КОМПРЕССИОННО-ВАКУУМНАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ (ВАРИАНТЫ)

Технические решения относятся к горному делу и строительству, а именно к машинам ударного действия, и могут найти применение для отбойки монолитов, для разрушения устаревших фундаментов при реконструкции зданий, а также в сейсморазведке как механический источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах.
Известен импульсный источник Дино-Сорс фирмы «Джиометрикс», Франция (см. В.В. Палагин и др. Сейсморазведка малых глубин. М.: «Недра», 1989, с. 19). Этот импульсный источник 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 поршня, вызывая его подъем или опускание. В верхней части трубы имеется защелка, при помощи которой фиксируется груз - поршень в верхнем положении. После этого создается максимальный перепад давлений. Защелка отпускается и груз - поршень стремится вниз, нанося удар по подложке. Управление ручное. Время между воздействиями 20 с.
Недостатком такого импульсного источника является очень большой интервал между воздействиями, что практически исключает возможность его применения для накопления и обработки данных от серии ударов. Известно, что оптимальный интервал между воздействиями не должен превышать 2 с.Использование защелки увеличивает интервалы между воздействиями и приводит к частым поломкам, значительно снижая эффективность и надежность работы импульсного источника.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является компрессионно-вакуумная машина ударного действия (далее - КВМУД) по патенту РФ №2455444, E21B 1/00, B25D 11/00, опубл. 10.07.2012, Бюл. №19, первый вариант, 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. КВМУД оснащена 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.
Недостатком данной КВМУД является низкая энергия удара, т.к. такая машина может работать только под действием сил гравитации и только в вертикальном положении, что резко снижает эффективность ее работы. Кроме того, введение в КВУМД блока управления усложняет и удорожает ее конструкцию, приводит к учащению поломок, что снижает надежность ее работы.
Технические задачи предлагаемого решения - повышение эффективности работы КВМУД за счет дополнительного разгона ударника (помимо гравитационного), расширения ее возможностей и повышение надежности ее работы путем отказа от блока управления и введения в ручное управление элементов автоматики.
Решение поставленных задач достигается тем, что КВМУД по первому варианту исполнения, содержащая корпус и размещенный в нем ударник, образующие нижнюю и верхнюю камеры, вакуум-компрессор, фиксатор для ударника, выполненный в виде магнита с управляющей катушкой и установленный в верхней части корпуса, согласно техническому решению снабжена двухлинейным распределителем рабочей среды золотникового типа, постоянно соединенным с вакуум-компрессором, попеременно - с нижней и верхней камерами и атмосферой и оснащенным датчиком переключения, установленным с возможностью взаимодействия с верхним поршнем, жестко соединенным штоком с нижним поршнем упомянутого распределителя, и управляющей катушкой магнита.
Оснащение КВМУД двухлинейным распределителем рабочей среды золотникового типа, постоянно соединенным с вакуум-компрессором, попеременно - с нижней и верхней камерами и атмосферой, и датчиком переключения, установленным с возможностью взаимодействия с верхним поршнем, жестко соединенным штоком с нижним поршнем упомянутого распределителя золотникового типа, и управляющей катушкой магнита, позволяет в нужный момент производить автоматическое отцепление ударника от магнита, дополнительно разгонять ударник и наносить удар в момент наибольшего давления рабочей среды в верхней камере, что повышает эффективность работы КВМУД.
Двухлинейный распределитель рабочей среды золотникового типа постоянно соединен с вакуум-компрессором, что упрощает конструкцию КВМУД и, как следствие, повышает надежность ее работы.
Целесообразно, чтобы при движении ударника вниз, во избежание воздушных пробок, нижняя камера была бы максимально соединена с атмосферой. Для этой цели к нижней камере присоединен клапан сброса давления рабочей среды, открывающийся при движении ударника вниз перед ударом.
В случаях, когда эффективность работы, помимо прочего, достигается сокращением габаритных размеров КВМУД, когда используется не два выхлопных канала для выпуска рабочей среды, а один, и с более удобным поворотным переключением распределителя рабочей среды, 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, фиксатор для ударника, выполненный в виде магнита с управляющей катушкой и установленный в верхней части корпуса, согласно техническому решению снабжена поворотным двухлинейным распределителем рабочей среды золотникового типа, постоянно соединенным с вакуум-компрессором, попеременно двумя каналами - с нижней и верхней камерами и атмосферой и оснащенным датчиком переключения, установленным с возможностью взаимодействия с заслонкой упомянутого распределителя и управляющей катушкой магнита.
Повышение эффективности работы КВМУД достигается тем, что поворотный двухлинейный распределитель рабочей среды золотникового типа, постоянно соединенный с вакуум-компрессором, попеременно двумя каналами - с нижней и верхней камерами и атмосферой и оснащенный датчиком переключения, установленным с возможностью взаимодействия с заслонкой упомянутого распределителя и управляющей катушкой магнита, дает возможность в момент максимального значения давления рабочей среды в верхней камере КВМУД произвести автоматическое отцепление ударника от магнита и нанести удар с максимально возможной энергией.
Перманентное взаимодействие рабочей среды с полостью поворотного двухлинейного распределителя рабочей среды золотникового типа и атмосферой упрощает конструкцию КВМУД и, как следствие, повышает надежность ее работы.
При движении ударника вниз важно, чтобы нижняя камера была практически полностью соединена с атмосферой во избежание сопротивления движению ударника и, как следствие, для получения максимальной скорости в момент удара, что повышает энергию удара и, следовательно, повышает эффективность работы КВМУД.
Для реализации этого к ее нижней камере целесообразно присоединить клапан сброса давления рабочей среды.
Сущность технического решения поясняется примерами конкретного исполнения КВМУД и чертежами фиг. 1, 2, где на фиг. 1 изображена схема КВМУД по первому варианту исполнения, стрелки на чертеже показывают движение рабочей среды, на фиг. 2 - то же по второму варианту исполнения, стрелки на чертеже показывают движение рабочей среды.
КВМУД по первому варианту исполнения (фиг. 1) содержит корпус 1, размещенный в нем ударник 2, образующие нижнюю 3 и верхнюю 4 камеры, вакуум-компрессор 5, фиксатор для ударника 2, выполненный в виде магнита 6 с управляющей катушкой 7 и установленный в верхней части корпуса 1, двухлинейный распределитель 8 рабочей среды золотникового типа (далее - распределитель - 8), постоянно соединенный с вакуум-компрессором 5, попеременно - с нижней 3 и верхней 4 камерами и атмосферой. Распределитель 8 оснащен датчиком 9 переключения, установленным в верхней части распределителя 8 с возможностью взаимодействия с верхним поршнем 10, жестко соединенным штоком 11 с нижним поршнем 10′ распределителя 8, и управляющей катушкой 7 магнита 6. К нижней камере 3 присоединен клапан 12 сброса давления рабочей среды.
КВМУД по первому варианту исполнения работает следующим образом. В исходном (нижнем) положении ударника 2 посредством вакуум-компрессора 5 через распределитель 8 в нижнюю камеру 3 подается рабочая среда. При этом верхний поршень 10, жестко соединенным штоком 11 с нижним поршнем 10′ распределителя 8, находится в нижнем по чертежу положении. Верхняя камера 4 соединена с атмосферой и рабочая среда не может поступать от вакуум-компрессора 5 в верхнюю камеру 4. Поскольку нижняя камера 3 соединена с вакуум-компрессором 5, в ней повышается давление рабочей среды, благодаря которому ударник 2 начинает движение вверх. Достигнув магнита 6, ударник 2 прилипает к нему и остается в верхнем положении. После этого верхний поршень 10, жестко соединенным штоком 11 с нижним поршнем 10′ распределителя 8, вручную перемещают в верхнее положение. При этом верхняя камера 4 соединяется с вакуум-компрессором 5 и в ней происходит повышение давления рабочей среды, а нижняя камера 3 соединяется с атмосферой. При заданном давлении рабочей среды датчик 9 переключения в результате взаимодействия с верхним поршнем 10, жестко соединенным штоком 11 с нижним поршнем 10′ распределителя 8, подает сигнал на управляющую катушку 7 магнита 6, посредством которого действие магнита 6 прекращается и ударник 2 благодаря силам гравитации и давления рабочей среды в верхней камере 4 устремляется вниз и в конце рабочего хода наносит удар. В этот же момент происходит открытие клапана 12 сброса давления рабочей среды, что увеличивает скорость ударника 2. Цикл повторяется.
В случаях, когда очень важными являются геометрические размеры КВМУД, а переключение поворотным двухлинейным распределителем рабочей среды золотникового типа является более удобным, чем переключение по первому варианту исполнения, используется второй вариант исполнения машины, которая содержит корпус 1 и размещенный в нем ударник 2, образующие нижнюю 3 и верхнюю 4 камеры, вакуум-компрессор 5, фиксатор для ударника 2, выполненный в виде магнита 6 с управляющей катушкой 7 и установленный в верхней части корпуса 1, поворотный двухлинейный распределитель 8 рабочей среды золотникового типа (далее - распределитель 8), постоянно соединенный с вакуум-компрессором 5. Распределитель 8 оснащен датчиком 9 переключения, установленным с возможностью взаимодействия с управляющей катушкой 7 магнита 6. К нижней камере 3 присоединен клапан 12 сброса давления рабочей среды. Распределитель 8 снабжен заслонкой 13, установленной с возможностью взаимодействия с датчиком 9 переключения. Распределитель 8 имеет два канала 14 и 15, попеременно соединенные с верхней 4 и нижней 3 камерами соответственно и атмосферой.
КВУМД по второму варианту работает следующим образом. В исходном положении заслонка 13 распределителя 8 (фиг. 2) дает возможность соединить верхнюю камеру 4 с атмосферой, а нижнюю 3-е вакуум-компрессором 5 через канал 15. В нижней камере 3 повышается давление рабочей среды и ударник 2 начинает движение вверх. В конце пути ударник 2 прилипает к магниту 6. Затем поворотом заслонки 13 распределителя 8 вручную на 90° нижняя камера 3 соединяется каналом 15 с атмосферой, а верхняя камера 4 каналом 14-е вакуум-компрессором 5. В верхней камере 4 нарастает давление рабочей среды от вакуум-компрессора 5. При заданном давлении срабатывает датчик 9 переключения, взаимодействующий с заслонкой 13 распределителя 8 и управляющей катушкой 7 магнита 6. Подавая сигнал на управляющую катушку 7 магнита 6, датчик 9 переключения размагничивает магнит 6, ударник 2 отрывается от последнего и устремляется вниз благодаря силам гравитации и давления рабочей среды в верхней камере 4, подаваемой от вакуум-компрессора 5 по каналу 14 в верхнюю камеру 4. В конце рабочего хода ударник 2 наносит удар. При отрыве от магнита 6 ударника 2 открывается клапан 12 сброса давления рабочей среды, что также повышает скорость ударника 2. Цикл повторяется.
Благодаря автоматическому отцеплению ударника 2 от магнита 6, использование клапана 12 сброса давления для дополнительного разгона ударника 2 повышает эффективность работы КВМУД.