RU34613U1 - Пневмоударная машина с независимым вращением инструмента ППС - Google Patents

Description

Авторы:

Попов Борис Александрович

Николаев Игорь Ильич

с независимым вращением инструмента ППС

Полезная модель относится к горной промышленности, в частности к пневмоударным машинам с независимым враш;ением инструмента для бурения шпуров и скважин.

Известна пневмоударная машина с независимым вращением инструмента, включающая ударный механизм , вращатель, ствол, воздххораспределительное устройство, кран управления. гл шитель шума (см.Васильев В.М. «Перфораторы, справочник. М.Недра 1989 г., стр.52-54).

МПК Е 21 С 3/24

Пневмоударная машина

Недостатком этого перфоратора является низкая экспллатационная надежность из-за поломок деталей ударного механизма, заклинок вращателя и высоких вибрационно-шумовых характеристик.

Р1звестна также пневмоударная машина с независимым вращением

-Щ инстр ъ1ента; содержащая ударный механизм, включающий двухступенчатый

цилиндрический ударник, размещенный в корпусе с продольными питающими каналами и крышкой, взаимодействующей с корпусом и щпинделем, вращатель, состоящий из статора, ротора и щпинделя, кинематически связанного с ротором посредством зубчатой передачи ограниченной длины, гл щитель щума, представляющий собой эластичную камеру с выхлопными окнами, установленную на торце цилиндрического прилива корпуса, вибробезопасную рукоятку, щарнир которой состоит из закладных элементов, обоймы и вала, ствол с буродержателем и элементы соединения узлов машины, включающие стяжные болты и проущины в деталях (см.Ельников В.Н. и др. «Пневматические перфораторы новой конструкции «Горный , № 10, 2000 г., стр.59-62).

Недостатком этой машины является низкая экспл атационная надежность изза малой долговечности ударника, большого трения между деталями вращателя, особенно в торцовых поверхностях, высоких щумовых и повыщенных вибрационных характеристик, большого количества деталей и сложности конструкции ствола и буродержателя, нерационального соединения узлов машины в целом, которое ос тцествляется двумя длинными стяжными шпильками и соответствующими проушинами на корпусе крана и стволе. Такое соединение

неудобно при сборке-разборке ашины, когда, например, для замены буксы при снятии ствола разъединяются все узлы машины. При соединении узлов двумя длинными шпильками в процессе работы при переменной ударной нагрузке происходит удлинение шпилек, нарушение герметизации в опорных поверхностях узлов, нарушение соосности и перекос торцовых поверхностей двигателя, приводящий к остановке врашения и несоосности ударника и штанги.

Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения эксплуатационной надежности пневмоударной машины.

Достигается это тем, что в пневмоударной машине с независимым врашением инстр -мента. содержащей ударный механизм, включающий дв хступенчатый цилиндрический ударник, размешенный в корнусе с продольными питающими каналами и крыщкой, взаимодействующей с корггчсом и шпинделем, вращатель, состоящий из статора, ротора и щпинделя, кинематически связанного с ротором посредством зубчатой передачи ограниченной длины, гл щитель шума в виде эластичной камеры с выхлопными окнами, установленной на торце цилиндрического прилива корпуса, вибробезопасную рукоятк шарнир которой выполнен из закладных элементов, обоймы и валгц ствол с буродержателем и элементы соединения узлов машины, включающие стяжные болты и проутдины в деталях, диаметр щтоковой части ударника составляет не менее 38 о от диаметра его порщневой части, передняя часть крыщки, взаимодействующая со щпинделем и ударником, выполнена выступающей врашателя, в котором зубчатая передача ротора и щпинделя расположена посредине длины ротора, гл шитель

шума снабжен диском с сег.(ентным срезом, становленным между элacти нoй

камерой и цилиндрическим приливом корпуса с ориентацией сегментного среза диска в направлении, противоположном выхлопным окнам эластичной камеры, обойма шарнира вибробезопасной рукоятки вьшолнена с квадратным отверстием, в котором размешен квадратный вал, закладные элементы в шарнире выполнены из отрезков эластичного цилиндрического шнура, расположенных в углах квадратного отверстия обоймы и взаимодействующих по длине с гранями квадратного вала, буродержатель выполнен в виде кр тлого прямого цилиндра и расположен в отверстии поперечного и смещенного от оси прилива ствола, на боковой поверхности буродержателя в плоскости оси ствола выполнен ст пенчатый цилиндрический вырез, а перпендикулярно ему другой цилиндрический вырез, элементы соединения узлов машины представлены двумя группами стяжных болтов, одна из которых предназначена для соединения клапанного узла, крана и рукоятки с корпусом, а вторая для соединения вращателя и ствола с корпусом, на задней и передней части которого выполнены соответствующие проущины.

Увеличение диаметра штоковой части ударника, который составляет не менее от диаметра его порщневой части и, как следствие увеличение площади поперечного сечения порщневой части, за счет уменьшения диаметра выемки в ней. приводит к ъеличению массы ударника и, тем самым, к снижению скорости удара по щтанге. Согласно нормативным документам, перфораторы должны иметь срок не менее 1600 час. работы, и при условии поставки одного запасного ударника, каждый ударник должен отработать 800 час., то есть выдержать без поломок около 150 млн.ударных циклов. Увеличение диаметра штоковой части

ударника более приводит к дальнейшему увеличению его ресурса, но при этом увеличивается вибрация машины, которую нeoбxoди ю снижать специальными средствами.

Повышение экспл атационной надежности машины достигается также тем. что передняя часть крышки, взаимодействующая со шпинделем и ударником, выступает внутрь врашателя, в котором зубчатая передача ротора и шпинделя выполнена посредине длины ротора. Поскольку длина центрального канала крышки в большой степени влияет на соосность перемешения ударника относительно оси машины и инструмента, то увеличение этой длины меньшает радиальные отклонения передней части ударника в момент удара, то есть, практически исключается «косой удар и уменьшаются изгибающие напряжения в ударнике.

Во всех аналогах и прототипе зубчатая передача ротора и шпинделя выполнена в передней внутренней части ротора, поскольку в задней части расположено воздухораспределительное устройство двигателя - золотник. А так как ротор и шпиндель совершают взаимное планетарное вращение, то в зоне контакта возникает значительная сила реакции шпинделя, равномерно вращающаяся вокруг его оси и вызывающая перекос ротора относительно статора и торцовых поверхностей. Перемещение зоны контакта шпинделя в центральную по длине часть ротора полностью исключает его перекос и, тем самым, снижает трение торцовых поверхностей. Для снижения аэродинамического шума выхлопа, активная гл шителя,

образованная полостью прилива корпуса и полостью эластичной камеры, разделена посредством диска с сегментным срезом, на две отдельные камеры, проходя по которым выхлопной меняет направление движения на 180. Снижение звуковой мощности при этом достигается за счет увеличения пути движения с дв хступенатым расширением. ул чшения теплообмена с корпусом гл -шителя и увеличения внутреннего трения при деформации диска.

Основное отличие вибробезопасной рукоятки заключается в том. что обойма шарнира, прикрепляемая к машине, выполнена с квадратным отверстием, в котором размещен квадратный вал. В углах квадратного отверстия обоймы расположены отрезки круглого эластичного шнура, одновременно контактируюшие с гранями квадратного вала. С обеих сторон вала жестко прикреплены шатуны, концы которых соединены ручкой, находящейся при б рении в руках оператора. Предлагаемое виброзащитное устройство эффективно из-за отс тствия трения между дета.лями шарнира во всех направлениях действия нагрузки, включая тангенциальные.

Конструкция буродержателя и передней части и ствола отличается от устройств того же назначения - аналогов простотой, уменьшением количества деталей и, следовательно, повышенной экспл атационной надежностью.

Соединение узлов машины двумя группами стяжных болтов позволяет устранить указанные недостатки аналогов и. более того, появляется вoз южнocть. за счет увеличения числа стяжных болтов передней группы до четырех, осуществить параллельность торцовых поверхностей двигателя и увеличить затяжки, что

повышает эксплуатационную надежность машины в целом.

На фиг.1 представлен общий вид пневмо дарной машины с независимым враш;ением инстрчтмента ППС в разрезе ; на фиг.2 - вид сбоку.

Предлагаемая пневмо -даная машина ППС (фиг.1; 2) включает цилиндр 1. ударник 2, клапанную коробку 3 с кольцевым клапаном 4, корпус крана 5 с краном 6. рукоятку 7, гл шитель 8, крышку 9, вращатель 10, ствол 11, шпиндель - буксу 12, инструмент 13. переднюю группу стяжных болтов 14, заднюю - 15.

В цилиндре 1 (фиг.1) выполнены кольцевая расточка 16, соединенная каналом 17. проходящим в клапанной коробке 3, корпусе крана 5 и кране 6, с сетью, канал 18 питания камеры холостого хода (на фиг.не показан) и вьсшопной канал 19.

Ударник 2 дв тсстуттенчатый с диаметром di штоковой части, диаметром d; поршневой части и выемкой 20 в поршневой части, причем отношение диаметров di к d2 составляет не менее . В клапанной коробке 3 выполнен канал 21 питания камеры рабочего хода.

Корпус крана 5 имеет канал 22 питания ударного механизма, канал интенсивной продуъки (на фиг.не показан) и канал 23 для подачи промывочной жидкости (показан условно).

Р коятка 7 состоит из обоймы 24, прикрепленной к корпусу крана 5 и выполненной с квадратным отверстием 25 в шарнирной части, в котором размещен квадратный вал 26 и отрезки круглого эластичного шнура 27. контактирующие oднoвpe eннo с углами отверстия 25 и гранями вала 26. С обеих сторон вала 26 прикреплены шатуны 28. контактирующие с торцами обоймы 24 через эластичные

кольца (на фиг. не показаны) и соединенные с другой стороны ручкой 29.

Гл шитель 8, установленный на цилиндрическом приливе 30 цилиндра 3. содержит диск 31с сегментным срезом 32.

Крышка 9 жестко закреплена в передней части цилиндра 1, образуя с кольцевой расточкой 16 замкнутый кольцевой канал 33 питания вращателя 10. Передняя часть крышки 9 выступает в центральную часть вращателя 10. увеличивая длину посадки штоковой части ударника 2.

Вращатель 10 представляет собой гипоциклоидный пневмодвигатель. содержащий статор 34. ротор 35 с возд -хораспределительным устройством 36 и внутренним зубчатым зацеплением 37, расположенным посредине длины ротора 35.

Ствол 11 выполнен с поперечным и смещенным от оси машины цилиндрическим приливом 38. в отверстии которого расположен буродержатель 39. представляющий собой прямой цилиндр. На боковой поверхности буродержателя 39 продольно оси машины имеется цилиндрический вырез 40. сопряженный с коническим вырезом 41. Перпендикулярно вырезам 40 и 41 ив одной плоскости с ними имеется цилиндрический вырез 42. Буродержатель имеет рукоятку и фиксаторы (на фиг.не показаны) для поворота его на 90

Шпиндель-букса 12 установлен по оси мащины. снабжен зубчатым зацеплением 37 с ротором 35 и соединен с инструментом 13. Соединение узлов пневмоударной мащины ППС осуществляется следующим образом (фиг.2). Группа передних болтов 14 (четыре болта) соединяет между собой корпус 1.

вращатель 10 и ствол И с помощью проущин 43 в передней части корпуса 1 и проущин 44 ствола 11.

Группа задних болтов 15 (два болта) соединяет корпус 1, с помощью проущин 45 в задней части корпуса 1, клапанную коробку 3, корпус крана 5 и виброзащитную рукоятку 7.

Пневмоударная мащина работает следующим образом.

Сжатый воздух во вращатель 10 поступает от крана 6 по канал 17 в кольцевую расточку 16 цилиндра 1 (фиг. Г). Далее, через кольцевой канал 33 и воздухораспределительное устройство 36 ротора 35 воздух поступает в рабочую камеру вращателя, образованную половиной числа зубьев статора 34 и ротора 35, отжимая последний в радиальном направлении, благодаря чему рабочие полости одной половины вращателя наполняются сжатым воздухом, а другой половины сообщаются с атмосферой. Одновременно с поворачиванием ротора 35 поворачиваются рабочая и выхлопная камеры вращателя, что в результате приводит к непрерывному обкатыванию ротора 35 по внутренней зубчатой поверхности статора 34. Внутренние зубья ротора 35 одновременно обкатываются по зубьям 37 щпинделя буксы 12, приводя последнюю и инструмент 13 во вращение.

Поскольку щпиндель-букса 12 и ротор 35 контактируют между собой в каждый момент времени только одним зубом, в зоне их зацепления 37 возникает радиальная сила, поворачивающаяся вокруг оси вращателя и отжимающая ротор 35

9 также в радиальном направлении. Поскольку вектор этой силы расположен

посредине длины ротора 35. в торцовых поверхностях его контакта со стволом 11 и цилиндром 1 не возникает перекоса и уменьшаются торцовые силы трения.

Одновременно сжатый возд по канал 22 подается в полость клапанной коробки 3 и далее, в зависимости от положения клапана 4. по каналч 18 в камеру холостого хода или по канал 21 в камеру рабочего хода пневмоударной машины. Ударник 2 начинает возвратно-поступательное движение, совершая :цары по инструмент 13. Поскольку диаметр di штоковой части ударника 2 составляет не менее 38° о от диаметра ёз его поршневой части, имеющей внутренную выемку 20. усталостная прочность его значительно увеличивается. К увеличению прочности ударника 2 приводит также величение длины посадки его штоковой части в крышке 9 за счет выступания её передней части внутрь вращателя 10.

Отработанный из камер рабочего и холостого ходов по выхлопному канал 19 поступает в полость прилива 30, откуда по сегментному срезу 32 диска 31 попадает в полость гл таителя 8 и выходит в атмосферу. Поскольку сегментный срез

32 и окна гл шителя 8 ориентированы в противоположных направлениях удлиняется путь движения выхлопного воздуха, что снижает уровень аэродинамической составляющей шума пневмоударной машины.

В процессе работы бурильщик создает осевую нагрузк нажатием на ручку 29 вибробезопасной рукоятки 7 и одновременно удерживает машину от поворота, создавая реактивный момент вращения. Поскольку ручка 29 через шатуны 28 жестко связана с квадратным валом 26, последний поворачивается на угол. соответсгв ющий усилию нажатия, и деформирует отрезки эластичного шнура 27.

осуществляя виброизоляцию от обоймы 24 и корпуса машины. Виброзащита от тловых и поперечных колебаний корпуса происходит аналогично. В этих случаях деформации подвергаются дополнительно концевые участки отрезков эластичного шнура 27.

При положении буродержателя 39 как показано на фиг.1 (оси цилиндрического выреза 40 и конического 41 совпадают с осью машины) инструмент 13 закрыт в рабочем положении, поскольку диаметр его буртика больше диаметра цилиндрического выреза 40. При повороте буродержателя 39 на 90 по часовой стрелке инструмент 13 извлекается из мащины. поскольку диаметр его буртика меньше цилиндрического выреза 42.

Разборка передней части машины осуществляется отворачиванием передней группы стяжных болтов 14, которые затем при сборке затягиваются крестообразно с постепенным увеличением момента затяжки до необходимого. Такая сборка позволяет обеспечить равномерный зазор в торцовьгх поверхностях двигателя 10. что исключает отказы в его работе.

Разборка задней части машины, путем снятия стяжных болтов 15, зачастую, не требуется в течение всего срока службы.

Пневмо дарная мащина с независимым вращением инструмента ППС имеет высокую эксплчатационную надежность за счет большой долговечности ударника, безотказной работы вращателя, пониженных шумовых и вибрационных характеристик и простоты в экспл атации.

Claims (1)

1. Пневмоударная машина с независимым вращением инструмента ППС, содержащая ударный механизм, включающий двухступенчатый цилиндрический ударник, размещенный в корпусе с продольными питающими каналами и крышкой, взаимодействующей с корпусом и шпинделем, вращатель, состоящий из статора, ротора и шпинделя, кинематически связанного с ротором посредством зубчатой передачи ограниченной длины, глушитель шума в виде эластичной камеры с выхлопными окнами, установленной на торце цилиндрического прилива корпуса, вибробезопасную рукоятку, шарнир которой выполнен из закладных элементов, обоймы и вала, ствол с буродержателем и элементы соединения узлов машины, включающие стяжные болты и проушины в деталях, отличающаяся тем, что диаметр штоковой части ударника составляет не менее 38% от диаметра его поршневой части, передняя часть крышки, взаимодействующая со шпинделем и ударником, выполнена выступающей внутрь вращателя, в котором зубчатая передача ротора и шпинделя расположена посредине длины ротора, глушитель шума снабжен диском с сегментным срезом, установленным между эластичной камерой и цилиндрическим приливом корпуса с ориентацией сегментного среза диска в направлении, противоположном выхлопным окнам эластичной камеры, обойма шарнира вибробезопасной рукоятки выполнена с квадратным отверстием, в котором размещен квадратный вал, закладные элементы в шарнире выполнены из отрезков эластичного цилиндрического шнура, расположенных в углах квадратного отверстия обоймы и взаимодействующих по длине с гранями квадратного вала, буродержатель выполнен в виде круглого прямого цилиндра и расположен в отверстии поперечного и смещенного от оси прилива ствола, на боковой поверхности буродержателя в плоскости оси ствола выполнен ступенчатый цилиндрический вырез, а перпендикулярно ему - другой цилиндрический вырез, элементы соединения узлов машины представлены двумя группами стяжных болтов, одна из которых предназначена для соединения клапанного узла, крана и рукоятки с корпусом, а вторая - для соединения вращателя и ствола с корпусом, на задней и передней части которого выполнены соответствующие проушины.