ВАКУУМНАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к машинам ударного действия, и может найти применение при отбойке монолитов, для разрушения устаревших фундаментов при реконструкции зданий и забивке свай, а также в сейсморазведке как источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах.
Известен импульсный источник Дино-Сорс фирмы «Джиометрикс», Франция (см. В.В. Палагин и др. Сейсморазведка малых глубин. М.: «Недра», 1989, с. 19). Этот импульсный источник представляет собой груз-поршень, который перемещается в цилиндре-трубе, выполняющей роль направляющей. Приводом является бензоагрегат с воздушным насосом, который создает недостаток и избыток давления по разные стороны поршня, вызывая его подъем или опускание. В верхней части трубы имеется защелка, при помощи которой фиксируется груз-поршень в верхнем положении. Управление ручное. Время между воздействиями 20 с.
Недостатком такого импульсного источника является очень большой интервал между воздействиями, что практически исключает возможность его применения для накопления и обработки данных от серии ударов. Известно, что оптимальный интервал между воздействиями не должен превышать 2 с. Создание недостатка и избытка давления по разные стороны груза-поршня ведет к необходимости герметизации двух камер в ударном механизме, что усложняет конструкцию, значительно снижая эффективность и надежность работы, увеличивая стоимость импульсного источника.
Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является компрессионно-вакуумная машина ударного действия (далее - КВМУД) по патенту РФ №2455444, E21B 1/00, B25D 11/00, опубл. 10.07.2012, Бюл. №19, первый вариант, 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. КВМУД 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.
Недостатком такой компрессионно-вакуумной машины ударного действия является сложность исполнения из-за использования электронного (блока управления) и магнитного (фиксатор с электрической катушкой) оборудования, что неизбежно ведет к повышению стоимости и вероятности ее поломок.
Кроме того, как показывают экспериментальные исследования, даже оснащение ее рабочего инструмента магнитом с управляющей катушкой не только повышает сложность конструкции, ее стоимость и вероятность поломок, но также не устраняет основной недостаток - повторный удар (отскок) ударника, который неприемлем в таких областях применения как сейсморазведка.
Техническими задачами предлагаемого решения являются повышение надежности вакуумной машины ударного действия за счет упрощения конструкции и повышение эффективности работы за счет предотвращения повторного удара (отскока) по рабочему инструменту и регулирования энергии удара при снижении ее стоимости.
Решение поставленных задач достигается тем, что в вакуумной машине ударного действия, содержащей корпус и размещенный в нем ударник, образующие нижнюю и верхнюю камеры, вакуум-компрессор, соединенный с верхней камерой, рабочий инструмент, при этом нижняя камера соединена с атмосферой, согласно техническому решению имеется гравитационный переключатель и инерционно-фрикционный клапан, размещенный в верхней части корпуса и содержащий подпружиненный золотник с фрикционной втулкой-седлом, при этом подпружиненный золотник в нижней части соединен с верхней частью элемента, выполненного складным по высоте и связанного нижней частью с гравитационным переключателем, установленным с возможностью периодического взаимодействия с ударником.
Оснащение вакуумной машины ударного действия инерционно-фрикционным клапаном с подпружиненным золотником, снабженным фрикционной втулкой-седлом, значительно упрощает конструкцию по сравнению с прототипом, что приводит к повышению надежности и снижению стоимости машины. Гравитационный переключатель обеспечивает автоматический режим работы инерционно-фрикционного клапана посредством несложного коммутативного взаимодействия основных элементов управления: подпружиненный золотник с фрикционной втулкой-седлом - элемент, складной по высоте, - гравитационный переключатель. Кроме того, закрытие инерционно-фрикционного клапана посредством гравитационного переключателя позволяет образовывать вакуум в верхней камере до момента удара, таким образом, предотвращается повторный удар (отскок) по рабочему инструменту. Совокупность перечисленных признаков дает возможность повысить эффективность работы вакуумной машины ударного действия, т.е. избежать отскоков, что особенно важно в сейсморазведке. Изменение длины элемента, выполненного складным по высоте, позволяет регулировать энергию удара, что повышает эффективность работы вакуумной машины ударного действия.
Целесообразно, чтобы складной по высоте элемент был выполнен в виде телескопической трубки, а гравитационный переключатель - в виде груза, например, втулки, диска, кольца и т.д. Таким образом, использование и взаимодействие этих несложных деталей упрощает конструкцию, повышая надежность работы и снижая стоимость машины.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами фиг. 1-3, где на фиг. 1 изображена схема вакуумной машины ударного действия с элементом, выполненным в виде телескопической трубки, в исходном положении, на фиг. 2 - то же, при движении ударника вверх, на фиг. 3 - то же, в верхнем положение ударника.
Вакуумная машина ударного действия (далее - ВМУД) содержит корпус 1 (фиг. 1-3) и размещенный в нем ударник 2, образующие нижнюю 3 и верхнюю 4 камеры, вакуум-компрессор 5, соединенный с верхней камерой 4, рабочий инструмент 6. Нижняя камера 3 соединена каналом 7 с атмосферой. В верхней части корпуса 1 размещен инерционно-фрикционный клапан 8 (далее - клапан 8), содержащий золотник 9 с пружиной 10 и фрикционную (например, резиновую) втулку-седло 11. Подпружиненный золотник 9 клапана 8 в нижней части соединен с верхней частью элемента 12, выполненного складным по высоте, например, в виде телескопической трубки или шарнирного соединения (на фиг. не показано). Нижняя часть элемента 12 связана с гравитационным переключателем 13 (далее - переключатель 13), выполненным в виде груза и установленным с возможностью периодического взаимодействия с ударником 2.
ВМУД работает следующим образом. В исходном положении клапан 8 открыт (фиг. 1) и верхняя камера 4 через канал 14 соединена с атмосферой. Ударник 2 находится на рабочем инструменте 6. Переключатель 13 висит на элементе 12, присоединенном к золотнику 9 клапана 8. Включают вакуум-компрессор 5. Вручную нажимают на клапан 8 вниз до упора, преодолевая сопротивление пружины 10. Фрикционная втулка-седло 11 золотника 9 перекрывает канал 14. Верхняя камера 4 отсекается от атмосферы. Благодаря работе вакуум-компрессора 5 в верхней камере 4 возникает вакуум, который поднимает ударник 2 вверх (фиг. 2). На заданной высоте подъема ударник 2 подхватывает переключатель 13 и движется вверх вместе с ним, сжимая элемент 12. В верхнем положении ударник 2 взаимодействует с золотником 9 через переключатель 13 и элемент 12 (фиг. 3). Клапан 8 поднимается вверх. Канал 14 открывается и верхняя камера 4 соединяется с атмосферой. Ударник 2 падает вниз вместе с переключателем 13 под действием силы тяжести. На заданной высоте элемент 12, например, в виде телескопической трубки, полностью раскладывается, движение переключателя 13 останавливается. Золотник 9 клапана 8, соединенный элементом 12 с переключателем 13, перемещается вниз и фрикционная втулка-седло 11 перекрывает канал 14 от атмосферы. В верхней камере 4 начинает образовываться вакуум. Ударник 2 продолжает движение вниз и в конце рабочего хода наносит удар по рабочему инструменту 6. Повторного удара не происходит, поскольку ударник 2 подхватывается вакуумом верхней камеры 4 и перемещается вверх. Цикл повторяется в автоматическом режиме до тех пор, пока не выключится вакуум-компрессор 5 или механически не зафиксируют клапан 8 в верхнем положении.