ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
HYDRAULIC IMPACT DEVICE

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 или материалу.
Известно гидроударное 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.
Такое гидроударное устройство не обладает возможностью автоматического регулирования ударной мощности в зависимости от нагрузки на рабочем органе (инструменте).
Известно гидравлическое ударное устройство [Ушаков Л.С., Кантович Л.И., Фабричный Д.Ю., Лазуткин С.Л., Кравченко В.А. Гидравлическое устройство ударного действия. Патент РФ №2008113585/03, 2009], 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. Устройство 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.
Такое гидравлическое ударное устройство позволяет автоматически регулировать частоту ударов в зависимости от нагрузки на рабочем органе, т.е. при снижении нагрузки автоматически уменьшать частоту ударов, а при последующем возрастании нагрузки ее увеличивать вплоть до максимально возможного для данной конструкции. Таким образом, ударная мощность автоматически регулируется в зависимости от текущего значения нагрузки на рабочем инструменте.
Однако приведенное устройство не позволяет осуществлять автоматическую регулировку энергии единичного удара в зависимости от нагрузки на рабочем органе, что снижает эффективность работы гидравлического ударного устройства, так как известно, что ударная мощность зависит не только от частоты ударов, но и от энергии единичного удара.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении эффективности работы гидравлического ударного устройства за счет более рационального использования приводной мощности путем осуществления автоматического регулирования энергии единичного удара в зависимости от нагрузки на рабочем инструменте.
Это достигается тем, что в гидравлическое устройство ударного действия, включающее корпус, рабочий инструмент, цилиндр, поршень-боек, которые образуют камеры рабочего и обратного ходов, тормозную камеру, и снабженное гидропневмоаккумулятором давления в напорной магистрали, распределителем, выполненным в виде гильзы и вращающегося золотника с турбиной в турбинной камере, соединяющим посредством окон и каналов камеру рабочего хода поочередно с напорной и сливной магистралями, а камеру обратного хода - постоянно с напорной магистралью, а также регулятором потока, задающим по состоянию бойка подачу рабочей жидкости на турбину золотника, в отличие от прототипа введен регулятор величины хода поршня-бойка, расположенный в гидроцилиндре, имеющий поршневую, штоковую и плунжерную полости, причем поршневая полость соединена через обратный клапан и дроссель с тормозной камерой устройства, штоковая полость - с напорной магистралью, а плунжерная полость - с вращающимся распределителем и с камерой рабочего хода устройства посредством отверстий в корпусе его цилиндра, расположенных друг за другом в направлении его оси.
На чертеже изображена схема гидравлического устройства ударного действия.
Устройство содержит корпус 1 со смонтированным на нем цилиндром 2. В корпусе устройства с возможностью осевого перемещения установлен рабочий инструмент 4, имеющий лыску с размещенным в ней и в выточке корпуса штифтом 5. Внутри цилиндра 2 помещен поршень-боек 6, содержащий тормозную шейку 7. Камера рабочего хода 3 через отверстия 30, плунжерную полость 33 и отверстие 31 посредством распределителя 14 сообщается с напорной и сливной магистралью, а камера обратного хода 8 - с напорной магистралью и с гидропневмоаккумулятором 10.
Цилиндр 2 снабжен сообщающейся с камерой обратного хода 8 тормозной камерой 9, диаметральный размер которой несколько больше, чем диаметр тормозной шейки 7 поршня-бойка 6. Тормозная камера сообщается через обратный клапан 24 и дроссель 34 посредством специального канала 22 с поршневой полостью регулятора потока 11 и поршневой полостью гидроцилиндра регулятора 25 величины рабочего хода поршня-бойка. Кроме того, к этой же магистрали подсоединен гидропневмоаккумулятор 23.
Распределитель 14 выполнен в виде неподвижной гильзы 15 и вращающегося золотника 16, которые снабжены рядом напорных и сливных окон, смещенных относительно друг друга на 45°. Золотник 16 распределителя 14 снабжен турбиной 12, размещенной в отдельной камере 13 распределителя 14, которая соединена со штоковой полостью регулятора потока 11 и со сливной магистралью.
Гидравлическая схема устройства включает в себя предохранительный клапан 17 и регулируемый дроссель 18.
В корпусе регулятора потока 11 размещены поршень-клапан 19, демпфирующая (возвратная) пружина 21 и регулировочный винт 20.
Регулятор величины рабочего хода поршня-бойка выполнен в виде поршня-плунжера 26 и гидроцилиндра 25, поршневая полость 28 которого соединена через обратный клапан 24, дроссель 34 и канал 22 с тормозной камерой 9 гидравлического устройства ударного действия, а штоковая полость 29 - с напорной магистралью. Регулятор 25 снабжен возвратной пружиной 27 и регулировочным винтом 32. Плунжерная полость 33 регулятора 25 соединена с камерой рабочего хода 3 рядом отверстий 30, расположенных друг за другом в направлении оси гидроударника, и посредством отверстия 31 с вращающимся распределителем 14.
Гидравлическое устройство ударного действия работает следующим образом.
При включении гидросистемы рабочая жидкость поступает через регулируемый дроссель 18 в камеру обратного хода 8 цилиндра 2 и гидропневмоаккумулятор 10, заряжая его. Одновременно с этим рабочая жидкость через штоковую полость регулятора потока 11 попадает в камеру 13 распределителя 14 и, воздействуя на турбину 12, приводит ее во вращение. Кроме того, рабочая жидкость из штоковой полости 8 цилиндра 2 через специальный канал 22 и обратный клапан 24 попадает в поршневую полость регулятора потока 11 и поршневую полость 28 регулятора величины рабочего хода 25.
В момент совпадения соответствующих окон гильзы 15 и пазов золотника 16 распределитель 14 соединяет поршневую полость 3 со сливной магистралью. Рабочий инструмент 4 и поршень-боек 6 под действием давления в камере обратного хода 8 и усилия статического поджатия гидравлического устройства ударного действия к груди забоя перемещаются вправо и вытесняют рабочую жидкость из камеры рабочего хода 3 на слив. Турбина 12 вместе с золотником 16 продолжает вращаться под действием рабочей жидкости и, повернувшись на 45°, соединяет камеру рабочего хода 3 с напорной магистралью. Под действием рабочей жидкости поршень-боек 6 за счет разности площади поршня 6 в камере рабочего хода и камере обратного хода цилиндра 2 ускоренно перемещается влево и наносит удар по рабочему инструменту. При этом гидропневмоаккумулятор 10 воспринимает высокое давление, возникающее в камере обратного хода 8 цилиндра 2. При дальнейшем повороте золотника 16 на 45° происходит соединение камеры рабочего хода 3 со сливной магистралью и цикл работы устройства повторяется.
В случае неполной реализации энергии удара («простреле») тормозная шейка 7 поршня-бойка 6 входит в тормозную камеру 9 цилиндра 2. В тормозной камере 9 создается высокое давление, которое останавливает движение поршня-бойка 6 вперед.
Избыточное давление рабочей жидкости в тормозной камере 9 через специальный канал 22 и обратный клапан 24 передается в поршневые полости регулятора потока 11 и регулятора величины рабочего хода, а также в гидропневмоаккумулятор 23, заряжая его. Клапан 19, перемещаясь вниз, уменьшает проходное сечение канала, подводящего рабочую жидкость к турбине 12 распределителя 14, уменьшая скорость ее вращения, таким образом, снижая частоту ударов устройства, а поршень-плунжер 26, перемещаясь в плунжерной полости 33, перекрывает часть отверстий 30.
Обратный клапан 24 поддерживает избыточное давление в поршневых полостях регулятора потока 11 и регулятора при обратном ходе поршня-бойка 6. Гидропневмоаккумулятор 23 сглаживает пульсации давления в поршневой полости регулятора потока 11, стабилизируя скорость вращения золотника 16 распределителя 14. Поршень-боек 6 при обратном ходе выталкивает рабочую жидкость на слив через отверстия 30, оставшиеся незакрытыми поршнем-плунжером 26 и останавливается при достижении закрытого отверстия. При этом уменьшается рабочий ход поршня-бойка, а следовательно, его путь разгона и скорость, а значит и энергия удара. В случае если повторные прострелы отсутствуют, давление рабочей жидкости в поршневой полости регулятора потока 11 нормализуется до рабочего давления в напорной магистрали за счет перетекания жидкости через дроссель 34. Клапан 19, перемещаясь под действием пружины 21 и давления рабочей жидкости в штоковой полости регулятора потока 11, открывает канал подвода рабочей жидкости к турбине, а поршень-плунжер 26, перемещаясь под действием пружины 27 и давления рабочей жидкости в штоковой полости 29, открывает отверстия 30, чем увеличивает рабочий ход поршня-бойка 6, повышая энергию единичного удара.
При многочисленных, следующих один за другим, «прострелах» поршня-бойка 6 (что произойдет при снижении нагрузки на рабочем инструменте или при отсутствии контакта инструмента с разрушаемым массивом за счет скола крупных кусков породы) избыточное давление в поршневой полости 28 регулятора величины рабочего хода поршня-бойка возрастает, достигая своей максимальной величины. При этом поршень-плунжер 26 перекрывает канал подачи рабочей жидкости в камеру рабочего хода 3 из распределителя 14. Работа гидравлического ударного устройства прекращается.
При увеличении нагрузки на рабочем инструменте избыточное давление в поршневой полости 28 регулятора величины рабочего хода поршня-бойка снижается до рабочего давления за счет перетекания рабочей жидкости через канал дросселя 34. Поршень-плунжер 26 под действием давления рабочей жидкости, подведенной к штоковой полости 29 регулятора величины рабочего хода поршня-бойка, и усилия от возвратной пружины 27 перемещается, открывая отверстие 31, подводящее рабочую жидкость к камере рабочего хода 3. Поршень-боек 6 начинает перемещаться влево и наносить удары по инструменту 4. Рабочий ход поршня-бойка 6 увеличивается либо до максимального, либо до появления новой серии «прострелов». Одновременно с этим возрастает частота ударов.
Регулировочный винт 32 служит для задания диапазона регулирования энергии единичного удара в различных случаях технологического применения гидравлического устройства ударного действия (обработка материалов давлением, забивание заземляющих стержней или свай, ударного уплотнения грунтов, песчано-гравийных смесей, бетона и т.д.) путем ограничения хода клапана и поршня-плунжера.
Таким образом, наличие регулятора величины рабочего хода позволяет автоматически регулировать энергию единичного удара в зависимости от нагрузки на рабочем инструменте, что повышает эффективность работы гидравлического устройства ударного действия.