1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29987
(51) E21C 37/04 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0786.1
(22) 09.06.2014
(45) 15.06.2015, бюл. №6
(76) Кызыров Кайрулла Бейсенбаевич; Исаев
Валерий Львович; Исаев Иван Валерьевич
(56) SU №717314, кл. МПК Е21С 3/20, бюл. №7 от
25.02.80 г
(54) ГИДРОУДАРНИК
(57) Изобретение относится к горной
промышленности.
Сущность изобретения заключается в том, что
гидроударник, включающий корпус с размещенным
в нем гидроаккумулятором, породоразрушающим
инструментом, дифференциальный боек с
проточкой и плунжер, подвижно установленный в
гидроаккумуляторе, камеры рабочего и обратного
хода бойка, в плунжере и корпусе выполнены
каналы для сообщения гидроаккумулятора
посредством регулятора давления с камерой
обратного хода в конце рабочего хода, в корпусе
выполнены кольцевая камера и кольцевые каналы
напора, слива и подпитки, отличающийся тем, что в
корпусе установлены подвижные, ступенчатые
втулки с осевым каналом, в котором размещен боек
и плунжер, в первой втулке выполнены камера
обратного хода, кольцевая камера и канал
управления, во второй втулке выполнены канал
слива и камера подпитки, связанная с каналом
подпитки, а торцы большей ступени обеих втулок
образуют с бойком и корпусом камеру управления
втулками, к торцам меньшей ступени обеих втулок
подведены: к первой - кольцевой канал напора,
сообщающийся с камерой обратного хода и ко
второй - гидроаккумулятор, но плунжер установлен
в осевом канале второй втулки и образует с бойком
камеру рабочего хода, а камера управления
втулками, кольцевые каналы: напора и подпитки
подведены к регулятору давления, в поршневой
части бойка выполнен радиальноосевой канал, канал
управления сообщен с камерой управления
втулками.
(19)KZ(13)A4(11)29987
2. 29987
2
Изобретение относится к горной
промышленности.
Известен гидроударник, включающий
инструмент, ступенчатый боек с проточками
управления и слежения, образующий с корпусом
камеры холостого и рабочего хода, связанную с
напорной магистралью, и распределитель, имеющий
золотник с плунжерами слежения и управления,
снабжен регулятором давления и по крайней мере
одним сменным грузом, а боек выполнен с
возможностью установки на нем сменного груза,
причем камера рабочего хода связана с напорной
магистралью через регулятор давления, с целью
повышения эффективности разрушения горных
пород за счет регулировки энергии единичного
удара при заданной предударной скорости бойка.
(Смотри А.с. СССР №1384742, Кл. МПК Е21С 3/20.
Опубликов. 30.03.88 г., Бюл. №12).
Недостатком данного изобретения является
невозможность регулирования ударной мощности
созданием режимов бойка с различной скоростью
удара и изменяемой частотой автоматически, при
изменении прочности разрушаемой породы.
Известен пневмогидроударник, включающий
инструмент, ступенчатый боек, взаимодействующий
с плунжером рабочего хода с поясками управления
и подпитки, в корпусе установлен золотник с
плунжерами управления и слежения, каналы для
периодического сообщения с золотником и
плунжером рабочего хода, и с камерами обратного и
рабочего хода, образованными бойком и корпусом,
причем золотник снабжен коническим
наконечником, обращенным вершиной в
переливную камеру механизма управления и
выполнен с осевым и радиальным каналами в теле,
при этом плунжер управления установлен в осевом
канале золотника с целью регулирования удержания
золотника от перекрытия рабочей щели в
зависимости от свойств разрушаемой породы.
(Смотри А.с. СССР №717314. МГЖ Е21С 3/20.
опубликов.25.02.80 г., Бюл. №7).
Недостатком данного изобретения является
наличие золотника для управления возвратно-
поступательными движениями бойка, что
увеличивает длительность цикла и снижает частоту
ударов. Характерной особенностью является режим
регулирования удержания золотника от перекрытия
рабочей щели в зависимости от прочностных
свойств разрушаемой породы.
Наиболее близкой по технической сущности и
достигаемому результату, является гидравлическое
устройство ударного действия, содержащее корпус с
размещенным в нем бойком, взаимодействующим с
плунжером, подвижно установленным в
гидроаккумуляторе, и камерами рабочего и
обратного бойка, в его плунжере и корпусе
выполнены каналы для сообщения
гидроаккумулятора с камерой обратного хода в
конце рабочего хода, плунжер выполнен в виде
дифференциального поршня, меньшая ступень
которого расположена в полости
гидроаккумулятора, а большая - в дополнительной
камере, которая образована в корпусе устройства.
(Смотри А.с. СССР №594308.Кл. МПК Е21С 3/20.
Опубл. 25.02.78 г., Бюл. №7).
Недостатком гидравлического устройства
ударного действия является то, что энергия и
частота ударов не регулируется при изменении
величины хода инструмента после взаимодействия
бойка с инструментом, что не позволяет повысить
эффективность разрушения пород с различными
прочностными свойствами, отсутствие
гарантированного контакта бойка с инструментом
для их ударного взаимодействия и запуска
гидроударника, что приводит к саморазрушению
устройства.
Задачей изобретения является устранение
вышеуказанных недостатков, создание технического
решения, которое обеспечило бы получение
следующего положительного результата:
1. Саморегулирование энергии и частоты ударов
при изменении величины хода инструмента после
взаимодействия его с бойком.
2. Обеспечение контакта бойка с инструментом
для их ударного взаимодействия и запуска
гидроударника.
Поставленная задача решается тем, что согласно
предполагаемого изобретения, гидроударник,
включающий корпус с размещенным в нем
гидроаккумулятором, породоразрушающим
инструментом, дифференциальный боек с
проточкой и плунжер, подвижно установленный в
гидроаккумуляторе, камеры рабочего и обратного
хода бойка, в плунжере и корпусе выполнены
каналы для сообщения гидроаккумулятора
посредством регулятора давления с камерой
обратного хода в конце рабочего хода, в корпусе
выполнены кольцевая камера и кольцевые каналы
напора, слива и подпитки, характеризующаяся тем,
что в корпусе установлены подвижные, ступенчатые
втулки с осевым каналом, в котором размещен боек
и плунжер, в первой втулке выполнены камера
обратного хода, кольцевая камера и канал
управления, во второй втулке выполнены канал
слива и камера подпитки, связанная с каналом
подпитки, а торцы большей ступени обеих втулок
образуют с бойком и корпусом камеру управления
втулками, к торцам меньшей ступени обеих втулок
подведены: к первой - кольцевой канал напора,
сообщающийся с камерой обратного хода и ко
второй гидроаккумулятор, но плунжер установлен в
осевом канале второй втулки и образует с бойком
камеру рабочего хода, а камера управления
втулками, кольцевые каналы: напора и подпитки
подведены к регулятору давления, в поршневой
части бойка выполнен радиальноосевой канал, канал
управления сообщен с камерой управления
втулками.
Саморегулирование энергии и частоты ударов
при изменении величины хода инструмента после
взаимодействия его с бойком обеспечивают
указанные признаки формулы, а важные из них: в
корпусе установлены подвижные, ступенчатые
втулки с осевым каналом, в котором размещен боек
и плунжер, в поршневой части бойка выполнен
радиальноосевой канал, ..., но плунжер установлен в
3. 29987
3
осевом канале второй втулки, а камера управления
втулками, кольцевые каналы напора и подпитки
подведены к регулятору давления, проточка на
бойке взаимодействует с кольцевой камерой и
каналом управления, сообщающегося с камерой
управления втулками, канал управления сообщен с
камерой управления втулками.
Если изменяется ход внедрения в породу
инструмента, то происходит изменение энергии
удара в следующих фазах бойка: 1) при обратном
ходе - за счет движений втулок и изменения
конечного давления, степени сжатия в
гидроаккумуляторе; 2) при рабочем ходе - за счет
движений втулок и последующего изменения хода
бойка до открытия канала слива и кинетической
энергии удара; 3) после ударного взаимодействия
обеспечивается движениями втулок относительно
каналов корпуса и бойка, а именно, проточки на
бойке и его радиальноосевого канала относительно
камер во втулках: камеры обратного и рабочего
хода, кольцевой камеры, камеры управления,
подпитки и каналов: управления, слива, подпитки.
Эти движения изменяют величину давления напора
в камере обратного хода, до величины давления
управления в камере управления втулками против
сил давления в канале напора, а в корпусе, - сил,
действующих на торец первой втулки, но в
гидроаккумуляторе, - сил, действующих на торец
второй втулки. Величина разности сил давления на
торцы втулок задают соответствующее смещение их
каналов и камер относительно проточки и
радиальноосевого канала бойка. При обратном ходе
бойка развивается соответствующее конечное
давление и степень сжатия жидкости, при рабочем
ходе измененное положение втулок изменяет
величину хода проточки, радиальноосевого канала и
торца бойка до соединения камер обратного хода и
рабочего хода, камеры рабочего хода с каналом
слива. Величина начального давления в
гидроаккумуляторе задается регулятором давления в
камере обратного хода в зависимости от величин
давления в камере управления втулками и напора
гидропривода.
Параметры гидроаккумулятора: начальное,
конечное давления, степень сжатия жидкости
формируют потециальную энергию бойка при его
обратном ходе, величину движущей силы на боек
при последующем рабочем ходе. Величина хода
бойка при его рабочем ходе до соединения камеры
рабочего хода со сливом формирует величину
кинетической энергии бойка, реализуемой при
ударном взаимодействии с инструментом. Величина
хода инструмента после удара бойка диагностирует
прочностные свойства разрушаемой породы,
оценивает результат ударного действия и
определяет величину энергии удара, развиваемой
при последующем обратном ходе бойка. После
ударного взаимодействия бойка с инструментом
достигается изменение последующей энергии удара
в зависимости от входа инструмента в разрушаемую
породу, а этот вход зависит от прочности породы.
Обеспечение контакта бойка с инструментом для
их ударного взаимодействия и запуска
гидроударника обеспечивает то, что в поршневой
части бойка, между его штоковым уступом и
проточкой выполнен радиальноосевой канал, в
первой втулке, выполнены камера обратного хода,
кольцевая камера и канал управления, во второй
втулке выполнены канал слива и камера подпитки,
связанная с каналом подпитки, а торцы большей
ступени обеих втулок образуют с бойком и
корпусом камеру управления втулками, к торцам
меньшей ступени обеих втулок подведены: к
первой - кольцевой канал напора, сообщающийся с
камерой обратного хода и ко второй -
гидроаккумулятор, но плунжер установлен в осевом
канале второй втулки и образует с бойком камеру
рабочего хода. Эти признаки формулы
обеспечивают запуск в работу при прижатии
корпуса и инструмента к разрушаемой породе.
Инструмент взаимодействует с бойком, приводит
его в исходное положение для обратного хода и
удара в конце рабочего хода.
Кроме того, в предлагаемом гидроударнике
предусмотрено формирование дополнительного
силового импульса на боек перед ударом по
инструменту, благодаря соединению камеры
обратного хода через кольцевую камеру в первой
втулке и радиальноосевого канала в бойке с камерой
рабочего хода непосредственно перед ударом, но
перед сообщением каналами плунжера камеры
обратного хода с гидроаккумулятором. Такое
соединение выполняется и при обратном ходе
бойка, но создает промежуточное давление в
гидроаккумуляторе из камеры обратного хода в
зависимости от положения каналов плунжера,
которые соединяют через регулятор давления
камеру обратного хода с гидроаккумулятором
только в конце рабочего хода бойка и гарантируют
подпитку гидроаккумулятора до первоначального
давления в соответствии с давлением в камере
обратного хода.
Таким образом, негативное повышение давления
в камере обратного хода, которое имеется при
рабочем ходе бойка, рекуперируется в камере
рабочего хода благодаря периодическому,
кратковременному соединению этих камер
радиальноосевым каналом бойка и кольцевой
камерой первой втулки как при обратном, так и при
рабочем ходах.
На фигуре изображена схема предлагаемого
устройства.
Гидроударник содержит корпус 1, с
размещенным в нем породоразрушающим
инструментом 2, гидроаккумулятором 3, первой 4,
второй 5 втулками с соосными осевыми каналами, в
которых размещены дифференциальный боек 6 с
проточкой 7 и радиальноосевым каналом 8, плунжер
9 с каналами 10, камера рабочего хода 11. В первой
втулке 4, с камерой обратного хода 12, выполнены
кольцевая камера 13 и канал управления 14, на
второй втулке, с камерой рабочего хода 11,
выполнен кольцевой канал слива 15 и камера
подпитки 16, а торцы большей ступени обеих
втулок образуют с бойком и корпусом камеру
управления втулками 17, к торцу меньшей ступени
4. 29987
4
первой втулки подведен кольцевой канал напора 18,
камера обратного хода 12, к торцу меньшей ступени
второй втулки подведен гидроаккумулятор 3, но в
осевом канале второй втулки установлен плунжер 9,
с возможностью взаимодействия с
гидроаккумулятором и с торцем бойка в конце
рабочего хода и образует с бойком и осевым
каналом втулки камеру рабочего хода. Каналы 10
плунжера 9 сообщают посредством регулятора
давления 19 гидроаккумулятор 3 с камерой
обратного хода 12 в конце рабочего хода бойка. В
корпусе выполнены кольцевые каналы напора 18,
подпитки 20 и два канала слива 21, каждый из
которых образован ступенями в обеих втулках,
камера обратного хода 12 соединена с кольцевой
камерой 13 дугообразным каналом 22. Кольцевые
каналы напора 18, подпитки 20 и камера управления
втулками 17 подведены к регулятору давления 19.
Гидроударник работает следующим образом.
В показанном на фигуре исходном положении
устройства корпус 1 поджат к инструменту 2, боек
находится в контакте с инструментом.
Гидроаккумулятор 3 подпитывается из напора через
регулятор давления 19, камеру 20 и каналы 16, 10.
Камера рабочего хода 11, радиальноосевой канал 8,
канал 15 и каналы слива 21 в обеих втулках
соединены со сливом. Канал напора 18 постоянно
соединен с камерой обратного хода 12 и в данном
положении сообщен дугообразным каналом 22,
кольцевой камерой 13, проточкой 7, каналом
управления 14 с камерой управления 17. Частичным
открытием канала 14 проточкой 7 давление напора
из канала 22 снижается до давления управления в
камере 17, обеспечивается разность сил на торцы
втулки 4 для ее смещения в камеру 17. Под
действием превышающей силы давления в
гидроаккумуляторе 3 втулка 5 смещается в камеру
17. Но при полном открытии канала 14 проточкой 7
давление напора в камере 17 из канала 22, камеры
13 повышается до давления напора, обеспечивая
перемещение втулки 4 к каналу напора 18 и втулки
5 в гидроаккумулятор 3. При этом выполняется
изменение хода бойка до сообщения
соответствующих каналов втулок, значение
первоначального давления и величина сжатия
жидкости в гидроаккумуляторе, которые
определяют величину энергии удара. Давление
жидкости в камере обратного хода 12 передается
регулятору давления 19 посредством канала напора
18 для формирования ее начального значения в
гидроаккумуляторе 3 перед взводом бойка и для
последующего сжатия жидкости до конечного
значения в конце взвода. При этом обеспечивается
изменение значения первоначального давления
жидкости в гидроаккумуляторе. Это формирует
величину развиваемой энергии удара при
последующем движении бойка.
После ударного взаимодействия бойка с
инструментом происходит отскок бойка. Сила
давления в камере обратного хода 12 подхватывает
движение отскока, канал слива 15 перекрывается
телом бойка, кольцевая камера 13 сообщается с
камерой рабочего хода 11 каналом 8, плунжер 9
отталкивается от бойка, сжимает жидкость в
гидроаккумуляторе 3 до промежуточного значения.
При этом положении плунжера регулятор давления
19 разобщается от гидроаккумулятора 3. Боек через
жидкостную подушку действует на плунжер 9,
перемещает его и повышает давление в камере
рабочего хода 11, в гидроаккумуляторе 3 до второго
промежуточного значения. За счет движения бойка
по инерции происходит повышение давления в
гидроаккумуляторе до конечного значения. Силы
давления на боек в канале 18, камерах 12, 11, 3
уравниваются, боек останавливается, завершив
взвод и накопление потенциальной энергии удара.
Втулка 5 смещается в камеру 17 под действием
повышенного давления в гидроаккумуляторе 3 и
посредством замкнутого объема в камере 17
передает движение втулке 4 для смещения в канал
18, определив положение каналов обеих втулок для
последующего взаимодействия с проточкой 7 бойка
в конце рабочего хода, увеличивая ход бойка до
сообщения камеры 13 с каналом 14. Силы давления
в гидроаккумуляторе толкают плунжер в камеру
рабочего хода 11, передают силовое действие на
боек, который совершает рабочий ход. Давление в
камере обратного хода 12, в канале 18 повышается
до момента сообщения канала 8 бойка с кольцевой
камерой 13 первой втулки. Импульс сил давления из
канала 8 бойка развивается в камере рабочего хода,
передается гидроаккумулятору плунжером 9 и
бойку, который перед встречей с инструментом
получает дополнительный силовой импульс для
возрастания энергии удара. Под действием
дополнительного импульса в камере управления
втулками 17 возрастают силы давления, которые
отталкивают втулки друг от друга, определяют
величину открытия канала 14, давление в камере 17
и открытие канала слива 15, фиксирующего
завершение рабочего хода. Происходит удар бойка
по инструменту. Боек занимает исходное
положение. Цикл повторяется при сохранении
прижатия корпуса 1 к инструменту 2.
Для включения гидроударника в работу корпус
подводят к инструменту, который выдвигает боек из
камеры обратного хода, разобщает радиальноосевой
канал 8 от камер 12 и 13. Канал 15 соединяется со
сливом. Регулятор давления получает из камеры 18
давление напора. Плунжер 9 прижимается к бойку,
выходит из гидроаккумулятора, разгружая его.
Гидроударник установлен в исходное положение.
Для отключения работы корпус отводят от
инструмента. Боек входит в камеру обратного хода.
Радиальноосевой канал в бойке сообщает камеры 12
и 11 со сливом. Регулятор давления получает из
канала 18 давление слива. Плунжер 9 прижимается к
бойку, вводит его в камеру 12, выходит из
гидроаккумулятора, разгружая его.
Изменение энергии удара бойка происходит при
изменении прочности разрушаемой породы, а
диагностируется по величине перемещения
инструмента после удара. Пусть прочность пород
снизилась. Ход инструмента в малопрочную породу
после удара бойка увеличится. Боек уменьшает
открытие канала 14 проточкой 7 и давление
5. 29987
5
жидкости в камере управления 17. Первая втулка 4
сместится в камеру 17, вторая втулка 5 сместится в
камеру 17, обеспечивая закрытие канала слива 15
для взвода бойка. Втулки сомкнутся торцами.
Регулятор давления, получив из камеры управления
втулками пониженное значение давления, уменьшит
давление подпитки гидроаккумулятора. Втулки
сместятся в гидроаккумулятор под превышающем
действием сил давления в камере обратного хода.
Канал слива откроется, обеспечивая исходное
положение бойка. Обратный ход и цикл бойка
выполняется с развитием, реализацией инструменту
энергии удара с новым, пониженным значением и
повышением частоты ударов.
В результате, установка в корпусе подвижных,
ступенчатых втулок с осевым каналом, в котором
размещен боек и плунжер, выполнение в поршневой
части бойка радиальноосевого канала, а в первой
втулке - камеры обратного хода, кольцевой камеры
и канала управления, установка плунжера в осевом
канале второй втулки и подведение к ней кольцевых
каналов слива, канала подпитки, камеры подпитки и
образование большими торцами втулок и бойком
камеры управления втулками, но подведение к
торцу первой втулки канала напора, к торцу второй
втулки - гидроаккумулятора, а подведение камеры
управления втулками, кольцевого канала напора
первой втулки и кольцевого канала подпитки второй
втулки к регулятору давления позволяет изменять
энергию и частоту ударов при изменении величины
хода инструмента после взаимодействия его с
бойком. Для включения гидроударника в работу
корпус подводят к инструменту, который выдвигает
боек из камеры обратного ход, который разобщает
радиальноосевой канал 8 от камеры 12, 13. Канал 15
соединяется со сливом. Регулятор давления
получает из камеры 18 давление напора. Плунжер 9
прижимается к бойку, выходит из
гидроаккумулятора, разгружая его. Гидроударник
подготовлен в исходное положение, к работе.
Обеспечение контакта бойка с инструментом для их
ударного взаимодействия и запуска гидроударника
обеспечивают указанные отличительные признаки
формулы, а важные из них: выполнение в
поршневой части бойка, между его штоковым
уступом и проточкой радиальноосевого канала, а в
первой втулке камеры обратного хода, кольцевой
камеры и канала управления втулками, во второй
втулке выполнение камеры рабочего хода, канала
слива и подпитки, образование торцами большей
ступени обеих втулок с бойком и корпусом камеры
управления втулками, подведение к торцам
меньшей ступени обеих втулок: к первой -
кольцевой камеры напора, сообщающейся с камера
обратного хода и ко второй - гидроаккумулятора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Гидроударник, включающий корпус с
размещенным в нем гидроаккумулятором,
породоразрушающим инструментом,
дифференциальный боек с проточкой и плунжер,
подвижно установленный в гидроаккумуляторе,
камеры рабочего и обратного хода бойка, в
плунжере и корпусе выполнены каналы для
сообщения гидроаккумулятора посредством
регулятора давления с камерой обратного хода в
конце рабочего хода, в корпусе выполнены
кольцевая камера и кольцевые каналы напора, слива
и подпитки, отличающийся тем, что в корпусе
установлены подвижные, ступенчатые втулки с
осевым каналом, в котором размещен боек и
плунжер, в первой втулке выполнены камера
обратного хода, кольцевая камера и канал
управления, во второй втулке выполнены канал
слива и камера подпитки, связанные с каналом
подпитки, а торцы большей ступени обеих втулок
образуют с бойком и корпусом камеру управления
втулками, к торцам меньшей ступени обеих втулок
подведены: к первой - кольцевой канал напора,
сообщающийся с камерой обратного хода и ко
второй - гидроаккумулятор, но плунжер установлен
в осевом канале второй втулки и образует с бойком
камеру рабочего хода, а камера управления
втулками, кольцевые каналы: напора и подпитки
подведены к регулятору давления, в поршневой
части бойка выполнен радиальноосевой канал, канал
управления сообщен с камерой управления
втулками.
