БЕЗБОЙКОВЫЙ ГИДРОИМПУЛЬСНЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к устройствам ударного действия, может быть использована в строительной индустрии, горной промышленности и других отраслях.
Известен гидроударник для бурения [Киселев А.Г. и Крусир И.Н. Вращательное ударное бурение геологоразведочных скважин. - М: Недра, 1982, с. 50, рис. 15], содержащий корпус, клапанную коробку, боек в виде струйного насоса, камера смешения которого гидравлически связана с пространством над бойком и наковальней.
Недостатком гидроударника является наличие активных сопротивлений в виде различных дросселей, клапанов, золотников, превышающий санитарные нормы шум из-за соударения поршня с торцом буровой штанги, низкая эффективность.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является безбойковый гидроимпульсный механизм [Цыганкова М.В. Безбойковый ударный механизм для бурильных машин // Материалы VI Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» http://www.scienceforum.ru/2014/763/1127], содержащий поджатый упругой силой гидроцилиндр с поршнем, активную массу, гидропульсатор с плунжером и привод. Гидропульсатор соединен с гидроцилиндром полым упругим элементом - рукавом высокого давления, заполненным жидкой средой. Рукав высокого давления имеет нелинейную жесткую характеристику.
Недостатки устройства прототипа заключаются в следующем. Значимым параметром гидросистемы, выполненной в виде рукава высокого давления, является объемная упругость, определяемая экспериментально для каждого образца. Упруго-инерционные свойства и внутреннее трение слоев сложного композиционного материала рукава высокого давления приводят к возникновению нелинейности параметра объемной упругости. При длительной работе происходит износ рукава высокого давления и изменение его начальных параметров. Возникают потери энергии на расширение рукава высокого давления. Это приводит к снижению эффективности механизма и сложности его регулирования для формирования импульса с заданными характеристиками. Кроме того, вынесенные отдельно гидропульсатор с приводом и рукав высокого давления увеличивают габариты механизма.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышение эффективности работы механизма, за счет формирования силовых импульсов с заданными характеристиками; в уменьшении габаритных параметров.
Указанный технический результат достигается тем, что безбойковый гидроимпульсный механизм, содержащий как и прототип, гидропульсатор с плунжером, гидроцилиндр с поршнем, активной массой, поджатой пружиной и привод гидропульсатора, в отличие от прототипа, дополнительно содержит блок управления, включающий плату управления и цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с приводом гидропульсатора, при этом плунжер гидропульсатора и гидроцилиндр расположены на одной оси.
В предлагаемом механизме два колебательных контура: первый - возбудитель колебании, выполненный в виде гидропульсатора; второй - гидроцилиндр, жестко соединенный с активной массой поджатой пружиной. Движение гидропульсатора регулируется путем формирования на привод сигналов с заданными параметрами.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема заявляемого устройства.
Механизм содержит гидроцилиндр 1 с жестко закрепленной активной массой 2 и поршнем 3 гидроцилиндра 1; привод 6 гидропульсатора, обеспечивающий продольные колебания плунжера 5, расположенного соосно с гидроцилиндром 1; пружину 4 обеспечивающую силу поджатия; блок управления 7. Корпус 9 механизма размещен на направляющих 8. Блок управления 7 содержит плату управления и цифро-аналоговый преобразователь, подающий сигнал на привод.
Импульсы формируются следующим образом. Через ЭВМ на блок управления 7 задается сигнал управления, затем блок управления 7 формирует сигнал на привод 6, далее приводится в движение плунжер 5. При движении плунжера 5 в системе, происходит сжимаемость жидкости в гидроцилиндре 1, создаются импульсы давления жидкости, которые воздействуют на поршень 6 и стенки гидроцилиндра 1. Активная масса 2 поджатая пружиной 4 начинает возбуждаться, когда частота создаваемых импульсов давления жидкости совпадает с собственной частотой колебаний, возникает резонанс и импульс давления жидкости передается через поршень 3.
-3
Использовали цифровую плату управления с аналоговым интерфейсом заданного значения SIMODRIVE 611universal HR и цифро-аналоговый преобразователь Rega DAC. Получили выходной импульс силы длительностью 5·10 с и максимальной энергией 250 Дж, при значениях системы: активная масса 200 кг, частота 25 Гц.
В бурильных машинах данный механизм позволит управлять входным сигналом для получения импульсов с определенными характеристиками для эффективного разрушения горной породы.