РЕГУЛИРУЕМАЯ УДАРНАЯ МАШИНА (ВАРИАНТЫ)
ADJUSTABLE IMPACT MACHINE (VERSIONS)

Техническое решение относится к машиностроению и может найти применение в горном деле при отбойке монолитов, в строительстве при разрушении отслуживших фундаментов, а также в сейсморазведке как механический источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах.
упр.
Известна ударная машина, описанная в патенте РФ №2376467, Е21С 37/00, B25D 9/00 на устройство для управления рабочим циклом ударной машины (2-й вариант), опубл. 20.12.2009, Бюл. №35, включающая корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода, рабочий инструмент и управляющее устройство, в корпусе которого установлены золотник и шток, взаимодействующий с золотником. Управляющее устройство снабжено турбинкой, выхлопным соплом, соплом управления и поворотной пружиной. Золотник выполнен поворотного типа, а в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия управляющего импульса Р давления рабочей среды на турбинку от сопла управления. Выхлопное сопло соединено через выпускное и впускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой обратного хода и через дроссель - с источником рабочей среды. Выхлопное сопло и сопло управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника.
Недостатком данной ударной машины является высокая степень отдачи из-за жесткости пружины (и пневматической, и механической) в камере прямого хода, что ограничивает возможность ее применения при различных видах работ, например, в сейсморазведке или при отбойке монолитов и, как следствие, ведет к снижению эффективности ее работы.
упр
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является регулируемая ударная машина по патенту РФ №2476644, E02D 7/10, опубл. 27.02.2013, Бюл. №6, содержащая корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода, рабочий инструмент и управляющее устройство, содержащее золотник и взаимодействующий с ним шток, турбинку, выхлопное сопло, сопло управления, поворотную пружину, дроссель и источник рабочей среды. Золотник выполнен поворотного типа и в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия управляющего импульса Р. давления рабочей среды на турбинку от сопла управления. Выхлопное сопло соединено через выпускное и впускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой обратного хода и через дроссель - с источником рабочей среды. Выхлопное сопло и сопло управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника. Корпус регулируемой ударной машины снабжен камерой управления, а управляющее устройство - вакуумным эжектором, обратным клапаном и регулятором вакуума, соединенным с камерой прямого хода. Камера управления соединена с соплом управления, а через камеру обратного хода в верхнем положении ударника и указанный выше дроссель - с источником рабочей среды и через впускное, выпускное отверстия золотника, вакуумный эжектор и обратный клапан - с камерой прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины.
Одним из недостатков этой регулируемой ударной машины является сложность конструкции и нечеткость запуска, т.к. при подаче рабочей среды от источника (тем более через дроссель) в камеру обратного хода не всегда удается сразу преодолеть сопротивление вакуумной пружины (камеры прямого хода) и начать движение ударника вверх, что снижает эффективность и надежность ее работы.
Другим недостатком этой машины является снижение ее мощности из-за перетечек рабочей среды между камерами прямого и обратного хода, неизбежно происходящих в процессе работы. Одним из способов борьбы с перетечками рабочей среды является повышение точности обработки ударника и корпуса, что приводит к значительному удорожанию регулируемой ударной машины. Снижение мощности регулируемой ударной машины приводит к снижению эффективности ее работы.
Кроме того, при работе регулируемой ударной машины в труднодоступных местах (подвалы, чердаки и т.д.) достаточно сложно обеспечить ее источником рабочей среды - компрессором из-за его веса и габаритов, что резко ограничивает возможность ее использования.
Технические задачи - повышение эффективности и надежности работы регулируемой ударной машины за счет четкого и надежного ее запуска путем снижения перетечек рабочей среды между камерами прямого и обратного хода и камерой управления и, как следствие, увеличения мощности регулируемой ударной машины, а также путем расширения возможностей ее использования.
упр
По первому варианту исполнения поставленные задачи решаются тем, что в регулируемой ударной машине, содержащей корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода, камеру управления, рабочий инструмент и управляющее устройство, содержащее золотник и взаимодействующий с ним шток, турбинку, выхлопное сопло камеры обратного хода, сопло управления камеры управления, поворотную пружину, дроссель и источник рабочей среды, при этом золотник выполнен поворотного типа и в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия управляющего импульса Р. давления рабочей среды на турбинку от сопла управления камеры управления, при этом впускное отверстие золотника при его открытом положении через выпускное отверстие золотника соединено с выхлопным соплом камеры обратного хода, а через указанный дроссель - с источником рабочей среды, причем выхлопное сопло камеры обратного хода и сопло управления камеры управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника, а управляющее устройство снабжено вакуумным эжектором, обратным клапаном и регулятором вакуума, соединенным с камерой прямого хода, при этом камера управления соединена через камеру обратного хода в верхнем положении ударника и указанный выше дроссель с источником рабочей среды и через впускное, выпускное отверстия золотника, вакуумный эжектор и обратный клапан - с камерой прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины, согласно техническому решению управляющее устройство снабжено ресивером, связанным с химическим источником рабочей среды, электроклапаном запуска и блоком управления, взаимодействующим с источником рабочей среды и электроклапаном запуска, соединенным с камерой обратного хода.
Надежность работы регулируемой ударной машины повышается за счет введения в нее блока управления, который, во-первых, обеспечивает включение и выключение источника рабочей среды, а во-вторых, взаимодействует с ресивером и при достижении последним давления рабочей среды, необходимого для запуска регулируемой ударной машины, четко открывает электроклапан запуска.
3
Энергии сжатого воздуха, накопленной в ресивере от источника рабочей среды, достаточно, чтобы после резкого открытия электроклапана запуска посредством блока управления, обеспечить четкий и надежный запуск. Использование химического источника рабочей среды, подающего пену, например, смесь высококонцентрированного раствора бикарбоната калия (КНСО), поверхностно-активных веществ (далее - ПАВ) и соляной кислоты HCl, в ресивер, затем посредством блока управления через электроклапан запуска в камеру обратного хода, позволяет значительно сократить перетечки рабочей среды из камеры обратного хода в камеры управления и прямого хода, что значительно повышает мощность регулируемой ударной машины (т.е. энергию удара и частоту) и, как следствие, эффективность ее работы.
упр.
По второму варианту исполнения регулируемая ударная машина, содержащая корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода, камеру управления, рабочий инструмент и управляющее устройство, содержащее золотник и взаимодействующий с ним шток, турбинку, выхлопное сопло камеры обратного хода, сопло управления камеры управления, поворотную пружину, при этом золотник выполнен поворотного типа и в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия управляющего импульса Р давления рабочей среды на турбинку от сопла управления камеры управления, при этом впускное отверстие золотника при его открытом положении через выпускное отверстие золотника соединено с выхлопным соплом камеры обратного хода, причем выхлопное сопло камеры обратного хода и сопло управления камеры управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника, а управляющее устройство снабжено вакуумным эжектором, обратным клапаном и регулятором вакуума, соединенным с камерой прямого хода, а камера управления соединена через камеру обратного хода в верхнем положении ударника и впускное, выпускное отверстия золотника, вакуумный эжектор и обратный клапан с камерой прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины, согласно техническому решению управляющее устройство снабжено блоком управления и ресивером, оснащенным датчиком давления и соединенным с химическим источником рабочей среды и электроклапаном запуска, при этом блок управления связан с упомянутым датчиком давления и электроклапаном запуска, соединенным с камерой обратного хода.
Указанная совокупность признаков позволяет повысить надежность работы регулируемой ударной машины за счет четкого и надежного запуска.
3
упр
Повышение эффективности работы и расширение возможностей использования регулируемой ударной машины достигается за счет использования ее без источника рабочей среды (громоздкого компрессора). Химический источник рабочей среды вырабатывает, например, смесь высококонцентрированного раствора бикарбоната калия (КНСО), ПАВ и соляной кислоты HCl и подает рабочую среду в виде пенной субстанции посредством блока управления через ресивер и электроклапан запуска в камеру обратного хода регулируемой ударной машины. Весь процесс запуска и работы регулируемой ударной машины происходит так же, как и в прототипе, однако, во-первых, при таком варианте исполнения не нужен источник рабочей среды с дросселем, во-вторых, пенная субстанция так же, как и в первом варианте исполнения, способствует повышению мощности регулируемой ударной машины за счет сокращения перетечек рабочей среды между камерами прямого и обратного хода и камерой управления и, в-третьих, пенная субстанция за счет своей плотности позволяет повысить управляющий импульс Р. давления рабочей среды, который будет более резко (чем в прототипе и в первом варианте исполнения) воздействовать на турбинку, при этом вся система переключения золотника становится четче, а значит, повышается эффективность работы машины в целом.
Повышение надежности работы регулируемой ударной машины достигается введением блока управления, который позволяет при необходимом давлении рабочей среды в ресивере и от сигнала датчика давления мгновенно открыть электроклапан запуска и тем самым обеспечить импульсный и надежный запуск регулируемой ударной машины.
Сущность технического решения поясняется примерами конкретного исполнения регулируемой ударной машины и чертежами фиг. 1, 2, где на фиг. 1 изображена схема регулируемой ударной машины по первому варианту исполнения, на фиг. 2 - то же по второму варианту исполнения.
упр
Регулируемая ударная машина (далее - РУМ) по первому варианту исполнения содержит корпус 1 (фиг. 1), ударник 2, камеры прямого 3 и обратного 4 хода, камеру 5 управления, рабочий инструмент 6 и управляющее устройство 7, содержащее золотник 8 и взаимодействующий с ним шток 9, турбинку 10, выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода, сопло 12 управления камеры 5 управления, поворотную пружину 13, дроссель 14 и источник 15 рабочей среды (далее - источник 15), при этом золотник 8 выполнен поворотного типа и в качестве штока 9 использован вал, на котором установлены золотник 8, турбинка 10 и поворотная пружина 13, работающая на закрытие золотника 8 при отсутствии воздействия управляющего импульса Р. давления рабочей среды на турбинку 10 от сопла 12 управления камеры 5 управления. Впускное 16 отверстие золотника 8 через выпускное 17 отверстие золотника 8 при его открытом положении соединено с выхлопным соплом 11 камеры 4 обратного хода и через указанный дроссель 14 с источником 15, причем выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода и сопло 12 управления камеры 5 управления сориентированы на турбинку 10 с возможностью открытия золотника 8. Управляющее устройство 7 снабжено вакуумным эжектором 18, обратным клапаном 19 и регулятором 20 вакуума. Камера 5 управления соединена через камеру 4 обратного хода в верхнем положении ударника 2 и указанный выше дроссель 14 с источником 15 и через впускное 16, выпускное 17 отверстия золотника 8, вакуумный эжектор 18 и обратный клапан 19 - с камерой 3 прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины. Регулятор 20 вакуума соединен с камерой 3 прямого хода. Управляющее устройство 7 снабжено ресивером 21, связанным с химическим источником 22 рабочей среды (далее - химический источник 22), электроклапаном 23 запуска и блоком 24 управления, взаимодействующим с источником 15 и электроклапаном 23 запуска, соединенным с камерой 4 обратного хода.
3
упр
упр
РУМ по первому варианту исполнения работает следующим образом. В исходном положении золотник 8 закрыт (фиг. 1), ударник 2 находится в нижнем положении, поворотная пружина 13 разжата, прижимая при этом шток 9 к верхнему по чертежу упору. Электроклапан 23 запуска закрыт. Посредством блока 24 управления включают источник 15 и открывают электроклапан 23 запуска. В ресивере 21 начинает расти давление рабочей среды. Химический источник 22 подает в ресивер 21 пенную субстанцию, например смесь высококонцентрированного раствора бикарбоната калия КНСО, ПАВ и соляной кислоты HCl (далее - пена). Посредством блока 24 управления электроклапан 23 запуска закрывают. Рабочая среда от источника 15 продолжает поступать в камеру 4 обратного хода. Как правило, давления этой рабочей среды недостаточно для движения ударника 2 вверх. Когда давление рабочей среды в ресивере 21 становится достаточным для резкого взвода ударника 2, с помощью блока 24 управления открывается электроклапан 23 запуска. Пена вместе с рабочей средой резко поступает в камеру 4 обратного хода. Происходит надежный и четкий запуск РУМ, т.е. ударник 2 устремляется вверх. Пена, попадая в камеру 4 обратного хода, закупоривает сопряженные поверхности корпуса 1 и ударника 2 и предотвращает возможные перетечки рабочей среды из камеры 4 обратного хода в камеру 5 управления и в камеру 3 прямого хода. Процесс подачи рабочей среды в ресивер 21 и камеру 4 обратного хода регулируется дросселем 14. При движении ударника 2 вверх происходит соединение камеры 4 обратного хода и камеры 5 управления. Возникает управляющий импульс Р. давления рабочей среды, который через сопло 12 управления камеры 5 управления, создавая струю рабочей среды, воздействует на турбинку 10, вращая последнюю по часовой (фиг. 1) стрелке. От турбинки 10 через шток 9 поворачивается золотник 8 по часовой стрелке. Поворотная пружина 13 начинает сжиматься. При самом небольшом открытии золотника 8 рабочая среда от источника 15 через дроссель 14, впускное 16 и выпускное 17 отверстия золотника 8 поступает на турбинку 10 через выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода, что создает добавочную реактивную силу на турбинке 10, ускоряя сжатие поворотной пружины 13, поворот штока 9 до нижнего по чертежу (фиг. 1) упора и, соответственно, открытие золотника 8. От источника 15 часть рабочей среды через дроссель 14, впускное 16 и выпускное 17 отверстия золотника 8 попадает в вакуумный эжектор 18, с помощью которого через обратный клапан 19 в камере 3 прямого хода, представляющей собой вакуумную пружину, создается вакуум, глубину которого, а соответственно и энергию удара, можно регулировать с помощью регулятора 20 вакуума. Ударник 2 достигает верхнего положения и под действием вакуумной пружины (камеры 3 прямого хода) начинает движение вниз. Рабочая среда из камеры 4 обратного хода устремляется через впускное 16 и выпускное 17 отверстия золотника 8 на выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода, сжимая поворотную пружину 13 и прижимая шток 9 к нижнему по чертежу (фиг. 1) упору. Золотник 8 остается в открытом состоянии, даже при разделении камеры 4 обратного хода и камеры 5 управления. В конце прямого хода ударник 2 наносит удар по рабочему инструменту 6. Рабочая среда из камеры 4 обратного хода уже не может воздействовать через выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода на турбинку 10, поскольку давление в камере 4 обратного хода резко снижается. Управляющий импульс Р. давления рабочей среды отсутствует, т.к. камера 4 обратного хода и камера 5 управления разделены. Давления рабочей среды, поступающей от ресивера 21 через впускное 16 и выпускное 17 отверстия золотника 8 на выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода, недостаточно, чтобы удерживать через турбинку 10 и шток 9 золотник 8 в открытом состоянии. Поворотная пружина 13 разжимается, поворачивая шток 9 к верхнему по чертежу (фиг. 1) упору. Золотник 8 закрывается. Цикл работы РУМ повторяется.
Пена за счет своей плотности служит уплотнением сопряженных поверхностей ударника 2 и корпуса 1, что приводит к снижению перетечек рабочей среды между камерами прямого 3 и обратного 4 хода и камерой 5 управления, к повышению мощности РУМ, а следовательно, к повышению эффективности ее работы.
упр.
РУМ по второму варианту исполнения, который применяется при невозможности использования источника рабочей среды (компрессора), содержит корпус 1 (фиг. 2), ударник 2, камеры прямого 3 и обратного 4 хода, камеру 5 управления, рабочий инструмент 6 и управляющее устройство 7, содержащее золотник 8 и взаимодействующий с ним шток 9, турбинку 10, выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода, сопло 12 управления камеры 5 управления, поворотную пружину 13. Золотник 8 выполнен поворотного типа. В качестве штока 9 использован вал, на котором установлен золотник 8, турбинка 10 и поворотная пружина 13, работающая на закрытие золотника 8 при отсутствии управляющего импульса Р давления рабочей среды на турбинку 10 от сопла 12 управления камеры 5 управления. Впускное 14 отверстие золотника 8 при его открытом положении через выпускное 15 отверстие золотника 8 соединено с выхлопным соплом 11 камеры 4 обратного хода. При этом выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода и сопло 12 управления камеры 5 управления сориентированы на турбинку 10 с возможностью открытия золотника 8. Управляющее устройство 7 снабжено вакуумным эжектором 16, обратным клапаном 17 и регулятором 18 вакуума. Камера 5 управления соединена через камеру 4 обратного хода в верхнем положении ударника 2 и впускное 14, выпускное 15 отверстия золотника 8, вакуумный эжектор 16, обратный клапан 17 с камерой 3 прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины. Регулятор 18 вакуума соединен с камерой 3 прямого хода. Управляющее устройство 7 снабжено блоком 19 управления и ресивером 20, оснащенным датчиком 21 давления и соединенным с химическим источником 22 рабочей среды (далее - химический источник 22) и электроклапаном 23 запуска, при этом блок 19 управления связан с датчиком 21 давления и электроклапаном 23 запуска, соединенным с камерой 4 обратного хода.
3
упр
упр
РУМ по второму варианту исполнения работает следующим образом. В исходном положении золотник 8 (фиг. 2) закрыт, ударник 2 находится в нижнем положении, поворотная пружина 13 разжата, прижимая шток 9 к верхнему по чертежу упору. Электроклапан 23 запуска закрыт. После того как химический источник 22, подавая в ресивер 20 рабочую среду в виде пенной субстанции, например, смесь высококонцентрированного раствора бикарбоната калия КНСО, ПАВ и соляной кислоты HCl (далее - пена), создает в ресивере 20 необходимое для работы РУМ давление рабочей среды, датчик 21 давления передает сигнал на блок 19 управления. Последний в свою очередь открывает электроклапан 23 запуска и пена поступает в камеру 4 обратного хода. Происходит резкий и надежный взвод ударника 2 и соединение камеры 4 обратного хода и камеры 5 управления. Возникает управляющий импульс Р. давления рабочей среды в виде пены, который через сопло 12 управления камеры 5 управления, создавая струю рабочей среды, воздействует на турбинку 10, вращая последнюю по часовой (фиг. 2) стрелке. От турбинки 10 через шток 9 поворачивается золотник 8 по часовой стрелке. Поворотная пружина 13 начинает сжиматься. При самом небольшом открытии золотника 8 часть рабочей среды из ресивера 20 через электроклапан 23 запуска, впускное 14 и выпускное 15 отверстия золотника 8 поступает на турбинку 10 через выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода, что создает добавочную реактивную силу на турбинке 10, ускоряя сжатие поворотной пружины 13, поворот штока 9 до нижнего по чертежу (фиг. 2) упора и, соответственно, открытие золотника 8. Часть рабочей среды через впускное 14 и выпускное 15 отверстия золотника 8 попадает в вакуумный эжектор 16, с помощью которого через обратный клапан 17 в камере 3 прямого хода, представляющей собой вакуумную пружину, создается вакуум, глубину которого, а соответственно, и энергию удара, можно регулировать с помощью регулятора 18 вакуума. Ударник 2 достигает верхнего положения и под действием вакуумной пружины (камеры 3 прямого хода) начинает движение вниз. Рабочая среда из камеры 4 обратного хода устремляется через впускное 14 и выпускное 15 отверстия золотника 8 на выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода, сжимая поворотную пружину 13 и прижимая шток 9 к нижнему по чертежу (фиг. 2) упору. Золотник 8 остается в открытом состоянии даже при разделении камеры 4 обратного хода и камеры 5 управления. В конце прямого хода ударник 2 наносит удар по рабочему инструменту 6. Давление рабочей среды в камере 4 обратного хода резко снижается и не может воздействовать через выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода на турбинку 10. Управляющий импульс Р. давления рабочей среды отсутствует, т.к. камера 4 обратного хода и камера 5 управления разделены. Давления рабочей среды, поступающей от ресивера 20 через электроклапан 23 запуска, впускное 14 и выпускное 15 отверстия золотника 8 на выхлопное сопло 11 камеры 4 обратного хода, недостаточно, чтобы удерживать через турбинку 10 и шток 9 золотник 8 в открытом состоянии. Поворотная пружина 13 разжимается, поворачивая шток 9 к верхнему по чертежу (фиг. 2) упору. Золотник 8 закрывается. Цикл работы РУМ повторяется.
Пена за счет своей плотности служит уплотнением сопряженных поверхностей ударника 2 и корпуса 1, что снижает перетечки рабочей среды между камерами 3 прямого и обратного 4 хода и камерой 5 управления, при этом резко повышается мощность РУМ, а следовательно, повышается эффективность ее работы.
упр
Пена позволяет повысить управляющий импульс Р. давления рабочей среды, который более резко (чем в прототипе и в первом варианте исполнения) воздействует на турбинку 10, при этом вся система переключения золотника 8 становится четче, а значит, повышается эффективность работы РУМ.