УДАРНО-ПОВОРОТНЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к горному делу и строительству и может быть использована в ручных бурильных машинах и перфораторах, предназначенных для проделывания отверстий и бурения шпуров в горных, рукотворных породах и мерзлых грунтах.
Известны ударно-вращательные устройства ручных электрических перфораторов, содержащие корпус и расположенные в нем конический зубчатый редуктор и кинематически связанный с ним кривошипно-шатунный механизм с поршнем, установленным с возможностью возвратно-поступательного движения в стволе-цилиндре, имеющем ударный механизм компрессорно-вакуумного типа, механизм непрерывного вращения рабочего инструмента (бура), представляющий собой цилиндрический редуктор, состоящий из двух пар шестерен, установленных жестко на валике с приводом от цилиндрической шестерни, установленной на хвостовике ведущего вала конического редуктора, предохранительная муфта и вентилятор охлаждения /1/.
Недостатками этих ударно-вращательных механизмов являются:
- низкий коэффициент полезного действия из-за наличия существенных потерь мощности на трение скольжения в КШМ и многочисленных зубчатых сопряжениях;
- сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества сопряжении и деталей, а также большая материалоемкость, обусловленная их значительной суммарной массой;
- ограниченные функциональные возможности ручных бурильных машин с данными ударно-вращательными механизмами по диапазону размеров (диаметру и глубине) проделываемых шпуров (например, для закладки взрывных зарядов требуются шпуры диаметром от 85 до 90 мм. и глубиной до 1200 мм, а также из-за проблематичности применения их в труднодоступных местах (в отдаленных и горных районах) по причине громоздкости силовых электроагрегатов, служащих источником энергии;
- быстрое затупление режущей части бурового инструмента, обусловленное работой ударно-поворотного механизма по режуще-скалывающей схеме.
Известны также ударно-поворотные механизмы переднего действия с пневматическим приводом, у которых поворот буровой штанги может осуществляться при рабочем ходе с помощью геликоидального механизма и стопорного устройства, представляющего собой храповую буксу с наружными зубцами, установленную на геликоидальной гайке геликоидального механизма с возможностью взаимодействия своими зубцами с подпружиненными стопорными собачками, помещенными в гнезда корпуса с возможностью стопорения храповой буксы и поворота буровой штанги при рабочем ходе и
вращения храповой буксы и прямолинейного осевого перемещения буровой штанги при обратном ходе /2/.
Этим конструкциям ударно-поворотных механизмов присущи те же недостатки, что и предыдущему, а в качестве источников энергии, требуются не менее громоздкие, перемещающиеся на базовых шасси машин или прицепов, компрессорные установки.
Более близким по технической сущности и схеме воздействия на породу к полезной модели является геликоидальный ударно-поворотный механизм заднего действия, у которого поворот буровой штанги осуществляется при обратном ходе, содержащий корпус с крышкой, в котором размещены стопорное устройство, выполненное в виде храпового механизма, состоящего из храповой буксы, установленной неподвижно в верхней части корпуса и имеющей внутренние зубцы, направленные в одну сторону, которыми она может взаимодействовать с подпружиненными и размещенными во внутренних гнездах головки геликоидального стержня собачками, установленными с возможностью поворота геликоидального стержня и прямого без поворота осевого перемещения поршня-ударника и буровой штанги при рабочем ходе и заклинивания геликоидального стержня и поворота поршня-ударника с двумя сочлененными поворотными буксами и буровой штангой - при обратном ходе, геликоидальный механизм, включающий геликоидальный стержень в хвостовой части которого имеются спиральные шлицы, находящиеся в постоянном подвижном сопряжении с соответствующими шлицами поворотной буксы, которая тремя кулачками сопряжена с другой поворотной буксой, в шестигранное осевое гнездо которой вставлен хвостик буровой штанги с возможностью ее осевого перемещения при нанесении удара по торцу штанги поршнем-ударником /3/.
В данном ударно-поворотном механизме режуще-скалывающая схема воздействия на породу замещена на ударно-скалывающую, что снижает износ рабочей части бурового инструмента и нагрузку на приводное устройство.
Недостатками данного ударно-поворотного механизма являются следующие:
- низкий коэффициент полезного действия;
- сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей и сопряжении, а также большая материалоемкость;
- ограниченные функциональные возможности ручных бурильных машин с данными ударно-поворотными механизмами по диапазону размеров проделываемых шпуров, а также из-за проблематичности их применения в труднодоступных местах по причине громоздкости компрессорных установок.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель является упрощение конструкции ударно-поворотного механизма и снижение его материалоемкости.
Данная задача решается с помощью технического результата от использования предлагаемой полезной модели, заключающегося в повышении
коэффициента полезного действия и расширении функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем, что в ударно-поворотном механизме, содержащем корпус, размещены стопорное устройство, кинематически связанный с ним геликоидальный механизм, ударно-поворотный узел, а также кожух, прикрепленный к корпусу ударно-поворотного механизма с размещенной в нем буровой штангой, при этом, стопорное устройство выполнено в виде муфты свободного хода, включающей звездочку с закрепленной в ней штифтами внутренней обоймой, имеющей внутренние гнезда и с зубьями, впадины которых выполнены по эвольвентной кривой, опирающейся на упорный подшипник - сепаратор и установленной с возможностью заклинивания ее в корпусе роликами при повороте в одну сторону и свободного вращения - при повороте в другую сторону, геликоидальный механизм выполнен в виде шарикового винтового механизма, образованного винтовым хвостовиком ударника с тремя винтовыми канавками арочного профиля и тремя шариками, входящими одновременно в гнезда внутренней обоймы звездочки и канавки ударника, установленного в осевое отверстие звездочки с возможностью осевого перемещения с одновременным поворотом; ударно-поворотный узел выполнен в виде шлицевого соединения буровой штанги с ударником, имеющим для нанесения удара фланец.
Уменьшение количества деталей в предлагаемой полезной модели позволит упростить конструкцию ударно-поворотного механизма и уменьшить его материалоемкость, а замещение сил трения скольжения в многочисленных сопряжениях прототипа силами трения качения в стопорном и винтовом механизмах полезной модели - повысить коэффициент полезного действия.
Звездочка стопорного механизма с зубьями, выполненными по эвольвенте с минимальным углом ее относительного поворота при заклинивании, обеспечивает быстроту и легкость расклинивания, а также способность передавать большие нагрузки при малых размерах и массе, а конструкция ударно-поворотного механизма дает возможность использовать его в бурильных машинах с управляемыми электромагнитными приводными устройствами, позволяющими применять переносные источники энергии - аккумуляторные батареи. Это делает возможным применение таких бурильных машин в отдаленных труднодоступных местах, в том числе, в горной местности, что свидетельствует о возможности расширения функциональных возможностей предлагаемого ударно-поворотного механизма.
На фиг.1 представлен общий вид предлагаемого ударно-поворотного механизма, на фиг.2 - звездочка в сборе с внутренней обоймой.
Ударно-поворотный механизм имеет корпус 1, с размещенными в нем стопорным устройством, выполненным в виде муфты свободного хода, состоящей из звездочки 2 с зубьями впадины которых выполнены по эвольвентной кривой и опирающейся на ударный подшипник 3, установленной с возможностью заклинивания ее в корпусе 7 роликами 4 при повороте в одну сторону и свободного вращения - при повороте в другую сторону, геликоидальным механизмом, выполненным в виде шарикового винтового механизма,
образованного винтовым хвостовиком ударника 5 с тремя винтовыми канавками арочного профиля и тремя шариками 6, входящими одновременно в гнезда внутренней обоймы 7 звездочки (фиг.2) и канавки ударника, установленного в осевое отверстие звездочки с возможностью осевого перемещения с одновременным поворотом, ударно-поворотным узлом, состоящим из шлицевого углубления буровой штанги 8, установленной в кожухе 9, прикрепленном болтами 10 к корпусу ударно-поворотного механизма и сопряженного с ним шлицевого наконечника ударника 5, имеющего для нанесения удара фланец.
Корпус ударно-поворотного механизма закрыт крышкой 11, прикрепленной к фланцу корпуса болтами 12.
Ударно-поворотный механизм работает следующим образом.
При ударе по ударнику 5 он перемещается, нанося удар своим фланцем по торцу буровой штанги 8. При этом, осевое перемещение ударника приводит к возникновению сил, действующих в сопряжении поверхности канавок ударника 5 - шарик 6 - гнездо внутренней обоймы 7 звездочки 2, за счет которых звездочка 2 поворачивается на упорном подшипнике 3, вращая ролики 4 эвольвентными поверхностями в сторону расклинивания звездочки и обеспечивая, тем самым, прямолинейное (без поворота) перемещение ударника 5 и буровой штанги 8.
При обратном ходе (втягивании ударника приводным устройством) направление сил, действующих в сопряжении поверхности канавок ударника 5 - шарик 6 - гнездо обоймы 7 звездочки 2 изменяется на противоположное. В результате их действия звездочка 2, стремясь повернуться в противоположную сторону, закатывает ролики 4 в более узкую часть клиновидных полостей и заклинивается, а ударник 5, перекатывая шарики 6 в винтовых канавках перемещается в осевом направлении и одновременно поворачивается, поворачивая через шлицевое соединение буровую штангу 8.
При следующем ударе цикл повторяется.
Использование предлагаемой полезной модели позволит:
1. Повысить коэффициент полезного действия ударно-поворотного
механизма.
2. Упростить конструкцию ударно-поворотного механизма и уменьшить его материалоемкость.
3. Расширить функциональные возможности ударно-поворотного механизма.
Источники информации:
1. А.А.Смирнов, В.А.Доронов. Ручные машины для строительных работ. - М.:Стройиздат,1988, стр.25.
2. В.М.Васильев. Перфораторы. Справочник. - М.:Недра, 1989, стр.12.
3. То же, стр.13.