УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ЦИКЛОМ УДАРНОЙ МАШИНЫ ПРИ ПОМОЩИ ДАВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE TO CONTROL PERCUSSION MACHINE WORKING CYCLE BY PRESSURE (VERSIONS)

Технические решения относятся к средствам автоматизации производственных процессов в различных отраслях промышленности, могут найти применение в горном деле при создании распределительных устройств для управления потоком рабочей среды между участками и агрегатами ударных машин.
Известен клапан по а.с. СССР №535430, F16K 17/10, опубл. в БИ №42, 1976 г., в корпусе которого установлен запорный орган, выполненный в виде золотника, связанного с поршнем с помощью штока, а между золотником и поршнем установлена перегородка с центральным отверстием, через которое пропущен шток. Перегородка образует с торцом поршня демпферную камеру переменного объема. Конец штока снабжен продольными и радиальными каналами.
Недостатком этого клапана является то, что при снижении давления в подпоршневой полости и увеличении усилия пружины происходит замедление переключения золотника, то есть время его открытия увеличивается. В результате снижается эффективность работы клапана. Кроме того, конструкция клапана не позволяет сократить время закрытия золотника, зависящее только от параметров пружины, что также снижает эффективность работы клапана, увеличивая время цикла работы ударной машины.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для управления рабочим циклом ударной машины по первому варианту исполнения по патенту РФ №2376467, Е21С 37/00, B25D 9/00, опубл. в Бюл. №35, 2009 г., включающее корпус, установленные в нем золотник, перегородку и шток, смонтированный в центральном отверстии перегородки и взаимодействующий с золотником. Оно содержит также отражатель струи рабочей среды, выхлопное сопло и сопло управления. Отражатель струи рабочей среды расположен на штоке, а между ним и перегородкой установлена пружина. Выхлопное сопло соединено через выпускное и впускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой обратного хода ударной машины и через дроссель - с источником рабочей среды, с которым соединено сопло управления через последовательно соединенные блок управления и указанный дроссель.
Недостатком данного устройства является невысокая скорость срабатывания золотника, открытие и закрытие которого замедляется увеличением и уменьшением усилия пружины, что приводит к снижению эффективности работы устройства. Для сбора и отвода рабочей среды после ее контакта с отражателем струи рабочей среды необходимо введение дополнительных приспособлений, что серьезно усложняет конструкцию и, как следствие, приводит к снижению надежности устройства.
Технические задачи - повышение эффективности работы устройства за счет управления рабочим циклом ударной машины при помощи давления, более скоростного открытия и закрытия золотника, автоматизации процесса управления и повышение надежности работы устройства за счет упрощения конструкции, т.к. не требуется дополнительных приспособлений для сбора и отвода рабочей среды.
По первому варианту исполнения поставленные задачи решаются тем, что устройство для управления рабочим циклом ударной машины при помощи давления, содержащее корпус, установленные в нем золотник, перегородку и шток, смонтированный в центральном отверстии перегородки и взаимодействующий с золотником, элемент, реагирующий на поток рабочей среды, выхлопной канал потока рабочей среды и канал управления потоком рабочей среды, при этом упомянутый элемент расположен на штоке, на котором установлена пружина, а выхлопной канал потока рабочей среды выполнен с возможностью соединения через впускное и выпускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой обратного хода ударной машины и через дроссель с источником рабочей среды, причем упомянутый канал управления соединен с источником рабочей среды через последовательно соединенные блок управления и дроссель, согласно техническому решению снабжено поршнем, образующим с внутренней поверхностью передней стенки корпуса камеру управления потоком рабочей среды, выполненную с возможностью соединения с выхлопным каналом потока рабочей среды при открытом положении золотника, постоянным магнитом, установленным на внешней поверхности передней стенки корпуса на штоке, датчиком удара, выполненным с возможностью установки на рабочем инструменте ударной машины, причем пружина установлена между поршнем и перегородкой, а датчик удара соединен с блоком управления, при этом элемент, реагирующий на поток рабочей среды, представляет собой ферромагнитный элемент с управляющей катушкой, соединенной с блоком управления.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность работы устройства за счет управления рабочим циклом ударной машины при помощи давления, более скоростного открытия и закрытия золотника путем введения постоянного магнита, автоматизации процесса управления путем введения датчика удара и регулировки работы постоянного магнита с помощью блока управления при использовании управляющей катушки постоянного магнита, и повысить надежность работы устройства за счет упрощения конструкции путем отказа от использования дополнительных приспособлений для сбора и отвода рабочей среды.
По второму варианту исполнения устройство для управления рабочим циклом ударной машины при помощи давления, содержащее корпус, установленные в нем золотник, перегородку и шток, смонтированный в центральном отверстии перегородки и взаимодействующий с золотником, элемент, реагирующий на поток рабочей среды, выхлопной канал потока рабочей среды и канал управления потоком рабочей среды, при этом упомянутый элемент расположен на штоке, на котором установлена пружина, а выхлопной канал потока рабочей среды выполнен с возможностью соединения через впускное и выпускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой обратного хода ударной машины и через дроссель с источником рабочей среды, причем упомянутый канал управления соединен с источником рабочей среды через последовательно соединенные блок управления и дроссель, согласно техническому решению снабжено поршнем, образующим с внутренней поверхностью передней стенки корпуса камеру управления потоком рабочей среды, выполненную с возможностью соединения с камерой обратного хода ударной машины в конце обратного хода ударника, постоянным магнитом, установленным на внешней поверхности передней стенки корпуса на штоке, причем пружина установлена между поршнем и перегородкой, при этом элемент, реагирующий на поток рабочей среды, представляет собой ферромагнитный элемент с управляющей катушкой, соединенной с блоком управления.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить эффективность работы устройства за счет управления рабочим циклом ударной машины при помощи давления, более скоростного открытия и закрытия золотника путем введения постоянного магнита, автоматизации процесса управления и регулировки работы постоянного магнита с помощью блока управления при использовании управляющей катушки постоянного магнита, и повысить надежность работы устройства за счет упрощения конструкции путем отказа от использования дополнительных приспособлений для сбора и отвода рабочей среды и датчика удара.
Сущность предлагаемых технических решений поясняется примерами конструктивного исполнения и чертежами фиг.1, 2, где на фиг.1 изображена схема устройства для управления рабочим циклом ударной машины по первому варианту исполнения, на фиг.2 - то же по второму варианту исполнения. Стрелка на золотнике (правое положение на чертеже) обозначает, что он закрыт.
Устройство для управления рабочим циклом ударной машины при помощи давления (далее - устройство) по первому варианту исполнения включает корпус 1 (фиг.1), установленные в нем золотник 2, имеющий впускное 3 и выпускное 4 отверстия, причем последнее соединено с выхлопным каналом 5 потока рабочей среды, перегородку 6 и шток 7, смонтированный в центральном отверстии перегородки 6 и взаимодействующий с золотником 2. Устройство снабжено поршнем 8, установленным на штоке 7 и образующим с внутренней поверхностью передней стенки корпуса 1 камеру 9 управления потоком рабочей среды (далее - камера 9 управления). Между перегородкой 6 и поршнем 8 на штоке 7 установлена пружина 10. На внешней поверхности передней стенки корпуса 1 на штоке 7 установлен постоянный магнит 11 (далее - магнит 11). На конце штока 7 вне корпуса 1 расположен элемент, представляющий собой ферромагнитный элемент 12, реагирующий на поток рабочей среды, с управляющей катушкой 13, соединенной кабелем 14 с блоком 15 управления. Камера 9 управления через канал 16 управления потоком рабочей среды соединена с источником 17 рабочей среды (далее - источник 17) через блок 15 управления и дроссель 18. Выхлопной канал 5 потока рабочей среды выполнен с возможностью соединения через впускное 3 и выпускное 4 отверстия золотника 2 при его открытом положении с камерой 19 обратного хода ударной машины 20 и через дроссель 18 с источником 17 и также соединен с камерой 9 управления через блок 15 управления. В ударной машине 20 имеется камера 21 прямого хода, подпружиненный пружиной 22 ударник 23, рабочий инструмент 24 и датчик 25 удара, выполненный с возможностью установки на рабочем инструменте 24 ударной машины 20 и соединенный с блоком 15 управления.
упр.
упр.
упр.
упр.
Устройство по первому варианту исполнения работает следующим образом. В исходном положении золотник 2 закрыт (правое на чертеже положение), пружина 10 разжата, ударник 23 ударной машины 20 взведен, т.к. в камеру 19 обратного хода ударной машины 20 через дроссель 18 подается рабочая среда от источника 17. При подаче рабочей среды под управляющим давлением Р в камеру 9 управления посредством блока 15 управления от источника 17 поршень 8 начинает движение (влево по чертежу). Пружина 10 начинает сжиматься и шток 7 перемещает золотник 2 на открытие (левое на чертеже положение). При незначительном открытии золотника 2 ферромагнитный элемент 12 попадает в зону действия магнита 11 и устремляется к нему, значительно усиливая действие управляющего давления Р и ускоряя сжатие пружины 10. Время открытия золотника 2 сокращается. Рабочая среда выбрасывается из камеры 19 обратного хода через впускное 3 и выпускное 4 отверстия золотника 2 и выхлопной канал 5 на слив. В камере 19 обратного хода ударной машины 20 устанавливается атмосферное давление. Срабатывает камера 21 прямого хода и посредством пружины 22 ударник 23 перемещается вниз, в конце прямого хода нанося удар по рабочему инструменту 24. При ударе по рабочему инструменту 24 датчик 25 удара передает сигнал на блок 15 управления, который прекращает воздействие управляющего давления Р на поршень 8 и сбрасывает рабочую среду из камеры 9 управления через блок 15 управления, впускное 3 и выпускное 4 отверстия золотника 2 и выхлопной канал 5 на слив. При этом блок 15 управления через кабель 14 изменяет на противоположную, посредством управляющей катушки 13, полярность ферромагнитного элемента 12. Ферромагнитный элемент 12 начинает резко отталкиваться от магнита 11, значительно ускоряя разжатие пружины 10, перемещение штока 7 и закрытие золотника 2. Начинается наполнение камеры 19 обратного хода рабочей средой через дроссель 18 от источника 17. Ударник 23 перемещается вверх. Цикл повторяется с помощью управляющего давления Р
Устройство по второму варианту исполнения включает корпус 1 (фиг.2), установленные в нем золотник 2, имеющий впускное 3 и выпускное 4 отверстия, причем последнее соединено с выхлопным каналом 5 потока рабочей среды, перегородку 6 и шток 7, смонтированный в центральном отверстии перегородки 6 и взаимодействующий с золотником 2. Устройство снабжено поршнем 8, установленным на штоке 7 и образующим с внутренней поверхностью передней стенки корпуса 1 камеру 9 управления потоком рабочей среды (далее - камера 9 управления). Между перегородкой 6 и поршнем 8 на штоке 7 установлена пружина 10. На внешней поверхности передней стенки корпуса 1 на штоке 7 установлен постоянный магнит 11 (далее - магнит 11). На конце штока 7 вне корпуса 1 расположен элемент, представляющий собой ферромагнитный элемент 12, реагирующий на поток рабочей среды, с управляющей катушкой 13, соединенной кабелем 14 с блоком 15 управления. Камера 9 управления через канал 16 управления потоком рабочей среды соединена с источником 17 рабочей среды (далее - источник 17) через блок 15 управления и дроссель 18. Выхлопной канал 5 потока рабочей среды выполнен с возможностью соединения через впускное 3 и выпускное 4 отверстия золотника 2 при его открытом положении с камерой 19 обратного хода ударной машины 20, с камерой 9 управления через блок 15 управления и через дроссель 18 с источником 17. В ударной машине 20 имеется камера 21 прямого хода, подпружиненный пружиной 22 ударник 23 и рабочий инструмент 24. Камера 9 управления выполнена с возможностью соединения каналом 25 с камерой 19 обратного хода ударной машины 20 в конце обратного хода ударника 23.
упр.
упр.
упр.
упр.
Устройство по второму варианту исполнения работает следующим образом. В исходном положении золотник 2 закрыт (правое на чертеже положение), пружина 10 разжата, поршень 8 находится в крайнем правом по чертежу положении. Для запуска ударной машины 20 посредством блока 15 управления от источника 17 через дроссель 18 в камеру 19 обратного хода подается рабочая среда. Под действием давления рабочей среды ударник 23 ударной машины 20 перемещается вверх, сжимая пружину 22. В конце обратного хода ударника 23 камера 19 обратного хода соединяется с камерой 9 управления каналом 25. При подаче управляющего давления Р рабочей среды через канал 25 в камеру 9 управления начинается движение поршня 8 влево по чертежу (фиг.2). Пружина 10 начинает сжиматься и шток 7 перемещает золотник 2 на открытие (левое на чертеже положение). При незначительном открытии золотника 2 ферромагнитный элемент 12 попадает в зону действия магнита 11 и устремляется к нему, значительно усиливая действие управляющего давления Р и ускоряя сжатие пружины 10. Время открытия золотника 2 сокращается. Рабочая среда выбрасывается из камеры 19 обратного хода через впускное 3 и выпускное 4 отверстия золотника 2 и выхлопной канал 5 на слив. Управляющее давления Р в камере 9 управления падает. Действие его на поршень 8 в камере 9 управления уменьшается. Рабочая среда из камеры 9 управления выбрасывается через блок 15 управления, впускное 3 и выпускное 4 отверстия золотника 2 и выхлопной канал 5 на слив. В камере 19 обратного хода ударной машины 20 устанавливается атмосферное давление. Срабатывает камера 21 прямого хода и посредством пружины 22 ударник 23 перемещается вниз, в конце прямого хода нанося удар по рабочему инструменту 24. Блок 15 управления реагирует на движение рабочей среды и при выбросе ее из камеры 9 управления, через кабель 14 и управляющую катушку 13 изменяет полярность ферромагнитного элемента 12 на противоположную. Ферромагнитный элемент 12 начинает резко отталкиваться от магнита 11, значительно ускоряя расжатие пружины 10, перемещение штока 7 и закрытие золотника 2. При полном закрытии золотника 2 блок 15 управления изменяет полярность ферромагнитного элемента 12. Начинается наполнение камеры 19 обратного хода рабочей средой через дроссель 18 от источника 17. Ударник 23 перемещается вверх. Цикл повторяется с помощью управляющего давления Р, подаваемого из камеры 19 обратного хода в конце обратного хода ударника 23.
По второму варианту исполнения устройства реализуется автоколебательный режим работы ударной машины 20 путем соединения в конце обратного хода ударника 23 каналом 25 камеры 19 обратного хода ударной машины 20 и камеры 9 управления. Изменяя положение входа канала 25 в камеру 19 обратного хода можно регулировать энергию удара ударной машины 20.
Благодаря наличию камеры 9 управления, связанной с камерой 19 обратного хода ударной машины 20, постоянного магнита 11 и ферромагнитного элемента 12 с управляющей катушкой 13 обеспечивается более скоростное срабатывание золотника 2. При этом повышается эффективность работы устройства. Данные конструкции устройства не требует дополнительных приспособлений для сбора и отвода рабочей среды, что приводит к повышению надежности ее работы.