Клапанный распределитель ударного механизма

 

Использование: для подачи рабочей среды в рабочую камеру машины ударного действия и отвода рабочей среды из нее. Сущность изобретения: распределитель содержит клапан с цилиндрической направляющей, размещенной в клапанной коробке с осевой подвижностью между передним и задним седлами. Переднее седло размещено на границе между камерой подвода рабочей среды, постоянно связанной с источником высокого давления и рабочей камерой ударника. Заднее седло размещено на входе в камеру отвода рабочей среды, постоянно связанной с областью низкого давления. Передний торец клапана является подвижной стенкой рабочей камеры ударной машины. Участки задней торцевой поверхности клапана являются подвижными стенками камер подвода и отвода и промежуточной камеры. Промежуточная камера на выходе ограничена задним седлом, а на входе связана с рабочей камерой ударника посредством дренажного канала, выполненного с возможностью его перекрытия ударником. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам, применяемым в пневматических и гидравлических ударных машинах, используемых в виде перфораторов, бурильных головок, бетоноломов и т.п. в горном деле, строительстве и других отраслях.

Известен "Воздухораспределительный механизм пневматических машин ударного действия" по а. с. N 1703813. Здесь открытие клапана обеспечивается без необходимости предварительной интенсивной подачи сжатого воздуха в рабочую камеру. Однако возможности этого устройства ограничены тем, что клапан обеспечивает только впуск сжатого воздуха в рабочую камеру машины, но не обеспечивает ее очистку при обратном ходе ударника.

Известно воздухораспределительное устройство погружного пневмоударника по а.с. N 229369 E 21 C 3/24 (прототип). Оно обеспечивает как подачу сжатого воздуха в рабочую камеру машины для осуществления рабочего хода ударника, так и очистку рабочей камеры при его обратном ходе. Основу устройства составляет пластинчатый клапан с цилиндрической направляющей. По разные стороны этой направляющей размещены камера подвода и камера отвода рабочей среды. Каждая из этих камер имеет подвижную стенку, образованную частью обращенной назад поверхности клапана. Клапан установлен с возможностью осевого перемещения между передним седлом, отделяющим камеры подвода рабочей среды от камеры ударника, и задним седлом, которое отделяет камеру отвода рабочей среды от промежуточной камеры, связанной дренажным каналом с рабочей камерой ударника.

При таком исполнении клапанного распределителя изменение результирующей сил, перебрасывающих клапан из одного положения в другое, определяется практически только изменением давления в рабочей камере ударника, которое действует на обращенную вперед поверхность клапана, поскольку на противоположные, обращенные назад поверхности клапана действуют практически постоянные силы давления камер подвода и отвода рабочей среды. Это обуславливает главный недостаток известного устройства смыкание границ и взаимозависимость условий переброски клапана из заднего положения в переднее и обратно. Если мы хотим, например, облегчить закрытие клапана, т.е. обеспечить возможность начала его движения вперед при достаточно высоком значении давления P P^* в рабочей камере ударника, тогда и открытие клапана может осуществиться при условии, что давление в рабочей камере в конце обратного хода ударника будет предварительно поднято до значения P P^*. Чтобы выполнить это условие при открытом дренаже (через дренажный канал, промежуточную камеру, заднее седло и камеру отвода в атмосферу) необходима интенсивная упреждающая подача рабочей среды в рабочую камеру помимо клапана, через систему специальных каналов, которую приходится предусматривать в конструкции ударного механизма. Существенно, что "наддув" в рабочую камеру, связанную с атмосферой, приводит к дополнительным непроизводительным потерям энергии.

Техническая задача, которую решает предлагаемый клапанный распределитель, заключается в том, чтобы обеспечить взаимонезависимость условий переброски клапана из одного положения в другое, что позволит оптимизировать работу устройства и уменьшить непроизводительные потери энергии.

Сущность предложения заключается в том, что дренажный канал выполнен с возможностью его перекрытия ударником в одном из крайних положений последнего, а промежуточная камера имеет подвижную стенку, образованную частью обращенной назад поверхности клапана.

Оснащение промежуточной камеры подвижной стенкой, образованной частью обращенной назад поверхности клапана приводит к тому, что давление в этой камере теперь активно влияет на переброску клапана, а выполнение дренажного канала с возможностью его перекрытия ударником позволяет управлять этим давлением в зависимости от положения ударника. В совокупности это создает дополнительную степень свободы в управлении клапаном и позволяет устанавливать независимо друг от друга оптимальные значения пороговых давлений для переброски клапана вперед и назад.

Достигаемый при этом технический результат заключается, в первую очередь, в повышении КПД, поскольку возможность независимой настройки клапана на оптимальное значение давления срабатывания при переброске его вперед в конце рабочего хода ударника и оптимальное значение давления при переброске клапана назад в конце обратного хода ударника позволяет сократить утечки рабочей среды. Кроме того повышается универсальность распределителя. Это проявляется в отсутствии необходимости оснащать ударный механизм системой каналов для интенсивной упреждающей подачи рабочей среды в рабочую камеру при обратном ходе ударника, чтобы обеспечить переброску клапана назад. Кроме того, независимость друг от друга настроек клапана на срабатывание вперед и назад позволяет применять предлагаемый клапанный распределитель как пневматических, так и в гидравлических машинах ударного действия.

В ряде случаев целесообразно дренажный канал выполнить в виде осевого отверстия в клапане.

Возможность осуществления предлагаемого изобретения иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 3. На фиг. 1 схематично изображен один из возможных вариантов исполнения клапанного распределителя. Здесь левая и правая половины схемы соответствуют переднему и заднему положению клапана. На фиг. 2 представлена схема разбиения задней и передней торцевых поверхностей клапана на участки, ограничивающие соответствующие камеры. На фиг. 3 схематично представлен вариант устройства, в котором дренажный канал, связывающий промежуточную и рабочую камеры, размещен в клапане.

Элементы клапанного распределителя размещены в корпусе 1 ударной машины и включают клапан 2 с цилиндрической направляющей 3, перемещающийся в клапанной коробке 4 между задним 5 и передним 6 седлами. Клапан 2 разделяет полость клапанной коробки 4 на три камеры: подвода рабочей среды 7, отвода рабочей среды 8 и промежуточную 9. Передний торец клапана 2 является подвижной стенкой рабочей камеры 10 ударной машины. Камера подвода 7 каналом 11 постоянно связана с источником высокого давления. Камера отвода 8 каналом 12 постоянно связана с областью низкого давления (в пневматическом варианте с атмосферой, в гидравлическом варианте со сливной магистралью). Дренажный канал 13 связывает рабочую камеру 10 с промежуточной камерой 9. В переднем положении ударника 14, когда он наносит удар по объекту воздействия 15, выпускные каналы 16 обеспечивают интенсивную очистку рабочей камеры 10. Для обеспечения обратного хода ударника 14 служит камера 17, которая каналом 18 постоянно связана с источником высокого давления.

Устройство работает следующим образом. К моменту удара, как изображено на левой половине фиг. 1, 3, клапан 2 оперт на переднее седло 6, т.е. поступление рабочей среды из камеры подвода 7 через зазор между седлом 6 и клапаном 2 перекрыто. Избыточное давление в рабочей камере 10 снято, поскольку ударник 14 открыл выпускные каналы 16. После удара под действием избыточного давления в камере 17 ударник 14 движется назад. При этом рабочая среда вытесняется из камеры 10 через канал 13, промежуточную камеру 9, зазор между клапаном 2 и задним седлом 5, затем через камеру отвода 8 и канал 12. Поскольку скорость обратного хода ударника достаточно мала, то в первом приближении до момента перекрытия ударником 14 канала 13 обеспечивается примерное равенство давлений P₇ P_m (индексы 7, 8, 9, 10 соответствуют номерам камер).

На схеме фиг. 2 введены обозначения S₇, S₈, S₉, S₁₀ величин площадок клапана 2, воспринимающих осевые давления рабочей среды в соответствующих камерах. Учитывая принятые обозначения величина результирующей силы, прижимающей клапан 2 к переднему седлу 6, на этой фазе движения ударника 14 определяется выражением Здесь и в дальнейшем чертой сверху обозначены избыточные значения давления по отношению к P_a.

В конце своего движения назад ударник 14 перекрывает канал 13 свободное истечение рабочей среды из камеры 10 прекращается, ударник сжимает оставшийся замкнутый объем и давление P₁₀ в рабочей камере возрастает. Между тем, давление P₉ в промежуточной камере 9 остается низким, поскольку до переброски клапана 2 к заднему седлу 5 промежуточная камера 9 имеет свободный выход в камеру отвода 8, т.е. При этом создаются благоприятные условия для переброски клапана 2 к заднему седлу 5, поскольку давление P₁₀, отбрасывающее клапан 2 назад, воздействует на большую площадь S₁₀, а давление P₇, удерживающее клапан 2 в переднем положении, действует на малую площадь S₇. Переброска клапана 2 начнется при условии: т. е. при давлении в рабочей камере существенно меньшем, чем магистральное давление. Этим устраняется необходимость в системе обеспечения интенсивного предварительного "наддува" в рабочую камеру.

После переброски клапан 2 занимает положение, представленное на правой половине фиг. 1, т.е. упирается в заднее седло 5. В кольцевой зазор между клапаном 2 и передним седлом 6 из питающей камеры 7 в рабочую камеру 10 под давлением поступает рабочая среда. Ударник 14 интенсивно тормозится и разгоняется вперед. По ходу вперед он открывает канал 13 и промежуточная камера 9 снова свободно сообщается с рабочей камерой 10. Но теперь связь промежуточной камеры 9 с камерой отвода 8 прервана, поскольку клапан 2 сидит на заднем седле 5. Теперь P₉ P₁₀. Это обстоятельство создает благоприятные условия для возврата клапана 2 на переднее седло 6 и условие начала переброски клапана 2 вперед выглядит так: Отсюда видно, что управлять закрытием клапана можно, не нарушая условия (1) открытия клапана. Существенно, что за счет уменьшения площади S₈ и увеличения площади S₉ можно обеспечить закрытие клапана при малом перепаде давлений P₁₀ P₇, т.е. при необходимости обеспечить закрытие клапана 2 еще до того, как ударник 14 откроет окна 16 интенсивной очистки рабочей камеры и начнется интенсивная непроизводительная перетечка рабочей среды из камеры подвода 7 через рабочую камеру 10 и канал 16 на сброс. Так или иначе, либо к моменту открытия окон 16, либо в начале их открытия, когда заведомо будет обеспечено резкое падение давления P₁₀ в камере 10, условие (2) окажется выполненным, клапан 2 перебросится вперед на седло 6, т.е. закроет подачу рабочей среды из камеры подвода 7 в рабочую камеру 10 и откроет вспомогательный тракт очистки камеры 10: канал 13 промежуточная камера 9 зазор между задним седлом 5 и клапаном 2 камера отвода 8 канал 12. К моменту удара ударника 14 по объекту воздействия 15 полностью откроются каналы 16 интенсивной очистки рабочей камеры 10. После удара, под действием давления в камере 17, постоянно связанной каналом 18 с источником питания, ударник 15 начнет движение назад и цикл повторится.

В некоторых случаях наиболее предпочтительным может оказаться вариант исполнения распределителя, где канал 13, связывающий рабочую 10 и промежуточную 9 камеры, выполнен не в клапанной коробке 4, а в самом клапане 2. Как представлено на фиг. 3, в этом варианте камера отвода 8 смещена к периферии клапана 2 и граничит с цилиндрической направляющей 3, а промежуточная камера 9 размещена над центральной частью клапана 2. Соответственно канал 13, связывающий промежуточную 9 и рабочую 10 камеры, выполнен непосредственно в клапане 2 виде осевого отверстия. Перекрытие канала 13 здесь осуществляется ступенькой 19 ударника 14. В конце обратного хода ударника 14, как показано на правой половине фиг. 3, ступенька 19 входит в канал 13 и перекрывает связь между камерами 9 и 10. Работа устройства в этом варианте исполнения полностью соответствует описанию, приведенному выше применительно к фиг. 1. Выполнение канала 13 непосредственно в клапане упрощает конструкцию и повышает пропускную способность вспомогательного тракта очистки рабочей камеры.

Формула изобретения

1. Клапанный распределитель ударного механизма, содержащий клапан с цилиндрической направляющей, камеры подвода и отвода рабочей среды, размещенные по разные стороны от упомянутой направляющей и имеющие каждая подвижную стенку, образованную частью обращенной назад поверхности клапана, установленного с возможностью осевого перемещения между передним седлом, отделяющим камеру подвода рабочей среды от камеры ударника, и задним седлом, отделяющим камеру отвода рабочей среды от промежуточной камеры, связанной дренажным каналом с рабочей камерой ударника, отличающийся тем, что дренажный канал выполнен с возможностью его перекрытия ударником в одном из крайних положений последнего, а промежуточная камера имеет подвижную стенку, образованную частью обращенной назад поверхности клапана.

2. Распределитель по п.1, отличающийся тем, что дренажный канал выполнен в виде осевого отверстия в клапане.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3