ПНЕВМОУДАРНАЯ МАШИНА ДЛЯ ЗАБИВАНИЯ СТЕРЖНЕЙ В ГРУНТ

Полезная модель относится к горной и строительной технике, а именно к пневматическим ударным устройствам для забивания в грунт стержневых элементов различного профиля (круг, уголок, швеллер и т.п.).
Известно пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по второму варианту патента РФ №2229558, кл. Е02D 7/08, F16L 1/028, опубл. в БИ №15 за 2004 г., содержащее ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство. Ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого
воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством. Мембрана выполнена в виде усеченного конуса, а распределительное устройство - в виде подпружиненного клапана отсечки. Направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы выполнен в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы.
Недостатком известного устройства является невозможность забивания в грунт стержней без применения приспособления для передачи ударного импульса от корпуса узла подъема ударной массы забиваемому стержню, которое может быть выполнено, например, в виде цилиндрической насадки, неподвижно соединяющей нижнюю часть машины с торцом забиваемого стержня. Однако указанное приспособление увеличивает потери ударного импульса в системе: ударник - корпус узла подъема ударной массы - приспособление для передачи ударного импульса - забиваемый стержень. Все это снижает эффективность работы устройства.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является пневмоударная машина для забивания стержней в грунт по патенту РФ №2276229, кл. Е02D 7/08, B25D 9/00, опубл. в БИ №13 за 2006 г., содержащая ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено, распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство. Ударная масса
установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством, выполненным в виде подпружиненного клапана отсечки. Направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы имеет выхлопные окна и выполнен в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы. Корпус узла подъема ударной массы имеет ступенчатую полость, в которой размещен подпружиненный трехступенчатый стержень, по меньшей мере, два отверстия для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство, и крышку, выполненную заодно с трубой, в полости которой размещен нижний торец трехступенчатого стержня и верхний торец забиваемого стержня. Трехступенчатый стержень установлен с возможностью осевого смещения относительно корпуса узла подъема ударной массы и взаимодействия верхним торцом с ударной массой, а нижним - с забиваемым стержнем. Распределительное устройство установлено с возможностью взаимодействия с ударной массой через мембрану, кольцевую пластину и жесткие связи, свободно пропущенные через указанные отверстия корпуса узла подъема ударной массы. Центральная ступень трехступенчатого стержня имеет поперечный размер больше поперечного размера меньшей части ступенчатой полости корпуса узла подъема ударной массы.
Недостатком этой пневмоударной машины является то, что узел подъема ударной массы имеет малый рабочий ход эффективной площади мембраны, через которую передается усилие от давления сжатого воздуха к ударной массе, вследствие чего - относительно небольшое время воздействия сжатого воздуха на ударную массу. Это
предопределяет накопление ударной массой небольшой кинетической энергии и, как следствие, сообщение забиваемому стержню сравнительно небольшого ударного импульса, что снижает эффективность работы известной пневмоударной машины. Кроме того, машина имеет сравнительно сложную конструкцию распределительного устройства, что предопределяет расшатывание его элементов и износ мембраны при взаимодействии с ударной массой, и как следствие, снижает надежность работы машины.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности работы пневмоударной машины за счет увеличения времени воздействия сжатого воздуха на ударную массу, а также повышение надежности ее работы за счет упрощения конструкции.
Поставленная задача решается следующим образом. Предлагается пневмоударная машина для забивания стержней в грунт, содержащая ударную массу, направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы, узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную с помощью мембраны, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из его полости. Ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с указанным распределительным устройством, выполненным в виде клапана отсечки. Указанный направляющий узел имеет выхлопные окна и выполнен в виде установленной вертикально трубы, которая соединена с корпусом узла подъема ударной массы. Корпус узла подъема ударной массы имеет
также ступенчатую полость, в которой размещен ступенчатый стержень, и крышку, выполненную заодно с трубой, в полости которой размещен верхний торец забиваемого стержня. Ступенчатый стержень установлен с возможностью осевого смещения относительно корпуса узла подъема ударной массы и взаимодействия верхним торцом с ударной массой, а нижним - с забиваемым стержнем. Большая по поперечному размеру ступень ступенчатого стержня имеет поперечный размер больше поперечного размера меньшей части ступенчатой полости корпуса узла подъема ударной массы. Рабочая камера для сжатого воздуха образована с помощью дополнительной мембраны с отверстием для впуска сжатого воздуха и кольцевого обода, которым соединены мембрана и дополнительная мембрана и который имеет возможность осевого смещения относительно корпуса узла подъема ударной массы. Ступенчатый стержень выполнен четырехступенчатым, а клапан отсечки установлен на верхней ступени четырехступенчатого стержня с возможностью осевого смещения по ней и взаимодействия верхним торцом с ударной массой через отверстия в мембране, дополнительной мембране и корпусе узла подъема ударной массы, а нижним торцом - с бортиком второй сверху ступени четырехступенчатого стержня. Причем узел подъема ударной массы снабжен промежуточной направляющей втулкой, размещенной между его корпусом и крышкой, при этом указанную ступенчатую полость образует промежуточная направляющая втулка с крышкой, а полость, в которой размещен клапан отсечки, образуют корпус, указанная втулка и верхняя ступень четырехступенчатого стержня.
Образование рабочей камеры с помощью дополнительной мембраны с отверстием для впуска сжатого воздуха и кольцевого обода, которым соединены мембрана и дополнительная мембрана и который имеет возможность осевого смещения относительно корпуса узла
подъема ударной массы, позволяет значительно увеличить, в сравнении с прототипом, время воздействия сжатого воздуха на ударную массу за счет рабочего хода дополнительной мембраны, что повышает эффективность работы пневмоударной машины.
Выполнение ступенчатого стержня четырехступенчатым и установка клапана отсечки на его верхней ступени с возможностью осевого смещения по ней и взаимодействия верхним торцом с ударной массой через отверстия в мембране, дополнительной мембране и корпусе узла подъема ударной массы, а нижним торцом - с бортиком второй сверху ступени четырехступенчатого стержня позволяет клапану отсечки взаимодействовать с ударником непосредственно, что упрощает конструкцию и, как следствие, повышает надежность работы пневмоударной машины.
Наличие в узле подъема ударной массы промежуточной направляющей втулки, размещенной между его корпусом и крышкой, образует с крышкой указанную ступенчатую полость, а полость, в которой размещен клапан отсечки, указанная втулка образует с корпусом и верхней ступенью четырехступенчатого стержня. Все это упрощает конфигурацию корпуса узла подъема ударной массы, уменьшает его поперечные габариты и дает возможность легкой сборки и разборки машины, и тем самым, понижает затраты на изготовление его деталей и ремонт машины.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, на котором изображен общий вид пневмоударной машины для забивания стержней в грунт (продольный разрез, слева от оси - в момент отрыва ударной массы от мембраны, справа - в момент удара).
Пневмоударная машина содержит ударную массу 1, направляющий узел 2 для движения ударной массы 1, выполненный в виде
установленной вертикально трубы 2 с крышкой 3, узел (поз. не обозначен) подъема ударной массы 1, соединенный с трубой 2, и четырехступенчатый стержень 4 для передачи ударного импульса от ударной массы 1 забиваемому в грунт стержню 5. Узел подъема ударной массы 1 состоит из корпуса 6, промежуточной направляющей втулки 7 (далее - втулка 7), размещенной между его корпусом 6 и крышкой 8, в виде концевой втулки, распределительного устройства (поз. не обозначено) и рабочей камеры 9 для сжатого воздуха. Корпус 6, втулка 7 и верхняя ступень четырехступенчатого стержня 4 образуют полость 10, в которой установлено распределительное устройство и которая соединена с каналом 11 для подачи сжатого воздуха из магистрали и с рабочей камерой 9 отверстием 12. Втулка 7 и крышка 8 образуют сквозную ступенчатую полость (поз. не обозначена), в которой установлены четырехступенчатый стержень 4 и верхний торец забиваемого стержня 5. Четырехступенчатый стержень 4 установлен с возможностью осевого смещения относительно корпуса 6 и взаимодействия верхним торцом с ударной массой 1, а нижним - с торцом забиваемого стержня 5. Рабочая камера 9 образована с помощью мембраны 13 и дополнительной мембраны 14, соединенных по периферии кольцевым ободом 15, имеющим возможность осевого смещения относительно корпуса 6. Мембрана 13 имеет отверстие для выхлопа сжатого воздуха из рабочей камеры 9, дополнительная мембрана 14 - отверстие для впуска сжатого воздуха в рабочую камеру 9. Распределительное устройство выполнено в виде клапана 16 отсечки, установленного на верхней ступени четырехступенчатого стержня 4 с возможностью осевого смещения по ней и взаимодействия верхним торцом с ударной массой 1 через отверстия в мембране 13, дополнительной мембране 14 и отверстие 12 в корпусе 6 узла подъема ударной массы, а нижним торцом - с бортиком второй сверху ступени
четырехступенчатого стержня 4. Между клапаном 16 отсечки и внутренней поверхностью корпуса 6 имеется кольцевой зазор (поз. не обозначен) для прохода сжатого воздуха. Труба 2 в нижней части имеет выхлопные окна 17. Большая по поперечному размеру ступень четырехступенчатого стержня 4 имеет поперечный размер больше поперечного размера меньшей части ступенчатой полости корпуса 6 узла подъема ударной массы 1.
Пневмоударная машина работает следующим образом. Перед включением машины ее устанавливают на верхнем торце забиваемого стержня 5 (см. чертеж) с помощью крышки 8. При этом ударная масса 1 и клапан 16 отсечки находятся в нижнем положении, а четырехступенчатый стержень 4 - в верхнем относительно корпуса 6. При подаче сжатого воздуха в рабочую камеру 9 через полость 10 кольцевой зазор между клапаном 16 отсечки и внутренней поверхностью корпуса 6 и отверстие 12 в корпусе 6 ударная масса 1 начинает движение вверх из нижнего положения под давлением воздуха, накапливая кинетическую энергию до момента отрыва ее от мембраны 14. В этот момент происходит разгерметизация рабочей камеры 9 и выхлоп сжатого воздуха в атмосферу через отверстие в мембране 13 и выхлопные окна 17 в трубе 2. Одновременно под действием воздушного потока из магистрали клапан 16 отсечки перемещается вверх и перекрывает доступ сжатому воздуху в рабочую камеру 9. Далее ударная масса 1 по инерции продолжает движение вверх до некоторой высоты, после чего под действием силы тяжести падает в исходное положение и наносит удар по торцу четырехступенчатого стержня 4, который передает ударный импульс забиваемому стержню 5. В момент удара, при внедрении в грунт забиваемого стержня 5, происходит кратковременное смещение четырехступенчатого стержня 4 по направлению ударного импульса относительно корпуса 6, после чего
втулка 7 падает на бортик большей по поперечному размеру ступени четырехступенчатого стержня 4. Одновременно с ударом ударная масса 1 перекрывает отверстие для выхлопа сжатого воздуха в мембране 13 и воздействует на клапан 16 отсечки, смещая его вниз и открывая доступ сжатому воздуху из полости 10 в рабочую камеру 9 через отверстие 12. Затем цикл повторяется.