ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ УЗЕЛ

Пневматический ударный узел
Предполагаемая полезная модель относится к созданию строительной техники, а именно, к устройствам для образования скважин в грунте, забивки шпунта, трамбования грунта, ремонта подземных трубопроводов и т.д.
Известно Устройство для пробивания скважин в грунте (см..например, а.с. СССР № 1533382 Е 02 F 5/18, 1983 г.), содержащее корпус с размещенным в нем ударником, имеющим осевое отверстие, воздухораспределительную втулку с глухим отверстием, с впускным и выхлопным каналами, камеру рабочего хода, воздухораспределительную трубку с окнами, установленную в отверстии ударника и отверстии воздухораспределительной втулки с возможностью осевого перемещения, и дополнительную воздухораспределительную трубку, размещенную в глухом отверстии воздухораспределительной втулки, причем дополнительная трубка постоянно сообщена с камерой рабочего хода и жестко соединена в осевом направлении с воздухораспределительной трубкой. Кроме того, дополнительная воздухораспределительная трубка закреплена на наружной поверхности воздухораспределительной трубки и еще дополнительная воздухораспределительная трубка может быть закреплена на внутренней поверхности воздухораспределительной трубки.
Недостатком известного технического рещения является сложность конструктивного исполнения и ограниченные возможности по производительности из-за невозможности повышения энергии единичного удара в скважинах диаметром 130-150 мм, в которых наиболее эффективно идет процесс образования скважин в грунте.
МПК6:Е02Р5/18
Наиболее близким по технической сущности является устройство пробивания скважин в грунте (см. например, ас. СССР № 1308718 Е 02F 5/18, БИ №17, 1987), содержащее корпус с размещенным в нем ступенчатым ударником с осевым отверстием и расточкой, выполненной в отверстии, воздзосораспределительную втулку с выхлопными каналами, соединенную со шлангом, камеру рабочего хода, постоянно соединенную с выпускным каналом втулки, воздухораспределительную трубку с кольцевым выступом, расположенную с возможностью осевого перемещения между ударником и втулкой, причем в воздухораспределительной втулке выполнено отверстие, сообщенное с выхлопным каналом втулки, при этом воздухораспределительная трубка размещена в глухом отверстии, а в ее стенке выполнены окна. Кроме того, в воздухораспределительной трубке -установлена неподвижная трубка с окнами, закрепленная в воздухораспределительной втулке и размещенная в осевом отверстии ударника. Воздухораспределительная трубка может быть выполнена в виде стакана, закрытый торец которого размещен в глухом отверстии воздухораспределительной втулки.
Недостатком известного технического рещения является сложность конструктивного оформления, что снижает надежность работы. Кроме того, в нем ограниченна ударная мощность для небольщих диаметров пневмопробойников, в которых наиболее эффективен процесс проходки скважин в грунте.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является упрощение конструкции, повыщение надежности работы и увеличение производительности .
Поставленная задача решается тем, что в пневматическом ударном узле, включающем цилиндрический корпус, с герметично перекрытыми торцами посредством заднего и переднего торцевых элементов, ступенчатый ударник с центральным отверстием, размещенный в цилиндрической части
корпуса, рабочей камеры, образованной между ступенчатым ударником и задним торцевым элементом, патрубок в заднем торцевом элементе с источником сжатого воздуха, постоянно соединенный с рабочей камерой, камеру обратного хода, образованной между ступенчатым ударником и передним торцевым элементом, заднюю камеру, выполненную между ступенчатым ударником и выступом цилиндрического корпуса, которая постоянно соединена с атмосферой, воздухораспределительную трубку, размещенную в центральном отверстии ступенчатого ударника с возможностью герметичного возвратно - поступательного перемещения в нем, выполненную с окнами и кольцевым выступом на ее наружьюй поверхности, согласно техническому рещению, в заднем и переднем торцевых элементах цилиндрического корпуса выполнены центральные отверстия, в которых размещены концы воздухораспределительной трубки с возможностью герметичного возвратно-поступательного перемещения в них, а воздухораспределительная трубка снабжена дополнительным кольцевым выступом на ее наружной поверхности, причем основной и дополнительный выступы взаимодействуют с торцевыми поверхностями ступенчатого ударника в камерах рабочего и обратного хода, а конец воздухораспределительной трубки, находящейся в заднем торцевом элементе, выполнен глухим и в воздухораспределительной трубке имеется окно для подачи сжатого воздуха из камеры рабочего хода через канал в воздухораспределительной трубке и дополнительные окна в камеру обратного хода, а в зоне влияния камеры обратного хода канал в воздухораспределительной трубке перекрыт воздухонепроницаемой перегородкой, а за ней в воздухораспределительной трубке выполнено окно для вывода воздуха из камеры обратного хода.
Существенными отличиями предлагаемой полезной модели являются: - в заднем и переднем торцевьгх элементах цилиндрического корпуса выполнены центральные отверстия, в которых размещены концы воздухораспределительной трубки с возможностью герметичного возвратнопоступательного перемещения в них;
Данное техническое решение упрощает конструкцию воздухораспределения, повыщая надежность работы. Воздухораспределительная трубка, подвижно закрепленная по концам, исключает перекосы, обеспечивает надежность работы, точность срабатывания по открыванию окон, имеет минимальные размеры для обеспечения прохода сжатого воздуха, что увеличивает мощность единичных ударных импульсов.
-воздухораспределительная трубка снабжена дополнительным кольцевым выступом на ее наружной поверхности, причем основной и дополнительный выступы взаимодействуют с торцевыми поверхностями ступенчатого ударника в камерах рабочего и обратного хода;
Данное техническое решение упрощает конструкцию узла воздухораспределения и повышает надежность работы. Принудительное движение воздухораспределительной трубки осуществляется ступенчатым ударником в обоих направлениях (вперед-назад) строго фиксируемых расположения основного и дополнительных кольцевых вьгступов, что обеспечивает воздухораспределение в строго заданных параметрах, повышая ударную мощность. Расположение кольцевых выступов на наружной поверхности воздухораспределительной трубки в районах камер рабочего и обратного хода упрощает конструкцию, увеличивает вес ударного узла, что повышает ударную мощность и надежность работы.
-конец воздухораспределительной трубки, находящейся в заднем торцевом элементе, выполнен глухим и в воздухораспределительной трубке имеется окно для подачи сжатого воздуха из камеры рабочего хода через канал в воздухораспределительной трубке и дополнительные окна в камеру обратного хода;
Данное TexH№iecKoe решение упрощает конструкцию воздухораспределения, обеспечивает образование больших проходных сечений, что повышает ударную мощность.
- в зоне влияния камеры обратного хода канал в воздухораспределительной трубке перекрыт воздухонепроницаемой перегородкой, а за ней в воздухораспределительной трубке выполнено окно для вывода воздуха из камеры обратного хода;
Данное техническое решение упрощает конструкцию воздухораспределения, позволяет увеличить проходные сечения, что повышает ударную мощность.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения, где на фиг. представлена принципиальная схема пневматического ударного узла.
Пневматический ударный узел состоит из цилиндрического корпуса 1 с герметично перекрытыми торцами посредством заднего 2 и переднего 3 торцевых элементов. В цилиндрической части 4 корпуса 1 размещен ступенчатый ударник 5 с центральным отверстием 6 с образованием между ступенчатым ударником 5 и заднем торцевым элементом 2 рабочей камеры 7, которая соединена каналом 8 через патрубок 9 с источником сжатого воздуха ( не показан). Между ступенчатым ударником 5 и передним торцевым элементом 3 образована камера обратного хода 10.
Между ступенью 11 ступенчатого ударника 5 и выступом 12 цилиндрической части корпуса 4 выполнена задняя камера 13, постоянно соединенная каналами 14 с атмосферой. В заднем 2 и переднем 3 торцевых элементах цилиндрического корпуса 1 выполнены центральные отверстия 15 и 16, в которых размещены концы воздухораспределительной трубки 17 с возможностью возвратно-поступательного перемещения в них. Воздухораспределительная трубка 17 выполнена с основным 18 и дополнительным 19 выстзшами на ее наружной поверхности., которые взаимодействуют с
торцевыми поверхностями 20 и 21 ст ттенчатого ударника 5 в камерах рабочего 7 и обратного 10 ходов.
Конец воздухораспределительной трубки 17, находящийся в отверстии 15 заднего торцевого элемента 2 выполнен глухим 22 (герметично закрытым). В воздухораспределительной трубке 17 для подачи сжатого воздуха из камеры рабочего хода 7 в камеру обратного хода 10 выполнены окна 23 и 24.
В зоне влияния камеры 10 обратного хода канал в воздухораспределительной трубке 17 перекрыт воздухонепроницаемой перегородкой 25, за которой в воздухораспределительной трубке 17 выполнены окна 26 для выхода отработанного сжатого воздуха из камеры обратного хода 10
Пример осуществления пневматического ударного узла.
Независимо от направления положения пневматического ударного узла в пространстве, а также расположения ступенчатого ударника 5 в чилиндрической части корпуса 4, при включении в работу сжатый воздух поступает через патрубок 9, канал 8 и заполняет рабочую камеру 7, производя перемещение ступенчатого ударника 5 на некоторую величину до соударения с передним торцевым элементом 3. Величина первого ударного импульса зависит от первоначального местоположения ступенчатого ударника 5 в цилиндрической части 4 корпуса и давления поступающего воздуха. Затем идет повыщение давления воздуха в рабочей камере 7, одновременно с этим часть поступающего воздуха через окно , канал в воздухораспределительной трубки 17 и окно 24 поступает в камеру обратного хода 10. После того, как давление сжатого воздуха в рабочей камере 7 и камере обратного хода 10 выравниваются и разница в усилиях, развиваемых в камерах обратного 10 и рабочего 7 ходов будет достаточна для преодоления сил сопротивления движению, то ступенчатый ударник 5 начинает двигаться вверх (согласно примера на принципиальной схеме).
При равенстве давлений в камерах 7 и 10, усилие, развиваемое в камере обратного хода 10 больше за счет ее большей плошади на величину нлощади задней камеры 13, которая постоянно соединена с атмосферой через канал 14 и не создает усилий от поступающего сжатого воздуха в пневматический ударный узел. При движении вверх ступенчатый ударник 5 приобретает скорость и накапливает кинетргческую энергию. При движении ступенчатого ударника 5 вверх торцевая его часть 20 встречает выступ 18 на воздухораспределительной трубке 17. Происходит совместное движение ступенчатого ударника 5 с воздухораспределительной трубкой 17 вверх. При таком движении перекрывается окно 23 и открывается окно 26 для выхода отработанного воздуха из камеры обратного хода 10. Ступенчатый ударник 5 движется вверх по инерции, расходуя накопленную кинетриескую энергию на трение и сдавливание поступающего воздуха в рабочей камере 7.
После того как вся энергия будет израсходована, движение ступенчатого ударника 5 вверх прекращается и он начинает двигаться вниз за счет повышенного давления в рабочей камере 7 и поступающего сжатого воздуха через канал 8 от источника питания.
Ступенчатый ударник 5 при движении вниз набирает скорость, приобретая кинетическую энергию. Перед соударением ступенчатого ударника 5 с передним торцевым элементом 3 произойдет встреча его торцевой чисти 21 с дополнительным выступом 19 на воздухораспределительной трубке 17. Далее начинается совместное движение ступенчатого ударника 5 и воздухораспределительной трубки 17. При этом открываются окна 23 и запираются окна 26. Произойдет соударение ступенчатого ударника 5 с торцевым элементом 3 и отдача накопленной кинетической энергии.
Время совместного движения ступенчатого ударника 5 с воздухораспределительной трубкой 17 определяется конструктивно и уточняется исследованиями для обеспечения минимального сопротивления поступающего сжатого воздуха в камеру обратного хода 10 перед соударением. После соударения ступенчатый ударник 5 начинает двигаться вверх за счет отскока, а также за счет поступающего сжатого воздуха в камеру обратного хода 10 через окна 23, канал воздухораспределительной трубки 17 и окна 24 но ранее описанной схеме и цикл повторяется.
Таким образом воздухораспределение позволяет совершать разгон ступенчатого ударника 5 за счет давления сжатого воздуха при отсутствии сопротивления перемещению со стороны камеры обратного хода 10, что увеличивает ударную мощность каждого удара, повыщая производительность. Простота конструкции воздухораспределительной трубки 17 ступенчатого ударника 5 и цилиндрического корпуса 4 обеспечивает надежность работы.