Пневматическое устройство ударного действия

Изобретение относится к пневмоударным механизмам, предназначенным для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций. Устройство содержит полый корпус с размещенным в нем ударником с центральным сквозным каналом, разделяющим полость корпуса на камеры рабочего и холостого хода, трубку с продольным сквозным каналом, взаимодействующую с центральным сквозным каналом ударника, снабженную постоянно открытым дроссельным каналом впуска в камеру холостого хода, крышку с перепускными каналами и сквозным центральным отверстием для пропуска трубки, установленной в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, образующим дроссельный канал впуска в камеру рабочего хода, футорку с постоянно открытым каналом впуска и шлангом для подачи сжатого воздуха, образованную в футорке сетевую камеру, предкамеру сетевого воздуха, образованную между футоркой и крышкой, сообщенную постоянно перепускными каналами с сетевой камерой, рабочий инструмент с хвостовиком, входящим в камеру холостого хода, канал выпуска в корпусе, перекрываемый воздухоотбойным стаканом с кольцевым выпускным отверстием, установленным с кольцевым зазором относительно корпуса со стороны, противоположной хвостовику. Рабочий инструмент выполнен в виде кольцевой обечайки, надеваемой на торец забиваемой трубы. Хвостовик рабочего инструмента выполнен со сквозным ступенчатым каналом, в ступени большего диаметра хвостовика установлена с зазором трубка, в которой в свою очередь с кольцевым зазором установлена сквозная труба, закрепленная посредством уплотнительных колец в футорке и в ступени меньшего диаметра хвостовика. Обеспечивает непрерывность работы, сокращает количество единиц средств механизации процесса удаления грунта, сокращает сроки строительства трубопровода подземных коммуникаций. 1 ил.

 

Изобретение относится к пневмоударным механизмам, предназначенным для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.

Известно пневмоударное устройство (см., например, а.с. СССР №1235719, М. кл. B25D 9/04, 1986 г.), содержащее корпус с аккумуляционными камерами и каналами выпуска, сетевую камеру воздуха, размещенную в футорке, размещенные в корпусе соосно ему воздухопроводящую трубку, закрепленную в футорке, и взаимодействующий с трубкой полый ударник, периодически перекрывающий выпускные каналы и образующий с корпусом камеры рабочего и холостого ходов, сообщенные периодически между собой посредством перепускных каналов и постоянно с сетевой камерой воздуха посредством дросселей впуска, и рабочий инструмент с хвостовиком, причем перепускные каналы выполнены в виде глухих продольных пазов на наружной цилиндрической поверхности трубки, периодически перекрываемые торцами ударника.

Недостатком такого и подобного ему устройств является обязательность уплотнений неподвижной посадки трубки в футорке (крышке) как консольной заделки, опертой на подвижную посадочную поверхность в сквозном осевом отверстии полого ударника. При таком и подобном ему закреплении трубки требуется обеспечить также уплотненную посадку ударника относительно трубки и корпуса. Такие пневмоударные устройства характеризуются значительными габаритами по длине и массой, вследствие чего устройства имеют невысокую производительность и низкую маневренность при работе в стесненных условиях. Невозможность обработки с «одной установки» одновременно взаимодействующих деталей (цилиндра корпуса, ударника и трубки) обуславливает несоосность отверстий и приводит к перекосам, «закусываниям», повышенному и неравномерному трению на сопрягаемых взаимодействующих поверхностях и торможению ударника и, как следствие, снижению энергии единичного удара и числа ударов, а также поломке трубки и остановке пневмоударного устройства. Перекосы также приводят к непроизводительным утечкам и перетечкам воздуха, нарушающим расчетный процесс в рабочих камерах пневмоударного устройства.

Жестко закрепленная трубка в футорке обусловливает увеличенную силу трения в парах: трубка-ударник и ударник-корпус, из-за невозможности обеспечения соосности ударник-корпус-трубка-футорка (крышка), поскольку они изготавливаются с различных установок и с различными приспособлениями-кондукторами к металлообрабатывающему станочному оборудованию.

Малоприемлемым является выполнение каналов выпуска в корпусе открытыми, поскольку направление выпускаемого отработавшего воздуха не контролируется и создает неудобства обслуживающему персоналу. При этом возможно попадание в открытые каналы выпуска грунтовых частиц, поскольку пневмоударное устройство, например, для погружения труб и кожухов бестраншейным способом, периодически приближается к грунтовой стенке. Вероятность попадания грунтовых частиц в открытые каналы выпуска увеличивается, если вблизи пневмоударного устройства производится очистка трубы или кожуха от грунтового керна.

Известно также пневматическое устройство ударного действия, которое является наиболее близким техническим решением по отношению к предлагаемому и принятое в качестве прототипа (см., например, патент РФ №2248268, М. кл. B25D 9/04, E02F 5/16, 2004 г.), содержащее полый корпус с размещенным в нем бесступенчатым ударником с центральным сквозным каналом, разделяющим полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, трубку с продольным сквозным каналом, взаимодействующую с центральным каналом ударника, снабженную постоянно открытым дроссельным каналом впуска в камеру холостого хода, крышку с каналами перепуска и сквозным центральным отверстием для пропуска трубки, установленной в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, образующим дроссельный канал впуска в камеру рабочего хода, футорку с постоянно открытым каналом впуска и шлангом для подачи сжатого воздуха из сети, образованную между футоркой и крышкой, сообщенную постоянно каналами с сетевой камерой, рабочий инструмент с хвостовиком, входящим в камеру холостого хода, канал выпуска в корпусе, перекрываемый воздухоотбойным стаканом с кольцевым зазором относительно корпуса с кольцевым выпускным отверстием со стороны, противоположной хвостовику.

Прототипу свойственны недостатки.

Конструктивное исполнение пневматического устройства ударного действия прототипа позволяет осуществлять только циклическое удаление грунта из забиваемой трубы. Отмеченное снижает производительность процесса погружения труб бестраншейным способом и увеличивает количество единиц механизации - средств удаления грунта из забиваемой трубы в виде капсул, желонок и их транспортных устройств. Указанный недостаток прототипа можно исключить, если осуществить непрерывный процесс удаления грунта из трубы, что позволит ликвидировать простой пневматического устройства ударного действия, используемый для удаления грунта; существенно сократить количество единиц средств механизации процесса удаления грунта; существенно сократить сроки строительства трубопровода подземных коммуникаций.

Непрерывное удаление грунта можно осуществить без остановки процесса забивки трубы, например, всасывающим пневмотранспортом по центральной сквозной трубе, проходящей через геометрическую ось пневматического устройства ударного действия.

Техническая задача решается тем, что пневматическое устройство ударного действия, содержащее полый корпус с размещенным в нем ударником с центральным сквозным каналом, разделяющим полость корпуса на камеры рабочего и холостого хода, трубку с продольным сквозным каналом, взаимодействующую с центральным сквозным каналом ударника, снабженную постоянно открытым дроссельным каналом впуска в камеру холостого хода, крышку с перепускными каналами и сквозным центральным отверстием для пропуска трубки, установленной в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, образующим дроссельный канал впуска в камеру рабочего хода, футорку с постоянно открытым каналом впуска и шлангом для подачи сжатого воздуха, образованную в футорке сетевую камеру, предкамеру сетевого воздуха, образованную между футоркой и крышкой, сообщенную постоянно перепускными каналами с сетевой камерой, рабочий инструмент с хвостовиком, входящим в камеру холостого хода, канал выпуска в корпусе, перекрываемый воздухоотбойным стаканом с кольцевым выпускным отверстием, установленным с кольцевым зазором относительно корпуса со стороны, противоположной хвостовику, причем рабочий инструмент выполнен в виде кольцевой обечайки, надеваемой на торец забиваемой трубы, а хвостовик рабочего инструмента выполнен со сквозным ступенчатым каналом, в ступени большего диаметра хвостовика установлена с зазором трубка, в которой, в свою очередь, с кольцевым зазором установлена сквозная труба, закрепленная посредством уплотнительных колец в футорке и в ступени меньшего диаметра хвостовика.

Выполнение предлагаемого пневматического устройства ударного действия поясняется чертежом, на котором показано устройство с частичным продольным разрезом с трубой, установленной с зазором в трубке. Пневматическое устройство ударного действия содержит полый корпус 1 с размещенным в нем бесступенчатым ударником 2 с центральным сквозным каналом 3, камеру рабочего 4 и камеру холостого 5 ходов и трубку 6. В трубке 6 установлена с кольцевым зазором сквозная труба 7, кольцевой зазор между которыми образует кольцевой дроссельный канал 8 впуска в камеру холостого хода 5. Трубка 6 взаимодействует с центральным сквозным каналом 3 ударника 2 и установлена со стороны камеры 4 рабочего хода в центральном отверстии 9 неподвижной крышки 10 и образует кольцевой дроссельный канал 11 впуска в камеру 4. Хвостовик 12 и рабочий инструмент 13 в виде кольцевой обечайки, надеваемой на торец трубы, снабжены сквозным ступенчатым каналом 14, в ступени 15 большего диаметра хвостовика установлена трубка 6 с зазором, образующим кольцевой перепускной канал 16 сжатого воздуха из кольцевого дроссельного канала 8 впуска в камеру 5 холостого хода. Таким образом, обеспечивается возможность продольного и поперечного перемещения трубки 6 за счет кольцевых зазоров между боковой поверхностью трубки 6 и боковыми поверхностями отверстий центрального отверстия 9 крышки 10 и кольцевого перепускного канала 16 ступени 15 большего диаметра в хвостовике 12 рабочего инструмента 13. Указанные зазоры выполняют функции дроссельных каналов впуска в камеры рабочего и холостого ходов с переменной формой площадей сечения, но постоянными площадями проходных сечений. Трубка 6 снабжена фланцевым буртиком 17 с возможностью опирания на крышку 10, которая уплотненно установлена в корпусе 1. Корпус снабжен футоркой 18 с перемычкой 19, с перепускными каналами 20 и с постоянно открытым каналом впуска 21 входящего шланга 22 подачи сжатого воздуха из сети в сетевую камеру 23, образованную в футорке 18. Между крышкой 10 и перемычкой 19 футорки 18 образована предкамера 24 сетевого воздуха. Корпус 1 снабжен радиальным выпускным каналом 25, обеспечивающим выпуск отработавшего воздуха в кольцевую камеру 26, образованную воздухоотбойным стаканом 27 с кольцевым выпускным отверстием 28 в атмосферу. Сквозная труба 7 относительно хвостовика 12 и футорки 18 закреплена резиновыми уплотнительными кольцами 29 и 30. Фланцевый буртик 17 со стороны крышки 10 и центральное отверстие 9 со стороны буртика 17 снабжены кольцевыми седлами с геометрией, позволяющей увеличить их опорные площадки, что снижает при их соударениях удельный ударный импульс буртика 17 трубки 6 о крышку 10, чем достигается увеличение ресурса крышки, трубки и пневмоударного устройства в целом. Если пневматическое устройство ударного действия используется, например, для погружения забиваемых труб 31 в грунт свободным концом, то центральный канал 32 сквозной трубы 7 используется для пневмотранспортирования грунта из пространства забиваемой трубы 31 непосредственно через отверстие 33 сквозной трубы 7 или посредством дополнительной пневмотранспортной трубы 34 к месту укладки грунта в отвал или транспортное средство. Пневмотранспорт может быть организован по методу «нагнетания» или «всасывания», которые широко известны.

Пневматическое устройство ударного действия работает следующим образом. При подаче сжатого воздуха по шлангу 22 через постоянно открытый канал впуска 21 в сетевую камеру 23 футорки он поступает посредством перепускных каналов 20 в перемычке 19 в предкамеру 24 сетевого воздуха, откуда в камеру 4 рабочего хода по кольцевому дроссельному каналу 11 впуска, образованному зазором между поверхностями центрального отверстия крышки 10 и боковой поверхностью трубки 6. Одновременно сетевой воздух из предкамеры 24 поступает посредством кольцевого дроссельного канала 8, образованного зазором между боковой поверхностью сквозной трубы 7 и трубки 6, и далее по кольцевому перепускному каналу 16, образованному между трубкой 6 и боковой поверхностью ступени 15 большего диаметра в хвостовике 12 рабочего инструмента 13 в камеру 5 холостого хода.

Давление в камере 4 рабочего хода будет практически равным атмосферному давлению, так как канал 25 выпуска в стенке корпуса 1 имеет площадь проходного сечения, значительно превышающую площадь проходного сечения кольцевого дроссельного канала 11 впуска.

В камере 5 холостого хода давление воздуха увеличивается и ударник 2 начнет перемещаться от хвостовика 12 рабочего инструмента 13, совершая холостой ход.

При последующем перемещении ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью канал 25 выпуска, вследствие чего начнется увеличение давления воздуха, отсеченного в камере 4 рабочего хода, а также воздуха, вновь натекающего в эту камеру через кольцевой дроссельный канал 11 впуска из предкамеры 24. Продолжая движение, ударник 2 отсекающей ступенью со стороны камеры 5 откроет канал 25 выпуска и из нее начнется выпуск отработавшего воздуха в кольцевую камеру 26 в воздухоотбойном стакане 27 и через кольцевое выпускное отверстие 28 в атмосферу. Давление воздуха в камере 5 холостого хода устанавливается на уровне атмосферного, поскольку проходное сечение канала 25 выпуска существенно больше проходного сечения кольцевого дроссельного канала 8 впуска, образованного кольцевым зазором между трубкой 6 и сквозной трубой 7, а также кольцевым каналом 16 в хвостовике 12 рабочего инструмента 13.

По мере совершения ударником 2 холостого хода давление воздуха в камере 4 рабочего хода будет увеличиваться. Под действием разности импульсов давлений воздуха в камерах 4 и 5 ударник 2 будет затормаживать свое перемещение и остановится в расчетном положении. Далее под действием импульса давления со стороны камеры 4 рабочего хода ударник 2 начнет ускоренно перемещаться в сторону хвостовика 12 рабочего инструмента 13, совершая рабочий ход.

По мере перемещения ударника 2 давление воздуха в камере 4 будет уменьшаться. Это будет вызвано тем, что быстро увеличивающийся объем камеры 4 при рабочем ходе не успевает заполняться сетевым воздухом, поступающим из предкамеры 24 сетевого воздуха через кольцевой дроссельный канал 11 впуска.

При дальнейшем перемещении ударника 2 его торец со стороны камеры 5 перекроет канал 25 выпуска, после чего в камере холостого хода начнется процесс сжатия отсеченного воздуха, поступающего по кольцевому дроссельному каналу 8 впуска, образованному боковыми поверхностями трубки 6 и сквозной трубы 7, а также по кольцевому перепускному каналу 16 в хвостовике 12 рабочего инструмента 13.

При последующем движении ударник 2 отсекающей ступенью со стороны камеры 4 откроет канал 25 выпуска и из камеры 4 рабочего хода начнется выпуск отработавшего воздуха в кольцевую камеру 26 в стакане 27 и через кольцевое выпускное отверстие 28 - в атмосферу.

Преодолевая импульс противодавления воздуха со стороны камеры 5 холостого хода, под действием разницы импульсов давления воздуха со стороны камер 4 и 5, ударник наносит удар по хвостовику 12 рабочего инструмента 13. Далее ударный импульс передается забиваемой трубе 31, которая под действием указанного импульса будет погружаться в грунт, заполняя пространство трубы грунтом, который будет удаляться пневмотранспортом через центральный канал 32 сквозной трубы 7 к месту разгрузки. В этом случае специальных отдельных средств грунторазгрузки в виде капсул, желонок и т.п. не потребуется, что существенно сократит время погружения забиваемой трубы 31 и повысит производительность процесса проходки скважин под подземные коммуникации.

После соударения ударника 2 с хвостовиком 12 рабочий процесс пневматического устройства ударного действия будет повторяться с той лишь разницей, что очередной холостой ход ударника будет осуществляться с использованием импульса отскока, который может достигать 20% от величины ударного импульса.

Пневматическое устройство ударного действия, содержащее полый корпус с размещенным в нем ударником с центральным сквозным каналом, разделяющим полость корпуса на камеры рабочего и холостого хода, трубку с продольным сквозным каналом, взаимодействующую с центральным сквозным каналом ударника, снабженную постоянно открытым дроссельным каналом впуска в камеру холостого хода, крышку с перепускными каналами и сквозным центральным отверстием для пропуска трубки, установленной в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, образующим дроссельный канал впуска в камеру рабочего хода, футорку с постоянно открытым каналом впуска и шлангом для подачи сжатого воздуха, образованную в футорке сетевую камеру, предкамеру сетевого воздуха, образованную между футоркой и крышкой, сообщенную постоянно перепускными каналами с сетевой камерой, рабочий инструмент с хвостовиком, входящим в камеру холостого хода, канал выпуска в корпусе, перекрываемый воздухоотбойным стаканом с кольцевым выпускным отверстием, установленным с кольцевым зазором относительно корпуса со стороны, противоположной хвостовику, отличающееся тем, что рабочий инструмент выполнен в виде кольцевой обечайки, надеваемой на торец забиваемой трубы, а хвостовик рабочего инструмента выполнен со сквозным ступенчатым каналом, в ступени большего диаметра хвостовика установлена с зазором трубка, в которой, в свою очередь, с кольцевым зазором установлена сквозная труба, закрепленная посредством уплотнительных колец в футорке и в ступени меньшего диаметра хвостовика.