Устройство ударно-вращательного действия

 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разрушения горных пород. Цель - повышение надежности работы устройства за счет обеспечения стабилизации давления рабочей жидкости в его рабочих камерах (К). Устройство содержит вращатель 2 с гидромотором 3 и гидроударный механизм 1. Последний имеет корпус 7, поршень-боек 4 и плунжер 5, образующие К 10 прямого хода, К 8 обратного хода и вспомогательную К 9. При этом К 10 сообщена с напорной магистралью (М), К 8 через золотник 11 - с напорной полостью (П) 14 гидромотора 3, а К 9 сообщена со сливной П 16 гидромотора 3 и сливной М. В корпусе 7 с возможностью осевого перемещения размещены ступенчатый поршень 18 с проточкой 29 на меньшей ступени. Поршень 18 образует с корпусом 7 накопительную 19, промежуточную 20 и подпорную 21 П, сообщенные соответственно с П 14 и К 9 и 10. Корпус 7 выполнен с каналом 25 сброса, расположенным с возможностью сообщения через проточку 9 с П 20. Канал 25 сообщен с напорной М. В полости 21 установлена пружина 26. Рабочие площади П 19, 20 и 21 удовлетворяют соотношению (S<SB POS="POST">н</SB><SP POS="POST">.</SP>P<SB POS="POST">вр</SB>)/(S<SB POS="POST">пр</SB>Р<SB POS="POST">с</SB> + S<SB POS="POST">п</SB><SP POS="POST">.</SP>P<SB POS="POST">уд</SB>), где S<SB POS="POST">н</SB>, S<SB POS="POST">пр</SB>, S<SB POS="POST">п</SB> - рабочие площади соответственно П 19, 20 и 21

P<SB POS="POST">вр</SB>, P<SB POS="POST">уд</SB> и P<SB POS="POST">с</SB> - номинальное давление соответственно в П 14 гидромотора 3, в напорной и сливной М. При изменении давления в одной из П 19, 20 и 21 поршень 18 перемещается, стабилизируя давление в К 9, 10 и П 14. При заклинивании инструмента 30 поршень 18 сжимает пружину 26. Напорная М через канал 25 и проточку 29 сообщается со сливной М. Благодаря этому исключена возможность перегрузки вращателя 2. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН ($1)5 Е 21 С 3/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ -"1"ЛЕ1ИВ

10 i Е:. д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ .

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4465189/23-03

;(22) 10.05.88 (46) 07.05.90. Бюл. Ф 17 (71) Карагандинский политехнический институт (72) Д.Н.Ешуткин, В.Л.Кобылянский, А.Л.Ииронов, В.M.Áàðêoâ и А.А.Бородин (53) 622.233.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 973817, кл. Е, 21 С 3/20, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1218094, кл. Е. 21 С 3/20, 1986, (54) УСТРОЙСТВО УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО

ДЕЙСТВИЯ (57) Изобретение относится к горной пром-сти и предназначено для разруше.ния горных пород. Цель — повышение надежности работы устройства за счет обеспечения стабилизации давления рабочей жидкости в его рабочих камерах (К). Устройство содержит вращатель 2 с гидромотором 3 и гидроударный механизм 1. Последний имеет корпус 7, поршень-боек 4 и плунжер 5, образующие К 10 прямого хода, К 8 обратного хода и вспомогательную К 9.

При этом К 10 сообщена с напорной ма2316467 7

„„SU, 15 2442 А1

2 гистралью (M) К 8 через золотник 11с напорной полостью (П) 14 гидромотора 3, а К 9 сообщена со сливной П 16 гидромотора 3 и сливной M. В корпусе 7 с возможностью осевого переме.щения размещены ступенчатый поршень

18 с проточкой 29 на меньшей ступени.

Поршень 18 образует с корпусом 7 накопительную 19, промежуточную 20 и подпорную 21 П, сообщенные соответственно с П 14 и К 9 и 10. Корпус 7 выполнен с каналом 25 сброса, расположенным с возможностью сообщения через проточку 9 с П 20. Канал 25 сообщен с напорной M. В полости 21 установлена пружина 26 ° Рабочие пло- щади П 19, 20 и 21 удовлетворяют соотношению (Б„Р р ) /($„р Р +Б„Р ), где Бну Бпр у Би — рабочие площади соответственно П 19, 20 и 21, Р

Руд и Р— номинальное давление соответственно в П 14 гидромотора 3, в напорной и сливной M. При изменении давления в одной из П 19, 20 и 21 поршень 18 перемещается, стабилизируя давление в К 9, 10 и П 14.

При заклинивании инструмента 30 пор1562442 шень 18 сжимает пружину 26. Напорная

М через канал 25 и проточку 29 сообщается со сливной M. Благодаря

Изобретение относится к горной промьппленности и может быть использовано в конструкции устройств удар,но-вращательного действия для разру-шения горных пород, Цель изобретения — повышение надежности работы устройства за счет обеспечения стабилизации давления рабочей жидкости в рабочих камерах.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство ударно-вращательного 20 действия содержит ударный механизм 1 и вращатель 2 с гидромотором 3. Ударный механизм имеет поршень-боек 4 и ступенчатый плунжер 5, размещенньге во втулке 6 и корпусе 7, совместно 25 с которыми образуют три гидравлические рабочие камеры! управляемую обратного хода 8, вспомогательную 9 и прямого хода 10. Камеры 9 и 8 сообщены соответственно со сливной и напорной магистралями. Расположен-, ный в корпусе 7 золотник 11 образует с последним две гидравлические камеры: управляющую 12 и переливную

13. Гидромотор 3 имеет напорную полость 14, соединенную каналом 15 с переливной камерой 13, и сливную полость 16, соединенную каналом 17 со вспомогательной камерой «9.

В корпусе также установлен ступен- 40 чатый поршень 18, образующий с ним три гидравлические полости: накопительную 19, промежуточную 20 и подпорную 21, постоянно соединенные соответственно каналом- 22 с каналом 15 и напорной полостью 14 гидромотора 3, каналом 23 с вспомогательной камерой

9 и каналом 24 с камерой 10 прямого хода. Корпус 7 выполнен с каналом 25 сброса, сообщенным с напорной магист- 0 ралью. Пружйна 26 установлена в полости 21.

При этом управление камерой 8 об" ратного хода осуществляется золотником 11 через канал 27, а обратная связь ударного механизма с золотником 11 — через канал 28 управления. . На ступени меньшего диаметра поршня 18 выполнена кольцевая проточка 29. Каэтому исключена возможность перегрузки вращателя 2, 1 з.п. ф-лы, 1 ил. нал сброса 25 расположен с возможностью сообщения через проточку 29 с полостью 20. Поршень-боек 4 и вращатель 2 взаимодействуют с инструмен- том 30.

Устройство работает следующим образом.

Рабочая жидкость под давлением поступает из напорной магистрали в подпорную полость 21 поршня 18, прижимая

ere« в левое крайнее положение, а по каналу 24 — в камеру 10 прямого хода, прижимая ступенчатый плунжер 5 и поршень-боек 4 к буровому инструменту.

При этом ступенчатый плунжер 5 открывает своим торцом канал 28 управления, соединяя управляющую камеру 12 с напорной магистралью. В результате рабочая жидкость, воздействуя на торец золотника 11, фиксирует последний в левом крайнем положении. При этом камера 8 обратного хода через канал 27 и межпоясковую полость золотника 11 соединяется с напорной магистралью.

Так как площадь камеры 8 обратного хода больше площади камеры 10 прямого хода, поршень-боек 4 перемещается вправо. Как только канал 28 управления соединяется ступенью меньшего диаметра ступенчатого плунжера 5 со вспомогательной камерой 9, соединенной со сливной магистралью, в управляющей камере 12 давление падает, и золотник 11 под действием результирующей силы со стороны межпоясковой полости перемещается в пра-. вое крайнее положение. В этом положении канал 27 соединяет камеру 8 обратного хода с переливкой камерой

13 и далее каналом 15 с напорной полостью 14 гидромотора 3 а также каУ налом 22 с накопительной полостью 19 поршня 18.

Под действием силы со стороны камеры 10 прямого хода ступенчатый плунжер 5 и поршень-боек 4 совершают прямой ход. Происходит вытеснение рабочей жидкости иэ камеры 8 обратного хода по каналу 27 через переливную камеру 13 золотника 11 и канал 15 в напорную полость 14 гидромотора 3

1562442

30 под некоторым давлением, определяемым моментом сопротивления вращению бурового инструмента 30. В силу ограниченности пропускной способности гидромотора 3 при прямом ходе поршня-бойка 4, особенно в его конце ,(достигается максимальная скорость), создается избыток вытесненной рабочей жидкости, что приводит к повышению давления выше его номинального значения как в напорной полости 14, так и в накопительной полости 19 поршня-стабилизатора 18. Возникает дисбаланс сил, действующих на поршень 18. Последний под действием результирующей силы со стороны накопительной полости 19 перемещается вправо, увеличивая объем накопительной полости 19, и через канал 22 потребляет появляющийся в напорной полости 14 гидромотора 3 избыток рабочей жидкости. В результате давление в напорной полости 14 и камере

8 обратного хода стабилизируется, что автоматически приводит поршень 18 в состояние равновесия (баланса действующих на него сил). Равновесное состояние поршня-стабилизатора 18, т.е. равенство сил, действующих на него со стороны накопительной, промежуточной и подпорной полостей при номинальных значениях давления рабочей жидкости соответственно в напорной полости 14 гидромотора 3, вспомогательной камере 9 и камере 10 прямого хода, обеспечивается за счет вибо= ра эффективных рабочих площадей по лостей поршня 18 из соотйошения

1, Впу Рс. + Sn где Яя — рабочая площадь накопительной полости, S — рабочая полость промежуточflP нОЙ пОлости

S — рабочая площадь подпорной полости

P. -- номинальное давление в на5Р порной полости гидромотора вращателя

P - номинальное давление во вспомогательной камере, Р„д — номинальное давление в камере прямого хода.

При прямом ходе поршня-бойка 4 и ступенчатого плунжера 5 наряду с вытеснением рабочей жидкости из камеры 8 обратного хода происходит

55 быстрое увеличение объемов как вспомогательной камеры 9, так и камеры 10 прямого хода..Поступление рабочей жидкости из сливной полости 16 гидромотора 3 и иэ напорной магистрали не успевает за ускоряющимся движением поршня-бойка 4, что приводит к снижению давлений в этих двух камерах, а значит, движущего усилия поршнябойка 4 с соответствующим уменьшением ударной мощности и КПД гидроперфоратора. Вследствие взаимосвязи вспомогательной камеры 9 и камеры

10 прямого хода гидроударного механизма соответственно с промежуточной

20 и подпорной 21 полостями поршня 18 в последних также уменьшается давление рабочей жидкости, что приводит к уменьшению сил со стороны промежуточной 20 и подпорной 21 полостей.

Поршень l8 смещается вправо и вытесняет рабочую жидкость из промежуточной полости 20 по каналу 23 во вспомогательную камеру 9 и иэ подпорной полости 21 по каналу 24 в камеру 10 прямого хода, тем самым стабилизируя в них давление.

В конце прямого хода поршень-боек 4 наносит удар по буровому инструменту 30, а ступенчатый плунжер 5 Открывает канал 28 управления, соединяя управляющую камеру 12 с напорной магистралью. Золотник 11 перемещается в левое крайнее положение, отключая камеру 8 обратного хода от напорной полости 14 гидромотора 3 и соединяя ее с напорной магистралью. Поршеньбоек 4 совершает обратный ход.

Как только из камеры 8 обратного хода прекраща тся вытеснение рабочей жидкости в напорную полость 14 вследствие потребления гидромотором 3 ра.— бочей жидкости, давления в напорной полости 14, каналах 15 и 22 и накопительной полости 19 понижаются. На поршне 18 опять возникает дисбаланс сил, но теперь результирующая сила двигает поршень l8 влево. При этом рабочая жидкость вытесняется иэ накопительной полости 19 в напорную полость 14 гидромотора 3, стабилизируя в ней давление, а значит, и величину крутящего момента. Таким образом, вращение бурового инструмента 30 продолжается в течение всего рабочего цикла с почти постоянным крутящим моментом. В то же время при обратном ходе поршня-бойка 4 иэ вспо1562442 могательной камеры 9 и камеры 10 прямого хода вытесняется рабочая жидкость соответственно в сливную и на- порную магистрали. Любое превышение давления рабочей жидкости в этих ма5 гистралях выше их номинальных значений стабилизируется перемещением поршня 18 влево. При соединении канала 28 управления ступенью меньшего диаметра ступенчатого плунжера 5 со вспомогательной камерой, соединенной со сливной магистралью, золотник 11 перебрасывается в правое крайнее положение. Камера 8 обратного хода сое- 5 диняется с напорной полостью 14 гидромотора 3 вращателя 2. Цикл повторяется.

В случае заклинивания бурового инструмента 30 (остановки вращения) поступаемая иэ камеры обратного хода 8 в накопительную полость 19 рабочая жидкость смещает поршень 18 в крайнее правое положение до упора в концевую пружину 26. При.этом на буро- 5 вом инструменте поддерживается номинальное (допускаемое) значение крутящего момента. Если за это время не произошло расклинивание бурового инструмента 30, давление в накопи- 30 тельной полости 19 незначительно возрастает, концевая пружина 26 сжимается. Поршень 18, смещаясь вправо, открывает кольцевой проточкой 29 канал 25 сброса и соединяет егo с промежуточной полостью 20. Происходит сброс рабочей жидкости из напорной магистрали в сливную, т.е. осуществляется разгрузка привода.

При расклинивании бурового инстру- 4

„мента 30 гидромотор 3 прокручивается, потребляя некоторый объем иэ напорной полости 14. Давление в накопительной полости 19 падает и поршень 18 под действием концевой пружины 26 перемещается влево. Канал 25 сброса перекрывается. В подпорной полости 21 возрастает давление, под действием которого поршень 18 перемещается влево до упора. Вытесняемая из накопи" тельной полости 19 рабочая жидкость приводит во вращение гидромотор 3 и буровой инструмент 30. Восстанавливается нормальный режим работы гидроперфоратора.

Формула изобретения

S -P

Sftp Рс Ви Ру4 рабочая площадь накопительной полости, номинальное давление в напорной полости гидромотора, рабочая площадь промежуточной полости ; номинальное давление в сливной магистрали, рабочая площадь подпорной полости, номинальное давление в напорной магистрали. где Sj, P jjp, 1. Устройство ударно-вращательного действия, включающее вращатель с гидромотором и гидроударный механизм, . имеющий корпус, поршень-боек и плунжер, образующие камеру прямого хода,) сообщенную с напорной магистралью, камеру обратного хода, связанную через золотник с напорной полостью гидромотора, и вспомогательную камеру, сообщенную со сливной полостью гидромотора и еливной

1 магистралью, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства за счет обеспечения стабилизации давления рабочей ,жидкости в рабочих камерах, устройство снабжено пружиной и ступенчатым поршнем с проточкой на ступени меньmего диаметра, установленным в корпусе с возможностью осевого перемещения и образующим с корпусом накопительную промежуточную и подпорную полости, сообщенные соответственно с напорной полостью гидромотора, вспомогательной камерой и камерой прямого хода, причем корпус выполнен с каналом сброса, расположенным с возможностью сообщения через проточку поршня с промежуточной полостью и связанным с напорной магистралью, при этом пружина установлена в подпорной полости.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что накопительная, промежуточная и подпорная полости выполнены с рабочими площадями, удовлетворяющими соотношению