ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ВИБРАТОР

Техническое решение относится к вибротехнике и может быть использовано в горном деле для интенсификации буровых работ, в качестве привода вибропитателей, в стройиндустрии для формования бетонных смесей, уплотнения материалов и в других отраслях промышленности в технологических процессах с использованием вибрации.
Известен пневматический вибратор, по патенту РФ на полезную модель №122995, B65G 27/22, F15B 21/12, опубл. 20.12.2012 г., включающий корпус, ударник, манжету-клапан с выхлопными отверстиями, образующую с корпусом герметичную силовую камеру, и выхлопной клапан, установленный между ударником и манжетой-клапаном, с выхлопными отверстиями, расположенными соосно выхлопным отверстиям манжеты-клапана. Ударник связан с корпусом, по крайней мере, двумя упругими подвесками, выполненными в виде плоских колец.
Недостатком конструкции является низкая эффективность работы пневматического вибратора из-за отсутствия пневмокамеры прямого хода, что не позволяет ударнику двигаться с высокой скоростью и накапливать большой запас кинетической энергии, и невозможность использования устройства для интенсификации бурения скважин путем наложения вибраций непосредственно на породоразрушающий инструмент из-за отсутствия в нем осевого канала, необходимого для размещения буровой штанги и вывода шлама.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является пневматический вибровозбудитель по патенту РФ на полезную модель №118950, В65G 27/22, опубл. 10.08.2012 г., включающий корпус, в котором размещены ударник, клапан запиши с седлом, камеру прямого хода, образованную ударником, клапаном запитки и корпусом, и камеру обратного хода, образованную ударником, клапаном выхлопа отработанного сжатого воздуха и герметизатором, снабженный, по меньшей мере, одной мембраной с центральным отверстием, охватывающей наружную поверхность седла клапана запитки, которое смонтировано в ударнике, причем ударник с седлом клапана запитки установлены с возможностью перемещения относительно мембраны.
Недостатком конструкции, как и в предыдущем аналоге, является невозможность использования устройства для интенсификации бурения скважин путем наложения вибраций непосредственно на породоразрушающий инструмент, обусловленная отсутствием в нем осевого канала, необходимого для размещения буровой штанги и вывода шлама, что сужает область ее применения.
Технической задачей предлагаемого решения является расширение области применения пневматического вибратора за счет возможности интенсификации буровых работ путем наложения вибраций непосредственно на породоразрушающий инструмент, закрепленный на буровой штанге при повышении эффективности и надежности работы.
Поставленная задача достигается за счет того, что пневматический вибратор, включающий корпус, в котором размещены ударник, закрепленный на регулировочной гайке клапан запитки с седлом, смонтированным в ударнике соосно с ним, по меньшей мере, одна мембрана с центральным отверстием, охватывающая наружную поверхность седла клапана запитки, герметизатор, закрепленный в основании корпуса, клапан выхлопа отработанного сжатого воздуха, взаимодействующий с герметизатором, при этом корпусом, клапаном запитки и мембраной образована камера прямого хода, а ударником, клапаном выхлопа отработанного сжатого воздуха - камера обратного хода, причем на ударнике под мембраной поставлен упругий ограничитель и ударник связан с корпусом, по крайней мере, двумя упругими подвесками, выполненными в виде плоских колец, согласно техническому решению снабжен полым цилиндром, размещенным в осевом канале ударника и седла клапана запитки.
Предложенное техническое решение приводит к интенсификации буровых работ путем наложения вибраций непосредственно на породоразрушающий инструмент, закрепленный на буровой штанге, что расширяет область применения пневматического вибратора.
Целесообразно между клапаном запитки и регулировочной гайкой установить упругий ограничитель в виде резинового кольца, плотно насаженного на полый цилиндр. Это обеспечивает лучшую герметизацию камеры прямого хода и значительно уменьшает утечки подводимого сжатого воздуха через посадочный зазор между регулировочной гайкой и полым цилиндром, что повышает эффективность работы пневматического вибратора.
Целесообразно в герметизаторе и полом цилиндре выполнить соосные выхлопные каналы. Это обеспечивает выхлоп отработанного сжатого воздуха в полость цилиндра, что способствует лучшему выводу шлама из забоя и, соответственно, повышает эффективность буровых работ.
Целесообразно нижнюю упругую подвеску и клапан выхлопа отработанного сжатого воздуха выполнить за одно целое, что упрощает конструкцию пневматического вибратора, повышая его надежность.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения пневматического вибратора и чертежами фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 представлен общий вид пневматического вибратора, осевой разрез, в исходном положении, когда камера прямого хода соединена с камерой обратного хода и они герметизированы. На фиг.2 - то же, что на фиг.1, но между клапаном запитки и регулировочной гайкой установлен упругий ограничитель в виде резинового кольца, плотно насаженного на полый цилиндр, в герметизаторе и полом цилиндре выполнены соосные выхлопные каналы, а нижняя упругая подвеска и клапан выхлопа отработанного сжатого воздуха выполнены за одно целое; на фиг.3 - то же, что на фиг.2, но в период выхлопа, когда камера прямого хода отсечена от камеры обратного хода.
Пневматический вибратор состоит из корпуса, выполненного в виде основания 1 (фиг.1, 2, 3), обечайки 2 и крышки 3. В крышке 3 подвижно установлена регулировочная гайка 4 и закрепленный на ней клапан 5 запитки с образованием надклапанной полости А. Между регулировочной гайкой 4 в крышке 3 корпуса и клапаном 5 запитки целесообразно установить упругий ограничитель 6 в виде резинового кольца, плотно насаженного на полый цилиндр 7, размещенный в осевом канале ударника 8 и седла 9 клапана 5 запитки и закрепленный в основании 1 корпуса. Для подвода сжатого воздуха в регулировочной гайке 4 предусмотрен штуцер 10, который через надклапанную полость А и каналы 11 в клапане 5 запитки сообщен с камерой Б прямого хода. Наружную поверхность седла 9 клапана 5 запитки, смонтированного в ударнике 8 соосно с ним, охватывает по меньшей мере одна мембрана 12, например, две мембраны 12, которые неподвижно соединены с крышкой 3 корпуса. Камера Б прямого хода, образована корпусом, клапаном 5 запитки и мембранами 12. Под мембранами 12 на ударнике 8 установлен упругий ограничитель 13. Ударник 8 связан с корпусом, по крайней мере, двумя упругими подвесками 14, 15, выполненными в виде плоских колец, например, из конвейерной ленты. Клапан 16 выхлопа отработанного сжатого воздуха (фиг.1) с каналами 17, 18 центральным отверстием охватывает полый цилиндр 7 и с нижней поверхностью ударника 8 образуют камеру В обратного хода. Упругую подвеску 15 и клапан 16 выхлопа отработанного сжатого воздуха целесообразно выполнить за одно целое (фиг.2, 3), образуя сдвоенный клапан выхлопа (далее - клапан 16 выхлопа). Камера Б прямого хода и камера В обратного хода сообщены между собой кольцевым каналом 19, образованным седлом 9, ударником 8 и полым цилиндром 7, причем активная площадь камеры В обратного хода со стороны нижней поверхности ударника 8 всегда больше активной площади камеры Б прямого хода. В основании 1 корпуса установлен герметизатор 20, с которым взаимодействует клапан 16 выхлопа, и периодически перекрывает каналы 17 и 18. Упругая подвеска 15 и основание 1 корпуса образуют камеру Г, играющую роль глушителя, из которой отработанный сжатый воздух выхлопывается в атмосферу через отверстия 21 (фиг.1), предусмотренные в основании 1 корпуса. В герметизаторе 20 и полом цилиндре 7 целесообразно выполнить соосные выхлопные каналы 22, 23 соответственно, через которые отработанный сжатый воздух выходит в полость 24 полого цилиндра 7 (фиг.2, 3).
Пневматический вибратор работает следующим образом.
В исходном положении сжатый воздух через штуцер 10 (фиг.1, 2) надклапанную полость А и каналы 11 в клапане 5 запитки поступает в камеру Б прямого хода, при этом мембраны 12 деформируются и скользят вниз по наружной поверхности седла 9 клапана 5 запитки, прижимаясь к ударнику 8 и упругому ограничителю 13. Одновременно по кольцевому каналу 19 сжатый воздух поступает в камеру В обратного хода и перемещает при этом ударник 8 вверх относительно корпуса (фиг.3). Перемещение ударника 8 осуществляется до тех пор, пока не произойдет разгерметизация камеры В обратного хода и разъединение камер Б и В. Разъединение камер Б и В происходит в момент касания кромкой Д седла 9 клапана 5 запитки. Одновременно упругие подвески 14 и 15 вытягиваются в конус и накапливают потенциальную энергию. Отработанный сжатый воздух из камеры В обратного хода (по стрелкам на фиг.3) через каналы 17, 18 попадает в камеру Г и через выхлопные каналы 22 и 23 выходит в полость 24 полого цилиндра 7 и далее в атмосферу.
Действие сжатого воздуха в камере Б прямого хода на мембраны 12 и далее на торец ударника 8 и накопленная потенциальная энергия упругих подвесок 14, 15 заставляют с ускорением двигаться вниз ударник 8, в котором накапливается кинетическая энергия прямого хода. В конце прямого хода ударника 8 происходит герметизация камеры В обратного хода, кинетическая энергия ударника 8 через клапан 16 выхлопа и через воздушную подушку в камере В обратного хода реализуется в виде импульса силы по герметизатору 20, закрепленному в основании 1 корпуса, и, соответственно, по устройству, на котором пневматический вибратор закреплен, например, по породоразрушающему инструменту.
Далее цикл работы пневматического вибратора повторяется.