Устройство ударного действия

 

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для проходки скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций, а также для забивания в грунт труб, стержневых элементов и других конструкций. Цель: повышение надежности работы устройства путем увеличения долговечности амортизатора, упрощения конструкции устройства и улучшения взаимной центровки его корпуса, ударника и воздухораспределительного патрубка. Для достижения этой цели в предлагаемом устройстве, содержащем корпус, внутри которого установлен подвижный ударник, воздухораспределительный механизм и цилиндрический амортизатор, на наружной поверхности амортизатора выполнена винтовая нарезка, а на корпусе - ответная винтовая нарезка. Винтовая нарезка на амортизаторе выполнена таким образом, что ширина выступа нарезки была больше ширины ее впадины, а между выступами и впадинами нарезки сопряженных деталей обеспечивался гарантированный зазор. Выхлопные каналы выполнены в виде лысок в теле амортизатора либо в воздухораспределительном патрубке. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое устройство относится к строительной технике и предназначено для проходки скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций, а также для забивания в грунт труб стержневых элементов и т.п.

Известно устройство ударного действия для проходки скважин в грунте [1] содержащее корпус с установленным в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения ударником, воздухораспределительный патрубок, фланец и хвостовую гайку, фиксирующую гайку. Для уменьшения динамических нагрузок между патрубком и фланцем расположен выполненный в виде круглой шайбы амортизатор из эластичного материала.

Подобные амортизаторы применялись в пневмопробойниках типа ИП4601 и ИП4601А (Одесского завода строительно-отделочных машин). Однако выпуск пневмопробойников с подобными амортизаторами был прекращен вследствие недостаточной их надежности. Дело в том, что амортизатор в виде шайбы [1] уменьшает ударный импульс, передаваемый от корпуса патрубку только при прямых ударах ударника по корпусу. При прохождении отраженной волны от прямого удара или при ударе ударника по задней части корпуса между опорными поверхностями патрубка-амортизатора и фланца образуется зазор, смыкание которого в следующей за ударом фазе работы устройства сопровождается взаимным ударом этих деталей, что приводит к разрушению амортизатора.

Известно пневматическое устройство ударного действия для пробивания скважин в грунте [2] включающее корпус, ударник, воздухораспределительный патрубок и гайку, отличающееся тем, что на патрубке смонтирована втулка из эластичного материала, расположенная коаксиально патрубку и охватывающей ее гайки, закрепленной в корпусе. В теле втулки образованы каналы для пропуска отработанного воздуха в атмосферу.

Подобные амортизаторы применяются в серийных пневмопробойниках ИП4603, ИП4605, СО134, СО144 и др. Они вошли в предмет лицензий, проданных в США, ФРГ, Францию, Венгрию.

Недостатком этого типа амортизатора является невозможность выполнить в гайке и патрубке достаточно большие по площади опорные бурты, взаимодействующие с амортизатором, для восприятия осевых и динамических нагрузок. Это обусловлено жестким ограничением габаритов устройства по диаметру и необходимостью размещения в ограниченных габаритах патрубка, амортизатора, гайки и корпуса.

При опирании амортизатора на бурт гайки или патрубка наибольшие напряжения сжатия и сдвига возникают в нем в области, прилегающей непосредственно к опорному бурту, что приводит к разрушению его. В серийных пневмопробойниках амортизатор имеет примерно в два раза меньший срок службы в сравнении с другими его деталями.

Наиболее близким аналогом заявляемому является пневматическое устройство ударного действия [3] включающее корпус, внутри которого установлен ударник, хвостовую гайку, воздухораспределительный патрубок с воздухоподводящим шлангом и амортизатором из эластичного материала, отличающееся тем, что амортизатор имеет кольцевую полость, соединенную с воздухоподводящим каналом, и при подаче в нее сжатого воздуха за счет радиальной податливости фиксируется в хвостовой гайке в двух положениях, соответствующих движению пневмопробойника вперед по скважине и назад. Для надежной фиксации патрубка в указанных положениях на наружной поверхности амортизатора выполнен ряд кольцевых выступов, а внутри хвостовой чайки соответствующие им кольцевые канавки, в которые входят выступы амортизатора при подаче в его полость сжатого воздуха.

Недостатки устройства связаны с необходимостью обеспечения значительной радиальной податливости амортизатора и осевой жесткости при весьма ограниченном диаметре самой машины. Для того, чтобы переместить амортизатор из одного положения в другое, необходимо вначале уменьшить его диаметр на величину двойной высоты кольцевых выступов (путем сброса давления воздуха из его внутренней камеры), а затем в новом положении подать в камеру сжатый воздух и увеличить диаметр так, чтобы выступы на амортизаторе вошли в канавки в гайке. Обеспечить такую податливость амортизатора в радиальном направлении при весьма ограниченных радиальных размерах возможно только за счет увеличения его длины. Для обеспечения требуемой осевой жесткости амортизатора необходимо увеличить толщину боковых стенок, что также сопряжено с увеличением его длины и неприемлемо по условиям общей компоновки машины и ухудшения ее эксплуатационных качеств. Попытки преодолеть перечисленные затруднения, предпринятые Институтом горного дела СО РАН в лабораторных условиях, не увенчались успехом.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве повышение надежности работы путем увеличения долговечности амортизатора, упрощения конструкции устройства и улучшения взаимной центровки его корпуса, ударника и воздухораспределительного патрубка.

Для достижения этой цели в устройстве, включающем корпус, внутри которого установлен с возможностью перемещения ударник, воздухораспределительный механизм с выхлопными каналами и патрубком, закрепленным в корпусе цилиндрическим амортизатором, имеющим выступы на наружной поверхности, выступы наружной поверхности амортизатора выполнены в виде винтовой нарезки, а на корпусе выполнена ответная ей винтовая нарезка. Таким образом, амортизатор с патрубком ввернут непосредственно в корпус.

Такое выполнение устройства позволяет многократно увеличить опорную площадь контакта амортизатора с корпусом, что повышает его надежность и долговечность. При этом осевое усилие, действующее со стороны патрубка, распределяется по всей длине амортизатора, материал амортизатора равномерно нагружается по всему его объему без резких концентраторов напряжений. Кроме того, амортизатор взаимодействует непосредственно с корпусом, что способствует также равномерной нагрузке последнего.

Упрощение конструкции устройства достигается тем, что использование амортизатора с винтовой нарезкой исключает необходимость в применении хвостовой гайки.

Целесообразно ширину выступа нарезки на амортизаторе выполнять больше ширины ее впадины.

Такое выполнение устройства позволяет увеличить осевую жесткость и долговечность амортизатора, так как при этом увеличивается суммарная площадь материала амортизатора в основании витков нарезки, работающих на сдвиг. Увеличение ширины выступа резьбы на амортизаторе возможно без ущерба прочности резьбы на корпусе, потому что прочность стали, из которой изготовлен корпус, много больше прочности материала амортизатора (резины).

Целесообразно винтовую нарезку на амортизаторе и корпусе выполнить таким образом, чтобы обеспечивался гарантированный зазор выступами и впадинами нарезки сопряженных деталей.

Такое выполнение устройства позволяет регулировать радиальную жесткость амортизатора и улучшает возможность самоцентровки корпуса, ударника и воздухораспределительного патрубка.

Целесообразно выхлопные каналы выполнить в виде лысок в теле амортизатора. Такое выполнение выхлопных каналов позволяет создать амортизатор в функционально завершенном виде, когда он выполняет роль и амортизатора и детали, через которую происходит выхлоп обработанного воздуха.

Целесообразно выхлопные каналы выполнить в патрубке. Такое выполнение каналов позволяет создать амортизатор необходимой жесткости при минимальных его габаритах по диаметру и длине.

На фиг. 1 показан продольный разрез устройства; на фиг. 2 часть продольного разреза корпуса воздухораспределительного патрубка и амортизатора, ширина нарезки выступов которого больше ширины впадин; на фиг. 3 часть продольного разреза корпуса и амортизатора, винтовая нарезка на которых выполнена с гарантированным зазором между впадинами и выступами сопряженных деталей; на фиг. 4 поперечный разрез хвостовой части устройства и амортизатора, выхлопные каналы в котором выполнены в виде лысок в теле амортизатора.

Устройство содержит корпус 1, ударник 2 с окнами 3, воздухораспределительный патрубок 4, амортизатор 5 и воздухоподводящий шланг 6. Ударник 2 и корпус 1 образуют переднюю камеру 7, а внутренняя полость ударника 2 и патрубок 4 заднюю рабочую камеру 8.

Устройство работает следующим образом. Сжатый воздух от компрессора по шлангу 6 через канал патрубка 4, камеру 8, окна 3 поступает в камеру 7. Так как давление воздуха на ударник со стороны камеры 7 больше, чем со стороны камеры 8, ударник начинает двигаться назад (на фиг. вправо). При этом вначале окна 3 перекрываются передним торцом головки патрубка 4, а затем они открываются задним торцом этой головки. Происходит выхлоп воздуха из камеры 7 через окна 3 и каналы 9 в атмосферу. Ударник давлением воздуха в камере 8 вначале останавливается, а затем движется вперед и в конце движения наносит удар по корпусу, который под действием удара внедряется в грунт, уплотняя его. Далее цикл повторяется.

На фиг. 1 показано устройство с амортизатором и выхлопными каналами, выполненными в патрубке. На фиг. 2 показано выполнение амортизатора с шириной выступа "в" больше, чем ширина впадины "а", что повышает надежность и долговечность амортизатора. На фиг. 3, с целью обеспечения самоцентровки корпуса, ударника и патрубка, нарезка на амортизаторе и корпусе выполнена с гарантированным зазором 10 между выступами и впадинами. На фиг. 4 показан амортизатор с выхлопными каналами, выполненными в его теле в виде лысок 10.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ, включающий корпус, внутри которого установлен с возможностью перемещения ударник, воздухораспределительный механизм с выхлопными каналами и патрубком, закрепленным в корпусе цилиндрическим амортизатором, имеющим выступы на наружной поверхности, отличающееся тем, что выступы наружной поверхности амортизатора выполнены в виде винтовой нарезки, а на корпусе выполнена ответная им винтовая нарезка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что винтовая нарезка амортизатора выполнена таким образом, чтобы ширина выступа нарезки была больше ширины ее впадины.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что винтовая нарезка на корпусе и амортизаторе выполнена с гарантированным зазором между впадинами и выступами нарезки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выхлопные каналы выполнены в виде лысок в теле амортизатора.

5. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что выхлопные каналы выполнены в патрубке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4