Двухпоршневой пневмоударник

Полезная модель относится к буровой технике и может быть использована в горнорудной промышленности.
Известен погружной пневмоударник ПП-105-2,2 (П1-75), включающий цилиндрический корпус, поршень, переходник, ударник, головку со шпонкой и долото (см. К.И. Иванов, В.А. Латышев, В.Д. Андреев, Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых, М.: Недра, 1987).
Недостатком аналога является низкий коэффициент полезного действия (КПД) удара из-за ограниченности энергии удара давлением сжатого воздуха, применяемым в горнорудной промышленности, и недостаточной продолжительности ударного импульса.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является двухпоршневой пневмоударник, включающий корпус, состоящий из двух соосно расположенных цилиндров с выхлопными каналами и цилиндрической камерой, разделенной перегородкой, два отдельных поршня, расположенных внутри цилиндров, и долото (описание изобретения к патенту RU 2630331, МПК (2006.01) E21B4/14, E21B1/24, E21B1/38, E21C37/24, B25D9/14, опубликованный 07.09.2017, Бюл. № 25). В данном пневмоударнике, под действием сжатого воздуха поршни движутся в противоположных направлениях, поочередно нанося удары. Синхронность работы поршней обеспечивается общим рабочим золотником, управляющим подачей и удалением сжатого воздуха из камер рабочего и холостого хода обоих поршней через каналы в цилиндрах и золотнике. При этом воздухораспределительные каналы выполнены внутри стенок корпуса, причем продольные каналы имеют значительную протяженность соизмеримую с длиной корпуса.
Недостатками прототипа являются сложность конструкции и изготовления, низкая надежность и КПД удара. Это связано с тем, что, во-первых, наличие коротких поршней ограничивает длительность силового ударного импульса. Во-вторых, протяженность воздушных каналов в стенках цилиндров от рабочего золотника до камер поршней усложняет конструкцию устройства и приводит к потере давления воздуха, поступающего в камеры. Кроме того, возможен сбой в работе при старте, так как золотник имеет относительно толкателя хвостовика заднего поршня свободный ход, а подача сжатого воздуха в камеры рабочего и холостого хода поршней осуществляется только при одном из двух крайних положений.
Результатом предлагаемого технического решения является упрощение конструкции и процесса изготовления устройства, увеличение производительности бурения и коэффициента полезного действия пневмоударника.
Этот технический результат достигается тем, что пневмоударник с двойным поршнем, включающий корпус, состоящий из двух соосно расположенных цилиндров с выхлопными каналами и цилиндрической камерой, разделенной перегородкой, поршни, расположенные внутри цилиндрических камер, и долото, согласно полезной модели поршни снабжены штоком, расположенным между поршнями и снаружи поршней, объединенным вместе с поршнями в единую удлиненную конструкцию, при этом в штоке выполнен осевой воздушный канал, в поршнях осевой воздушный канал, радиальные отверстия рабочего хода и наклонные отверстия холостого хода, а в цилиндрической камере уширения, при этом с одной стороны цилиндрическая камера снабжена головкой со шпонкой, в которой закреплено долото, а с другой стороны - переходником с осевым каналом, сообщающимся с осевым каналом штока, причем наружный диаметр штока между поршнями соответствует внутреннему диаметру перегородки, установленной между цилиндрами.
Данное техническое решение позволит упростить конструкцию и процесс изготовления устройства, увеличить производительности бурения и коэффициента полезного действия пневмоударника за счет увеличения энергии удара и продолжительности ударного импульса при сохранении стандартного диаметра устройства и обычного рабочего давления сжатого воздуха без увеличения частоты ударов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен пневмоударник при холостом ходе поршней, на фиг.2 - пневмоударник при рабочем ходе поршней.
Пневмоударник с двойным поршнем включает корпус, состоящий из двух соосно расположенных цилиндров 1 и 2 с выхлопными каналами 3 и цилиндрической камерой, разделенной перегородкой 4, поршни 5, 6 и долото 7. Поршни 5, 6 снабжены штоком 8, расположенным между ними и снаружи них. Шток 8 вместе с поршнями 5 и 6 объединены в единую удлиненную конструкцию. При этом в штоке 8 и поршнях 5, 6 выполнен осевой воздушный канал 9, а в поршнях 5, 6 - радиальные отверстия 10 рабочего хода и наклонные 11 отверстия холостого хода. В цилиндрической камере выполнены уширения 12. При этом с одной стороны цилиндрическая камера снабжена головкой 13 со шпонкой, в которой закреплено долото 7, а с другой стороны - переходником 14 с осевым каналом 15, сообщающимся с осевым каналом штока 9. Причем наружный диаметр штока 8 между поршнями 5, 6 соответствует внутреннему диаметру перегородки 4, установленной между цилиндрами 1, 2.
Пневмоударник работает следующим образом.
В исходном положении поршней 5 и 6 (фиг.1) сжатый воздух через осевые каналы 15 и 9, наклонные отверстия 11 холостого хода поступает в кольцевые зазоры уширений 12 в камеры холостого хода поршней 5, 6 и пневмоударник, который совершает холостой ход, занимая рабочее положение (фиг. 2). При этом воздух из камер рабочего хода поршней 5 и 6 удаляется через выхлопные каналы 3.
В рабочем положении ударника (фиг. 2) сжатый воздух через осевые каналы 15 и 9, радиальные отверстия 10 рабочего хода и кольцевые зазоры уширений 12 поступает в камеры рабочего хода поршней 5, 6 и пневмоударник, который совершает рабочий ход, нанося удар по долоту 7. При этом воздух из камер холостого хода удаляется через те же выхлопные каналы 3.
Данная конструкция пневмоударника позволяет повысить энергию удара за счет совместной работы двух поршней и увеличить продолжительность ударного импульса за счет удлинения конструкции цельного штока с поршнями. На основании того, что энергоемкость разрушения породы уменьшается (средний размер фракций увеличивается) и скорость бурения увеличивается в степенной зависимости (показатель степени больше единицы) и существенного влияния на эффективность разрушения пород оказывает длительность силового импульса, которая увеличивается за счет удлинения поршневого устройства и его массы, скорость бурения КПД устройства значительно увеличится. Для коротких ударников коэффициент передачи энергии в разрушаемую среду равен 0,1÷0,22, для длинных ударников 0,4÷0,82 и величина теряемой отраженной энергии удара уменьшается.
Данная конструкция пневмоударника с двойным поршнем по сравнению с прототипом позволит упростить конструкцию и процесс изготовления устройства, увеличить производительности бурения и коэффициента полезного действия пневмоударника.