RU2161225C1

RU2161225C1 - Air impact device

Info

Publication number: RU2161225C1
Application number: RU99112966A
Authority: RU
Inventors: Н.П. Чепурной; Х.Б. Ткач; Б.Н. Смоляницкий
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1999-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: construction; making holes in earth at trenchless laying of underground service lines. SUBSTANCE: air impact device has housing accommodating striker with through longitudinal channel and ring bores made over its length, striker being installed for axial displacement in housing. Device has also stepped branch pipe whose larger and smaller steps are arranged in ring bores of striker and central hole accommodating a bridge dividing the channel into two parts and ports in its side wall at both sides of bridge, nut with ports to discharge compressed air, flexible bushing locate between nut and branch pipe for fastening the latter, and hose for delivery of compressed air secured in rear part of stepped branch pipe. According to invention, nut is provided with groove and additional ports found in front part of groove. EFFECT: improved reliability of device owing to prevention of overlapping of ports in nut and bushing which provides required discharge of compressed air into atmosphere. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области строительной техники и предназначено преимущественно для пробивания скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций. The invention relates to the field of construction equipment and is intended primarily for punching wells in the ground with trenchless laying of underground utilities.

Известно устройство для пробивания скважин в грунте по авт. свид. N 227198, E 02 F; F 06 L, опубл. в БИ N 29 за 1968 г., содержащее корпус, ударник, наковальню, воздухораспределительный механизм, установленный неподвижно в задней части корпуса, цилиндрический патрубок с центральным воздухораспределительным каналом, входящий в имеющую сквозные окна внутреннюю полость ударника, выполненного с наружной полой гильзой и расположенным в ней стержнем, цилиндрическая часть которого установлена с зазором, а хвостовая коническая часть жестко соединена с гильзой. A device for punching wells in the soil according to ed. testimonial. N, 227198; E 02 F; F 06 L, publ. in BI N 29 for 1968, containing a housing, a striker, an anvil, an air distribution mechanism mounted motionless in the rear of the body, a cylindrical pipe with a central air distribution channel, which is included in the internal cavity of the projectile having through holes with an external hollow sleeve and located in her rod, the cylindrical part of which is installed with a gap, and the tail conical part is rigidly connected to the sleeve.

Недостатком этого устройства является низкая ударная мощность, так как при движении ударника происходит сжатие воздуха в рабочей камере, находящейся впереди ударника, что оказывает сопротивление его движению, приводящее к уменьшению кинетической энергии, следствием чего является снижение энергии удара. Наличие в ударнике сквозных окон снижает прочность, что, в конечном счете, приводит к снижению надежности и долговечности устройства. The disadvantage of this device is its low impact power, since when the projectile moves, air is compressed in the working chamber located in front of the projectile, which resists its movement, leading to a decrease in kinetic energy, which results in a decrease in impact energy. The presence of through windows in the drummer reduces strength, which ultimately leads to a decrease in the reliability and durability of the device.

Известно также устройство ударного действия для пробивания скважин по авт. свид. N 238424, E 02 F, E 21 B, опубл. в БИ N 9 за 1969 г., включающее корпус, ударник, наковальню, воздухораспределительный механизм, установленный неподвижно в задней части корпуса, цилиндрический патрубок с центральным воздухораспределительным каналом, входящий в имеющую сквозные окна внутреннюю полость ударника, выполненного с наружной полой гильзой и расположенным в нем стержнем, цилиндрическая часть которого установлена с зазором, а хвостовая коническая часть жестко соединена с гильзой, при этом цилиндрический патрубок выполнен составным с фланцем и подвижно насаженной на один из его концов втулкой с ограниченным упором. Also known percussion device for punching wells by ed. testimonial. N 238424, E 02 F, E 21 B, publ. in BI N 9 for 1969, including a housing, a striker, an anvil, an air distribution mechanism mounted motionless in the rear part of the body, a cylindrical pipe with a central air distribution channel that enters the internal cavity of the projectile having through holes and made with an external hollow sleeve and located in a rod, the cylindrical part of which is installed with a gap, and the tail conical part is rigidly connected to the sleeve, while the cylindrical pipe is made integral with the flange and movably mounted on one of its ends with a bushing with a limited emphasis.

Такое конструктивное исполнение устройства, обеспечивая ему реверсивность хода, имеет низкую ударную мощность, так как при движении ударника происходит сжатие воздуха в рабочей камере. Наличие окна в боковой стенке ударника способствует возникновению концентраторов напряжения и, как следствие, снижает долговечность работы ударного устройства в целом. Such a design of the device, providing it with a reversible stroke, has low impact power, since when the hammer moves, air is compressed in the working chamber. The presence of a window in the side wall of the striker contributes to the emergence of stress concentrators and, as a result, reduces the durability of the shock device as a whole.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для образования скважин в грунте по авт. свид. СССР N 1788159, E 02 F 5/18, опубл. в БИ N 2, 1993 г., содержащее цилиндрический полый корпус, установленный в его внутренней полости с возможностью продольного перемещения ударник, ступенчатый патрубок, и шланг для подвода сжатого воздуха. Ступенчатый патрубок имеет центральный канал с разделяющей его на две части перемычкой и с расположенными в его боковой стенке по обе стороны от перемычки окнами. Шланг для подвода сжатого воздуха закреплен на хвостовой части патрубка. На хвостовой части корпуса размещена гайка с каналами для выхлопа воздуха. Устройство снабжено втулкой, которая выполнена с проточкой в ее средней части и с расположенными по концам проточки двумя рядами окон, корпус выполнен с последовательно расположенными по его длине двумя кольцевыми расточками. The closest in technical essence and the achieved result is a device for the formation of wells in the soil according to ed. testimonial. USSR N 1788159, E 02 F 5/18, publ. in BI N 2, 1993, containing a cylindrical hollow body mounted in its inner cavity with the possibility of longitudinal movement of the striker, a stepped pipe, and a hose for supplying compressed air. The stepped pipe has a central channel with a jumper dividing it into two parts and with windows located on its side wall on either side of the jumper. A hose for supplying compressed air is mounted on the tail of the nozzle. A nut with channels for air exhaust is placed on the rear of the housing. The device is equipped with a sleeve, which is made with a groove in its middle part and with two rows of windows located at the ends of the groove, the body is made with two annular bores sequentially located along its length.

Ударник выполнен со сквозным осевым каналом и с расположенными в хвостовой части ударника соосно осевому каналу расточками для размещения большей и меньшей ступеней патрубка. Втулка размещена в примыкающей к хвостовой части корпуса кольцевой расточке. Длина расточки для размещения большей ступени патрубка в ударнике вдоль продольной оси устройства превышает длину большей ступени патрубка по той же оси. Каналы для выхлопа воздуха в гайке сообщены с расположенным со стороны хвостовой части корпуса рядом окон во втулке. The drummer is made with a through axial channel and with bores located in the rear of the drummer coaxially with the axial channel to accommodate the larger and smaller stages of the nozzle. The sleeve is placed in the ring bore adjacent to the tail of the housing. The length of the bore to accommodate a larger stage of the pipe in the hammer along the longitudinal axis of the device exceeds the length of the larger stage of the pipe along the same axis. The air exhaust ducts in the nut are in communication with a number of windows in the sleeve located on the rear of the housing.

Недостатком рассматриваемого устройства является сложность совмещения окон втулки и гайки, которое необходимо для обеспечения полного выхлопа воздуха. Кроме того, при работе в ударном режиме возможен самопроизвольный разворот одного окна относительно другого, при котором ухудшается выхлоп сжатого воздуха из-за перекрытия окон, что, в конечном счете, уменьшает энергию удара. Самопроизвольный разворот окон не только усложняет сборку устройства, но он возможен и при работе устройства. Вторым недостатком является то, что гайка одновременно упирается в задние торцы корпуса и втулки. Так как практически выдержать точные линейные размеры деталей можно в диапазоне допусков, то одна из этих деталей будет не зафиксирована, а в процессе работы это способствует разворачиванию окон втулки относительно каналов гайки, что ухудшает выхлоп сжатого воздуха из рабочих камер, а это, в свою очередь, ухудшает надежность работы устройства, так как происходит неполное опорожнение рабочей камеры. The disadvantage of this device is the difficulty of combining the windows of the sleeve and nut, which is necessary to ensure complete exhaust of air. In addition, when operating in shock mode, a spontaneous turn of one window relative to another is possible, in which the exhaust of compressed air deteriorates due to the overlap of the windows, which ultimately reduces the impact energy. Spontaneous window reversal not only complicates the assembly of the device, but it is also possible during the operation of the device. The second disadvantage is that the nut simultaneously abuts against the rear ends of the housing and bushings. Since it is possible to maintain the exact linear dimensions of the parts in the tolerance range, one of these parts will not be fixed, and during operation this helps to expand the sleeve windows relative to the nut channels, which impairs the exhaust of compressed air from the working chambers, and this, in turn, , degrades the reliability of the device, as there is incomplete emptying of the working chamber.

Технической задачей, решаемой в предлагаемом ударном пневматическом устройстве, является повышение надежности работы за счет исключения возможности перекрытия окон гайки и втулки, что обеспечивает необходимый выхлоп сжатого воздуха в атмосферу. The technical problem to be solved in the proposed pneumatic impact device is to increase the reliability by eliminating the possibility of overlapping the windows of the nut and the sleeve, which provides the necessary exhaust of compressed air into the atmosphere.

Это достигается за счет того, что в ударном пневматическом устройстве, содержащем корпус, установленный в нем с возможностью осевого перемещения ударник со сквозным продольным каналом и кольцевыми расточками, расположенными по его длине, ступенчатый патрубок, большая и меньшая ступени которого размещены в кольцевых расточках ударника, с центральным каналом, в котором расположена разделяющая его на две части перемычка и окна в его боковой стенке по обе стороны от перемычки, гайку с окнами для выхлопа сжатого воздуха, эластичную втулку, размещенную между гайкой и патрубком для закрепления последнего, шланг для подачи сжатого воздуха, закрепленный к задней части ступенчатого патрубка, согласно изобретению гайка выполнена с проточкой и дополнительными окнами, размещенными в передней части проточки. Такая конструкция исключает возможность перекрытия окон ударника для выхлопа сжатого воздуха, т.к. не требуется совмещения окон из-за отсутствия детали, размещенной над окнами, и одновременно обеспечивает фиксацию гайки по одной торцевой поверхности, что, в конечном счете, повышает надежность работы устройства. This is achieved due to the fact that in the pneumatic shock device containing a housing mounted in it with the possibility of axial movement of the drummer with a through longitudinal channel and annular bores located along its length, a stepped pipe, the larger and smaller stages of which are located in the annular bores of the striker, with a central channel in which the jumper separates it into two parts and the windows in its side wall on both sides of the jumper, a nut with windows for compressed air exhaust, an elastic sleeve, placed between the nut and the nozzle to secure the latter, a hose for compressed air supply, fixed to the rear of the stepped nozzle, according to the invention, the nut is made with a groove and additional windows located in front of the groove. This design eliminates the possibility of overlapping the windows of the drummer for the exhaust of compressed air, because the combination of windows is not required due to the lack of a part placed above the windows, and at the same time ensures the fixing of the nut on one end surface, which ultimately increases the reliability of the device.

Целесообразно гайку выполнять составной из переднего и заднего элементов, при этом окна выполнять на заднем элементе, а дополнительные окна - на переднем, причем проточку выполнять на каждом элементе. It is advisable to make the nut composite of the front and rear elements, with the windows on the rear element, and additional windows on the front, and the groove on each element.

Такое конструктивное решение устройства, обеспечивая неперекрываемость окон гайки, упрощает ее изготовление, так как элементы гайки выполнить проще, чем выполнить гайку длиной, равной длине двух этих элементов. Кроме того, оно обеспечивает радиальную подвижность одного элемента составной гайки относительно другого. Последний фактор повышает надежность работы устройства, т. к. при изгибе корпуса (в случае использования устройства для проходки скважин в грунте с неоднородными свойствами) не происходит заклинивания ударника. Such a constructive solution of the device, providing non-overlapability of the nut windows, simplifies its manufacture, since the elements of the nut are easier to perform than to make a nut with a length equal to the length of these two elements. In addition, it provides radial mobility of one element of the composite nut relative to another. The latter factor increases the reliability of the device, because when the body is bent (in the case of using the device for driving holes in the soil with heterogeneous properties), the hammer does not jam.

Целесообразно при этом передний элемент гайки выполнять с внутренним кольцевым выступом, размещенным впереди переднего торца заднего элемента гайки. Такое выполнение конструкции устройства повышает надежность работы устройства, т.к. при любом развороте одного элемента гайки относительно другого исключено перекрытие окон гайки. It is advisable to carry out the front nut element with an inner annular protrusion located in front of the front end face of the rear nut element. This embodiment of the device design increases the reliability of the device, because at any turn of one nut element relative to another, overlapping of the nut windows is excluded.

Целесообразно также гайку снабдить дополнительной эластичной втулкой, расположенной между ее элементами, и закрепить к ним. Такое конструктивное исполнение устройства обеспечивает радиальную подвижность элементов конструкции гайки за счет эластичности втулки, что повышает надежность работы устройства, особенно при использовании его при проходе скважин и неоднородном грунте. It is also advisable to provide the nut with an additional elastic sleeve located between its elements, and secure to them. Such a design of the device provides radial mobility of the structural elements of the nut due to the elasticity of the sleeve, which increases the reliability of the device, especially when used when passing wells and heterogeneous soil.

Сущность технического решения поясняется примерами конкретного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 показано ударное пневматическое устройство в продольном сечении, у которого гайка выполнена с кольцевой проточкой и окнами, размещенными на обоих концах проточки; на фиг. 2 - устройство с составной гайкой и внутренним кольцевым выступом; фиг. 3 - устройство с составной гайкой, снабженной дополнительной эластичной втулкой между ее элементами. The essence of the technical solution is illustrated by examples of specific performance and drawings, where in FIG. 1 shows a pneumatic impact device in longitudinal section, in which the nut is made with an annular groove and windows located at both ends of the groove; in FIG. 2 - a device with a compound nut and an inner annular protrusion; FIG. 3 - a device with a compound nut provided with an additional elastic sleeve between its elements.

Ударное пневматическое устройство состоит из цилиндрического корпуса 1 (фиг. 1), в котором размещен ударник 2 со ступенчатым патрубком 3. Ступени 4, 5 патрубка 3 соединены между собой эластичной втулкой 6. Патрубок 3 имеет центральный канал (поз. не обозначен), в котором расположена разделяющая его на две части перемычка 7 между размещенными в его боковой стенке окнами 8 и 9. Большая ступень 5 патрубка 3 выполнена с радиальными ребрами 10, расположенными с заднего торца большей ступени 5 патрубка 3. Стенки ударника 2 и меньшей ступени 4 патрубка 3 образуют камеру 11. В корпусе 1 выполнены по его длине кольцевые расточки: передняя 12 и задняя 13, причем в последней размещена часть гайки 14 с проточкой 14' и с двумя рядами дополнительных окон 15 и окон 16, имеющихся и в прототипе. Ударник 2 выполнен со сквозным продольным каналом 17. В устройстве имеются пневматические камеры 18, 19, 20 и 21. Для подвода сжатого воздуха имеется шланг 22. Гайка 14 (фиг. 2) может быть выполнена составной из переднего 23 и заднего 24 элементов, в которых выполнены дополнительные окна 15 и окна 16. Передний элемент 23 составной гайки 14 может быть выполнен с внутренним кольцевым выступом 25, размещенным в задней его части впереди переднего торца заднего элемента 24. При таком конструктивном исполнении переднего элемента 23 составная гайка 14 крепится распором между корпусом 1 и ее задним элементом 24. Возможно соединение переднего 23 и заднего 24 элементов составной гайки 14 с помощью эластичной втулки 26 (фиг. 3), закрепленной между этими элементами, например, клеем. Длина радиальных ребер 10 больше ширины внутреннего пояска 27, расположенного в задней части ударника 2. Длина камеры 11 больше длины большей ступени 5 патрубка 3, причем последний закреплен к гайке 14 посредством эластичной втулки 28. The pneumatic shock device consists of a cylindrical body 1 (Fig. 1), in which a drummer 2 with a stepped nozzle 3 is placed. The steps 4, 5 of the nozzle 3 are interconnected by an elastic sleeve 6. The nozzle 3 has a central channel (pos. Not indicated), in which is located dividing it into two parts of the jumper 7 between the windows 8 and 9 located in its side wall. The large stage 5 of the pipe 3 is made with radial ribs 10 located at the rear end of the larger stage 5 of the pipe 3. Walls of the hammer 2 and the lower stage 4 of pipe 3 image m chamber 11. In the housing 1 are made along the length of the annular bore: the front 12 and back 13, the latter is placed in the nut part 14 with a groove 14 'and two additional rows of windows 15 and windows 16, existing in the prior art. The drummer 2 is made with a through longitudinal channel 17. The device has pneumatic chambers 18, 19, 20 and 21. For the supply of compressed air there is a hose 22. The nut 14 (Fig. 2) can be made of composite front 23 and rear 24 elements, which additional windows 15 and windows 16 are made. The front element 23 of the composite nut 14 can be made with an inner annular protrusion 25 located in its rear part in front of the front end of the rear element 24. With this design of the front element 23, the composite nut 14 is fastened m between the casing 1 and its rear member 24. It is possible connection of the front 23 and rear 24 component elements nut 14 via an elastic sleeve 26 (FIG. 3), clamped between these elements, for example, glue. The length of the radial ribs 10 is greater than the width of the inner belt 27 located in the rear of the hammer 2. The length of the chamber 11 is greater than the length of the larger step 5 of the pipe 3, the latter being fixed to the nut 14 by means of an elastic sleeve 28.

Работа ударного пневматического устройства осуществляется следующим образом. В момент нанесения удара по корпусу 1 ударник 2 находится в крайнем нижнем положении, показанном на приведенных чертежах. При этом окна 8 и 9 патрубка 3 открыты и сжатый воздух из магистрали по шлангу 22 через сквозной продольный канал 17 и эти окна поступает в камеры 11 и 18. Под действием давления сжатого воздуха и за счет разности рабочих площадей со стороны камер 18 и 11 ударник 2 двигается вверх (по чертежу). Когда передняя кромка внешнего переднего пояска (поз. не обозначен) ударника 2 выйдет за переднюю кромку передней расточки 12 корпуса 1, камера 18 сообщается с камерой 19, при этом окна 8 будут перекрыты стенками ударника 2 и сжатый воздух не будет поступать в камеру 18. Из камеры 19 через дополнительные окна 15 гайки 14, камеру 21 и окна 16 гайки 14 сжатый воздух будет выхлопываться в атмосферу. В заднем положении ударника 2 благодаря тому, что длина радиальных ребер 10 большей ступени 5 патрубка 3 больше ширины внутреннего пояска 27 ударника 2, сжатый воздух из камер 11 и 20 сначала останавливает ударник 2, а затем он начинает двигаться вперед до нанесения удара по передней части корпуса 1. Выхлоп сжатия воздуха из камеры 20 через дополнительные окна 15 и окна 16 гайки 14 произойдет в переднем положении ударника 2. The work of the pneumatic shock device is as follows. At the time of striking the body 1, the striker 2 is in the lowest position shown in the drawings. In this case, the windows 8 and 9 of the pipe 3 are open and the compressed air from the line through the hose 22 through the through longitudinal channel 17 and these windows enter the chambers 11 and 18. Under the influence of the compressed air pressure and due to the difference in the working areas from the side of the chambers 18 and 11, the firing pin 2 moves up (according to the drawing). When the front edge of the outer front belt (pos. Not indicated) of the hammer 2 extends beyond the front edge of the front bore 12 of the housing 1, the camera 18 communicates with the camera 19, while the windows 8 will be blocked by the walls of the hammer 2 and the compressed air will not enter the chamber 18. From the chamber 19 through additional windows 15 of the nut 14, the chamber 21 and the windows 16 of the nut 14, the compressed air will be exhausted into the atmosphere. In the rear position of the hammer 2 due to the fact that the length of the radial ribs 10 of the larger step 5 of the pipe 3 is greater than the width of the inner belt 27 of the hammer 2, the compressed air from the chambers 11 and 20 first stops the hammer 2, and then it begins to move forward before striking the front cases 1. The exhaust air compression from the chamber 20 through the additional windows 15 and the windows 16 of the nut 14 will occur in the forward position of the hammer 2.

В случае выполнения устройства с составной гайкой (фиг. 2, 3) принцип его работы остается таким же, как и конструкции по фиг. 1. Однако при этом возникает подвижность в радиальном направлении переднего элемента 23 составной гайки 14 относительно заднего элемента 24, что повышает надежность работы устройства (особенно в неоднородном грунте, в котором возможен изгиб корпуса). In the case of a device with a composite nut (Fig. 2, 3), the principle of its operation remains the same as the design of FIG. 1. However, this creates mobility in the radial direction of the front element 23 of the composite nut 14 relative to the rear element 24, which increases the reliability of the device (especially in heterogeneous soil, in which bending of the housing is possible).

При использовании составной гайки 14 передний элемент 23 благодаря радиальной подвижности компенсирует изгиб корпуса 1, исключая при этом возможность заклинивания ударника 2. Кроме того, при любом исполнении устройства (фиг. 1-3) окна 16 гайки 14 всегда остаются открытыми, т.к. нет элементов конструкции, перекрывающих их, что также повышает надежность его работы. When using the composite nut 14, the front element 23, due to radial mobility, compensates for the bending of the housing 1, eliminating the possibility of jamming of the hammer 2. In addition, with any device design (Figs. 1-3), the windows 16 of the nut 14 always remain open, because There are no structural elements overlapping them, which also increases the reliability of its operation.

Устройство реверсивное, то есть имеет механизм, обеспечивающий нанесение удара по гайке. Принцип работы реверсивного механизма известен. Принцип вохдухораспределения в режиме прямого и реверсивного хода одинаков и описан выше. Отличие при реверсивном режиме работы в том, что впуск сжатого воздуха в камеру 18 более ранний, а выхлоп сжатого воздуха из камер 20, 18 более поздний, чем при прямом ходе устройства. Это достигается за счет сдвига патрубка 3 в сторону хвостовой части устройства. The device is reversible, that is, it has a mechanism for striking the nut. The principle of operation of the reversing mechanism is known. The principle of air distribution in the forward and reverse mode is the same and is described above. The difference in the reverse mode of operation is that the inlet of compressed air into the chamber 18 is earlier, and the exhaust of compressed air from the chambers 20, 18 is later than with the direct course of the device. This is achieved by shifting the pipe 3 towards the rear of the device.

Claims

1. Impact pneumatic device containing a housing mounted in it with the possibility of axial movement of the drummer with a through longitudinal channel and annular bores located along its length, a stepped nozzle, the larger and smaller stages of which are located in the annular bores of the hammer, with a central channel in which there is a jumper separating it into two parts and windows in its side wall on both sides of the jumper, a nut with windows for exhausting compressed air, an elastic sleeve located between the nut and the pipe m for fixing the latter, a hose for supplying compressed air, fixed to the rear stepped sleeve, characterized in that the nut is formed with a groove and additional windows, placed in front of the groove.

2. The device according to claim 1, characterized in that the nut is made up of front and rear elements, with windows made on the rear element, and additional windows on the front one, with a groove made on each element.

3. The device according to claim 2, characterized in that the front element of the nut is made with an inner annular protrusion located in front of the front end of the rear element of the nut.

4. The device according to p. 2, characterized in that the nut is equipped with an additional elastic sleeve located between its elements, and is fixed to them.