КОМПРЕССИОННО-ВАКУУМНАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ (ВАРИАНТЫ)
COMPRESSION-VACUUM MACHINE OF IMPACT ACTION (VERSIONS)

Изобретение относится к машинам ударного действия и может найти применение в горном деле для отбойки монолитов, в строительстве для разрушения устаревших фундаментов при реконструкции зданий, а также в сейсморазведке как механический источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах.
Известен компрессионно-вакуумный ударный механизм [Ряшенцев Н.П. и др. Ручные электрические машины ударного действия. - М.: «Недра», 1970, С.30]. Он содержит двухступенчатый корпус, поршень, ударник и кривошипно-шатунный механизм. Машины такого класса не позволяют создавать значительные ударные нагрузки, необходимые при разрушении фундаментов, отбойке монолитов и возбуждении упругих сейсмических волн при сейсморазведке. Кроме того, механизм имеет достаточно сложную конструкцию, работает на высокой частоте при относительно невысокой энергии единичного удара, и таким образом, не обладает достаточной эффективностью.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому изобретению является импульсный источник Дино-Сорс фирмы «Джиометрикс», Франция [В.В.Палагин и др. Сейсморазведка малых глубин. - М.: «Недра», 1989, С.19]. Этот механизм представляет собой груз-поршень, который перемещается в цилиндре-трубе, выполняющей роль направляющей. Приводом является бензоагрегат с воздушным насосом, который создает недостаток и избыток давления по разные стороны груза-поршня, вызывая его подъем или опускание. В верхней части цилиндра-трубы имеется защелка, которой фиксируется груз-поршень в верхнем положении. После этого создается максимальный перепад давлений, защелка отпускается и груз-поршень стремится вниз, нанося удар по плите-подложке. Управление ручное. Время между воздействиями велико и составляет 20 секунд.
Недостатком такого импульсного источника является очень большой интервал между воздействиями, что практически исключает возможность применения такого источника для накопления и обработки данных от серии ударов. Известно, что оптимальный интервал между воздействиями должен составлять 1÷2 секунды. Создание недостатка и избытка давлений по разные стороны груза-поршня ведет к необходимости герметизации двух камер в ударном механизме, что усложняет конструкцию и делает ее менее надежной, увеличивая стоимость. Кроме того, использование механической защелки в верхней части компрессионно-вакуумной машины ударного действия увеличивает интервалы между воздействиями, ведет к частым поломкам, значительно снижая ее эффективность и надежность при работе.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности за счет повышения частоты ударов и надежности за счет упрощения конструкции компрессионно-вакуумной машины ударного действия (КВМУД).
Решение поставленной задачи достигается тем, что КВМУД по первому варианту исполнения, содержащая корпус и размещенный в нем ударник, образующие нижнюю и верхнюю камеры, вакуум-компрессор, соединенный с верхней камерой, фиксатор для ударника, установленный в верхней части корпуса, и рабочий инструмент, согласно изобретению снабжена блоком управления, соединенным с вакуум-компрессором, а фиксатор для ударника выполнен в виде магнита с управляющей катушкой, соединенной с блоком управления, при этом нижняя камера соединена с атмосферой.
Введение блока управления, соединенного с вакуум-компрессором, значительно сокращающего время создания в верхней камере разрежения, ведет к повышению частоты ударов КВМУД, а значит, к повышению эффективности. Выполнение при этом фиксатора для ударника в виде магнита с управляющей катушкой, соединенной с блоком управления, также позволяет повысить частоту ударов КВМУД, а следовательно, ее эффективность. Надежность повышается за счет возможности сокращения поломок и износа. Соединение нижней камеры с атмосферой и герметизация при этом лишь одной верхней камеры при работе КВМУД позволяет значительно упростить ее конструкцию и таким образом повысить ее надежность.
Целесообразно, чтобы КВМУД была снабжена, по меньшей мере, одним ресивером, соединенным с вакуум-компрессором, блоком управления и верхней камерой.
В этом случае недостаток или избыток давления в ресивере, а затем в верхней камере возможно создавать при перемещении КВМУД от одной точки воздействия к другой (т.е. в транспортном состоянии КВМУД), что позволит значительно сократить необходимую энергоемкость вакуум-компрессора и повысить частоту ударов КВМУД за счет того, что при начале работы уже будет получен в ресивере необходимый объем неглубокого вакуума или сжатого воздуха. Вышесказанное, безусловно, ведет к повышению эффективности КВМУД за счет снижения энергозатрат и сокращения цикла работ.
Целесообразно, когда при использовании КВМУД необходимо получить удар без отскока от рабочего инструмента (например, в сейсморазведке при возбуждении сейсмических волн на малых глубинах), чтобы рабочий инструмент КВМУД был снабжен, по меньшей мере, одним магнитом с управляющей катушкой, которая соединена с блоком управления. Ударник фиксируется на рабочем инструменте, что позволяет избежать отскока, повторного удара и, как следствие, - помех при регистрации волн в массиве.
В строительстве и горном деле отскок может нарушить необходимое расположение инструмента в разрабатываемой среде. Таким образом, за счет устранения отскока, неприемлемого в некоторых видах работ, путем установки магнитов с управляемым усилием притяжения в нижней части корпуса, повышается эффективность КВМУД.
В случаях, когда эффективность, помимо прочего, достигается путем сокращения коммутационных потерь, а размещение вакуум-компрессора возможно лишь в нижней части КВМУД, решение поставленной задачи достигается тем, что КВМУД по второму варианту исполнения, содержащая корпус и размещенный в нем ударник, образующие нижнюю и верхнюю камеры, вакуум-компрессор, соединенный с нижней камерой, фиксатор для ударника, установленный в верхней части корпуса, и рабочий инструмент, согласно техническому решению снабжена блоком управления, соединенным с вакуум-компрессором, а фиксатор для ударника выполнен в виде магнита с управляющей катушкой, соединенной с блоком управления, при этом верхняя камера соединена с атмосферой.
Повышение эффективности КВМУД достигается за счет введения в нее блока-управления, соединенного с вакуум-компрессором, значительно сокращающего время создания в нижней камере избыточного давления, необходимого для перемещения ударника вверх, что ведет к повышению частоты ударов КВМУД. Выполнение при этом фиксатора в виде магнита с управляющей катушкой, соединенной с блоком управления, также позволяет повысить частоту ударов КВМУД, а следовательно, ее эффективность. Надежность повышается за счет возможности сокращения поломок и износа.
Соединение верхней камеры с атмосферой и герметизация при этом одной нижней камеры при работе КВМУД дает возможность упростить конструкцию КВМУД и таким образом повысить ее надежность.
Целесообразно, чтобы КВМУД была снабжена, по меньшей мере, одним ресивером, соединенным с вакуум-компрессором, блоком управления и нижней камерой.
В этом случае недостаток или избыток давления в ресивере, а впоследствии в нижней камере, возможно создавать при перемещении КВМУД от одной точки воздействия к другой (т.е. в транспортном состоянии КВМУД), что позволит значительно сократить необходимую энергоемкость вакуум-компрессора и повысить частоту ударов КВМУД за счет того, что при начале работы уже будет получен в ресивере необходимый объем неглубокого вакуума или сжатого воздуха. Вышесказанное ведет к повышению эффективности КВМУД за счет снижения энергозатрат и сокращения цикла работ.
Целесообразно, в тех случаях, когда при работе КВМУД не желателен или вреден отскок и повторный удар, чтобы ее рабочий инструмент был снабжен, по меньшей мере, одним магнитом с управляющей катушкой, соединенной с блоком управления. Ударник фиксируется на рабочем инструменте, что позволяет избежать отскока, повторного удара и, как следствие, - помех при регистрации волн в массиве. В сейсморазведке отскок и повторный удар создает помехи при регистрации импульсов на измерительной аппаратуре. В строительстве и горном деле отскок может нарушить необходимое расположение рабочего инструмента в разрабатываемой среде.
Сущность технического решения поясняется примерами конкретного исполнения и чертежами фиг.1 и 2, где на фиг.1 изображена схема КВМУД по первому варианту исполнения, на фиг.2 - то же, по второму варианту исполнения.
КВМУД по первому варианту исполнения (фиг.1) содержит корпус 1 и размещенный в нем ударник 2, образующие нижнюю 3 и верхнюю 4 камеры, вакуум-компрессор 5, соединенный с верхней камерой 4, фиксатор 6 для ударника 2, установленный в верхней части корпуса 1, и рабочий инструмент 7. КВМУД снабжена блоком 8 управления, соединенным с вакуум-компрессором 5, а фиксатор 6 для ударника 2 выполнен в виде магнита с управляющей катушкой 9, соединенной с блоком 8 управления, при этом нижняя камера 3 соединена с атмосферой через канал 10. КВМУД может быть снабжена, по меньшей мере, одним ресивером 11, соединенным с вакуум-компрессором 5, блоком 8 управления и верхней камерой 4. Рабочий инструмент 7 КВМУД может быть снабжен, по меньшей мере, одним магнитом 12 с управляющей катушкой 13, которая соединена с блоком 8 управления. Вакуум-компрессор 5 и ресивер 11 соединены друг с другом и верхней камерой 4 рукавами 14.
КВМУД по первому варианту исполнения работает следующим образом.
В исходном (нижнем) положении ударника 2 посредством вакуум-компрессора 5, включающегося от блока 8 управления, через рукава 14 в верхней камере 4 создается разрежение, благодаря которому ударник 2 движется вверх. Достигнув верхнего положения, ударник 2 посредством фиксатора 6, выполненного в виде магнита с управляющей катушкой 9, задерживается в верхнем положении. От блока 8 управления подается сигнал на переключение вакуум-компрессора 5 с режима разрежения на режим нагнетания воздуха в верхнюю камеру 4. Усилие отрыва ударника 2 от фиксатора 6 определяется заданным давлением в верхней камере 4, необходимым для достижения требуемой энергии удара по рабочему инструменту 7. При достижении заданного давления в верхней камере 4 на управляющую катушку 9 фиксатора 6 от блока 8 управления подается сигнал на «ослабление» магнита. Происходит отрыв ударника 2 от фиксатора 6 именно при заданном давлении в верхней камере 4. Ударник 2 движется вниз, происходит выхлоп воздуха в атмосферу из нижней камеры 3 через канал 10. В конце хода ударник 2 наносит удар по рабочему инструменту 7. В сейсморазведке рабочий инструмент 7 представляет собой плиту-подложку, генерирующую после удара упругие волны в исследуемом массиве. В строительстве и горном деле рабочий инструмент 7, воздействуя на разрушаемый объект или массив породы, приводит к его разрушению. Цикл повторяется.
Для повышения эффективности КВМУД за счет снижения энергоемкости вакуум-компрессора 5 и повышения частоты ударов КВМУД целесообразно использовать, по меньшей мере, один ресивер 11. При его использовании давление или его недостаток вначале создается в ресивере 11 (как правило, в транспортном положении, когда КВМУД не наносит удары), а затем через рукава 14 передается в верхнюю камеру 4.
Для устранения отскока и повторного удара, неприемлемого при осуществлении некоторых видов работ (например, при сейсморазведке), рабочий инструмент 7 КВМУД, представляющий собой плиту-подложку, снабжен магнитом 12 с управляющей катушкой 13, соединенной с блоком 8 управления. Тогда при ударе по рабочему инструменту 7 ударник 2 фиксируется на нем, что устраняет отскок и повторный удар. После этого усилие притяжения магнита 12 с помощью управляющей катушки 13 посредством блока 8 управления резко снижается, ударник 2 начинает движение вверх. Цикл повторяется.
КВМУД по второму варианту исполнения (фиг.2), который используется для сокращения коммутационных потерь за счет уменьшения длины рукавов, содержит корпус 1 и размещенный в нем ударник 2, образующие нижнюю 3 и верхнюю 4 камеры, вакуум-компрессор 5, соединенный с нижней камерой 3, фиксатор 6 для ударника 2, установленный в верхней части корпуса 1, и рабочий инструмент 7. КВМУД снабжена блоком 8 управления, соединенным с вакуум-компрессором 5, а фиксатор 6 для ударника 2 выполнен в виде магнита с управляющей катушкой 9, соединенной с блоком 8 управления, при этом верхняя камера 4 соединена с атмосферой через канал 10. КВМУД может быть снабжена, по меньшей мере, одним ресивером 11, соединенным с вакуум-компрессором 5, блоком 8 управления и нижней камерой 3. Рабочий инструмент 7 КВМУД может быть снабжен, по меньшей мере, одним магнитом 12 с управляющей катушкой 13, которая соединена с блоком 8 управления. Вакуум-компрессор 5 и ресивер 11 соединены друг с другом и нижней камерой 3 рукавами 14.
КВМУД по второму варианту исполнения работает следующим образом.
В исходном (нижнем) положении ударника 2 посредством вакуум-компрессора 5, включающегося от блока 8 управления, через рукава 14 в нижней камере 3 создается избыточное давление, благодаря которому ударник 2 движется вверх. Происходит выхлоп воздуха из верхней камеры 4 через канал 10. Достигнув верхнего положения, ударник 2 посредством фиксатора 6, выполненного в виде магнита с управляющей катушкой 9, останавливается в верхнем положении. От блока 8 управления подается сигнал на переключение вакуум-компрессора 5 с режима нагнетания на режим разрежения воздуха в нижней камере 3. Усилие отрыва ударника 2 от фиксатора 6 определяется заданной величиной разрежения в нижней камере 3, необходимой для достижения требуемой энергии удара по рабочему инструменту 7. При достижении заданного разрежения в нижней камере 3 на управляющую катушку 9 фиксатора 6 от блока 8 управления подается сигнал на «ослабление» магнита. Происходит отрыв ударника 2 от фиксатора 6 именно при заданной величине разрежения в камере 3. Ударник 2 движется вниз, верхняя камера 4 через канал 10 соединена с атмосферой, поэтому в ней невозможно разрежение воздуха. В конце хода ударник 2 наносит удар по рабочему инструменту 7. Цикл повторяется. При использовании ресивера 11 давление или разрежение воздуха вначале создается в нем (при транспортировке КВМУД с одной точки работы на другую или при остановке работ, т.е. когда КВМУД не наносит удары), а затем при начале работы КВМУД через рукава 14 создается в нижней камере 3. Для устранения отскока и повторного удара, неприемлемого при осуществлении некоторых видов работ (например, при сейсморазведке), рабочий инструмент 7 КВМУД, представляющий собой плиту-подложку, снабжен магнитом 12 с управляющей катушкой 13, соединенной с блоком 8 управления. Тогда при ударе по рабочему инструменту 7 ударник 2 фиксируется на нем, что устраняет повторный удар. После этого усилие притяжения магнита 12 с помощью управляющей катушки 13 посредством блока 8 управления резко снижается и после создания давления в нижней камере 3 ударник 2 начинает движение вверх. Цикл повторяется.