ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МОЛОТ, АВТОМАТИЧЕСКИЙ, РЕГУЛИРУЕМЫЙ, УНИВЕРСАЛЬНЫЙ
UNIVERSAL AUTOMATIC CONTROLLED HYDRO-PNEUMATIC HAMMER

Изобретение - гидропневматический молот (ГПМ) относится к области машин и механизмов ударного действия, а именно к гидропневматическим ударным устройствам, и предназначено для разработки и изготовления различного типоразмера изделий с большей частотой и регулированием энергии удара в качестве навесного оборудования исполнительных органов строительных и дорожных машин, может применяться в качестве сменного рабочего оборудования к экскаваторам и погрузчикам для рыхления мерзлых грунтов, дробления негабаритов, монолитов, в горно-шахтной промышленности.
В настоящее время промышленность РФ испытывает острый недостаток в отечественном кузнечно-прессовом оборудовании, которое восполняется, в основном, за счет поставок ГШМ (гидроштамповочных молотов) различных типоразмеров из Чехословакии и Германии. Освоение ГПМ позволит восполнить этот недостаток за счет разработки и изготовления отечественных различных типоразмеров ГПШМ) гидропневматических штамповочных молотов) с любой, наперед заданной, энергией удара, а также использования станин и шаботов при ремонте старых изношенных ГШМ, работающих, порой, по 50-70 лет, с заменой или использованием старых рабочих органов после реконструкции на новый типоразмер ГПШМ.
Известно множество технических решений по осуществлению идеи изготовления простого, дешевого в изготовлении и эксплуатации молота, легко и просто регулируемого по энергии и частоте удара, автоматически включающегося работу и выходящего из нее, надежного в работе и легко поддающегося ремонту, но все они имеют те или иные недостатки, которые мешают претворению в жизнь этих решений.
Известно (№2182226, RU, С2) простейшее устройство, но недостатком является ручное включение его в работу и выключение, нет регулировки по энергии и частоте удара. Более сложными являются RU 2117759, 2258138, но им присущи те же недостатки. Серьезным недостатком автоматического RU 2082003 является сложность конструкции, сложность и дороговизна в изготовлении, отсутствие регулировки и сомнительная надежность.
Наиболее близкими по идее конструктивного совершенства ударного механизма являются RU 2059045, 2333317, 1794135, если рассматривать их без шабота, где первый имеет несколько концевиков нажимного действия, второй индуктивные датчики по регулировке длины хода ударника, сложность конструктивного решения, изготовления и надежности тормозят реализации их в жизнь, третий имеет систему датчиков гидровыключателей предельного давления, присоединенных через отверстия к рабочей полости гидроцилиндра.
Данные отверстия будут являться причиной нарушения целостности рабочей поверхности манжетов рабочего поршня по всей длине окружности, т.к. поршень ничем не застрахован от вращения в цилиндре, имеет ручное управление ввода в работу и выхода из нее.
У всех рассмотренных выше примеров наблюдаются
1) отсутствие автоматического включения в работу и выход из нее, кроме 2082003;
2) последние три примера нужно рассматривать как молоты для забивки свай, в которых масса ударников измеряется в тоннах, очень малая частота удара и основную долю энергии удара составляет энергия свободного падения массы ударника;
3) не отвечают принципу универсальности - разрушение породы в направлении вверх и по горизонтали.
Предлагаемое изобретение, см. ФИГ.1, просто в изготовлении и сборке, обладает высокой ремонтопригодностью, надежно в работе, состоит из классического набора деталей для данного вида механизмов и состоит из основного корпуса 7 с собранными в нем и имеющими возможность возвратно-поступательного движения рабочим инструментом 1, ударником 8, штоком 13 и рабочим поршнем 19, сконструированными и собранными над ударником 8 и/или внутри ударника (на чертеже показано пунктирными линиями), рабочим цилиндром 21 с поршнем 19 (на ФИГ. 1 выполненными над корпусом 7), крышкой 24 с патрубком 23 подачи сжатого воздуха из пневмосистемы экскаватора, а также предусмотренной конструктивно, широко применяемой в станкостроении принудительно дозированной системы смазки, состоящей из клапана-дозатора 18, канала 14, канала 10, маслосборной проточки 11, винтовой канавки 9, вакуумной камеры сбора смазки 29, каналом 28 сброса смазки в канал слива масла 30 с калиброванным редукционным клапаном на давление 5-10 ат для сброса излишков и продавливания смазки в канал 3 и в канал слива масла 30, гидронасоса с масляным баком и БУ молота, в который входит датчик массового расхода масла 27 - ДОРМ, электроклапан рабочего режима - ЭКРР, электроклапан взвода ударника - ЭКВУ, пульт управления в кабине оператора, гидропневматический аккумулятор - ГПА с обратным клапаном, являющимися неотъемлемой частью системы управления ГПМ.
Основным элементом системы управления молотом служит датчик объемного расхода масла - ДОРМ - ротационно-шестеренного типа, основой которого являются ротационно-шестеренные (выпускаемые серийно) счетчики расхода газа.
В датчике, вместо цифрового счетного устройства расхода продукта, устанавливаются электромагнитные индукционные датчики. Передаточное отношение шестеренок от ведомого вала к выходному валу отбора мощности подбирается таким, чтобы выходной вал повернулся на 1/2 оборота при продвижении ударника рабочего поршня от НМТ максимально вверх до ВМТ. На шлицах выходного вала установлены два диска с нанесенным на них односторонне фрикционным материалом, между ними установлен подпружиненно управляющий диск с нанесенным на него двусторонне фрикционным материалом, на управляющем диске имеется изготовленный заодно полуцилиндр высотой 10-15 мм для формирования электрического сигнала включения ЭКРР и ЭКВУ, а также ФЛ - флажок 7-10 мм на уровне начала полуцилиндра. На корпусе ДОРМ на уровне вращения полуцилиндра установлены пять индукционных датчиков  2 на включение-выключение ЭКРР и ЭКВУ и три на выключение ЭКВУ с линией задержки повторного включения ЭКВУ на время прохождения ударником расстояния от момента выключения до момента нанесения удара с задержкой повторного включения ЭКВУ на 5-10 мсек после нанесения удара. При разрушении препятствия ударник уходит ниже уровня позиции II и I - отключаются оба ЭКВУ и ЭКРР - молот переходит на XX. Управление электроклапаном рабочего режима ЭКРР и электроклапаном взвода ударника ЭКВУ через пульт управления происходит в зависимости от положения ударника 8 в основном корпусе 7 по высоте, т.е. от объема масла, прошедшего через ДОРМ в камеру 26 и/или вышедшего из нее. ЭКРР, при получении сигнала от ДОРМ, включает гидросистему ГПМ в рабочий режим, перекрывая канал слива масла, направляя поток масла через обратный клапан в гидропневматический аккумулятор - ГПА, (описан в первоначальном описании заявки в конце абзаца 5, в скобках, читаем "гидронасоса, гидропневматического аккумулятора и масляного бака, на чертеже не показано"), для накопления энергии.
При отключении сердечник ЭКРР под действием возвратной пружины с ускорением возвращается назад в свое начальное положение и через специальный толкатель-штангу, жестко закрепленную на торце сердечника электромагнита ЭКРР, ударяет флажок ФЛ 46 (ФИГ.2А) управляющего диска и проворачивает его между двумя подпружиненными дисками в начальную точку отсчета ДОРМ, т.е. выполняется роль автоматического гашения относительной погрешности ДОРМ.
Рассмотрим для примера работу ГПМ с индукционными датчиками электрических сигналов ДОРМ. Датчик имеет пять фиксированных положений подачи сигнала, на ФИГ.2А обозначено римскими цифрами; ФЛ - флажок возвратно-вращающегося управляющего сигналами диска для возврата его в начальную точку отсчета ДОРМ толкателем-штангой 36 ЭКРР при его отключении; I - позиция включения-выключения ЭКРР - 25 мм подъема ударника; II - позиция включения-выключения ЭКВУ - 50 мм подъема ударника; III - позиция выключения ЭКВУ - 200 мм подъема ударника - малый режим; IV - позиция выключения ЭКВУ - 300 мм подъема ударника - средний режим; V - максимальный режим - 400 мм подъема ударника - ручное переключение режимов оператором; гидропневматический аккумулятор - ГПА и обратный клапан, являющиеся неотъемлемой частью системы управления ГПА, аккумулирующие энергию, предназначены для повышения КПД молота, частоты и энергии удара и в совокупности улучшают экономичность и производительность молота.
Данная конструктивная разработка позволяет получить такие положительные качества ГПМ как:
1. Автоматическое включение в работу ГПМ и выход его на XX.
в
ж
в
2. Повышенное давление воздуха в камерах сжатия и рабочее давление масла 250 ат позволяет получить большие усилия Р на систему - рабочий поршень 19 - штоковая поверхность ударника 8 - разрежение в вакуумной камере 29 и при максимальном сжатии должно быть на 10-15% меньше силы Р - давления рабочей жидкости в штоковой камере рабочего цилиндра. Данное условие конструкторской разработки позволяет получить значительную величину Р, т.е. получить большей величины ускорение и конечную скорость ударника, что позволяет значительно снизить массу ударника при получении удара такой же энергии, как и у прототипов, повысить частоту ударов, а значит, и повысить производительность.
3. Автоматическое включение и выключение работы ГПМ, регулировка энергии и частоты удара индукционной системой управления и накопительной системой энергии, дозированная система смазки значительно улучшают условия работы молота и оператора.
4. Уменьшение массы ударника и увеличение воздействующей силы на ударник позволяет значительно увеличить частоту удара ГПМ, т.е. выйти из резонансной частоты стрелы и самого экскаватора, что значительно увеличивает срок его службы.
в
5. Использование значительной силы P позволяет использовать универсальность ГПМ, т.е. использование возможности нанесения ударов вниз, по горизонтали, вверх, а герметичность ГПМ позволяет использовать его как на земле, так и под водой.
Описание ГПМ по ФИГ.1
1. Рабочий инструмент.
2. Фторопластовые манжеты.
3. Проточка сбора масла для сброса в канал слива масла.
4. Выемка (стопорная) в шейке рабочего инструмента.
5. Стопор.
6. Односторонний сальник.
7. Корпус молота.
8. Ударник.
9. Винтовая канавка
10. Отверстие выхода смазки.
11. Проточка на ударнике для выхода смазки.
12. Манжеты.
13. Шток.
14. Канал прохода смазки.
15. Камера сжатия воздуха.
16. Канал соединительный камер сжатия.
17. Манжеты.
18. Клапан-дозатор.
19. Рабочий поршень с манжетами.
20. Поршневая камера сжатия.
21. Корпус рабочего цилиндра.
22. Канал соединительный камер сжатия.
23. Патрубок соединения с пневмосистемой экскаватора.
24. Корпус крышки камеры сжатия.
25. Камера сжатия.
26. Камера тормозная, штоковая рабочая.
27. ДОРМ.
28. Канал сброса смазочного масла ударника с обратным клапаном.
29. Камера сбора смазки ударника, вакуумная.
30. Канал слива масла.
На ФИГ.2 и 2А даны графические изображения примерной компоновки БУ, непосредственно закрепленного на корпусе ГПМ и пульт управления, вынесенный в салон оператора.
31. Роторы ДОРМ.
32. Корпус ДОРМ.
33. Каналы выхода масла на слив.
34. Золотник ЭКРР.
35. Подача масла от гидронасоса.
36. Толкатель-штанга.
37. Электромагнитная катушка ЭКРР.
38. Обратный клапан,
39. Электромагнитная катушка ЭКВУ.
40. Корпус ЭКВУ.
41. Корпус ЭКРР.
42. Индукционные датчики положения ударника в корпусе.
43. Ведущая шестерня ДОРМ.
44. Тормозной диск управляющего диска.
45. Шлицевой валик.
46. Флажок возврата управляющего диска в начальное положение.
47. Ведомая шестерня диска управления.
48. Полуцилиндр диска управления.
1) В статике рабочий инструмент 1, ударник 8 со штоком 13 и рабочим поршнем 19 находятся в крайнем нижнем положении - НМТ, камеры сжатия 15, 20, 25 заполнены сжатым до рабочего давления воздухом через патрубок 23 из пневмосистемы экскаватора, маслонасос включен и работает на XX. Напряжение питания 12В подано в БУ, ЭКРР выключен и масло уходит через канал слива масла в масляный бак. ЭКВУ выключен, т.е. масляный канал в штоковую рабочую полость 26 из ГПА закрыт, рабочая полость 26 напрямую соединена с каналом слива масла 30 и ФЛ по ФИГ.2А находится в начальной точке отсчета ДОРМ.
2) Молот направлен и нажат на препятствие; рабочий инструмент 1 с ударником 8, штоком 13 и рабочим поршнем 19 подняты вверх на 25 мм, создавая разрежение в камере торможения - штоковой полости 26 рабочего цилиндра - и за счет присутствия давления в канале слива 30, находящемся в непосредствен ной близости от ДОРМ, и созданного разрежения в камере 26 масло через ДОРМ всасывается в рабочую полость 26, заставляя вращаться роторы ДОРМ и соответственно управляющий диск с полуцилиндром ФЛ уходит на позицию I, включается ЭКРР, который перекрывает выход масла в канал слива масла 30 и направляет его через обратный клапан в ГПА, выход масла в рабочую полость 26 перекрыт ЭКВУ и ГПА аккумулирует энергию маслонасоса, накапливая масло и поднимая давление до рабочего давления ГПА, гидронасоса и настройки редукционного (предохранительного) клапана.
3
3) Молот продолжает нажим на препятствие, рабочий поршень 19, поднимаясь вверх на 50 мм, всасывает масло в рабочую полость 26, вращая роторы, и полуцилиндр включает позицию II, включается ЭКВУ; открывается вход масла в полость 26 и перекрывается канал слива масла 30, ударник 8 под большим давлением масла из ГПА с большим ускорением поднимается вверх, т.к. идет расход масла повышенного давления, накопленного в ГПА и от маслонасоса до уравновешивания давлений, ФЛ проходит позиции III, IV, V и включает ту позицию, которую включил оператор вручную на пульте управления, одновременно происходит еще большее сжатие воздуха в камерах сжатия 15, 20, 25 и создается разрежение в вакуумной камере 29. При резком подъеме давления в камере 26 производится нажим на клапан-дозатор 18, который посылает в систему смазки ударника 1-1,5 см масла, которое по каналу 14 поступает в проточку 11, из нее по винтовой канавке 9 по всей поверхности ударника 8 производит смазку рабочих поверхностей ударника 8 и цилиндра 7 при ходе ударника вверх - вниз, масло скапливается в вакуумной камере 29. Часть смазки продавливается через односторонний сальник 6 для смазки инструмента 1 и дальше через канавку сбора масла 3 направляется через фильтр (не указан на ФИГ. 1) в канал слива масла 30 в масляный бак, остальная часть масла через редукционный клапан 28 поступает в канал слива в бак. Таким образом, осуществляется автоматическая смазка трущихся поверхностей ударника, корпуса и инструмента, уменьшается износ и повышается надежность ГПМ с увеличением его моторесурсов.
4) После включения позиции (выбранного оператором режима), т.е. выключения ЭКВУ, перекрывается выход масла в рабочий цилиндр, масло снова накапливается в ГПА для нового взвода ударника. Через открытый канал слива 30 масло устремляется в маслобак под действием сил сжатого воздуха на рабочий поршень, ударник и вакуума вакуумной камеры 29.
5) Ударник наносит удар по рабочему инструменту.
Если порода слабая, то ударник разрушит породу и уйдет в НМТ, ФЛ при обратном движении отключит ЭКВУ и ЭКРР, переведет ГПМ на XX до нового нажатия на препятствие и толкатель-штанга при выключении ЭКРР нажимом на ФЛ произведет гашение погрешности ДОРМ (расход масла на смазку ударника и инструмента), поршень 19, дойдя до тормозной камеры, резко затормозится за счет гидроудара и предотвратит образование наклепа от возможных соударений поршня 19 о крышку корпуса и ударника 8 о днище корпуса.
Если порода крепкая и ударник не смог ее разрушить, то ФЛ не доходит до позиции I и II, снова включается ЭКВУ, циклы повторяются до разрушения породы при постоянном нажиме ГПМ на препятствие.
Для улучшения надежности и гарантии работы ГПМ обязательна установка фильтра тонкой очистки после маслонасоса и магнитные ловушки.