ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к инструментам ударного действия с электрогидравлическим приводом и может быть использована в различных отраслях в качестве разнообразного ручного или машинизированного инструмента, в частности в строительной индустрии в качестве отбойного молотка; в машиностроении при ковке металлов - ковочного молота, а при сборочных работах - клепального инструмента.
Известно электрогидравлическое устройство ударного действия, например буровая головка (RU 2026990, 1995 г.), содержащая полый цилиндрический корпус, периодически заполняемый водой, разрядник, состоящий из пары электродов, подключенный к источнику электропитания с тиристорной схемой управления, формирователь разрядов и рабочий орган в виде конуса, выполненного заодно с корпусом. Включение разрядов происходит по мере заполнения полости корпуса водой, когда формирователь разрядов через воду замыкает цепь управления разрядника, вызывая разряд на нем, сопровождающийся электрогидравлическим эффектом, под действием которого корпус головки вместе с рабочим органом получает движение в направлении бурения. Функциональные возможности такого устройства ограничены, т.к. в нем не предусмотрено независимое перемещение рабочего органа.
Наиболее близким аналогом (прототипом) полезной модели является электрогидравлический инструмент ударного действия (RU 2015873, 1994 г.), содержащий корпус, радиатор охлаждения, систему электропитания, исполнительный цилиндр с рабочей камерой замкнутого объема, заполненной технологической жидкостью, подключенный к системе электропитания разрядник в виде пары оппозитно установленных в рабочей камере цилиндра неподвижных электродов, формирователь разрядов в виде третьего подвижного электрода, формирователь параметров режима работы и снабженный возвратной пружиной подвижный относительно корпуса под действием давления в цилиндре рабочий орган, который одним концом обращен к разряднику и замыкает рабочую камеру цилиндра, а на другом противоположном свободном конце несет обрабатывающий инструмент. Дополнительный подвижный электрод совершает перемещение в режиме автоколебаний между основными электродами и как только промежуток между ним и одним из основных электродов достигает пробойной зоны происходит разряд, в результате которого в цилиндре повышается давление, воздействующее на торец рабочего органа в сторону его перемещения в
направлении ударного действия инструмента. Возвращается в исходное положение рабочий орган под действием возвратной пружины.
Формирователем параметров режима работы устройства в прототипе служит несущая дополнительный электрод консольная пластинчатая пружина, поэтому им изменяется только частота импульсов в разряднике путем регулирования жесткости пружины, достигаемого перемещением вдоль пружины охватывающей ее обечайки. Точность работы такого формирователя не велика, т.к. зависит и от исходных упругих свойств пружины и от их снижения в процессе эксплуатации, а также от квалификации оператора, к тому же регулировка жесткости пружины может быть осуществлена в предэксплуатационный период с отключением устройства и его разборкой. Выполнение формирователя в виде механического узла увеличивает число кинематических звеньев в конструкции устройства, чем повышает вероятность отказов в его работе.
Ограниченная регулировка параметров режимов работы, сниженная мощность электрогидравлического удара из-за того, что формирование импульсов осуществляется не по оси рабочего органа, а по его периферийным участкам, и наличие механических потерь на трение и инерцию деталей и узлов в прототипе не позволяют значительно расширить функциональные возможности устройства, повысить его КПД и надежность в работе, чему препятствует и выполнение системы «рабочий орган -инструмент» с множеством кинематических связей и работа пластинчатой пружины в условиях электрокоррозии и кавитации.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, и технический эффект, получаемый в результате ее реализации, заключаются:
- в расширении функциональных возможностей устройства;
- в расширении объема регулируемых параметров режима работы по числу показателей и по их количественным значениям;
- в обеспечении регулировки параметров в автоматическом режиме:
предэксплуатационную и подналадку устройства в процессе работы, в том числе по фактическим выходным данным работы устройства в режиме реального времени;
- в повышении КПД устройства за счет повышения мощности гидравлического удара и сокращения ее непроизводительных потерь;
- в повышении эксплуатационной надежности устройства.
Сущность полезной модели заключается в том, что в электрогидравлическом устройстве ударного действия, содержащем корпус, систему электропитания, исполнительный цилиндр с рабочей камерой, заполненной технологической жидкостью, связанный с системой электропитания разрядник в виде пары электродов, оппозитно установленных в рабочей камере цилиндра, формирователь параметров режима работы, радиатор охлаждения и снабженный возвратной пружиной подвижный под действием давления в цилиндре рабочий орган, который
одним концом обращен к разряднику и замыкает рабочую камеру цилиндра, а на другом противоположном свободном конце несет обрабатывающий инструмент, в отличие от аналогов имеются средства мониторинга по давлению в рабочей камере цилиндра, формирователь параметров режима работы выполнен в виде управляющего системой электропитания программного блока, к которому подключены упомянутые средства мониторинга, рабочий орган выполнен в виде штока с жестко закрепленным на нем со стороны разрядника поршнем и элементами крепления инструмента на свободном конце, электроды разрядника установлены в цилиндре с образованием между их погруженными в технологическую жидкость концами электроразрядного промежутка, расположенного соосно рабочему органу, при этом один из электродов подключен к силовому выходу системы электропитания, а другой - замкнут на массу цилиндра. Дополнительные отличия состоят в том, что:
-система электропитания выполнена с возможностью регулировки выходных параметров по напряжению и частоте электрических импульсов;
-устройство снабжено компенсационной гидросистемой, подключенной к цилиндру через управляющий блок;
-в качестве средств мониторинга служит пьезометрический датчик давления, установленный в цилиндре;
-радиатор охлаждения выполнен в виде ребер на наружной поверхности корпуса;
-возвратная пружина свободно установлена на штоке с упором в корпус цилиндра и поршень;
-в качестве технологической жидкости используется синтетическое масло.
Выполнение формирователя параметров режима работы в виде программного блока, управляющего системой питания, и наличие подключенных к нему средств мониторинга позволяет, во-первых, расширить номенклатуру регулируемых параметров режима работы и их числовой диапазон, а, во-вторых, автоматизировать их установление и регулировку.
Расположение формирователя параметров режима работы вне корпуса, его электронное исполнение и лаконичное конструктивное решение рабочего органа упрощает конструкцию механической части устройства, позволяет свести до минимума число деталей и кинематических связей между ними.
Расположение электродов в рабочей камере исполнительного цилиндра с разрядным промежутком между ними, соосным рабочему органу, и выполнение жесткой связки инструмента, штока и поршня, непосредственно воспринимающего электрогидравлический удар, усиливает эффективность его работы.
Перечисленные технические преимущества обеспечивают расширение функциональных возможностей устройства; автоматическую наладку устройства и/или подналадку в автоматическом режиме по текущим показателям работы, что делает возможным использование таких устройств в
гибких автоматизированных технологических системах; повышает универсальность устройства, т.к. его переналадка не затрагивает механическую часть и может быть осуществлена лишь сменой инструмента и/или программы с алгоритмом работы; повышает КПД устройства, точность и надежность его работы.
Дополнительные отличия устройства направлены на усиление достигнутых технических и экономических преимуществ.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлена примерная схема устройства.
Устройство содержит корпус 1, систему электропитания 2, которая может быть выполнена с возможностью регулировки выходных параметров на силовом выходе по напряжению и частоте электрических импульсов, формирователь параметров режима работы в виде управляющего системой электропитания программного блока 3 и размещенные в корпусе 1 рабочий орган 4, исполнительный цилиндр 5 с заполненной технологической жидкостью рабочей камерой 6 замкнутого объема и разрядником 7 в виде пары установленных оппозитно друг другу электродов 8 и 9. Один из электродов, например 8, подключен к силовому выходу системы 2 и надежно изолирован от корпуса цилиндра во избежание электрических потерь, при этом другой электрод замкнут на массу цилиндра 5. Электроды 8 и 9 установлены в цилиндре 5 так, что между их погруженными в технологическую жидкость концами образован электроразрядный промежуток 10, соосный с рабочим органом 4, выполненным в виде штока 11 с жестко закрепленным на нем со стороны разрядника 7 поршнем 12, который расположен в рабочей камере 6 с возможностью перемещения в ней и замыкает ее объем. На теле штока 11 между поршнем 12 и корпусом цилиндра 5 установлена возвратная пружина 13. На свободном конце штока 11 предусмотрены средства для крепления обрабатывающего инструмента 14, которые в зависимости от конкретного вида используемого инструмента выполняются любым известным целесообразным образом (на представленном чертеже условно не показаны), при этом вид инструмента определяется назначением устройства.
Внутри цилиндра 5 установлен датчик 15 для мониторинга давления в рабочей камере 6, подключенный к блоку 3, его выполнение может быть различным.
Выполнение управляющего блока 3 также вариантно, определяется в т.ч. и назначением устройства, например в варианте машинизированного инструмента функции блока могут выполняться стационарной компьютерной установкой.
Радиатор охлаждения устройства может иметь любое конструктивное решение, например, в виде набора специальных ребер на наружной поверхности корпуса 1, обеспечивающих его воздушное охлаждение для
поддержания заданного температурного режима работы устройства(из-за простоты решения на чертеже условно не показаны).
Устройство может быть снабжено компенсационной гидросистемой для восполнения эксплуатационных потерь объема технологической жидкости в рабочей камере 6. Выполнена эта система может быть любым целесообразным известным образом (на чертеже условно не показана), и может быть подключена к управляющему блоку 3 для восполнения объема жидкости в автоматическом режиме - по мере необходимости блок 3 подает командный сигнал гидросистеме и она через трубопроводы добавляет жидкость в рабочую камеру 6.
В качестве технологической жидкости могут быть использованы разнообразные жидкости. Более эффективно использование синтетических масел с наибольшей электропроводностью, обладающих антикоррозионными и смазывающими свойствами.
Работа устройства поясняется на примере конкретного его исполнения в виде отбойного молотка с пикой в качестве обрабатывающего инструмента и микроконтроллером в качестве управляющего блока. Технологическая жидкость в нем - синтетическое масло марки 5w40; датчик 15 - пьезометрический датчик давления.
Алгоритм работы устройства в зависимости от заданных выходных параметров работы инструмента и соответственно подобранных технологических параметров таких как, например системы 2 по напряжению и частоте импульсов, а рабочей жидкости по плотности и электропроводности, заложен в программе микроконтроллера.
При включении микроконтроллер загружается и, проведя мониторинг установленных параметров по данным, получаемым с датчика 15, направляет управляющие сигналы в систему 2, которая формирует импульсы высокого напряжения и подает их в разрядник 7, через подключенный к ее силовому выходу электрод 8. В межэлектродном промежутке 10 происходит разряд, в результате которого технологическая жидкость в рабочей камере 6 мгновенно «вскипает». Образуется парогазовая смесь, которая расширяясь создает ударную волну давления, воздействующую на поршень 12 рабочего органа 4, перемещая его в направлении работы инструмента 14. Затем парогазовая смесь, активно перемешиваясь с остальным объемом технологической жидкости, охлаждается и конденсируется, что приводит к резкому падению давления в камере 6 и поршень 12 пружиной 13 возвращается в исходное положение. После чего цикл повторяется.
Частота подачи импульсов в рабочую камеру 6 производится с определенными временными промежутками по команде от микроконтроллера 3 в соответствии с установленным алгоритмом работы по текущим данным мониторинга, т.е. микроконтроллер 3 отслеживает сигналы, поступающие от датчика 15, сравнивает их с заложенными в программе и подает соответствующие команды на исполнительные системы устройства.