ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Техническое решение относится к горному делу и строительной технике, и может быть использовано при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций, а именно: для образования скважин в грунте, для забивания в грунт стальных труб закрытым торцом, а также в качестве привода грунтозаборного устройства для очистки труб от грунта.
Известен пневмопробойник ИП4601А (К.С. Гурков, В.В. Климашко, А.Д. Костылев, В.Д. Плавских, Е.П. Русин, Б.Н. Смоляницкий, К.К. Тупицын, Н.П. Чепурной. Пневмопробойники. - Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 1990. - С. 26-27). Он состоит из корпуса с наковальней, ударника и гайки с патрубком. Ударник ступенчатой формы имеет центральную полость со стороны его хвостовой части и окна на ступени меньшего диаметра в зоне центральной полости. Патрубок имеет ступенчатую форму и установлен в амортизаторе, смонтированном в гайке, связанной с корпусом. Амортизатор выполнен в виде полого цилиндра с выхлопными отверстиями.
Внутренняя поверхность корпуса и наружная поверхность ударника образуют камеру обратного хода, а полость ударника и патрубок - камеру прямого хода, которая через осевой канал патрубка и воздухоподводящий шланг сообщена с источником сжатого воздуха. Полость корпуса, расположенная между ударником и гайкой с амортизатором, служит выхлопной камерой.
Недостатком известного устройства является ограничение ударной мощности, так как при прямом ходе ударника под давлением находится лишь часть его торцевой площади и не задействована выхлопная камера, что снижает скорость и энергию удара и, как следствие, ударную мощность. В данной схеме увеличение ударной мощности при фиксированных радиальных размерах, задаваемых диаметром пробиваемой скважины, возможно за счет увеличения длины ударника и всей машины в целом, что приводит к росту ее массогабаритных параметров. Во избежание этого для повышения ударной мощности необходимо, чтобы на прямом ходу под давлением находилась вся торцевая часть ударника, что в данной схеме воздухораспределения невозможно. Таким образом, ухудшаются конструктивные параметры устройства в целом. Наличие выхлопных отверстий в амортизаторе снижает его жесткость, в результате чего увеличиваются продольные инерционные перемещения патрубка во время работы устройства. Это может привести к изменению цикла воздухораспределения и, как следствие, к снижению надежности работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство ударного действия для образования скважин в грунте путем его уплотнения по а.с. СССР №610937, кл. Ε02F 5/18, опубл. в БИ №22, 1978 г., содержащее ударник с окном, полостью, размещенной в его хвостовой части, и выступом, перемещаемый в цилиндрическом корпусе с выхлопным окном под действием сжатого воздуха, и патрубок с окном, установленный в полости ударника. Выступ ударника расположен в полости его хвостовой части и выполнен с центральным каналом и окнами.
Внутренняя поверхность корпуса и внешняя поверхность ударника образуют камеру обратного хода, а полость корпуса, ограниченная задним торцом ударника, внешней поверхностью патрубка и торцом гайки совместно с кольцевой полостью ударника, заключенной между ударником, внешней поверхность выступа ударника и торцом патрубка, образуют камеру прямого хода.
Сжатый воздух подается в камеру обратного хода через окна в выступе ударника и ударнике, при этом во время заброса ударника торец его выступа, расположенный внутри патрубка, и кольцевая полость ударника находятся под постоянным давлением.
В камеру прямого хода сжатый воздух подается при совмещении окон выступа ударника и патрубка.
Недостатком этого устройства являются значительные радиальные размеры патрубка, необходимые для размещения в нем выступа ударника с размерами, обеспечивающими возможность выполнения в нем центрального канала для подачи сжатого воздуха в камеры обратного и прямого хода. При этом увеличивается торцевая площадь ударника, находящаяся под постоянным давлением сжатого воздуха из магистрали. В результате этого при движении ударника назад увеличивается противодавление со стороны камеры прямого хода и уменьшается длина его рабочего хода, что приводит к снижению ударной мощности машины.
В устройстве ударник взаимодействует с внешней и внутренней поверхностями патрубка. Контакт деталей по двум поверхностям предъявляет высокие требования к точности изготовления и сборки деталей ударника, несоосное расположение которых приведет к заклиниванию патрубка в кольцевой полости ударника. Резьбовое соединение патрубка и гайки снижает надежность работы устройства, так как их отвинчивание в процессе работы приведет к смещению рабочих кромок окон патрубка и выступа ударника, нарушению работы воздухораспределительной системы и, следовательно, к изменению цикла работы машины в целом, сопровождаемому сбоями в работе устройства. Кроме того, на патрубок передаются динамические нагрузки из-за его жесткого соединения с гайкой и корпусом. Возникающие при этом знакопеременные напряжения могут принимать критические значения для патрубка, являющегося тонкостенной деталью, и привести к преждевременному его разрушению.
Техническая задача заключается в повышении ударной мощности устройства при ограничении его массогабаритных параметров, а именно -длины, за счет уменьшения торцевой площади ударника, находящейся под постоянным давлением и, как следствие, увеличения длины рабочего хода, а также в повышении надежности устройства в работе за счет упрощения конструкции.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом пневматическом устройстве ударного действия, включающем корпус с выхлопными окнами, ступенчатый ударник с центральной полостью со стороны его хвостовой части и окнами на ступени меньшего диаметра, разделяющий полость корпуса ступенью большего диаметра на камеры обратного и прямого хода, патрубок с окнами, установленный в центральной полости ударника, а хвостовой частью - в соединенной с корпусом гайке и сообщенный с источником сжатого воздуха, согласно техническому решению ударник выполнен цельным, в хвостовой части снабжен дополнительной ступенью меньшего диаметра с окнами, выполненными с возможностью сообщения камеры прямого хода с магистралью сжатого воздуха.
Предложенная конструкция обеспечивает контакт ударника только со внешней поверхностью патрубка, что позволяет уменьшить радиальные размеры патрубка до минимально необходимых, обеспечивающих выполнение в нем центрального канала для подвода сжатого воздуха. При этом снижается величина противодавления со стороны источника сжатого воздуха и, как следствие, увеличивается заброс ударника на обратном ходу. Такое исполнение позволяет увеличить торцевую площадь ударника со стороны камеры прямого хода и, следовательно, значение силы, действующей на участке его разгона. В совокупности указанные выше факторы позволяют увеличить ударную мощность устройства, кроме того, упростить конструкцию ударника и снизить требования к высокой точности его изготовления, тем самым повысить надежность работы ударника и устройства в целом.
Целесообразно соединить патрубок с гайкой через амортизатор с возможностью углового перемещения. Такое техническое решение обеспечит возможность изменения угла наклона патрубка для компенсации несоосности деталей при сборке и работе устройства. Кроме того, использование упругого амортизатора позволит уменьшить динамическую нагрузку, действующую на патрубок, гайку и корпус устройства, что увеличивает долговечность устройства в целом.
Предложенное техническое решение позволяет без изменения габаритных размеров увеличить ударную мощность устройства и упростить его конструкцию, тем самым, повысить надежность работы.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения пневматического устройства ударного действия (далее -устройство) и чертежом, на котором приведена его принципиальная схема в момент удара (крайнее левое положение ударника) - выше оси, заброс ударника на обратном ходу (крайнее правое положение) - ниже оси.
Устройство состоит из корпуса 1 с выхлопными окнами 2, внутри которого размещен цельный ступенчатый ударник 3 (далее - ударник 3) с центральной полостью 4 со стороны его хвостовой части и окнами 5 на ступени меньшего диаметра. В хвостовой части ударник 3 снабжен дополнительной ступенью меньшего диаметра с окнами 6, выполненными с возможностью сообщения камеры прямого 7 хода с источником сжатого воздуха. Окна 5 и 6 выполнены на ступенях меньшего диаметра в зоне центральной полости 4 ударника 3. Ступень большего диаметра ударника 3 разделяет полость корпуса 1 на камеры прямого 7 и обратного 8 хода. В центральной полости 4 ударника 3 установлен патрубок 9 с окнами 10.
Патрубок 9 соединен с гайкой 11 через амортизатор 12 с возможностью углового перемещения. Хвостовая часть патрубка 9 соединена с воздухоподводящим шлангом 13 магистрали сжатого воздуха. Устройство работает следующим образом.
При работе сжатый воздух по патрубку 9 через центральную полость 4 и окна 5 ударника 3 подается в камеру 8 обратного хода и вызывает движение ударника 3 вправо (на чертеже верхнее сечение). В это время камера 7 прямого хода выхлопными окнами 2 сообщена с атмосферой. При забросе ударника 3 камера 8 обратного хода отсекается от центральной полости 4 ударника 3 вследствие перекрытия окон 5 патрубком 9. Дальнейшее движение ударника 3 вправо происходит за счет расширения сжатого воздуха в камере 8 обратного хода. Одновременно с отсечкой камеры 8 обратного хода ступенью большего диаметра ударник 3 перекрывает выхлопные окна 2, в камере 7 прямого хода образуется воздушный буфер, начинается сжатие воздуха и торможение ударника 3. Затем ударник 3 открывает выхлопные окна 2 со стороны камеры 8 обратного хода, сообщая ее с атмосферой. В то же время происходит сообщение камеры 7 прямого хода через окна 6 на дополнительной ступени меньшего диаметра ударника 3 и окна 10 патрубка 9 с источником сжатого воздуха. Ударник 3 сначала останавливается, затем разгоняется и наносит удар по передней части корпуса 1. Далее цикл повторяется.
Амортизатор 12 обеспечивает угловое перемещение патрубка 9 при сборке устройства и его самоустановку при работе устройства.