УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ЦИКЛОМ УДАРНОЙ МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ)
DEVICE FOR CONTROL OF OPERATIONAL CYCLE OF IMPACT MACHINE (VERSIONS)

Техническое решение относится к средствам автоматизации производственных процессов в различных отраслях промышленности и может найти применение в горном деле при создании распределительных устройств, служащих для управления потоком рабочей среды между участками и агрегатами ударных машин.
Известен совмещенный дыхательный клапан для нефтехранилищ (авт. свид. СССР, № 319787, кл. F16K 17/10, опубл. в БИ № 33, 1971 г.), состоящий из корпуса с расположенными в нем тарельчатыми клапанами давления и разрежения. Клапаны помещены один в другом так, что седлом клапана разрежения служит тарелка клапана давления, а их концентрично расположенные стержни с регулировочными гайками выведены в верхнюю часть корпуса.
Недостатками данного устройства являются низкая скорость его переключения, а также невозможность управления им, поскольку срабатывание клапана происходит только при превышении заданного рабочего давления в системе. Все это значительно снижает эффективность работы клапана.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является клапан (авт. свид. СССР № 535430, кл. F16К 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. Золотник поджат к седлу с помощью пружины.
Недостатком этого клапана является то, что при снижении давления в подпоршневой зоне золотник со штоком опускаются, преодолевая сопротивление пружины, что увеличивает время открывания золотника. Кроме того, таким клапаном невозможно управлять дистанционно, поскольку его срабатывание зависит от давления в системе, что существенно снижает эффективность его работы.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы устройства за счет снижения динамических потерь при его переключении, достигаемого путем значительного сокращения времени срабатывания золотника.
Поставленная задача решается тем, что устройство для управления рабочим циклом ударной машины по первому варианту, содержащее корпус, установленные в нем золотник, перегородку и шток, смонтированный в центральном отверстии перегородки и взаимодействующий с золотником, согласно техническому решению снабжено отражателем струи рабочей среды, выхлопным соплом и соплом управления. Отражатель струи рабочей среды расположен на штоке, на котором между перегородкой и указанным отражателем установлена пружина, а 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. Сопло управления соединено с упомянутым источником через последовательно соединенные блок управления и указанный дроссель.
УПР
УПР
УПР
Повышение эффективности работы предлагаемого устройства достигается за счет снижения динамических потерь при его переключении. При подаче управляющего импульса Р давления (далее импульс Р) на отражатель струи рабочей среды через сопло управления пружина начинает сжиматься и золотник начинает открываться. При самом незначительном открытии золотника импульс Р из камеры обратного хода ударной машины (выхлоп), через впускное и выпускное отверстия золотника и выхлопное сопло создает реактивную силу на отражатель струи рабочей среды, золотник открывается больше, тем самым значительно сокращается время открытия золотника и увеличивается скорость его переключения.
В случае управления ударной машиной, когда необходим автоколебательный режим ее работы, целесообразно, чтобы сопло управления в устройстве было соединено с камерой обратного хода ударной машины в конце обратного хода ударника.
УПР
УПР
В этом случае импульс Р получают непосредственно из камеры обратного хода ударной машины, что устраняет необходимость использования импульса Р от источника рабочей среды и повышает эффективность управления рабочим циклом ударной машины.
УПР
По второму варианту устройство для управления рабочим циклом ударной машины, содержащее корпус, установленные в нем золотник, перегородку и шток, смонтированный в центральном отверстии перегородки и взаимодействующий с золотником, согласно техническому решению снабжено турбинкой, выхлопным соплом и соплом управления. Золотник выполнен поворотного типа, а в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, расположенная между перегородкой и турбинкой и работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия импульса P на турбинку от сопла управления, соединенного с источником рабочей среды последовательно через блок управления и дроссель. Выхлопное сопло соединено через выпускное и впускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой обратного хода ударной машины и через указанный дроссель с источником рабочей среды. Выхлопное сопло и сопло управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника.
УПР
При таком исполнении устройства повышение эффективности его работы достигается за счет снижения динамических потерь при его переключении. При подаче импульса Р через сопло управления на турбинке создается вращающий момент, и как только она через вал начинает открывать золотник поворотного типа, выхлоп из камеры обратного хода ударной машины через впускное и выпускное отверстия золотника и выхлопное сопло создаст дополнительный вращающий момент на турбинке. Таким образом значительно ускоряется открытие золотника и тем самым сокращается время его срабатывания.
УПР
УПР
В случаях управления ударной машиной, когда необходим автоколебательный режим ее работы, целесообразно, чтобы сопло управления устройства было соединено с камерой обратного хода ударной машины в конце обратного хода ударника. В этом случае импульс Р получают непосредственно из камеры обратного хода ударной машины, что устраняет необходимость периодического использования импульса Р от источника рабочей среды и, тем самым повышает эффективность управления рабочим циклом ударной машины.
УПР
Целесообразно, чтобы турбинка была установлена с возможностью ограниченного свободного хода. При таком исполнении после подачи импульса Р на турбинку она вначале набирает скорость вращения, а затем воздействует ударом через вал на золотник поворотного типа, что значительно сокращает время его срабатывания и, таким образом, повышается эффективность его переключения.
Сущность технического решения поясняется примерами конкретного исполнения и чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства по первому варианту исполнения, на фиг.2 - то же, по второму варианту исполнения.
Устройство для управления рабочим циклом ударной машины (далее устройство) по первому варианту исполнения (фиг.1) содержит корпус 1, установленные в нем золотник 2, перегородку 3 и шток 4, смонтированный в центральном отверстии перегородки 3 и взаимодействующий с золотником 2. Устройство снабжено отражателем 5 струи рабочей среды (далее отражатель 5), выхлопным соплом 6 и соплом 7 управления. Отражатель 5 расположен на штоке 4, на котором между перегородкой 3 и отражателем 5 установлена пружина 8. Выхлопное сопло 6 соединено через выпускное отверстие 9 и впускное отверстие 10 золотника 2 при его открытом положении с камерой 11 обратного хода ударной машины 12 и через дроссель 13 с источником 14 рабочей среды (далее источник 14). Сопло 7 управления соединено с источником 14 через последовательно соединенные блок 15 управления и дроссель 13. В ударной машине 12 имеется камера 16 прямого хода, подпружиненный пружиной 17 ударник 18 и рабочий инструмент 19. Сопло 7 управления может быть соединено с камерой 11 обратного хода ударной машины 12 в конце обратного хода ударника 17 каналом 20.
УПР
УПР
УПР
Устройство по первому варианту работает следующим образом. В исходном положении золотник 2 закрыт (правое на фиг.1 положение), пружина 8 разжата, ударник 17 ударной машины 12 взведен, т.к. в камеру 11 обратного хода ударной машины 12 через дроссель 13 подается рабочая среда (например, сжатый воздух) от источника 14. Скорость взвода ударника 17 возможно регулировать с помощью дросселя 13. При подаче импульса Р на сопло 7 управления посредством блока 15 управления струя рабочей среды создает реактивную силу на отражатель 5. Пружина 8 начинает сжиматься, шток 4 под действием отражателя 5 перемещает золотник 2 на открытие (влево на фиг.1). При самом незначительном открытии золотника 2 выхлоп из камеры 11 обратного хода через впускное отверстие 10, выпускное отверстие 9 золотника 2 и выхлопное сопло 6 создает добавочную реактивную силу на отражатель 5, значительно ускоряя сжатие пружины 8 и открытие золотника 2, тем самым увеличивая скорость его переключения. Рабочая среда выбрасывается из камеры 11 обратного хода, в которой устанавливается атмосферное давление. Срабатывает камера 16 прямого хода и посредством пружины 17 ударник 18 движется вниз и в конце прямого хода наносит удар по рабочему инструменту 19. Прекращаются воздействия импульса Р и выхлопа из камеры 11 обратного хода на отражатель 5, пружина 8 возвращает золотник 2 в исходное положение (правое по чертежу), золотник 2 закрывается и начинается наполнение камеры 11 обратного хода рабочей средой через дроссель 13 от источника 14. Ударник 18 движется вверх. Цикл повторяется с помощью импульса Р.
УПР
УПР
При необходимости создания автоколебательного режима работы ударной машины 12 импульс Р можно получить, соединив через канал 20 сопло 7 управления с камерой 11 обратного хода в конце обратного хода ударника 18. В этом случае отпадает необходимость в блоке 15 управления, а изменяя положение входа канала 20, можно регулировать энергию удара ударной машины 12. При этом, несмотря на прекращающееся действие импульса Р, ранее момента удара, под действием выхлопа из камеры 11 обратного хода, через впускное 10 и выпускное 9 отверстия золотника 2 и выхлопное сопло 6, отражатель 5 будет удерживаться в крайнем левом (по чертежу) положении до момента удара.
УПР
Устройство по второму варианту исполнения (фиг.2) содержит корпус 1, установленные в нем золотник 2, выполненный поворотного типа, перегородку 3 и шток 4, смонтированный в центральном отверстии перегородки 3 и взаимодействующий с золотником 2. Устройство снабжено турбинкой 21, выхлопным соплом 6 и соплом 7 управления. В качестве штока 4 использован вал, на котором установлены золотник 2, турбинка 21 и поворотная пружина 8, расположенная между перегородкой 3 и турбинкой 21. Поворотная пружина 8 работает на закрытие золотника 2 при отсутствии импульса Р на турбинку 21 от сопла 7 управления. Сопло 7 управления соединено с источником 14 последовательно через блок 15 управления и дроссель 13. Выхлопное сопло 6 соединено через выпускное отверстие 9 и впускное отверстие 10 золотника 2 при его открытом положении с камерой 11 обратного хода ударной машины 12 и через дроссель 13 с источником 14. Выхлопное сопло 6 и сопло 7 управления сориентированы на турбинку 21 с возможностью открытия золотника 2. В ударной машине 12 имеется камера 16 прямого хода, подпружиненный пружиной 17 ударник 18 и рабочий инструмент 19. Сопло 7 управления может быть соединено с камерой 11 обратного хода ударной машины 15 в конце обратного хода ударника 18 каналом 20.
Устройство по второму варианту работает следующим образом.
УПР
УПР
В исходном положении золотник 2 закрыт, поворотная пружина 8 разжата, прижимая вал (шток 4) к левому по чертежу упору. Ударник 18 ударной машины 12 находится в верхнем положении, т.к. в камеру 11 обратного хода через дроссель 13 подается рабочая среда от источника 14. Скорость взвода ударника 18 можно регулировать дросселем 13. При подаче импульса Р на турбинку 21 через сопло 7 управления посредством блока 15 управления от источника 14 через дроссель 13 поворотная пружина 8 начинает сжиматься, вал (шток 4) под действием турбинки 21 поворачивает золотник 2 поворотного типа по часовой стрелке. При самом небольшом открытии золотника 2 рабочая среда (выхлоп) из камеры 11 обратного хода ударной машины 12 через впускное 10 и выпускное 9 отверстия золотника 2 и выхлопное сопло 6 создает добавочную реактивную силу на турбинке 21, значительно ускоряя сжатие поворотной пружины 8, поворот вала (штока 4) до правого по чертежу упора и соответственно открытие золотника 2, тем самым увеличивая скорость его переключения. Рабочая среда выбрасывается из камеры 11 обратного хода, давление в которой резко снижается до атмосферного. Срабатывает камера 16 прямого хода и посредством пружины 17 ударник 18 движется вниз и в конце прямого хода наносит удар по рабочему инструменту 19. Прекращаются воздействия импульса Р и выхлопа на турбинку 21. Пружина 8, поворачивая до левого упора вал (шток 4), возвращает (закрывает) золотник 2 в исходное положение. Начинается наполнение камеры 11 обратного хода рабочей средой через дроссель 13 от источника 14.
УПР
Ударник 18 движется вверх, занимает крайнее верхнее положение. Цикл с помощью импульса Р повторяют. Силовое воздействие (вращающий момент) на золотник 2 через вал (шток 4) возможно увеличивать или уменьшать в зависимости от диаметра колеса турбинки 21 или, используя турбинку 21 вихревого типа, увеличивать или уменьшать число ее витков, не меняя ее диаметра.
УПР
УПР
Когда происходит автоколебательный режим работы ударной машины 12, импульс Р можно получить, соединив через канал 20 сопло 7 управления с камерой 11 обратного хода в конце обратного хода ударника 18. Тогда отпадает необходимость в блоке 15 управления, а изменяя положение входа канала 20 можно регулировать энергию удара ударной машины 12. При этом, несмотря на прекращение действия импульса Р ранее момента удара, под действием выхлопа из камеры 11 обратного хода, впускное 10 и выпускное 9 отверстия золотника 2 и выхлопное сопло 6, турбинка 21 до момента удара будет удерживаться на правом (по чертежу) упоре от возврата пружиной 8 золотника 2 против часовой стрелки.
УПР
Эффективность срабатывания устройства по второму варианту исполнения можно повысить, создав некоторый люфт при соединении вала (штока 4) и турбинки 21. Тогда турбинка 21, разгоняясь под воздействием импульса Р наносит тангенциальный удар по валу (штоку 4) и, таким образом, значительно ускоряет переключение золотника 2 на выхлоп, а при обратном переключении, разгоняясь под действием поворотной пружины 8, также наносит тангенциальный удар в обратном направлении, ускоряя закрытие золотника 2.