СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ И ЭНЕРГИИ УДАРОВ УДАРНОЙ МАШИНЫ
METHOD OF ADJUSTMENT OF PERCUSSION MACHINE IMPACT FREQUENCY AND POWER

Техническое решение относится к машиностроению и может найти применение в горном деле при отбойке монолитов, в строительстве при реконструкции существующих фундаментов, а также в сейсморазведке как механический источник возбуждения сейсмических волн.
Известен способ регулирования частоты и энергии ударов пневматической ударной машиной, реализованный в пневматическом ударном механизме (а.с. СССР №395251, B25d 17/00, опубл. 07.01.1974), в котором сжатый воздух подают в камеру прямого хода, через калиброванное отверстие в поршне-ударнике - в камеру обратного хода, перемещая поршень-ударник в верхнее положение (на чертеже). Для нанесения удара открывают вручную запорный клапан, сбрасывая давление под поршнем-ударником. Под действием давления воздуха в камере прямого хода и силы тяжести поршнем-ударником наносят удар по головке наконечника. При снятии нагрузки вручную клапан под действием пружины закрывают.
Недостатком такого способа является низкая его эффективность в результате снижения энергии, частоты и стабильности ударов из-за ручного управления и постоянной связи камер прямого и обратного хода калиброванным отверстием, что ведет к непроизводительному расходу сжатого воздуха, созданию компрессионной подушки в камере обратного хода перед ударом и, как следствие, - к снижению энергии пневматической ударной машины. Кроме того, способ управления снижает надежность ее работы, т.к. весь удар передают через запорный клапан, очень быстро повреждая последний. Реализация известного способа требует изготовления достаточно сложного, высокоточного механизма, что удорожает технологию изготовления известной машины.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому решению является способ регулирования частоты и энергии ударов ударной машиной, реализованный в устройстве ударного действия, описанном в патенте РФ №2085363, B25D 9/04, F21C 3/24, E02F 5/18, опубл. 27.07.97. В этом способе сжатый воздух через впускное отверстие подают в камеру прямого хода, перемещая ударник в крайнее переднее положение, при этом камера обратного хода сообщена с атмосферой по выпускному каналу. В крайнем переднем положении ударника автоматически или вручную закрывают выпускной канал, открывают посредством давления в камере прямого хода инерционно-фрикционный клапан, соединяющий камеры прямого и обратного хода, и за счет разности площадей ударника в камерах прямого и обратного хода взводят ударник в крайнее заднее положение. Затем открывают выпускной канал, под действием давления ударник перемещают вперед до удара. Посредством сил трения и инерции закрывают инерционно-фрикционный клапан, отсекая таким образом камеры прямого и обратного хода друг от друга. После удара инерционно-фрикционный клапан открывают за счет инерции последнего и сжатый воздух начинает поступать из камеры прямого хода в камеру обратного хода.
Недостатком данного технического решения является невозможность регулирования частоты и энергии удара, т.к. переключение машины осуществляют в зависимости от положения ударника, что снижает эффективность способа. Реализация рассматриваемого способа возможна только в машинах с постоянной подачей сжатого воздуха, что ограничивает возможности способа, поскольку периодическая подача сжатого воздуха не обеспечит срабатывание инерционно-фрикционного клапана. При постоянной подаче сжатого воздуха происходят его потери в коммуникациях при переключении ударной машины, что приводит к снижению энергоэффективности способа, т.к. ведет к дополнительному расходу сжатого воздуха.
Этот способ возможно реализовать только в машинах со сложным многоступенчатым ударником, разность площадей которого обеспечивает его перемещение. Это повышает стоимость способа и снижает его надежность вследствие неизбежности образования концентраторов напряжений в корпусе и ударнике, которые ведут к поломкам изделия. Кроме того, этот способ нельзя реализовать при сейсморазведочных работах, т.к. при его осуществлении из-за постоянной подачи сжатого воздуха в ударную машину невозможно предотвратить повторный удар.
Технической задачей предлагаемого способа регулирования частоты и энергии ударов ударной машины является повышение его эффективности за счет сокращения энергозатрат и расширения области применения (различная рабочая среда, возможность борьбы с повторным ударом). Дополнительный эффект - повышение надежности за счет упрощения ударных механизмов, в которых предлагаемый способ реализуют.
Задача решается тем, что в способе регулирования частоты и энергии ударов ударной машины, содержащей корпус, ударник с выхлопными окнами, образующий с корпусом камеры прямого и обратного хода ударника, 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 ударника, включающий подачу рабочей среды в камеру обратного хода ударника, прекращение подачи рабочей среды в камеру обратного хода ударника и отвод отработанной рабочей среды, согласно техническому решению подачу рабочей среды в камеру обратного хода ударника осуществляют с помощью блока управления источником рабочей среды и электроклапана регулируемыми порциями для достижения ударником с прижатым к нему инерционно-фрикционным клапаном высоты в корпусе, необходимой для обеспечения заданной энергии удара, прекращают подачу рабочей среды в камеру обратного хода ударника для движения ударника вниз под действием силы гравитации для нанесения ударником удара в его нижнем положении, обеспечивают удержание инерционно-фрикционного клапана в верхнем положении на закрепленном на ударнике стержне под действием сил трения, действующих между корпусом и уплотнением инерционно-фрикционного клапана, при движении ударника вниз для открытия выхлопных окон на ударнике и инерционно-фрикционном клапане, соединяющих камеры прямого и обратного хода ударника, и обеспечивают движение инерционно-фрикционного клапана за ударником по стержню и закрытие упомянутых выхлопных окон на ударнике и инерционно-фрикционном клапане в нижнем положении ударника.
Указанная совокупность признаков позволяет существенно изменить режим работы ударной машины: появляется возможность регулирования частоты и энергии ударов, т.к. переключение инерционно-фрикционного клапана в зависимости от направления скорости ударника снимает геометрические ограничения в конструкции ударной машины. Ход ударника может быть любой длины и не зависеть от расположения ударника в корпусе, как в прототипе. Регулируемые порции рабочей среды при взводе ударника обеспечивают изменение энергии и частоты ударов ударной машины в самом широком диапазоне, поскольку изменение размера порций рабочей среды и частоты их подачи в камеру обратного хода ударной машины позволяет маневрировать частотой и высотой взвода ударника. Регулируемые порции рабочей среды позволяют избежать потерь энергии на ее подачу в камеру обратного хода в сравнении с постоянной подачей в прототипе, что существенно повышает энергоэффективность предлагаемого способа. Повышение надежности способа достигается за счет возможности его использования в более простых, а значит, более надежных, ударных механизмах, где ударники не имеют сложных конфигураций, а следовательно, более долговечны и менее затратны. Предлагаемый способ регулирования частоты и энергии ударов ударной машины позволяет использовать любую рабочую среду (сжатый воздух, гидравлику, вакуум и т.д.) в отличие от прототипа, где в силу конструктивных особенностей возможно использование лишь сжатого воздуха, что расширяет область применения способа. Использование блока управления для регулирования частоты и энергии ударов ударной машины также способствует повышению эффективности и надежности способа.
Целесообразно в камеру обратного хода ударника после его удара подавать дополнительную порцию рабочей среды для предотвращения повторного удара, который весьма вреден в некоторых видах работ, например, при сейсморазведке.
Сущность технического решения поясняется примером реализации способа регулирования частоты и энергии ударов ударной машины и чертежом, на котором приведена схема реализации предлагаемого способа.
Для реализации способа ударная машина содержит корпус 1, ударник 2 с выхлопными окнами 3, образующий с корпусом 1 камеры прямого 4 и обратного 5 хода ударника 2, инерционно-фрикционный клапан 6 (далее клапан - 6) с выхлопными окнами 7 и уплотнением 8. Клапан 6 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения по стержню 9, закрепленному на ударнике 2. Источник 10 рабочей среды (далее - источник 10) выполнен с возможностью подачи рабочей среды в камеру 5 обратного хода ударника 2 через электроклапан 11. Подачу рабочей среды осуществляют с помощью блока 12 управления источником 10 и электроклапана 11. Окном 13 камера 4 прямого хода ударника 2 соединена с атмосферой.
Способ регулирования частоты и энергии ударов ударной машины реализуют следующим образом. В исходном положении ударник 2 находится в крайнем переднем (нижнем по чертежу) положении. Клапан 6 прижат к ударнику 2 и закрывает выхлопные окна 3 и 7, изолировав камеры прямого 4 и обратного 5 хода друг от друга. Источник 10 с помощью блока 12 управления настроен на интервал рабочего состояния, необходимый для впуска в камеру 5 обратного хода порции рабочей среды через электроклапан 11 для получения заданной энергии удара. При включении источника 10 и открытии электроклапана 11 в камеру 5 обратного хода подают регулируемую порцию рабочей среды, взводя ударник 2, пока он не достигнет высоты в корпусе 1, необходимой для обеспечения заданной энергии удара. При достижении этой высоты, поскольку подача рабочей среды от источника 10 прекращена посредством блока 12 управления, под действием силы гравитации начинается движение ударника 2 вниз (по чертежу) для нанесения ударником 2 удара в нижнем положении, т.е. происходит изменение направления его скорости. Поскольку вес клапана 3 значительно меньше веса ударника 2, силы трения, образующиеся между корпусом 1 и уплотнением 8, удерживают клапан 6 в верхнем положении на стержне 9 при движении ударника 2 вниз, открывая таким образом выхлопные окна 3 и 7. Происходит соединение камер обратного 5 и прямого 4 хода и выхлоп рабочей среды из камеры 5 обратного хода через камеру 4 прямого хода и окна 3 и 7 в атмосферу через окно 13 (при пневматике или в сливной бак при гидравлике - на чертеже не показано). В крайнем нижнем положении ударник 2 наносит удар по рабочему инструменту (на чертеже не показан), при этом клапан 6 по инерции движется за ударником 2 по стержню 9 и закрывает выхлопные окна 3 на ударнике 2 и 7 на инерционно фрикционном клапане 6 в нижнем положении ударника 2. Цикл повторяется.
Для расширения возможностей использования способ предполагает подачу дополнительной порции рабочей среды в камеру 5 обратного хода. Небольшая дополнительная порция рабочей среды, подаваемая от источника 10 через электроклапан 11 в камеру 5 обратного хода ударника 2 после его удара, предотвращает возможность повторного удара и позволяет использовать способ регулирования частоты и энергии ударов ударной машины в самых различных областях, где повторный удар вреден, например, при сейсморазведке.