Газодинамический рыхлитель
Изобретение используется в газодинамических рыхлителях для разрушения прочных и мерзлых грунтов. В корпусе винтового наконечника соосно выполнены два радиальных ступенчатых отверстия, ось которых удалена от нижнего торца корпуса винтового наконечника на расстояние, равное ходу поршня с ударником в полости корпуса винтового наконечника плюс меньший диаметр плунжера, установленного и поджатого пружиной к стопорному кольцу в радиальном ступенчатом отверстии. На ударнике выполнена кольцевая проточка, удаленная от его заостренной конусной части на расстояние, равное ходу поршня с ударником в полости корпуса винтового наконечника. В подпоршневой полости установлен перепускной фланец с выполненными в нем центральным отверстием для установки с возможностью ограниченного осевого перемещения ударника, концентрические ступенчатые отверстия, в большие диаметры которых установлены нормально закрытые игольчатые клапаны, пружины для поджатия нормально закрытых игольчатых клапанов к концентрическим калиброванным дроссельным отверстиям, выполненным в корпусе винтового наконечника со стороны подпоршневой полости, для сообщения с радиальными ступенчатыми отверстиями, которые еще сообщены с меньшими диаметрами концентрических ступенчатых отверстий, выполненных со стороны нижнего торца ступенчатой расточки, в верхней части внутренней полости в корпусе винтового наконечника. Повышается производительность газодинамического рыхлителя. 3 з.п. ф-лы, 5ил.
Изобретение относится к области горного дела и строительства и может быть использовано в рыхлителях газодинамического действия для рыхления прочных и мерзлых грунтов.
Известно по авт. св. СССР №987049, МКИ Е 02 F 5/30 устройство для разрушения прочных грунтов, включающее базовую машину со стрелой и направляющими, рабочий орган в виде полого корпуса с клиновой частью и выхлопными отверстиями в ней, поршень со штоком, расположенным внутри полого корпуса и имеющий на конце штока кулачок, амортизационную пружину, предназначенную для предотвращения жесткого удара кулачка о торцовую стенку полого корпуса, механизм фиксации поршня в нижнем положении, содержащий шарнирно укрепленный на оси рычаг, правое плечо которого выполнено с возможностью сцепления с жестко закрепленным на штоке кулачком.
В устройстве по авт. св. СССР №987049, МКИ Е 02 F 5/30 источником создания газового импульса служит топливовоздушная смесь, для получения и воспламенения которой используется плунжерный насос, установленный в топливном баке, форсунка, смонтированная в полом корпусе, калильная свеча зажигания. Привод плунжерного насоса выполнен в виде шарнирно закрепленного на полом корпусе рычага, расположенного с возможностью взаимодействия с толкателем плунжерного насоса и кулачком штока поршня.
Устройство по авт. св. СССР №987049, МКИ Е 02 F 5/30 обладает большой работой единичного удара при свободном падении по направляющим стрелы с высоты в несколько метров под действием силы тяжести, но оно не лишено недостатков:
1. Кулачок, расположенный на верхнем конце штока и выполняющий многоцелевые функции, испытывает большие динамические нагрузки, так как при свободном падении клиновая часть рабочего органа ударяется о разрушаемый грунт. Но поршень со штоком продолжают двигаться по инерции внутри полого корпуса рабочего органа вниз, производя ударное сжатие воздуха в нем.
Жесткий удар кулачка о торцовую стенку корпуса предотвращает амортизационная пружина.
2. При свободном падении внедриться в мерзлый грунт на запланированную глубину рыхления не всегда удается, так как этому препятствует высокая прочность мерзлого грунта, которая в десятки, сотни раз выше прочности немерзлого грунта, и большая глубина промерзания (до 2,5 метров и выше). Достичь за один цикл сбрасывания расчетной глубины рыхления не всегда удается. Оператор вынужден в образовавшейся воронке разрушения выполнить повторный цикл рыхления. Нанесение повторных ударов в образовавшуюся воронку разрушения приводит к снижению производительности, перерасходу топлива на рыхление грунта и, в конечном итоге, к увеличению энергоемкости процесса рыхления грунта.
3. Применение для получения газового импульса топливовоздушной смеси вряд ли оправдано, так как всасывание в рабочий орган морозного влажного воздуха не способствует нормальному образованию топливовоздушной горючей смеси. Калильная свеча зажигания не обеспечит устойчивого воспламенения такой топливовоздушной смеси.
Наиболее близким решением к предлагаемой конструкции рыхлителя является рыхлитель по №2052032 от 10.01.96 г. (прототип), включающий полый штанговый корпус, кинематически связанный и установленный соосно с разрядной втулкой с выхлопными отверстиями, кинематически связанную с разрядной втулкой и установленную соосно с последней переходную муфту, кинематически связанный с переходной муфтой и установленный соосно с последней корпус винтового наконечника с выхлопными отверстиями, вертикально расположенный направляющий вал для закрепления на раме базовой машины, на котором установлен с возможностью продольного перемещения кронштейн с закрепленными на нем втулками для соединения с направляющим валом, краны для управления подачей сжатого газа и трубопроводы для подвода сжатого газа от источника питания к газораспределительному механизму, выполненному в виде закрепленной на верхнем торце штангового корпуса основной рабочей камеры с полым хвостовиком, внутренняя полость которой сообщена с внутренней полостью штангового корпуса, жестко соединенного с кронштейном кольцевого корпуса, установленного с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри разрядной втулки клапана для сообщения внутренней полости штангового корпуса с выхлопными отверстиями, коаксиально установленных подводящих трубок, установленного с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри корпуса винтового наконечника и взаимодействия с седлом клапана для сообщения кольцевого зазора между седлом и внутренней подводящей трубкой с выхлопными отверстиями в корпусе винтового наконечника, имеющего камеру управления.
В прототипе по патенту №2052032 от 10.01.96 г. применены ударник с поршнем. Ударник, выполненный в виде круглого стержня с заостренным конусным наконечником в нижней части с выполненными в его верхней части центральным отверстием по продольной оси, радиальными отверстиями для сообщения с центральным отверстием, установлен с возможностью осевого перемещения в центральное отверстие в корпусе винтового наконечника и выступает из него на расстояние, равное ходу поршня, соосно установленного на ударнике в его верхней части, закрепленного гайками и размещенного совместно с ударником по продольной оси с возможностью ограниченного осевого перемещения в полости корпуса винтового наконечника для образования надпоршневой и подпоршневой полостей.
В подпоршневой полости размещена пружина для ограничения перемещения ударника вниз, а в поршне выполнены центральное отверстие для установки в него ударника, концентрические ступенчатые отверстия для установки в них нормально закрытых клапанов, поджимаемых пружинами к перепускной втулке, установленной со стороны его нижнего торца, с выполненным в ней центральным отверстием для установки в него ударника.
Применение ударника с поршнем позволяет при сбрасывании рабочего оборудования на разрыхляемый грунт получать в надпоршневой полости ударное сжатие газа, избыточное давление которого будет больше того, что может создать компрессор, размещенный на газодинамическом рыхлителе.
Это преимущество позволяет оператору расширить эксплутационные возможности рыхлителя, эффективно использовать оборудование для рыхления высокопрочных мерзлых грунтов при очень низких отрицательных температурах.
Вторым преимуществом прототипа является то, что основное внедрение в мерзлый грунт на расчетную глубину рыхления производится не при ударе рыхлителя о грунт, а при завинчивании. Процесс завинчивания рыхлителя на расчетную глубину рыхления хорошо контролируется оператором, при этом динамических нагрузок на оборудование не возникает.
Третьим преимуществом прототипа является равномерное дробление грунта по глубине рыхления за счет использования эффекта воздействия на мерзлый или прочный грунт разнесенных по высоте двух газовых импульсов, причем нижний газовый импульс имеет давление сжатого газа больше того, что может создать компрессор, размещенный на базовой машине.
Недостатком прототипа является следующее: после сбрасывания рыхлителя на разрыхляемый грунт, после ударного сжатия газа в надпоршневой полости в корпусе винтового наконечника ударник удерживается напорным усилием "F" базовой машины при последующем завинчивании в грунт и при рыхлении грунта газовым импульсом.
Указанный недостаток обусловлен тем, что в корпусе винтового наконечника не предусмотрено устройство фиксации ударника в верхнем положении хода поршня, которое срабатывало бы только от избыточного давления, получаемого при ударном сжатии газа в надпоршневой полости в корпусе винтового наконечника. Если же такое устройство применить, то напорное усилие "F" уменьшится до величины, необходимой только для завинчивания рыхлителя в грунт.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, - снижение напорного усилия "F" на рабочее оборудование, фиксация ударника в верхнем положении хода поршня за счет применения устройства, которое срабатывает только от избыточного давления, получаемого при ударном сжатии газа в надпоршневой полости в корпусе винтового наконечника.
Для достижения этого технического результата в корпусе винтового наконечника соосно выполнены два радиальных ступенчатых отверстия для сообщения с центральным отверстием в корпусе винтового наконечника, с концентрическими калиброванными дроссельными отверстиями, выполненными со стороны подпоршневой полости в корпусе винтового наконечника, с меньшими диаметрами концентрических ступенчатых отверстий, выполненных со стороны нижнего торца ступенчатой расточки в верхней части внутренней полости в корпусе винтового наконечника, причем ось радиальных ступенчатых отверстий удалена от нижнего торца корпуса винтового наконечника на расстояние, равное ходу поршня с ударником в корпусе винтового наконечника плюс меньший диаметр плунжера, установленного и поджатого пружиной к стопорному кольцу в радиальном ступенчатом отверстии, а в большие диаметры концентрических ступенчатых отверстий в корпусе винтового наконечника установлены нормально закрытые игольчатые клапаны, пружины для поджатая нормально закрытых игольчатых клапанов к концентрическим отверстиям, выполненным в фланцевой части седла, в цилиндрической части которого выполнены радиальные отверстия для сообщения центрального отверстия в седле с кольцевым зазором между корпусом винтового наконечника и седлом.
На ударнике выполнена кольцевая проточка, удаленная от его заостренной конусной части на расстояние, равное ходу поршня с ударником в полости корпуса винтового наконечника. В подпоршневой полости установлен перепускной фланец с выполненными в нем центральным отверстием для установки с возможностью ограниченного осевого перемещения ударника, концентрическими ступенчатыми отверстиями, в большие диаметры которых установлены нормально закрытые игольчатые клапаны, пружины для поджатая нормально закрытых игольчатых клапанов к концентрическим калиброванным дроссельным отверстиям, выполненным в корпусе винтового наконечника со стороны подпоршневой полости.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено:
на фиг.1 представлен общий вид газодинамического рыхлителя с системой управления;
на фиг.2 - положения ударника и поршня в корпусе винтового наконечника при заполнении сжатым газом подпоршневой и надпоршневой полостей до максимального давления, создаваемого компрессором, перед сбрасыванием рабочего оборудования на разрыхляемый грунт;
на фиг.3 - положение ударника и поршня в корпусе винтового наконечника при сбрасывании рабочего оборудования на разрыхляемый грунт в момент завершения цикла сжатия газа в надпоршневой полости;
на фиг.4 - вид в разрезе рабочей части газодинамического рыхлителя;
на фиг.5 - вид в разрезе верхней части рабочего оборудования газодинамического рыхлителя.
Газодинамический рыхлитель содержит штанговый корпус 1, к верхнему торцу которого болтами 2 крепится основная рабочая камера 3, связанная с полым хвостовиком 4, кольцевой корпус 5, расположенный на полом хвостовике 4 выше основной рабочей камеры 3 и связанный с вертикально расположенным направляющим валом 6 посредством кронштейна 7 и обхватывающих вал 6 втулок 8 с возможностью продольного перемещения, защитный экран 9, неподвижно закрепленный на нижнем торце направляющего вала 6 и имеющий центральное отверстие 10 для прохода через него штангового корпуса 1 рыхлителя (фиг.1). Вертикально расположенный направляющий вал 6 закреплен на раме базовой машины (не показано).
Штанговый корпус 1 рыхлителя с разрядной втулкой 11, разрядная втулка 11 с переходной муфтой 12, переходная муфта 12 с корпусом 13 винтового наконечника связаны соединительными муфтами 14 с контргайками 15 (фиг.1). На корпусе 13 винтового наконечника выполнена винтовая лопасть 16.
В корпусе 13 винтового наконечника выполнены центральное отверстие 17 со стороны нижнего торца корпуса 13 и внутренняя полость, расположенная выше центрального отверстия 17 (фиг.2, 3).
Ударник 18, выполненный в виде круглого стержня с заостренным конусным наконечником в нижней части с выполненными в его верхней части центральным отверстием 19 по продольной оси, радиальными отверстиями 20 для сообщения с центральным отверстием 19, ступенчатой расточкой, резьбой 21, установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения в центральном отверстии 17 в корпусе 13 винтового наконечника и выступает из него на расстояние (фиг.2, 3), равное ходу поршня 22, соосно установленного на ударнике 18 в его верхней части, закрепленного гайками 23 и размещенного совместно с ударником 18 по продольной оси с возможностью ограниченного осевого перемещения в полости корпуса 13 винтового наконечника, для образования надпоршневой полости 24 и подпоршневой полости 25, в которой установлена пружина 26 для ограничения перемещения ударника 18 вниз (фиг.2, 3).
В поршне 22 выполнены центральное отверстие 27 для установки в него ударника 18, концентрические ступенчатые отверстия 28, в большие диаметры которых установлены нормально закрытые игольчатые клапаны 29, пружины 30 для поджатая нормально закрытых игольчатых клапанов 29 к концентрическим отверстиям 31, выполненным в перепускной втулке 32, которая установлена в поршне 22 со стороны его нижнего торца и в которой выполнено центральное отверстие 33 для установки в него ударника 18, а со стороны верхнего торца поршня 22 выполнены меньшие диаметры концентрических ступенчатых отверстий 28.
На ударнике 18 выполнена кольцевая проточка 34, удаленная от его заостренной конусной части на расстояние lход, равное ходу поршня 22 в полости корпуса 13 винтового наконечника (фиг.2, 3).
А в нижней части корпуса 13 винтового наконечника соосно выполнены два радиальных ступенчатых отверстия 35 для сообщения с центральным отверстием 17 в корпусе 13 винтового наконечника, с концентрическими калиброванными дроссельными отверстиями 36, выполненными со стороны подпоршневой полости 25 в корпусе 13 винтового наконечника, и с меньшими диаметрами концентрических ступенчатых отверстий 37, выполненных со стороны нижнего торца ступенчатой расточки 38 в корпусе 13 винтового наконечника (фиг.2, 3). Ступенчатая расточка 38 выполнена в верхней части внутренней полости в корпусе 13 винтового наконечника. А ось радиальных ступенчатых отверстий 35 удалена от нижнего торца корпуса 13 винтового наконечника на расстояние lрад.=lход+dпл, равное ходу поршня 22 с ударником 18 в корпусе 13 винтового наконечника плюс меньший диаметр плунжера 39, установленного и поджатого пружиной 40 к стопорному кольцу 41 в радиальном ступенчатом отверстии 35 (фиг.2).
В каждом радиальном ступенчатом отверстии 35 со стороны наружной поверхности корпуса 13 винтового наконечника установлена заглушка 42 (фиг.2, 3).
В большие диаметры концентрических ступенчатых отверстий 37 в корпусе 13 винтового наконечника установлены нормально закрытые игольчатые клапаны 43, пружины 44 для поджатая нормально закрытых игольчатых клапанов 43 к концентрическим отверстиям 45, выполненным в фланцевой части седла 46, установленного со стороны нижнего торца ступенчатой расточки 38 в корпусе 13 винтового наконечника.
В цилиндрической части седла 46 выполнены центральное отверстие 47, радиальные отверстия 48 для сообщения центрального отверстия 47 в седле 46 с кольцевым зазором 49 между корпусам 13 винтового наконечника и седлом 46.
В верхней части ступенчатой расточки 38 в корпусе 13 винтового наконечника установлен клапан 50, который поджимается к седлу 46 пружиной 51 (фиг.4). Движение клапана 50 вниз ограничено седлом 46. Клапан 50 перекрывает выхлопные отверстия 52, которые выполнены радиально с раструбом в сторону наружной поверхности корпуса 13 винтового наконечника. В подпоршневой полости 25 установлен перепускной фланец 53 с выполненными в нем центральным отверстием 54 для установки с возможностью ограниченного осевого перемещения ударника 18, концентрическими ступенчатыми отверстиями 55, в большие диаметры которых установлены нормально закрытые игольчатые клапаны 56, пружины 57 для поджатая нормально закрытых игольчатых клапанов 56 к концентрическим калиброванным дроссельным отверстиям 36, выполненным в корпусе 13 винтового наконечника со стороны подпоршеневой полости 25 для сообщения с радиальными ступенчатыми отверстиями 35 в корпусе 13 винтового наконечника (фиг.2, 3).
Корпус 13 винтового наконечника с переходной муфтой 12, переходная муфта 12 с разрядной втулкой 11 связаны шлицевыми соединениями 58 и 59. В переходной муфте 12 выполнена перегородка 60, разделяющая ее внутреннюю полость на нижнюю 61 и верхнюю 62 полости (фиг.4). В перегородке 60 выполнено центральное отверстие 63, в котором установлена средняя подводящая трубка 64 для подачи сжатого газа в камеру 65 управления клапаном 50, образованную нижней полостью 61 в переходной муфте 12 и полостью над клапаном 50 в корпусе 13 винтового наконечника (фиг.4).
В клапане 50 выполнено центральное отверстие 66, в котором установлена внутренняя подводящая трубка 67, выходящая из средней подводящей трубки 64 в камере 65 управления клапаном 50 (фиг.4).
Клапан 68 установлен внутри разрядной втулки 11 с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с седлом 69. Седло 69 установлено в полости 70 ступенчатой расточки, выполненной в верхней части разрядной втулки 11 (фиг.5).
Клапан 68 поджимается к седлу 69 пружиной 71 и перекрывает выхлопные отверстия 72, которые выполнены радиально с раструбом в сторону наружной поверхности разрядной втулки 11.
Движение клапана 68 вверх ограничено седлом 69. В седле 69 выполнено центральное отверстие 73 для сообщения с полостью 70 в верхней части разрядной втулки 11 (фиг.5). В клапане 68 выполнено центральное отверстие 74, в котором установлена наружная подводящая трубка 75 для подачи сжатого газа в камеру 76 управления клапаном 68, образованную полостью под клапаном 68 в разрядной втулке 11 и верхней полостью 62 в переходной муфте 12 (фиг.4). Разрядная втулка 11 со штанговым корпусом 1 связана шлицевым соединением 77 (фиг.5). Внутренняя полость 78 в штанговом корпусе 1 сообщена с полостью 70 в верхней части разрядной втулки 11 и с полостью 79 основной рабочей камеры 3. Полость 79 основной рабочей камеры 3 сообщается с внутренней полостью 80 хвостовика 4 (фиг.5).
Во внутренней полости 80 хвостовика 4, в полости 79 основной рабочей камеры 3, во внутренней полости 78 штангового корпуса 1, в полости 70 разрядной втулки 11, в центральном отверстии 73 в седле 69, в центральном отверстии 74 в клапане 68 (фиг.5), в камере 76 управления клапаном 68 по продольной оси установлена наружная подводящая трубка 75, в которой коаксиально установлены средняя подводящая трубка 64 и внутренняя подводящая трубка 67 (фиг.4, 5).
Средняя подводящая трубка 64, выходящая в камере 76 управления клапаном 68 из наружной подводящей трубки 75, установлена по продольной оси в центральном отверстии 63 в переходной муфте 12 для подачи сжатого газа в камеру 65 управления клапаном 50 (фиг.4).
А внутренняя подводящая трубка 67, выходящая из средней подводящей трубки 64 в камере 65 управления клапаном 50, по продольной оси установлена в центральных отверстиях 66 и 47 в клапане 50 и в седле 46 (фиг.4), в надпоршневой полости 24, в центральном отверстии 19 ударника 18 для подачи сжатого газа в подпоршневую полость 25 через радиальные отверстия 20 в ударнике 18 (фиг.3).
Трубопровод 81 подключен к источнику питания 82 (фиг.1).
Трубопровод 81 через кран 83 для управления подачей сжатого газа, через трубопровод 84, штуцер 85 (фиг.1), прикрепленный к кольцевому корпусу 5, через кольцевой корпус 5 сообщен с внутренней полостью 80 хвостовика 4 (фиг.5).
Трубопровод 81 через кран 86 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 87, 88, штуцер 89 (фиг.1), прикрепленный к кольцевому корпусу 5, через кольцевой корпус 5, через наружную подводящую трубку 75 сообщен с камерой 76 (фиг.4) управления клапаном 68 для сообщения кольцевого зазора между седлом 69 и наружной подводящей трубкой 75 с выхлопными отверстиями 72 в разрядной втулке 11 (фиг.5).
Трубопровод 81 через кран 86 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 87, 90, штуцер 91 (фиг.1), прикрепленный к кольцевому корпусу 5, через кольцевой корпус 5, через среднюю подводящую трубку 64 сообщен с камерой 65 (фиг.4) управления клапаном 50 для сообщения кольцевого зазора между седлом 46 и внутренней подводящей трубкой 67 с выхлопными отверстиями 52 в корпусе 13 винтового наконечника.
Трубопровод 81 для подвода сжатого газа от источника 82 питания через кран 83 для управления подачей сжатого газа, через трубопровод 92, штуцер 93 (фиг.1), приклепленный к кольцевому корпусу 5, через кольцевой корпус 5, через внутреннюю подводящую трубку 67 сообщен с центральным отверстием 19 в ударнике 18 (фиг.2, 3) для подачи сжатого газа в подпоршневую полость 25 через радиальные отверстия 20 в ударнике 18.
На верхнем торце хвостовика 4 выполнен кронштейн 94, имеющий центральное отверстие 95, в котором установлен стальной трос 96 (фиг.1), закрепленный на механизме подъема (не показано) базовой машины.
Газодинамический рыхлитель работает следующим образом.
Посредством механизма подъема (не показано) и стального троса 96 газодинамический рыхлитель поднимают на несколько метров от поверхности разрыхляемого грунта в верхнее положение (фиг.1). Одновременно с подъемом оператор открывает краны 83 и 86 для управления подачей сжатого газа (фиг.1).
От источника 82 питания по трубопроводу 81 через кран 86 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 87 и 88, штуцер 89 (фиг.1), через кольцевой корпус 5, через наружную подводящую трубку 75 сжатый газ поступает в камеру 76 (фиг.4) управления клапаном 68 для сообщения кольцевого зазора между седлом 69 и наружной подводящей трубкой 75 с выхлопными отверстиями 72 в разрядной втулке 11 (фиг.5).
В то же время от источника 82 питания по трубопроводу 81 через кран 86 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 87 и 90, штуцер 91 (фиг.1), через кольцевой корпус 5, через среднюю подводящую трубку 64 сжатый газ поступает в камеру 65 (фиг.4) управления клапаном 50 для сообщения кольцевого зазора между седлом 46 и внутренней подводящей трубкой 67 с выхлопными отверстиями 52 в корпусе 13 винтового наконечника.
От источника 82 питания по трубопроводу 81 через кран 83 для управления подачей сжатого газа, через трубопровод 84, штуцер 85 (фиг.1), через кольцевой корпус 5 сжатый газ поступает во внутреннюю полость 80 хвостовика 4, а затем в полость 79 основной рабочей камеры 3 (фиг.5), в полость 78 штангового корпуса 1, в полость 70 в верхней части разрядной втулки 11, в кольцевой зазор между седлом 69 и наружной подводящей трубкой 75. Одновременно от источника 82 питания по трубопроводу 81 через кран 83 для управления подачей сжатого газа, через трубопровод 92, штуцер 93 (фиг.1), через кольцевой корпус 5, через внутреннюю подводящую трубку 67, центральное отверстие 19 (фиг.2) и радиальные отверстия 20 в ударнике 18 сжатый газ поступает в подпоршневую полость 25.
При нарастании давления сжатого газа в подпоршневой полости 25 пружины 30 над нормально закрытыми игольчатыми клапанами 29 начнут сжиматься (фиг.2) и из подпоршневой полости 25 через концентрические отверстия 31 в перепускной втулке 32, через зазоры между концентрическими ступенчатыми отверстиями 28 в поршне 22 и нормально закрытыми игольчатыми клапанами 29 сжатый газ начнет поступать в надпоршневую полость 24, заполняя ее до максимального давления, создаваемого компрессором и контролируемого оператором по показаниям манометра (не показано).
После завершения цикла заполнения сжатым газом надпоршневой полости 24 в корпусе 13 винтового наконечника, полостей 79, 78 и 70, (фиг.5) в основной рабочей камере 3, в штанговом корпусе 1, в верхней части разрядной втулки 11, до максимального давления, создаваемого компрессором, оператор переключает механизм подъема (не показано) в режим свободного падения газодинамического разрыхлителя. Под действием силы тяжести рыхлитель свободно падает вниз.
При ударе о мерзлый грунт ударник 18 вместе с поршнем 22 перемещаются вверх (фиг.3), дополнительно сжимая газ в надпоршневой полости 24. Под действием возросшего давления газа пружины 44 под нормально закрытыми игольчатыми клапанами 43 сжимаются. Сжатый газ через концентрические отверстия 45 в фланцевой части седла 46, через зазоры между нормально закрытыми игольчатыми клапанами 43 и большими диаметрами концентрических ступенчатых отверстий 37 в корпусе 13 винтового наконечника поступает из кольцевого зазора 49 между корпусом 13 винтового наконечника и седлом 46 в меньшие диаметры концентрических ступенчатых отверстий 37, в радиальные ступенчатые отверстия 35 и воздействует на плунжеры 39, сжимая пружины 40 и перемещая плунжеры 39 от стопорных колец 41 в кольцевую проточку 34 в ударнике 18 (фиг.3), фиксируя положение ударника 18 в корпусе 13 винтового наконечника после ударного сжатия газа в надпоршневой полости 24.
Частичное падение давления газа в подпоршневой полости 25 после ударного сжатия газа в надпоршневой полости 24 сразу же компенсируется непрекращающейся подачей газа в подпоршневую полость 25 через внутреннюю подводящую трубку 67 (фиг.3), через центральное отверстие 19 и радиальные отверстия 20 в ударнике 18.
А из полости в радиальном ступенчатом отверстии 35 в корпусе 13 винтового наконечника через концентрические калиброванные дроссельные отверстия 36 в корпусе 13 винтового наконечника, через зазоры между концентрическими ступенчатыми отверстиями 55 в перепускном фланце 53 и нормально закрытыми игольчатыми клапанами 56 сжатый газ постепенно "стравливается" в подпоршневую полость 25 при сжатии пружин 57 под действием возросшего давления газа (фиг.3). После сжатия газа в надпоршневой полости 24 оператор включает напорный механизм (не показано), имеющий усилие F (фиг.1) и приводной механизм (не показано), обеспечивающие вращение хвостовика 4 основной рабочей камеры 3, завинчивание корпуса 13 винтового наконечника, переходной муфты 12, разрядной втулки 11, штангового корпуса 1 в мерзлый или прочный грунт. Крутящий момент воспринимают шлицевые соединения 77 (фиг.5), 58 и 59 (фиг.4), осевые нагрузки - соприкасающиеся элементы (сверху вниз) 1 и 11 (фиг.5), 11 и 12,12 и 13 (фиг.4).
Контргайки 15 препятствуют отвинчиванию соединительных муфт 14, в результате чего исключаются утечки сжатого газа через уплотнения из внутренней полости 78 в штанговом корпусе 1, из внутренней полости 70 в верхней части разрядной втулки 11 (фиг.5), из камер 76 и 65 управления клапанами 68 и 50 (фиг.4).
После завинчивания рыхлителя на расчетную глубину рыхления оператор поворачивает кран 86 (фиг.1) для управления подачей сжатого газа в такое положение, при котором камера 76 управления (фиг.4) клапаном 68 и камера 65 управления клапаном 50 сообщаются с атмосферой.
Давление сжатого газа в кольцевом зазоре между седлом 69 и наружной подводящей трубкой 75 перемещает вниз клапан 68. Пружина 71 под клапаном 68 сжимается. Происходит импульсный выпуск сжатого газа через выхлопные отверстия 72 в разрядной втулке 11 из кольцевого зазора между седлом 69 и наружной подводящей трубкой 75, из полости 70 в верхней части разрядной втулки 11 (фиг.4, 5), из полости 78 в штанговом корпусе 1, из полости 79 основной рабочей камеры 3, из полости 80 хвостовика 4.
А давление сжатого газа в кольцевом зазоре между седлом 46 и внутренней подводящей трубкой 67, в кольцевом зазоре 49 между корпусом 13 винтового наконечника и седлом 46 перемещает вверх клапан 50. Пружина 51 над клапаном 50 сжимается (фиг.4). Происходит импульсный выпуск сжатого газа через выхлопные отверстия 52 в корпусе 13 винтового наконечника, из кольцевого зазора между седлом 46 и внутренней подводящей трубкой 67 (фиг.4), из кольцевого зазора 49 между корпусом 13 винтового наконечника и седлом 46, из надпоршневой полости 24.
После того, как давление в надпоршневой полости 24 понизится и будет меньше, чем давление в подпоршневой полости 25 в корпусе 13 винтового наконечника, пружины 30 над нормально закрытыми игольчатыми клапанами 29 начнут сжиматься и из подпоршневой полости 25 через концентрические отверстия 31 в перепускной втулке 32, через зазоры между концентрическими ступенчатыми отверстиями 28 и нормально закрытыми игольчатыми клапанами 29 сжатый газ начнет поступать в надпоршневую полость 24, завершая цикл рыхления мерзлого или прочного грунта (фиг.3).
А как только давление в кольцевом зазоре 49 между корпусом 13 винтового наконечника и седлом 46 понизится до давления, которое было в надпоршневой полости 24 перед сбрасыванием рыхлителя на разрыхляемый грунт, пружины 44 подожмут нормально закрытые игольчатые клапаны 43 к концентрическим отверстиям 45 в фланцевой части седла 46. Подача сжатого газа через меньшие диаметры концентрических ступенчатых отверстий 37 в радиальные ступенчатые отверстия 35 в корпусе 13 винтового наконечника прекратится.
Но из полостей в радиальных ступенчатых отверстиях 35 через концентрические калиброванные дроссельные отверстия 36 в корпусе 13 винтового наконечника, через зазоры между концентрическими ступенчатыми отверстиями 55 в перепускном фланце 53 и нормально закрытыми игольчатыми клапанами 56 сжатый газ продолжает "стравливаться" в подпоршневую полость 25 до тех пор, пока усилия пружин 57 станет достаточным для поджатая нормально закрытых игольчатых клапанов 56 к концентрическим калиброванным дроссельным отверстиям 36 в корпусе 13 винтового наконечника (фиг.3). И только после этого усилия пружин 40 станет достаточным для перемещения плунжеров 39 из кольцевой проточки 34 в ударнике 18 к стопорным кольцам 41.
Давление сжатого газа в подпоршневой полости 25 падает, пружины 30 возвращают игольчатые клапаны 29 в нормально закрытое состояние, поджимая игольчатые клапаны 29 к концентрическим отверстиям 31 в перепускной втулке 32 (фиг.3). А пружина 51 поджимает клапан 50 к седлу 46, в результате чего выхлопные отверстия 52, расположенные на корпусе 13 винтового наконечника, перекрываются клапаном 50 (фиг.4).
Пружина 71 поджимает клапан 68 к седлу 69, в результате чего выхлопные отверстия 72, расположенные на разрядной втулке 11, перекрываются клапаном 68 (фиг.5). Краны 83 и 86 для управления подачей сжатого газа закрываются (фиг.1).
Посредством механизма подъема (не показано) и стального троса 96 (фиг.1) газодинамический рыхлитель поднимается на несколько метров от поверхности грунта.
Под действием силы тяжести и усилия на поршень 22 со стороны надпоршневой полости 24, создаваемого действием остаточного давления газов в надпоршневой полости 24, ударник 18 перемещается в исходное положение вниз (фиг.2), а пружина 26 ограничивает это перемещение ударника 18.
Затем оператор устанавливает рыхлитель на новое место рыхления, цикл работы повторяется.
Формула изобретения
1. Газодинамический рыхлитель, включающий полый штанговый корпус 1, кинематически связанный и установленный соосно с разрядной втулкой 11 с выхлопными отверстиями 72, кинематически связанную с разрядной втулкой 11 и установленную соосно с последней переходную муфту 12, кинематически связанный с переходной муфтой 12 и установленный соосно с последней корпус 13 винтового наконечника с выхлопными отверстиями 52, внутренней полостью, ступенчатой расточкой 38 в ее верхней части, центральным отверстием 17 в нижней части корпуса 13 винтового наконечника, вертикально расположенный направляющий вал 6 для закрепления на раме базовой машины, на котором установлен с возможностью продольного перемещения кронштейн 7 с закрепленными на нем втулками 8 для соединения с направляющим валом 6, краны 83 и 86 для управления подачей сжатого газа и трубопроводы для подвода сжатого газа от источника 82 питания к газораспределительному механизму, выполненному в виде закрепленной на верхнем торце шлангового корпуса 1 основной рабочей камеры 3 с полым хвостовиком 4, внутренняя полость 79 которой сообщена с внутренней полостью 78 штангового корпуса 1, жестко соединенного с кронштейном 7 кольцевого корпуса 5 с присоединенными к нему четырьмя штуцерами 85, 89, 91, 93, установленного с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри разрядной втулки 11 и взаимодействия с седлом 69 клапана 68 для сообщения кольцевого зазора между седлом 69 и наружной подводящей трубкой 75 с выхлопными отверстиями 72 в разрядной втулке 11, имеющего камеру 76 управления и размещенную в камере 76 управления пружину 71 для поджатая клапана 68 к седлу 69 и коаксиально установленные наружную 75, среднюю 64 и внутреннюю 67 подводящие трубки, расположенные по продольной оси (сверху вниз) во внутренней полости 80 хвостовика 4, в полости 79 основной рабочей камеры 3, во внутренней полости 78 штангового корпуса 1, в полости 70 разрядной втулки 11, в центральном отверстии 73 в седле 69, в центральном отверстии 74 в клапане 68, установленного с возможностью ограниченного осевого перемещения в ступенчатой расточке 38 в корпусе 13 винтового наконечника и взаимодействия с седлом 46 клапана 50 для сообщения кольцевого зазора между седлом 46 и внутренней подводящей трубкой 67 с выхлопными отверстиями 52 в корпусе 13 винтового наконечника, имеющего камеру 65 управления и размещенную в камере 65 управления пружину 51 для поджатая клапана 50 к седлу 46, коаксиально установленные в камере 65 управления среднюю 64 и внутреннюю 67 подводящие трубки, закрепленного на верхней части ударника 18 поршня 22, совместно установленных с возможностью ограниченного осевого перемещения в полости корпуса 13 винтового наконечника для образования надпоршневой 24 и подпоршневой 25 полостей, размещенную в подпоршневой полости 25 пружину 26 для ограничения осевого перемещения из корпуса 13 винтового наконечника вниз ударника 18, в центральном отверстии 19 которого коаксиально установлена внутренняя подводящая трубка 67, установленных в поршне 22 нормально закрытых игольчатых клапанов 29, поджимаемых пружинами 30 к концентрическим отверстиям 31 в перепускной втулке 32, установленной в поршне 22 со стороны подпоршневой полости 25, при этом один из штуцеров 89 сообщен через кран 86 для управления подачей сжатого газа с трубопроводом 81 для подвода сжатого газа от источника 82 питания, через кольцевой корпус 5 сообщен через наружную подводящую трубку 75 с камерой 76 управления клапаном 68 для сообщения кольцевого зазора между седлом 69 и наружной подводящей трубкой 75 с выхлопными отверстиями 72 в разрядной втулке 11, а другой штуцер 91 сообщен через кран 86 для управления подачей сжатого газа с трубопроводом 81 для подвода сжатого газа от источника 82 питания, через кольцевой корпус 5 сообщен через среднюю подводящую трубку 64 с камерой 65 управления клапаном 50 для сообщения кольцевого зазора между седлом 46 и внутренней подводящей трубкой 67 с выхлопными отверстиями 52 в корпусе 13 винтового наконечника, а третий штуцер 85 сообщен через кран 83 для управления подачей сжатого газа с трубопроводом 81 для подвода сжатого газа от источника 82 питания, через кольцевой корпус 5 сообщен с внутренней полостью 80 в хвостовике 4, а четвертый штуцер 93 сообщен через кран 83 для управления подачей сжатого газа от источника 82 питания, через кольцевой корпус 5 сообщен через внутреннюю подводящую трубку 67, через центральное отверстие 19 и радиальные отверстия 20 в ударнике 18 с подпоршневой полостью 25 в корпусе 13 винтового наконечника, а подпоршневая полость 25 через концентрические отверстия 31 в перепускной втулке 32, через нормально закрытые игольчатые клапаны 29 в поршне 22 сообщена с надпоршневой полостью 24 в корпусе 13 винтового наконечника, отличающийся тем, что в корпусе 13 винтового наконечника соосно выполнены два радиальных ступенчатых отверстия 35 для сообщения с центральным отверстием 17 в корпусе 13 винтового наконечника, с концентрическими калиброванными дроссельными отверстиями 36, выполненными со стороны подпоршневой полости 25 в корпусе 13 винтового наконечника, с меньшими диаметрами концентрических ступенчатых отверстий 37, выполненных со стороны нижнего торца ступенчатой расточки 38 в верхней части внутренней полости в корпусе 13 винтового наконечника, причем ось радиальных ступенчатых отверстий 35 удалена от нижнего торца корпуса 13 винтового наконечника на расстояние
lрад=lход+dпл,
равное ходу поршня 22 с ударником 18 в корпусе 13 винтового наконечника плюс меньший диаметр плунжера 39, установленного и поджатого пружиной 40 к стопорному кольцу 41 в радиальном ступенчатом отверстии 35, а в большие диаметры концентрических ступенчатых отверстий 37 в корпусе 13 винтового наконечника установлены нормально закрытые игольчатые клапаны 43, пружины 44 для поджатая нормально закрытых игольчатых клапанов 43 к концентрическим отверстиям 45, выполненным в фланцевой части седла 46, в цилиндрической части которого выполнены радиальные отверстия 48 для сообщения центрального отверстия 47 в седле 46 с кольцевым зазором 49 между корпусом 13 винтового наконечника и седлом 46.
2. Рыхлитель по п.1, отличающийся тем, что на ударнике 18 выполнена кольцевая проточка 34, удаленная от его заостренной конусной части на расстояние lход, равное ходу поршня 22 с ударником 18 в полости корпуса 13 винтового наконечника.
3. Рыхлитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что в подпоршневой полости 25 установлен перепускной фланец 53 с выполненными в нем центральным отверстием 54 для установки с возможностью ограниченного осевого перемещения ударника 18, концентрическими ступенчатыми отверстиями 55, в большие диаметры которых установлены нормально закрытые игольчатые клапаны 56, пружины 57 для поджатия нормально закрытых игольчатых клапанов 56 к концентрическим калиброванным дроссельным отверстиям 36, выполненным в корпусе 13 винтового наконечника со стороны подпоршневой полости 25 для сообщения с радиальными ступенчатыми отверстиями 35 в корпусе 13 винтового наконечника.
4. Рыхлитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в каждом радиальном ступенчатом отверстии 35 со стороны наружной поверхности корпуса 13 винтового наконечника установлена заглушка 42.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
