RU2476644C1

RU2476644C1 - Adjustable impact machine

Info

Publication number: RU2476644C1
Application number: RU2011140655/03A
Authority: RU
Inventors: Василий Николаевич Белобородов; Анатолий Антонович Репин; Вячеслав Андреевич Голдобин; Андрей Константинович Ткачук
Original assignee: Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-02-27

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: adjustable impact machine includes a housing, a hammer, chamber of forward and backward stroke, a working tool and a control device containing a spool valve and a stock interacting with it, a water motor, an exhaust nozzle, a control nozzle, a turning spring, a throttle and a working medium source. Spool valve is of rotating type, and a shaft is used as stock, on which spool valve, water motor and turning spring operating for closing of spool valve at absence of action of control pulse Pof working medium pressure on the water motor from the control nozzle are installed. Exhaust nozzle is connected via outlet and inlet holes of spool valve at its open position to backward-stroke chamber and through the above throttle to the working medium source; at that, exhaust nozzle and control nozzle are oriented to the water motor with possibility of the spool valve opening. Its housing is equipped with a control chamber, and control device is equipped with a vacuum ejector, a check valve and a vacuum control connected to the forward-stroke chamber. Control chamber is connected to control nozzle, and through backward-stroke chamber in upper position of the hammer and the above throttle to the working medium source and through the inlet and outlet holes of the spool valve, vacuum ejector and check valve to forward-stroke chamber, which is made in the form of a vacuum spring.EFFECT: increasing operating efficiency of adjustable impact machine owing to reducing power consumption; improving operation reliability owing to simplifying the design.1 dwg

Description

Техническое решение относится к машиностроению и может найти применение в горном деле при отбойке монолитов, в строительстве, а также в сейсморазведке как механический источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах.The technical solution relates to mechanical engineering and can find application in mining during the breaking of monoliths, in construction, as well as in seismic exploration as a mechanical source of excitation of seismic waves at shallow depths.

Известна регулируемая гидравлическая ударная машина (патент РФ №2252299, кл. E02D 7/10, E02F 5/18, опубл. 20.05.2005 г.), содержащая ударный узел и средство управления энергией удара, причем ударный узел включает корпус, в котором расположена первая рабочая камера, ударник и рабочий упругий элемент, а средство управления энергией удара выполнено в виде корпуса с расположенными в нем второй рабочей камерой и клапаном, взаимодействующим со штоком и задающим упругим элементом с устройством для изменения усилия его предварительного сжатия. Первая и вторая рабочие камеры гидравлически связаны. Средство управления энергией удара дополнительно снабжено регулятором скорости прямого хода клапана, включающим гидравлически автономную амортизационную камеру с амортизационной жидкостью, разделенную на верхнюю и нижнюю части концевым амортизационным поршнем, расположенным на клапане. Верхняя и нижняя части амортизационной камеры связаны между собой посредством каналов через запорный клапан и дроссель.Known adjustable hydraulic percussion machine (RF patent No. 2252299, class E02D 7/10, E02F 5/18, publ. 05/20/2005), containing a shock unit and means of controlling the impact energy, and the shock node includes a housing in which is located the first working chamber, the striker and the working elastic element, and the impact energy control means is made in the form of a housing with a second working chamber located therein and a valve interacting with the rod and defining the elastic element with a device for changing the force of its preliminary compression. The first and second working chambers are hydraulically connected. The impact energy control means is additionally equipped with a valve forward speed controller, including a hydraulically self-contained shock chamber with shock liquid, divided into upper and lower parts by an end shock piston located on the valve. The upper and lower parts of the cushioning chamber are interconnected by channels through a shut-off valve and a throttle.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и, как следствие, снижение надежности работы устройства. Кроме того, схема рассматриваемого аналога позволяет реализовать только гидравлическую ударную машину, что значительно ограничивает возможности устройства. К серьезным недостаткам известного устройства относится слишком высокая степень отдачи машины, не позволяющая избежать повторного удара, что неприемлемо при некоторых видах работ (например, в сейсморазведке при возбуждении сейсмических волн на малых глубинах).The disadvantages of this device are the design complexity and, as a result, the decrease in the reliability of the device. In addition, the circuit of the considered analogue allows you to implement only a hydraulic impact machine, which greatly limits the capabilities of the device. Serious disadvantages of the known device include a too high degree of recoil of the machine, which does not allow to avoid a second impact, which is unacceptable for some types of work (for example, in seismic exploration when exciting seismic waves at shallow depths).

К другим недостаткам данного устройства относится сложность изготовления и, как следствие, высокая стоимость устройства.Other disadvantages of this device include the complexity of manufacture and, as a consequence, the high cost of the device.

Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является ударная машина, описанная в патенте РФ №2376467, Е21С 37/00, B25D 9/00 на устройство для управления рабочим циклом ударной машины (2-й вариант), опубл. 20.12.2009, Бюл. №35.The closest in technical essence and the set of essential features is a percussion machine, described in RF patent No. 2376467, Е21С 37/00, B25D 9/00 for a device for controlling the working cycle of a percussion machine (2nd option), publ. 12/20/2009, Bull. Number 35.

Известная ударная машина включает корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода, рабочий инструмент и управляющее устройство, в корпусе которого установлены золотник и шток, взаимодействующий с золотником. Управляющее устройство снабжено турбинкой, выхлопным соплом, соплом управления и поворотной пружиной. Золотник выполнен поворотного типа, а в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия управляющего импульса Р_упр давления рабочей среды на турбинку от сопла управления. Выхлопное сопло соединено через выпускное и впускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой прямого хода и через дроссель - с источником рабочей среды. Выхлопное сопло и сопло управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника.A known percussion machine includes a housing, an impactor, forward and reverse cameras, a working tool and a control device, in the housing of which a spool and a rod interacting with the spool are installed. The control device is equipped with a turbine, an exhaust nozzle, a control nozzle and a rotary spring. The spool is made of a rotary type, and a shaft is used as a rod, on which a spool, a turbine and a rotary spring are installed, which works to close the spool in the absence of the control impulse P _control pressure of the working medium on the turbine from the control nozzle. The exhaust nozzle is connected through the outlet and inlet openings of the slide valve when it is open to the forward chamber and through the throttle to the source of the working medium. The exhaust nozzle and control nozzle are oriented to the turbine with the possibility of opening the spool.

Недостатком такой ударной машины является невозможность ее регулирования без блока управления, что усложняет конструкцию машины и, как следствие, ведет к увеличению ее стоимости и снижению надежности работы. Кроме того, высокая степень отдачи в такой машине из-за жесткости пружины (как пневматической, так и механической) в камере прямого хода серьезно ограничивает возможность ее использования при различных видах работ (например, в сейсморазведке) и, как следствие, снижает эффективность использования.The disadvantage of such a shock machine is the impossibility of its regulation without a control unit, which complicates the design of the machine and, as a result, leads to an increase in its cost and a decrease in the reliability of operation. In addition, the high degree of return in such a machine due to the stiffness of the spring (both pneumatic and mechanical) in the forward-running chamber severely limits the possibility of its use in various types of work (for example, in seismic exploration) and, as a result, reduces the efficiency of use.

Задачами предлагаемого технического решения являются повышение эффективности работы регулируемой ударной машины за счет минимизации возможности повторного удара (отскока) и использования энергии отработанной рабочей среды и повышение надежности работы за счет упрощения конструкции.The objectives of the proposed technical solution are to increase the operational efficiency of an adjustable impact machine by minimizing the possibility of a second strike (rebound) and the use of energy from the worked environment and increasing the reliability of work by simplifying the design.

Поставленные задачи решаются тем, что в регулируемой ударной машине, содержащей корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода, рабочий инструмент и управляющее устройство, содержащее золотник и взаимодействующий с ним шток, турбинку, выхлопное сопло, сопло управления, поворотную пружину, дроссель и источник рабочей среды, при этом золотник выполнен поворотного типа, а в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия управляющего импульса Р_упр давления рабочей среды на турбинку от сопла управления, причем выхлопное сопло соединено через выпускное и впускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой обратного хода и через указанный дроссель - с источником рабочей среды, при этом выхлопное сопло и сопло управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника, согласно техническому решению ее корпус снабжен камерой управления, а управляющее устройство - вакуумным эжектором, обратным клапаном и регулятором вакуума. Камера управления соединена с соплом управления, а через камеру обратного хода в верхнем положении ударника и указанный выше дроссель - с источником рабочей среды и через впускное, выпускное отверстия золотника, вакуумный эжектор и обратный клапан - с камерой прямого хода. Регулятор вакуума управляющего устройства соединен с камерой прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины.The tasks are solved in that in an adjustable percussion machine containing a housing, a striker, forward and reverse cameras, a working tool and a control device containing a spool and a rod interacting with it, a turbine, an exhaust nozzle, a control nozzle, a rotary spring, a throttle and a source working medium, while the spool is made of a rotary type, and a shaft is used as a rod, on which a spool, a turbine and a rotary spring are installed, working to close the spool in the absence of control action th pulse P _exercise on the impeller from the control nozzle working medium pressure, wherein the exhaust nozzle is connected via the outlet and inlet openings of the spool in its open position with the retraction chamber and through said reactor - with a source of working fluid, wherein the exhaust nozzle and the control nozzle oriented to a turbine with the ability to open the valve, according to the technical solution, its body is equipped with a control chamber, and the control device is equipped with a vacuum ejector, check valve and vacuum regulator. The control chamber is connected to the control nozzle, and through the reverse chamber in the upper position of the hammer and the above-mentioned throttle - with the source of the working medium and through the inlet, outlet of the valve, vacuum ejector and non-return valve - with the forward chamber. The vacuum regulator of the control device is connected to the forward-stroke chamber, made in the form of a vacuum spring.

Повышение эффективности регулируемой ударной машины достигается за счет выполнения камеры прямого хода в виде вакуумной пружины и наличия регулятора вакуума, соединенного с камерой прямого хода. Известно, что жесткость такой пружины с повышением глубины вакуума стремится к нулю, что значительно снижает отдачу ударника, и, как следствие, позволяет использовать регулируемую ударную машину в самых разнообразных условиях, когда отдача недопустима, например в сейсморазведке, или в горном деле при отбойке монолитов, когда повторный удар весьма вреден. За счет использования при этом регулятора вакуума можно варьировать энергию удара в самых широких пределах, снижая или повышая глубину вакуума, что способствует повышению эффективности регулируемой ударной машины.Improving the efficiency of the adjustable impact machine is achieved by performing a forward-stroke chamber in the form of a vacuum spring and the presence of a vacuum regulator connected to the forward-stroke chamber. It is known that the stiffness of such a spring tends to zero with increasing vacuum depth, which significantly reduces the impact of the impactor, and, as a result, allows the use of an adjustable impact machine in a wide variety of conditions, when recoil is unacceptable, for example, in seismic exploration, or in mining when breaking monoliths when re-strike is quite harmful. Due to the use of a vacuum regulator, the impact energy can be varied to the widest extent possible, reducing or increasing the depth of the vacuum, which helps to increase the efficiency of the adjustable impact machine.

Возможность использования различных видов рабочей среды (пневматика, гидравлика) также повышает эффективность предлагаемой ударной машины.The possibility of using various types of working medium (pneumatics, hydraulics) also increases the efficiency of the proposed impact machine.

Использование вакуумного эжектора при этом также повышает эффективность регулируемой ударной машины, поскольку ее выхлоп (отработанная энергия) используется для создания, поддержания и повышения глубины вакуума в камере прямого хода (в вакуумной пружине), что повышает энергию удара.The use of a vacuum ejector in this case also increases the efficiency of the adjustable impact machine, since its exhaust (waste energy) is used to create, maintain and increase the depth of the vacuum in the forward stroke chamber (in the vacuum spring), which increases the impact energy.

Надежность работы регулируемой ударной машины обеспечивается снабжением ее корпуса камерой управления, подающей импульс Р_упр на открытие золотника, так как использование камеры управления вместо блока управления, представляющего собой сложное и дорогостоящее устройство, позволяет значительно упростить машину. Кроме того, использование камеры управления, вследствие ее экономичности дает возможность серьезно повысить эффективность регулируемой ударной машины за счет снижения энергозатрат,The reliability of the adjustable percussion machine is ensured by supplying its body with a control camera that provides impulse P _control to open the spool, since the use of a control camera instead of a control unit, which is a complex and expensive device, can greatly simplify the machine. In addition, the use of a control camera, due to its cost-effectiveness, makes it possible to seriously increase the efficiency of an adjustable impact machine by reducing energy costs,

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, где показана схема регулируемой ударной машины.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design and a drawing, which shows a diagram of an adjustable impact machine.

Регулируемая ударная машина содержит корпус 1 (см. чертеж), ударник 2, камеры прямого 3 и обратного 4 хода, рабочий инструмент 5 и управляющее устройство 6, содержащее золотник 7 и шток 8, взаимодействущий с золотником 7, турбинку 9, выхлопное сопло 10, сопло 11 управления, поворотную пружину 12, дроссель 13 и источник 14 рабочей среды (далее - источник 14). Золотник 7 выполнен поворотного типа. В качестве штока 8 использован вал, на котором установлен золотник 7, турбинка 9 и поворотная пружина 12, работающая на закрытие золотника 7 при отсутствии управляющего импульса Р_упр давления рабочей среды на турбинку 9 от сопла 11 управления. Выхлопное сопло 10 соединено через выпускное 15 и впускное 16 отверстия золотника 7 при его открытом положении с камерой 4 обратного хода и через дроссель 13 с источником 14. Выхлопное сопло 10 и сопло 11 управления сориентированы на турбинку 9 с возможностью открытия золотника 7. Корпус 1 регулируемой ударной машины снабжен камерой 17 управления, а управляющее устройство 6 - вакуумным эжектором 18, обратным клапаном 19 и регулятором 20 вакуума. Камера 17 управления соединена с соплом 11 управления управляющего устройства 6, а через камеру 4 обратного хода в верхнем положении ударника 2 и дроссель 13 - с источником 14. Также камера 17 управления через впускное 16, выпускное 15 отверстие золотника 7, вакуумный эжектор 18, обратный клапан 19 управляющего устройства 6 соединена с камерой 3 прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины. Регулятор 20 вакуума соединен с камерой 3 прямого хода.The adjustable impact machine includes a housing 1 (see drawing), a drummer 2, a direct 3 and a reverse 4-stroke chamber, a working tool 5 and a control device 6 containing a spool 7 and a rod 8 interacting with a spool 7, a turbine 9, an exhaust nozzle 10, the nozzle 11 of the control, the rotary spring 12, the throttle 13 and the source 14 of the working medium (hereinafter - the source 14). Spool 7 is made of a rotary type. As the rod 8, a shaft is used, on which a spool 7, a turbine 9 and a rotary spring 12 are installed, working to close the spool 7 in the absence of a control impulse P _control pressure of the working medium on the turbine 9 from the control nozzle 11. The exhaust nozzle 10 is connected through the outlet 15 and inlet 16 of the spool 7 when it is open to the reverse chamber 4 and through the throttle 13 to the source 14. The exhaust nozzle 10 and the control nozzle 11 are oriented to the turbine 9 with the possibility of opening the spool 7. The housing 1 is adjustable the impact machine is equipped with a control chamber 17, and the control device 6 is equipped with a vacuum ejector 18, a check valve 19 and a vacuum regulator 20. The control chamber 17 is connected to the control nozzle 11 of the control device 6, and through the reverse chamber 4 in the upper position of the hammer 2 and the throttle 13 - with the source 14. Also, the control chamber 17 through the inlet 16, outlet 15 of the spool 7, the vacuum ejector 18, reverse the valve 19 of the control device 6 is connected to the forward-running chamber 3 made in the form of a vacuum spring. The vacuum regulator 20 is connected to the forward chamber 3.

Регулируемая ударная машина работает следующим образом. В исходном положении золотник 7 закрыт, ударник 2 находится в нижнем положении, поворотная пружина 12 разжата, прижимая шток 8 к верхнему по чертежу упору. В камеру 4 обратного хода через дроссель 13 от источника 14 подается рабочая среда. Ударник 2 начинает двигаться вверх. Скорость взвода ударника 2 можно регулировать дросселем 13. При движении ударника 2 вверх происходит соединение камеры 4 обратного хода и камеры 17 управления. Возникает импульс давления Р_упр, который через сопло 11 управления воздействует на турбинку 9, вращая последнюю по часовой (на чертеже) стрелке. От турбинки 9 через шток 8 поворачивается золотник 7 по часовой стрелке. Поворотная пружина 12 начинает сжиматься. При самом небольшом открытии золотника 7 рабочая среда от источника 14 через дроссель 13, впускное 16 и выпускное 15 отверстия золотника 7 поступает на турбинку 9 через выхлопное сопло 10, что создает добавочную реактивную силу на турбинке 9, ускоряя сжатие поворотной пружины 12, поворот штока 8 до нижнего по чертежу упора и, соответственно, открытие золотника 7. Часть рабочей среды от источника 14 через дроссель 13, впускное 16 и выпускное 15 отверстия золотника 7 попадает в вакуумный эжектор 18, с помощью которого через обратный клапан 19 в камере 3 прямого хода, представляющей собой вакуумную пружину, создается вакуум, глубину которого, а соответственно и энергию удара можно регулировать с помощью регулятора 20 вакуума. Ударник 2 достигает верхнего положения и под действием вакуумной пружины (камеры 3 прямого хода) начинает движение вниз. Рабочая среда из камеры 4 обратного хода устремляется через впускное 16 и выпускное 15 отверстия золотника 7 на выхлопное сопло 10, сжимая поворотную пружину 12 и прижимая шток 8 к нижнему по чертежу упору. Золотник 7 остается в открытом состоянии, даже при разделении камеры 4 обратного хода и камеры 17 управления. В конце прямого хода ударник 2 наносит удар по рабочему инструменту 5. Рабочая среда из камеры 4 обратного хода уже не может воздействовать через выхлопное сопло 10 на турбинку 9, поскольку давление в камере 4 обратного хода резко снижается. Импульс Р_упр отсутствует, т.к. камера 4 обратного хода и камера 17 управления разделены. Энергии рабочей среды, поступающей от источника 14 через дроссель 13, впускное 16 и выпускное 15 отверстия золотника 7 на выхлопное сопло 10 недостаточно, чтобы удерживать через турбинку 9 и шток 8 золотник 7 в открытом состоянии. Поворотная пружина 12 разжимается, поворачивая шток 8 к крайнему, верхнему по чертежу упору. Золотник 7 закрывается. Цикл работы регулируемой ударной машины повторяется.Adjustable impact machine operates as follows. In the initial position, the spool 7 is closed, the hammer 2 is in the lower position, the rotary spring 12 is unloaded, pressing the rod 8 against the upper stop according to the drawing. A working medium is supplied to the reverse chamber 4 through the inductor 13 from the source 14. Drummer 2 starts to move up. The cocking speed of the striker 2 can be adjusted by the throttle 13. When the striker 2 moves upward, the reverse chamber 4 and the control chamber 17 are connected. There is a pressure pulse P _control , which through the nozzle 11 of the control acts on the turbine 9, rotating the latter clockwise (in the drawing) arrow. From the turbine 9 through the rod 8 turns the spool 7 clockwise. The rotary spring 12 begins to compress. With the smallest opening of the spool 7, the working medium from the source 14 through the throttle 13, inlet 16 and outlet 15 of the spool 7 openings enters the turbine 9 through the exhaust nozzle 10, which creates additional reactive force on the turbine 9, accelerating the compression of the rotary spring 12, the rotation of the rod 8 to the lower stop in the drawing and, accordingly, the opening of the spool 7. A part of the working medium from the source 14 through the throttle 13, inlet 16 and outlet 15 of the bore of the spool 7 enters the vacuum ejector 18, through which it is straight through the check valve 19 in the chamber 3 stroke spring is a vacuum, a vacuum is created, whose depth, and thus the impact energy can be adjusted using the vacuum regulator 20. Drummer 2 reaches the upper position and under the action of the vacuum spring (camera 3 forward) starts to move down. The working medium from the reverse chamber 4 rushes through the inlet 16 and the outlet 15 of the spool 7 holes to the exhaust nozzle 10, compressing the rotary spring 12 and pressing the rod 8 against the lower stop in the drawing. The spool 7 remains in the open state, even when separating the reverse chamber 4 and the control chamber 17. At the end of the forward stroke, the striker 2 strikes the working tool 5. The working medium from the reverse chamber 4 can no longer act through the exhaust nozzle 10 on the turbine 9, since the pressure in the reverse chamber 4 decreases sharply. Impulse P _{control is} absent, tk. the reverse chamber 4 and the control chamber 17 are separated. The energy of the working medium coming from the source 14 through the throttle 13, inlet 16 and outlet 15 of the spool 7 opening to the exhaust nozzle 10 is not enough to keep the spool 7 in the open state through the turbine 9 and rod 8. The rotary spring 12 is expanded, turning the stem 8 to the extreme, upper stop in the drawing. Spool 7 closes. The cycle of the adjustable impact machine is repeated.

Claims

Регулируемая ударная машина, содержащая корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода, рабочий инструмент и управляющее устройство, содержащее золотник и взаимодействующий с ним шток, турбинку, выхлопное сопло, сопло управления, поворотную пружину, дроссель и источник рабочей среды, при этом золотник выполнен поворотного типа и в качестве штока использован вал, на котором установлены золотник, турбинка и поворотная пружина, работающая на закрытие золотника при отсутствии воздействия управляющего импульса Р_упр давления рабочей среды на турбинку от сопла управления, причем выхлопное сопло соединено через выпускное и впускное отверстия золотника при его открытом положении с камерой обратного хода и через указанный дроссель - с источником рабочей среды, при этом выхлопное сопло и сопло управления сориентированы на турбинку с возможностью открытия золотника, отличающаяся тем, что ее корпус снабжен камерой управления, а управляющее устройство - вакуумным эжектором, обратным клапаном и регулятором вакуума, соединенным с камерой прямого хода, при этом камера управления соединена с соплом управления, а через камеру обратного хода в верхнем положении ударника и указанный выше дроссель - с источником рабочей среды и через впускное, выпускное отверстия золотника, вакуумный эжектор и обратный клапан - с камерой прямого хода, выполненной в виде вакуумной пружины. An adjustable impact machine comprising a housing, a hammer, forward and reverse cameras, a working tool and a control device comprising a slide valve and a rod interacting with it, a turbine, an exhaust nozzle, a control nozzle, a rotary spring, a throttle and a working medium source, the slide valve being made a rotary type and a shaft is used as a rod, on which a spool, a turbine and a rotary spring are installed, which works to close the spool in the absence of the control pulse P _control pressure of the working medium to the turbine from the control nozzle, and the exhaust nozzle is connected through the outlet and inlet of the valve when it is open to the reverse chamber and through the specified throttle to a source of working medium, while the exhaust nozzle and control nozzle are oriented to the turbine with the possibility of opening the valve the fact that its body is equipped with a control camera, and the control device is equipped with a vacuum ejector, a check valve and a vacuum regulator connected to the forward camera, while the control camera One with the control nozzle and through the return stroke chamber in the upper position above the striker and reactor - with a source of hydraulic medium through the inlet and, an outlet valve, a vacuum ejector and a check valve - with a camera forward stroke made in the form of vacuum spring.