КОМПРЕССИОННО-ВАКУУМНАЯ УДАРНАЯ МАШИНА ДВОЙНОГО ДЕЙСТВИЯ
DOUBLE-ACTION COMPRESSION-VACUUM IMPACT MACHINE

Техническое решение относится к горному делу, а именно к машинам ударного действия, и может найти применение для отбойки монолитов, в строительстве для разрушения устаревших фундаментов, при реконструкции зданий, при прокладке трубопроводов, а также в сейсморазведке как механический источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах.
Известна компрессионно-вакуумная машина ударного действия, первый вариант по патенту РФ №2455444, E21B 1/00, B25D 11/00, опубл. 10.07.2012, Бюл. №19, 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.
Существенными признаками аналога, совпадающими с существенными признаками предложенного технического решения, являются: корпус и размещенный в нем ударник, образующие нижнюю и верхнюю камеры, вакуум-компрессор, соединенный с верхней камерой, магнитный фиксатор для ударника, установленный в верхней камере, а также соединение нижней камеры машины с атмосферой.
Одним из недостатков данной машины является низкая энергия ударов, зависящая лишь 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. 10.11.2015, Бюл. №31, 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 расположен 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.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются: корпус и размещенный в нем ударник, образующие нижнюю и верхнюю камеры, вакуум-компрессор, соединенный с верхней камерой, магнитный фиксатор для ударника, рабочий инструмент, а также соединение нижней камеры машины с атмосферой. Кроме того, центробежные компрессионно-вакуумные механизмы прототипа соединены с диском, образующим камеры над и под диском. Камера над диском соединена с атмосферой, а камера под диском - с верхней камерой и отсечена от атмосферы.
Одним из недостатков данной машины является ее невысокая частота ударов из-за необходимости переключения центробежных компрессионно-вакуумных механизмов для осуществления прямого и обратного хода ударника, что существенно снижает мощность машины, а следовательно, и ее эффективность. Необходимость использования, как минимум, двух центробежных компрессионно-вакуумных механизмов для проведения работы и расположение их встречно друг другу неизбежно ведет к усложнению конструкции машины (снижает надежность ее работы), существенно повышает стоимость самой машины и ее ремонта.
Кроме того, вследствие быстрого износа исполнительных органов (лопастей центробежных компрессионно-вакуумных механизмов), поскольку они работают встречно друг другу, снижается ресурс машины. Вышеперечисленное существенно понижает надежность работы машины.
Проблема заключается в повышении эффективности работы компрессионно-вакуумной ударной машины двойного действия за счет увеличения частоты и энергии ударов путем применения схемы беспрерывной работы одного компрессионно-вакуумного механизма и в повышении надежности работы за счет упрощения конструкции, повышения ресурса ее работы. Кроме того, реализация схемы с одним компрессионно-вакуумным механизмом позволяет значительно снизить стоимость машины и повысить ремонтопригодность.
Решение проблемы достигается тем, что в компрессионно-вакуумной ударной машине двойного действия, содержащей корпус и размещенный в нем ударник, образующие верхнюю камеру и нижнюю камеру, соединенную с атмосферой, вакуум-компрессор, установленный в верхней части корпуса на диске, образующем камеры над и под диском, ресивер, соединенный с верхней камерой, магнитный фиксатор для ударника, установленный в верхней камере, и рабочий инструмент, при этом камера над диском постоянно соединена с атмосферой, а вакуум-компрессор через переключатель - с источником тока, согласно техническому решению вакуум-компрессор представляет собой центробежный компрессионно-вакуумный механизм, соединенный с распределителем рабочей среды, при этом указанный центробежный компрессионно-вакуумный механизм обращен всасывающим отверстием в камеру под диском, отсеченную от верхней камеры сплошной перегородкой, и выхлопным отверстием - в камеру над диском, а указанный распределитель рабочей среды выполнен с возможностью периодического соединения камеры под диском с верхней камерой или атмосферой, а камеры над диском - с верхней камерой.
Указанная совокупность признаков позволяет, не переключая центробежный компрессионно-вакуумный механизм, осуществлять работу машины на прямом и обратном ходу ударника и, таким образом, значительно повысить частоту и энергию ударов, а следовательно, эффективность ее работы. Применение схемы с постоянной работой одного центробежного компрессионно-вакуумного механизма значительно упрощает конструкцию компрессионно-вакуумной ударной машины двойного действия, что уменьшает ее стоимость и повышает надежность и ресурс работы.
Целесообразно, чтобы компрессионно-вакуумная машина двойного действия была оснащена регулятором давления рабочей среды в камере над диском, установленным на ее канале (например, краном). Изменение размера выхлопного отверстия в камере над диском позволит плавно повышать или понижать энергию удара, что повышает эффективность работы машины.
Целесообразно, чтобы верхняя часть корпуса машины с центробежным компрессионно-вакуумным механизмом, распределителем рабочей среды, регулятором давления рабочей среды и ресивером была выполнена съемной и приспособлена с помощью насадок для установки ее в корпусах любого диаметра. Это значительно расширит область применения машины и, как следствие, повысит ее эффективность работы.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения компрессионно-вакуумной ударной машины двойного действия и чертежом, где показан общий вид машины в продольном разрезе и исходном положении. Пунктирными линиями показан регулятор давления рабочей среды в камере над диском.
Машина содержит (см. чертеж) корпус 1, размещенный в нем ударник 2, образующие верхнюю камеру 3 и нижнюю камеру 4, соединенную с атмосферой каналами 5, вакуум-компрессор 6, установленный на диске 7, образующем камеры 8 и 9 над и под диском 7 соответственно, ресивер 10, выполненный, например, в виде эластичной оболочки и соединенный пропускными каналами 11 монтажного диска 12 с верхней камерой 3, магнитный фиксатор 13 для ударника 2, установленный в верхней камере 3, и рабочий инструмент 14. Камера над диском 7 соединена с атмосферой каналом 15. Вакуум-компрессор 6 соединен электрически через переключатель 16 с источником тока (на чертеже не показан). Вакуум-компрессор 6 представляет собой центробежный компрессионно-вакуумный механизм 17, обращенный всасывающим отверстием 18 в камеру 9 под диском 7, выполненную с возможностью периодического соединения через пропускные каналы 11 монтажного диска 12 с верхней камерой 3 или атмосферой с помощью распределителя 19 рабочей среды и отсеченную от верхней камеры 3 сплошной перегородкой 20 и монтажным диском 12 с пропускными каналами 11. Центробежный компрессионно-вакуумный механизм 17 выхлопным отверстием 21 обращен в камеру 8 над диском 7. Распределитель 19 рабочей среды состоит из рабочего канала 22, содержащего подпружиненный пружиной 23 поршень 24, периодически соединяющий камеру 8 над диском 7 с верхней камерой 3 через вспомогательный канал 25 и пропускные каналы 11 монтажного диска 12 и отсоединяющий тем же путем (в нижнем положении по чертежу) камеру 8 над диском 7 от верхней камеры 3, а также поршня 26, подпружиненного пружиной 23 и жестко соединенного тягой 27 с поршнем 24. Поршень 26 отсоединяет камеру 9 под диском 7 от верхней камеры 3 через вспомогательный канал 25 и пропускные каналы 11 монтажного диска 12. В исходном положении камера 9 под диском 7 соединена с атмосферой каналом 28 с возможностью перекрытия этого канала 28 в нижнем (по чертежу) положении поршнем 26.
Машина может быть оснащена регулятором 29 давления рабочей среды в камере 8 над диском 7, установленным на ее канале 15. Верхняя часть 30 корпуса 1 с вакуум-компрессором 6, распределителем 19 рабочей среды, регулятором 29 давления рабочей среды в камере 8 над диском 7 и ресивером 10 может быть выполнена съемной и приспособлена с помощью насадок (на чертеже не показаны) для установки ее в корпусах 1 любого диаметра.
Машина работает следующим образом. В исходном, нижнем (по чертежу), положении ударник 2 расположен на рабочем инструменте 14. Центробежный компрессионно-вакуумный механизм 17 отключен переключателем 16 от источника тока. При переводе переключателя 16 в положение "включено" центробежный компрессионно-вакуумный механизм 17 начинает работать, перегоняя рабочую среду из атмосферы через канал 28, камеру 9 под диском 7, всасывающее отверстие 18, выхлопное отверстие 21 и канал 15 в атмосферу, продувая тем самым центробежный компрессионно-вакуумный механизм 17. После продувки сжимают пружину 23, переводя поршни 24 и 26 в нижнее (по чертежу) положение. Перекрывается канал, подающий рабочую среду в верхнюю камеру 3 через вспомогательный канал 25, пропускные каналы 11 монтажного диска 12. Тем временем происходит соединение камеры 9 под диском 7 через вспомогательный канал 25 с верхней камерой 3 через пропускные каналы 11 монтажного диска 12. В результате в верхней камере 3 образуется разрежение рабочей среды. Ударник 2 движется вверх (по чертежу) и сцепляется в верхнем положении с магнитным фиксатором 13. Пружину 23 отпускают, и она автоматически переводит поршни 24 и 26 в верхнее (по чертежу) положение, т.к. они жестко соединены тягой 27. Открывается вспомогательный канал 25, соединяющий камеру 8 над диском 7 с верхней камерой 3 через пропускные каналы 11 монтажного диска 12, возобновляется движение рабочей среды через рабочий канал 22 и канал 28 из атмосферы.
Поскольку площадь канала 15 существенно меньше площади ударника 2, компрессионная сила, образованная центробежным компрессионно-вакуумным механизмом 17, отрывает ударник 2 от магнитного фиксатора 13.
Для повышения начальной скорости ударника 2 используется ресивер 10, объем рабочей среды в котором увеличивает скорость ударника 2 на всем его рабочем ходу.
Ударник 2 движется вниз и в конце прямого хода наносит удар по рабочему инструменту 14. Рабочая среда из нижней камеры 4 выхлопывается в атмосферу через каналы 5. При последующем сжимании пружины 23 цикл повторяется.
Для регулирования компрессионного давления в верхней камере 3, и таким образом энергии удара, машина может быть оснащена регулятором 29 давления рабочей среды в камере 8 над диском 7, установленным на ее канале 15.
Разгон ударника 2 происходит не только благодаря силе тяжести, но и дополнительно от пневматического воздействия вакуум-компрессора 6 и ресивера 10, что позволяет отнести данную машину к типу машин двойного действия.
Съемная верхняя часть 30 корпуса 1 с центробежным компрессионно-вакуумным механизмом 17, распределителем 19 рабочей среды, регулятором 29 давления рабочей среды в камере 8 над диском 7 и ресивером 10 может быть установлена в корпусах любого диаметра посредством соответствующих насадок, что значительно расширяет возможности машины.