RU2184847C1

RU2184847C1 - Hydraulic percussion device

Info

Publication number: RU2184847C1
Application number: RU2000129328/03A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Попов; А.Ф. Ким
Original assignee: Попов Юрий Алексеевич; Ким Анатолий Филенович
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2002-07-10

Abstract

FIELD: construction engineering. SUBSTANCE: invention may be used in excavating of frozen grounds, breakage of hard roadway covering, old foundations for trenchless laying of pipelines and driving of draining pipes. Proposed device includes a body with a working chamber, hammer, hydraulic grip with a locking flexible member kinematically connected to a gripping valve, accumulator and unlocking flexible member kinematically connected to the hammer. Force of preliminary compression of the locking flexible member is larger than that of preliminary compression of the unlocking flexible member. EFFECT: higher productivity. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для разработки мерзлых грунтов, для разрушения твердых дорожных покрытий, старых фундаментов, для бестраншейной прокладки трубопроводов, забивки дренажных труб и т.д. The invention relates to the field of construction and can be used for the development of frozen soils, for the destruction of hard pavements, old foundations, for trenchless laying of pipelines, clogging of drainage pipes, etc.

В известных в России и за рубежом конструкциях гидравлических ударных устройств, подробный анализ которых опубликован в книге А.П. Архипенко и А. И. Федулова "Гидравлические ударные устройства", Новосибирск, 1991 г., распределение потока рабочей жидкости осуществляется специальными золотниковыми блоками. В книге приведены также некоторые конструкции так называемых беззолотниковых устройств, в которых отсутствуют золотниковые блоки, но их функции выполняют ударники (с. 28). In the designs of hydraulic shock devices known in Russia and abroad, a detailed analysis of which is published in the book of A.P. Arkhipenko and A. I. Fedulova “Hydraulic shock devices”, Novosibirsk, 1991, the distribution of the flow of the working fluid is carried out by special spool blocks. The book also gives some designs of the so-called zolotless devices, in which there are no spool blocks, but their functions are performed by drummers (p. 28).

Основным недостатком вышеуказанных конструкций является наличие цилиндрических сопряженных полированных поверхностей, представляющих собой плунжерные пары, изготовление которых требует высочайшей точности. Плунжер должен легко перемещаться в цилиндре в аксиальном направлении и при этом не допускать утечки рабочей жидкости, находящейся под высоким давлением (50-100 ат и более). The main disadvantage of the above structures is the presence of cylindrical mated polished surfaces, which are plunger pairs, the manufacture of which requires the highest accuracy. The plunger should easily move in the cylinder in the axial direction and at the same time prevent leakage of the working fluid under high pressure (50-100 bar or more).

Для изготовления устройств с золотниковым распределением потока жидкости требуется специальное дорогостоящее оборудование и высокая культура производства, отсюда и высокая стоимость гидравлических ударных машин. For the manufacture of devices with a spool distribution of the fluid flow, special expensive equipment and a high production culture are required, hence the high cost of hydraulic percussion machines.

По мнению авторов книги, снижение технологических трудностей, связанных с производством гидроударников, возможно путем упрощения конструкций машин и огрубления в связи с этим условий их производства (с. 100). According to the authors of the book, the reduction of technological difficulties associated with the production of hydraulic hammers is possible by simplifying the design of machines and roughening in connection with this the conditions of their production (p. 100).

Наиболее близким к изобретению является гидравлическое ударное устройство, включающее корпус с рабочей камерой, ударник, гидрозахват с замыкающим упругим элементом, кинематически связанным с клапаном-захватом, и аккумулятор (см. а. с. СССР 706527 А, кл. Е 21 В 3/20, 05.01.1980). В процессе взведения ударника происходит аккумулирование энергии в аккумуляторе. Размыкание гидрозахвата происходит после того, как радиальный канал ударника (бойка) сообщится с рабочей камерой. Под действием давления жидкости, создаваемого аккумулятором, ударник разгоняется и наносит удар. Closest to the invention is a hydraulic percussion device, comprising a housing with a working chamber, a hammer, a hydraulic gripper with a locking elastic element kinematically connected with a catch valve, and a battery (see A.S. USSR 706527 A, class E 21 B 3 / 20, 01/05/1980). In the process of cocking the projectile, energy is accumulated in the battery. The opening of the hydraulic capture occurs after the radial channel of the striker (striker) communicates with the working chamber. Under the influence of fluid pressure created by the battery, the striker accelerates and strikes.

Недостатком указанной конструкции является сложность изготовления, обусловленная наличием притертых поверхностей (плунжерных пар), необходимых для открытия и закрытия радиальных каналов. The disadvantage of this design is the complexity of manufacturing, due to the presence of ground surfaces (plunger pairs) necessary for opening and closing radial channels.

Технической задачей, решаемой изобретением, является упрощение конструкции устройства, позволяющее значительно упростить технологию его изготовления. The technical problem solved by the invention is to simplify the design of the device, which can greatly simplify the technology of its manufacture.

Поставленная задача решается тем, что разработано гидравлическое ударное устройство, включающее корпус с рабочей камерой, ударник, гидрозахват с замыкающим упругим элементом, кинематически связанным с клапаном-захватом, и аккумулятор, согласно изобретению оно снабжено размыкающим упругим элементом, кинематически связанным с ударником, причем усилие предварительного сжатия замыкающего упругого элемента больше усилия предварительного сжатия размыкающего упругого элемента. The problem is solved in that a hydraulic percussion device has been developed, comprising a housing with a working chamber, a hammer, a hydraulic grip with a locking elastic element kinematically connected to the gripping valve, and a battery, according to the invention, it is equipped with a breaking elastic element kinematically connected with the hammer, and the force pre-compression of the trailing elastic element is greater than the pre-compression force of the trailing elastic element.

На фиг.1 изображена принципиальная схема данного устройства; на фиг.2 - график работы гидрозахвата. Figure 1 shows a schematic diagram of this device; figure 2 - schedule of hydraulic capture.

В полом цилиндрическом корпусе 1 установлена и закреплена направляющая втулка 2 с каналами 3, сообщающими между собой полости 4 и 5. В направляющей втулке установлен ударник 6, имеющий возможность свободно перемещаться в направляющей втулке в аксиальном направлении. Ударник жестко закреплен на штоке 7, который оканчивается фланцем 8. Внутри штока выполнена полость 9 с радиальными отверстиями 10. В корпусе установлена и жестко закреплена дренажно-сливная втулка 11 с уплотнительными манжетами 12, образующая со штоком 7 дренажную 13 и сливную 14 полости. В корпусе также установлены и жестко закреплены направляющая втулка 15 с каналами 16, сообщающими между собой полость 17 и рабочую камеру 18, и гидроцилиндр 19, внутри которого размещен поршень 20 с уплотнительными манжетами 21. Поршень жестко закреплен на штоке 22, оканчивающемся клапаном-захватом 23. Гидроцилиндр герметично закрыт крышкой 24. Между поршнем 20 и крышкой 24 образована полость 25, заполненная воздухом и являющаяся дополнительным аккумулятором энергии. In the hollow cylindrical body 1, a guide sleeve 2 is installed and fixed with channels 3 communicating between the cavities 4 and 5. A drum 6 is installed in the guide sleeve, which is able to move freely in the guide sleeve in the axial direction. The drummer is rigidly fixed to the rod 7, which ends with the flange 8. A cavity 9 with radial holes 10 is made inside the rod. A drain-drain sleeve 11 with sealing cuffs 12 is installed and rigidly fixed, forming a drainage 13 and a drain 14 cavity with the rod 7. A guide sleeve 15 with channels 16 communicating between the cavity 17 and the working chamber 18, and a hydraulic cylinder 19, inside which a piston 20 with sealing cuffs 21. A piston is rigidly fixed to the rod 22, ending with a catch valve 23 are also installed and rigidly fixed The hydraulic cylinder is hermetically closed by a cover 24. A cavity 25 is formed between the piston 20 and the cover 24, filled with air and is an additional energy accumulator.

Снизу (на фиг. 1) в направляющем отверстии корпуса установлен рабочий инструмент 26, имеющий возможность перемещаться в аксиальном направлении. Инструмент удерживается конической пружиной 27. Below (in Fig. 1), a working tool 26 is installed in the guide hole of the housing, which can move in the axial direction. The tool is held by a conical spring 27.

Для аккумуляции основного количества энергии и управления работой гидрозахвата имеются две пружины 28 и 29. Пружина 28 в совокупности с воздушным аккумулятором наряду с аккумулирующими функциями выполняют функцию замыкающего гидрозахват органа, а пружина 29 - размыкающего, причем пружина 28 при сборке устройства предварительно сжата усилием, необходимым для надежного замыкания гидрозахвата в начальный момент движения ударника вверх (на фиг. 1), когда величина ускорения, а следовательно, и сила инерции ударника со штоком, стремящаяся разомкнуть гидрозахват, достигают своих максимальных значений. There are two springs 28 and 29 for accumulating the main amount of energy and controlling the operation of the hydraulic gripper. The spring 28, together with the air accumulator, together with the accumulating functions, serves as the closing hydraulic gripping organ, and the spring 29 - breaking, and the spring 28 is precompressed by the force required to assemble the device for reliable closure of the hydraulic gripper at the initial moment of the upward movement of the striker (in Fig. 1), when the acceleration value, and hence the inertia force of the striker with the rod, tends to open water trapping, reach their maximum values.

На корпусе установлены штуцеры 30 и 31 для входа и выхода рабочей жидкости. On the body, fittings 30 and 31 are installed for the inlet and outlet of the working fluid.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На фиг.1 изображено начальное положение ударника, соответствующее отсутствию осевого усилия на рабочем инструменте. Рабочая жидкость свободно циркулирует, входя через штуцер 30 в полость 17, затем в полость 9 и через радиальные отверстия 10, сливную полость 14 и штуцер 31 уходя в сливную магистраль. Figure 1 shows the initial position of the hammer, corresponding to the absence of axial force on the working tool. The working fluid circulates freely, entering through the nozzle 30 into the cavity 17, then into the cavity 9 and through the radial holes 10, the drain cavity 14 and the nozzle 31 leaving the drain line.

При появлении осевого усилия на рабочем инструменте 26 хвостовик инструмента перемещается вверх (на фиг.1), незначительно сжимая пружину 29 и перемещая ударник 6 до соприкосновения фланца 8 с клапаном-захватом 23 и перекрытия тем самым выхода рабочей жидкости в сливную магистраль. When the axial force appears on the working tool 26, the tool shank moves upward (in FIG. 1), slightly compressing the spring 29 and moving the hammer 6 until the flange 8 comes into contact with the catch valve 23 and thereby shut off the outlet of the working fluid to the drain line.

Появившееся в полости 17 давление, воздействуя на поршень 20 и частично на шток 22, имеющий больший диаметр по сравнению со штоком 7, преодолевает усилия предварительно сжатой замыкающей пружины 28 и незначительно сжатой пружины 29, надежно смыкая при этом гидрозахват в результате возникшей разности давлений между полостью 17 и полостью 9, сообщающейся со сливной магистралью. The pressure that appears in the cavity 17, acting on the piston 20 and partially on the rod 22, which has a larger diameter compared to the rod 7, overcomes the forces of the pre-compressed closing spring 28 and the slightly compressed spring 29, reliably closing the hydraulic gripping due to the resulting pressure difference between the cavity 17 and cavity 9, communicating with the drain line.

Поступающая рабочая жидкость перемещает поршень 20 вверх, сжимая пружины 28, 29 и воздух в полости 25. The incoming working fluid moves the piston 20 upward, compressing the springs 28, 29 and the air in the cavity 25.

Ударник, оторвавшись от рабочего инструмента, перемещается вслед за поршнем, вытесняя воздух из полости 5 через канал 3 в полость 4. Радиальные отверстия 10 перемещаются из сливной полости 14 в дренажную полость 13. The drummer, breaking away from the working tool, moves after the piston, displacing the air from the cavity 5 through the channel 3 into the cavity 4. Radial holes 10 are moved from the drain cavity 14 into the drainage cavity 13.

При правильно подобранном соотношении полезной площади гидрозахвата (площади, на которую воздействует разность давлений между полостью 17 и полостью 9) и рабочей площадью поршня 20, в процессе взведения ударника, усилие, сжимающее пружину 29, нарастает быстрее, чем усилие, замыкающее гидрозахват. После выравнивания этих усилий происходит размыкание гидрозахвата, ударник под действием усилия сжатой пружины 29 и давления жидкости в полости 17, действующего на полное поперечное сечение штока ударника, с ускорением перемещается вниз. Давление рабочей жидкости в полости 17 поддерживается на некотором расчетном уровне поршнем 20, на который действуют усилия сжатой пружины 28 и сжатого воздуха в полости 25, а также гидравлическим насосом, продолжающим подавать рабочую жидкость в полость 17. With a correctly selected ratio of the effective area of the hydraulic gripper (the area affected by the pressure difference between the cavity 17 and the cavity 9) and the working area of the piston 20, in the process of cocking the hammer, the force compressing the spring 29 increases faster than the force closing the hydraulic gripper. After the equalization of these forces, the hydraulic engagement is opened, the impactor under the action of the compressed spring 29 and the fluid pressure in the cavity 17 acting on the full cross section of the impactor rod moves down with acceleration. The pressure of the working fluid in the cavity 17 is maintained at a certain design level by the piston 20, which is acted upon by the forces of the compressed spring 28 and compressed air in the cavity 25, as well as by a hydraulic pump that continues to supply the working fluid to the cavity 17.

Необходимая величина давления в полости 17 удерживается в результате того, что выход жидкости в сливную полость 14 происходит через дренажную полость 13. Под действием указанных выше сил ударник приобретает кинетическую энергию и наносит удар по рабочем инструменту. The required pressure in the cavity 17 is held as a result of the fact that the liquid flows into the drain cavity 14 through the drainage cavity 13. Under the action of the above forces, the hammer acquires kinetic energy and strikes the working tool.

Под действием пружины 28 клапан-захват 23 садится на фланец 8, перекрывая сливную магистраль, после чего цикл повторяется. Under the action of the spring 28, the gripping valve 23 sits on the flange 8, blocking the drain line, after which the cycle repeats.

Работа гидрозахвата поясняется графиком, изображенным на фиг.2, где Р_зг(х) - линия изменения замыкающего усилия на гидрозахвате в зависимости от перемещения Х поршня 20; Р_р(х) - линия изменения размыкающего усилия на гидрозахвате, численно равного усилию сжатия пружины 29; Р_з(х) - линия изменения усилия сжатия пружины 28 и воздушной подушки в полости 25.The operation of the hydraulic gripper is illustrated by the graph depicted in figure 2, where P _zg (x) is the line of change of the closing force on the hydraulic gripper depending on the movement X of the piston 20; P _p (x) is the line of change of the breaking force on the hydraulic gripper, numerically equal to the compression force of the spring 29; P _s (x) is the line of change in the compression force of the spring 28 and air cushion in the cavity 25.

Отрезок ОА соответствует усилию сжатия пружины 29 при перемещении ударника осевой силой на рабочем инструменте до соприкосновения фланца 8 с клапаном-захватом 23; отрезок ОС - усилию предварительно сжатой пружины 28 при сборке устройства; отрезок OB - усилию замыкания гидрозахвата к моменту преодоления поршнем усилия предварительного сжатия пружин 28 и 29. Точка D соответствует моменту размыкания гидрозахвата (расположенная на пересечении линий Р_зг(х) и Р_р(х)) и ходу поршня Хр.The segment OA corresponds to the compression force of the spring 29 when the hammer is moved by axial force on the working tool until the flange 8 is in contact with the catch valve 23; segment OS - the force of the pre-compressed spring 28 when assembling the device; segment OB - the closing force of the hydraulic gripper by the moment the piston overcomes the pre-compression force of the springs 28 and 29. Point D corresponds to the moment of opening the hydraulic gripper (located at the intersection of the lines P _zg (x) and P _p (x)) and the piston stroke Xp.

Claims

A hydraulic percussion device, comprising a housing with a working chamber, a hammer, a hydraulic grip with a closing elastic element kinematically connected to the catch valve, and a battery, characterized in that it is equipped with a breaking elastic element kinematically connected with the hammer, and the pre-compression force of the closing elastic element more pre-compression force of the breaking elastic member.