Область техники

Изобретение относится к горно-добывающей промышленности и предназначено для ударного разрушения горных пород и искусственных материалов. Может быть использовано также для генерирования в буровых скважинах вибраций, преобразуемых в силовые ударные волны для воздействия ними через жидкостной волновод на горные породы.

Уровень техники

Известен [а.с. Ш 1 187529 A, SU, заявка NL> 3732407/22-03 от 26.04.1984, не публ., МПК Е2 1 С 3/20] гидравлический ударный механизм, корпус которого содержит рабочие полости, образующие вместе с втулками камеры прямого (рабочего) и обратного (холостого) хода, а также гидроаккумуляторы высокого и низкого давления. Камеры рабочего и обратного хода выполнены с возможностью их сообщения с соответствующими гидроаккумуляторами. Боёк выполнен в виде поршня с двумя стержнями (штоками) разных диаметров, при помощи которых он установлен в корпусе на центрирующих втулках. Описанный гидравлический ударный механизм имеет дополнительную тормозную камеру, в которой встроено приспособление для торможения и запуска поршня-бойка. Это приспособление выполнено в виде кольцевого клапана с дроссельными отверстиями. К недостаткам данного ударного механизма относится низкая надёжность его приспособления для торможения и запуска поршня- бойка, а также высокая вероятность просачивания рабочей жидкости через зазоры между деталями механизма и отсутствие возможности её автоматического удаления из механизма в процессе его работы.

Известен также [а.с. 1 804169 A, SU, заявка J\T° 4881018/03 от 1 1 .1 1 .1990, зарегистрирована 9. 10. 1992, не публ., МП К Е21 С 3/20] гидравлический ударный механизм, корпус которого выполнен с рабочими полостями и каналами, в нем установлены гильза с каналами и центрирующие втулки с уплотнениями. На этих втулках своими штоками разных диаметров установлен боёк (поршень-ударник). Гильза, центрирующие втулки и тело поршня-бойка образуют камеры рабочего и холостого хода. При этом камера холостого хода выполнена с возможностью её постоянного сообщения с напорной гидромагистралью, а камера рабочего хода выполнена с возможностью её периодического сообщения через распределитель с напорной и со сливной магистралью. Гидроаккумуляторы давления в данном ударном механизме не описаны.

К недостаткам этого аналога относится большая вероятность просачивания (перетечек) рабочей жидкости между камерами, обусловленная конструктивными особенностями ударного механизма. Поэтому, для снижения гидравлических потерь, в этом механизме предусмотрены расточка на внутренней поверхности гильзы и стабилизатор высокого давления, который гидравлически связан с камерой холостого хода. Также существенным недос татком этого аналога является сложность запуска ударного механизма в случае, когда в момент запуска поршень перекрывает канал нагнетания рабочей жидкости в камеру рабочего хода. Наиболее близким [а.с. М> 1293328 А1 , SU, опубл. 28.02.1987, бюл. No 8, МПК Е21 С 3/20] по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели является устройство ударного действия, которое содержит корпус с полостями, гильзу с каналами и центрирующие втулки с уплотнениями. На втулках установлен своими штоками разных диаметров поршень-боёк. Гильза, центрирующие втулки и тело поршня-бойка образуют камеры рабочего и холостого хода. При этом камера холостого хода выполнена с возможностью её сообщения с напорной магистралью, а камера рабочего хода выполнена с возможностью её периодического сообщения через распределитель с напорной и сливной магистралями. Гидроаккумуляторы давления и/или газовый стабилизатор давления в данном устройстве не описаны.

К недостаткам ближайшего аналога относится большая вероятность просачивания (перетечек) рабочей жидкости между камерами рабочего и холостого хода, обусловленная конструктивными особенностями ударного механизма. Поэтому, для обеспечения возможности сбора просачивающейся жидкости, в гильзе выполнена кольцевая проточка, образующая с корпусом полость управления. Автоматическое удаление (дренаж) просочившейся рабочей жидкости из полости управления осущес твляется при помощи дополнительного отвода в распределителе. Этот отвод выполнен с возможностью сообщения полости управления с напорной магистралью в период холостого хода поршня-бойка и со сливной магистралью в период рабочего хода поршня-бойка. Существенным недостатком ближайшего аналога является также сложность запуска ударного механизма в случае, когда поршень перекрывает сообщение камеры рабочего хода с напорной магистралью. Сущность изобретения

В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать гидравлическое устройство ударного действия путем оснащения его дополнительными уплотнительным и пусковым элементами, а также простыми и эффективными средствами для сбора и автоматического выведения из механизма рабочей жидкости, которая просачивается через зазоры трущихся поверхностей. Эти усовершенствования снижают вероятность перетечки рабочей жидкости между камерами, снижают гидравлическое сопротивление, повышают к. п. д., надёжность и срок службы устройства.

Технический результат достигается тем, что в известном гидравлическом устройстве ударного действия, которое содержит корпус с рабочими полостями и каналами, установленными в корпусе гильзы с каналами и втулки, совместно образующие с корпусом гидроаккумулятор высокого давления, который выполнен с возможностью постоянного сообщения с напорной гидромагистралью, и гидроаккумулятор низкого давления, который выполнен с возможностью постоянного сообщения со сливной магистралью и периодического сообщения через распределитель с напорной магистралью, установленный на центрирующих втулках своими штоками разных диаметров поршень-боёк, образуемые гильзой, центрирующими втулками и поршнем-бойком камера холостого хода с возможностью её сообщения с гидроаккумулятором высокого давленияи, и камера рабочего хода с возможностью её сообщения через распределитель с гидроаккумулятором низкого давления или с напорной магистралью, согласно изобретению на поршне бойка установлено компрессионное кольцо с возможностью его скольжения внутри гильзы, гильза и центрирующие втулки установлены в корпусе при помощи уплотнительных втулок, между центрирующими и уплотнительными втулками выполнены дренажные камеры с возможностью их сообщения с дренажной и сливной магистралями, а в стенке гильзы выполнен пусковой канал, сообщающий через распределитель камеру рабочего хода с напорной магистралью.

При этом на торцевой поверхности центрирующей втулки, образующей камеру рабочего хода, выполнена выточка, полость которой постоянно сообщена с полостью пускового канала.

Предложенное установление на поршне бойка компрессионного кольца с возможностью его скольжения внутри гильзы снижает вероятность быстрого износа гильзы и поршня, а как следствие - перетечек рабочей жидкости между камерами рабочего и холостого хода. Одновременно компрессионное кольцо является дополнительной центрирующей опорой для поршня-ударника, что способствует снижению нагрузок на сальники центрирующих втулок и уменьшению их износа.

Кроме того, при изготовлении компрессионного кольца из антифрикционного материала (например, из модифицированного фторопласта) уменьшается также износ внутренней поверхности гильзы.

Предложенное размещение гильзы и центрирующих втулок в корпусе при помощи уплотнительных втулок обеспечивает возможность технологически несложного выполнения дренажных камер между центрирующими и уплотнительными втулками. Наличие этих камер обеспечивает возможность сбора рабочей жидкости, которая выдавливается из камер рабочего и холостого ходов через зазоры между штоками и центрирующими втулками. Сообщение этих камер с дренажной и сливной магистралями обеспечивает автоматическое выведение просачивающейся рабочей жидкости из ударного механизма в процессе его работы.

Выполнение в стенке гильзы дополнительного пускового канала, постоянно сообщающего через распределитель камеру рабочего хода с напорной магистралью обеспечивают беспроблемный запуск устройства в случае, если в исходном положении поршень бойка полностью перекрывает выполненные во втулке радиальные каналы подачи рабочей жидкости в камеру рабочего хода.

Выполнение на торцевой поверхности центрирующей втулки, образующей камеру рабочего хода, дополнительной выточки с возможностью постоянного сообщения её полости с полостью пускового канала, обеспечивают возможность запуска устройства даже в случае нахождения поршня в его крайнем (наивысшем) исходном положении.

Описание фигуры чертежа

Суть изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез предлагаемого гидравлического устройства ударного действия. Этот разрез совмещен с принципиальной схемой питания устройства жидким энергоносителем (рабочей жидкостью).

Гидравлическое устройство ударного действия содержит корпус 1 с полостями 2, 3, 4, 5 и каналами 6, 7, 8. Канал 6 предназначен для подключения полости 2 к напорной (нагнетающей рабочую жидкость) магистрали 9, канал 7 - для подключения полости 3 через золотниковый распределитель 1 0 к сливной магистрали 1 1 , а канал 8 - для подключения устройства к дренажной магистрали 12. Полость 4 подключена через распределитель 10 к напорной магистрали 13 или к сливной магистрали 14 (показана на чертеже пунктирной линией). Цифрой 15 обозначен гидромотор (привод золотникового распределителя 10). В корпусе 1 установлены гильза 16 с радиальными каналами 17, 18 и центрирующие втулки 19, 20. Гильза 16 и центрирующие втулки 19, 20 установлены в корпусе 1 при помощи уплотнительных втулок 21 и 22 с сальниками 23. Втулка 22 выполнена в виде крышки-заглушки. В центрирующих втулках 19 и 20 установлен своими штоками 24 и 25 поршень-боёк 26. Диаметр штока 24 выполнен большим диаметра штока 25. За счет разности размеров этих диаметров площади боковых (рабочих) поверхностей поршня 26 также различны. В кольцевой канавке поршня 26 установлено компресионное кольцо 27 с возможностью его скольжения внутри гильзы 16. Гильза 16 с полостью 2 образуют в корпусе 1 гидроаккумулятор высокого давления. Гильза 16, уплотнительная втулка 22 и полость 3 образуют в корпусе 1 гидроаккумулятор низкого давления. Внутренняя стенка гильзы 1 6, торцевая поверхность центрирующей втулки 20, тело штока 25 и боковая поверхность поршня 26 образуют камеру 28 рабочего хода. Эта камера выполнена с возможностью её сообщения через каналы 17 и через распределитель 10 с напорной магистралью 13 или с полостью 3 гидроаккумулятора низкого давления. На торцевой поверхности центрирующей втулки 20 выполнена кольцевая выточка 29. В стенке гильзы 16 выполнен наклонный пусковой канал 30 таким образом, что вход в этот канал находится в полости 4 корпуса, а выход - в полости выточки 29. Внутренняя стенка гильзы 16, торцевая поверхность центрирующей втулки 1 9, тело штока 24 и боковая поверхность поршня 26 образуют камеру 3 1 холостого хода. Эта камера выполнена с возможностью её сообщения через каналы 18 с полостью 2 гидроаккумулятора высокого давления. На торцевых поверхностях уплотнительных втулок 21 и 22, обращенных соответственно в стороны центрирующих втулок 19 и 20, выполнены кольцевые выточки. Таким образом между втулками 21 и 19, а также между втулками 22 и 20 образованы дренажные камеры 32 и 33. Камера 32 выполнена с возможностью сообщения через дренажный канал 34 с каналом 8. Камера 33 выполнена с возможностью сообщения через дренажные каналы 35 уплотнительной втулки 22 с полостью 3 гидроаккумулятора низкого давления. Хвостовик устройства, по которому наносит удары поршень-боёк 26, обозначен цифрой 36. На чертеже положение поршня- бойка 26 изображено в момент нанесения им удара по хвостовику 36. Описание работы устройства.

Предложенное гидравлическое устройство ударного действия работает следующим образом. Рабочая жидкость по напорной магистрали 9, через канал 6 в корпусе 1 , полость 2 гидроаккумулятора высокого давления и через канал 18 в гильзе 16 нагнетается в камеру 3 1 холостого хода. Одновременно, через распределитель 10, полость 4 и радиальные каналы 17 рабочая жидкость нагнетается в камеру 28 рабочего хода. За счет того, что площадь боковой (рабочей) поверхности поршня 26 в камере 28 рабочего хода больше боковой поверхности поршня 26 в камере 3 1 холостого хода, поршень-боёк 26 совершает свой рабочий ход (на чертеже - вниз) и наносит удар по торцу хвостовика 36. Во время рабочего хода камера 28 и полость 3 гидроаккумулятора низкого давления разобщены. После нанесения удара распределитель 1 0 переключается, сообщая камеру 28 рабочего хода через распределитель 10 с аккумулятором низкого давления и со сливной магистралью 14. При этом давление в камере 28 рабочего хода падает. Поэтому, под действием давления рабочей жидкости, нагнетаемой из магистрали 9 в камеру 31 холостого хода, поршень-боёк 26 совершает холостой ход (на чертеже - вверх). Перетечкам рабочей жидкости между камерами 28 и 3 1 препятствует компрессионное кольцо 27. После завершения холостого хода распределитель 1 0 переключается, сообщая камеру 28 рабочего хода с напорной магистралью 13. Опять, за счет разности площадей боковых поверхностей поршня 26, поршень-боёк совершает рабочий ход (вниз). Далее циклы повторяются.

При совершении рабочего хода тело поршня 26 перекрывает радиальный канал 18, а при совершении холостого хода - радиальный канал 17. Таким образом в камерах 28 и 3 1 создаётся давление рабочей жидкости, необходимое для торможения поршня-бойка 26 и предотвращения ударов боковых поверхностей поршня 26 о торцевые поверхности центрирующих втулок 19 и 20.

В случае, если перед запуском устройства тело его поршня 26 полностью перекрывает радиальные каналы 17, рабочая жидкость нагнетается в камеру 28 через пусковой канал 30 напрямую, или через канал 30 и дополнительно через выточку 29.

Просочившаяся через зазоры рабочая жидкость собирается в дренажных камерах 32 и 33. Из камеры 32 она выводится в дренажную магистраль 12 через каналы 34 и 8, а в сливную магистраль 1 1 из камеры 33 - через каналы 35.

Промышленная применимость

Изобретение может найти широкое применение в горно- добывающей промышленности и предназначено для ударного разрушения горных пород и искусственных материалов. Также изобретение может быть использовано для генерирования в буровых скважинах вибраций, преобразуемых в силовые ударные волны для воздействия ними через жидкостной волновод на горные породы.