Перфоратор

 

Использование: машиностроение, может быть применено в строительстве, геологоразведочных и буровзрывных работах. Сущность изобретения: перфоратор содержит корпус, размещенные в нем привод, редуктор с выходным валом, ударный механизм, состоящий из находящейся в зацеплении с выходным валом редуктора втулки и размещенных в ней поршня, бойка и бура. Предохранительная муфта выполнена в виде двух полумуфт с гнездами и размещенных в гнездах пар взаимодействующих шариков. По крайней мере в одной полумуфте гнезда представляют собой сквозные отверстия с размещенным в нем опорным шариком. По крайней мере одна плоская шайба установлена по торцу полумуфты с возможностью контакта с опорным шариком. Одна из полумуфт может быть выполнена в виде шестерни, кинематически связанной с выходным валом привода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к перфораторам, применяемым в строительстве, геологоразведочных и буровзрывных работах для образования отверстий в горных породах и строительных материалах.

Известны перфораторы, содержащие размещенные в корпусе вращающуюся втулку и привод с выходным валом, кинематически связанным с вращающейся втулкой через шариковую предохранительную муфту, состоящую из двух полумуфт и ряда расположенных между полумуфтами подпружиненных шариков, размещенных в пазах полумуфт ("Перфоратор ТЕ 60". Проспект фирмы "Hilti" (Лихтенштейн), 1978, р.2.3).

В таких перфораторах шарики одной половиной своего сечения размещены в одной полумуфте, а другой половинкой своего сечения размещены в другой полумуфте и подпружинены каждый своей пружиной. При возникновении момента сопротивления на вращающейся втулке большего, чем расчетный, шарики, преодолевая действие пружин, выходят из углублений пазов одной полумуфты и начинается проскальзывание одной полумуфты относительно другой. Недостатком перфоратора является нестабильность скорости бурения из-за значительного разброса в различных экземплярах перфораторов величины передаваемого муфтой момента. Происходит это вследствие прежде всего разброса характеристик пружин, подпружинивающих каждый шарик, а также из-за невозможности с большой точностью выполнить одинаковой глубину всех пазов полумуфты.

Ближайшим по своей технической сущности к заявляемому является перфоратор, содержащий размещенные в корпусе вращающуюся втулку и привод с выходным валом, кинематически связанным с вращающейся втулкой через шариковую предохранительную муфту в виде двух полумуфт и пар взаимодействующих шариков, размещенных в пазах полумуфт ("Перфоратор ТЕ 42", Проспект фирмы "Hilti" (Лихтенштейн), 1986, р.7.1). Хотя этот перфоратор лишен недостатков аналога, он имеет низкую производительность и сложен в изготовлении. Поджатие шариков осуществляется одной общей пружиной, что исключает разброс по усилию прижатия шариков к пазам полумуфт. В то же время пазы одной из полумуфт, представляющей собой шестерню, имеют форму конуса, от глубины выполнения которого зависит высота выступающей части шарика и, следовательно, момент, передаваемый муфтой. В такой полумуфте имеется ряд пазов, выполненных по окружности. Точность выполнения глубины всех пазов недостаточна. Вследствие этого высота выступа шариков над плоскостью полумуфты неодинакова. При работе перфоратора преодоление момента сопротивления муфтой происходит вначале через наиболее выступающие шарики. Часто имеется только один шарик с максимальным выступом в ряду шариков полумуфты. Передача момента сопротивления при этом происходит через одну пару шариков, которые испытывают максимальные удельные нагрузки. Учитывая, что твердость полумуфты, являющейся в данном случае шестерней, меньше твердости шарика, последний под нагрузкой вдавливается внутрь паза. При этом происходит смятие материала полумуфты и уменьшение выступания шарика над плоскостью полумуфты. В свою очередь, это приводит к снижению, передаваемого муфтой момента и частому ее срабатыванию в процессе бурения. С такой же частотой происходит заклинивание бура в шпуре. При этом процесс бурения характеризуется резким снижением скорости бурения или производительности перфоратора.

Положение ухудшается еще и тем, что к полумуфте, выполненной в виде шестерни, часто предъявляются требования высокой поверхностной твердости зубьев и малой твердости их сердцевины. По технологическим соображениям малая твердость сердцевины распространяется на всю ступицу шестерки, включая места расположения пазов под шарики. При этом более интенсивно идет процесс смятия пазов под шариками, а это приводит к более быстрому падению момента, передаваемого муфтой и, как следствие, к еще более быстрому падению производительности перфоратора.

В основу изобретения положена задача создания перфоратора, в котором шариковая муфта обеспечивает высокую стабильность момента срабатывания.

Поставленная задача решается тем, что в перфораторе, содержащем размещенные в корпусе вращающуюся втулку и привод с выходным валом, кинематически связанным с вращающейся втулкой через шариковую предохранительную муфту в виде двух полумуфт и пар взаимодействующих шариков, размещенных в пазах полумуфт, пазы по меньшей мере одной из полумуфт выполнены в виде сквозных отверстий, в каждом из которых размещен по меньшей мере один опорный шарик, опирающийся с одной стороны на плоскую шайбу.

При таком выполнении выступающий шарик в полумуфте, находясь в сквозном отверстии, опирается на дополнительный шарик, который, в свою очередь, опирается на плоскую шайбу. Плоская шайба может быть сделана из материала, допускающего высокую объемную твердость. Шарики, являясь элементом шарикоподшипника, также имеют высокую объемную твердость и калиброванный размер. Сама полумуфта, имея плоские торцы, путем плоского шлифования может быть по высоте выполнена с высокой точностью. Следовательно, высота выступа шарика над плоскостью полумуфты при таком выполнении может быть выполнена с высокой степенью точности.

Таким образом, высокая точность изготовления элементов полумуфт обеспечивает равномерный выступ всего ряда шариков над плоскостью полумуфты, а следовательно, одновременное зацепление пар шариков обеих полумуфт и, следовательно, стабильность начального момента. Высокая прочность элементов полумуфт обеспечивает малый их износ и высокую стабильность момента в процессе эксплуатации.

Вместе взятое дает возможность сохранить высокую работоспособность муфты предельного момента и обеспечить максимально возможную производительность бурения.

Наряду с этим, с целью упрощения конструкции одна полумуфта с опорными шариками выполнена в виде шестерни, кинематически связанной с выходным валом привода.

Размещение в сквозном отверстии дополнительного опорного шарика увеличивает высоту полумуфты. При этом становится целесообразным такую полумуфту выполнить в виде шестерни, поскольку из прочностных соображений зубья последней требуют определенной высоты, как правило, большей, чем утопленная часть шарика. В этом случае достигается наибольший эффект упрощения конструкции.

На фиг.1 изображен перфоратор по п.1, продольный разрез; на фиг.2 - перфоратор по п.2, продольный разрез; на фиг.3 вариант муфты по п.2, разрез.

Предлагаемый перфоратор содержит корпус 1 (фиг.1), размещенный в корпусе 1 привод 2 с выходным валом 3, кинематически связанным с вращающейся втулкой 4 через шариковую предохранительную муфту, состоящую из ведущей полумуфты 5 и ведомой полумуфты 6, в каждой из которых выполнен ряд равномерно расположенных по окружности равного диаметра пазов 7 и 8 соответственно. В каждом ряду с одинаковым количеством пазов 7 и 8 расположены соответственно шарики 9 и 10, выступающие частью своего сечения над плоскостью полумуфт 5 и 6 и образующие пары зацепляющихся своими выступами шариков 9 и 10.

Ведущая полумуфта 5 одним своим торцом опирается на буртик 11 втулки 4 и имеет возможность вращения относительно нее. Ведущая полумуфта 5 выполнена в виде шестерни, кинематически связанной с выходным валом 3.

Ведомая полумуфта 6 кинематически, например через шпонку 12, связана в радиальном направлении с втулкой 4. Пазы 8 выполнены сквозными и в каждом из них между шариком 10 и плоской шайбой 13 установлен опорный шарик 14. Плоская шайба 13 подвижна в осевом направлении и поджата к плоскости ведомой полумуфты 6 пружиной 15.

Втулка 4 выполнена в виде цилиндра и в ней размещены поршень 16, кинематически связанный кривошипно-шатунным механизмом 17 с приводом 2, ударник 18, связанный воздушной подушкой 19 с поршнем 16, промежуточный элемент 20 и буровой инструмент 21, кинематически связанный с втулкой 4 роликом 22, закрепленным втулкой 23.

В другом варианте (фиг. 2) ведущая полумуфта 24 выполнена в виде шестерни, кинематически связанной с ведущим валом 3 привода 2, и имеет ряд сквозных пазов 25, в каждом из которых между шариком 9 и плоской шайбой 26 установлен опорный шарик 27. Плоская шайба 26 установлена между буртиком 11 втулки 4 и торцом ведущей полумуфты 24 подвижно в радиальном направлении.

Ведомая полумуфта 28 при этом может быть, если конструктивно это позволяет, выполнена с рядом шариков 10, расположенных в сквозных пазах 29 и опирающихся с одной стороны непосредственно на плоскую шайбу 30, поджатую к ведомой полумуфте 28 пружиной 15. При этом ведомая полумуфта 28 имеет толщину, равную утопленной части шарика 10 в сквозном пазу 29, а ее ступица имеет высоту, достаточную для восприятия передаточного момента через шпонку 12 от втулки 4.

В третьем варианте ведущая полумуфта 24 (фиг.3) выполнена со сквозными пазами 31 ступеньчатой формы. Диаметр одной ступени паза 31 равен диаметру шариков 9, а диаметр другой ступени соответствует диаметру опорного шарика 32. При этом диаметр опорного шарика 32 может быть как больше диаметра шарика 9, так и меньше, в зависимости от необходимой ширины зубчатого венца ведущей полумуфты 24.

Перфоратор работает следующим образом. Вращение привода 2 передается на выходной вал 3 и через него на ведущую полумуфту 5, передающую вращение через пары шариков 9, 10 на ведомую полумуфту 6 и далее через шпонку 12 на втулку 4. Вращение втулки 4 через ролики 22 передается на бур 21. Кинематическая связь втулки 4 и бура 21 обеспечивается втулкой 23, удерживающей ролики 22 в положении постоянного зацепления втулки 4 и бура 21.

Вращение привода 2 передается одновременно на кривошипно-шатунный механизм 17, с помощью которого поршень 16 совершает повторяющиеся возвратно-поступательные движения во втулке 4, выполненной в виде цилиндра. Во втулке 4 размещен также боек 18, связанный с поршнем 16 и повторяющий его возвратно-поступательные движения. В конце каждого такого возвратно-поступательного движения, именуемого рабочим циклом, боек 18, находясь в нижней рабочей точке, наносит удар по промежуточному элементу 20, а через него по буру 21. Одновременное воздействие двух факторов (нанесение ударов по буру 21 с определенной частотой и его вращение) позволяет осуществить операцию бурения каких-либо строительных материалов или горных пород.

В процессе бурения бур 21 может по той или иной причине заклинить и остановиться. Во избежание получения травмы оператором усилие, передаваемое на его руки, ограничивается и определяется моментом срабатывания муфты, когда шарики 9 ведущей полумуфты 5, преодолевая действие пружины 15, утапливают шарики 10 в пазы 8 ведомой полумуфты 6 и ведущая полумуфта 5 проскальзывает относительно ведомой полумуфты 6.

Достижение высокопроизводительного бурения при одновременном обеспечении безопасности оператора требует достаточно точной установки предельного момента, передаваемого муфтой, и его высокой стабильности в процессе эксплуатации. В муфтах шарикового типа точность установки передаваемого момента зависит от точности установки высоты выступающей части пар шариков 9, 10 на плоскостью полумуфты 5, 6 соответственно, что, в свою очередь, зависит от точности изготовления деталей и элементов муфты.

Обеспечение указанных качеств достигается тем, что пазы 8 ведомой полумуфты 6 выполнены в виде сквозных отверстий, в каждом из которых размещен опорный шарик 14, опирающийся с одной стороны на плоскую шайбу 13, прижатую к ведомой полумуфте 6 пружиной 15, а с другой контактирующий с выступающим над плоскостью полумуфты 6 шариком 10. Ведомая полумуфта 6 выполнена в виде шайбы, размер по высоте которой обеспечивается с высокой точностью простой операцией плоским шлифованием. При этом все детали 6, 10, 13, 14 выполнены из материала с высокой твердостью. Учитывая, что шарики 10 и 14 являются элементами шарикоподшипников, их размеры выполнены с высокой точностью, что также определяет высокую степень точности выступа шариков 10 над плоскостью полумуфты 6. Сказанное дает возможность установить достаточно точно момент, передаваемый муфтой. При этом на точности установки передаваемого момента не сказывается разница в величине выступов шариков 9, размещенных в пазах 7 полумуфты 5, над ее плоскостью. Важно только, чтобы величина этих выступов была больше, чем выступ шариков 10 над плоскостью полумуфты 6. Разницу этих выступов можно сделать такой, чтобы смятие поверхности пазов 7 полумуфты 5 шариками 9 в процессе эксплуатации не превысило этой разницы. Такое выполнение перфоратора позволяет не только произвести точную установку предельного момента предохранительной муфты, обеспечив высокую производительность бурения, но и сохранить ее в процессе эксплуатации.

Обеспечить более надежную работу перфоратора и одновременно упростить его конструкцию возможно в случае выполнения ведущей полумуфты 24 со сквозными пазами 25 и опорными шариками 27 (фиг.2). При этом ведущая полумуфта 24 выполнена в виде шестерни, кинематически связанной с выходным валом 3, а опорные шарики с одной стороны опираются на плоскую шайбу 26, установленную между буртиком 11 втулки 4 и торцом полумуфты 24. Ширина ведущей полумуфты устанавливается, исходя из прочности и надежности зубчатого зацепления, и, как правило, должна быть больше, чем утопленная часть шарика 9. При этом диаметр опорного шарика 27 выбирается так, чтобы шарики 9 имели необходимый выступ над плоскостью полумуфты 24 и в общем случае диаметры шариков 27 и 9 могут быть неодинаковы.

В этом случае (фиг.3) сквозной паз 31 ведущей полумуфты 24 выполняется ступенчатым. При этом диаметр ступени, в которой устанавливается опорный шарик 32, равен диаметру этого шарика 32, величина которого выбирается из необходимости обеспечить нужную ширину зубчатого венца ведущей полумуфты 24.

Этот вариант позволяет значительно упростить конструкцию, обеспечив необходимый выступ шариков 9 над плоскостью ведущей полумуфты 24 плоским шлифованием обеих плоскостей полумуфты, и сделать это с высокой точностью.

При этом для обеспечения высокой несущей способности как всякая шестерня ведущая полумуфра 24 при высокой твердости поверхности зубчатого венца может иметь достаточно мягкую ступицу, что не повлечет за собой изменения момента на муфте в процессе ее эксплуатации, так как указанный момент зависит от твердости шайбы 26, опорных шариков 32 или 27 и шайбы 30, что легко достижимо. Таким образом, выполнение одной или обеих полумуфт 24 и 28 шариковой муфты со сквозными пазами 8, 25 или 31, в которых размещены пары шариков 9 и 10, а также опорные шарики 14, 27 и 32, позволяет резко упростить конструкцию предохранительной муфты, а следовательно, перфоратора в целом, повысить точность и стабильность передаваемого ею момента в процессе эксплуатации, достигая тем самым высокой производительности бурения.

Формула изобретения

1. Перфоратор, содержащий корпус, размещенные в нем привод, редуктор с выходным валом, ударный механизм, состоящий из находящейся в зацеплении с выходным валом редуктора втулки и размещенных в ней поршня, бойка и бура, предохранительную муфту в виде двух полумуфт с гнездами и пар взаимодействующих шариков, размещенных в гнездах полумуфт, отличающийся тем, что гнезда по крайней мере одной из полумуфт представляют собой сквозные отверстия, а перфоратор снабжен по крайней мере одним опорным шариком, размещенным в сквозном отверстии, и по крайней мере одной плоской шайбой, установленной по торцу полумуфты с возможностью контакта с опорным шариком.

2. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что одна из полумуфт выполнена в виде шестерни, кинематически связанной с выходным валом привода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3