отверстий 22 (фиг.1 - справа от оси) происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры 5 обратного хода через эти дополнительные выхлопное/выхлопные отверстия 22 в стенке средней части корпуса 1 и через кольцеобразный зазор (поз. не показана) между наружной поверхностью ударника 3 и направляющим элементом 12 в выхлопное/выхлопные отверстия 21 в стенке задней части корпуса 1.
В этот момент давление на внутреннюю поверхность (поз. не обозначена) запорного клапана 6 (фиг.1) уменьшается и под действием упругих сил запорный клапан 6 сжимается. Одновременно под действием перепада давления в камере 5 обратного хода и накопительной камере 8 клапан 7 перемещается вверх и перекрывает доступ сжатому воздуху в камеру 5 обратного хода из накопительной камеры 8.
Далее под действием давления в камере 4 прямого хода ударник 3, не встречая сопротивления со стороны камеры 5 обратного хода, ускоренно движется вниз и наносит удар по наковальне 9.
В момент перед ударом наружная поверхность запорного клапана 6 соприкасается с поверхностью 13 средней части корпуса 1, а ударник 3 воздействует на клапан 7, смещая его вниз и открывая доступ сжатому воздуху из накопительной камеры 8 в камеру 5 обратного хода через отверстие 16 в центральной трубке 15. Затем цикл повторяется.