ударное пневматическое устройство

Формула изобретения

1. Ударное пневматическое устройство, содержащее 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, отличающееся тем, что гайка выполнена с проточкой и дополнительными окнами, размещенными в передней части проточки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гайка выполнена составной из переднего и заднего элементов, при этом окна выполнены на заднем элементе, а дополнительные окна - на переднем, причем проточка выполнена на каждом элементе.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что передний элемент гайки выполнен с внутренним кольцевым выступом, размещенным впереди переднего торца заднего элемента гайки.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что гайка снабжена дополнительной эластичной втулкой, расположенной между ее элементами, и закреплена к ним.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительной техники и предназначено преимущественно для пробивания скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.