Pierwszenstwo: Opublikowano: 27. VIII. 1968 55703 KI. 5b, 3/20 MKP E 21 c 3/20 UKD Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Kazimierz Turopolski, mgr inz. Stani¬ slaw Chwieduk Wlasciciel patentu: Zaklady Konstrukcyjno-Mechanizacyjne Przemyslu Weglowego, Gliwice (Polska) Hydrauliczne urzadzenie udarowe Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie udarowe napedzane ciecza pod cisnieniem. Urzadzenie to moze byc mlotkiem lub wiertarka udarowa.Dotychczas powszechnie stosowane sa mlotki mechaniczne oraz wiertarki udarowe napedzane sprezonym powietrzem. Naped pneumatyczny obok niewatpliwych zalet ma równiez powazne wady, które byly przyczyna usilnych staran zastapienia go napedem elektrycznym, elektromechanicznym, lub elektrohydraulicznym. Podstawowa wada na¬ pedu pneumatycznego jest bardzo niska sprawnosc energetyczna, a w zwiazku z tym wysokie koszty eksploatacji. Druga, niemniej istotna wada, jest koniecznosc prowadzenia do maszyny udarowej przewodów sprezonego powietrza, wzglednie tran¬ sportu razem z maszyna udarowa kompresora o duzych rozmiarach. Przykra cecha napedu po¬ wietrznego jest duzy halas towarzyszacy ich pracy, co nalezy wliczyc równiez w poczet wad.Mlotki mechaniczne i wiertarki udarowe o na¬ pedzie elektrycznym i elektro-mechanicznym nie znalazly szerokiego zastosowania ze wzgledu na niedostateczne efekty pracy (energia udaru, czesto¬ tliwosc udarów), duzy ciezar, mala zywotnosc, grzanie sie w czasie pracy itp.Znana jest wiertarka udarowa o napedzie elek- tro-hydraulicznym. Jest ona obarczona podobnymi wadami jak wiertarki o napedzie elektromecha¬ nicznym. Przyczyna jest to, ze konstrukcja tej wiertarki w niedostatecznym stopniu uwzglednia 10 15 20 25 30 wlasciwosci cieczy jako czynnika przenoszacego energie.Konstrukcja hydraulicznego urzadzenia udaro¬ wego wedlug wynalazku we wlasciwym stopniu uwzglednia cechy fizyczne cieczy zastosowanej do jej napedu. Ze wzgledu na naped mas wykonuja¬ cych ruchy posuwisto-zwrotne o duzej, czestotli¬ wosci, najistotniejszymi cechami czynnika napedo¬ wego sa scisliwosc, gestosc i lepkosc. Sprezone powietrze dlatego dobrze spelnia role czynnika napedzajacego tego rodzaju masy, ze powyzsze cechy fizyczne powietrza szczególnie nadaja sie do tego celu. Te same cechy jednakze, a w szcze¬ gólnosci duza scisliwosc powietrza sprawia, ze proces przekazywania energii masie oscylujacej poprzez sprezanie powietrza od cisnienia atmo¬ sferycznego do okreslonego wyzszego cisnienia, a nastepnie rozprezanie go z powrotem do cisnie¬ nia otoczenia jest bardzo malo ekonomiczny.Do napedu hydraulicznego urzadzenia udarowe¬ go, stosuje sie jako czynnik przenoszacy energie ciecz praktycznie niescisliwa. Ze wzgledów eko¬ nomicznych jest pozadane, zeby ciecz byla nie¬ scisliwa przy sprezaniu jej od cisnienia otocze¬ nia do cisnienia roboczego, gdyz w tym przypadku praca wlozona dla osiagniecia cisnienia roboczego jest bliska zeru. Z kolei, po osiagnieciu cisnienia roboczego ciecz powinna sie stac scisliwa w tym samym stopniu co sprezone powietrze, gdyz w innym razie niemozliwy bylby przerywany na- 5570355703 3 4 ped masy poruszajacej sie ruchem przyspieszonym.Wedlug wynalazku zastosowano ciecz niescisliwa lecz lacznie z hydraulicznymi akumulatorami ga¬ zowymi, dzieki którym ciecz zachowuje sie jak gdyby byla scisliwa. W kazdym z tych akumula¬ torów, gaz znajduje sie pod cisnieniem w przybli¬ zeniu równym cisnieniu roboczemu cieczy.Budowa hydraulicznego urzadzenia udarowego wedlug wynalazku uwzglednia odmiennosc równiez innych cech fizycznych cieczy. Wobec znacznie wiekszej gestosci cieczy od gestosci powietrza mo¬ ga powstac duze straty energii zuzytej na przyspie¬ szanie i hamowanie slupa cieczy. W urzadzeniu wedlug wynalazku straty te sprowadzono do mini¬ mum przez znaczne uniezaleznienie ruchu cieczy od ruchu bijaka, co wyraza sie tym, ze w komo¬ rach bijaka ciecz wiruje zachowujac staly kieru¬ nek i w przyblizeniu stala predkosc bez wzgledu na kierunek i predkosc bijaka. Ruch bijaka wzdluz komory powoduje ruch jedynie cienkiej warstewki cieczy na powierzchni bijaka, przy czym amplituda tego ruchu jest kilkadziesiat razy mniejsza od skoku bijaka. Ruch cieczy w komorze bijaka jest staly równiez bez wzgledu na to, czy ciecz do da¬ nej komory wplywa, czy wyplywa z niej.Cel ten osiagnieto przez odpowiednie uksztalto¬ wanie i dobranie wymiarów bijaka, komór bijaka oraz przez odpowiednie usytuowanie i poprowadzenie kanalów wlotowych i wylotowych cieczy z komory bijaka do przewodu odprowadzajacego wzglednie z przewodu doprowadzajacego do komory. Jezeli ruch cieczy z koniecznosci musi byc przerywany, jak np. w poblizu zaworu sterujacego, slup cieczy poruszajacy sie tym ruchem skrócono do minimum przez umieszczenie wyzej wspomnianych akumula¬ torów jak najblizej bijaka.Takie wykonanie urzadzenia udarowego wedlug wynalazku pozwala takze na zmniejszenie w mozli¬ wie duzych granicach strat energii potrzebnej na pokonanie oporów przeplywu cieczy przez urza¬ dzenie. Temu samemu celowi sluzy równiez zacho¬ wanie malych predkosci przeplywu cieczy w kana¬ lach i komorach urzadzenia, co osiaga sie po pierw¬ sze dzieki malemu natezeniu przeplywu cieczy, po drugie przez zastosowanie duzych przekrojów ka¬ nalów. W ten sposób, dzieki wlasciwej konstrukcji urzadzenia, udalo sie osiagnac male opory prze¬ plywu cieczy pomimo duzej jej lepkosci.Elementem konstrukcyjnym hydraulicznego urza¬ dzenia udarowego wedlug wynalazku, którego bu¬ dowa i sposób dzialania sa podyktowane odmien¬ nymi cechami fizycznymi cieczy w porównaniu z powietrzem jest element sterujacy ruchem bija¬ ka. Zostal on wykonany jako kurek obrotowy.W ten sposób osiagnieto prosta budowe, pewnosc dzialania i szczelnosc. Jest on obracany silnikiem hydraulicznym, który moze równoczesnie sluzyc- do obracania zerdzi w przypadku, gdy urzadzenie udarowe zostalo wykonane jako wiertarka. Zasto¬ sowanie kurka obrotowego jako elementu steruja¬ cego ruchem bijaka pozwala na otwieranie kanalu wlotowego wzglednie wylotowego na calym prze¬ kroju zachowujac przy tym stosunkowo maly sredni opór przeplywu cieczy.Z wyzej opisanych zasad budowy i dzialania hydraulicznego urzadzenia udarowego wedlug wy¬ nalazku wynikaja jego zalety: oszczednosc energii, maly ciezar maszyny, latwosc regulowania czesto¬ tliwosci udarów droga regulacji obrotów silnika 5 napedzajacego kurek sterujacy, latwosc regulacji wielkosci udaru przez regulacje cisnienia cieczy napedowej, cicha praca, zmniejszenie zespolu na¬ pedowego wzglednie calkowite jego wyeliminowa¬ nie itp.Rysunek przedstawia schematycznie hydraulicz¬ ne urzadzenie udarowe wedlug wynalazku w róz¬ nych odmianach wykonania, a mianowicie poszcze¬ gólne figury tego rysunku przedstawiaja: Fig. 1 — schemat dzialania urzadzenia udarowego wykonanego jako mlotek mechaniczny, Fig. 2 — schemat dzialania urzadzenia wykona- . nego jako wiertarka udarowa, Fig. 3 — przykladowe rozwiazanie konstrukcyjne urzadzenia wykonanego jako mlotek mechaniczny, Fig. 4 — przekrój wedlug linii A—A na fig. 3, Fig. 5 — przekrój wedlug linii B—B na fig. 4, Figr 6 — przykladowe rozwiazanie konstrukcyjne urzadzenia wykonanego jako wiertarka udarowa, Fig. 7 — przekrój wedlug linii C—C na fig. 6, Fig. 8 — przekrój wedlug linii C—C na fig. 6 od¬ miany urzadzenia zblizonego w wykonaniu do przedstawionego na fig. 6 i 7, Fig. 9 — przekrój wedlug linii D—D nsufig. (6.Mlotek mechaniczny wedlug wynalazku przedsta¬ wiony schematycznie na fig. 1 sklada sie z obu¬ dowy 1, bijaka 2, silnika hydraulicznego 3, kurków sterujacych 4 i 5, akumulatorów hydraulicznych 6 i 7, sprezyn 8 i 9 przewodów hydraulicznych 10, 11, 12 i 13, zaworu odcinajacego 14 oraz grota 15.Dzialanie mlotka jest nastepujace. Po otwarciu zaworu odcinajacego 14 zostaje uruchomiony sil¬ nik hydrauliczny 3, który powoduje obracanie sie trzpieni kurków sterujacych 4 i 5. Przy ustawie¬ niu kurków pokazanym na fig. 1 ciecz przewodem 10 doplywa do komory akumulatora 6, a nastepnie kurkiem 4 plynie do komory bijaka 2 powodujac jego ruch w kierunku grota 15. Ruch ten jest przyspieszony w wyniku dzialania akumulatora 6.Na koncu skoku nastepuje uderzenie bijaka w grot 15.Ruch jalowy zaczyna sie po zamknieciu doplywu cieczy do komory bijaka i otwarciu odplywu cie¬ czy z tej komory, co nastepuje w trakcie dalszego obracania sie trzpieni kurków sterujacych. Ruch jalowy odbywa sie dzieki dzialaniu sprezyny 8 scisnietej w czasie ruchu roboczego. W tym przy¬ padku ciecz wyplywa z komory bijaka poprzez kurek sterujacy 5 do komory akumulatora 7. Aku¬ mulator 7 zawiera gaz o nizszym cisnieniu niz akumulator 6. Dzieki dzialaniu tego akumulatora ciecz wyplywajac do jego komory nie powoduje przyspieszania slupa cieczy plynacego przewodem 11. Ograniczenie skoku bijaka w ruchu jalowym stanowi sprezyna 9. W trakcie dalszego obracania sie trzpieni kurków sterujacych nastepuje otwar¬ cie kurka 4, a zamkniecie kurka 5, po czym cykl zaczyna sie powtarzac.Przyklad rozwiazania mlotka mechanicznego o schemacie na figurze 1 przedstawiaja figury 3, 4 i 5. Kanaly wlotowy i wylotowy cieczy z komory 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6055703 6 bijaka 2 przechodza przez jeden kurek sterujacy 4, co nie jest uwidocznione na schemacie na figu¬ rze 1. Trzpien kurka jest lozyskowany na lozyskach igielkowych 16, a tulejka 17, stanowiaca kadlub kurka, luznie spoczywa na trzpieniu. Dzieki ta¬ kiemu rozwiazaniu strata energii na obracanie trzpienia kurka zostaly zredukowane do minimum.Tulejka 17 jest uszczelniona w stosunku do ka¬ dluba uszczelnieniami 18.Kanal wlotowy 19 i wylotowy 20 (fig. 4) wchodza do komory bijaka stycznie do jej sciany bocznej 21.Dzieki temu ruch cieczy w komorze odbywa sie stale zgodnie ze strzalka na fig. 4 bez wzgledu na to, czy ciecz wplywa do komory, czy wyplywa z niej. Srednica komory jest o tyle wieksza od srednicy bijaka, dzialajacego w komorze jako tlok, zeby przekrój, którym ciecz doplywa do czynnej powierzchni tloka, byl odpowiednio duzy w celu zmniejszenia oporów przeplywu do minimum.Dzieki talsiemu rozwiazaniu równiez amplituda ruchu oscylacyjnego czasteczek cieczy jest znacz¬ nie zredukowana w stosunku do skoku bijaka.Odnosi sie to zarówno do ruchów poosiowych czasteczek jak i promieniowych, co osiagnieto przez nadanie koncówce tloka ksztaltu oplywowego.Rozwiazanie budowy mlotka mechanicznego zo¬ stalo tak pomyslane, zeby okreslona porcje cieczy pod cisnieniem mozna bylo w odpowiednio krótkim czasie wtloczyc wzglednie wytloczyc z komory bijaka, z mozliwie najmniejszymi stratami przy zachowaniu w przyblizeniu ciaglego, jednostajnego przeplywu cieczy z mala predkoscia. Pozytywne rozwiazanie tak postawionego zadania jest równo¬ znaczne z osiagnieciem przez mlotek mechaniczny napedzany hydraulicznie zalozonych efektów pracy.Fig. 2 przedstawia shcematycznie hydrauliczne urzadzenie udarowe wykonane jako wiertarka uda¬ rowa. W obudowie 1 miesci sie bijak 2, który prze¬ chodzi przez dwie komory 22 i 23. Bijak znajduje sie pod dzialaniem sprezyny 24. Do komór bijaka prowadza dwa kanaly wlotowe 19 i dwa kanaly wylotowe 20. W kazdym z nich mieszcza sie kurki sterujace 4, 5, 25 i 26. Kanaly prowaclza do komór 27 i 28 akumulatorów 6 i 7. Komory akumulatorów lacza sie z wlotem i wylotem przewodami hydrau¬ licznymi 29 i 30. Przewody 31 i 32 doprowadzaja ciecz do silnika hydraulicznego 3. Na doplywie jest umieszczony zawór odcinajacy 14. Walki 33 i 34 napedzane przez silnik uksztaltowane sa w formie trzpieni kurków sterujacych. Na przedluzeniu walka 33 jest zaklinowane kolo zebate 35, które zazebia sie z kolem zebatym 36, osadzonym na tulei 37 prowadzacej zerdz wiertnicza 38.Dzialanie wiertarki jest nastepujace. Po otwarciu zaworu odcinajacego 14 zostaje uruchomiony silnik hydrauliczny 3, który za posrednictwem walków 33 i 34 obraca trzpienie kurków 4 i 25 oraz 5 i 26.W polozeniu kurków sterujacych przedstawionym na fig. 2 ciecz doplywa przewodem 29 do komory 27 akumulatora 6, a stad przez kurek 25 do ko¬ mory 22 bijaka 2, powodujac ruch bijaka w kie¬ runku sprezyny 24. W wyniku tego ruchu bijaka sprezyna 24 zostaje scisnieta, a czesc czieczy z ko¬ mory 23 bijaka zostaje wytloczona do komory 28 akumulatora 7, skad pod cisnieniem równym cisnie¬ niu gazu w akumulatorze 7 odplywa przewodem 30 do zbiornika. W trakcie dalszego obracania sie trzpieni kurków nastepuje zamkniecie kurków 5 i 25, a otwarcie kurków 4 i 26. W tej sytuacji ciecz 5 z komory 27 akumulatora 6 doplywa do komory 23 bijaka, natomiast z komory 22 wyplywa do komory 28 akumulatora 7, w którym cisnienie gazu jest niz¬ sze od cisnienia gazu w akumulatorze 6. Pod dziala¬ niem sily sprezyny 24 oraz sily wynikajacej z róz- io nicy cisnien w komorze 22 i komorze 23 bijak poru¬ sza sie w kierunku zerdzi wiertniczej 38. Ruch bija¬ ka jest przyspieszony na skutek dzialania sily spre¬ zyny 24 i akumulatora 6."Na koncu skoku nastepuje udrzenie bijaka 2 w zerdz 38, po czym, po otwarciu 15 kurków 5 i 25 i zamknieciu kurków 4 i 26 cykl za¬ czyna sie powtarzac. Ruch obrotowy walka 33 jest wykorzystany do obracania zerdzi wiertniczej 38, co nastepuje poprzez kola zebate 35 i 36 oraz tu¬ leje prowadnicza 3.7. 20 Schemat dzialania wiertarki udarowej wedlug wynalazku moze sie róznic od przedstawionego na fig. 2 tym, ze kurki sterujace 4 i 5 oraz komora 23 moga byc calkowicie wyeliminowane. Wówczas, w ruchu jalowym ciecz dostarczalaby energie ma- 25 gazynowana w sprezynie 24, a w ruchu roboczym pracowalaby sama sprezyna 24.Przykladowe rozwiazanie konstrukcyjne hydrau¬ licznego urzadzenia udarowego wedlug Wynalazku pracujacej jako wiertarka udarowa przedstawiaja 30 fig. 6, 7; 8 i 9. W wykonaniu wiertarki kanaly wlo¬ towe 19 przecinaja sie z wylotowymi 20, dzieki czemu do sterowania ruchu bijaka wystarcza je¬ den trzpien kurka z odpowiednio wykonanymi w nim szczelinami (fig. 7), który wraz z napedza- 35 jacym go walkiem stanowi jedna calosc 4.Kanaly wlotowe i wylotowe poprowadzone sa stycznie do scian bocznych zarówno komór 22 i 23 bijaka 2 jalc i komór 27 i 28 akumulatorów 6 i 7.Dlugosc tych kanalów równa sie dlugosci komór 40 bijaka, dzieki czemu ciecz doplywa do komory, wzglednie odplywa z niej na calej jej dlugosci.Dzieki takiemu poprowadzeniu kanalów ciecz za¬ chowuje staly kierunek ruchu jak i w, przyblize¬ niu stala predkosc tak w komorach bijaka jak 45 i w komorach akumulatorów bez wzgledn na dzia¬ lanie kurka sterujacego, tzn. bez wzgledu na to, czy ciecz do danef komory wplywa, czy wyplywa z niej. Kierunek ten oznaczaja strzalki a. Ruchem przerywanym porusza sie jedynie bardzo krótki 50 slup cieczy zawarty w kanalach laczacych poszcze¬ gólne komory.Bijak 2 w komorach 22 i 23 jest uksztaltowany jako tlok róznicowy. Dzieki kilkunastokrotnie wyz¬ szemu cisnieniu cieczy w porównaniu do powietrza 55 sprezonego w wiertarkach pneumatycznych pier¬ scieniowa powierzchnia czynna bijaka moze byc tylez krotnie razy mniejsza od. powierzchni czynnej bijaków stosowanych w wiertarkach pneumatycz¬ nych. Zatem róznica srednic bijaka w danej komo- 60 rze jest odpowiednio do tego równiez mala. Celem zmniejszenia do minimum oporów ruchu bijaka po¬ wierzchnie walcowe bijaka w danej komorze lacza sie ze soba powierzchnia stozkowa o odpowiednio dobranym kacie wierzcholkowym. Przejscia miedzy 65 poszczególnymi powierzchniami stanowia lagodne55703 '7 luki. Tego rodzaju uksztaltowanie bijaka pozwala na osiagniecie równiez innego pozadanego efektu.Jest nim automatyczne ograniczenie skoku bija¬ ka. Mianowicie po przejsciu czesci bijaka o wie¬ kszej srednicy pozav scianke 39 dzielaca komory 22 i 23 cisnienie w komorach wyrównuje sie i za¬ czyna dzialac sila hamujaca ruch bijaka pochodza¬ ca od sprezyny 24. Scianka dzialowa 39 przylega scisle do bijaka, zapewniajac szczelne zamkniecie komór, a luzno jest usytuowane wzgledem obudo¬ wy 1. Natomiast do obudowy scisle przylegaja plytki 51, które z kolei sa luzne w stosunku do bija¬ ka. Szczelnosc miedzy scianka 39, a plytkami 51 osiagnieto przez odpowiedni docisk plytek do scianki.Srednice wewnetrzne komór bijaka sa odpowie¬ dnio wieksze od srednicy bijaka w tych komorach, mianowicie o tyle, zeby ruch wirowy cieczy w ko¬ morach odbywal sie przy stosunkowo malych opo¬ rach. Celem takiego rozwiazania jest równiez zmniejszenie do minimum oporów na drodze cie¬ czy doplywajacej do powierzchni czynnej bijaka, bowiem w tym przypadku ruch osiowy bijaka wy¬ woluje tylko nieznaczne przesuniecia osiowe cza¬ steczek cieczy. Ruchj' czasteczek cieczy wywolane ruchami bijaka sa zasadniczo promieniowe, a ich amplituda równa polowie róznicy srednic bijaka w komorach jest kilkadziesiatkrotnie mniejsza od skoku bijaka. Zatem ciecz doplywa do powierzchni czynnej bijaka na calej powierzchni walcowej ko¬ mory.Jako element magazynujacy energie oznaczony na schemacie symbolicznie w postaci sprezyny spi- ' ralnej 24 zostal zastosowany akumulator hydrau¬ liczny gazowy przeponowy 40 tego samego typu co akumulatory 6 i 7 jedynie o innym ksztalcie. Gaz sprezony mieszczacy sie w akumulatorze dziala na bijak za posrednictwem cieczy wypelniajacej komore 41. Ciecz w komorze podlega zmianom cisnienia o duzej czestotliwosci. Celem niedopusz¬ czenia do grzania sie cieczy zamknietej w komo¬ rze 41 nastepuje stala jej wymiana. W trzpieniu 4 kurka sterujacego oraz w obudowie 1 poprowa¬ dzone sa kanaly tego rodzaju, ze przy koncu ruchu jalowego bijaka do komory 41 zostaje wstrzyknie¬ ta pewna ilosc cieczy z komory akumulatora 6 podnoszac przy tym cisnienie w komorze 41.Natomiast przy koncu ruchu roboczego bijaka nadmiar cieczy w komorze 41 zostaje odprowadzo¬ ny do komory 28 akumulatora 7, a stad do wylotu.Do tego celu sluza kanaly 42, 43, 44, 45, 46 i 47 (fig. 6 i 9). W przedstawionym rozwiazaniu zasto¬ sowano przekladnie zebata, w której wieksze ko¬ lo 36 posiada uzebienie wewnetrzne a jego piasta stanowi prowadnice zerdzi wiertniczej 38.Szczególem nie uwidocznionym na schemacie jest doprowadzenie do zerdzi wody pluczkowej 48.Fig. 8 przedstawia przekrój odmiany wykonania wiertarki wedlug linii C—C na fig. 6, w której ka¬ naly wlotowe 19 i wylotowe 20 nie przecinaja sie.W tym przypadku akumulatory 6 i 7 sa umieszczo¬ ne wewnatrz trzpieni kurków 4 i 5, wnetrzem któ¬ rych równiez plynie ciecz do komór bijaka. Kana¬ ly 49 i 50 w obudowie 1 sluza do odciazenia kur¬ ków sterujacych. PL