Механический трехступенчатый редуктор для маломощных ручных буровых установок

Область техники
Настоящая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована во всех отраслях народного хозяйства для изменения угловых скоростей и крутящих моментов валов машин и механизмов, в частности, данная полезная модель предназначена для применения в ручной установке для бурения грунта (в мотобуре).
Уровень техники
Подавляющее большинство маломощных двухтактных двигателей используемых на ручных инструментах с бензиновым двигателем, имеют вращение коленчатого вала против часовой стрелки. Все производимые на мировом рынке буровые шнеки для бурения грунта имеют обратное правое вращение, чтобы поднимать землю из отверстия на поверхность. Крутящий момент маломощного двухтактного двигателя не более 4 Нм. Чтобы бурить грунт необходимо увеличить крутящий момент бензинового двигателя в несколько раз и уменьшить рабочие максимальные обороты двигателя, которые равны 8000 оборотам в минуту.
В данный момент времени для этого применяются механические двухступенчатые редукторы, оснащенные зубчатыми колесами с внешним расположением зубьев (с внешним зацеплением), передаточным соотношением 1:30, которые уменьшают вращение двигателя до 260 об/мин и увеличивают крутящий момент, передаваемый от двигателя до 120 Нм. Такие характеристики предоставляют оператору мотобура возможность бурить только легкие грунты 1-2 категории (песчаник, супесь, суглинок). К тому же, бурение с оборотами 260 в минуту, достаточно опасное для бурильщика. Большая скорость вращения бурового шнека вызывает сильные вибрации при бурении и при невнимательном использовании бурильщики могут получить ударные травмы, вывихи и переломы, нанесенные частями мотобура (ручной буровой установки), если например во время работы буровой шнек на большой скорости неожиданно застрянет между камней в грунте. Этот опасный эффект называется обратный удар.
Чтобы увеличить крутящий момент двигателя и понизить скорость вращения бурового шнека нужно увеличить передаточное соотношение редуктора. Для этого необходимо увеличить размер зубчатых колес редуктора (диаметр и количество зубьев) или добавить еще две ступени с зубчатыми колесами. Количество добавленных ступеней должны быть кратным двум, чтобы сохранить правое вращение (по часовой стрелке) бурового шнека.
В этом случае вес редуктора увеличится в несколько раз и такой тяжелый редуктор будет невозможно использовать в ручной установке для бурения грунта (в мотобуре) так, как один или два бурильщика попросту не смогут поднять мотобур вместе с буровым шнеком и грунтом который налипает и поднимается по шнеку из отверстия во время бурения. Также цена редуктора с четырьмя ступенями или более будет дорогой и существенно увеличит стоимость конечного изделия и превратит ручной инструмент в стационарную буровую установку, для перемещения которой необходимо колесное или гусеничное шасси.
Из уровня техники известны различные виды редукторов, предназначенные для изменения угловых скоростей и крутящих моментов валов машин и механизмов (см., например, патент RU 2025626 С1, опубликован 30.12.1994). В известном техническом решении зубчатый редуктор содержит корпус, состоящий из пластин, имеющих сквозные отверстия и кронштейны с консольными осями, на которых в сквозных отверстиях смежных пластин установлены блоки зубчатых колес с внешним и внутренним зацеплениями, причем консольные оси выполнены эксцентрично и с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной к осям блоков. При этом сквозные отверстия и кронштейны смежных пластин сориентированы друг относительно друга так, что межосевые отрезки последующих ступеней пересекаются с межосевыми отрезками предыдущих ступеней под углами, величина которых определена соответствующим соотношением.
Рассматриваемое известное устройство не позволяет его использовать для ручной буровой установки, поскольку содержит всего две ступени и, соответственно, не обеспечит необходимого крутящего момента при низкой скорости вращения выходного вала редуктора.
Раскрытие полезной модели
Целью настоящей полезной модели является получение трехступенчатого редуктора для ручных буровых установок с сохранением правого вращения выходного вала редуктора.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в снижении уровня вибрации и эффекта обратного удара при работе с ручной буровой установкой за счет снижения скорости вращения бурового шнека.
Указанный технический результат достигается тем, что механический трехступенчатый редуктор для маломощных ручных буровых установок, содержащий корпус, с установленным в нем трехступенчатым передаточным механизмом, при этом корпус содержит отверстия для входного и выходного валов трехступенчатого передаточного механизма, причем трехступенчатый передаточный механизм содержит входной вал-шестерню первой ступени, на котором установлена шестерня, имеющая внешнее расположение зубьев и входящая в зацепление с шестерней, установленной на валу-шестерне второй ступени и имеющей внутреннее расположение зубьев, причем на валу-шестерне второй ступени также установлена вторая шестерня, имеющая внешнее расположение зубьев и входящая в зацепление с шестерней, установленной на валу-шестерне третьей ступени и имеющей внешнее расположение зубьев, причем на валу-шестерне третьей ступени также установлена другая шестерня, имеющая внешнее расположение зубьев и входящая в зацепление с шестерней выходного вала редуктора, причем шестерня выходного вала редуктора имеет внешнее расположение зубьев.
На корпусе редуктора установлен механизм блокировки обратного вращения выходного вала редуктора, при этом механизм блокировки обратного вращения содержит храповое колесо, установленное на входном валу-шестерне первой ступени, и рычаг, подвижно установленный на корпусе редуктора для обеспечения блокировки вращения храпового колеса в одну из сторон вращения.
Возможность достижения указанного выше технического результата, а именно, снижение уровня вибрации и эффекта обратного удара при работе с ручной буровой установкой, обеспечивается наличием в редукторе трех ступеней, выполненных в приведенном выше конструктивном исполнении, позволяющих снизить скорость вращения и увеличить крутящий момент, а также наличием механизма блокировки вращения, который при заклинивании вала шнека позволяет без вибрации и эффекта обратного удара привести установку в рабочее состояние.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен общий вид редуктора сверху.
На фиг. 2 представлен общий вид редуктора снизу.
На фиг. 3 представлен чертеж редуктора в разрезе.
Осуществление полезной модели
Предложенный редуктор является трехступенчатым. То есть, добавлена всего одна ступень к обычному двухступенчатому редуктору, но при этом сохранено правое вращение (по часовой стрелке) бурового шнека. Это удалось сделать, применив в первой ступени редуктора зубчатое колесо с внутренним расположением зубьев. Благодаря зубчатому колесу с внутренним расположением зубьев, изменяется вращение остальных зубчатых колес в редукторе в противоположную сторону, сохраняется компактность и низкая стоимость редуктора. Передаточное соотношение редуктора увеличивается почти в пять раз, до 1:143, скорость вращения уменьшается до 50 об/мин, крутящий момент увеличивается до 500 Нм.
В результате получается ручная буровая установка безопасная для бурильщиков т.к. при такой низкой скорости вращения практически полностью исчезает вибрация, эффект обратного удара и опасность ударных травм. И существенно повышаются рабочие возможности ручной буровой установки (мотобура), которая теперь может бурить отверстия в грунте до 4-категории (тяжелая пластичная глина с пгс) и даже в мерзлом грунте. Также в конструкции данного редуктора предусмотрена блокировка обратного вращения, которая позволяет выкрутить в противоположную сторону из отверстия заклинивший во время работы буровой шнек (между камней, между больших корней растений).
Редуктор применяется в ручных буровых установках, (мотобурах) небольшого веса (до 35 кг) и размера, которые управляются только физической силой человека, без дополнительных механизмов.
Согласно фиг. 3, предложенный редуктор состоит из корпуса (5), в котором установлены элементы передаточного механизма. Передаточный механизм представляет собой трехступенчатый редуктор, который включает в себя: вал-шестерню первой ступени (1) (данный вал является входным валом, т.е. валом на который подается крутящий момент от двигателя внутреннего сгорания), вал-шестерню второй ступени (2), вал-шестерню третьей ступени (3), выходной вал (4) для приведения во вращение бурового шнека (к данному валу подсоединяется буровой шнек посредством соответствующего соединения). На валу-шестерне первой ступени (1) установлена шестерня (6) с внешним расположением зубьев. Шестерня (6) вступает в зацепление с шестерней (7) вала-шестерни второй ступени (2). Шестерня (7) представляет собой шестерню с внутренним расположением зубьев и имеет больший диаметр, чем шестерня (6). На валу-шестерне второй ступени (2) также установлена другая шестерня (8), которая обеспечивает передачу крутящего момента на вал-шестерню третьей ступени (3), через установленную на этом валу шестерню (9). Шестерня (9) имеет больший диаметр, чем шестерня (8). При этом шестерни (8) и (9) имеют внешнее расположение зубьев. На валу-шестерне третьей ступени (3) также установлена другая шестерня (10), обеспечивающая передачу крутящего момента от вала-шестерни (3) на выходной вал (4), посредством установленной на выходном валу (4) шестерни (11) с внешним расположением зубьев. Причем диаметр шестерни (11) превышает диаметр шестерни (10), которая также имеет внешнее расположение зубьев.
Предложенный редуктор также содержит механизм блокировки обратного вращения выходного вала редуктора. При этом механизм блокировки обратного вращения содержит храповое колесо (13), установленное на входном валу-шестерне первой ступени (1), и рычаг (12), подвижно установленный на корпусе редуктора для обеспечения блокировки вращения храпового колеса (13) в одну из сторон вращения.