РЕГУЛИРУЕМАЯ КОМПРЕССИОННО-ВАКУУМНАЯ УДАРНАЯ МАШИНА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ
ADJUSTABLE COMPRESSION-VACUUM SHOCK MACHINE OF DOUBLE ACTION

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к машинам ударного действия, и может найти применение при отбойке монолитов, в строительстве для разрушения устаревших фундаментов, при реконструкции зданий, при прокладке трубопроводов, а также в сейсморазведке как источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах.
Известна компрессионно-вакуумная машина ударного действия (далее - машина) по патенту РФ №2455444, Е21В 1/00, B25D 11/00, опубл. 10.07.2012, бюл. №19, первый вариант, содержащая корпус и размещенный в нем ударник, образующие нижнюю и верхнюю камеры, вакуум-компрессор, соединенный с верхней камерой, фиксатор для ударника, установленный в верхней части корпуса, и рабочий инструмент. Машина оснащена блоком управления, соединенным с вакуум-компрессором, а фиксатор для ударника выполнен в виде магнита с управляющей катушкой, соединенной с блоком управления, при этом нижняя камера соединена с атмосферой.
Одним из недостатков данной машины ударного действия является низкая энергия ударов, зависящая от высоты корпуса и массы ударника, что снижает эффективность ее работы. Кроме того, громоздкая и сложная конструкция машины снижает надежность ее работы и мобильность.
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является компрессионно-вакуумная ударная машина двойного действия по патенту РФ на полезную модель №156306, B25D 9/08, B25D 9/26, опубл. в бюл. №31 10 ноября 2015 г., содержащая корпус и размещенный в нем ударник, образующие верхнюю и нижнюю камеры, вакуум-компрессор, соединенный с верхней камерой, и по меньшей мере с одним ресивером, соединенным с верхней камерой, магнитный фиксатор для ударника, установленный в верхней камере, и рабочий инструмент, при этом нижняя камера соединена с атмосферой. Вакуум-компрессор, расположенный в верхней части корпуса, содержит по меньшей мере одну пару центробежных компрессионно-вакуумных механизмов, установленных встречно друг другу всасывающими отверстиями, имеющих общий канал и соединенных с диском, образующим камеры над и под диском, причем камера над диском соединена с атмосферой, и отсекающим упомянутую верхнюю камеру и камеру под диском от атмосферы, при этом упомянутые центробежные компрессионно-вакуумные механизмы электрически соединены с трехпозиционным переключателем, который электрически соединен с источником тока.
Недостатком такой машины является постоянная по величине энергия удара из-за неизменяемой длины рабочего хода ударника. Кроме того, после удара по рабочему инструменту в верхней камере машины (даже если мгновенно отключить подачу энергии на компрессионно-вакуумный механизм) инерционно повышается давление, которое оказывает вредное реактивное воздействие на ударник, а через него на рабочий инструмент, при этом корпус отрывается от рабочего инструмента, вызывая сложности в работе оператора.
Расположение ресивера вне корпуса машины и выполнение его в виде эластичной оболочки является конструктивным недостатком при работе и транспортировке машины, т.к. применение эластичного ресивера в узких подвалах, в лесу и т.д. приводит к его механическому повреждению, что выводит из строя машину. Кроме того, в результате перетечки рабочей среды из ресивера в верхнюю камеру через отверстие в корпусе в ней снижается давление, которое воздействует на ударник, что приводит к снижению энергетических параметров (энергии ударов и частоты) машины, а в целом эффективности ее работы.
Техническими задачами предлагаемого решения являются повышение эффективности работы регулируемой компрессионно-вакуумной ударной машины двойного действия за счет возможности расширения ее энергетических параметров (энергии ударов и частоты) путем плавного регулирования длины рабочего хода ударника, а также за счет исключения потерь давления рабочей среды при перетечке из ресивера в верхнюю камеру, и повышение надежности работы за счет исключения возможности механических повреждений ресивера и исключения инерционных реактивных сил в верхней камере, возникающих после удара по рабочему инструменту.
Решение поставленных задач достигается тем, что в регулируемой компрессионно-вакуумной ударной машине двойного действия (далее - машина), содержащей корпус и размещенный в нем ударник, образующие верхнюю и нижнюю камеры, вакуум-компрессор, расположенный в верхней части корпуса, соединенный с верхней камерой и содержащий по меньшей мере одну пару центробежных компрессионно-вакуумных механизмов, установленных встречно друг другу всасывающими отверстиями, соединенных с диском и имеющих общий канал через отверстие в этом диске, который образует камеры над и под диском в верхней части корпуса, причем камера над диском соединена с атмосферой, и отсекает упомянутую верхнюю камеру и камеру под диском от атмосферы, при этом упомянутые центробежные компрессионно-вакуумные механизмы электрически соединены с трехпозиционным переключателем, который электрически соединен с источником тока, ресивер, соединенный с верхней камерой, магнитный фиксатор для ударника, установленный в верхней камере, и рабочий инструмент, при этом нижняя камера соединена с атмосферой, согласно техническому решению ресивер размещен в корпусе между верхней камерой и вакуум-компрессором и соединен с верхней камерой через отверстия центрирующего диска, отделяющего ресивер от верхней камеры, а с вакуум-компрессором - через отверстия в монтажном диске, отделяющем вакуум-компрессор от ресивера, при этом магнитный фиксатор для ударника соединен с регулятором, расположенным в ресивере и выполненным с возможностью изменения его длины.
Возможность перемещения магнитного фиксатора для ударника по высоте корпуса с помощью регулятора, расположенного в ресивере, позволяет плавно изменять длину рабочего хода ударника при решении разных задач сейсморазведки, строительства и горного дела, тем самым расширить диапазон энергетических параметров машины (энергии ударов и частоты), что существенно повышает эффективность работы машины.
Расположение ресивера внутри корпуса машины, т.е. выполненного не из эластичного материала, как в прототипе, позволяет избежать его повреждения в труднодоступных местах (узкий подвал, лес, узкие шахтные проходы и т.д.), уменьшает габариты машины в ширину и, как следствие, повышает надежность работы, а также исключает потери давления рабочей среды в верхней камере из-за отсутствия перетечек ее из ресивера в упомянутую камеру, что повышает мощность машины, а следовательно, эффективность ее работы.
Целесообразно, чтобы в отверстии корпуса, выполненном выше ударника в его нижнем положении, был установлен обратный клапан. Это дает возможность значительно снизить давление рабочей среды в верхней камере и тем самым устранить инерционные реактивные силы в ней, возникающие после удара по рабочему инструменту, что значительно повышает надежность работы машины.
Целесообразно, чтобы верхняя часть корпуса с вакуум-компрессором была выполнена съемной и приспособлена с помощью насадок для установки ее в корпусах любого диаметра. Это дает возможность увеличить эффективность работы машины за счет расширения возможности ее применения.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения машины и чертежом, где показан общий вид машины в продольном разрезе в исходном положении.
Машина содержит (см. чертеж) корпус 1, размещенный в нем ударник 2, образующие верхнюю 3 и нижнюю 4 камеры, вакуум-компрессор (поз. не обозначен), соединенный с верхней камерой 3 и содержащий по меньшей мере одну пару центробежных компрессионно-вакуумных механизмов, а именно нижний 5 и верхний 6, установленных встречно друг другу всасывающими отверстиями 7 и 8 соответственно, соединенных с диском 9 и имеющих общий канал 10 через отверстие (поз. не обозначено) в диске 9. Диск 9 образует камеры (поз. не обозначены) над и под диском 9. Ресивер 11 размещен в корпусе 1 между верхней камерой 3 и вакуум-компрессором и соединен с верхней камерой 3 через отверстия 12 центрирующего диска 13, отделяющего ресивер 11 от верхней камеры 3, а с вакуум-компрессором - через отверстия 14 в монтажном диске 15, отделяющем вакуум-компрессор от ресивера 11. Диск 9 отсекает верхнюю камеру 3, ресивер 11 и камеру под диском 9 от атмосферы. Магнитный фиксатор 16 для ударника 2 с диэлектрическими пластинами 17 установлен в верхней камере 3 и связан упруго с монтажным диском 15, например, с помощью пружины (поз. не обозначена). Нижний 5 и верхний 6 центробежные компрессионно-вакуумные механизмы соединены электрическими связями 18 с трехпозиционным переключателем 19, который электрически соединен с источником 20 тока. От дождя, снега и пыли предусмотрена крышка 21. Нижняя камера 4 постоянно соединена с атмосферой через окна 22 корпуса 1. Камера над диском 9 соединена с атмосферой через окна 23 корпуса 1. Ударник 2 в исходном положении расположен на рабочем инструменте 24, который выполнен в виде плиты (на чертеже) для сейсморазведки, либо в виде наковальни - для забивки труб, либо в виде зубила - в горном деле для отбойки монолитов. Рабочий инструмент 24 может быть присоединен к нижней части корпуса 1, либо нет. Верхняя часть 25 корпуса 1, в которой расположен вакуум-компрессор, может быть выполнена съемной и приспособлена с помощью насадок (на чертеже не показаны) для установки ее в корпусах 1 любого диаметра. Регулятор 26, расположенный в ресивере 11 и выполненный с возможностью изменения его длины, состоит из нижней 27 и верхней 28 тяг и регулировочной втулки 29. Центрирующий диск 13 прикреплен к нижней тяге 27 втулкой 30. В корпусе 1, выше ударника 2 в его нижнем положении (см. чертеж), может быть выполнено отверстие (поз. не обозначено), в котором установлен обратный клапан 31.
Машина работает следующим образом. В исходном (нижнем) положении ударник 2 расположен на рабочем инструменте 24, трехпозиционный переключатель 19 находится в нейтральном (среднем) положении, центробежные компрессионно-вакуумные механизмы - нижний 5 и верхний 6 - отключены от источника 20 тока. В зависимости от необходимой энергии удара с помощью регулятора 26, посредством тяг 27, 28 и регулировочной втулки 29 перемещают магнитный фиксатор 16 по высоте корпуса 1, при этом устанавливают длину рабочего хода ударника 2. Обратный клапан 31 закрыт. При переводе трехпозиционного переключателя 19 в верхнее положение, посредством электрической связи 18 от источника 20 тока включается верхний 6 центробежный компрессионно-вакуумный механизм, который через всасывающее отверстие 8 откачивает рабочую среду из верхней камеры 3 через отверстия 12 в центрирующем диске 13, отверстия 14 монтажного диска 15 и общий канал 10 центробежных компрессионно-вакуумных механизмов - нижнего 5 и верхнего 6 - в камеру над диском 9, затем через окна 23 корпуса 1 выхлопывает ее в атмосферу. В камере под диском 9, в верхней камере 3 и в ресивере 11 образуется вакуум, а нижняя камера 4 соединена окнами 22 корпуса 1 с атмосферой. Ударник 2 начинает движение вверх. В верхнем положении ударник 2 сцепляется через диэлектрические пластины 17 с магнитным фиксатором 16. Трехпозиционный переключатель 19 переводят в нейтральное положение, отключая от источника 20 тока верхний 6 центробежный компрессионно-вакуумный механизм. При переводе трехпозиционного переключателя 19 в нижнее положение, посредством электрической связи 18 от источника 20 тока включается нижний 5 центробежный компрессионно-вакуумный механизм. В камере под диском 9 создается давление рабочей среды, нагнетаемой нижним 5 центробежным компрессионно-вакуумным механизмом из атмосферы через окна 23 корпуса 1, далее общий канал 10 центробежных компрессионно-вакуумных механизмов нижнего 5 и верхнего 6, через всасывающие отверстия 8 и 7, окна 14 монтажного диска 15 и окна 12 центрирующего диска 13. Верхняя камера 3 и ресивер 11 наполняются рабочей средой с повышением в них ее давления до тех пор, пока оно не превысит силу притяжения ударника 2 магнитным фиксатором 16. Происходит отрыв ударника 2 от магнитного фиксатора 16 и начинается прямой ход ударника 2. В конце прямого хода ударник 2 наносит удар по рабочему инструменту 24. Обратный клапан 31 открывается, сбрасывая лишнее давление рабочей среды в камере под диском 9 до атмосферного. При переводе трехпозиционного переключателя 19 в верхнее положение цикл повторяется.
Таким образом, разгон ударника 2 происходит не только благодаря силе тяжести, но и дополнительно от пневматического воздействия вакуум-компрессора и ресивера 11, что позволяет отнести данную машину к типу машин двойного действия.
Съемная верхняя часть 25 корпуса 1 с вакуум-компрессором может быть установлена в корпусах любого диаметра посредством соответствующих насадок, что значительно расширяет возможности применения машины.