Пневматический перфоратор

 

Изобретение относится к пневматическим машинам, используемым в горной, горно-металлургической и строительной промышленности, для бурения горных пород с рук или с установочно-подающих устройств. Перфоратор содержит крановый узел, цилиндр, во внутренней полости которого размещен подвижный ударник, и клапанное воздухораспределительное устройство, в которых выполнены проходной торцевой зазор, проходной радиальный зазор с выходными участками под клапаном и проходные каналы с выходными участками. Площадь поперечного проходного сечения, по крайней мере, одного из зазоров и/или одного из каналов составляет 0,03-0,06 площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра, и/или площадь проходного сечения выходного участка радиального зазора составляет 0,02-0,046 площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра. Выходные участки проходных каналов выполнены под углом 20-70° к оси цилиндра. Изобретение обеспечивает выбор оптимальных условий истечения сжатого воздуха в рабочую и холостую полости перфоратора, уменьшение энергетических потерь сжатого воздуха, что позволит повысить экономичность перфоратора по удельному расходу воздушного потока. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к пневматическим машинам, используемым в горной, горно-металлургической и строительной промышленности, для бурения горных пород с рук или с установочно-подающих устройств.

Известен перфоратор с независимым вращением инструмента, состоящий из цилиндра с ударником, клапанного воздухораспределительного устройства, механизма независимого вращения и кранового узла (авторское свидетельство СССР № 983266, кл. Е 21 С 3/04, 1982).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является пневматический перфоратор, содержащий крановый узел, цилиндр с ударником и клапанное воздухораспределительное устройство, в которых выполнены обеспечивающие прохождение газообразного рабочего тела от кранового узла к полостям рабочего и холостого хода ударника проходной торцевой зазор, образованный торцевыми поверхностями клапана-золотника и кранового узла, проходной радиальный зазор, образованный наружной поверхностью клапана-золотника и внутренней поверхностью корпуса воздухораспределительного устройства, с выходными участками под клапаном в месте расположения клапанных окон, и проходные каналы с выходными участками, при этом проходное сечение S под клапаном определяется величиной периметра клапанного окна и ходом клапана S=П_о· Y, где П_о - периметр клапанного отверстия, Y - ход клапана, и равно 1/19,5-1/21,5 площади поперечного сечения цилиндра (RU 2121061, 6 Е 21 С 3/04).

Применение этого перфоратора позволяет бурить шпуры без заметного уменьшения скорости бурения с увеличением глубины шпура. Однако заявленный диапазон минимального проходного сечения под клапаном в клапанном воздухораспределительном устройстве к площади поперечного сечения цилиндра не позволяет более эффективно использовать воздействие воздушного потока на ударник.

Задачей предлагаемого изобретения является выбор оптимальных условий истечения сжатого воздуха в рабочую и холостую полости перфоратора и уменьшение энергетических потерь сжатого воздуха при его движении от клапанных окон до полости рабочего и холостого хода перфоратора, что позволит повысить экономичность перфоратора по удельному расходу воздушного потока.

Поставленная задача достигается тем, что в пневматическом перфораторе, содержащем крановый узел, цилиндр, во внутренней полости которого размещен подвижный ударник, и клапанное воздухораспределительное устройство, в которых выполнены обеспечивающие прохождение газообразного рабочего тела от кранового узла к полостям рабочего и холостого хода ударника проходной торцевой зазор, образованный торцевыми поверхностями клапана-золотника и кранового узла, проходной радиальный зазор, образованный наружной поверхностью клапана-золотника и внутренней поверхностью корпуса воздухораспределительного устройства, с выходными участками под клапаном в месте расположения клапанных окон, образованными радиальным зазором и периметром клапанного окна, и проходные каналы с выходными участками, площадь поперечного проходного сечения, по крайней мере, одного из зазоров и/или одного из каналов составляет 0,03-0,06 площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра, и/или площадь проходного сечения выходного участка радиального зазора составляет 0,02-0,046 площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра.

Кроме того, выходные участки проходных каналов выполнены под углом 20-70° к оси цилиндра.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен пневматический перфоратор в разрезе.

Пневматический перфоратор состоит из цилиндра 1, во внутренней полости которого размещен подвижный ударник 2, кранового узла 3 с краном 4, например, пробковым, который подает сжатое газообразное рабочее тело, например сжатый воздух, к механизму независимого вращения штанги 5 по каналу 6 и каналу 7 в клапанное воздухораспределительное устройство 8, расположенное между торцевыми поверхностями кранового узла 3 и цилиндра 1.

В клапанном воздухораспределительном устройстве 8 предусмотрена полость с клапаном-золотником 9, который, перемещаясь в поперечном направлении относительно оси перфоратора, перекрывает попеременно клапанные окна 10 и 11. Для прохождения сжатого газообразного рабочего тела от кранового узла 3 к полостям рабочего 12 и холостого 13 хода ударника 2 в перфораторе предусмотрены воздухоподающие тракты, каждый из которых состоит из проходных зазоров, клапанных окон 10 или 11 и проходных каналов 14, 15 или 16, 17.

Один проходной зазор образован торцевыми поверхностями клапана-золотника и кранового узла (торцевой зазор), второй проходной зазор, например, серповидный, образован частью наружной поверхности клапана-золотника и частью внутренней поверхности корпуса воздухораспределительного устройства (радиальный зазор), и третий проходной зазор (под клапаном), который можно рассматривать как выходной участок радиального зазора, образованный радиальным зазором (соответствует ходу клапана) и периметром соответственно из клапанных окон.

Площадь проходного поперечного сечения S₁ торцевого зазора определяется величиной периметра внутреннего отверстия клапана 9 и зазором X, то есть S₁=П_к· Х, где П_к - периметр внутреннего отверстия клапана; Х - проходной зазор между торцевой поверхностью клапана и торцевой поверхностью кранового узла.

Площадь проходного поперечного сечения S₂ радиального бокового зазора определяется величиной площади поперечного сечения клапана 9 по наружной поверхности и величиной площади поперечного сечения внутренней полости клапанного воздухораспределительного устройства 8, т.е. S₂=П_к-П_у, где П _к - площадь поперечного сечения клапана по наружной поверхности; П_у - площадь поперечного сечения внутренней полости клапанного воздухораспределительного устройства.

Площадь проходного поперечного сечения третьего зазора S₃ под клапаном определяется величиной периметра клапанного окна 10 или 11 и ходом клапана Y, т.е. S₃=П_о · Y, где П_о - периметр клапанного окна; Y - ход клапана.

Проходные сечения каналов 14, 15 и 16, 17 определяются величиной площади их проходного поперечного сечения.

Клапанное окно 10 периодически за счет перемещения клапана-золотника связано через канал 14, выполненный в теле воздухораспределительного устройства, и канал 15, выполненный в теле цилиндра, с полостью рабочего хода 12 перфоратора. Клапанное окно 11 также за счет перемещения клапана-золотника периодически связано каналом 16, выполненным в теле воздухораспределительного устройства, и каналом 17, выполненным в теле цилиндра, с полостью холостого хода 13 ударника 2.

Во избежание резкого изменения направления сжатого воздуха выходные участки проходных каналов 15 и 17, подающие сжатый воздух непосредственно в рабочую полость и полость холостого хода ударника, выполнены под углом 20-70° к оси цилиндра.

В пневматический перфоратор устанавливается буровая штанга 18, приводимая во вращение через буксу 19 механизмом независимого вращения штанги 5. В цилиндре 1 имеется также выхлопное отверстие 20.

Работа пневматического перфоратора осуществляется следующим образом.

Клапан-золотник 9 прижат к клапанному окну 10, ударник 2 находится вверху, клапанное окно 11 сообщается через каналы 16, 17, полость 13 с выхлопным отверстием 20.

Сжатый воздух подается в крановый узел 3 и из пробкового крана 4 поступает по каналу 7 в клапанное воздухораспределительное устройство 8.

По мере заполнения сжатым воздухом воздухораспределительного устройства по проходным зазорам клапан-золотник 9 за счет разности давления на его внешнюю поверхность в зонах клапанных окон 10 и 11 прижимается к клапанному окну 11, открывает доступ воздуху к клапанному окну 10. Воздух по каналам 14, 15 поступает в рабочую полость 12 и заставляет ударник 2 двигаться вниз. В конце хода ударник открывает выхлопное отверстие 20 в цилиндре 1 и наносит удар по хвостовику буровой штанги 18 и, двигаясь по инерции вниз, сжимает воздух в полости холостого хода 13, заставляя клапан 9 переместиться в другое крайнее положение.

Теперь сжатый воздух через окно 11 поступает по каналам 16, 17 в полость холостого хода 13 и перемещает ударник 2 вверх. При движении вверх ударник открывает выхлопное отверстие 20 и, двигаясь по инерции вверх, сжимает воздух в рабочей полости 12, заставляя клапан 9 переместиться в другое крайнее положение, и обеспечивает тем самым начало следующего цикла работы ударника 2.

В течение всего времени работы перфоратора в режиме “удар” сжатый воздух из пробкового крана 4 по каналу 6 поступает в механизм 5 независимого вращения штанги, который через буксу 19 осуществляет непрерывное вращение буровой штанги 18.

Энергия единичного удара при работе пневматического перфоратора определяется величиной давления в рабочей полости 12, а удельный расход воздуха определяется величиной его давления в рабочей полости 12 и полости холостого хода 13 перед открытием ударником 2 выхлопного отверстия 20.

Чрезмерное увеличение этого давления приводит к перерасходу сжатого воздуха, так как не используется энергия до расширения сжатого воздуха и, увеличению звуковой мощности при выхлопе.

Уменьшение давления в камерах 12 и 13 перед выхлопом уменьшает расход сжатого воздуха и уровень шума, но снижает энергию и частоту ударов, то есть ударную мощность перфоратора.

Оптимальное давление в камерах 12 и 13 перед выхлопом зависит от соотношения площади проходного сечения торцевого зазора и/или радиального бокового зазора и/или выходного участка радиального зазора в воздухораспределительном клапанном устройстве (при открытом клапане) к площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра.

Экспериментально установлено, что для улучшения условий истечения сжатого воздуха в рабочую 12 и холостую 13 полости перфоратора, площадь проходного поперечного сечения, по крайней мере, одного из торцевого, и/или радиального бокового зазора, и/или каналов выбрано равным 0,03-0,06 площади поперечного сечения внутреннего рабочего объема цилиндра, и/или площадь проходного сечения выходного участка радиального зазора выбрано равным 0,02-0,046 площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра.

Заявляемые диапазоны минимального проходного сечения, по крайней мере, одного из зазоров, каналов или проходного сечения под клапаном позволят снизить удельный расход сжатого воздуха по сравнению с прототипом на 8-12%. При этом также наблюдается снижение уровня шума на 2-3 дБ.

Формула изобретения

1. Пневматический перфоратор, содержащий крановый узел, цилиндр, во внутренней полости которого размещен подвижный ударник, и клапанное воздухораспределительное устройство, в которых выполнены обеспечивающие прохождение газообразного рабочего тела от кранового узла к полостям рабочего и холостого хода ударника проходной торцевой зазор, образованный торцовыми поверхностями клапан-золотника и кранового узла, проходной радиальный зазор, образованный наружной поверхностью клапан-золотника и внутренней поверхностью корпуса воздухораспределительного устройства, с выходными участками под клапаном в месте расположения клапанных окон, образованными радиальным зазором и периметром клапанного окна, и проходные каналы с выходными участками, отличающийся тем, что площадь поперечного проходного сечения, по крайней мере, одного из зазоров и/или одного из каналов составляет 0,03-0,06 площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра, и/или площадь проходного сечения выходного участка радиального зазора составляет 0,02-0,046 площади поперечного сечения внутренней полости цилиндра.

2. Пневматический перфоратор по п.1, отличающийся тем, что выходные участки проходных каналов выполнены под углом 20-70° к оси цилиндра.

РИСУНКИ