ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ЗАБИВАНИЯ В ГРУНТ ДЛИННЫХ СТЕРЖНЕЙ
AIR-DRIVEN PERCUSSION MACHINE FOR LONG ROD DRIVING IN SOIL

Техническое решение относится к горной и строительной технике, а именно к пневматическим машинам ударного действия, и предназначено для забивания в грунт длинных стержней.
Известно устройство для погружения в грунт электродов заземления по авт. свид. СССР №376525, E02d 7/08, опубл. в БИ №17, 1973 г., содержащее базовую машину, ударную часть, выполненную в виде корпуса с поршнем, и подпружиненную наковальню с захватом, установленную на опорной плите с возможностью перемещения. На корпусе ударной части соосно с основным захватом установлен дополнительный захват для заклинивания электрода. Наковальня имеет полость, в которую вставлен шток опорной плиты и упругий ограничитель перемещения опорной плиты.
Недостаток этого устройства в том, что машина ударного действия расположена несоосно забиваемому электроду, вследствие чего дополнительно к осевым нагрузкам возникают изгибные нагрузки на электрод и конструкцию. Такие нагрузки вызывают интенсивные колебания свободного конца забиваемого электрода, что затрудняет забивание и снижает долговечность конструкции.
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является пневмоударная машина ПУМ-65, предназначенная для забивания в грунт металлических стержней и труб диаметром до 65 мм, имеющая сквозной осевой канал для прохода забиваемого стержня [Гурков К.С., Климашко В.В., Костылев А.Д., Плавских В.Д., Русин Е.П., Смоляницкий Б.Н., Тупицын К.К., Чепурной Н.П. Пневмопробойники. - Новосибирск: ИГД СО РАН, 1990, стр. 50, рисунок 2.23]. Машина содержит ступенчатый цилиндрический корпус с размещенными в нем ступенчатым ударником, центральной трубкой, охватываемой ударником, и наковальней с конусными кулачками для захвата забиваемого стержня.
Недостаток этой машины в том, что направляющим элементом при возвратно-поступательном движении ударника является корпус машины. Подвижное сопряжение между ними формируется внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ударника. Ступени наружной поверхности ударника контактируют с соответствующими ступенями внутренней поверхности корпуса. Этими подвижными сопряжениями обеспечивается базирование ударника в корпусе пневмоударной машины. При этом камера рабочего хода образована внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью ударника. Кольцевые зазоры в подвижных сопряжениях ударника и корпуса являются источником непроизводительной потери сжатого воздуха. Вместе с тем они должны обеспечить свободное движение ударника и их абсолютная величина тем больше, чем больше диаметр сопряжения. В данной конструкции задействованы внешние, т.е. наибольшие диаметры ударника, соответственно потери сжатого воздуха через зазоры в подвижных сопряжениях максимальны. Это приводит к снижению ресурса работоспособности машины.
Кроме того, корпус является сложной конструктивной деталью и выполнение высокоточных сопрягаемых подвижных соединений на больших диаметрах более трудоемко. Для исключения возможного деформирования подвижных сопряжений во время эксплуатации ударной машины толщину стенки корпуса приходится делать достаточно толстой. Это приводит к увеличению массы устройства, что, соответственно, повышает физическую нагрузку на оператора машины.
Решаемая техническая задача заключается в увеличении ресурса работоспособности и экономичности машины за счет базирования ударника при его возвратно-поступательном движении по поверхностям с возможно меньшим диаметром при повышении технологичности и удобства в эксплуатации благодаря снижению массы машины.
Задача решается тем, что в пневматической машине ударного действия для забивания в грунт длинных стержней, включающей корпус с выпускным каналом, расположенные в нем ударник, охватывающий центральную трубку, наковальню с конусными кулачками для захвата длинного стержня, камеры рабочего и обратного хода с питающими каналами, согласно техническому решению в задней части указанной центральной трубки выполнена ступень большего диаметра, причем базирование ударника выполнено по наружной поверхности этой трубки и ее ступени. Камера рабочего хода образована внутренней поверхностью ударника и наружной поверхностью центральной трубки. По меньшей мере один питающий канал камеры рабочего хода, постоянно соединенный с магистралью, выполнен в упомянутой ступени центральной трубки.
В данной машине базирование ударника происходит по центральной трубке, т.е. по наименьшему возможному диаметру. При этом кольцевые зазоры в подвижных сопряжениях ударника и центральной трубки, являющиеся источником непроизводительной потери сжатого воздуха, минимальны и соответственно снижены до минимума потери сжатого воздуха. Это повышает экономичность работы машины.
Ресурс работоспособности машины во многом зависит от качества сопряжения подвижных соединений. При работе ударных устройств в местах сопряжений происходит интенсивный износ деталей. Перенос подвижных сопряжений на меньшие диаметры дает меньший прирост величины утечек по сравнению с утечками на больших диаметрах сопряжений, как в прототипе, что приводит к увеличению ресурса работоспособности машины.
Так как в разработанном устройстве подвижные сопряжения корпуса и ударника отсутствуют, то снижаются требования к точности изготовления корпуса. Кроме того, корпус может иметь более тонкие стенки, чем у прототипа. Открывается возможность изготовления корпуса из твердых полимеров. Все это позволяет повысить технологичность изготовления машины, уменьшить ее массу и соответственно снизить физическую нагрузку на оператора машины, что удобно в эксплуатации.
Целесообразно по меньшей мере один питающий канал камеры обратного хода выполнить на боковой поверхности центральной трубки с возможностью перекрытия его ударником и соединения камеры рабочего хода с камерой обратного хода. Это позволяет за счет перекрытия подачи сжатого воздуха в камеру обратного хода снизить непроизводственные потери сжатого воздуха при открытии ударником выпускного канала, что повышает экономичность машины.
Целесообразно в передней части ударника установить упругое уплотняющее кольцо с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса. Это кольцо работает в клапанном режиме. Это позволяет при прямом ходе ударника исключить противодавление в камере обратного хода и за счет растяжения кольца при обратном ходе ударника лучше герметизировать камеру обратного хода, что обеспечивает повышение энергии удара и снижение удельного расхода воздуха.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения пневматической машины ударного действия для забивания в грунт длинных стержней и иллюстрируется чертежом.
Пневматическая машина ударного действия для забивания в грунт длинных стержней (далее - пневматическая машина) содержит корпус 1, в котором размещен ударник 2, который охватывает центральную трубку 3. Направляющей для ударника 2 является центральная трубка 3 (см. чертеж) и базирование ударника 2 при его возвратно-поступательном движении обеспечено взаимодействием сопрягаемых поверхностей А и Б на внутренней и наружной поверхностях ударника 2 и центральной трубки 3 соответственно. Камера 4 рабочего хода (далее - камера 4) образована внутренней поверхностью ударника 2 и наружной поверхностью центральной трубки 3. В задней части центральной трубки 3 выполнена ступень большего диаметра, в которой выполнен по меньшей мере один питающий канал 5 камеры 4, через которые в камеру 4 постоянно поступает из магистрали сжатый воздух. Камера 4 соединена с камерой 6 обратного хода (далее - камера 6) через по меньшей мере один питающий канал 7 камеры 6, который целесообразно выполнить на боковой поверхности центральной трубки 3 с возможностью перекрытия его ударником 2. Для лучшего поступления сжатого воздуха в камеру 6 из камеры 4 через по меньшей мере один питающий канал 7 камеры 6 на ударном торце наковальни 8 выполнены радиальные пазы 9. На передней части ударника 2 может быть установлено упругое уплотняющее кольцо 10 с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса 1. Поскольку ударник 2 базирован по центральной трубке 3, контакт ударника 2 с корпусом происходит только через упругое уплотняющее кольцо 10 и только при обратном ходе ударника 2, когда упругое уплотняющее кольцо 10 растянуто давлением сжатого воздуха, находящегося в камере 6. Наковальня 8 связана с корпусом 1 через упругий амортизатор 11. Поджатие конусных кулачков 12 к наковальне 8 осуществлено пружиной 13. Конусные кулачки 12 врезаются в забиваемый стержень, и через них передается ударное воздействие на стержень. Для выхлопа сжатого воздуха в корпусе 1 выполнен выпускной канал 14.
Работа пневматической машины осуществляется следующим образом. При включении машины из магистрали через по меньшей мере один питающий канал 5 камеры 4 сжатый воздух поступает в камеру 4. Ударник 2 разгоняется на рабочий ход давлением сжатого воздуха, воздействующего на торцевую поверхность ударника 2, ограниченную внутренней поверхностью ударника 2 и центральной трубки 3. Перед ударом кромки Б внутренней поверхности ударника 2 открывают по меньшей мере один питающий канал 7 камеры 6 на центральной трубке 3 и камера 4 соединяется с камерой 6. За счет того что площадь поверхностей ударника 2 со стороны камеры 6 больше, чем площадь поверхности, ограниченной внутренней поверхностью ударника 2 и наружной боковой поверхностью центральной трубки 3, после удара ударник 2 начинает движение вверх. После того как ударник 2 своими кромками перекроет подачу сжатого воздуха в камеру через по крайней мере один питающий канал 7 камеры 6, движение ударника 2 вверх продолжается за счет расширения сжатого воздуха в камере 6. Дополнительная герметизация камеры 6 осуществляется упругим уплотняющим кольцом 10, работающим в клапанном режиме. Двигаясь вверх, упругое уплотняющее кольцо 10 на ударнике 2 проходит выпускной канал 14, камера 6 соединяется с атмосферой и происходит выхлоп сжатого воздуха. Давление в камере 6 резко падает, и ударник 2 начинает движение на рабочий ход. Далее цикл повторяется.