ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
HYDRAULIC UNIT OF IMPACT ACTION

Область техники
Изобретение относится к горно-добывающей промышленности и предназначено для ударного разрушения горных пород и искусственных материалов. Может быть использовано также для генерирования в буровых скважинах вибраций, преобразуемых в силовые ударные волны для воздействия ними через жидкостной волновод на горные породы.
Уровень техники
Известен [а.с. №1187529 A, SU, заявка №3732407/22-03 от 26.04.1984, не публ., МПК Е21С 3/20] гидравлический ударный механизм, корпус которого содержит рабочие полости, образующие вместе с втулками камеры прямого (рабочего) и обратного (холостого) хода, а также гидроаккумуляторы высокого и низкого давления. Камеры рабочего и обратного хода выполнены с возможностью их сообщения с соответствующими гидроаккумуляторами. Боек выполнен в виде поршня с двумя стержнями (штоками) разных диаметров, при помощи которых он установлен в корпусе на центрирующих втулках. Описанный гидравлический ударный механизм имеет дополнительную тормозную камеру, в которой встроено приспособление для торможения и запуска поршня-бойка. Это приспособление выполнено в виде кольцевого клапана с дроссельными отверстиями.
К недостаткам данного ударного механизма относится низкая надежность его приспособления для торможения и запуска поршня-бойка, а также высокая вероятность просачивания рабочей жидкости через зазоры между деталями механизма и отсутствие возможности ее автоматического удаления из механизма в процессе его работы.
Известен также [а.с. №1804169 A, SU, заявка №4881018/03 от 11.11.1990, зарегистрирована 09.10.1992, не публ., МПК Е21С 3/20] гидравлический ударный механизм, корпус которого выполнен с рабочими полостями и каналами, в нем установлены гильза с каналами и центрирующие втулки с уплотнениями. На этих втулках своими штоками разных диаметров установлен боек (поршень-ударник). Гильза, центрирующие втулки и тело поршня-бойка образуют камеры рабочего и холостого хода. При этом камера холостого хода выполнена с возможностью ее постоянного сообщения с напорной гидромагистралью, а камера рабочего хода выполнена с возможностью ее периодического сообщения через распределитель с напорной и со сливной магистралью. Гидроаккумуляторы давления в данном ударном механизме не описаны.
К недостаткам этого аналога относится большая вероятность просачивания (перетечек) рабочей жидкости между камерами, обусловленная конструктивными особенностями ударного механизма. Поэтом, для снижения гидравлических потерь в этом механизме предусмотрены расточка на внутренней поверхности гильзы и стабилизатор высокого давления, который гидравлически связан с камерой холостого хода. Также существенным недостатком этого аналога является сложность запуска ударного механизма в случае, когда в момент запуска поршень перекрывает канал нагнетания рабочей жидкости в камеру рабочего хода.
Наиболее близким [а.с. №1293328 A1, SU, опубл. 28.02.1987, бюл. №8, МПК Е21С 3/20] по совокупности существенных признаков к заявленному изобретению является устройство ударного действия, которое содержит корпус с полостями, гильзу с каналами и центрирующие втулки с уплотнениями. На втулках установлен своими штоками разных диаметров поршень-боек. Гильза, центрирующие втулки и тело поршня-бойка образуют камеры рабочего и холостого хода. При этом камера холостого хода выполнена с возможностью ее сообщения с напорной магистралью, а камера рабочего хода выполнена с возможностью ее периодического сообщения через распределитель с напорной и сливной магистралями. Гидроаккумуляторы давления и/или газовый стабилизатор давления в данном устройстве не описаны.
К недостаткам ближайшего аналога относится большая вероятность просачивания (перетечек) рабочей жидкости между камерами рабочего и холостого хода, обусловленная конструктивными особенностями ударного механизма. Поэтому для обеспечения возможности сбора просачивающейся жидкости в гильзе выполнена кольцевая проточка, образующая с корпусом полость управления. Автоматическое удаление (дренаж) просочившейся рабочей жидкости из полости управления осуществляется при помощи дополнительного отвода в распределителе. Этот отвод выполнен с возможностью сообщения полости управления с напорной магистралью в период холостого хода поршня-бойка и со сливной магистралью в период рабочего хода поршня-бойка. Существенным недостатком ближайшего аналога является также сложность запуска ударного механизма в случае, когда поршень перекрывает сообщение камеры рабочего хода с напорной магистралью.
Сущность изобретения
В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать гидравлическое устройство ударного действия путем оснащения его дополнительными уплотнительным и пусковым элементами, а также простыми и эффективными средствами для сбора и автоматического выведения из механизма рабочей жидкости, которая просачивается через зазоры трущихся поверхностей. Эти усовершенствования снижают вероятность перетечки рабочей жидкости между камерами, снижают гидравлическое сопротивление, повышают к.п.д., надежность и срок службы устройства.
Технический результат достигается тем, что в известном гидравлическом устройстве ударного действия, которое содержит корпус с рабочими полостями и каналами, установленными в корпусе гильзы с каналами и втулки, совместно образующие с корпусом гидроаккумулятор высокого давления, который выполнен с возможностью постоянного сообщения с напорной гидромагистралью, и гидроаккумулятор низкого давления, который выполнен с возможностью постоянного сообщения со сливной магистралью и периодического сообщения через распределитель с напорной магистралью, установленный на центрирующих втулках своими штоками разных диаметров поршень-боек, образуемые гильзой, центрирующими втулками и поршнем-бойком камера холостого хода с возможностью ее сообщения с гидроаккумулятором высокого давления, и камера рабочего хода с возможностью ее сообщения через распределитель с гидроаккумулятором низкого давления или с напорной магистралью, согласно изобретению на поршне бойка установлено компрессионное кольцо с возможностью его скольжения внутри гильзы, гильза и центрирующие втулки установлены в корпусе при помощи уплотнительных втулок, между центрирующими и уплотнительными втулками выполнены дренажные камеры с возможностью их сообщения с дренажной и сливной магистралями, а в стенке гильзы выполнен пусковой канал, сообщающий через распределитель камеру рабочего хода с напорной магистралью.
При этом на торцевой поверхности центрирующей втулки, образующей камеру рабочего хода, выполнена выточка, полость которой постоянно сообщена с полостью пускового канала.
Предложенное установление на поршне бойка компрессионного кольца с возможностью его скольжения внутри гильзы снижает вероятность быстрого износа гильзы и поршня, а как следствие - перетечек рабочей жидкости между камерами рабочего и холостого хода. Одновременно компрессионное кольцо является дополнительной центрирующей опорой для поршня-ударника, что способствует снижению нагрузок на сальники центрирующих втулок и уменьшению их износа.
Кроме того, при изготовлении компрессионного кольца из антифрикционного материала (например, из модифицированного фторопласта) уменьшается также износ внутренней поверхности гильзы.
Предложенное размещение гильзы и центрирующих втулок в корпусе при помощи уплотнительных втулок обеспечивает возможность технологически несложного выполнения дренажных камер между центрирующими и уплотнительными втулками. Наличие этих камер обеспечивает возможность сбора рабочей жидкости, которая выдавливается из камер рабочего и холостого ходов через зазоры между штоками и центрирующими втулками. Сообщение этих камер с дренажной и сливной магистралями обеспечивает автоматическое выведение просачивающейся рабочей жидкости из ударного механизма в процессе его работы.
Выполнение в стенке гильзы дополнительного пускового канала, постоянно сообщающего через распределитель камеру рабочего хода с напорной магистралью обеспечивают беспроблемный запуск устройства в случае, если в исходном положении поршень бойка полностью перекрывает выполненные во втулке радиальные каналы подачи рабочей жидкости в камеру рабочего хода.
Выполнение на торцевой поверхности центрирующей втулки, образующей камеру рабочего хода, дополнительной выточки с возможностью постоянного сообщения ее полости с полостью пускового канала, обеспечивают возможность запуска устройства даже в случае нахождения поршня в его крайнем (наивысшем) исходном положении.
Описание чертежа
Суть изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез предлагаемого гидравлического устройства ударного действия. Этот разрез совмещен с принципиальной схемой питания устройства жидким энергоносителем (рабочей жидкостью).
Гидравлическое устройство ударного действия содержит корпус 1 с полостями 2, 3, 4, 5 и каналами 6, 7, 8. Канал 6 предназначен для подключения полости 2 к напорной (нагнетающей рабочую жидкость) магистрали 9, канал 7 - для подключения полости 3 через золотниковый распределитель 10 к сливной магистрали 11, а канал 8 - для подключения устройства к дренажной магистрали 12. Полость 4 подключена через распределитель 10 к напорной магистрали 13 или к сливной магистрали 14 (показана на чертеже пунктирной линией). Цифрой 15 обозначен гидромотор (привод золотникового распределителя 10). В корпусе 1 установлены гильза 16 с радиальными каналами 17, 18 и центрирующие втулки 19, 20. Гильза 16 и центрирующие втулки 19, 20 установлены в корпусе 1 при помощи уплотнительных втулок 21 и 22 с сальниками 23. Втулка 22 выполнена в виде крышки-заглушки. В центрирующих втулках 19 и 20 установлен своими штоками 24 и 25 поршень-боек 26. Диаметр штока 24 выполнен большим диаметра штока 25. За счет разности размеров этих диаметров площади боковых (рабочих) поверхностей поршня 26 также различны. В кольцевой канавке поршня 26 установлено компрессионное кольцо 27 с возможностью его скольжения внутри гильзы 16. Гильза 16 с полостью 2 образуют в корпусе 1 гидроаккумулятор высокого давления. Гильза 16, уплотнительная втулка 22 и полость 3 образуют в корпусе 1 гидроаккумулятор низкого давления. Внутренняя стенка гильзы 16, торцевая поверхность центрирующей втулки 20, тело штока 25 и боковая поверхность поршня 26 образуют камеру 28 рабочего хода. Эта камера выполнена с возможностью ее сообщения через каналы 17 и через распределитель 10 с напорной магистралью 13 или с полостью 3 гидроаккумулятора низкого давления. На торцевой поверхности центрирующей втулки 20 выполнена кольцевая выточка 29. В стенке гильзы 16 выполнен наклонный пусковой канал 30 таким образом, что вход в этот канал находится в полости 4 корпуса, а выход - в полости выточки 29. Внутренняя стенка гильзы 16, торцевая поверхность центрирующей втулки 19, тело штока 24 и боковая поверхность поршня 26 образуют камеру 31 холостого хода. Эта камера выполнена с возможностью ее сообщения через каналы 18 с полостью 2 гидроаккумулятора высокого давления. На торцевых поверхностях уплотнительных втулок 21 и 22, обращенных соответственно в стороны центрирующих втулок 19 и 20, выполнены кольцевые выточки. Таким образом между втулками 21 и 19, а также между втулками 22 и 20 образованы дренажные камеры 32 и 33. Камера 32 выполнена с возможностью сообщения через дренажный канал 34 с каналом 8. Камера 33 выполнена с возможностью сообщения через дренажные каналы 35 уплотнительной втулки 22 с полостью 3 гидроаккумулятора низкого давления. Хвостовик устройства, по которому наносит удары поршень-боек 26, обозначен цифрой 36. На чертеже положение поршня-бойка 26 изображено в момент нанесения им удара по хвостовику 36.
Описание работы устройства
Предложенное гидравлическое устройство ударного действия работает следующим образом. Рабочая жидкость по напорной магистрали 9 через канал 6 в корпусе 1, полость 2 гидроаккумулятора высокого давления и через канал 18 в гильзе 16 нагнетается в камеру 31 холостого хода. Одновременно через распределитель 10, полость 4 и радиальные каналы 17 рабочая жидкость нагнетается в камеру 28 рабочего хода. За счет того, что площадь боковой (рабочей) поверхности поршня 26 в камере 28 рабочего хода больше боковой поверхности поршня 26 в камере 31 холостого хода, поршень-боек 26 совершает свой рабочий ход (на чертеже - вниз) и наносит удар по торцу хвостовика 36. Во время рабочего хода камера 28 и полость 3 гидроаккумулятора низкого давления разобщены. После нанесения удара распределитель 10 переключается, сообщая камеру 28 рабочего хода через распределитель 10 с аккумулятором низкого давления и со сливной магистралью 14. При этом давление в камере 28 рабочего хода падает. Поэтому под действием давления рабочей жидкости, нагнетаемой из магистрали 9 в камеру 31 холостого хода, поршень-боек 26 совершает холостой ход (на чертеже - вверх). Перетечкам рабочей жидкости между камерами 28 и 31 препятствует компрессионное кольцо 27. После завершения холостого хода распределитель 10 переключается, сообщая камеру 28 рабочего хода с напорной магистралью 13. Опять за счет разности площадей боковых поверхностей поршня 26 поршень-боек совершает рабочий ход (вниз). Далее циклы повторяются.
При совершении рабочего хода тело поршня 26 перекрывает радиальный канал 18, а при совершении холостого хода - радиальный канал 17. Таким образом в камерах 28 и 31 создается давление рабочей жидкости, необходимое для торможения поршня-бойка 26 и предотвращения ударов боковых поверхностей поршня 26 о торцевые поверхности центрирующих втулок 19 и 20.
В случае если перед запуском устройства тело его поршня 26 полностью перекрывает радиальные каналы 17, рабочая жидкость нагнетается в камеру 28 через пусковой канал 30 напрямую или через канал 30 и дополнительно через выточку 29.
Просочившаяся через зазоры рабочая жидкость собирается в дренажных камерах 32 и 33. Из камеры 32 она выводится в дренажную магистраль 12 через каналы 34 и 8, а в сливную магистраль 11 из камеры 33 - через каналы 35.
Промышленная применимость
Изобретение может найти широкое применение в горнодобывающей промышленности и предназначено для ударного разрушения горных пород и искусственных материалов. Также изобретение может быть использовано для генерирования в буровых скважинах вибраций, преобразуемых в силовые ударные волны для воздействия ними через жидкостной волновод на горные породы.