ВОЗДУШНЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ
AIR SAFETY CONNECTOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение касается предохранительных соединителей для линий подачи сжатого воздуха, в частности, соединительного узла, имеющего клапан, прерывающий воздушный поток, для локальной отсечки и сброса сжатого воздуха из контура сжатого воздуха.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Широко распространена подача сжатого воздуха в шахты, на строительных участках и на производственных предприятиях по воздушным магистралям соединительных трубопроводов и шлангов. Сжатый воздух используется для управления оборудованием, таким как упаковочные установки, камнебурильные машины, переносной инструмент, а также для запуска передвижной дизельной станции. Это удобный, универсальный и мощный источник энергии, который можно быстро установить, использовать и демонтировать при необходимости.
Соединение воздушных магистралей трубопроводов и шлангов осуществляется посредством ряда муфт быстрого соединения или болтовых соединений. Традиционная соединительная муфта представляет собой кулачковую муфту, которая позволяет оператору «повернуть и защелкнуть» шланг на клапане подачи воздуха, соединить два шланга между собой или подсоединить шланг к установке.
Подачей воздуха (т.е. включением и отключением) управляют с помощью прерывающих или управляющих клапанов. Этими клапанами можно управлять вручную, с помощью электропривода или иными способами.
Однако с использованием сжатого воздуха связано множество проблем и опасностей. Это главным образом определяется природой сжатого воздуха как универсального мощного источника энергии, что при неправильном проведении работ в прошлом приводило к серьезным травмам и смертельным исходам.
Случаи смерти связаны с травмами от удара (отсоединенные шланги напоминают молотильный цеп) и попаданием сжатого воздуха в кровоток. Травмы, связанные со сжатым воздухом, включают в себя попадание воздуха в организм, а также как временную, так и перманентную потерю слуха.
Следующий способ представляет собой пример использования сжатого воздуха так, как это часто происходит на строительных площадках, и свидетельствует о некоторых проблемах и опасностях, которые существуют как в условиях нормальной работы, так и когда операторы не следуют установленным правилам работы.
Мобильный воздушный компрессор расположен вблизи места выемки грунта и вдали от оператора. Проблема в этом случае заключается в том, что источник сжатого воздуха и управляющий клапан, связанный с компрессором, не находятся в месте проведения работ на свободном конце шланга, и если возникнет неисправность, такая как разрушение гибкого шланга, сжатый воздух невозможно быстро отключить.
Компрессор соединен через 50-метровый шланг с переносным отбойным молотком. Оператор сначала присоединяет шланг к компрессору, а затем удерживает свободный конец шланга, в то время как сжатый воздух используется для продувки или прочистки гибкой магистрали.
Этот процесс требует того, чтобы оператор соединил шланг с компрессором, а затем установил вспомогательный (отдельный) фиксирующий зажим. Этот фиксирующий зажим используется для предотвращения случайного отсоединения шланга, вызванного натяжением шланга при включении подачи воздуха. Это может быть вызвано тем, что шланги доставляются аккуратно свернутыми, и при подаче воздуха шланг естественным образом раскручивается, что приводит к отсоединению муфт, работающих по принципу «поверни и защелкни».
Чтобы продуть или прочистить шланг, оператор должен переместиться к компрессору (где установлен клапан для управления подачей воздуха), удерживая при этом свободный конец шланга, или привлечь другого человека рядом с компрессором для включения или отключения подачи воздуха.
Хотя в данном примере используется 50-метровый шланг, на практике компрессор и отбойный молоток или иной инструмент могут соединяться шлангом длиной 500 метров или более.
После продувки магистрали оператор присоединяет отбойный молоток и включает подачу воздуха с целью выемки грунта.
Эта процедура требует, чтобы оператор, если он работает один, подтащил шланг к отбойному молотку, присоединил этот инструмент с использованием вспомогательного фиксирующего зажима для безопасности, а затем снова переместился обратно к компрессору, чтобы подать сжатый воздух и начать работу. В то время как он включает подачу воздуха, оператор не находится на месте расположения инструмента, а потому не может видеть, не возникли ли какие-либо проблемы, например утечка воздуха или проблемы со шлангом.
По завершении работ оператор отключает подачу воздуха, производит манипуляции с отбойным молотком, чтобы стравить удерживаемый в шланге воздух, или выпускает воздух через дренажный клапан, после чего отсоединяет инструмент и шланг от компрессора.
Данная процедура требует от оператора переместиться к компрессору и отключить подачу воздуха, а затем снова переместиться к инструменту, чтобы выпустить воздух, удерживаемый в шланге, либо выпустить воздух чрез дренажный клапан. При использовании дренажного клапана воздух выходит с высокой скоростью, что приводит к шумам, способным навсегда повредить слух. Этот воздух, выходящий с высокой скоростью, будучи направленным в землю, может вызвать разбрасывание разрыхленной породы (камней и почвы), что иногда приводит к травмам тела от ударов, в особенности могут пострадать глаза.
После отсоединения инструмента существует опасность того, что подача воздуха по непонятной причине может быть активирована, что приведет к бесконтрольному метанию свободного конца шланга из стороны в сторону.
Помимо проблем и опасностей, связанных с вышеописанным способом, операторы могут попытаться «сделать проще», что также может привести к проблемам и создать опасности. Такие попытки сэкономить время включают в себя:
(а) использование отвертки или схожего заостренного инструмента, чтобы сдвинуть в сторону уплотнение соединителя клешневого типа с целью сбросить давление (вместо того, чтобы вернуться к инструменту и поработать с ним, чтобы стравить воздух);
(b) привлечение второго человека, чтобы снять шланг руками, когда оператор отсоединяет шланг или подсоединяет повторно. Это особенно опасно, поскольку воздух «изолирован» только в течение того времени, пока второй человек способен прилагать усилие к шлангу. Если в процессе удерживания шланга второй человек отпустит руки или их руки соскользнут, воздух будет выходить с неконтролируемой силой и скоростью.
Как в случае (а), так и в случае (b), воздух может стравливаться достаточно быстро, в результате чего будет создан уровень звукового давления, способный привести к перманентной потере слуха.
Другие шаги, предпринимаемые для преодоления вышеуказанных проблем, заключаются в следующем:
(с) Некоторые операторы устанавливают управляющие клапаны с рычажными рукоятками для ручного управления на концах шланга. Это может создать проблемы, когда воздух отключен, но не выпущен из шланга, поскольку нет указаний на то, что в шланге содержится воздух под давлением. Последнее можно распознать лишь по тому, как работает установка, которая способна совершать неожиданные и нежелательные перемещения. Кроме того, когда шланг тянут волоком с одного участка на другой, рычажная рукоятка может зацепиться, и подача воздуха может быть неожиданно включена.
(d) Некоторые операторы устанавливают выпускные клапаны на компрессоре или конце источника системы подачи воздуха. Это частично освобождает оператора от хождения при выводе оборудования из эксплуатации, но все же требует, чтобы оператор снова вернулся к источнику.
(e) Некоторые операторы устанавливают управляющие клапаны, предусматривая возможность блокирования клапана в закрытом положении. Это решает проблему, если расстояние между источником и инструментом относительно мало, но не решает ее, если между источником и инструментом имеется значительное расстояние.
(f) Некоторые операторы устанавливают глушители шума на закрепленные выпускные клапаны, расположенные на конце шланга со стороны компрессора, что эффективно устраняет риск повреждения слуха. Это частично решает проблему, но не всегда пригодно к использованию.
В итоге проблемы, присущие предшествующему уровню техники, включают в себя:
1. Управляющие клапаны и инструменты часто разнесены на существенное расстояние, что приводит к ухищрениям и невыполнению требований техники безопасности.
2. Соединители типа «поверни и защелкни» могут отсоединяться, если не установлен фиксирующий зажим.
3. Фиксирующие зажимы представляют собой отдельные элементы, что вынуждает оператора носить их с собой, чтобы работать в безопасности.
4. Шланги могут случайно отсоединяться под давлением, поскольку наличие давления воздуха неочевидно и не существует блокировочного устройства, которое потребовало бы от оператора сбросить давление.
5. Устанавливаемые выпускные устройства иногда удалены от инструмента.
6. Устанавливаемые глушители шума иногда удалены от инструмента.
7. Если между компрессором и инструментом имеется значительное расстояние, потребуются дополнительные операторы.
Задача настоящего изобретения, таким образом, заключается в преодолении, по меньшей мере, некоторых из вышеупомянутых проблем, присущих предшествующему уровню техники.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению создан соединительный узел для контура сжатого воздуха, содержащий:
(а) фиксирующее средство для разъемного соединения первого и второго подузлов, расположенных на соответствующих концах первой и второй воздушных магистралей, при этом первая воздушная магистраль соединена с инструментом, выполненным с возможностью работы от сжатого воздуха, а вторая воздушная магистраль соединена с источником сжатого воздуха, а также
(b) клапанное средство для управления потоком сжатого воздуха между первой и второй воздушными магистралями, при этом клапанное средство соединено со вторым подузлом и выполнено с возможностью скользящего перемещения между первым положением, в котором оно позволяет проходить потоку сжатого воздуха, и вторым положением, в котором оно не пропускает поток сжатого воздуха.
Предпочтительно соединительный узел дополнительно включает в себя стопорное средство для предотвращения разъединения первого и второго подузлов, когда клапанное средство находится в первом положении.
В предпочтительной форме фиксирующее средство включает в себя первый и второй фиксирующие кулачки, поворачиваемые между положениями блокирования и разблокирования, при этом стопорное средство включает в себя пару стопорных лапок, которые, когда клапанное средство находится в первом положении, не допускают поворота фиксирующих кулачков в их разблокированное положение.
Предпочтительно соединительный узел дополнительно включает в себя замковое средство для выборочного предотвращения перемещения клапанного средства из второго положения в первое положение.
В дополнительной предпочтительной форме замковое средство содержит пару замковых пальцев, которые шарнирно установлены на стопорных лапках.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чтобы изобретение можно было легче понять и использовать в практических целях, далее приводятся ссылки на прилагаемые чертежи, где:
на фиг.1 показан вид в перспективе спереди соединительного узла для контура сжатого воздуха по предпочтительному варианту осуществления изобретения, при этом клапанное средство соединительного узла показано во втором положении, где оно препятствует потоку сжатого воздуха,
на фиг.2 показан вид в перспективе спереди соединительного узла, представленного на фиг.1, при этом клапанное средство соединительного узла показано в первом положении, где оно позволяет проходить потоку сжатого воздуха,
на фиг.3 показан вид в перспективе сзади соединительного узла, представленного на фиг.1,
на фиг.4 показан вид сверху соединительного узла, представленного на фиг.1,
на фиг.5 показан упрощенный вид в сечении по линии X-X соединительного узла, представленного на фиг.4,
на фиг.6 показан вид сверху соединительного узла, представленного на фиг.2, а также
на фиг.1 показан упрощенный вид в сечении по линии Y-Y соединительного узла, представленного на фиг.6.
СПОСОБЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соединительный узел, показанный на чертежах, имеет первый подузел 12 и второй подузел 14, которые соединяются с возможностью расцепления с помощью фиксирующего средства, которое в данном варианте осуществления выполнено в виде первого фиксирующего кулачка 16 первого подузла 12 и второго фиксирующего кулачка 18 второго подузла 14. Первый и второй фиксирующие кулачки 16, 18 способны поворачиваться между заблокированным и разблокированным положениями.
Первый подузел 12 расположен на одном конце первой воздушной магистрали, а на другом конце первой воздушной магистрали подсоединен инструмент, выполненный с возможностью приведения в действие сжатым воздухом, такой как отбойный молоток. Трубка 20 с наружной резьбой первого подузла 12 выполнена с возможностью присоединения к гайке с внутренней резьбой на примыкающем конце первой воздушной магистрали.
Второй подузел 14 расположен на одном конце второй воздушной магистрали, а на другом конце второй воздушной магистрали присоединен источник сжатого воздуха, такой как компрессорная установка.
Ко второму подузлу также присоединено клапанное средство для управления потоком сжатого воздуха между первой и второй воздушными магистралями. Клапанное средство в данном варианте осуществления выполнено в виде муфты 24, имеющей участок 26 тела муфты и расширяющийся буртик 28. Стопорные средства, которые в данном варианте осуществления выполнены в виде стопорных лапок 30, 32, соединены за одно целое с расширяющимся буртиком 28 муфты 24. Замковые средства, которые в данном варианте осуществления выполнены в виде замковых пальцев 34, 36, шарнирно установлены на соответствующих стопорных лапках 30, 32.
Муфта 24 способна перемещаться со скольжением между первым положением (показанным на фиг.2), в котором она позволяет проходить потоку сжатого воздуха между первой и второй воздушными магистралями, и вторым положением (показанным на фиг.1), в котором она не допускает прохождение потока сжатого воздуха между первой и второй воздушными магистралями. Управление потоком сжатого воздуха вентильного типа, обеспечиваемое путем перемещения муфты 24 относительно второго подузла, будет далее описано подробно.
Стопорные лапки 30, 32 не допускают расцепления первого и второго подузлов 12, 14, когда муфта 24 находится в первом своем положении, поскольку стопорные лапки 30, 32 расположены в таком положении, в котором они препятствуют повороту фиксирующих кулачков 16, 18 в их разблокированное положение. Расцепление первого и второго подузлов 12, 14 может быть достигнуто только путем перемещения вручную стопорных лапок 30, 32 в положение, в котором они более не будут препятствовать повороту фиксирующих кулачков в их разблокированное положение.
Замковые пальцы 34, 36 выборочно препятствуют перемещению муфты 24 из ее второго положения в ее первое положение, поскольку замковые пальцы 34, 36 выполнены с возможностью шарнирного поворота в положение, в котором они упираются в блокирующую стенку второго подузла, когда муфта 24 находится в своем втором положении. Восстановление потока сжатого воздуха между первой и второй воздушными магистралями может быть достигнуто только путем шарнирного поворота вручную замковых пальцев 34, 36 в соответствующее положение, где они более не будут упираться в блокирующую стенку, а затем перемещения со скольжением муфты 24 в ее первое положение.
Вышеописанный соединительный узел, если он включает в себя вышеупомянутые стопорное средство и замковое средство, способен создать перекрывающий клапан для отсечки и сброса сжатого воздуха из контура сжатого воздуха, а также обеспечить эффект демпфирования шума при сбросе сжатого воздуха, а вместе с тем высокий уровень безопасности, не допуская случайного расцепления первого и второго подузлов и случайного восстановления потока сжатого воздуха между ними.
На практике первый и второй подузлы соединяются посредством того, что пользователь замыкает путем поворота первый и второй фиксирующие кулачки 16, 18, сводя их между собой. Муфта 24, которая присоединена ко второму подузлу, находится в своем втором положении, когда кулачки сведены вместе, посредством чего поток сжатого воздуха по воздушным магистралям исключен. Муфта 34 не может переместиться со скольжением в свое первое положение благодаря замковым пальцам 34, 36, которые упираются в стенку 40 второго подузла. Данное положение замковых пальцев показано на фиг.4 и 5, как и положение самой муфты. Блокирующий элемент может быть введен в зацепление через один из замковых пальцев, чтобы не допустить их шарнирного перемещения.
Муфта 24 имеет круговую полость 56 для воздушного потока и круговую полость 58 для сброса воздуха, которые разделены изолирующей стенкой 42, включающей в себя уплотнительное кольцо 44, которое, когда муфта находится во втором своем положении, обеспечивает воздухонепроницаемое уплотнение с разделительной стенкой 46 второго подузла. Разделительная стенка 46 отделяет нагнетательную камеру 48 для приточного воздуха во втором подузле от камеры 50 с давлением, равным атмосферному, для выходящего воздуха во втором подузле, при этом две камеры 48, 50 имеют отверстия 52, 54 для воздушных потоков, соответственно. Воздухонепроницаемое уплотнение изолирующей стенки 42 относительно разделительной стенки 46 не пропускает поток сжатого воздуха из нагнетательной камеры 48 в атмосферную камеру 50 через их соответствующие отверстия 52, 54 для воздушных потоков.
Для того чтобы сжатый воздух мог поступать по воздушным магистралям, пользователь оказывает нажим на замковые пальцы, чтобы они шарнирно переместились в соответствующие положения, в которых они более не упираются в стенку 40, и одновременно зажимает участок 26 тела муфты 24 перед тем как переместить со скольжением муфту 24 вперед в ее первое положение, посредством чего проход сжатому воздуху по воздушной магистрали будет открыт. Новое положение замковых пальцев и муфты показано на фиг.6 и 7, где также показано положение изолирующей стенки 42 относительно нагнетательной камеры 48 и атмосферной камеры 50.
Сжатый воздух теперь может поступать из нагнетательной камеры 48 в атмосферную камеру 50, не испытывая препятствий со стороны изолирующей стенки 42, которая переместилась вперед вместе с муфтой 24, переместив тем самым вперед также полость 56 для воздушного потока, чтобы обеспечить сообщение воздушных потоков между отверстиями 52, 54. Теперь на инструмент поступает сжатый воздух по воздушным магистралям от компрессорной установки, и инструментом можно работать.
Проскальзывание муфты 24 вперед в ее первое положение также позволяет стопорным лапкам 30, 32 занять положение между взаимоблокирующими парами первого и второго фиксирующих кулачков, посредством чего фиксирующие кулачки не могут быть повернуты в свое разблокированное положение.
В случае возникновения проблемы, например, связанной с работой инструмента или целостностью воздушных магистралей, идущих от компрессорной установки, пользователь может быстро прервать или отсечь поток сжатого воздуха, подаваемого на инструмент, просто путем скользящего перемещения втулки в обратном направлении в ее второе положение. Это прекращение подачи сжатого воздуха осуществляется локально в зоне действия инструмента. Как только подача сжатого воздуха через соединительный узел на инструмент прекращена, сжатый воздух, локализованный в первой воздушной магистрали между инструментом и соединительным узлом, быстро сбрасывается в атмосферу путем безопасного выхода через отверстие 54 для воздушного потока и далее через полость 58 для сброса воздуха, которые расположены под фронтальным участком тела муфты и расширяющимся буртиком 28 муфты 24. Муфта 24, таким образом, служит глушителем шума в силу эффекта демпфирования, создаваемого участком тела муфты и расширяющимся буртиком в процессе сброса сжатого воздуха.
Далее можно ввести в зацепление блокирующий элемент через один из замковых пальцев, чтобы предотвратить их случайное шарнирное перемещение обратно в положение, при котором муфта может опасным образом проскользнуть вперед, до того как инструмент готов к работе.
Фиксирующие кулачки 16, 18 теперь при необходимости также можно повернуть в их разблокированное положение, чтобы вывести первый и второй подузлы из зацепления друг с другом, поскольку стопорные лапки более не располагаются между взаимоблокирующими парами первого и второго фиксирующих кулачков. Это позволит отсоединить воздушные магистрали.
Если пользователь пожелает использовать вторую воздушную магистраль, идущую от компрессорной установки, для «продувки» инструмента с целью очистки или проведения регламентных работ, первый и второй подузлы могут быть расцеплены или отсоединены без какой-либо утечки сжатого воздуха из второй воздушной магистрали, при этом муфта 24 на втором подузле может быть далее сдвинута вперед, чтобы сжатый воздух мог поступать из нагнетательной камеры 48 в атмосферную камеру 50, перед тем как произойдет его выброс из открытого конца второго подузла.
Специалистам в данной области техники ясно, что можно осуществить различные модификации в плане конструкционных особенностей и конструкции соединительного узла для вышеописанного контура сжатого воздуха, не выходя за пределы объема настоящего изобретения.