УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
IMPACT ACTION DEVICE

Изобретение относится к горной и строительной технике, а именно к пневмоударным устройствам, и может быть использовано для проходки скважин в грунте, разрушения горных пород, забивания стержневых элементов в грунт, трамбования грунта и т.п.
Известно устройство ударного действия (патент РФ №2105881, кл. Ε21С 3/24, E02F 5/18, опубл. в БИ №6 за 1998 г.), содержащее корпус с впускным и выхлопным отверстиями, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеры прямого и обратного хода, сквозной канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода, запорный клапан. На наружной поверхности ударника выполнена кольцевая канавка, на внутренней поверхности корпуса выполнены кольцевой выступ и ограничитель обратного хода, а запорный клапан выполнен в виде упругого кольца, установленного в кольцевой канавке ударника с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса. Ограничитель обратного хода ударника выполнен в виде пазов на внутренней цилиндрической поверхности корпуса, а поверхность кольцевого выступа выполнена сферической или конической, упругое кольцо в сечении выполнено прямоугольным или круглым. Устройство снабжено направляющим элементом для ударника, выполненным в виде кольцеобразного ряда выступов на внутренней поверхности корпуса или на наружной поверхности ударника, при этом корпус снабжен наковальней, а кольцевой выступ и ограничитель обратного хода выполнены на внутренней поверхности наковальни.
Недостатком известного устройства является непроизводительный расход сжатого воздуха в результате его выхлопа в атмосферу через сквозной канал в ударнике во время его прямого хода.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство ударного действия (патент РФ №2549643, кл. Е21В 4/14, Е21В 1/38, Е21В 1/30, E02F 7/10, опубл. 27.04.2015, прототип), включающее корпус с патрубком, имеющим впускное отверстие, и выхлопным/выхлопными отверстиями в задней части, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеру прямого хода, образованную патрубком и ударником, и камеру обратного хода, канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода и запорный клапан. На наружной поверхности ударника в передней его части выполнена кольцевая канавка, а корпус содержит наковальню. На внутренней поверхности корпуса выполнены передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода ударника. Запорный клапан выполнен в виде упругого кольца, установленного в указанной кольцевой канавке ударника с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса. Наковальня, передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода ударника выполнены в средней части корпуса, упругое кольцо запорного клапана установлено с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью средней части корпуса. Корпус в передней части имеет накопительную камеру сжатого воздуха с размещенным в ней клапаном отсечки. Камера прямого хода сообщена с камерой обратного хода через эту накопительную камеру, для чего последняя снабжена центральной трубкой, пропущенной в указанный канал ударника через отверстие в наковальне для подачи сжатого воздуха из накопительной камеры в камеру обратного хода, а центральная трубка имеет отверстие для подачи сжатого воздуха в накопительную камеру из магистрали. Клапан отсечки установлен на наружной поверхности центральной трубки с возможностью осевого смещения по ней и взаимодействия верхним торцом с ударником через указанное отверстие в наковальне, а нижним торцом - с буртиком наружной поверхности указанной трубки.
Недостатком этого устройства является неспособность по команде оператора совершать удары по противоположной наковальне внутренней торцевой стенке корпуса. Это не позволяет пневмопробойнику в скважине двигаться в обратную сторону к устью скважины. Отсутствие реверсивного легко управляемого пневмопробойника значительно снижает производительность таких работ, повышает трудоемкость.
Технической задачей предлагаемого устройства ударного действия является повышение эффективности работы устройства ударного действия за счет обеспечения в его конструкции возможности легкоуправляемого реверсивного режима работы путем внедрения двух управляемых каналов сжатого воздуха в камеры прямого и обратного хода.
Поставленная задача решается следующим образом: устройство ударного действия, включающее корпус с патрубком, имеющим впускное отверстие, и выхлопным/выхлопными отверстиями в стенке задней части, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода и запорный клапан, при этом на наружной поверхности ударника в передней его части выполнена кольцевая канавка, а корпус содержит наковальню, причем на внутренней поверхности корпуса выполнены передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода ударника, а запорный клапан выполнен в виде упругого кольца, установленного в указанной кольцевой канавке ударника с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса, при этом наковальня, передний кольцевой выступ и ограничитель обратного хода ударника выполнены в средней части корпуса, упругое кольцо запорного клапана установлено с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью средней части корпуса, при этом корпус в передней части имеет накопительную камеру сжатого воздуха с размещенным в ней клапаном отсечки, причем камера прямого хода сообщена с камерой обратного хода через эту накопительную камеру, для чего последняя снабжена центральной трубкой, пропущенной в указанный канал ударника через отверстие в наковальне для подачи сжатого воздуха из накопительной камеры в камеру обратного хода, а центральная трубка имеет отверстие для подачи сжатого воздуха в накопительную камеру из магистрали, при этом клапан отсечки установлен на наружной поверхности центральной трубки с возможностью осевого смещения по ней и взаимодействия верхним торцом с ударником через указанное отверстие в наковальне, а нижним торцом - с буртиком наружной поверхности указанной трубки, согласно изобретению камера прямого хода образована патрубком, ударником и наружной поверхностью центральной трубки и не сообщена с накопительной камерой и камерой обратного хода, центральная трубка пропущена через камеру прямого хода до магистрали, причем устройство ударного действия имеет два крана для подачи сжатого воздуха в камеру прямого хода через патрубок и в камеру обратного хода через центральную трубку.
Указанная совокупность признаков обеспечивает возможность по команде оператора реверсивного режима работы устройства ударного действия за счет управления подачей сжатого воздуха в камеры прямого и обратного хода с помощью магистральных кранов, тем самым повышается эффективность его работы.
Целесообразно ограничитель обратного хода ударника выполнить в виде пазов на внутренней поверхности средней части корпуса, а на наружной поверхности ударника выполнить кольцеобразный ряд впадин. Это позволяет выполнить среднюю часть корпуса цельной, обеспечивая выхлоп через выхлопное/выхлопные отверстия в стенке задней части корпуса, что необходимо при использовании устройства ударного действия для проходки скважин в грунте.
Целесообразно поверхность переднего кольцевого выступа выполнить сферической, что обеспечивает надежное запирание рабочей камеры за счет плавного растяжения запорного клапана.
Целесообразно поверхность переднего кольцевого выступа выполнить конической. Кроме надежного запирания камеры обратного хода, такая форма поверхности улучшает технологичность изделия.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства ударного действия и чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез устройства с запорным клапаном квадратного сечения с кольцеобразным рядом впадин на наружной поверхности ударника; на фиг. 2 изображен продольный разрез устройства (слева от оси в момент начала выхлопа, справа от оси - в момент удара по торцевой поверхности задней части корпуса).
Устройство ударного действия (далее - устройство) содержит корпус 1 (фиг. 1) с патрубком 2, ударник 3, установленный в корпусе 1 с возможностью перемещения, камеру 4 прямого хода, образованную патрубком 2, ударником 3 и наружной поверхностью центральной трубки 5, камеру 6 обратного хода, запорный клапан 7, клапан 8 отсечки (далее - клапан 8). Корпус 1 имеет в передней части накопительную камеру 9, в которой размещен клапан 8. Наковальня 10, передний кольцевой выступ 11 и ограничитель обратного хода, например, в виде пазов 12, выполнены в средней части корпуса 1 (пунктиром показаны линии раздела корпуса 1 на части), а направляющий элемент 13 для ударника 3 - в задней части корпуса 1. Камера 6 обратного хода образована передней частью ударника 3, наковальней 10, внутренней поверхностью 14 средней части корпуса 1 и запорным клапаном 7, выполненным в виде упругого кольца, установленного в кольцевой канавке 15 ударника 3 на наружной поверхности его передней части с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью 14 средней части корпуса 1. Магистраль 16 сообщена с камерой 6 обратного хода через центральную трубку 5, накопительную камеру 9 для сжатого воздуха, которая обеспечивает камеру 6 обратного хода необходимым количеством сжатого воздуха при обратном ходе ударника 3. Для этого центральная трубка 5 пропущена через отверстие 17 в наковальне 10 в канал 18 ударника 3, в которой выполнено отверстие 19 для подачи сжатого воздуха в накопительную камеру 9 из магистрали 16. Клапан 8 установлен на наружной поверхности центральной трубки 5 с возможностью осевого смещения по ней и взаимодействия верхним торцом с ударником 3 через отверстие 17 в наковальне 10 для подачи сжатого воздуха из накопительной камеры 9 в камеру 6 обратного хода, а нижним торцом - с буртиком 20 центральной трубки 5.
В патрубке 2 выполнено впускное отверстие 21 в камеру 4 прямого хода и отверстие 22, через которое пропущена центральная трубка 5, соединенная с магистралью 16, а выхлопное/выхлопные отверстия 23 выполнены в стенке задней части корпуса 1.
Магистраль 24 сообщена с камерой 4 прямого хода через впускное отверстие 21 в патрубке 2. Магистрали 16 и 24 имеют пусковые краны 25 и 26 соответственно.
Ударник 3 установлен с возможностью взаимодействия с наковальней 10, средней частью корпуса 1 и направляющим элементом 13.
Устройство может иметь кольцеобразный ряд впадин 27 на наружной поверхности ударника 3 для выхлопа сжатого воздуха через выхлопное/выхлопные отверстия 23.
Устройство ударного действия работает следующим образом.
Перед включением устройства ударник 3 уперт в наковальню 10 (фиг. 1), запорный клапан 7 находится в соприкосновении с внутренней поверхностью 14 средней части корпуса 1, клапан 8 находится в соприкосновении с буртиком 20 центральной трубки 5. При включении пусковых кранов 25 и 26 сжатый воздух из магистрали 24 через впускное отверстие 21 поступает камеру 4 прямого хода, а из магистрали 16, в центральную трубку 5, отверстие 19 в центральной трубке 5, накопительную камеру 9, отверстие 17 в наковальне 10 поступает в камеру 6 обратного хода, и в ней повышается давление. Под действием давления упругое кольцо запорного клапана 7 растягивается и прижимается наружной поверхностью к внутренней поверхности 14 и поверхности переднего кольцевого выступа 11. Одновременно с этим упругое кольцо запорного клапана 7 давлением прижимается к верхней (по фиг. 1, 2) поверхности кольцевой канавки 15 ударника 3. Под действием давления в камере 6 обратного хода за счет разности эффективных площадей ударник 3 перемещается в верхнее (по чертежу) положение.
При прохождении запорным клапаном 7 пазов 12 (фиг. 2 - слева от оси) происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры 6 обратного хода через кольцеобразный ряд впадин 27 на наружной поверхности ударника 3 для выхлопа сжатого воздуха через выхлопное/выхлопные отверстия 23.
В этот момент давление на внутреннюю поверхность (не обозначена) запорного клапана 7 уменьшается и под действием упругих сил запорный клапан 7 сжимается. Одновременно под действием перепада давления в камере 6 обратного хода и накопительной камере 9 клапан 8 перемещается вверх и перекрывает доступ сжатому воздуху в камеру 6 обратного хода из накопительной камеры 9.
Далее под действием давления в камере 4 прямого хода ударник 3, не встречая сопротивления со стороны камеры 6 обратного хода, ускоренно движется вниз и наносит удар по наковальне 10.
В момент перед ударом наружная поверхность запорного клапана 7 соприкасается с поверхностью 14 средней части корпуса 1, а ударник 3 воздействует на клапан 8, смещая его вниз и открывая доступ сжатому воздуху из накопительной камеры 9 в камеру 6 обратного хода через отверстие 17 в наковальне 10. Затем цикл повторяется.
При включении реверсивного режима работы ударник 3 совершает более мощные удары по торцевой поверхности задней части корпуса 1 в зоне выхлопных окон 23. Для этого необходимо уменьшить до соответствующей величины подачу сжатого воздуха в камеру 4 прямого хода с помощью пускового крана 26. При этом скорость движения ударника на обратном ходе будет выше его скорости при прямом ходе (к наковальне 10), в результате энергия удара по торцевой поверхности задней части корпуса будет выше. Тем самым подтверждается, что устройство может работать в обычном режиме и в режиме реверсивного хода ударника.