Гидравлическая ударная система

 

Изобретение относится к гидравлическим ударным системам, содержащим несколько (два и более) гидравлических ударных устройств, и может найти применение в горном деле, строительстве и коммунальном хозяйстве при ударной отбойке прочных материалов и погружении в грунт стержневых элементов. Система содержит, по крайней мере, один гидронасос с предохранительным клапаном, напорную магистраль и общую базу с установленными на ней гидравлическими ударными устройствами, имеющими возможность раздельного включения под действием заданного усилия статического поджатия инструмента. Гидравлические ударные устройства выполнены с задержкой обратного хода ударника на время, необходимое для достижения величиной Р давления в управляющей камере гидрораспределителя заданного значения Р₃. На входе каждого гидравлического ударного устройства в цепи его питания установлен регулирующий гидроаппарат для ограничения перетекания жидкости из гидравлического ударного устройства в напорную магистраль и к другим гидравлическим ударным устройствам. Напорная магистраль соединена с упомянутыми регулирующими гидроаппаратами через делитель потока, расположенный в непосредственной близости от гидравлических ударных устройств. Изобретение обеспечивает повышение КПД, надежности и долговечности предлагаемой системы, оптимальные выходные характеристики системы (ее ударной мощности и энергии удара каждого гидравлического ударного устройства) при любом количестве одновременно работающих гидравлических ударных устройств за счет изменения их принципа действия и введения элементов распределения жидкости. 1 ил.

Техническое решение относится к гидравлическим ударным системам, содержащим несколько (два и более) гидравлических ударных устройств, и может найти применение в горном деле, строительстве и коммунальном хозяйстве при ударной отбойке прочных материалов и погружении в грунт стержневых элементов.

Известна гидравлическая импульсная система - экспериментальный динамический струг СДС-1 (Горбунов В.Ф., Лазуткин А.Г., Ушаков Л.С. Импульсный гидропривод горных машин. - Новосибирск: Наука, 1986, с. 158-159), исполнительный орган которой выполнен в виде литой корпусной рамы, в которой установлены породоразрушающие инструменты, насаженные на удлинители. По удлинителям наносятся периодические удары общей бойковой массой, взвод и разгон которой обеспечивает импульсный гидравлический привод.

Недостатком этой системы является то, что, во-первых, так как удар бойковой массой производится одновременно по всем породоразрушающим инструментам, то для сообщения им энергии, достаточной для отбойки материала, бойковая масса во время прямого хода должна получить большой импульс, что, соответственно, приводит к большой “отдаче” в этот период работы системы; во-вторых, вследствие неровного рельефа поверхности отбиваемого материала (это неизбежно в естественных условиях) во время удара бойковой массой по породоразрушающим инструментам, часть из них может находиться вне контакта с отбиваемым материалом, что приводит к “прострелам” на этих инструментах и недопустимо высоким нагрузкам на тех из них, которые в данный момент контактируют с поверхностью материала. Это может стать причиной преждевременного выхода из строя породоразрушающих инструментов системы.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому эффекту, выбранным в качестве прототипа, является гидравлическая импульсная система активного ковша экскаватора (Сафанков Е.И. Изыскание конструкции и исследование режимов работы гидравлических импульсных систем активных ковшей экскаваторов: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Караганда: КПИ, 1975, с.7), содержащая исполнительный орган, в котором установлены три гидравлических ударных устройства непрерывного цикла, имеющие возможность раздельного включения под действием заданного усилия статического поджатая инструмента, и привод, содержащий хотя бы один гидронасос, обеспечивающий питание гидравлических ударных устройств.

Недостатком указанного технического решения является то, что при используемых в системе гидравлических ударных устройствах с непрерывным циклом для обеспечения номинальной энергии удара каждое гидравлическое ударное устройство должно иметь индивидуальный гидронасос. В случае, если питание обеспечивает один гидронасос (или несколько гидронасосов, работающих параллельно на одну магистраль), то при изменении количества одновременно работающих гидравлических ударных устройств будет изменяться расход жидкости, поступающей к каждому гидравлическому ударному устройству, и, как показывают расчеты (Городилов Л.В. Исследование характеристик рабочих циклов гидравлических ударных машин с идеальным распределителем// ФТПРПИ. - 2002. - №1. - с.82-87), выходные характеристики гидравлических ударных устройств. Главным параметром, определяющим эффективность отбойки, является энергия удара. В известной гидравлической импульсной системе, выбранной в качестве прототипа, принимается, что системы с индивидуальным и групповым питанием являются эквивалентными по потребляемому расходу жидкости. Это допущение справедливо, если не учитывать неровность рельефа отбиваемого материала, и расход жидкости при групповом питании рассчитывать на заданное фиксированное значение одновременно работающих гидравлических ударных устройств с непрерывным циклом. При изменении количества одновременно работающих гидравлических ударных устройств с непрерывным циклом при групповом питании, когда общий расход жидкости остается неизменным, выходные характеристики гидравлических ударных устройств изменяются: при увеличении их количества будет снижаться расход жидкости, потребляемой каждым гидравлическим ударным устройством, и уменьшаться предударная скорость и энергия удара, при уменьшении их числа - расход жидкости, потребляемой каждым гидравлическим ударным устройством, будет увеличиваться и возрастать предударная скорость и энергия ударов. Первое, особенно снижение энергии удара, недопустимо из-за уменьшения эффективности отбойки материала, а второе - из-за возможности превышения предельных значений напряжений в ударнике и инструменте при ударе, допустимых для материалов этих деталей, что приведет к преждевременной поломке гидравлического ударного устройства и его инструмента.

Технической задачей предлагаемой системы является повышение ее КПД, надежности и долговечности, обеспечение оптимальных выходных характеристик системы (ее ударной мощности и энергии удара каждого гидравлического ударного устройства) при любом количестве одновременно работающих гидравлических ударных устройств за счет изменения их принципа действия и введения элементов распределения жидкости.

Указанная задача решается тем, что в гидравлической ударной системе, содержащей, по крайней мере, один гидронасос с предохранительным клапаном, напорную магистраль и общую базу с установленными на ней гидравлическими ударными устройствами, имеющими возможность раздельного включения под действием заданного усилия статического поджатая инструмента, согласно техническому решению, гидравлические ударные устройства выполнены с задержкой обратного хода ударника на время, необходимое для достижения величиной Р давления в управляющей камере гидрораспределителя заданного значения Р₃, при этом на входе каждого гидравлического ударного устройства в цепи его питания установлен регулирующий гидроаппарат для ограничения перетекания жидкости из гидравлического ударного устройства в напорную магистраль и к другим гидравлическим ударным устройствам, а напорная магистраль соединена с упомянутыми регулирующими гидроаппаратами через делитель потока, расположенный в непосредственной близости от гидравлических ударных устройств.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличие и преимущество заявляемой системы по сравнению с прототипом состоит в следующем:

- в заявляемой системе гидравлические ударные устройства выполнены с задержкой обратного хода ударника на время, необходимое для достижения величиной Р давления в управляющей камере гидрораспределителя заданного значения Р₃, что позволяет при любом количестве одновременно работающих гидравлических ударных устройств сохранить практически неизменными предударную скорость и энергию удара каждого гидравлического ударного устройства и повысить за счет этого КПД, надежность и долговечность гидравлической ударной системы;

- в заявляемой системе в цепи питания на входе в каждое гидравлическое ударное устройство установлены регулирующие гидроаппараты, ограничивающие перетекание жидкости из гидравлического ударного устройства в напорную магистраль и к другим гидравлическим ударным устройствам, что позволяет: исключить непроизводительные потери в гидравлических сопротивлениях; неработающим гидравлическим ударным устройствам, находящимся под давлением выше заданного значения Р₃ давления задержки, начать обратный ход ударника сразу после получения управляющего сигнала на включение; исключить влияние газожидкостных аккумуляторов неработающих гидравлических ударных устройств на работу и расчетные характеристики работающих гидравлических ударных устройств, что позволяет повысить КПД, надежность и долговечность гидравлической ударной системы;

- в заявляемой системе напорные линии гидравлических ударных устройств отходят от делителя потока, что позволяет вне зависимости от количества одновременно работающих гидравлических ударных устройств организовать постоянный приток жидкости к гидравлическим ударным устройствам. При фиксированном одинаковом значении Р₃ заданного давления задержки гидравлического ударного устройства его ударная мощность

где A_y - энергия удара,

Т_ц - время цикла,

будет увеличиваться при уменьшении количества одновременно работающих гидравлических ударных устройств за счет уменьшения величины Т_ц и наоборот. Поэтому при уменьшении количества одновременно работающих гидравлических ударных устройств ударная мощность гидравлической ударной системы на единицу площади отбиваемого материала будет возрастать, что позволит увеличить скорость прохождения участков, на которых работает лишь часть гидравлических ударных устройств, сохранить примерно постоянным количество отбиваемого материала в единицу времени и тем самым повысить КПД гидравлической ударной системы;

- расположение делителя потока, от которого отходят напорные линии гидравлических ударных устройств, в непосредственной близости от гидравлических ударных устройств позволяет уменьшить влияние резких перепадов давления, происходящих в гидравлических ударных устройствах, на работу гидронасосов и ускорить процесс установления нового состояния гидравлической ударной системы при изменении количества работающих гидравлических ударных устройств, что приведет к повышению долговечности и КПД гидравлической ударной системы.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, на котором представлена принципиальная схема предлагаемой гидравлической ударной системы.

Гидравлическая ударная система содержит, по крайней мере, один гидронасос 1 с предохранительным клапаном 2, напорную магистраль 3, делитель 4 потока, регулирующие гидроаппараты 5 и несколько, например три, гидравлических ударных устройств 6, размещенных на общей базе 7 (ковше активного действия, раме струга, трубе для вбивания в грунт и т.д.). Гидравлические ударные устройства 6 подключены через регулирующие гидроаппараты 5 к делителю 4 потока. С гидронасосом 1 делитель 4 потока соединен напорной магистралью 3 и расположен в непосредственной близости от гидравлических ударных устройств 6. Гидравлические ударные устройства 6 выполнены с задержкой обратного хода ударника 8 и могут быть реализованы из следующих элементов по патенту RU № 2182967, Е 21 С 37/00, Е 02 D 7/10: ударник 8, корпус 9, инструмент 10, датчик 11 верхнего положения ударника 8, устройство 12 запуска, гидрораспределитель 13 с управляющей камерой 14, газожидкостный аккумулятор 15, сливной бак 16. Ударник 8 и корпус 9 образуют камеру 17 прямого хода ударника 8 и камеру 18 обратного хода ударника 8.

Гидравлическая ударная система работает следующим образом. После включения гидронасоса 1 происходит подача жидкости по напорной магистрали 3 через делитель 4 потока и регулирующие гидроаппараты 5 ко всем гидравлическим ударным устройствам 6. Инструмент 10 может быть либо поджат разрушаемым материалом с заданным усилием статического поджатия, либо не поджат, что определяет два положения (разблокировано и заблокировано) устройства 12 запуска, что, соответственно, определяет состояние (рабочее и нерабочее) гидравлического ударного устройства 6. Величина и характер изменения давления в камере 17 прямого хода ударника 8 и камере 18 обратного хода ударника 8 гидравлических ударных устройств 6 определяются величиной давления на входе в делитель 4 потока и соответствующими фазами цикла, в которых в данный момент времени находятся гидравлические ударные устройства 6.

В гидравлическом ударном устройстве б, находящемся в рабочем состоянии, при достижении величиной Р давления в управляющей камере 14 гидрораспределителя 13 заданного значения Р₃ давления начинается обратный ход ударника 8, затем идут фазы торможения и прямого хода ударника 8, заканчивающиеся его ударом по инструменту 10. Если после прохождения ударником 8 при прямом ходе точки столкновения с инструментом 10 (возможно, сопровождаемого ударом) инструмент 10 уже не будет поджат разрушаемым материалом с заданным усилием статического поджатия, происходит торможение ударника 8 и блокирование устройства 12 запуска. Это приводит к тому, что после достижения величиной Р давления в управляющей камере 14 гидрораспределителя 13 заданного значения Р₃ давления ударник 8 остается на месте, а давление в гидравлическом ударном устройстве 6 (под которым здесь и в дальнейшем будем иметь в виду давление в газожидкостном аккумуляторе 15, управляющей камере 14 гидрораспределителя 13, устройстве 12 запуска и в магистрали между выходом регулирующего гидроаппарата 5 и устройством 12 запуска) повышается до тех пор, пока повышается давление на входе в регулирующий гидроаппарат 5. После того, как величина давления Р в гидравлическом ударном устройстве 6 превысит давление на входе регулирующего гидроаппарата 5, происходит срабатывание регулирующего гидроаппарата 5 и ограничение перетечек жидкости из этого гидравлического ударного устройства 6 в напорную магистраль 3 и к другим гидравлическим ударным устройствам 6 до тех пор, пока величина Р давления на входе в регулирующий гидроаппарат 5 не превысит соответствующую величину на его выходе, что может произойти в двух случаях: 1) если произойдет разблокирование устройства 12 запуска и ударник 8 начнет обратный ход; 2) если произойдет блокирование еще хотя бы одного гидравлического ударного устройства 6, в результате чего максимальное значение давления перед делителем 4 потока и на входе в регулирующий гидроаппарат 5 станет выше установившегося значения давления в данном гидравлическом ударном устройстве 6.

Формула изобретения

Гидравлическая ударная система, содержащая, по крайней мере, один гидронасос с предохранительным клапаном, напорную магистраль и общую базу с установленными на ней гидравлическими ударными устройствами, имеющими возможность раздельного включения под действием заданного усилия статического поджатия инструмента, отличающаяся тем, что гидравлические ударные устройства в ней выполнены с задержкой обратного хода ударника на время, необходимое для достижения величиной Р давления в управляющей камере гидрораспределителя заданного значения Р₃, при этом на входе каждого гидравлического ударного устройства в цепи его питания установлен регулирующий гидроаппарат для ограничения перетекания жидкости из гидравлического ударного устройства в напорную магистраль и к другим гидравлическим ударным устройствам, а напорная магистраль соединена с упомянутыми регулирующими гидроаппаратами через делитель потока, расположенный в непосредственной близости от гидравлических ударных устройств.

РИСУНКИ

Рисунок 1