Гидравлическая ударная машина

Изобретение относится к горному делу, строительству и геофизике - к гидравлическим ударным устройствам импульсного действия, применяется при разрушении горных пород и других твердых материалов и при сейсморазведке в качестве импульсного невзрывного источника сейсмических колебаний. Машина содержит корпус, боек, камеру прямого хода, камеру обратного хода и дополнительную камеру, образованные между корпусом и бойком, выполненные в корпусе каналы для подвода и отвода рабочей жидкости, канал управления и дополнительный канал, инструмент, источник расхода рабочей жидкости, аккумулятор, бак, гидрораспределитель, с помощью которого камера прямого хода соединена либо с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, либо со сливом в бак. Камера управления гидрораспределителя через канал управления соединена постоянно с дополнительной камерой, а его золотник подпружинен с усилием, равным усилию в камере управления гидрораспределителя при давлении рабочей жидкости, равном установленной величине Р_З. Камера прямого хода соединена гидрораспределителем с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода с помощью дополнительного канала через обратный клапан после задержки бойка и достижения в системе установленной величины Р_З давления перед началом прямого хода бойка, после начала прямого хода бойка - с помощью дополнительного канала через обратный клапан и канала для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода. Дополнительная камера в конце обратного хода бойка соединена с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а в конце прямого хода бойка - со сливом в бак. Корпус, боек и канал для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода выполнены с возможностью образования замкнутого объема рабочей жидкости в камере прямого хода в конце обратного хода бойка. Техническая задача - повышение коэффициента полезного действия гидравлической ударной машины и улучшение качества сейсмического сигнала за счет исключения повторных ударов бойка по инструменту вследствие осуществления задержки бойка перед началом прямого хода. 1 ил.

 

Техническое решение относится к горному делу, строительству и геофизике, а именно к гидравлическим ударным устройствам импульсного действия, и может найти применение при разрушении горных пород и других твердых материалов, а также при сейсморазведке в качестве импульсного невзрывного источника сейсмических колебаний.

Известно устройство, реализованное в конструкции гидромолота финской фирмы Rammer (А.П.Архипенко, А.И.Федулов. Гидравлические ударные машины. Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1991, стр.12), содержащее корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, соединенный с камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, гидрораспределительное устройство, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р3 давления соединена со сливом в бак.

Недостатком этого устройства является разобщенность и независимость работы клапана давления и гидрораспределителя, которые входят в состав гидрораспределительного устройства, что отрицательно влияет на стабильность работы гидромолота, имеют место также повторные удары ударника по инструменту.

Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является гидравлическая ударная машина (ГУМ) по второму варианту по патенту РФ №2230189, кл. Е21С 37/00, E02D 7/10, опубл. в БИ №16, 2004 г., содержащая корпус, ударник, камеру прямого хода и камеру обратного хода, образованные между корпусом и ударником, канал управления в корпусе, гидрораспределительное устройство, с помощью которого камера прямого хода соединена с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода в конце обратного хода ударника, а после задержки ударника перед началом обратного хода и достижения в системе заранее установленной величины Р₃ давления - со сливом в бак. Гидрораспределительное устройство представляет собой гидрораспределитель, а между ударником и корпусом образована дополнительная камера, соединенная постоянно через канал управления в корпусе с первой камерой управления гидрораспределителя, вторая камера управления которого поджата пружиной с усилием, равным усилию в первой камере управления, при давлении рабочей жидкости в системе, равном величине Р₃. Дополнительная камера в конце обратного хода ударника соединена со сливом в бак, а в конце прямого хода ударника при давлении рабочей жидкости в системе, меньшем величины Р₃, - с источником расхода жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода.

Недостатком известной ГУМ является то, что после удара ударника по инструменту возможен его отскок и повторный удар, что отрицательно влияет на целесообразность использования этой ГУМ в сейсморазведке, так как повторный удар негативно влияет на получаемый сейсмический сигнал и затрудняет его расшифровку. Кроме того, энергия, передаваемая горной породе при повторном ударе, является бесполезной и поэтому снижается коэффициент полезного действия (КПД) ГУМ.

Технической задачей предлагаемого устройства является повышение его КПД и улучшение качества сейсмического сигнала за счет исключения повторных ударов бойка по инструменту вследствие осуществления задержки бойка перед началом прямого хода.

Указанная задача решается тем, что в ГУМ, содержащей корпус, боек, камеру прямого хода, камеру обратного хода и дополнительную камеру, образованные между корпусом и бойком, выполненные в корпусе каналы для подвода и отвода рабочей жидкости и канал управления, инструмент, источник расхода рабочей жидкости, аккумулятор, бак, гидрораспределитель, с помощью которого камера прямого хода соединена либо с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, либо со сливом в бак, при этом камера управления гидрораспределителя через упомянутый канал управления соединена постоянно с указанной дополнительной камерой, а его золотник подпружинен с усилием, равным усилию в камере управления гидрораспределителя при давлении рабочей жидкости, равном установленной величине Р_З, согласно техническому решению в корпусе выполнен дополнительный канал. Камера прямого хода соединена гидрораспределителем с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода с помощью этого канала через обратный клапан после задержки бойка и достижения в системе установленной величины Р_З давления перед началом прямого хода бойка. После начала прямого хода бойка камера прямого хода соединена гидрораспределителем с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода с помощью указанного дополнительного канала через обратный клапан и канала для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода. Дополнительная камера в конце обратного хода бойка соединена с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а в конце прямого хода бойка - со сливом в бак. Корпус, боек и канал для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода выполнены с возможностью образования замкнутого объема рабочей жидкости в камере прямого хода в конце обратного хода бойка.

Возможность образования замкнутого объема рабочей жидкости в камере прямого хода зависит от геометрических размеров бойка и корпуса, а также расположения выполненного в корпусе канала для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода. Канал для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода должен быть полностью перекрыт бойком в конце обратного хода бойка.

Указанная совокупность признаков позволяет в конце прямого хода бойка после соединения камеры управления гидрораспределителя через канал управления и дополнительную камеру со сливом в бак и переключения гидрораспределителя соединить камеру прямого хода через гидрораспределитель со сливом в бак. После удара по инструменту и отскока от него боек под действием давления рабочей жидкости в камере обратного хода сразу начнет совершать обратный ход, не совершая повторных ударов по инструменту, в отличие от прототипа, в котором ударник, нанеся удар по инструменту, отскакивает, возвращается к инструменту и опять ударяет по нему, пока не будет прижат к инструменту давлением рабочей жидкости в камере прямого хода. Наличие дополнительного канала, соединяющего камеру прямого хода с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода через обратный клапан и гидрораспределитель, обеспечит только поступление рабочей жидкости в камеру прямого хода, в результате чего боек под действием усилия от давления рабочей жидкости в камере прямого хода начнет прямой ход и откроет канал для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода, перекрытие которого необходимо в конце обратного хода бойка для отсечения камеры прямого хода от слива в бак через гидрораспределитель, создания в ней замкнутого объема рабочей жидкости и остановки бойка.

Таким образом, осуществление задержки бойка перед началом его прямого хода позволит исключить повторные удары по инструменту и, как следствие, повысить КПД ГУМ и улучшить качество сейсмического сигнала.

Таким образом, осуществление задержки бойка перед началом его прямого хода позволит исключить повторные удары по инструменту и, как следствие, повысить КПД ГУМ и улучшить качество сейсмического сигнала.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, на котором представлена принципиальная схема ГУМ.

ГУМ содержит корпус 1 с выполненными в нем каналами 2, 3, 4, 5 для подвода и отвода рабочей жидкости (далее - каналы 2, 3, 4, 5), каналом 6 управления и дополнительным каналом 7, боек 8 с кромками 9, 10 и 11, камеру 12 прямого хода, камеру 13 обратного хода и дополнительную камеру 14, образованные между корпусом 1 и бойком 8, инструмент 15, источник 16 расхода рабочей жидкости (далее - источник 16 расхода), аккумулятор 17, бак 18, гидрораспределитель 19, которым камера 12 прямого хода соединена попеременно в одном положении с источником 16 расхода, аккумулятором 17 и камерой 13 обратного хода, а в другом положении - со сливом в бак 18. Камера 20 управления гидрораспределителя 19 через канал 6 управления соединена постоянно с дополнительной камерой 14, а золотник 21 гидрораспределителя 19 поджат пружиной 22 с усилием, равным усилию в камере 20 управления гидрораспределителя 19 при давлении рабочей жидкости, равном установленной величине Р3. Камера 12 прямого хода соединена гидрораспределителем 19 с источником 16 расхода, аккумулятором 17 и камерой 13 обратного хода с помощью дополнительного канала 7 через обратный клапан 23 после задержки бойка 8 и достижения в системе установленной величины Р3 давления рабочей жидкости перед началом прямого хода бойка 8, а после начала прямого хода бойка 8 - с помощью дополнительного канала 7 через обратный клапан 23 и канала 2.

Геометрия бойка 8 и расположение в корпусе 1 каналов 3, 4 выбраны таким образом, что дополнительная камера 14 в конце обратного хода бойка 8 соединена с источником 16 расхода, аккумулятором 17 и камерой 13 обратного хода, а в конце прямого хода бойка 8 - со сливом в бак 18. Корпус 1, ГУМ работает следующим образом. После включения источника 16 расхода рабочая жидкость поступает в аккумулятор 17 и камеру 13 обратного хода через канал 5. При этом камера 20 управления гидрораспределителя 19 через канал 6 управления, дополнительную камеру 14 и канал 4 соединена со сливом в бак 18. Вследствие действия усилия со стороны пружины 22 на золотник 21, равного усилию в камере 20 при установленной величине Р3 давления, камера 12 прямого хода через канал 2 соединена гидрораспределителем 19 со сливом в бак 18. Под действием давления рабочей жидкости в камере 13 обратного хода боек 8 начинает обратный ход. После перекрытия канала 4 кромкой 11 бойка 8 камеру 20 управления гидрораспределителя 19 отсоединяют от слива в бак 18, а после открытия канала 3 кромкой 10 бойка 8 в конце обратного хода бойка 8 - соединяют с источником 16 расхода, аккумулятором 17 и камерой 13 обратного хода через канал 3, дополнительную камеру 14 и канал 6 управления. После перекрытия канала 2 кромкой 9 бойка 8 в конце обратного хода бойка 8 рабочая жидкость в камере 12 прямого хода окажется запертой в замкнутом объеме и, выполняя роль демпфера, затормозит боек 8. При этом давление рабочей жидкости в замкнутом объеме камеры 12 прямого хода будет определяться соотношением:

P_A·S_A=P_B·S_B+m·g,

где Р_А - давление рабочей жидкости в камере 13 обратного хода;

P_B - давление рабочей жидкости в камере 12 прямого хода;

S_A - площадь поверхности бойка 8 со стороны камеры 13 обратного хода;

S_B - площадь поверхности бойка 8 со стороны камеры 12 прямого хода;

m - масса бойка 8;

g - ускорение свободного падения.

Происходит задержка бойка 8, пока давление рабочей жидкости в системе не достигнет установленной величины Р₃, после чего золотник 21 гидрораспределителя 19 под действием усилия от давления рабочей жидкости в камере 20 управления, сжимая пружину 22, займет новое положение, в результате чего камера 12 прямого хода через дополнительный канал 7 и обратный клапан 23 будет соединена гидрораспределителем 19 с источником 16 расхода, аккумулятором 17 и камерой 13 обратного хода. Величина P_B давления рабочей жидкости в камере 12 прямого хода станет равна величине Р_А давления рабочей жидкости в камере 13 обратного хода. Так как площадь S_B поверхности бойка 8 со стороны камеры 12 прямого хода больше площади S_A поверхности бойка 8 со стороны камеры 13 обратного хода, боек 8 начинает совершать прямой ход. После открытия кромкой 9 бойка 8 канала 2 камеру 12 прямого хода соединяют гидрораспределителем 19 с источником 16 расхода, аккумулятором 17 и камерой 13 обратного хода каналом 2 и дополнительным каналом 7 через обратный клапан 23. После перекрытия канала 3 кромкой 10 бойка 8 камеру 20 управления гидрораспределителя 19 отсоединяют от источника 16 расхода, аккумулятора 17 и камеры 13 обратного хода, а после открытия канала 4 кромкой 11 бойка 8 в конце прямого хода бойка 8 - соединяют со сливом в бак 18 через канал 4, дополнительную камеру 14 и канал 6 управления. Под действием пружины 22 золотник 21 займет исходное положение, в результате чего гидрораспределитель 19 соединит камеру 12 прямого хода со сливом в бак 18 через канал 2. Боек 8 заканчивает прямой ход ударом по инструменту 15. После отскока боек 8 сразу начинает обратный ход.

Гидравлическая ударная машина, содержащая корпус, боек, камеру прямого хода, камеру обратного хода и дополнительную камеру, образованные между корпусом и бойком, выполненные в корпусе каналы для подвода и отвода рабочей жидкости и канал управления, инструмент, источник расхода рабочей жидкости, аккумулятор, бак, гидрораспределитель, с помощью которого камера прямого хода соединена либо с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, либо со сливом в бак, при этом камера управления гидрораспределителя через упомянутый канал управления соединена постоянно с указанной дополнительной камерой, а его золотник подпружинен с усилием, равным усилию в камере управления гидрораспределителя при давлении рабочей жидкости, равном установленной величине Р_З, отличающаяся тем, что в корпусе выполнен дополнительный канал, причем камера прямого хода соединена гидрораспределителем с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода с помощью этого канала через обратный клапан после задержки бойка и достижения в системе установленной величины Р_З давления перед началом прямого хода бойка, а после начала прямого хода бойка - с помощью указанного дополнительного канала через обратный клапан и канала для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода, при этом дополнительная камера в конце обратного хода бойка соединена с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, в конце прямого хода бойка - со сливом в бак, а корпус, боек и канал для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода выполнены с возможностью образования замкнутого объема рабочей жидкости в камере прямого хода в конце обратного хода бойка.