УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к устройствам однократно-периодического действия для обработки материалов ударным воздействием за счет энергии сжатого газа и может быть использовано, в частности, в горной промышленности для разрушения горных пород и дробления негабаритов. Известны устройства ударного действия, содержащие закрытый цилиндр, установленный в нем поршень, к которому жестко прикреплен посредством штока взаимодействующий с обрабатываемым материалом инструмент, сообщающийся с надпоршневым объемом цилиндра источник сжатого газа, а также средства демпфирования для поглощения избыточной энергии поршня с инструментом (например, при расколе обрабатываемого куска горной породы) и предупреждения, таким образом, разрушения соударяющихся элементов устройства. В качестве демпфера в известных устройствах используются эластичная прокладка (а.с.№781048, МПК В25D 9/14, опубл. "ОИПОТЗ". №43 от 23.11.80.), пружина (а.с.№1694881, МПК Е21С 3/24, опубл. "ОИ", №44 от 30.11.91), газовая подушка (а.с.№1273536, МПК Е21С 3/24, опубл. "ОИ", №44 от 30.11.86), гидравлический амортизатор (а.с.№514092, МПК Е21С 3/24, 1976, опубл. "ОИПОТЗ", №18 от 15.05.76). Известно устройство, в котором для заполнения газовой подушки используется отработавший газ из надпоршневого объема цилиндра (пат. РФ №2060151, МПК В25D 9/14, Е21С 3/24, опубл. "БИ", №14 от 20.05.96). Применение демпфирующих прокладок и пружин снижает долговечность устройства, а применение гидравлического амортизатора усложняет его конструкцию и эксплуатацию. Наиболее простую конструкцию имеет устройство (пат. РФ №2060151, МПК В25D 9/14, Е21С 3/24, опубл. "БИ", №14 от 20.05.96), в котором в качестве демпфера применяется газовая подушка, заполняемая отработавшим газом.
Во всех указанных устройствах газ в надпоршневой объем цилиндра подается от внешнего по отношению к цилиндру источника через боковое отверстие. Это приводит к необходимости иметь внешний по отношению к данному устройству источник сжатого газа и к осевой асимметрии устройства за счет бокового подвода газа. Применение внешнего источника сжатого газа усложняет конструкцию устройства по сравнению с тем, когда источник был бы выполнен непосредственно в корпусе, а боковой подвод газа затрудняет уравновешивание устройства в целом, и также приводит к усложнению конструкции.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является устройство ударного действия (пат. РФ №2060151, МПК В25D 9/14, Е21С 3/24, опубл. "БИ", №14 от 20.05.96), которое содержит закрытый с обоих торцов цилиндрический корпус с установленным в нем поршнем, проходящий через отверстия в торцах корпуса жестко связанный с поршнем двусторонний шток, на одном конце которого установлен взаимодействующий с обрабатываемым материалом инструмент. На обоих концах штока выполнены выхлопные пазы. Устройство содержит сообщающийся с надпоршневым объемом источник сжатого газа, а также узел для удержания поршня в исходном положении и средство для демпфирования, образованное расширением в средней части цилиндра и выхлопными пазами в штоке. В исходном состоянии устройства длина участка расширения в цилиндре А, расстояния от надпоршневой кромки поршня до начала пазов на концах штока В и С, ширина поршня D, расстояние от надпоршневой кромки поршня до участка расширения в цилиндре Е, начальная длина надпоршневой части цилиндра F и общая длина цилиндра G связаны соотношениями
A>D;
B≥A+E+F-D;
C≥G-E-F.
Устройство содержит также источник сжатого газа, например, зарядную камеру с подрываемым при срабатывании устройства зарядом взрывчатого вещества, именуемую дальше по тексту взрывной камерой.
Недостатками этого устройства является сложность и неуравновешенность конструкции из-за наличия двухстороннего штока и выхлопных пазов на нем, а также из-за бокового расположения взрывной камеры.
Полезная модель направлена на решение технической задачи упрощения и уравновешивания конструкции.
Реализация полезной модели позволит снизить затраты на производство устройства за счет упрощения конструкции и повысить его долговечность за счет устранения неуравновешенных боковых динамических усилий, вызывающих повышенный износ подвижных частей.
Для этого в известном устройстве ударного действия, содержащем закрытый с обоих торцов цилиндрический корпус с установленным в нем поршнем, проходящий через отверстие в торце корпуса жестко связанный с поршнем шток, на конце которого установлен взаимодействующий с обрабатываемым материалом инструмент, сообщающийся с надпоршневым объемом источник сжатого газа, средство для демпфирования, образованное расширением в средней части цилиндра, причем длина участка расширения в цилиндре А и ширина поршня D связаны соотношением A>D, а также узел удержания поршня в исходном положении, источник сжатого газа размещен непосредственно в корпусе соосно цилиндру со стороны надпоршневой части и сообщается с надпоршневым объемом, по крайней мере посредством одного отверстия в торце цилиндра, расширение в средней части цилиндра выполнено в виде, по крайней мере одной внутренней выборки в стенке цилиндра с сохранением на участке расширения части гладкой поверхности, обеспечивающей центрирование поршня при его движении через расширение, а шток выполнен односторонним со стороны инструмента,
Введенные изменения упрощают конструкцию за счет устранения
штока с одной стороны поршня и пазов на штоке, а также за счет исключения бокового расположения источника сжатого газа и боковых отверстий подвода газа в цилиндр. При этом устраняется и неуравновешенность устройства, поскольку все составные части его имеют общую ось симметрии.
На фиг.1 приведен пример конструктивной схемы заявляемого устройства в исходном положении, где в качестве источника сжатого газа применена взрывная камера.
Устройство ударного действия содержит закрытый с обоих торцов цилиндрический корпус 1; установленный в нем поршень 2 с односторонним штоком 3, проходящим через отверстие в обращенном в сторону удара торце; взаимодействующий с обрабатываемым материалом инструмент 4, жестко связанный со штоком; взрывная камера 5 с зарядом взрывчатого вещества 6, которая сообщается с надпоршневым объемом цилиндра 7 посредством, по крайней мере, одного отверстия 8; устройство удержания поршня в исходном положении 9 (например, подпружиненный конус, взаимодействующий с углублениями на штоке или на поршне); и средство для демпфирования, образованное расширением в средней части цилиндра 10, которое выполнено с возможностью сообщения надпоршневого 7 и подпоршневого 11 объемов цилиндра при движении поршня через расширение. Выполнение этого условия обеспечивается соблюдением приведенного выше соотношения между длиной расширения А и толщиной поршня D. Причем источник сжатого газа расположен соосно корпусу и выполнен непосредственно в нем или жестко соединен с корпусом, а расширение в цилиндре выполнено в виде, одной внутренней выборки в стенке цилиндра с сохранением на участке расширения части гладкой поверхности, обеспечивающей центрирование поршня при его движении через расширение. Для снижения энергии отдачи устройства масса корпуса должна быть, по крайней мере, в 5 раз больше массы поршня со штоком и инструментом. Если источник сжатого газа выполнен в виде взрывной камеры, то для снижения уровня
ударного воздействия продуктов взрыва на поршень взрывная камера может сообщаться с цилиндром посредством нескольких отверстий меньшего размера.
Устройство работает следующим образом.
Процесс в исходном положении штока начинается с подрыва заряда взрывчатого вещества 6 во взрывной камере 5. Газообразные продукты взрыва через отверстие 8 поступают в надпоршневой объем 7 и разгоняют поршень 2 со штоком 3 и инструментом 4 в направлении обрабатываемого материала. Разгон происходит при движении поршня на участке разгона В. Протечки газа через зазор между поршнем и цилиндром поступают в подпоршневой объем 11 и накапливаются там, частично истекая в атмосферу через зазор между штоком и отверстием в торце цилиндра. Из-за большой разности давлений над и под поршнем на участке разгона накопление протечек в подпоршневом объеме цилиндра практически не влияет на процесс разгона поршня. В конце разгона поршень выходит на участок расширения А. На этом участке поршень также центрируется по внутренней поверхности цилиндра, а расширение выполнено в виде одной или нескольких внутренних выборок в стенке цилиндра. Приблизительно в начале участка расширения инструмент взаимодействует с обрабатываемым материалом 12 и передает ему основную часть кинетической энергии движущихся частей. При этом, в зависимости от прочности обрабатываемого материала, кинетическая энергия удара может быть израсходована полностью и скорость движущихся частей на протяжении короткого пути упадет практически до нуля или до некоторой остаточной величины, которую должно погасить устройство демпфирования.
После удара с остаточной кинетической энергией поршень продолжает движение через расширение цилиндра А с остаточной скоростью. На этом участке продукты взрыва перетекают по расширению 10 из надпоршневого объема 7 цилиндра в подпоршневой объем 11, создавая в последнем определенный запас газов. При последующем движении поршня на участке
торможения С газ в подпоршневом объеме 11 сжимается, при этом создается обратный перепад давления на поршне, который останавливает движущиеся части устройства относительно друг друга, препятствуя их непосредственному соударению. Таким образом происходит демпфирование остаточной энергии. За счет очень сильного сжатия газа под поршнем наличие остаточного давления газа над ним практически не влияет на процесс торможения. При отражении поршня от крайнего положения его энергия снижается не менее чем на порядок, главным образом за счет дросселирования газа через зазоры между штоком и отверстием и между поршнем и цилиндром. Оптимальные зазоры, также как и площадь расширения в средней части цилиндра, подбираются расчетно-экспериментальным путем.
Был изготовлен опытный образец заявляемого устройства, испытания которого подтвердили технический результат.