RU2007562C1 - Hydraulic percussive mechanism - Google Patents

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: the valve piston of the hydraulic percussive mechanism is made with a liquid travel speed governor positioned on part of the piston surface on the side of the exhaust chamber and separated from the pressure chamber by means of a seal and supporting surface of the valve piston, which provides for an increase of the time of the impact momentum. EFFECT: facilitated procedure. 5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и строительным машинам, в частности к гидравлическим молотам. The invention relates to the mining industry and construction vehicles, in particular to hydraulic hammers.

Известен гидравлический ударный механизм. В этом механизме ударный поршень перемещается и наносит удар по рабочему инструменту под действием аккумулятора со сжатым газом. Недостатком этого механизма является невысокая ударная мощность, т. к. энергия единичного удара определяется давлением газа в аккумуляторе, а ход поршня определяется степенью газа и составляет небольшую величину [1] . Known hydraulic hammer mechanism. In this mechanism, the shock piston moves and strikes the working tool under the action of a compressed gas accumulator. The disadvantage of this mechanism is its low impact power, since the energy of a single impact is determined by the gas pressure in the accumulator, and the piston stroke is determined by the degree of gas and is small [1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидравлический ударный механизм, включающий корпус с рабочим инструментом, размещенные последовательно в корпусе с возможностью осевого перемещения боек и клапан с поршнем, образующие совместно с корпусом напорную и сливную камеры, связанные соответственно с напорной и сливной магистралями, и камеру-аккумулятор [2] . The closest in technical essence and the achieved result is a hydraulic percussion mechanism, comprising a housing with a working tool, placed sequentially in the housing with the possibility of axial movement of the strikers and a valve with a piston, forming together with the housing the pressure and drain chambers, associated respectively with the pressure and drain lines, and camera battery [2].

В отличие от аналога эта конструкция характеризуется большим ходом поршня бойка, который перемещается на рабочем ходе под действием давления жидкости, которое постоянно на всем пути поршня и более высокое, чем давление газа в аккумуляторе. Однако недостатком указанного механизма является невысокая длительность ударного импульса, вызванная тем, что клапан после разъединения с бойком движется вслед за бойком и догоняет его в конце рабочего хода бойка. В результате повышается частота ударов бойка, однако при работе в вязких тяжелых средах использование механизма указанной конструкции недостаточно эффективно из-за короткого по времени ударного импульса. При таком импульсе в вязкую разрушающую среду не успевает перейти вся энергия, запасенная бойком при его рабочем ходе. Unlike the analogue, this design is characterized by a large stroke of the piston of the hammer, which moves during the working stroke under the influence of fluid pressure, which is constant over the entire piston path and higher than the gas pressure in the accumulator. However, the disadvantage of this mechanism is the short duration of the shock pulse, caused by the fact that the valve, after disconnecting from the striker, moves after the striker and catches up with it at the end of the stroke of the striker. As a result, the frequency of striking strikes increases, however, when working in viscous heavy media, the use of the mechanism of this design is not effective enough due to the short pulse time. With such an impulse, all the energy stored by the brisk during its working stroke does not have time to transfer to a viscous destructive medium.

Целью изобретения является повышение производительности работы гидравлического ударного механизма за счет увеличения времени ударного импульса, что достигается путем регулирования скорости движения клапана после его рассоединения с бойком в начале рабочего хода бойка. The aim of the invention is to increase the performance of the hydraulic shock mechanism by increasing the shock pulse time, which is achieved by adjusting the speed of the valve after it is disconnected from the striker at the beginning of the stroke of the striker.

Указанная цель достигается тем, что в гидравлическом ударном механизме, включающем корпус с рабочим инструментом размещенные последовательно в корпусе с возможностью осевого перемещения боек и клапан с поршнем, образующие совместно с корпусом напорную и сливную камеры, связанные соответственно с напорной и сливной магистралями, и камеру-аккумулятор, поршень клапана выполнен с регулятором скорости с трением о жидкость, размещенным на части поверхности поршня со стороны сливной камеры с отделенным от напорной полости посредством уплотнения и опорной поверхности поршня клапана. This goal is achieved by the fact that in a hydraulic shock mechanism comprising a housing with a working tool placed sequentially in the housing with the possibility of axial movement of the strikers and a valve with a piston, forming together with the housing the pressure and drain chambers associated with the pressure and drain lines, respectively, and the camera the accumulator, the piston of the valve is made with a speed controller with friction against the liquid, placed on a part of the piston surface from the side of the drain chamber, separated from the pressure cavity by means of a seal eniya and the bearing surface of the piston valve.

Предпочтительно при этом регулятор скорости с трением о жидкость выполнить в виде кольцевого дроссельного зазора между поверхностью поршня клапана и внутренней поверхностью корпуса. Preferably, the speed controller with friction against the liquid is made in the form of an annular throttle clearance between the surface of the valve piston and the inner surface of the housing.

Кроме того, уплотнение предпочтительно выполнить в виде упругой кольцевой подкладки, размещенной в канавке на поверхности поршня и разрезного полимерного кольца, охватывающего указанную упругую кольцевую подкладку. In addition, the seal is preferably made in the form of an elastic annular lining placed in a groove on the surface of the piston and a split polymer ring covering said elastic annular lining.

Кроме того, целесообразно опорную поверхность поршня клапана выполнить в виде полимерного кольца, размещенного в канавке поршня перед уплотнением со стороны напорной камеры. In addition, it is advisable to support the surface of the valve piston in the form of a polymer ring placed in the piston groove before sealing on the pressure chamber side.

Новым в конструкции гидравлического ударного механизма является выполнение поршня клапана с регулятором скорости с трением о жидкость, размещенным на части поверхности поршня со стороны сливной камеры и отделенным от напорной полости посредством уплотнения и опорной поверхности клапана. New in the design of the hydraulic impact mechanism is the implementation of a valve piston with a speed regulator with friction against liquid, placed on a part of the piston surface from the drain chamber and separated from the pressure cavity by means of a seal and the valve support surface.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty."

При анализе научно-технической литературы и патентной информации, установлено, что известно выполнение регуляторов скорости с трением о жидкость в виде поршня, размещенного с зазором в цилиндре. Однако в совокупности с признаками, характеризующими конструкцию гидравлического ударного механизма, указанный регулятор проявляет совсем другие свойства и получает получить новый технический результат, характеризующийся новыми свойствами заявляемого механизма. When analyzing the scientific and technical literature and patent information, it was found that the implementation of speed controllers with friction against fluid in the form of a piston placed with a gap in the cylinder is known. However, in conjunction with the features characterizing the design of the hydraulic shock mechanism, the specified controller exhibits very different properties and gets a new technical result, characterized by new properties of the claimed mechanism.

Таким образом, заявляемое техническое решение отвечает критерию изобретения "существенные отличия". Thus, the claimed technical solution meets the criteria of the invention "significant differences".

Достижение положительного эффекта определяет то обстоятельство, что на поршне клапана выполнен регулятор скорости с трением о жидкость, который размещен со стороны сливной камеры. При разделении бойка с клапаном последний в первый момент после разделения начинает двигаться с трением о жидкость большим, чем при совместном движении с бойком. За счет этого боек совершает свой рабочий ход за время меньше, чем клапан. После удара бойка по рабочему инструменту боек оказывается прижатым к последнему за счет давления рабочей жидкости, действующего на боек. Отскока бойка после соударения не происходит и длительность ударного импульса увеличивается. При этом за счет изменения длины участка регулятора на поршне клапана, или за счет изменения величины радиального зазора, можно регулировать величину отставания клапана, т. е. формировать величину ударного импульса, а следовательно, эксплуатационную производительность ударного механизма. The achievement of a positive effect is determined by the fact that a speed regulator with friction against the liquid, which is located on the side of the drain chamber, is made on the valve piston. When dividing the striker with the valve, the latter, at the first moment after separation, begins to move with friction on the liquid greater than when combined with the striker. Due to this, the firing pin makes its working stroke in less time than the valve. After striking the striker on the working tool, the striker is pressed to the latter due to the pressure of the working fluid acting on the striker. The rebound of the striker after the collision does not occur and the duration of the shock pulse increases. At the same time, by changing the length of the regulator section on the valve piston, or by changing the magnitude of the radial clearance, it is possible to adjust the valve lag value, i.e., to form the magnitude of the shock pulse, and therefore the operational performance of the shock mechanism.

Выполнение уплотнения в виде упругой кольцевой подкладки, размещенной в канавке на поверхности поршня и разрезного полимерного кольца, охватывающего указанную упругую кольцевую подкладку, позволяет произвести надежное уплотнение поршня и исключить перетоки из напорной камеры в сливную. The implementation of the seal in the form of an elastic annular lining placed in a groove on the surface of the piston and a split polymer ring covering the specified elastic annular lining, allows reliable sealing of the piston and eliminates overflow from the pressure chamber to the drain.

Выполнение опорной поверхности поршня клапана в виде полимерного кольца, размещенного в канавке поршня перед уплотнением со стороны напорной камеры, позволяет снизить требование к точности изготовления поршня клапана, улучшить его центровку относительно бойка и корпуса, а также организовать совместно с уплотнением надежный узел, обеспечивающий долговременную работу клапана. The implementation of the supporting surface of the valve piston in the form of a polymer ring placed in the piston groove before the seal on the pressure chamber side, reduces the requirement for precision manufacturing of the valve piston, improves its alignment with respect to the hammer and body, and also provides a reliable assembly with the seal for long-term operation valve.

На фиг. 1 представлен гидравлический ударный механизм, продольный разрез; на фиг. 2 - принципиальная схема действия сил в момент отхода бойка от клапана. In FIG. 1 shows a hydraulic impact mechanism, a longitudinal section; in FIG. 2 is a schematic diagram of the action of forces at the time of the striker's departure from the valve.

Гидравлический ударный механизм состоит из корпуса 1 с рабочим инструментом 2, размещенных последовательно в корпусе с возможностью осевого перемещения бойка 3, клапана 4, образующих совместно с корпусом напорную 5 и сливную 6 камеры, связанные соответственно с каналами напорной 7 и сливной 8 магистралями, и камеры-аккумулятора 9. Клапан 4 выполнен ступенчатым с образованием поршня клапана (поверхность большего диаметра) и направляющей (поверхность меньшего диаметра). Поршень клапана относительно корпуса выполнен с фиксированным расчетным зазором. Разделение напорной 5 и сливной 6 камер осуществляется уплотнительным элементом, выполненным в виде упругой кольцевой прокладки 10, размещенной в кольцевой проточке поршня, и разрезного полимерного кольца 11, охватывающего указанную упругую кольцевую прокладку. Опорная поверхность поршня клапана выполнена в виде разрезного полимерного кольца 12, расположенного в канавке поршня перед уплотнительным элементом со стороны напорной камеры. The hydraulic percussion mechanism consists of a housing 1 with a working tool 2, placed sequentially in the housing with the possibility of axial movement of the striker 3, valve 4, forming together with the housing pressure 5 and drain 6 chambers associated with pressure channels 7 and drain 8 highways, and cameras -accumulator 9. Valve 4 is made stepwise with the formation of a valve piston (surface of larger diameter) and a guide (surface of smaller diameter). The valve piston relative to the housing is made with a fixed design clearance. The separation of pressure head 5 and drain 6 chambers is carried out by a sealing element made in the form of an elastic annular gasket 10 located in the annular groove of the piston and a split polymer ring 11 covering the specified elastic annular gasket. The supporting surface of the valve piston is made in the form of a split polymer ring 12 located in the piston groove in front of the sealing element from the pressure chamber side.

Регулятор скорости клапана с трением о жидкость выполнен в виде кольцевого дроссельного зазора между поверхностью поршня клапана и внутренней поверхностью корпуса. Регулятор скорости размещен на части поверхности поршня со стороны сливной камеры 6 и отделен от напорной камеры 5 уплотнительным элементом 10 и 11, а также опорной поверхностью поршня клапана 4. The valve speed regulator with friction against fluid is made in the form of an annular throttle clearance between the surface of the valve piston and the inner surface of the housing. The speed controller is placed on a part of the piston surface from the side of the drain chamber 6 and is separated from the pressure chamber 5 by a sealing element 10 and 11, as well as by the supporting surface of the valve piston 4.

Работает гидравлический ударный механизм следующим образом. При подаче рабочей жидкости в канал напорной магистрали 7 и камеру 5 происходит взвод бойка и клапана. В процессе взвода происходит совместное перемещение бойка 3 и клапана 4 в сторону камеры-аккумулятора 9, вызывая повышение давления газа в последней. Утечки рабочей жидкости из напорной камеры 5 через поверхность контакта бойка и клапан совместно с объемом жидкости сливной камеры 6 удаляются из корпуса ударного механизма в канал от сливной магистрали 8. Поршень клапана 4 контакта с корпусом 1 не имеет. Опорная поверхность клапана, выполненная в виде разрезных полимерных колец 11 и 12, допускает некоторое радиальное смещение поршня относительно корпуса 1, что компенсируется величиной зазора в зоне разреза колец 11 и 12, упругостью прокладки 10, осуществляющей надежное разделение напорной и сливной камер и одновременно создающей некоторый монтажный прижим полимерного кольца 11 к корпусу 1. В процессе взвода полость между бойком 3 и клапаном 4 соединена со сливной камерой 6. Works hydraulic hammer mechanism as follows. When the working fluid is supplied to the channel of the pressure line 7 and chamber 5, the striker and valve are cocked. In the process of platoon, the striker 3 and valve 4 are jointly moved towards the battery chamber 9, causing an increase in gas pressure in the latter. Leaks of the working fluid from the pressure chamber 5 through the contact surface of the striker and the valve together with the volume of liquid of the drain chamber 6 are removed from the shock mechanism housing into the channel from the drain line 8. The piston of the valve 4 has no contact with the housing 1. The supporting surface of the valve, made in the form of split polymer rings 11 and 12, allows a certain radial displacement of the piston relative to the housing 1, which is compensated by the size of the gap in the section of the rings 11 and 12, the elasticity of the gasket 10, which ensures reliable separation of the pressure and drain chambers and at the same time creates some mounting clip of the polymer ring 11 to the housing 1. During the platoon, the cavity between the striker 3 and the valve 4 is connected to the drain chamber 6.

Процесс взвода заканчивается в момент перекрытия поршнем клапана 4 крайней точки канала 8 сливной магистрали. При этом (см. фиг. 2) давление рабочей жидкости в полости между бойком 3 и клапаном 4, а также в объеме сливной камеры 6, отсеченной поршнем клапана от канала сливной магистрали 8, возрастает до величины давления в напорной камере 5. Усилие, определяемое указанным давлением и площадью сечения бойка 3, начинает перемещать последний в сторону инструмента 2. Усилие, определяемое указанным давлением и площадью клапана (с диаметром опорной поверхности), перемещает клапан 4 в сторону, противоположную направлению движения бойка. Происходит размыкание бойка 3 и клапана 4 с образованием между ними полости, заполняемой рабочей жидкостью, постоянно поступающей в напорную камеру 5 через канал напорной магистрали 7. Время движения клапана 4 в сторону, противоположную движению бойка 3, в значительной мере определяется длиной от сливной камеры 6, отсекаемой поршнем клапана 4 от канала сливной магистрали 8 и отделенной от напорной магистрали 7 упругой прокладкой 10 и кольцом 11, а также величиной кольцевого дроссельного зазора между поверхностью поршня клапана 4 и внутренней поверхностью корпуса 1. Указанный зазор Δ может быть регулируемым. Поршень клапана 4 может быть выполнен составным с набором сменных коаксиальных колец, установленных на поршне со стороны сливной камеры 6, с образованием различных величин зазора Δ (на фиг. 1 и 2 не показаны). The platoon process ends when the piston valve 4 closes the extreme point of the channel 8 of the drain line. In this case (see Fig. 2) the pressure of the working fluid in the cavity between the striker 3 and the valve 4, as well as in the volume of the drain chamber 6, cut off by the valve piston from the channel of the drain line 8, increases to the pressure in the pressure chamber 5. The force determined the specified pressure and the cross-sectional area of the striker 3, begins to move the latter in the direction of the tool 2. The force determined by the specified pressure and the area of the valve (with the diameter of the supporting surface) moves the valve 4 in the direction opposite to the direction of movement of the striker. The striker 3 and valve 4 are opened with the formation of a cavity between them, filled with a working fluid, which constantly enters the pressure chamber 5 through the pressure line channel 7. The valve 4 moves in the direction opposite to the movement of the striker 3, is largely determined by the length from the drain chamber 6 cut off by the piston of the valve 4 from the channel of the drain line 8 and separated from the pressure line 7 by an elastic gasket 10 and a ring 11, as well as by the size of the annular throttle clearance between the surface of the piston of the valve 4 and the internal erhnostyu Δ housing 1. Said gap may be adjustable. The valve piston 4 can be made integral with a set of interchangeable coaxial rings mounted on the piston from the side of the drain chamber 6, with the formation of various clearance values Δ (not shown in FIGS. 1 and 2).

Рассмотренный регулятор позволяет расчетную часть отсеченного объема рабочей жидкости через кольцевой зазор Δ отвести в сливную магистраль, что предопределит возможность дальнейшего перемещения клапана в сторону, противоположную движению бойка, на величину Δ l. Указанное перемещение определит величину времени задержки клапана в направлении движения бойка. The considered controller allows the calculated part of the cut off volume of the working fluid through the annular gap Δ to be diverted to the drain line, which will determine the possibility of further movement of the valve in the direction opposite to the movement of the striker by Δ l. The specified movement will determine the amount of valve delay time in the direction of movement of the striker.

При отходе бойка 3 от клапана 4 давление рабочей жидкости в напорной камере 5 и полости между бойком и клапаном падает, и энергия сжатого в аккумуляторе 9 газа перемещает клапан в сторону бойка. В дальнейшем разгон бойка 3 будет определяться энергией газа через клапан и объем полости, заполненной рабочей жидкостью. When the striker 3 moves away from the valve 4, the pressure of the working fluid in the pressure chamber 5 and the cavity between the striker and the valve drops, and the energy of the gas compressed in the accumulator 9 moves the valve toward the striker. Further acceleration of the striker 3 will be determined by the energy of the gas through the valve and the volume of the cavity filled with the working fluid.

При перемещении клапана на величину, большую Δ l, сливная камера соединяется со сливной магистралью 8. Туда же будет отводиться часть рабочей жидкости, поступившей в напорную камеру за время движения бойка и клапана в сторону инструмента. When the valve moves by a value greater than Δ l, the drain chamber is connected to the drain line 8. There, a part of the working fluid, which entered the pressure chamber during the movement of the hammer and valve towards the tool, will be diverted.

После нанесения удара по инструменту 2, погруженному в разрабатываемую среду, боек 3 оказывается прижатым к нему давлением рабочей жидкости, заполнившей полость между бойком 3 и клапаном 4. Отскока бойка от инструмента не происходит. Время прижатия бойка к инструменту 2, достаточное для передачи последнему всей энергии, запасенной бойком во время его рабочего хода, определяется временем вытеснения объема рабочей жидкости из полости между бойком и клапаном в сливную камеру 6 и сливную магистраль. Величина указанного объема, как рассматривалось ранее, зависит от характеристик регулятора скорости клапана и геометрических размеров сливной камеры. После вытеснения указанного объема клапан входит в контакт с бойком и начинается процесс взвода следующего цикла. (56) Патент США N 4018135, кл. 91/321, 1977. After striking the tool 2, immersed in the developed medium, the striker 3 is pressed against it by the pressure of the working fluid that fills the cavity between the striker 3 and the valve 4. The striker does not bounce from the tool. The time that the striker is pressed against the tool 2, sufficient to transfer to the latter all the energy stored by the striker during its working stroke, is determined by the time of displacing the volume of working fluid from the cavity between the striker and the valve into the drain chamber 6 and the drain line. The magnitude of the indicated volume, as previously discussed, depends on the characteristics of the valve speed controller and the geometric dimensions of the drain chamber. After displacing the indicated volume, the valve comes into contact with the striker and the process of cocking the next cycle begins. (56) U.S. Patent No. 4,018,135, cl. 91/321, 1977.

Авторское свидетельство СССР N 1091261, кл. Е 21 С 3/20, 1982.  USSR copyright certificate N 1091261, cl. E 21 C 3/20, 1982.

Claims (5)

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ, включающий корпус с рабочим инструментом, размещенные последовательно в корпусе с возможностью осевого перемещения боек и клапан с поршнем, образующие совместно с корпусом напорную и сливную камеры, связанные соответственно с напорной и сливной магистралями, и камеру-аккумулятор, отличающийся тем, что поршень клапана выполнен с жидкостным регулятором скорости перемещения, размещенным на части поверхности поршня со стороны сливной камеры и отделенным от напорной камеры уплотнением на внешней поверхности поршня и опорной поверхностью поршня клапана. 1. HYDRAULIC SHOCK MECHANISM, comprising a housing with a working tool, placed sequentially in the housing with the possibility of axial movement of the strikers and a valve with a piston, forming, together with the housing, a pressure and drain chamber connected respectively to the pressure and drain lines, and a battery chamber, characterized in that the valve piston is made with a fluid speed regulator located on a part of the piston surface from the drain chamber and separated from the pressure chamber by a seal on the outer surface the piston shaft and the supporting surface of the valve piston. 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что жидкостный регулятор скорости перемещения выполнен в виде кольцевого дроссельного зазора между поверхностью поршня клапана и внутренней поверхностью корпуса. 2. The mechanism according to p. 1, characterized in that the liquid speed controller is made in the form of an annular throttle clearance between the surface of the valve piston and the inner surface of the housing. 3. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что уплотнение выполнено в виде упругой кольцевой прокладки, размещенной в канавке на поверхности поршня, и разрезного полимерного кольца, охватывающего упругую кольцевую прокладку. 3. The mechanism according to claim 1, characterized in that the seal is made in the form of an elastic annular gasket located in a groove on the surface of the piston and a split polymer ring covering the elastic annular gasket. 4. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что опорная поверхность поршня клапана выполнена в виде разрезного полимерного кольца, размещенного в канавке поршня перед уплотнением со стороны напорной камеры. 4. The mechanism according to p. 1, characterized in that the supporting surface of the piston of the valve is made in the form of a split polymer ring placed in the groove of the piston before sealing on the pressure chamber side. 5. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что жидкостный регулятор скорости выполнен в виде сменных коаксиальных колец, установленных на поршне клапана со стороны сливной камеры.  5. The mechanism according to claim 1, characterized in that the liquid speed controller is made in the form of interchangeable coaxial rings mounted on the valve piston from the side of the drain chamber.

Images