Реверсивное устройство ударного действия
REVERSING IMPACT DEVICE

Реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте
Техническое решение относится к строительству, а именно к устройствам ударного действия, и может найти применение при проходке скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций.
Известно устройство ударного действия для проходки скважин в грунте по а.с. СССР №1183623, кл. E02F 5/18, опубл. в Бюл. №37 от 07.10.1985, содержащее корпус, ударник, воздухораспределительный патрубок с центральным и радиальными каналами, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения, ударник и вкладыши, размещенные в радиальных каналах патрубка и соединенные с упругим элементом. Упругий элемент выполнен в виде витой пружины, установленной перпендикулярно центральному каналу патрубка.
Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: корпус, размещенный в нем ударник, подпружиненный воздухораспределительный патрубок, установленный с возможностью осевого перемещения в корпусе и имеющий осевой канал и радиальные каналы в стенке, вкладыши.
Недостатками данного устройства является то, что пружина не обладает достаточной надежностью в работе, и даже ее незначительное ослабление может привести к незапланированному переключению устройства в режим обратного хода и наоборот.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте по а.с. СССР №1313972, кл. E02F 5/18, опубл. в Бюл. №20 от 30.05.1987, содержащее корпус, ударник, воздухораспределительный патрубок с продольным каналом и радиальным окном в стенке, в котором установлен подпружиненный вкладыш, выполненный в виде стакана, дно которого обращено в сторону продольного канала, а пружина с шариком на ее конце, противоположном дну стакана, размещена в полости стакана.
Общими признаками прототипа и предлагаемого устройства являются: корпус, ударник, подпружиненный воздухораспределительный патрубок с продольным каналом и радиальным окном в стенке, в которой установлен вкладыш.
Недостатками данного устройства является низкая эффективность работы реверса из-за его зависимости от упругости пружины, воздействующей на шарик. Даже незначительное изменение упругости пружины, вследствие динамических нагрузок, может привести к внезапному переключению устройства в режим обратного хода и наоборот, т.е. приводит к неустойчивой работе.
Другим недостатком известного устройства является также то, что вкладыш в виде стакана размещен в стенке воздухораспределительного патрубка, что ограничивает площадь его взаимодействия с упором и таким образом существенно снижается надежность сцепления с последним и приводит к быстрому износу взаимодействующих элементов реверса: вкладыша и упора. Возможность заклинивания вкладыша или затрудненного выхода и возврата из радиального окна из-за трения при реверсировании также снижает эффективность работы устройства.
Кроме того, конструкция известного устройства сложна в исполнении и сборке, что снижает надежность работы устройства и значительно увеличивает его стоимость. Сложным и неустойчивым элементом конструкции является также взаимодействующая цепочка реверса «пружина - шарик - стакан», быстро ломающаяся и ремонтонепригодная.
Проблемы заключаются в повышении эффективности работы реверсивного устройства ударного действия для проходки скважин в грунте за счет обеспечения несложного переключения и устойчивой работы его в режимах прямого и обратного ходов и повышении надежности за счет упрощения конструкции при снижении стоимости.
Проблемы решаются тем, что в реверсивном устройстве ударного действия для проходки скважин в грунте (далее - устройство), содержащем корпус, размещенный в нем ударник, подпружиненный воздухораспределительный патрубок с осевым каналом и радиальной направляющей, в которой установлен вкладыш, систему управления реверсом, согласно техническому решению воздухораспределительный патрубок оснащен радиальным окном, соединенным с радиальной направляющей, а вкладыш выполнен с возможностью входа и выхода в передний и задний упоры корпуса, выполненные в виде радиальных направляющих, под воздействием рабочей среды через шланг рабочей среды, связанный с ее источником, и систему управления реверсом, выполненную в виде преобразователя рабочей среды.
Расположение вкладыша и фиксация его в радиальной направляющей воздухораспределительного патрубка относительно оси устройства обеспечивает наименьшее трение боковых поверхностей вкладыша по боковым поверхностям радиальной направляющей, что приводит к минимизации усилий входа и выхода вкладыша в задний и передний упоры корпуса, а следовательно, повышает эффективность работы устройства.
Радиальное окно в стенке патрубка, соединенное с радиальной направляющей, обеспечивает надежную связь вкладыша через воздухораспределительный патрубок, шланг и преобразователь рабочей среды с ее источником, что делает конструкцию устройства эффективной и надежной.
Ключевым отличительным признаком предлагаемого технического решения является соединение вкладыша посредством рабочей среды с ее источником через преобразователь рабочей среды: при выходе вкладыша из радиальной направляющей воздухораспределительного патрубка посредством сжатого воздуха, при входе - посредством вакуума, что повышает эффективность работы и надежность устройства при снижении его стоимости.
Минимизация усилий для выхода и входа вкладыша путем выполнения радиальной направляющей воздухораспределительного патрубка сокращает энергоемкость реверсирования, что повышает эффективность работы устройства.
Совокупность перечисленных существенных признаков не только значительно упрощает конструкцию, снижает стоимость ее изготовления, что ведет к повышению надежности устройства, но и обеспечивает устойчивую работу и реверсирование устройства, что повышает эффективность работы.
Целесообразно, чтобы вкладыш был выполнен в виде контактирующих друг с другом полувтулок, расположенных в радиальной направляющей воздухораспределительного патрубка, а передний и задний упоры корпуса были выполнены в виде радиальных направляющих на внутренней стенке корпуса, поскольку таким образом увеличивается площадь сцепления полувтулок со стенками радиальных направляющих корпуса, минимизируя усилие выхода и входа полувтулок, что обеспечивает повышение эффективности работы и надежности устройства.
Выполнение вкладыша из простых конструктивных элементов (например, полувтулок) вместо сложной цепочки вкладыша в прототипе «пружина - шарик - стакан» упрощает конструкцию устройства, что повышает его эффективность работы, надежность, ремонтопригодность при снижении стоимости устройства в целом.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства и чертежами фиг. 1-4, где на фиг. 1 показан общий вид в продольном разрезе; на фиг. 2 - место I на фиг. 1 в увеличенном виде; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2, на фиг. 4 - схема преобразователя рабочей среды.
Устройство состоит из корпуса 1 (фиг. 1-3), ударника 2, подпружиненного воздухораспределительного патрубка 3 (далее - патрубок 3), находящегося в исходном, переднем (левом по чертежу, фиг 1, 2) положении за счет осевой пружины 4. В патрубке 3 с осевым каналом 5 выполнено радиальное окно 6, соединенное осевым каналом 5 с радиальной направляющей 7 патрубка 3, в которой размещен вкладыш 8. На внутренней поверхности корпуса 1 выполнены передний и задний упоры в виде радиальных направляющих 9 и 10. Вкладыш 8 может быть выполнен из двух контактирующих друг с другом полувтулок (фиг. 3).
Полувтулки вкладыша 8 через радиальное окно 6, осевой канал 5 патрубка 3 и воздухоподводящий шланг 11 соединены с источником 12 рабочей среды через ее преобразователь 13. Преобразователь 13 рабочей среды (фиг. 4) содержит распределитель 14, напорную линию 15 и вакуумную линию 16 с эжектором 17. Корпус 1 с передним 18 и задним 19 торцами имеет задний упор 20 и обратный клапан 21.
Устройство работает следующим образом. Для осуществления прямого хода в корпус 1 ударной машины (фиг. 1-3) через патрубок 3, находящийся в исходном, переднем (левом по чертежу, фиг. 1, 2), положении за счет осевой пружины 4, подают рабочую среду (сжатый воздух) по воздухоподводящему шлангу 11 от источника 12 рабочей среды через преобразователь 13 рабочей среды. Полувтулки вкладыша 8 (фиг. 3), находящихся в радиальной направляющей 7 патрубка 3, частично выходят из нее и фиксируются в передней радиальной направляющей 9 корпуса 1. Ударник 2 наносит удары по переднему торцу 18 корпуса 1. Ударная машина двигается вперед, оставляя за собой скважину. Для реверсирования ударной машины прекращают подачу сжатого воздуха. Перекрывая напорную линию 15 (фиг. 4) преобразователя 13 рабочей среды распределителем 14, открывают вакуумную линию 16, на которой расположен эжектор 17, образующий в устройстве вакуум. В корпус 1 начинает поступать вакуум, благодаря которому полувтулки вкладыша 8 (фиг. 3) выходят из передней радиальной направляющей 9 патрубка 3.
Натяжением воздухоподводящего шланга 11 патрубок 3 переводят в заднее положение (правое по чертежу, фиг. 1), при этом осевая пружина 4 сжимается. Обратный клапан 21 устройства обеспечивает герметичность при подаче вакуума. Под действием натяжения воздухоподводящего шланга 11 в заднем положении в ударную машину вновь подают сжатый воздух посредством переключения преобразователя 13 рабочей среды распределителем 14 на напорную линию 15. Полувтулки вкладыша 8 под воздействием рабочей среды (сжатого воздуха) выходят из передней радиальной направляющей 7 патрубка 3 и фиксируются в радиальной направляющей 10 корпуса 1. Устройство начинает двигаться к устью скважины, т.е. происходит его обратный ход. Ударник 2, благодаря воздухораспределению, наносит удары по заднему торцу 19 корпуса 1.
Для перевода ударной машины на прямой ход необходимо отключить напорную линию 15 преобразователя 13 рабочей среды посредством распределителя 14, открыть вакуумную линию 16 и подать вакуум в устройство, который вернет полувтулки вкладыша 8 в переднюю радиальную направляющую 7 патрубка 3. Осевая пружина 4, разжимаясь, переведет воздухораспределительный патрубок 3 в переднее положение и после подачи сжатого воздуха устройство начнет движение вперед.