ПНЕВМОУДАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБИВАНИЯ ТРУБ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относятся к строительной технике, а именно к пневмоударным устройствам, и может быть использован для забивания в грунт труб, стержневых элементов, трамбования грунта и т.п.
Известно устройство ударного действия по патенту РФ № 2105881, кл. Е21С 3/24, E02F 5/18, опубл. в БИ № 6 27.02.1998 г., содержащее корпус с впускным и выхлопным отверстиями, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеры прямого и обратного хода, канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода, запорный клапан. На наружной поверхности ударника выполнена кольцевая канавка, на внутренней поверхности корпуса выполнены передний 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.
Все перечисленные признаки известного устройства ударного действия, выбранного в качестве аналога, являются общими с признаками предлагаемых технических решений.
Недостатком этого устройства является небольшая по сравнению с поперечным габаритом машины эффективная площадь ударника со стороны камеры прямого хода, что снижает энергию единичного удара. Вывод: устройство работает неэффективно.
10.01.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство ударного действия по первому варианту исполнения по патенту РФ № 2640602, кл. Е02D7/08, Е 21 В1/38, Е 21 В4/14, опубл. в БИ № 1,2018 г., содержащее корпус с патрубком и впускным и выхлопным/выхлопными отверстиями, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеры прямого и обратного хода, направляющий элемент для ударника, сквозной канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода, запорный клапан. На наружной поверхности ударника в передней его части выполнена кольцевая канавка, корпус содержит наковальню, на внутренней поверхности которой 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. Ограничитель обратного хода ударника выполнен в виде углублений на внутренней поверхности корпуса, а поверхность переднего кольцевого выступа выполнена сферической или конической, упругое кольцо в сечении выполнено прямоугольным или круглым, направляющий элемент для ударника выполнен в виде кольцеобразного ряда выступов на внутренней поверхности корпуса или на наружной поверхности ударника. При этом устройство имеет дополнительную камеру прямого хода, дополнительный запорный клапан, дополнительную кольцевую канавку, задний кольцевой выступ, выполненный на внутренней поверхности задней части корпуса. Дополнительная камера прямого хода образована корпусом, наружной поверхностью патрубка и дополнительным запорным клапаном, выполненным в виде упругого кольца, установленного в дополнительной кольцевой канавке в задней части ударника с возможностью взаимодействия с цилиндрической поверхностью корпуса, а выхлопное/выхлопные отверстия расположены в задней боковой части корпуса. На наружной поверхности патрубка выполнен кольцеобразный ряд впадин, а на внутренней поверхности ударника – кольцевая впадина, при этом патрубок установлен с возможностью взаимодействия своей наружной поверхностью с внутренней поверхностью ударника. Устройство имеет клапан отсечки, выполненный в виде упругого кольца, кольцевую ступенчатую канавку в патрубке, отверстие/отверстия в патрубке, при этом клапан отсечки установлен в кольцевой ступенчатой канавке в задней части камеры прямого хода с возможностью взаимодействия наружной поверхностью упругого кольца с внутренней поверхностью патрубка, а отверстие/отверстия в патрубке расположены в его торцевом выступе для сообщения камеры прямого хода с дополнительной камерой прямого хода.
Общими признаками известного устройства ударного действия по первому варианту исполнения, выбранного в качестве прототипа, и заявленного технического решения являются: корпус с патрубком и впускным и выхлопным/выхлопными отверстиями, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеры прямого и обратного хода, направляющий элемент для ударника, сквозной канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода, запорный клапан. На наружной поверхности ударника в передней его части выполнена кольцевая канавка, корпус содержит наковальню, на внутренней поверхности которой 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. Ограничитель обратного хода ударника выполнен в виде углублений на внутренней поверхности корпуса. Поверхность переднего кольцевого выступа выполнена сферической или конической, упругое кольцо в сечении выполнено прямоугольным или круглым, направляющий элемент для ударника выполнен в виде кольцеобразного ряда выступов на внутренней поверхности корпуса или на наружной поверхности ударника. При этом устройство имеет дополнительную камеру прямого хода, дополнительный запорный клапан, дополнительную кольцевую канавку, задний кольцевой выступ, выполненный на внутренней поверхности задней части корпуса. Дополнительная камера прямого хода образована корпусом, наружной поверхностью патрубка и дополнительным запорным клапаном, выполненным в виде упругого кольца, установленного в дополнительной кольцевой канавке в задней части ударника с возможностью взаимодействия с цилиндрической поверхностью корпуса, а выхлопное/выхлопные отверстия расположены в задней боковой части корпуса.
Недостатком этого устройства по первому варианту исполнения является относительно большая величина эффективной площади ударника со стороны камеры прямого хода по сравнению с эффективной площадью ударника со стороны камеры обратного хода, что значительно влияет на сопротивление ударника при обратном ходе, т.к. при этом камера прямого хода находится под давлением сжатого воздуха. Сопротивление перемещению ударника снижает частоту ударов и, соответственно, ударную мощность устройства. Конструкция данного устройства не позволяет существенно уменьшить эффективную площадь ударника со стороны камеры прямого хода и увеличить площадь дополнительной камеры прямого хода при неизменной площади поперечного сечения устройства, т.к. в задней части камеры прямого хода установлен клапан отсечки в виде упругого кольца, обеспечивающего дозированную подачу сжатого воздуха в дополнительную камеру прямого хода. Таким образом, устройство работает неэффективно.
Проблема заключается в повышении эффективности работы пневмоударного устройства для забивания труб за счет повышения частоты ударов и, как следствие, ударной мощности устройства путем уменьшения времени обратного хода ударника при повышении надежности работы за счет исключения возможного заклинивания ударника на патрубке и вредного влияния ударной нагрузки от ударника и корпуса устройства на детали трубопроводной арматуры (патрубка, распределительной втулки).
Поставленная проблема решается следующим образом. Предлагается пневмоударное устройство для забивания труб (далее - устройство), включающее корпус с впускным и выхлопными отверстиями, патрубок, установленный в корпусе с возможностью перемещения ударник, камеры прямого и обратного хода, направляющий элемент для ударника, сквозной канал в ударнике для сообщения камер прямого и обратного хода, запорный клапан. На наружной поверхности ударника в передней его части выполнена кольцевая канавка, корпус содержит наковальню, на внутренней поверхности которой 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. Ограничитель обратного хода ударника выполнен в виде углублений на внутренней поверхности корпуса. Поверхность переднего кольцевого выступа выполнена конической, упругое кольцо в сечении выполнено прямоугольным, направляющий элемент для ударника выполнен в виде кольцеобразного ряда выступов на наружной поверхности ударника, устройствоимеет дополнительную камеру прямого хода, дополнительный запорный клапан, дополнительную кольцевую канавку, задний кольцевой выступ, выполненный на внутренней поверхности задней части корпуса. Дополнительная камера прямого хода образована корпусом, наружной поверхностью патрубка и дополнительным запорным клапаном, выполненным в виде упругого кольца, установленного в дополнительной кольцевой канавке в задней части ударника с возможностью взаимодействия с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, а выхлопные отверстия расположены в боковой части корпуса. Согласно техническому решению устройство имеет в задней части корпуса распределительную втулку, упругую втулку, поперечную перегородку корпуса, накопительную камеру, клапан отсечки, отверстия в стенке распределительной втулки для подачи сжатого воздуха в накопительную камеру, при этом в поперечной перегородке есть отверстие для сообщения накопительной камеры с дополнительной камерой прямого хода, причем верхняя часть патрубка соединена с нижней частью распределительной втулки, посаженой в отверстие упругой втулки, которая установлена во внутренней задней части корпуса. Накопительная камера образована внутренней боковой поверхностью корпуса, поверхностью поперечной перегородки, наружной поверхностью патрубка, нижней поверхностью распределительной втулки, торцевой частью упругой втулки, верхней поверхностью клапана отсечки, установленного на наружной поверхности патрубка с возможностью осевого смещения по нему и взаимодействия нижним торцом с ударником через отверстие в поперечной перегородке, а верхним торцом – с распределительной втулкой.
Наличие в задней части корпуса распределительной втулки, упругой втулки, поперечной перегородки с отверстием в задней части корпуса, накопительной камеры, клапана отсечки, отверстий в стенке распределительной втулки для подачи сжатого воздуха в накопительную камеру, позволяет уменьшить эффективную площадь ударника со стороны камеры прямого хода и соответственно снизить сопротивление, действующее на ударник при его обратном ходе от давления сжатого воздуха в этой камере, и тем самым уменьшить время обратного хода ударника и соответственно повысить частоту ударов и, как следствие, ударную мощность устройства.
Наличие упругой втулки позволяет исключить возможное заклинивание ударника на патрубке и снизить требования к точности изготовления деталей патрубка, распределительной втулки, корпуса и ударника, в частности, это позволяет увеличить допуски по обеспечению соосности этих деталей. Также наличие упругой втулки исключает вредное воздействие ударной нагрузки от ударника и корпуса устройства на патрубок и распределительную втулку. Это повышает надежность работы устройства и технологичность его изготовления.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения пневмоударного устройства для забивания труб и чертежами фиг.1-2, где на фиг.1 изображен продольный разрез машины, когда ударник находится в передней части корпуса; на фиг.2 изображен продольный разрез машины в момент хода ударника в задней части корпуса, при впуске сжатого воздуха в дополнительную камеру прямого хода.
Пневмоударное устройство для забивания труб содержит корпус 1 (фиг.1) с патрубком 2, ударник 3, установленный в корпусе 1 с возможностью перемещения, камеру 4 прямого хода, образованную патрубком 2 и ударником 3, камеру 5 обратного хода, запорный клапан 6, наковальню 7, передний кольцевой выступ 8, ограничитель обратного хода в виде углублений 9, направляющий элемент 10 для ударника 3. Корпус 1 содержит наковальню 7, на внутренней поверхности которой выполнены передний кольцевой выступ 8 поверхность 11 и ограничитель обратного хода. Запорный клапан 6 выполнен в виде упругого кольца, установленного в кольцевой канавке 12 ударника 3 на наружной поверхности его передней части с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью 11 корпуса 1. Впускной канал 13 сообщен с камерой 5 обратного хода через канал 14 в патрубке 2, камеру 4 прямого хода, сквозной канал 15 в ударнике 3 для сообщения камер прямого и обратного хода. Поверхность переднего кольцевого выступа 8 выполнена конической, упругое кольцо в сечении выполнено прямоугольным, направляющий элемент 10 для ударника выполнен в виде кольцеобразного ряда выступов 30 на наружной поверхности ударника 3.
Устройство имеет в задней части корпуса 1 накопительную камеру 16, распределительную втулку 17, упругую втулку 18, дополнительную камеру 19 прямого хода, поперечную перегородку 20 корпуса 1, впускные отверстия 21 для подачи сжатого воздуха в накопительную камеру 16, дополнительный запорный клапан 22, клапан 23 отсечки, отверстие 24 поперечной перегородке 20 для сообщения накопительной камеры 16 с дополнительной камерой 19 прямого хода, дополнительную кольцевую канавку 25, задний кольцевой выступ 26, выхлопные отверстия 27, выполненные на боковой поверхности корпуса 1. Дополнительная камера 19 прямого хода образована корпусом 1, наружной поверхностью патрубка 2, поперечной перегородкой 20, клапаном 23 отсечки и дополнительным запорным клапаном 22, выполненным в виде упругого кольца, установленного в дополнительной кольцевой канавке 25 в задней части ударника 3 с возможностью взаимодействия с внутренней цилиндрической поверхностью 28 корпуса 1. Задний кольцевой выступ 26 выполнен на внутренней поверхности задней части корпуса 1.
Накопительная камера 16 образована внутренней боковой поверхностью корпуса 1, поверхностью поперечной перегородки 20, наружной поверхностью патрубка 2, нижней поверхностью распределительной втулки 17, торцевой частью упругой втулки 18, верхней поверхностью клапана 23 отсечки, установленного на наружной поверхности патрубка 2 с возможностью осевого смещения по нему и взаимодействия нижним торцом с ударником 3 через отверстие 24 в поперечной перегородке 20, а верхним торцом – с распределительной втулкой 17. Клапан 23 отсечки установлен на наружной поверхности патрубка 2 с возможностью осевого смещения по нему и взаимодействия нижним торцом с ударником 3 через отверстие 24 в поперечной перегородке 20, а верхним торцом – с торцом 29 распределительной втулки 17. Ударник 3 установлен с возможностью взаимодействия с наковальней 7 и имеет кольцеобразный ряд выступов 30 на наружной поверхности для выхлопа сжатого воздуха через выхлопные отверстия 27 из камеры 5 обратного хода.
Пневмоударное устройство для забивания труб работает следующим образом. Перед включением устройства ударник 3 уперт в наковальню 7 (фиг.1), запорный клапан 6 находится в соприкосновении с внутренней поверхностью 11 корпуса 1, клапан 23 отсечки находится в нижнем положении, как показано на фиг. 1. При подаче сжатого воздуха через впускной канал 13, канал 14 в патрубке 2, камеру 4 прямого хода, сквозной канал 15 в ударнике 3, он поступает в камеру 5 обратного хода, и в ней повышается давление. Одновременно с этим сжатый воздух через впускные отверстия 21, поступает в накопительную камеру 16, и в ней повышается давление. Под действием давления в камере 5 обратного хода упругое кольцо запорного клапана 6 прижимается к верхней поверхности кольцевой канавки 12 ударника 3. Под действием давления в камере 5 обратного хода за счет разности эффективных площадей ударника 3 со стороны камер 5 и 4 ударник 3 перемещается в верхнее по чертежу положение (фиг. 2). При прохождении запорным клапаном 6 (фиг.1) углублений 9 происходит сброс давления сжатого воздуха из камеры 5 обратного хода через эти углубления 9, кольцеобразный ряд выступов 30 на наружной поверхности ударника 3, выхлопные отверстия 27. В этот момент давление на внутреннюю поверхность (позиция не обозначена) запорного клапана 6 уменьшается и под действием упругих сил запорный клапан 6 сжимается. Далее ударник 3 движется вверх и упругое кольцо дополнительного запорного клапана 22 приходит в соприкосновение с внутренней цилиндрической поверхностью 28 корпуса 1 - происходит запирание дополнительной камеры 19 прямого хода. Одновременно с этим ударник 3 воздействует на клапан 23 отсечки, смещая его вверх и открывая доступ сжатому воздуху из накопительной камеры 16 в дополнительную камеру 19 прямого хода через отверстие 24 в поперечной перегородке 20. С момента запирания дополнительным запорным клапаном 22 дополнительной камеры 19 прямого хода в ней повышается давление. Под действием давления упругое кольцо дополнительного запорного клапана 22 прижимается к нижней (по чертежу) поверхности кольцевой канавки 25 ударника 3. При этом давление сжатого воздуха действует на внутреннюю поверхность (позиция не показана) упругого кольца дополнительного запорного клапана 22 и происходит его растяжение и прижатие наружной поверхностью (позиция не показана) к внутренней цилиндрической поверхности 28 корпуса 1. Под действием давления в камере 4 прямого хода и дополнительной камере 19 прямого хода ударник 3 перемещается в нижнее по чертежу положение. При прохождении дополнительным запорным клапаном 22 выхлопных отверстий 27 происходит сброс давления сжатого воздуха из дополнительной камеры 19 прямого хода. В этот момент давление на внутреннюю поверхность (поз. не обозначена) дополнительного запорного клапана 22 уменьшается и под действием упругих сил он сжимается. Одновременно под действием перепада давления в дополнительной камере 19 прямого хода и накопительной камере 16 клапан 23 отсечки перемещается вниз и перекрывает доступ сжатому воздуху в дополнительную камеру 19 прямого хода из накопительной камеры 16. Далее ударник 3 движется вниз и наносит удар по наковальне 7, при этом упругое кольцо запорного клапана 6 приходит в соприкосновение с внутренней поверхностью 11 корпуса 1 - происходит запирание камеры 5 обратного хода и наполнение камеры 5 обратного хода сжатым воздухом из магистрали через впускной канал 13, канал 14, камеру 4 прямого хода, сквозной канал 15. Затем цикл повторяется.