Устройство ударного действия

Техническое решение относится к устройствам ударного действия для рыхления мерзлого грунта и разрушения скальных пород, искусственных материалов, уплотнения грунтов и может быть использовано в горной промышленности, коммунальных службах, строительстве.
Известен гидравлический механизм ударного действия (патент РФ 2083764, E02D 7/10, опубл. 10.07.1997 г.), который содержит корпус с каналами напора, слива, взвода, разгрузки и управления, боек с поршнем, верхним и нижним штоками и проточкой на верхнем штоке, дифференциальный клапан с большей и меньшей ступенями, образующими камеры взвода, рабочего хода, слива и управления, при этом на меньшей ступени клапана, размещенной в корпусе, выполнены радиальные отверстия напора и слива, имеющие периодическую связь с гидролиниями напора и слива, а камера разгрузки, образованная торцом верхнего штока бойка и корпусом, содержащая газовый аккумулятор низкого давления, имеет одностороннюю связь через обратный клапан с гидролинией слива и периодическую с камерой управления.
Указанная конструкция и предлагаемое решение имеют общий принцип двухстороннего действия. Также общим является наличие корпуса, бойка, камеры прямого хода и камеры обратного хода, образованные между корпусом и бойком.
Недостатком известного механизма является сложность изготовления, обусловленная необходимостью обеспечения малого допуска в сопряжении многоступенчатой конструкции бойка с корпусом. В период разгона бойка рабочая жидкость в камере взвода создает дополнительное сопротивление, связанное с ограничением сечения сливного отверстия, что приводит к снижению предударной скорости бойка и, соответственно, к снижению КПД указанного механизма, что снижает его эффективность.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является устройство ударного действия (патент РФ 2265721, Е21С 37/00, E02D 7/10, B25D 9/00, опубл. 10.12.2005 г.), включающее корпус, совместно с размещенным в нем поршнем-ударником образующий постоянно сообщенную с напорной линией и гидропневматическим аккумулятором камеру холостого хода, снабженную коаксиальной торцевой расточкой, сопряженной по боковой поверхности с поршнем-ударником в конце рабочего хода и камеру рабочего хода, попеременно через основной распределитель связанную со сливной линией или камерой холостого хода, которая также снабжена коаксиальной торцевой расточкой, сопряженной с поршнем-ударником в конце холостого хода. Основной распределитель на концах снабжен гидравлическими полостями управления различной площади, меньшая из которых постоянно связана с напорной линией, а большая попеременно сообщена в конце рабочего хода со сливной линией через первый, а в конце холостого хода - с напорной линией через второй дополнительные распределители.
Указанная конструкция и предлагаемое решение имеют общий принцип двухстороннего действия. Также общим является наличие корпуса, ударника, камеры рабочего хода и камеры холостого хода, образованных между корпусом и ударником, распределитель.
К недостаткам известного устройства можно отнести сложность изготовления, обусловленную как необходимостью обеспечения малого допуска в сопряжении между поршнем-ударником и корпусом, так и использованием дополнительных распределителей,  что снижает надежность работы устройства. Другим недостатком является то, что в период разгона поршень-ударника камера холостого хода постоянно сообщена с источником давления, что приводит к снижению предударной скорости поршень-ударника и, соответственно, к снижению КПД указанного устройства. К недостаткам стоит отнести отсутствие возможности для автоматической регулировки энергетических параметров устройства, в зависимости от внешних условий. Это вынуждает устройство работать в неоптимальном режиме, что достаточно не энергоэффективно.
Таким образом, описанные недостатки снижают эффективность описанного устройства ударного действия.
Проблема - повышение надежности и эффективности его работы за счет упрощения конструкции, снижения сопротивления в камере холостого хода при рабочем ходе, регулировки энергетических параметров устройства.
Указанная проблема решается тем, что в устройстве ударного действия, включающем корпус с размещенным в нем ударником, образующими камеру рабочего хода и камеру холостого хода, попеременно через распределитель связанную с напорной или сливной линией, согласно техническому решению в камере холостого хода на корпусе установлен эластичный клапан с возможностью сообщения камеры холостого хода с камерой слива, образованной между корпусом, ударником и поршнем, через переливные каналы, выполненные в корпусе, при этом на корпусе установлен датчик положения ударника, связанный с распределителем, а на поверхности задней части ударника организован конус или кольцевые проточки.
Указанная совокупность признаков позволяет снизить сопротивление на ударнике при его рабочем ходе со стороны камеры холостого хода за счет перепуска рабочей жидкости из камеры холостого хода в камеру слива через наибольшее кольцевое сечение между эластичным клапаном и корпусом, и переливные каналы в корпусе. В результате увеличивается предударная скорость ударника, КПД, а значит, и эффективность устройства. При этом связь распределителя с датчиком положения ударника и организация конуса или кольцевых проточек на поверхности задней части ударника позволяет исключить дополнительные распределители, упростив конструкцию, а также автоматически регулировать ход ударника и, соответственно, энергию удара, тем самым повысить эффективность работы устройства в зависимости от внешних условий.
Целесообразно между поршнем, ударником и корпусом использовать уплотнения, что позволяет изготавливать сопрягаемые детали "корпус-поршень-ударник" с большим допуском, тем самым снизить трудоемкость производства устройства и уменьшив вероятность отказа устройства вследствие износа трущихся поверхностей, упростить конструкцию и повысить ее надежность.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства ударного действия (далее - устройство) и чертежами фиг. 1, 2, 3. На фиг. 1 изображен общий вид устройства в продольном разрезе в момент удара ударника о наковальню. На фиг. 2 - то же в конце холостого хода ударника. На фиг. 3 - то же в конце холостого хода ударника при организации на нем проточек.
Устройство (фиг. 1) содержит корпус 1 с размещенными в нем наковальней 2 и ударником 3, жестко соединенным с поршнем 4, образующие камеру А слива, камеру B холостого хода (фиг. 2) и камеру С рабочего хода (далее камеры А, В, С), эластичный клапан 5, установленный на корпусе 1 в камере В с возможностью сообщения камеры В с камерой А через переливные каналы 6, выполненные в корпусе 1, распределитель 7, соединенный с камерой В через радиальное отверстие (на фигуре не обозначено) в корпусе 1, канал 8 слива в корпусе 1, соединенный со сливным баком 9 через обратный клапан 10, уплотнения 11, установленные между ударником 3, поршнем 4 и корпусом 1, датчик 12 положения ударника 3, соединенный с распределителем 7 электрической связью, источник 13 давления, ресивер 14, соединенный каналом с камерой С (и/или другой упругий элемент, например пружина 15).
В задней части ударника 3 для определения его положения организован конус 16 (фиг. 1) или кольцевые проточки 17 (фиг. 3).
Принцип действия устройства следующий. Со стороны камеры С  на ударник 3 действует сила F, созданная давлением накаченного газа в ресивере 14 и/или другим упругим элементом, позволяющим достичь одинакового эффекта (например пружиной 15), для осуществления рабочего хода. Герметичность камер А, В и С обеспечивается уплотнениями 11.
Положение ударника 3 определяется с помощью датчика 12 положения (далее - датчик 12). При наличии на ударнике 3 конуса 16 датчик 12 измеряет изменяющийся при работе устройства зазор между корпусом 1 и поверхностью конуса 16. При наличии проточек 17 (фиг. 3) датчик 12 подсчитывает их количество по мере движения ударника 3. Таким образом, датчик 12 определяет положение ударника 3 в корпусе 1 и, в зависимости от него, переключает распределитель 7, подключая камеру B к источнику 13 давления или к сливному баку 9. В результате создается переменное усилие на ударник 3 со стороны камеры B, приводящее его в движение.
Камера А постоянно подключена к сливному баку 9 через обратный клапан 10. В предударный момент (фиг. 1) ударник 3, сталкиваясь с эластичным клапаном 5, начинает прижимать его к корпусу 1, тем самым закрывая переливные каналы 6 и перекрывая камеру А от камеры В. Через распределитель 7 в камеру В подается энергоноситель, давление которого начинает двигать ударник 3 в режиме холостого хода и в тот же момент давление удерживает эластичный клапан 5 в закрытом состоянии и прижимает его к ударнику 3, обеспечивая герметичность камеры В. По окончании холостого хода (фиг. 2) распределитель 7 переключает камеру В к сливному баку 9, давление падает, и эластичный клапан 5 под действием собственной силы упругости принимает свое изначальное положение, при этом открываются переливные каналы 6, соединяя камеры А и В. Ударник 3 начинает рабочий ход, вытесняя энергоноситель в камеру А и на слив через распределитель 7. Далее цикл повторяется. При холостом ходе ударника 3 происходит вытеснение энергоносителя из камеры А в сливной бак 9 посредством поршня 4.