Устройство ударного действия с гипоциклоидным вращателем

 

УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ С гипоциклоидшда ВРАЩАТЕЛЕМ, содержащим статор и ротор, связанные кинематически посредством зубчатого зацепления, шпиндель, втулку, переднюю и заднюю крышки, образующие соответственно со шпинделем и втулкой кольцевые полости, сообщенные с сетью рабочего тела, отличающееся тем, что, с целью повышения крутящего момента за счет снижения сопротивления движению рабочего тела и упрощения конструкции, устройство снабжено плоскими кольцами с полукольцевыми п(елями и профильными осевыми отверстиями, на торцовых поверхностях ротора выполнены кольцевые выступы для взаимодействия с профильными отверстиями колец, в крышках выполнены полукольцевые каналы, а на торце каждой крышки со стороны статора - кольцевая проточка , при этом камеры, образованные зубьями статора и ротора, периодически сообщены через указанные щели , проточки и каналы с кольцевыми полостями, причем полуКольцевые щели и профили отверстий плоских колец симметричны относительно плоскости, проходящей через оси вращения ротора и статора.

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

За)) E 21 С 3/24 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3627173/22-03 (22) 27.07.83 (46) 30..10.84. Вюл.У 40 (72) 1<.И,Дусалиев (71) Институт горного дела АН КазССР (53) 622.233.6(088.8) (56) 1. Есин Н.Н. Пневматические машины ударного действия для бурения шпуров. Новосибирск, СО АН СССР, "Наука", 1978, с.48.

2. Есин Н.Н. Пневматические машины ударного действия для бурения шпуров. Новосибирск, СО АН СССР, 1978, с.51 (прототип). (54) (57) устРОЙстВО ) Horo дейСТВИЯ С ГИПОЦИКЛОИДНЫМ ВРАЩАТЕЛЕ1"1, содержащим статор и ротор, связанные кинематически посредством зубчатого зацепления, шпиндель, втулку, переднюю и заднюю крышки, образующие соответственно со шпинделем и втулкой кольцевые полости, сообщенные с сетью рабочего тела, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения крутящего момента за счет снижения сопротивления движению рабочего тела и упрощения конструкции, устройство снабжено плоскими кольцами с полукольцевыми щелями и профильными осевыми отверстиями, на торцовых поверхностях ротора выполнены кольцевые выступы для взаимодействия с профильными отверстиями колец, в крышках выполнены полукольцевые каналы, а на торце каждой крышки со стороны статора — кольцевая проточка, при этом камеры, образованные зубьями статора и ротора, периоди- I чески сообщены через указанные щели, проточки и каналы с кольцевыми полостями, причем полукольцевые щели и профили отверстий плоских колец симметричны относительно плоскости, проходящей через оси вращения ротора и статора.

1121418 2

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в строительстве в виде бурильных машин для бурения шпуров и скважин.

Известен перфоратор с гипоциклоидным вращателем, который включает шестеренный пневматический двигатель с тремя шестернями и гипоциклоидный зубчатый редуктор. Боковые шестерни двигателя выполнены 10 вместе с валиками, на концах которых насажены эксцентрики, сообщающие сложное плоскопараллельное движение обоймам редуктора. За время одного оборота эксцентриков обойма поворачивает находящуюся в зацеплении с ней буксу на два зуба, так как разность числа зубьев обоймы и буксы равна двум. Букса передает вращение хвостовику инструмента (Ij .

Однако в этом пневматическом двигателе, используемом в качестве вращателя устройства ударного действия, повышение величины крутящего момента ограничивается тем, что необходимо увеличивать основные конструктивные параметры этого двигателя. Например, чтобы повысить крутящий момент необходимо увеличить диаметр начальных окружностей шестерен, модуль зацепления, ширину зуба шестерни. Кроме того, возникает необходимость снижения числа оборотов, т.е. появляется необходимость применения редукторов, что усложняет кон,струкцию,увеличивает габариты и массу всего устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство ударного действия с гипоциклоидным вращателем, содержащим статор и ротор, связанные кинематически посредством зубчатого зацепления, шпиндель, втулку, переднюю и заднюю крышки, образующие соответственно со шпинделем и втулкой кольцевые полости, сообщенные с сетью рабочего тела. (21, Недостатком такого устройства;яв ляется невозможность повышения кру" тящего момента вращателя;беэ увели" чения его габаритных размеров. Величины диаметров отверстий задней крышки и высоты винтовых канавок золотника ограничены тем, что зависят от эксцентриситета вращателя. 55

Поэтому отверстия малого диаметра в задней .крышке и винтовые канавки золотника оказывают значительное сопротивление движению рабочего тела, т,е. являются дросселями, .создающими перепад давления.

Целью изобретения является повышение крутящего момента эа счет снижения сопротивления движению рабочего тела и упрощение конструкциив

Указанная цель достигается тем, что устройство ударного действия с гипоциклоидным вращателем, содержащим статор и ротор, связанные кинематически посредством зубчатого зацепления, шпиндель, втулку, переднюю и заднюю крышки, образующие соответственно со шпинделем и втулкой кольцевые полости, сообщенные с сетью рабочего тела, снабжено плоскими кольцами с полукольцевыми щелями и профильными осевыми отверстиями, на торцовых поверхностях ротора выполнены кольцевые выступы для взаимодействия с профильными

I отверстиями колец, в крышках выполне ны полукольцевые каналы, а на торце каждой крышки со стороны статора— кольцевая проточка, при этом камеры, образованные зубьями статора и

Ротора, периодически сообщены через указанные щели, проточки и каналы, с кольцевыми полостями, причем полукольцевые щели и профили отверстий плоских колец симметричны относительно плоскости, проходящей через оси вращения ротора и статора.

Такое выполнение вращателя позволяет резко увеличить расход рабочего тела в рабочие камеры, обраЗованные зубьями статора и ротора.

За счет этого повысится среднее индикаторное давление в рабочих камерах, а значит и величина крутящего момента вращателя. Кроме того, распределение рабочего тела посредством плоских колец, установленных с торцовых сторон статора и ротора позволяет упростить конструкцию вращателя.

На фиг.1 изображено устройство, продольный разрез, на фиг.2 — разрез А-А на фиг.2, на фиг.3 — разрез

Б-Б на фиг.1, на фиг.4 — разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.l.

Устройство включает механизм распределения рабочего тела 1, втулку 2, цилиндр 3, поршень 4, головка которого делит цилиндр 3 на переднюю 5 и заднюю 6 камеры и гипоциклоидного.11214!

20 вращателя, который состоит из ста,тора 7, ротора 8,, связанных кинематически посредством зубчатого зацепления, передней 9 и задней 10 крышек, на каждой из которых выполнены отверстия ll и 12, полукольце вые каналы 13 и 14, кольцевые проточки 15 и 16 шпинделя 17 и инструмента .18, вставленного в шпиндель и кинематически связанного с ним.

Крышки 9 и 10 соответственно со шпинделем 17 и втулкой 2 ударного узла образуют кольцевые полости 19 и 20. Шпиндель 17 кинематически связан с ротором 8. !5

С торцовых сторон статора 7 и ротора 8 установлены плоские кольца

21 и 22, на каждом из которых выполнены полукольцевые щели 23 и 24 и профильные осевые отверстия 25 и

26, которые постоянно находятся во взаимодействии с кольцевыми выступами 27 и 28, которые выполнены на торцах ротора 8. Зубьев статора 7 на один больше, чем зубьев ротора 8. 25

Устройство работает следующим образом.

Поршень 4 под действием силы от давления рабочего тела (например сжатого газа), периодически посту1 пающего из сети через механизм распределения 1 в переднюю 5 и заднюю

6 камеры цилиндра 3, совершает периодически соответственно обратный и прямой ходы. Прямой (рабочий) ход

35 поршня 4 заканчивается ударом по хвостовику инструмента 18.

Пусть ротор 8, плоские кольца 21 и 22 находятся в положениях, пока" занном соответственно на фиг,4, 5 40 и 3, а рабочее тело поступает иэ сети через отверстие 12 задней крышки 10 в кольцевую полость 20. Из полости 20 рабочее тело через полуколь.цевые -каналы 14 и кольцевые проточ- 4> ки !6 задней крышки 10, полукольце вую щель 24 и плоского кольца 22, установленного с торца статора 7 и ротора,8, начинает поступать в рабочие камеры, образованные зубья- И ми статора 7 и ротора 8 (на фиг.4 рабочие камеры и правой части от вертикальной оси), à из выхлопных . камер (на фиг.4 выхлопные камеры в левой части от вертикальной оси), 55 образованных зубьями статора 7 и ротора 8, обработанное рабочее тело начинает выходить через кольце18, 4 вую проточку 15 и полукольцевые ка налы 13 передней крышки 9 в кольцевую полость !9, образованную крыш-. кой 9 со шпинделем 17. Затем из полости 19 рабочее тело через отверстие 11 в передней крышке 9 выходит в атмосферу (фиг.l).

Под действием давления рабочего тела в рабочих камерах (на, фиг.4 рабочие камеры в правой части от вертикальной оси) на зубья ротора 8, поскольку он установлен с -некото рым эксцентриситетом в статор 7, ротор 8 начинает совершать сложное плоскопараллельное движение, обкатываясь по зубьям статора 7. Зубья ротора 8 совершают движение по гипоциклоиде по часовой стрелке, а ось вращения ротора 8 движется вокруг продольной оси статора 7 по окружности (радиус окружности равен величине эксцентриситета вращателя) против часовой стрелки. Кольцевые выступы 27 и 28 ротора 8 при его сложном движении надавливают на профильные выступы 25 и 26 плоских колец 2) и 22 (фиг.5 и 3), установленных с торцовых сторон ротора 8 и статора 7, и кольца 21 и 22 совершают вращение против часовой стрелки поскольку кольцевые выступы 27 и 28 с профильными отверстиями 25; и 26 находятся в постоянном соприкосновении. Значит полукольцевые щели 23 и 24 плоских колец 21 и 22, перемещаясь, сообщают соответствен. но кольцевые полости 19 и 20 через полукольцевые каналы 13 и 14, кольцевые проточки 15 и 16 с рабочими и выхлопными камерами, которые образуются между зубьями статора и ротора при относительном перемещении последнего. При вращении плоских колец 21 и 22 против часвой стрелки положения их полукольцевых щелей 23 и 24 все время остаются симметричными относительно плоскости, проходящей через оси вращения ротора и статора (ось вращения ротора при

его движении совершает перемещение вокруг продольной оси статора по окружности против часовой стрелки).

При этом кольцевая полость 19 перед. ней крышки 9 сообщена с атмосферой через отверстие 11, а кольцевая по лость 20 задней крышки 10 через отверстие 12 с сетью рабочего тела.

Ротор 8 кинематически связан со шпинделем 17 посредством зубчатого

1121418

l0

25

45 зацепления, а в шпиндель 17 вставлен шестигранный хвостовик инстумента 18. Поэтому сложное движение ротора 8, кинематически связанного . посредством зубчатого зацепления со шпинделем 17, преобразуется во вра:щательное. движение против часовой . стрелкй шпинделя 17; а значит и инструмента 18.

Таким образом, сообщение вновь образующихся рабочих камер между зубьями статора и ротора при относйтельном движении ротора через щель 24, проточку 16, полукольцевые каналы 14 с кольцевой полостью

20 и сообщение также вновь образующихся выхлопных камер между зубьями статора и ротора через щель 23, проточку 15 полукольцевые каналы 13 с кольцевой полостью 19 происходит для любого другого положения ротора, установленного с эксцентрисптетом в статор вследствие того, что .плоские кольца .21 и 22 постоянно находятся в соприкасании с ротором. Поэтому сложное движение ротора преобразуется во вращательное движение против часовой стрелки плоских колец 21 и 22 и щели 23 и 24 на них всегда совпадают с образующимися выхлопными и рабочими камерами между зубьями ротора и статора.

Для изменения направления вращения инструмента 18 (по часовой стрелке) следует наоборот кольцевую полость 19 через отверстие 11 сообщить с сетью рабочего тела, тогда кольцевая полость 20. через отверстие 12 будет сообщена с атмосферой.

При этом в рабочие камеры, образо.ванные между зубьями статора и ротора (на фиг.4 в левой части от вертикальной оси), для любого другого положения ротора будет поступать рабочее тело из полости 19 через каналы 13, проточку 15, щель 23, а из выхлопных камер (на фиг.4 в правой части от вертикальной оси) отработанное тело будет выходить через щель

24, проточку 16, каналы 14 в полость

20.

Под действием давления рабочего тела в рабочих камерах на зубья ротора 8 последний совершает сложное движение. Зубья ротора 8 совершают движение по гипоциклоиде против часовой стрелки, а ось вращения ротора 8 движется вокруг продольной оси статора 7 по часовой стрелке, Значит шпиндель 17 и инстумент 18 совершают вращение по часовой стрелке.

Сечение полукольцевых каналов, щелей достаточно значительны и не зависят от величины эксцентриситета вращателя, что позволяет резко снизить сопротивление движению рабочего тела. Это способствует уменьшению падения давления рабочего тела, поступающего из сети (например в полость 20) при его движении через полукольцевые каналы 14 и полукольцевую щель 24 в рабочие камеры. Значит среднее индикаторное давление рабочего тела в рабочих камерах будет очень высоким и близким к значению сетевого давления.

В то же время отработанное рабочее тело из выхлопных камер, образованных. между зубьями статора и ротора, выходит через полукольцевую щель 23, проточку 15, полукольцевые каналы 13 в кольцевую полость

l9 передней крышки 9 и затем из нее через отверстие ll в атмосферу. Освобождение выхлопных камер от отработанного рабочего тела происходит очень быстро, поскольку полукольцевая щель 23 и полукольцевые каналы

13 в силу указанного не оказывают значительного сопротивления движению рабочего тела.

Таким образом, установление плоских колец с торцов ротора и выполнение на каждом из них полукольцевой щели, а также выполнение полукольцевых каналов на крышках и постоянное соприкасание кольцевых выступов на роторе с профильными отверстиями на плоских кольцах позволяют повысить величину крутящего момента вращателя.

Распределение рабочего тела пэсредством плоских колец, установленных с торцов ротора и статора, также, позволяет упростить конструкцию вращателя.

1121418

g рщ

/-Г

В-В

fB

Составитель 1О.Стрелов

Техред С.Легеэа

Редактор М.Недолуженко

Корректор М.Леонтюк е

Заказ 7901/25 Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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