Гидроинструмент

 

1. ГИДРОИНСТРУМЕНТ, содержащий источник энергии, резервуар рабочей жидкости и рабочий орган, состоящий из насадка и корпуса, о тличающийся тем, что, с целью повышения удельной мощности, он снабжен электровибратором и вибрационным элементом с опорой, а насадок рабочего органа установлен на вибра-. ционном элементе и выполнен в виде втулки с каналом переменного сечения, сужающимся на входе по экспоненте, переходящей в параболу, и расширяющимся на выходе также по экспоненте. /3. 9 4 ;о СП) 4 00 УбЮП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

13 Хб6

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ (21) 3410448/25-27 (22) 01.03.82 (46) 23.10.83.Бюл. Р 39 (72) В.И.Беляев (53) 621.967(088.8) (56) 1. Друянов В.А. Недра - цех под землей. M., Наука, 1980, с. 90.

2. Изобретатель и рационализатор, 1974, Р 5, с. 14-18 (прототип). (54)(57) 1. ГИДРОИНСТРУИЕНТ, содержащий источник энергии, резервуар

„„Я0„„1049648 А ц511 Е 21 В 7/18; F 41 В 9 00 рабочей жидкости и рабочий орган, состоящий из насадка и корпуса, о т- . л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения удельной мощности, он снабжен эле::тровибратором и вибрационным элементом с опорой, а насадок рабочего органа установлен на вибрационном элементе и выполнен в виде втулки с каналом переменного сечения, сужающимся на входе по экспоненте, переходящей в параболу, и расширяющимся на выходе также по экспоненте.

1049648

2. Гидроинструмент по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения экономичности, опора выполнена с отверстием, а вибрационный элемент в виде связанного с электровибратором конического пальца, установленного в опоре с возможностью перекрытия выполненного в ней отверстия.

3. Гидроинструмент по и. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с це-!

Изобретение относится к машиностроению, а именно к инструментам для резки и пробивки отверстий с помощью высоконапорной жидкостной струи. 5

Известно устройство, содержащее источник энергии, резервуар рабочей жидкости и рабочий орган, состоящий из насадка трубчатой формы и корпуса (1), :10

Недостатками устройства являются низкий КПД и большая металлоемкость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является гидроинструмент, 5 содержащий источник энергии, резервуар рабочей жидкости и рабочий орган, состоящий из насадка и корпуса (2) .

Недостатком известного устройства является низкий КПД.

Целью изобретения является повышение удельной мощности и КПД гидроинструмента.

Поставленная цель достигается тем, что гидроинструмент, содержащий источник энергии, резервуар рабочей жидкости и рабочий орган, состоящий из насадка и корпуса, снабжен элект" ровибратором и.вибрационным элементом с опорой, а насадок рабочего opt гана установлен на вибрационном эле" менте и выполнен в виде втулки с каналом переменного сечения, сужающимся на входе по экспоненте, переходящей в параболу, и расширяющимся на 5 выходе также по экспоненте.

При этом, с целью повышения экономичности, опора может быть выполнена с отверстием, а вибрационный элемент в виде связанного с электровиб- 40 ратором конического пальца, установленного в опоре с воэможностью перекрытия выполненного в ней отверстия.

Кроме того, с целью повышения безопасности работы, гидроинструмент 45 может быть снабжен защитным экраном, установленным вокруг втулки и выполненным в виде патрубка иэ пористой лью повышения безопасности работы, он снабжен защитным экраном, установленным вокруг втулки и выполненным в виде патрубка из пористой вибростойкой резины или полимерного материала.

4. Гидроинструмвнт по п. 1, о тл.и ч а ю шийся твм, что, с целью повышения производительности, корпус рабочего органа выполнен пер,форированным.

-вибростойкой резины или полимерного материала, Причем, с целью повышения производительности, корпус рабочего органа может быть выполнен перфорированным.

На фиг ° 1 изображен гидроинструмент, общий вид в разрезв; на фиг.2 и 3 — втулка насадка, на фиг. 4 — узел

I на фиг. 3.

Гидроинструмент содержит заключенный в корпус 1 рабочий орган, состоящий из упругого, например стального, насадка 2 в виде втулки, опертого выходным для рабочей жидкости концом на жесткий фланец 3 корпуса 1, а входным для рабочей жидкОсти концом— на.связанный с электровибратором 4 вибрационный элемент 5, снабженный проходными для рабочей жидкости окнами 6. Канал .7 насадка 2 связан через всасывающий патрубок 8 и выполненный в виде гидрошланга ввод 9 с резервуаром рабочей жидкости (условно не показан), Вибрационный элемент 5 установлен на жесткой опоре 10, связан с электровибратором 4 посредством жесткого пальца 11 и выполнен в виде решетки, образованной радиальными ребрами 12, Насадок 2 вместе с вибрационным элементом 5 и опорой 10 установлен с некоторым рабочим поджатием, создаваемым с помощью регулировочной гайки 13, связанной с корпусом 1, например йосредством резьбового соединения.

Всасывающий патрубок 8 герметично пристыкован к регулировочной гайке 13 и герметично закрыт с другого конца жестким опорным фланцем 14 с торцевым регулировочным навинчиваемым элементом 15, поджимающим рабочую часть 16 .электровибратора 4.

В целом по форме гидроинструмвнт может иметь самое различное конструктивное выполнение в зависимости от назначения и условий эксплуатации.

1049648

На фиг. 1 предлагаемый гидроинструмент выполнен в форме пистолета с рукояткой .17, внутри которой вмонтированы все необходимые для работы устройства подводящие коммуникации и элементы, в частности подводящий электрокабель 18, соединяющий электровибратор 4 с источником электропитания (условно не показан)> контакт ный крючок 19, замыкающий и размыкаю щий электроконтакты (условно показа1 ны пунктирными линиями);, упругие (демпфирующие) и герметизирующие прокладки 20; условные места 21 соединвний. Стрелками 22 — 24 показаны направления течения поступающей в ра-15 бочий канал 7 рабочей жидкости, в качестве которой может быть использована вода или другая специальная жидкообразная текучая среда (суспензия, эмульсия, раствор, расплав и т.д.).

Для осуществления работы гидроинструмента в регулируемом периодическом, импульсном режиме в соответствии с условиями эксплуатации, т.е. для того, чтобы иметь возможность 25 включить и выключить устройство по мере надобности без потери при этом рабочей жидкости и создавать игольчатую струю в виде непрерывной жидкостной очереди, или же в виде отдельных капельных выстрелов, жесткий палец 11 выполнен с конической поверхностью, а опора 10 — с ответным седловым отверстием с конической поверхностью 25, в которое полотно входит, закрывая его, палец 11, так что в совокупности жесткий палец

11 и опора 10 с седловым отверстием образуют клапанное устройство, работающее в резонансном колебательном режиме совместно с рабочей частью 16 электро- 40 вибратора 4. Стрелками 26 показаны направления работы клапанного устройства.

С целью обеспечения защиты окру- 45 жающей среды от высокочастотного излучения насадка 2 внутри корпуса 1, вдоль его внутренних стенок и наружных стенок насадка 2 установлен поглощающий ультразвук защитный экран

27, выполненный в виде толстостенного, профилированного патрубка, например из пористой вибростойкой резины или полимерного материала.

С целью повышения производительности путем увеличения непрерывной работы осуществляют охлаждение насадка 2 за счет осуществления прокачки вдоль его наружных стенок внешнего воздушного потока, для чего в,корпусе 1 и в защитном экране 27 выпол- ®() иены входные 28 и выходные 29 сквозные отверстия, через которые соответственно засасывается в направлении стрелки 30, ц и выбрасывается в направлении стрелки 31 внеш"65 ний воздух, обр-.çóþøèé тем самым ох" лаждающий цйркуляционный поток.

Насадок 2 выполняют в виде капилляра, т.в. с сечением канала до 0,52 мм, который может иметь различную форму сечения: цилиндрическую, коническую, специальным образом профилированную.

В частности, на фиг. 3 показан профилированный насадок 2, имеющий постепенно по экспонвнциальному закону сужающийся входной для рабочей жидкости участок 32, плавно переходящий в средний параболический учас" ток 33, который, резко расширяясь по экспоненте, переходит в выходной участок 34, стенки 35 которого постепенно по экспоненте утолщаются.

На фиг, 3 указанные участки 32

34 условно отделены друг от друга пунктирными линиями. такая профилированная форма насад" ка 2 и его канала 7 позволяет сущест-. венно повысить эффективность (КПД) преобразования упругой энергии возбуждаемых в его стенках радиальноизгибных волн в кинетическую энергию движения разгоняемой с их помо.щью рабочей жидкости и создавать за счет сужения канала и расположения его стенок под острым углом кумулятивную струю, скорость истечения ко,торой может многократно превышать ! скорость распространения (фазовую скорость) самих возбуждаемых упругИх волн.

Гидроинструмент работает следую1 щим образом.

Рабочая жидкость; например воДа из резервуара (баллона), по связанному с ним подводящему гидрошлангу

9 подается во всасывающий патрубок 8

Подача рабочей жидкости осуществляется или под действием некоторого избыточного давления в баллоне, где она хранится, или исключительно за счет работы самого насадка 2, действующего подобно всасывающему насосу, или же за счет и того и другого.

При включении электровибратора 4 путем замыкания электроконтактов с помощью контактного крючка 19 под действ ием колебательного воздействия его рабочей части 16 через вибрационный элемент 5 в стенках насадка

2 возбуждаются упругие радиально-изгибные бегущие волны 36 (фиг. 3), распространяющиеcR в направлении стрелки 37.

В процессе вибрации палец 11 клапанного устройства периодически с частотой, равной частоте колебательного движения непосредственно воздействующей.на него рабочей части 16 злектровибратора 4, открывает и закрывает проходное отверстие в опоре

10, обеспечивая тем самым непрерывнов порциальное цоступлвние (стфЬл1049648 ки 23, 24) рабочей жидкости из всасывающего патрубка 8 в канал 7.

При выключении электровибратора

4 палец 11 автоматически запирает укаэанное проходное отверстие для рабочей жидкости и тем самым предотнращает ее дальнейшее поступление в неработающий канал 7, что исключает потерю рабочей жидкости. Поступаюцие в канал 7 через клапанное устрой-, ство (стрелки 23, 24) порции рабочей 10 жидкости захватываются буграми-впади" нами возбуждаемых бегуцих нолн 36 (фиг. 3) и разгоняются в нем до скорости Ч», примерно равной фазоной Ч скорости самих нолн. 15

Для повышения эффективности волнообразования .колебательное воздей-. ствие на насадок 2.осуцествляют в .. резонансном режиме, в частности в режиме параметрического резонанса, 20 с соотношением частот собственных и подводимых колебаний, близким к 1/2.

Резонансный колебательный режим определяется экспериментально или рассчитывается известным способом. 5

С целью получения регулярных одно. направленных бегущих волн 36 и исклю. чения обратных волн колебательное воздействие согласуют с реактивной, включая и полезную, нагрузкой с помощью известных способов и средств.

B частности, с целью обеспечения условия постепенного затухания воз" буждаемйх прямых нолн, стенки 35 конценого участка 34 насадка 2 (фиг.3) .выполнены плавно по экспоненте утолtaàþùèìècÿ.

B зависимости от размеров сечения (диаметра) канала 7.и амплитуды возбуждаемых в его стенках упругих радиально-изгибйых бегущих волн 36 мо- 40 жет иметь место та или иная эффектив" ность разгона рабочей жидкости и та или иная толщина выбрасынаемой иэ него жидкостной струи 38. Стрелкой

39 показано направление истечения 45 струи 38.

В предлагаемом гидроинструментв диаметр его канала не превышает 0,52 мм, хотя н общем случае оН может быть и.ныше. Соответствуюцую толци- 50 ну (величину сечения) имеет и ныбрасываемая из Hего жидкостная струя.

В прямолинейном трубчатом капилляре скорость разгона жидкости не мс жет пренышать величины фазовой скорости Чф возбуждаемых в нем упру" гих волн, т.е. Ч» (Чф . Условие V»V4, имеет место при полном перекрывании сечения разгонного канала противолежащими буграми упругих волн.

Поэтому, с целью дальнейшего повышения скорости разгона жидкости., его осуществляют в специальным образом профилированном канале, в частности, как показано на фиг. 3, в экспонвнциальном капилляре, и используют возникающий при этом кумулятивный эф" фект.

Кумуляция упругой энергии в раэгоняемом.жидкостном объеме создается за счет сдавливающего воздействия на этот объем расположенных под острым углом 2о(. (90О(см.фиг.3) волнообразующих стенок капилляра.

С целью повышения качества (цельности, сплошности) и дальнобойности выбрасываемой из разгонного канала . жидкостной струи за счет устранения взаимодействия уже разогнанной струи со стенками выходного пассивного (так как в нвм упругие волны интенсивно затухают) участка 34 и прежде всего устранения трения этот участок имеет резкое и значительное расшире" ние, обеспечиваюцее.отрыв сформированной н активном участке канала жид" костной струи 38 от этих пассивных стенок, Использованием упругих иэгибных бегуцих волн, скорость распространения которых (фаэовая скорость) весьма высока (в частности, в пределе для стального капилляра составляет более 5000 м/с, достигается очень высокая скорость выбрасывания жидкой струи.

; Использование при этом капилляр", ного разгонного канала позволяет ! создавать игольчатые жидкостные струи с сечением, не превышающим

2-0 5 мм и менее.

По сравнению с,базовым объектом использование предлагаемого изобретения позволяет повысить удельную мощность гидроинструмента, экономич1 ность и безопасность его работы.

1049648

ВНИИПИ Заказ 8382/33 Тираж б03 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная.,4