ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
HYDRAULIC FACILITY OF PERCUSSIVE ACTION

Изобретение относится к гидравлическим устройствам ударного действия, в частности к отбойным молоткам, перфораторам, и может быть использовано в горном деле, строительстве и других отраслях промышленности для разрушения горных пород и искусственных материалов, а также для придания формы обрабатываемому объекту.
Известно гидравлическое ударное устройство [Устройство ударного действия. А.С. №2829520 (СССР), МКИ Е22С 3/20 // В.А.Кравченко, А.А.Лившиц, Л.С.Ушаков и др. - №4642284/03. Заяв. 24.22.88], содержащее корпус, инструмент, боек и золотник. Недостатком устройства является невозможность регулирования в автоматическом режиме частоты ударов в зависимости от нагрузки на рабочем инструменте.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является гидравлическое ударное устройство [Лазуткин А.Г., Киричек А.В., Соловьев Д.Л. Гидроударное устройство для обработки деталей поверхностным пластическим деформированием. Патент РФ №2090342, кл. В24В 39/04, 1997], содержащее корпус, цилиндр с поршнем-бойком, гидропневмоаккумулятор давления, соединенный со штоковой полостью цилиндра, распределитель, смонтированный с возможностью вращения, с рядом напорных и сливных окон, смещенных относительно друг друга, и выполненный в виде концентрично установленных в корпусе неподвижной гильзы и ротора (вращающегося золотника) с турбиной, размещенной в камере, которая выполнена в корпусе распределителя. В этом устройстве также отсутствует возможность автоматического регулирования частоты ударов.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в расширении технологических возможностей устройства и рациональном использовании приводной мощности путем осуществления автоматического регулирования частоты ударов в зависимости от нагрузки на рабочем инструменте.
Это достигается тем, что гидравлическое устройство ударного действия, содержащее корпус, рабочий инструмент, цилиндр и боек, которые образуют камеры рабочего и обратного ходов, а также тормозную камеру, гидропневмоаккумулятор давления в напорной магистрали, распределитель, выполненный в виде гильзы и вращающегося золотника с турбиной в турбинной камере, сообщающий посредством окон и каналов камеру рабочего хода поочередно с напорной и сливной магистралями, а камеру обратного хода - постоянно с напорной магистралью, в отличие от прототипа снабжено регулятором потока, задающим по состоянию бойка подачу рабочей жидкости на турбину золотника, выполненным в виде игольчатого дросселя с поршнем, образующим с корпусом дроссельную и поршневую полости, причем дроссельная полость сообщена с напорной магистралью и турбинной камерой, а поршневая посредством регулируемого жиклера и клапана давления, установленных параллельно, - с тормозной камерой бойка, при этом в дроссельной полости установлена пружина, а в поршневой - винт, обеспечивающий ручную настройку максимального проходного сечения регулятора потока.
Сущность изобретения проясняется чертежом, на котором изображена схема гидравлического устройства ударного действия.
Устройство содержит корпус 2, в котором установлены дифференциальный четырехступенчатый боек 3 с тормозной ступенью 6 с торцовыми площадями, инструмент 1, распределитель 8, регулятор потока 16, гидропневмоаккумуляторы 11 и 21, предохранительный клапан 12 в напорной магистрали, клапан давления 23, регулируемые дроссель 13 и жиклер 22.
Корпус 2 и боек 3, имеющий возможность осевого возвратно-поступательного движения, образуют камеры: тормозную 4, обратного 5 и рабочего 7 хода. При этом тормозная камера 4 сообщается с камерой обратного хода 5, которая от камеры рабочего хода 7 отделена бойком 3. Тормозная камера 4 имеет диаметр, который на величину расчетного зазора больше диаметра тормозной ступени 6 бойка 3. Камера 5 обратного хода постоянно сообщена с напорной магистралью и гидропневмоаккумулятором 11 через регулируемый дроссель 13. При входе бойка 3 в тормозную камеру 4 он отделяет ее от камеры 5 обратного хода.
Распределитель 8 содержит неподвижную гильзу 10 с рядом окон, сообщающихся с напорной и сливной магистралями, а также с камерой рабочего хода 5, и вращающийся золотник 9, на цилиндрической поверхности которого по образующим выполнены пазы. Пазы расположены по окружности таким образом, что при вращении золотника происходит поочередное сообщение камеры рабочего хода 7 с напорной или сливной магистралью. Вращающийся золотник 9 снабжен турбиной 14, размещенной в турбинной камере 15 распределителя, которая сообщается со штоковой полостью регулятора потока 16 и со сливной магистралью.
Регулятор потока 16 содержит поршень 18 с дроссельной иглой, регулировочный винт 20 и пружину 24. Поршень 18 образует с корпусом 16 полости: поршневую 19 и дроссельную 11, в которой расположена пружина 24. Дроссельная полость 17 сообщается с напорной магистралью и турбинной камерой 15 распределителя, а поршневая - с тормозной камерой 4 бойка посредством параллельно установленных регулируемого жиклера 22 и клапана давления 23. В этой же линии установлен гидропневмоаккумулятор 21.
Регулировочный винт 20 служит для задания расхода рабочей жидкости, поступающей на турбину 14, а следовательно, частоты ударов устройства в специальных случаях его применения (обработка материалов давлением, забивание заземляющих стержней, ударного уплотнения грунтов, бетона и т.п.) путем ограничения хода поршня 18 с дроссельной иглой, перекрывающей канал, по которому рабочая жидкость поступает на турбину 14.
Устройство работает следующим образом.
При подаче рабочей жидкости по напорной магистрали производится зарядка аккумулятора 11, заполнение жидкостью камеры обратного хода 5, а также вращение турбины 14 с золотником 9, на которую через регулятор потока 16 подается заданная часть рабочей жидкости, поступающей в устройство.
Если торец бойка 3 находится в камере обратного хода 5, то при сообщении посредством пазов на золотнике 9 камеры рабочего хода 5 со сливной магистралью происходит обратный ход бойка 3 (по фиг. вправо).
Если боек 3 находится в тормозной камере 4 и перекрывает доступ жидкости из камеры обратного хода 5 на торцовую площадку, то обратный ход бойка 3 не происходит, пока корпус 2 устройства не будет перемещено статическим усилием (по фиг. влево). После некоторого перемещения корпуса 2 под действием статической силы в направлении обрабатываемого объекта рабочий инструмент 7, упирающийся в объект, вдвигаясь в корпус 2, смещает боек 3 вправо и его торец выводится из тормозной камеры 4 в камеру обратного хода 5.
Дальнейшее перемещение бойка 3 вправо осуществляется силой давления жидкости, поступающей в камеру обратного хода 5 из напорной магистрали, когда камера рабочего хода 7 сообщается пазами на золотнике 9 со сливной магистралью и давление в ней понижается. Осуществляется обратный ход, в период которого происходит вытеснение жидкости, заполнившей камеру рабочего хода 5 при предшествующем рабочем цикле, в сливную магистраль. Одновременно заряжается гидропневмоаккумулятор 11.
При повороте золотника 9 на заданный угол следующий паз на его поверхности сообщает камеру рабочего хода 7 с напорной магистралью. Теперь камеры обратного хода 5 и рабочего хода 7 сообщаются одновременно с напорной магистралью, но площадь камеры рабочего хода больше, поэтому результирующая сила, действующая с ее стороны, перемещает боек 3 в направлении инструмента 1. Осуществляется рабочий ход, во время которого боек 3 перемещается с ускорением в направлении инструмента 7 и при завершении рабочего хода наносит удар по инструменту с заданной энергией. В период рабочего хода жидкость из камеры обратного хода 5 переливается через дроссель 13 и распределитель 9 в камеру рабочего хода. Гидропневмоаккумулятор 11 разряжается.
Возможно три варианта развития физического процесса внедрения инструмента в массив горной породы:
- вся энергия, накопленная бойком, полностью передается забою при заданном перемещении бойка совместно с инструментом до входа бойка в тормозную камеру 4;
- энергии, накопленной бойком, недостаточно для расчетного внедрения (перемещения) инструмента и боек останавливается;
- энергия, накопленная бойком, превышает необходимую для внедрения инструмента в забой на заданную величину. Боек, сопровождая инструмент, не останавливается, а входит в тормозную камеру 4. Такой режим называется «прострелом».
Первые два варианта являются нормативными режимами работы гидравлического устройства ударного действия, а «прострел» - таковым не является.
В случае «прострела» для защиты конструкции от повреждения боек 3 входит в тормозную камеру 4, в ней создается повышенное давление, действие которого на боек вызывает его торможение и остановку.
Жидкость из тормозной камеры 4 вытесняется в линию с гидропневмоаккумулятором 27, а порция жидкости через клапан давления 23, задающего величину избыточного давления, поступает в поршневую полость 79 регулятора потока 16, поэтому поршень 18 с игольчатым дросселем перемещается (по фиг. вниз) и уменьшает проходное сечение канала, по которому жидкость из напорной магистрали поступает на турбину 14 золотника 9. В результате уменьшается скорость вращения золотника 9, что приводит к уменьшению частоты ударов устройства.
При отсутствии повторных «прострелов» поршень 18 с дроссельной иглой перемещается под действием пружины 24, вытесняя жидкость из поршневой полости 19 через жиклер 22, и открывает канал подвода рабочей жидкости к турбине 14 до начального сечения. Вследствие чего восстанавливается номинальная частота вращения золотника 9 и частота ударов бойка 3 по инструменту 1. Гидропневмоаккумулятор 21 сглаживает пульсации давления в поршневой полости регулятора потока 16, стабилизируя скорость вращения турбины 14 с золотником 9.
При следующих один за другим «прострелах», что происходит при снижении сопротивления материала под рабочим инструментом, а также при отсутствии контакта инструмента с разрушаемым массивом в случае скола крупных кусков породы из тормозной камеры 4 в поршневую полость 19 регулятора потока 16 поступают очередные порции жидкости. Происходит дальнейшее перемещение поршня 18 с дроссельной иглой, которая уменьшает проходное сечение канала в турбинную полость 15. При многочисленных «прострелах» дроссельная игла перекрывает канал подачи рабочей жидкости из напорной магистрали на турбину 14 вращающегося золотника 9, который останавливается и работа гидравлического устройства ударного действия прекращается.
При увеличении сопротивления материала под рабочим инструментом «прострелы» прекращаются, избыточное давление в поршневой полости регулятора потока 16 снижается до рабочего давления за счет перетекания рабочей жидкости через жиклер 22. Поршень 18 с дроссельной иглой под действием давления рабочей жидкости, поступающей в дроссельную полость 17 регулятора потока 16, и усилия возвратной пружины 24 перемещается вверх, вытесняя рабочую жидкость из поршневой полости 19 через жиклер 22. При этом увеличивается проходное сечение канала и, как следствие, возрастают расход рабочей жидкости, поступающий на турбину 14, скорость вращения золотника 9 и частота ударов бойка 3 по инструменту 1. Частота ударов увеличивается до номинальной величины, если не возникают новые «прострелы».
Использование регулятора потока 16 позволяет автоматически регулировать частоту ударов гидравлического устройства ударного действия в зависимости от нагрузки на рабочем инструменте 7, что ведет к рациональному использованию подводимой мощности и повышению коэффициента полезного действия системы приводной двигатель - гидравлический насос - устройство ударного действия.
Использование регулятора потока позволяет автоматически регулировать частоту ударов гидравлического устройства ударного действия в зависимости от нагрузки на рабочем инструменте, что ведет к рациональному использованию подводимой мощности и повышению коэффициента полезного действия системы приводной двигатель - гидравлический насос - устройство ударного действия.