RU156214U1 - Пневматический ударный механизм - Google Patents

Abstract

1. Пневматический ударный механизм, включающий корпус, в котором расположены муфта с магистральным каналом, сообщенным с магистральной полостью корпуса, распределительная гильза с наружными пазами и расточкой, ступенчатый ударник с центральным выхлопным каналом, впускным каналом на его меньшей ступени и дроссельными каналами на его большей ступени, образующий с корпусом камеру сетевого давления и камеру холостого хода, а с распределительной гильзой - камеру рабочего хода, шток с большей и меньшей ступенями с осевым и радиальными каналами, питающе-разрядный клапан в виде стакана с центральным отверстием в его дне, установленный на большей и меньшей ступенях штока с образованием между ними заклапанной полости, при этом питающе-разрядный клапан имеет снаружи заднюю торцевую площадку, расположенную в магистральной полости корпуса, и внутреннюю торцевую площадку, расположенную на дне стакана в заклапанной полости, которая сообщена через указанные радиальные каналы штока с его осевым каналом, а между меньшей ступенью штока и указанным клапаном выполнен кольцевой канал для периодического сообщения заклапанной полости с камерой рабочего хода при холостом ходе ступенчатого ударника, при этом в стенке передней части штока выполнены командные каналы для периодического сообщения его осевого канала с камерой рабочего хода до открытия выхлопа из неё ступенчатым ударником при рабочем ходе и для периодического сообщения осевого канала штока с центральным выхлопным каналом ступенчатого ударника через расточку, выполненную в центральном выхлопном канале ступенчатого ударника, отличающийся тем, что в меньшей сту�

Description

Техническое решение относится к горному делу и строительству, а именно к буровой технике, и может найти применение при бурении скважин ударно-вращательным способом.

Известен погружной пневмоударник для бурения скважин по а.с. СССР №184195, E21b, E21C, опубл. в БИ №15, 1966 г., включающий цилиндр, поршень и клапанное воздухораспределительное устройство с центральным трубчатым штоком-золотником, входящим в отверстие поршня и осуществляющим подачу энергоносителя в камеру обратного хода через указанное отверстие и сообщающиеся с ним радиальные каналы, при этом в штоке-золотнике выполнен командный канал, поочередно сообщающий заклапанное пространство с рабочими камерами пневмоударника и обеспечивающий работу клапана только для питания камеры прямого хода.

Недостатком этого устройства является то, что командный канал, поочередно сообщающий заклапанное пространство с рабочими камерами пневмоударника, выполнен продольно в стенке центрального трубчатого штока-золотника. Такое исполнение увеличивает наружный диаметр центрального трубчатого штока-золотника, входящего в отверстие поршня, что уменьшает прочность поршня, в котором к тому же выполнены радиальные каналы.

Другим недостатком этого устройства является то, что отработанный энергоноситель из его рабочих камер удаляется через отверстия в цилиндре в окружающее пространство буровой скважины. При таком исполнении шлам из скважины может проникать через отверстия в цилиндре в рабочие камеры, что снижает надежность его работы.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков к предлагаемому техническому решению является погружной пневмоударник по патенту РФ №2549649, кл. E21B 4/14, опубл. в БИ №12, 2015 г., включающий корпус, в котором установлены муфта с магистральным каналом, сообщенным с магистральной полостью корпуса, распределительная гильза с наружными пазами и расточкой, ступенчатый ударник с центральным выхлопным каналом, впускным каналом на его меньшей ступени и дроссельными каналами на его большей ступени, образующий с корпусом камеру сетевого давления и камеру холостого хода, а с распределительной гильзой - камеру рабочего хода, шток с большей и меньшей ступенями, с осевым и радиальными каналами, питающе-разрядный клапан в виде стакана с центральным отверстием в его дне, установленный на большей и меньшей ступенях штока с образованием между ними заклапанной полости. Питающе-разрядный клапан имеет снаружи заднюю торцевую площадку, расположенную в магистральной полости корпуса, и внутреннюю торцевую площадку, расположенную на дне стакана в заклапанной полости, которая сообщена через указанные радиальные каналы штока с его осевым каналом, а между меньшей ступенью штока и указанным клапаном выполнен кольцевой канал для периодического сообщения заклапанной полости с камерой рабочего хода при холостом ходе ступенчатого ударника. При этом в стенке передней части штока выполнены командные каналы для периодического сообщения его осевого канала с камерой рабочего хода до открытия выхлопа из нее ступенчатым ударником при рабочем ходе и для периодического сообщения осевого канала штока с центральным выхлопным каналом ступенчатого ударника через расточку, выполненную в центральном выхлопном канале ступенчатого ударника.

Главным недостатком этого устройства является то, что при холостом ходе ступенчатого ударника, после перекрытия командных каналов штока цилиндрической поверхностью ступенчатого ударника в центральном выхлопном канале, дополнительный выхлоп через разрядный тракт из камеры рабочего хода не происходит до сообщения командных каналов штока с расточкой в центральном выхлопном канале ступенчатого ударника.

Такое исполнение создает противодавление в камере рабочего хода, уменьшает ход ступенчатого ударника при холостом ходе и, как следствие, снижает энергию удара.

Техническая задача - повышение энергии удара за счет увеличения хода ступенчатого ударника при его холостом ходе посредством улучшения выхлопа из камеры рабочего хода.

Поставленная задача решается тем, что в пневматическом ударном механизме, включающем корпус, в котором расположены муфта с магистральным каналом, сообщенным с магистральной полостью корпуса, распределительная гильза с наружными пазами и расточкой, ступенчатый ударник с центральным выхлопным каналом, впускным каналом на его меньшей ступени и дроссельными каналами на его большей ступени, образующий с корпусом камеру сетевого давления и камеру холостого хода, а с распределительной гильзой - камеру рабочего хода, шток с большей и меньшей ступенями с осевым и радиальными каналами, питающе-разрядный клапан в виде стакана с центральным отверстием в его дне, установленный на большей и меньшей ступенях штока с образованием между ними заклапанной полости, при этом питающе-разрядный клапан имеет снаружи заднюю торцевую площадку, расположенную в магистральной полости корпуса, и внутреннюю торцевую площадку, расположенную на дне стакана в заклапанной полости, которая сообщена через указанные радиальные каналы штока с его осевым каналом, а между меньшей ступенью штока и указанным клапаном выполнен кольцевой канал для периодического сообщения заклапанной полости с камерой рабочего хода при холостом ходе ступенчатого ударника, при этом в стенке передней части штока выполнены командные каналы для периодического сообщения его осевого канала с камерой рабочего хода до открытия выхлопа из нее ступенчатым ударником при рабочем ходе и для периодического сообщения осевого канала штока с центральным выхлопным каналом ступенчатого ударника через расточку, выполненную в центральном выхлопном канале ступенчатого ударника, согласно техническому решению в меньшей ступени штока с его переднего торца выполнен калиброванный профилированный канал для сообщения осевого канала штока с центральным выхлопным каналом в ступенчатом ударнике, при этом проходное сечение указанного калиброванного профилированного канала выполнено по меньшей мере в 2 раза меньшим, чем суммарное проходное сечение командных каналов штока.

Указанная совокупность признаков позволяет улучшить выхлоп из камеры рабочего хода при холостом ходе ступенчатого ударника через разрядный тракт за счет образования прямоточного скоростного потока из осевого канала штока через калиброванный профилированный канал, что увеличивает ход ступенчатого ударника при его холостом ходе и, как следствие, повышает энергию удара. Выполнение при этом проходного сечения указанного калиброванного профилированного канала по меньшей мере в 2 раза меньшим, чем суммарное проходное сечение командных каналов штока, обеспечивает периодическое наполнение заклапанной полости энергоносителем из камеры рабочего хода через командные каналы, осевой канал и радиальные каналы в штоке, что увеличивает суммарную результирующую силу, действующую на дно стакана для перекидки указанного клапана и прекращения впуска энергоносителя в камеру рабочего хода до открытия основного выхлопа из нее.

Целесообразно указанный калиброванный профилированный канал выполнить в форме сопла Лаваля. Такое исполнение обеспечивает режим истечения потока энергоносителя из осевого канала штока с М-числом >1, что позволяет создать за счет кинетической энергии прямоточного потока эжекторный струйный отсос отработанного энергоносителя из камеры рабочего хода в период основного выхлопа из нее. Такое исполнение снижает давление в центральном выхлопном канале ступенчатого ударника, улучшает выхлоп энергоносителя из камеры рабочего хода и, как следствие, повышает энергию удара.

Целесообразно командные каналы на штоке выполнить в поперечном сечении в виде овала, который расположен наибольшим размером по длине штока. Такое исполнение увеличивает суммарное проходное сечение командных каналов, и, соответственно увеличивает объем проходящего энергоносителя, что улучшает выхлоп из камеры рабочего хода и, как следствие, повышает энергию удара.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения пневматического ударного механизма и чертежом, где показан продольный разрез пневматического ударного механизма в статическом состоянии.

Пневматический ударный механизм (далее - механизм) включает корпус 1, в котором расположены муфта 2 с магистральным каналом (поз. не обозначен), сообщенным с магистральным каналом 3 корпуса 1, распределительная гильза 4 с наружными пазами 5 (далее - пазы 5) и расточкой 6.

В корпусе 1 и распределительной гильзе 4 также установлен ступенчатый ударник 7 с центральным выхлопным каналом 8, впускным каналом 9, выполненным в виде продольных пазов на его меньшей ступени 10, и дроссельными каналами 11 на его большей ступени. Ступенчатый ударник 7 образует с корпусом 1 камеру 12 сетевого давления и камеру 13 холостого хода, а с распределительной гильзой 4 - камеру 14 рабочего хода. В корпусе 1 размещены шток 15 с большей и меньшей ступенями, с осевым каналом 16 и радиальными каналами 17, питающе-разрядный клапан 18 в виде стакана с центральным отверстием 19 в его дне, установленный на большей и меньшей ступенях штока 15 с образованием между ними заклапанной полости 20, которая сообщена через радиальные каналы 17 с осевым каналом 16 штока 15. При этом питающе-разрядный клапан 18 имеет снаружи заднюю торцевую площадку 21, расположенную в магистральной полости 3 корпуса 1, и внутреннюю торцевую площадку 22, расположенную на дне стакана в заклапанной полости 20. Между меньшей ступенью штока 15 и указанным клапаном 18 выполнен кольцевой канал 23 для периодического сообщения заклапанной полости 20 с камерой 14 рабочего хода при холостом ходе ступенчатого ударника 7. В стенке передней части штока 15 выполнены радиально командные каналы 24, которые в поперечном сечении имеют вид овала и расположены наибольшим размером овала по длине штока 15. Командные каналы 24 предназначены для периодического сообщения осевого канала 16 штока 15 с камерой 14 рабочего хода до открытия выхлопа из нее ступенчатым ударником 7 при рабочем ходе и для периодического сообщения осевого канала 16 с центральным выхлопным каналом 8 ступенчатого ударника 7 через его расточку 25 при холостом ходе ступенчатого ударника 7.

Дроссельные каналы 11 на большей ступени ударника 7 выполнены глухими, а в корпусе 1 сделана расточка 26 для периодического сообщения дроссельных каналов 11 с камерой 13 холостого хода. По наружной поверхности штока 15 с его переднего торца до командных каналов 24 выполнен усеченный конус 27, обращенный меньшим диаметром к центральному выхлопному каналу 8 ступенчатого ударника 7. Камера 12 сетевого давления соединена с магистральной полостью 3 через радиальные окна 28 и пазы 5 распределительной гильзы 4.

Камера 14 рабочего хода периодически сообщена с магистральной полостью 3 корпуса 1 через каналы 29, торцевую выборку 30, выполненные в распределительной гильзе 4, и торцевой зазор (поз. не обозначен) между торцем питающе-разрядного клапана 18 и распределительной гильзой 4, образованный ходом указанного клапана 18. На штоке 15 установлен подпружиненный обратный клапан 31 для перекрытия магистрального канала в муфте 2 при неработающем пневмоударнике. В корпусе 1 установлен буровой инструмент 32 с каналом 33, в котором закреплена выхлопная трубка 34, установленная в центральном выхлопном канале 8 ступенчатого ударника 7 для выхлопа из камеры 13 холостого хода. В меньшей ступени штока 15 с его переднего торца выполнен калиброванный профилированный канал 35 для сообщения осевого канала 16 штока 15 с центральным выхлопным каналом 8 ступенчатого ударника 7, при этом проходное сечение указанного калиброванного профилированного канала 35 выполнено по меньшей мере в 2 раза меньшим, чем суммарное проходное сечение командных каналов 24 штока 15. Между дном стакана питающе-разрядного клапана 18 и торцевой поверхностью ступени штока 15 образован зазор 36, который обеспечивает ход указанного клапана 18.

Механизм работает следующим образом.

При подаче энергоносителя в механизм подпружиненный обратный клапан 31 перемещается до упора в шток 15 и энергоноситель через магистральный канал в муфте 2 поступает в магистральную полость 3 корпуса 1. Далее энергоноситель через пазы 5 и радиальные окна 28 распределительной гильзы 4 поступает в камеру 12 сетевого давления и через дроссельные каналы 11 ступенчатого ударника 7, через расточку 26 в корпусе 1 - в камеру 13 холостого хода. Ступенчатый ударник 7 совершает холостой ход. После перемещения ступенчатого ударника 7 дроссельные каналы 11, выполненные глухими, смещаются от расточки 26, и подача энергоносителя в камеру 13 холостого хода прекращается. При этом на некотором пути ступенчатого ударника 7 энергоноситель в камере 13 холостого хода работает с расширением, обеспечивая увеличение скорости движения ступенчатого ударника 7. Энергоноситель из камеры 14 рабочего хода до перекрытия центрального выхлопного канала 8 ступенчатого ударника 7 торцем штока 15 выхлапывается в атмосферу через указанный канал 8, выхлопную трубку 34 и канал 33 в буровом инструменте 32. Перекрытие центрального канала 8 штоком 15 происходит надежно за счет выполнения с переднего торца штока 15 до командных каналов 24 усеченного конуса 27, меньшим диаметром обращенного к центральному выхлопному каналу 8 ступенчатого ударника 7. При холостом ходе ступенчатого ударника 7 его цилиндрическая поверхность в центральном выхлопном канале 8 перекрывает командные каналы 24, но в отличие от прототипа, дополнительный выхлоп из камеры 14 рабочего хода через разрядный тракт полностью не перекрывается за счет того, что в меньшей ступени штока 15 с его переднего торца выполнен калиброванный профилированный канал 35 для сообщения осевого канала 16 штока 15 с центральным выхлопным каналом 8 в ступенчатом ударнике 7. Кроме осевого канала 16, разрядный тракт для камеры 14 рабочего хода включает каналы 17 штока 15, заклапанную полость 20, торцевой зазор 36, образованный ходом указанного клапана 18 после перекрытия впуска энергоносителя в камеру 14 рабочего хода. Еще разрядный тракт включает кольцевой канал 23 для периодического сообщения заклапанной полости 20 с камерой 14 рабочего хода при холостом ходе ступенчатого ударника 7, образованный между центральным отверстием 19 питающе-разрядного клапана 18 и штоком 15, торцевую выборку 30 и каналы 29 в распределительной гильзе 4.

Такое исполнение повышает энергию удара за счет увеличения хода ступенчатого ударника 7 при холостом ходе посредством улучшения выхлопа энергоносителя из камеры 14 рабочего хода.

При холостом ходе ступенчатого ударника 7 выхлопная трубка 34 выходит из центрального выхлопного канала 8, и камера 13 холостого хода соединяется с атмосферой через канал 33 бурового инструмента 32. Из камеры 13 холостого хода происходит выхлоп отработанного энергоносителя.

Ступенчатый ударник 7 продолжает холостой ход за счет набранной кинетической энергии, преодолевая противодавление со стороны камеры 12 сетевого давления. Впускной канал 9 на меньшей ступени ударника 7 входит в зону расточки 6 распределительной гильзы 4, и камера 14 рабочего хода наполняется энергоносителем. Давление энергоносителя, поступающего через впускной канал 9 в камеру 14 рабочего хода, передается через каналы 29 и торцевую выборку 30 гильзы 4 на всю площадь переднего торца питающе-разрядного клапана 18. Так как заклапанная полость 20 с внутренней торцевой площадкой 22, расположенной на дне указанного клапана 18, находится в этот период цикла под атмосферным давлением за счет ее сообщения с расточкой 25 в центральном выхлопном канале 8 ступенчатого ударника 7 через радиальные каналы 17, осевой канал 16, командные каналы 24 в штоке 15, то питающе-разрядный клапан 18 перекидывается, перекрывая торцевой зазор 36 из положения «разрядки» в положение «питание» камеры 14 рабочего хода из магистральной полости 3 через образуемый передний торцевой зазор между торцем указанного клапана 18 и распределительной гильзой 4. Поэтому давление в камере 14 рабочего хода возрастает до магистрального значения. Ступенчатый ударник 7 затормаживается и начинает рабочий ход. При движении ступенчатого ударника 7 относительно штока 15 в конце рабочего хода командные каналы 24 открываются в камеру 14 рабочего хода, которая продолжает питаться указанным клапаном 18 из магистральной полости 3. Через командные каналы 24, осевой канал 16 и калиброванный профилированный канал 35 штока 15 начинается выхлоп из камеры 14 рабочего хода. Так как проходное сечение калиброванного профилированного канала 35 выполненно существенно меньшим, чем суммарное проходное сечение командных каналов 24, то одновременно заклапанная полость 20 заполняется энергоносителем через осевой канал 16 и распределеительные каналы 17. Питающе-разрядный клапан 18 имеет снаружи заднюю торцевую площадку 21, расположенную в магистральной полости 3 корпуса 1 под более высоким давлением, чем давление энергоносителя в камере 14 рабочего хода, а внутренняя торцевая площадка 22 расположена на дне стакана указанного клапана 18 в заклапанной полости 20, которая заполняется энергоносителем из камеры 14 рабочего хода. Поэтому суммарная результирующая сила, действующая на указанный клапан 18 для его перекидки, существенно возрастает и до начала основного выхлопа из камеры 14 рабочего хода указанный клапан 18 перекидывается в переднее положение, перекрывая питание камеры 14 рабочего хода и открывает зазор 36, необходимый для разрядки камеры 14 рабочего хода через заклапанную полость 20, радиальные каналы 17, осевой канал 16 и калиброванный профилированный канал 35 в штоке 15. Указанный канал 35 целесообразно выполнить с профилем, например в виде конфузора. Такое исполнение увеличивает скорость прямоточного потока энергоносителя и при открытии основного выхлопа из камеры 14 рабочего хода за счет выхода переднего торца штока 15 из центрального выхлопного канала 8 ступенчатого ударника 7 улучшается выхлоп за счет эжекторного понижения давления в центральном выхлопном канале 8 ступенчатого ударника 7.

Целесообразно калиброванный профилированный канал 35 выполнить в форме сопла Лаваля. Такое исполнение позволяет создать режим истечения прямоточного потока энергоносителя из осевого канала штока 15 с М-числом >1, что увеличивает кинетическую энергию прямоточного потока и его влияние на основной выхлоп из камеры 14 рабочего хода. Такое исполнение улучшает выхлоп отработанного энергоносителя из камеры 14 рабочего хода, обеспечивает увеличение обратного хода ступенчатого ударника 7 и, как следствие, повышает энергию удара.

Целесообразно командные каналы 24 на штоке 15 выполнить в поперечном сечении в виде овала, который расположен наибольшим размером по длине штока 15. Увеличение проходного сечения командных каналов 24 позволяет также увеличить проходное сечение калиброванного профилированного канала 35, что улучшает выхлоп из камеры 14 рабочего хода, увеличивает ход ступенчатого ударника 7 и, как следствие, повышает энергию удара.

В конце рабочего хода ступенчатый ударник 7 наносит удар по буровому инструменту 32, и цикл повторяется.

Claims (3)

1. Пневматический ударный механизм, включающий корпус, в котором расположены муфта с магистральным каналом, сообщенным с магистральной полостью корпуса, распределительная гильза с наружными пазами и расточкой, ступенчатый ударник с центральным выхлопным каналом, впускным каналом на его меньшей ступени и дроссельными каналами на его большей ступени, образующий с корпусом камеру сетевого давления и камеру холостого хода, а с распределительной гильзой - камеру рабочего хода, шток с большей и меньшей ступенями с осевым и радиальными каналами, питающе-разрядный клапан в виде стакана с центральным отверстием в его дне, установленный на большей и меньшей ступенях штока с образованием между ними заклапанной полости, при этом питающе-разрядный клапан имеет снаружи заднюю торцевую площадку, расположенную в магистральной полости корпуса, и внутреннюю торцевую площадку, расположенную на дне стакана в заклапанной полости, которая сообщена через указанные радиальные каналы штока с его осевым каналом, а между меньшей ступенью штока и указанным клапаном выполнен кольцевой канал для периодического сообщения заклапанной полости с камерой рабочего хода при холостом ходе ступенчатого ударника, при этом в стенке передней части штока выполнены командные каналы для периодического сообщения его осевого канала с камерой рабочего хода до открытия выхлопа из неё ступенчатым ударником при рабочем ходе и для периодического сообщения осевого канала штока с центральным выхлопным каналом ступенчатого ударника через расточку, выполненную в центральном выхлопном канале ступенчатого ударника, отличающийся тем, что в меньшей ступени штока с его переднего торца выполнен калиброванный профилированный канал для сообщения осевого канала штока с центральным выхлопным каналом в ступенчатом ударнике, при этом проходное сечение указанного калиброванного профилированного канала выполнено, по меньшей мере в 2 раза меньшим, чем суммарное проходное сечение командных каналов штока.

2. Погружной пневмоударник по п. 1, отличающийся тем, что указанный калиброванный профилированный канал выполнен в форме сопла Лаваля.

3. Погружной пневмоударник по п. 1, отличающийся тем, что командные каналы на штоке выполнены в поперечном сечении в виде овала, который расположен наибольшим размером по длине штока.

Images