Гидравлический молот (варианты)
Использование: для разрушения горных пород, железобетона и других высокопрочных хрупких материалов. Сущность изобретения: гидравлический молот содержит ударник с поршнем, имеющим на своем конце кольцевой выступ, и двумя противолежащими штоками различного диаметра образует с корпусом две камеры: холостого хода, постоянно сообщенную с напорной магистралью и аккумулятором, и рабочего хода, посредством распределителя поочередно сообщаемую с напорной либо со сливной магистралями. Распределитель, выполненный в виде трехступенчатой втулки, подвижно расположенный в корпусе коаксиально поршню-ударнику, имеет две полости управления на ее торцах и посредством каналов в корпусе, сообщенных с кольцевыми расточками корпуса, выполненными по торцам камеры рабочего хода и открытыми в сторону последней, между которыми расположен кольцевой выступ поршня-ударника. Согласно второму варианту, распределитель выполнен в виде плунжера-золотника, расположенного в отдельной от ударника расточке или отдельном корпусе, что позволяет упростить ремонт и обслуживание молота. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к горной промышленности, металлургии и строительству, а именно к устройствам для разрушения горных пород и искусственных материалов.
Известны гидравлические устройства ударного действия, у которых разгон ударника осуществляется при перетекании рабочей жидкости из полости взвода (холостого хода) в полость рабочего хода, например устройство ударного действия финской фирмы "Коне Осакейтие" [1], содержащее корпус с подвижно расположенным в нем ударником, золотниковый гидрораспределитель, напорный клапан и гидропневматический аккумулятор, размещенный соосно с ударником. Недостатком указанного устройства являются большие гидравлические потери, определяемые гидравлической схемой устройства и вызванные тем, что слив отработавшей рабочей жидкости из устройства в бак осуществляется через напорный клапан, настроенный (из условия работы устройства) на значительный перепад давления, что фактически связано с дросселированием жидкости и ее нагревом. Кроме того, перетекание жидкости внутри устройства во время рабочего хода происходит по протяженным малого сечения каналам, что также связано с большими потерями. В силу этого КПД устройства не превышает 60 - 70%. Известно также устройство ударного действия [2], включающее корпус, образующий с бойком-ударником, имеющим поршень и шток с проточкой, взводящую, переливную и аккумулирующую камеры, ступенчатый клапан, имеющий расточку в нижней части и установленный в корпусе коаксиально штоку бойка с возможностью осевого перемещения и образующий своей ступенью с корпусом клапанную полость. Устройство отличается простотой, малыми размерами, каналами большого сечения для перетекания жидкости внутри корпуса. Основным недостатком указанного устройства является то, что во время рабочего хода рабочая жидкость, поступающая в корпус устройства от источников давления, сливается в бак, не производя полезной работы. Не используется также кинетическая энергия холостого хода бойка-ударника. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство ударного действия [3], включающее корпус, образующий с поршнем-ударником камеру холостого хода, сообщенную с напорной магистралью, и камеру рабочего хода, связанную попеременно с напорной или сливной магистралью через распределитель и сливную магистраль управления. Это устройство (в отличие от предыдущего) обладает значительно более высоким КПД и частотой ударов, однако и оно не лишено недостатков. В данном устройстве, как и в предыдущем, ударник помимо основного назначения выполняет функцию распределительного механизма. На его наружной поверхности выполнены распределительные канавки. В силу этого зазоры между ударником и направляющими поверхностями должны быть выполнены и поддерживаться во время эксплуатации устройства в достаточно узких пределах (0,03 - 0,06 мм). Увеличение зазоров свыше указанных приводит к значительным перетеканиям жидкости, что приводит к нарушению работы гидравлического молота. По этой причине с одной стороны усложняется технология и повышается стоимость изготовления, а с другой - снижается срок службы молота из-за малого допуска на износ сопряженных поверхностей ударника и корпуса. Кроме того, наличие на корпусе автономных золотникового распределителя, клапана управления и гидроаккумуляторов требует выполнения в корпусе большого числа соединительных каналов в виде протяженных сверлений, пазов и расточек, что с одной стороны приводит к усложнению технологии изготовления, а с другой - к значительным гидравлическим потерям. Таким образом, известное устройство недостаточно эффективно и надежно в работе, сложно по конструкции и технологии изготовления. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении эффективности и надежности работы устройства, упрощении конструкции и технологии изготовления. Сущность изобретения состоит в том, что в гидравлическом молоте, содержащем полый корпус, установленный в нем поршень-ударник, распределитель, сливную и напорные магистрали с установленными в них аккумуляторами, согласно изобретению, распределитель размещен в выполненной в корпусе между камерами рабочего и холостого ходов осевой расточке и выполнен в виде охватывающей поршень-ударник втулки, имеющей три цилиндрические ступени, выполненные увеличивающимися по диаметру в направлении от камеры рабочего хода к камере холостого хода, в осевой расточке корпуса выполнены три кольцевые канавки с образованием буртов, которые сопряжены соответственно с наименьшей и средней ступенями распределителя, в торцевых стенках камеры рабочего хода выполнены открытые в упомянутую камеру кольцевые расточки равного диаметра, одна из которых сообщена посредством кольцевого канала с выполненной между ней и осевой расточкой полостью управления меньшего диаметра, а другая - через каналы в корпусе со второй полостью управления большего диаметра, выполненной между камерой холостого хода и осевой расточкой. Поршень-ударник выполнен с кольцевым выступом, размещенным в камере рабочего хода и имеющим диаметр, равный диаметру упомянутых кольцевых расточек. Первая со стороны камеры холостого хода канавка сообщена с упомянутой камерой холостого хода, сообщенной с напорной магистралью, а вторая канавка сообщена со сливной магистралью. Кроме того, в корпусе между камерой холостого хода и полостью управления большего диаметра выполнена дополнительная кольцевая канавка, сообщенная через дополнительные каналы в корпусе с последней. Кроме того, кольцевой выступ поршня-ударника выполнен двухступенчатым, диаметр меньшей ступени которого равен диаметру кольцевого канала. Согласно второму варианту изобретения, распределитель выполнен в виде плунжера-золотника, имеющего внутренние каналы, а наружная поверхность - три ступени с диаметрами, уменьшающимися в направлении от камеры рабочего хода к камере холостого хода, и размещен в образованной в стенке корпуса дополнительной камере с тремя кольцевыми канавками, а образованные при этом бурты сопряжены с соответствующими ступенями распределителя. В торцевых стенках упомянутой камеры выполнены полости управления с диаметрами, равными соответственно наименьшей и наибольшей ступеням распределителя, из которых первая сообщена с кольцевой расточкой, выполненной в торцевой стенке камеры рабочего хода, прилегающей к камере холостого хода, а вторая - с расточкой, размещенной в противолежащей стенке упомянутой камеры. При этом обе расточки открыты в сторону камеры рабочего хода, имеют одинаковые диаметры и равные диаметру размещенного в камере рабочего хода кольцевого выступа поршня-ударника. Кроме того, кольцевая канавка дополнительной камеры с размещенной в ней наибольшей ступенью распределителя сообщена с напорной магистралью, средняя - со сливной магистралью, а третья - с камерой рабочего хода. Кроме того, в торцевой стенке камеры рабочего хода между кольцевой расточкой и камерой холостого хода выполнен кольцевой канал для сообщения упомянутой расточки с полостью управления меньшего диаметра, а кольцевой выступ поршня-ударника выполнен двухступенчатым, диаметр меньшей ступени которого равен диаметру кольцевого канала. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в том, что заявляемый молот проще по конструкции и технологии изготовления, имеет сравнительно малые размеры, обладает высоким КПД и надежностью, что полностью подтвердили проведенные испытания. На фиг. 1 представлена принципиальная схема молота; на фиг. 2 - молот, в котором полость управления в конце холостого хода соединяется с полостью холостого хода; на фиг. 3 - молот, в котором кольцевой выступ поршня-ударника выполнен двухступенчатым; на фиг. 4 - молот, в котором распределитель расположен в образованной в стенке корпуса дополнительной камере или выполнен в виде отдельного узла; на фиг. 5 - то же, но кольцевой выступ поршня-ударника выполнен двухступенчатым. Гидравлический молот содержит полый корпус 1, в направляющих 2, 3 и 4 которого подвижно установлен поршень-ударник 5, с передним штоком 6 диаметром D1 поршневым выступом 7 диаметром D2 и задним штоком 8 диаметром D3, а также кольцевым выступом 9 диаметром D4, при этом D4 > D2 > D1 > D3 (фиг. 1). В расточке корпуса 1 коаксиально поршню-ударнику 5 подвижно установлен распределитель 10 в виде трехступенчатой втулки со ступенями: 11 - диаметром D5, 12 - диаметром D6 и ступенью 13 диаметром D7, при этом диаметр D7 наибольший, а D5 - наименьший. Своим выступом на внутренней поверхности распределитель 10 сопряжен с наружной поверхностью поршневого выступа 7 поршня-ударника 5, а в боковой стенке ступени 11 выполнены пазы 14. Со стороны торцов ступеней 11 и 13 в корпусе 1 выполнены полости управления 15 и 16 соответственно. В теле корпуса 1 выполнены канавки 17, 18 и 19, образующие бурты 20 и 21, сопряженные соответственно со ступенями 11 и 12 распределителя 10. Внутренней поверхностью корпуса 1 и поршнем-ударником 5 образовано три камеры: холостого хода 22, рабочего хода 23, газовая - 24. В торцевых стенках камеры 23 рабочего хода выполнены две кольцевые расточки 25 и 26, первая из которых кольцевым каналом 27 сообщена с полостью управления 16. Камера 22 холостого хода каналом 29 сообщена с канавкой 19, а через напорную магистраль 30 с аккумулятором 31 и насосом 32. Камера 23 рабочего хода посредством канала 33 сообщена с канавкой 17, которая через пазы 14 сообщается с кольцевым каналом 34, образованным внутренней поверхностью распределителя 10 и поверхностью поршня-ударника 5. Кольцевая канавка 18 сообщена со сливной магистралью 35 с установленным на ней аккумулятором 36. Для устранения утечек жидкости наружу и перетоков между полостями установлены мягкие уплотнения 37, 38, 39 и 40. Газовая камера 24 либо сообщается с атмосферой, либо заполнена сжатым газом. На фиг. 2 представлен молот, в котором полость управления 16 со стороны большей ступени 13 распределителя 10 сообщена посредством каналов 41 с канавкой 42 в корпусе 1, которая в конце холостого хода ударника 5 через щель, образованную внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной цилиндрической поверхностью ступени 6 поршня-ударника 5, сообщается с камерой 22 холостого хода. На фиг. 3 представлен молот, в котором кольцевой выступ поршня-ударника 5 снабжен дополнительной ступенью 43, диаметр которой соответствует диаметру кольцевого канала 27. На фиг. 4 представлен молот, в котором распределитель 10 выполнен в виде плунжера-золотника, расположенного в дополнительной камере корпуса 1 или в отдельном корпусе, присоединенном к корпусу 1, например, с помощью болтов. В торцевых стенках дополнительной камеры выполнены полости управления 15 и 16, которые каналами в корпусе 1 сообщены с расточками 25 и 26 камеры рабочего хода. Вокруг плунжера-золотника 10 выполнены кольцевые канавки 17, 18 и 19, первая из которых сообщена с напорной, а вторая - со сливной магистралями, и, кроме того, последняя из них - 19 через каналы 14 и расточку 34 в теле, распределитель 10, канал 33 и расточку 17 в корпусе периодически сообщается с камерой рабочего хода 23 и полостью управления 15. Образованные канавками 17, 18 и 19 бурты 20 и 21 сопряжены соответственно со ступенями 11 и 12 распределителя 10. На фиг. 5 представлен молот, аналогичный молоту на фиг. 4, но с поршнем-ударником 5, у которого кольцевой выступ имеет две ступени 9 и 43, последняя имеет диаметр, равный диаметру кольцевого канала 27. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы газовые полости аккумуляторов 32 и 36 заполняются сжатым газом, давлением, равным примерно половине от максимального давления соответственно в напорной 27 и сливной 29 магистралях. Газовая камера 24 может быть сообщена с атмосферой либо при необходимости увеличения энергии удара может быть заполнена газом под давлением. В исходном положении поршень-ударник 5 и распределитель 10 занимают крайнее нижнее (по чертежу) положение. При этом поршень-ударник 5 опирается в обрабатываемый материал либо буртом 9 в дно расточки 25. Распределитель 10 торцом ступени 13 опирается в дно полости 16 управления. Камеры холостого хода 22 и рабочего хода 23 изолированы друг от друга. При этом камера холостого хода 22 посредством канала 29 сообщается с кольцевой канавкой 19, магистралью 30, аккумулятором 31 и насосом 32. В то же время камера рабочего хода 23 через канал 33, кольцевую канавку 17, пазы 14, кольцевой канал 34 сообщается со сливной магистралью 35 и аккумулятором 36. Жидкость от насоса 32 по напорной магистрали 30 поступает в аккумулятор 31 и через канал 29 в камеру 22 холостого хода. В канавке 19 будет поддерживаться то же давление, что и в аккумуляторе 31. Пока скорость поршня-ударника 5 мала, большая часть жидкости будет поступать в аккумулятор 31. По мере увеличения скорости поршня-ударника 5 количество жидкости, поступающей в камеру 22 холостого хода, будет возрастать, а в аккумуляторе 31 - уменьшаться. Под действием давления жидкости в камере 22 холостого хода поршень-ударник 5 будет перемещаться вверх (по чертежу), вытесняя жидкость из камеры 23 рабочего хода через канал 33, канавку 17, пазы 14, кольцевой канал 33, канавку 18, по сливной магистрали 35 в аккумулятор 36 и сливной бак. На распределитель 10 в это время будет действовать сила, удерживающая его в нижнем положении. Величина ее определяется из выражения: Pp =


где D1, D3 - диаметры переднего и заднего 8 штоков поршня-ударника 5,
Pакк. - давление жидкости в аккумуляторе 31. Под действием этой силы поршень- ударник 5, двигаясь по инерции вверх, сначала затормаживается. При этом жидкость из полости расточки 26 по каналу 28, полость управления 16 поступает частично в камеру 23 рабочего хода и аккумулятор 31. Таким образом, кинетическая энергия поршня-ударника 5 при холостом ходе преобразуется в потенциальную энергию аккумулятора 31. После остановки поршня-ударника 5 начинается его рабочий ход - разгон вниз на удар. При этом жидкость в камеру 23 рабочего хода поступает как от насоса 32 и аккумулятора 31 по магистрали 30, так и из камеры 22 холостого хода по каналу 29 в канавку 19, а далее по кольцевому каналу 34, пазы 14, каналу 33, а также через полость управления 16 и канал 28. Давление газа в газовой камере 24 (если она заполнена газом) за счет увеличения ее объема уменьшается. Распределитель 10 после переключения будет удерживаться в этом положении силой, направленной вверх и определяемой выражением:
Pp =

где D5, D6- диаметры верхней 11 и нижней 12 ступеней распределителя 10,
Pакк. - давление жидкости в аккумуляторе 31. Диаметры D1, D2, D3, D4 поршня- ударника 3 и емкость аккумулятора 31 подбираются таким образом, чтобы к концу рабочего хода произошло опорожнение аккумулятора 31. Параметры аккумулятора подбираются таким образом, чтобы колебание давления жидкости в нем было небольшим. Ускоренное движение поршня- ударника 5 вниз будет происходить до момента входа его кольцевого выступа 9 в расточку 25, после чего жидкость из полости расточки 25 через канал 27 вытесняется в полость управления 15, тем самым перемещая распределитель 10 в исходное положение. Происходит переключение распределителя 10. С этого момента из полости расточки 25 через канал 27, канавку 17 по каналу 33 жидкость поступает в полость 23 рабочего хода, туда же поступает жидкость из сливной магистрали 35 через канавку 18 и пазы 14. Жидкость из полости 22 холостого хода в этот момент по каналу 29, магистраль 34 поступает в аккумулятор 31, заряжая его. С момента переключения распределителя 10 поршень-ударник 5 проходит вниз еще небольшой путь, пока не произойдет его соударение с инструментом или обрабатываемым материалом (преградой). В связи с тем что жидкость из расточки 25 вытесняется по кольцевому каналу 27, каналу 33 большого сечения, а площадь бурта со стороны камеры холостого хода сравнительно мала, сила, вызывающая торможение поршня-ударника 5, на этом участке невелика, поэтому уменьшение скорости, а следовательно, и кинетической энергии поршня-ударника 5 незначительно. После соударения поршня-ударника 5 с преградой происходит его остановка, а затем начинается его ускоренное движение в обратном направлении - холостой ход. Цикл работы повторяется. В молоте, представленном на фиг. 2, кольцевой бурт между ступенями 6 и 7 поршня-ударника 5 в конце холостого хода входит в канавку 42. В результате чего полость управления 16 посредством каналов 41 и канавки 42 и кольцевого канала, образованного внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной цилиндрической поверхностью ступени 6 поршня-ударника 5, сообщается с камерой холостого хода. В полости управления 16 возникает высокое давление, равное давлению в аккумуляторе 31, под действием которого распределитель 10 перемещается в крайнее (по чертежу) верхнее положение, после чего происходит затормаживание поршня-ударника 5 и начинается его рабочий ход - ускоренное движение вниз (по чертежу). В остальном работа молота по фиг. 2 аналогична работе молота по фиг. 1. В данной конструкции отсутствует необходимость в протяженных каналах в корпусе для сообщения полости управления 16 с расточкой 26 в камере рабочего хода. Это упрощает конструкцию, снижает трудоемкость изготовления и размеры устройства. Работа молота, представленного на фиг. 4, в принципе аналогична работе молота по фиг. 1; вместе с тем этот вариант молота по сути дела может представлять собой сборку двух узлов: корпуса 1 с размещенным в нем поршнем- ударником 5, по существу гидроцилиндра, и блока управления - корпус с золотниковым распределителем 10. В связи с тем что нарушения работы молота происходят, как правило, по вине блока управления, такая конструкция особенно удобна для молотов больших размеров, когда его ремонт на месте может заключаться в замене вышедшего из строя блока на исправный, без разборки и снятия тяжелых базовых деталей молота. В молотах, представленных на фиг. 3, 5, предусмотрено тормозное устройство, предотвращающее жесткое соударение поршня-ударника 5 с корпусом 1 при "холостых" ударах - "прострелах", что неизбежно бы приводило к поломкам молота. В случае если поршень-ударник 5 в конце своего рабочего хода не встречает преграды - обрабатываемой среды, ступень 43 кольцевого выступа входит в кольцевой канал 27 с некоторым зазором. С этого момента жидкость, заключенная в полости, образованной внутренней поверхностью расточки 25, цилиндрической поверхностью ступени 43 и торцевой поверхностью ступени 9, при движении поршня-ударника будет вытесняться через зазор между поверхностями канала 27 и цилиндрической поверхностью ступени 43. В упомянутой полости возникает высокое давление жидкости, под действием которого на бурт между ступенями 9 и 43 происходит затормаживание поршня-ударника 5 и тем самым предотвращается жесткое соударение выступа 9 с корпусом 1. Таким образом, в описанных устройствах обеспечивается надежное переключение распределителя 10 и удержание его как в верхнем, так и в нижнем крайних положениях. Вся поступающая от источника давления 32 жидкость полезно используется в течение всего рабочего цикла. Давление жидкости как в напорной, так и в сливной магистралях в течение цикла колеблется в малых пределах, что благоприятно сказывается на долговечности работы насоса, трубопроводов и пуско-регулирующей аппаратуры. Конструкция молота позволяет легко при малых его размерах обеспечить каналы большого сечения и малую их длину для перетока жидкости, благодаря чему гидравлические потери малы.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение
Извещение опубликовано: 27.08.2005 БИ: 24/2005