RU2167990C2

RU2167990C2 - Hydraulic percussive device

Info

Publication number: RU2167990C2
Application number: RU99119159/03A
Authority: RU
Inventors: В.П. Тулупов; В.В. Горшков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Копейский машиностроительный завод"
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: percussive mechanisms used in percussive machines in mining and other industries, in road building equipment. SUBSTANCE: hydraulic percussive device has body, tool, movable striker, working and back stroke chambers, control unit made in the form of differential three-stage control valve with sleeve located coaxially to movable striker in chamber communicating alternately with pressure and return main lines. Control unit has three chambers with active areas: extreme right-hand chamber with small active area continuously communicated with pressure main line, extreme left-hand chamber with large active area continuously communicated with return main line, and middle chamber continuously communicated with chamber of movable striker working stroke and periodically communicated with extreme right-hand or extreme left-hand chambers. EFFECT: higher operating reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ударным механизмам и может быть использовано в машинах ударного типа, применяемых в различных отраслях народного хозяйства, например в горнорудной промышленности, строительно-дорожной технике, вибрационных механизмах и машинах. The invention relates to percussion mechanisms and can be used in percussion-type machines used in various sectors of the national economy, for example, in the mining industry, road construction machinery, vibration mechanisms and machines.

Известен гидроударник (авторское свидетельство N 1033726, кл. E 21 C 3/20), содержащий боек с меньшей и большей ступенями и кольцевыми проточками, образуемые с корпусом камеры рабочего и холостого хода бойка, золотник и инструмент, установленные в корпусе, каналы управления, слива и напора, камеры управления и слежения с плунжерами управления и слежения, взаимодействующими с торцами золотника, причем проточки управления и слежения расположены в определенном фиксированном порядке от камеры холостого хода к камере рабочего хода, которые сообщают камеру управления с напорным или сливным каналами, при этом камера слежения выполнена в теле золотника и сообщена с напорным каналом постоянно. Known hammer (copyright certificate N 1033726, class E 21 C 3/20), containing the striker with smaller and greater steps and ring grooves, formed with the body of the working and idling chamber of the striker, spool and tool installed in the housing, control channels, discharge and pressure, control and tracking cameras with control and tracking plungers interacting with the ends of the spool, and the control and tracking grooves are located in a certain fixed order from the idling chamber to the working chamber, which communicate a control measure with pressure or drain channels, while the security camera is made in the body of the spool and is in constant communication with the pressure channel.

Недостатком данной конструкции является низкая ее эксплуатационная надежность из-за конструктивной сложности устройства, особенно в гидравлических ударных устройствах высокой частоты (ручные гидромолотки, гидровибраторы, гидроперфораторы, гидроломы и бутобой малой и средней мощности). Данная система, ее устойчивость работы зависимы от параметров состояния надежности работы золотника, его быстродействия и функциональной способности отслеживания подачи потока жидкости в камеру рабочего хода бойка до полного прекращения его подачи. Нестабильная работа золотника приводила к задержке переключения потока и, следовательно, к задержке на переключение хода бойка. The disadvantage of this design is its low operational reliability due to the structural complexity of the device, especially in high-frequency hydraulic impact devices (hand hammers, hydraulic vibrators, hydroperforators, small and medium power hydraulic breakers and butters). This system, its stability, depend on the parameters of the state of reliability of the spool, its speed and functional ability to track the flow of fluid into the chamber of the stroke of the striker until the cessation of its supply. The unstable operation of the spool led to a delay in switching the flow and, consequently, to a delay in switching the stroke of the striker.

Конструктивное исполнение блока управления, механическая взаимосвязь золотника с плунжерами не позволяют выполнить компактную конструкцию блока управления с возможностью размещения золотника, гильзы и плунжеров соосно с подвижным бойком. Как правило, такие конструкции выполняются с вынесенным (пристыкованным к корпусу) блоком управления, сообщенным каналами через стыковочную поверхность с магистралями управления напора и слива, что в свою очередь вызывает повышенные требования к герметичности в стыке блока управления с корпусом при пульсирующем давлении в системе и вибрационных нагрузках на корпусе устройства. The design of the control unit, the mechanical relationship of the spool with the plungers do not allow a compact design of the control unit with the possibility of placing the spool, sleeve and plungers coaxially with the movable striker. Typically, such designs are carried out with a remote (docked to the housing) control unit connected by channels through the connecting surface to the pressure and discharge control lines, which in turn causes increased requirements for tightness at the junction of the control unit with the housing with pulsating pressure in the system and vibration loads on the device case.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является "Гидравлическое устройство ударного действия" (авторское свидетельство N 889838, кл. E 21 C 3/20), состоящее из корпуса, инструмента, бойка, двухступенчатого золотника с плунжером управления, содержащее переливную камеру, образованную корпусом, плунжером управления и торцом ступени больного диаметра золотника, при этом переливная камера постоянно сообщена со сливом и периодически с камерой обратного хода. The closest technical solution adopted for the prototype is the "Hydraulic shock device" (copyright certificate N 889838, class E 21 C 3/20), consisting of a body, tool, hammer, two-stage spool with a control plunger containing an overflow chamber, formed by the body, the control plunger and the end face of the patient’s spool diameter, while the overflow chamber is constantly in communication with the drain and periodically with the reverse chamber.

Недостатком данной конструкции является, также как в аналоге, низкая эффективность работы из-за конструктивной сложности устройства, наличие плунжера управления, постоянно находящегося в полуударном состоянии с двухступенчатым золотником, невозможность выполнить компактную конструкцию устройства с достаточными проходными сечениями каналов для нормируемого потока жидкости. Как правило, такие конструкции выполняются с вынесенными (пристыкованными) блоками управления с наличием значительного числа каналов управления для обеспечения функционирования схемы, особой герметизации стыков при вибрационной пульсирующей нагрузке в системе данного типа устройства. The disadvantage of this design is, as in the analogue, low operational efficiency due to the structural complexity of the device, the presence of a control plunger that is constantly in semi-shock state with a two-stage spool, the inability to perform a compact device design with sufficient passage sections of channels for a normalized fluid flow. As a rule, such designs are carried out with remote (docked) control units with a significant number of control channels to ensure the operation of the circuit, special sealing of joints under vibrational pulsating load in the system of this type of device.

Задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности при функционировании ударного устройства за счет обеспечения простого конструктивного решения блока управления, содержащего золотник с гильзой, путем доведения числа подвижных элементов устройства до минимума и обеспечения компактного размещения золотника с гильзой, а именно, расположения их соосно с бойком в зоне концентрической проточки на бойке, образуемый совместно с корпусом камеру, попеременно сообщающуюся с напорной и сливной магистралью. The objective of the present invention is to increase the operational reliability during the operation of the percussion device by providing a simple structural solution to a control unit containing a spool with a sleeve by minimizing the number of movable elements of the device and ensuring compact placement of the spool with the sleeve, namely, their location coaxially with the striker zone concentric grooves on the striker, formed in conjunction with the body of the chamber, alternately communicating with the pressure and drain line.

В известном гидравлическом устройстве ударного действия, содержащем корпус, инструмент, подвижный боек, камеры рабочего и обратного хода, блок управления, выполненный в виде золотника с гильзой, расположенных соосно с подвижным бойком, камеры и каналы блока управления, напорную и сливную магистрали, золотник блока управления выполнен дифференциальным трехступенчатым и совместно с гильзой размещены в камере, сообщаемой попеременно с напорной и сливной магистралями, при этом торцы золотника сообщены между собой сквозным каналом, а блок управления, посредством взаимного расположения поясков золотника и расточек гильзы, содержит три камеры с активными площадями: одну крайнюю правую с меньшей активной площадью, постоянно сообщенной о напорной магистралью, одну крайнюю левую с большей активной площадью, постоянно сообщенной со сливной магистралью, среднюю, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода подвижного бойка и периодически с крайней правой с меньшей активной площадью или крайней правой с большей активной площадью камерами. In the known hydraulic shock device comprising a housing, tool, movable head, working and return cameras, a control unit made in the form of a spool with a sleeve located coaxially with the movable head, chambers and channels of the control unit, pressure and drain lines, block spool the control is made by a three-stage differential and together with the sleeve are placed in the chamber, alternately communicating with the pressure and drain lines, while the ends of the spool are communicated with each other through the channel, and the unit the board, by the mutual arrangement of the spool belts and the bore of the sleeve, contains three chambers with active areas: one extreme right with a smaller active area, constantly reported by the pressure line, one extreme left with a larger active area, constantly connected with the drain line, middle, constantly communicated with a working chamber of the moving striker and periodically with the extreme right with a smaller active area or the extreme right with a larger active area of the cameras.

Сопоставление заявляемого гидравлического устройства ударного действия с прототипом позволяет сделать вывод об отсутствии в последнем признаков, сходных с существенными отличительными признаками с заявленным гидравлическим устройством ударного действия. Comparison of the claimed hydraulic shock device with the prototype allows us to conclude that the latter does not have features similar to the significant distinguishing features of the claimed hydraulic shock device.

Золотник блока управления выполнен дифференциальным трехступенчатым и совместно с гильзой размещены в камере, сообщаемой попеременно с напорной и сливной магистралями, при этом торцы золотника сообщены между собой сквозным каналом, а блок управления, посредством взаимного расположения поясков золотника и расточек гильзы, содержит три камеры с активными площадями: одну крайнюю правую с меньшей активной площадью, постоянно сообщенной с напорной магистралью, одну крайнюю левую с большей активной площадью, постоянно сообщенной с сливной магистралью, среднюю, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода подвижного бойка и периодически с крайней правой с меньшей активной площадью или крайней левой с большей активной площадью камерами. The spool of the control unit is made of a three-stage differential and together with the sleeve are placed in a chamber communicating alternately with the pressure and drain lines, while the ends of the spool are communicated with each other through the channel, and the control unit, by the relative position of the spool belts and the sleeve bore, contains three chambers with active areas: one extreme right with a smaller active area, constantly connected with the pressure line, one extreme left with a larger active area, constantly connected with a drain main, medium, constantly in communication with the working stroke chamber of the moving striker and periodically with the extreme right with a smaller active area or the leftmost with a larger active area of the cameras.

Совокупность признаков заявленного технического решения имеет отличие от прототипа и известных аналогов и не следует явным образом из изученного уровня техники, поэтому авторы считают, что объект является новым и имеет изобретательский уровень. The set of features of the claimed technical solution has a difference from the prototype and known analogues and does not follow explicitly from the studied prior art, therefore, the authors believe that the object is new and has an inventive step.

Изобретение имеет изобретательский уровень и в связи с тем, что сочетание признаков, а именно, выполнение гидравлического устройства ударного действия с золотником блока управления, выполненным дифференциальным трехступенчатым и совместно с гильзой размещены в камере, сообщаемой попеременно с напорной и сливной магистралями, при этом торцы золотника сообщены между собой сквозным каналом, а блок управления посредством взаимного расположения поясков золотника и расточек гильзы, содержит три камеры с активными площадями: одну крайнюю правую с меньшей активной площадью, постоянно сообщенной с напорной магистралью, одну крайнюю левую с большей активной площадью, постоянно сообщенной с сливной магистралью, среднюю, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода подвижного бойка и периодически с крайней правой с меньшей активной площадью или крайней левой с большей активной площадью камерами. The invention has an inventive step and due to the fact that the combination of features, namely, the implementation of a hydraulic shock device with a spool of a control unit made of a three-stage differential and together with a sleeve, are placed in a chamber communicating alternately with the pressure and drain lines, while the ends of the spool communicated with each other through the channel, and the control unit by means of the relative position of the spool belts and the sleeve bore, contains three chambers with active areas: one extreme one with a smaller active area, constantly connected with the pressure line, one leftmost with a larger active area, constantly connected with the drain line, the middle one, constantly connected with the working chamber of the moving striker and periodically with the rightmost one with lesser active area or leftmost with more active area cameras.

Эти признаки связаны между собой так, что при устранении одного из них исчезает даваемый изобретением технический результат. These signs are interconnected so that when one of them is eliminated, the technical result given by the invention disappears.

Изобретение также представляет собой определенный шаг в развитии техники и является прогрессивным, так как позволяет повысить надежность работы гидравлических устройств ударного действия, позволяет создавать устройства с предельным минимумом количества подвижных сопрягаемых элементов. Позволяет также создавать малогабаритные компактные ударные модули, например, для ручных гидромолотков, ударно-вращательных головок и т.п. The invention also represents a certain step in the development of technology and is progressive, as it improves the reliability of hydraulic shock devices, allows you to create devices with a maximum minimum number of movable mating elements. It also allows you to create small-sized compact impact modules, for example, for manual hammers, rotary impact heads, etc.

Гидравлическое устройства ударного действия, в котором заявлено данное изобретение, может найти широкое применение в машинах, механизмах и устройствах, где требуется надежный, долговечный и компактный гидромеханический источник колебаний подвижного бойка в широком диапазоне частот, что является полезным и промышленно-применимым техническим решением. The hydraulic shock device in which the invention is claimed can be widely used in machines, mechanisms and devices where a reliable, durable and compact hydromechanical source of vibrations of a moving striker in a wide frequency range is required, which is a useful and industrially applicable technical solution.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана принципиальная схема гидравлического устройства ударного действия. Гидравлическое устройство ударного действия содержит корпус 1, инструмент 2, подвижный боек 3, камеру рабочего хода 4, камеру обратного хода 5. Подвижный боек 3 выполнен ступенчатым с диаметрами D2>D1>D3. Блок управления в виде золотника 6 и гильзы 7 размещен соосно с подвижным бойком 3 в камере 8, сообщающейся попеременно с напорной магистралью 9 через проточку 10 в корпусе 1 или сливной магистралью 11 через проточку 12 в корпусе 1. Золотник 6 выполнен пустотелым с внутренним диаметром, большим чем диаметр D3 подвижного бойка 3. Золотник 6 и гильза 7 имеют сопрягаемые поверхности с диаметрами d1>d2>d3 и соответственно формируют между собой при сопряжении дифференцирующие (разностные) активные площади. Золотник 6 и гильза 7 благодаря своим пояскам 13 и проточкам 14 при их взаимном положении образуют три камеры. Крайняя правая камера 15 с меньшей активной площадью, образованной разностью диаметров d2 и d3, сообщена постоянно с напорной магистралью 9. Крайняя левая камера 16 с большей активной площадью, образованной разностью диаметров d1 и d2, сообщена постоянно с сливной магистралью 11. Средняя камера 17 постоянно сообщена с камерой 4 рабочего хода подвижного бойка 3 и попеременно, в зависимости от крайнего положения золотника 6 в гильзе 7, с крайними правой 15 и левой 16 камерами. Проточка 18 на подвижном бойке 3 в зависимости от положения подвижного бойка 3 в корпусе 1 сообщает камеру 8 с проточками 10 и 11, благодаря чему торцы 19 и 20 золотника 6 с соответствующими диаметрами d1 и d3 взаимно будут находиться либо под давлением в напорной магистрали 9, либо под давлением в сливной магистрали 11. Сила, воздействующая на золотник 6 со стороны камеры 8, определяется давлением в камере 8 и активной площадью, образованной разницей диаметров d1 и d3. The invention is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a schematic diagram of a hydraulic impact device. The hydraulic shock device comprises a housing 1, a tool 2, a movable hammer 3, a working chamber 4, a reverse chamber 5. The movable hammer 3 is made stepwise with diameters D2> D1> D3. The control unit in the form of a spool 6 and a sleeve 7 is placed coaxially with the movable striker 3 in the chamber 8, which alternately communicates with the pressure line 9 through the groove 10 in the housing 1 or the drain line 11 through the groove 12 in the housing 1. The spool 6 is made hollow with an inner diameter, larger than the diameter D3 of the movable striker 3. The spool 6 and the sleeve 7 have mating surfaces with diameters d1> d2> d3 and accordingly form differentiating (difference) active areas with each other when mated. Spool 6 and sleeve 7 due to their belts 13 and grooves 14 when they are in mutual position form three chambers. The extreme right chamber 15 with the smaller active area formed by the difference in diameters d2 and d3 is constantly connected to the pressure line 9. The far left chamber 16 with the larger active area formed by the difference of diameters d1 and d2 is constantly connected to the drain line 11. The middle chamber 17 is constantly communicated with the camera 4 working stroke of the movable striker 3 and alternately, depending on the extreme position of the spool 6 in the sleeve 7, with the extreme right 15 and left 16 cameras. The groove 18 on the movable striker 3, depending on the position of the movable striker 3 in the housing 1, informs the chamber 8 with the grooves 10 and 11, so that the ends 19 and 20 of the spool 6 with the corresponding diameters d1 and d3 will mutually be either under pressure in the pressure line 9, or under pressure in the drain line 11. The force acting on the spool 6 from the side of the chamber 8 is determined by the pressure in the chamber 8 and the active area formed by the difference in diameters d1 and d3.

Гидравлическое устройство ударного действия работает следующим образом. На фиг. 1 показано крайнее положение подвижного бойка 3 в момент до начала нанесения удара подвижным бойком 3 по инструменту 2. В данный момент камера 5 обратного хода постоянно сообщена с напорной магистралью 9, а камера 4 рабочего хода тоже, через каналы в корпусе 1, среднюю камеру 17 и крайнюю правую камеру 15, с напорной магистралью 9. При этом золотник 6 до начала удара находится в крайнем левом положении. Так как активная площадь камеры 4 рабочего хода больше активной площади камеры 5 обратного хода подвижный боек 3 продолжает перемещаться в сторону инструмента 2. В момент положения подвижного бойка 3 при начале удара об инструмент 2 проточка 18 сообщает камеру 8 с проточкой 10, которая постоянно сообщена с напорной магистралью 9. В результате чего давление жидкости в камере 8, равное давлению жидкости в напорной магистрали 9, воздействует на активную площадь со стороны торцов 19 и 20 золотника 6, определяющую разностью диаметров d1 и d3, благодаря чему определяется постоянно действующее усилие на золотник 6 со стороны крайней правой камеры 15, что обеспечивает перемещение золотника 6 в крайнее правое положение. При этом камера 4 рабочего хода подвижного бойка 3 сообщается через каналы корпуса 1, среднюю камеру 17; и крайнюю левую камеру 16 с сливной магистралью 11. Благодаря наличию постоянного давления в камере 5, равного давлению в напорной магистрали 9, подвижный боек 3 после нанесения удара перемещается в исходное (правое крайнее) положение, перекрывая полость камеры 8 от проточки 10. При этом золотник 6 продолжает занимать правое крайнее положение, т.к. объем жидкости в камере 8 загерметизирован, а усилие, действующее на активную площадь золотника со стороны крайней правой камеры 15, определяемого разностью d2 и d3, недостаточно для преодоления усилия, взаимодействующего на торцы 9 и 20 золотника 6 со стороны камеры 8, определяемого разностью диаметров d1 и d3. The hydraulic shock device operates as follows. In FIG. 1 shows the extreme position of the movable striker 3 at the time before the striking action of the movable striker 3 against the tool 2. At the moment, the reverse chamber 5 is constantly in communication with the pressure line 9, and the working chamber 4 is also through the channels in the housing 1, the middle chamber 17 and the rightmost chamber 15, with the pressure line 9. In this case, the spool 6 is in the leftmost position before the start of the impact. Since the active area of the working chamber 4 is larger than the active area of the reverse chamber 5, the movable hammer 3 continues to move towards the tool 2. At the moment the movable hammer 3 is positioned at the beginning of the impact on the tool 2, the groove 18 communicates with the camera 8 with the groove 10, which pressure line 9. As a result, the pressure of the liquid in the chamber 8, equal to the pressure of the liquid in the pressure line 9, affects the active area from the end faces 19 and 20 of the spool 6, which determines the difference in diameters d1 and d3, due to which defined permanent force on the spool 6 from the extreme right chamber 15 that moves the spool 6 to the far right. In this case, the camera 4 of the working stroke of the movable striker 3 is communicated through the channels of the housing 1, the middle chamber 17; and the leftmost chamber 16 with a drain line 11. Due to the presence of constant pressure in the chamber 5 equal to the pressure in the pressure line 9, the movable hammer 3 after striking is moved to its original (rightmost) position, blocking the chamber cavity 8 from the groove 10. spool 6 continues to occupy the right extreme position, because the fluid volume in chamber 8 is sealed, and the force acting on the active area of the spool from the side of the extreme right chamber 15, determined by the difference d2 and d3, is not enough to overcome the force interacting on the ends 9 and 20 of the spool 6 from the side of the chamber 8, determined by the difference in diameters d1 and d3.

Подвижный боек 3 перемещается в исходное положение до тех пор, пока его проточка 18 не сообщит камеру 8 через проточку 12 со сливной магистралью 11, благодаря чему из-за постоянно действующего усилия на активную площадь золотника 6 со стороны крайней правой камеры 15 золотник 6 перемещается в левое крайнее положение, сообщая камеру 4 рабочего хода подвижного бойка 3 через среднюю камеру 17 и крайнюю правую камеру 15 с напорной магистралью 9. Из-за разницы активных площадей камеры 4 рабочего хода и камеры 5 обратного хода, определяемой диаметрами D1, D2 и D3, подвижный боек 3 тормозится и переходит в режим рабочего хода и с ускорением перемещается в сторону инструмента, при этом посредством своей проточки 18 перекрывает камеру 8 от проточки 12, герметизируя ее. Золотник 6 остается в крайнем левом положении, т.к. удерживается усилием со стороны крайней правой камеры 15 до тех пор, пока проточка 18 на подвижном бойке не сообщит камеру 8 с проточкой 10, постоянно сообщенной с напорной магистралью 9. Взаимное положение проточки 18 на подвижном бойке 3 и проточек 10 и 12 в корпусе определяется конструктивно-заданным рабочим ходом подвижного бойка 3. Далее процесс повторяется. The movable hammer 3 is moved to its original position until its groove 18 communicates to chamber 8 through the groove 12 with drain line 11, due to which there is a constant force on the active area of the spool 6 from the far right chamber 15, the spool 6 moves to the leftmost position, communicating the working chamber 4 of the movable striker 3 through the middle chamber 17 and the extreme right chamber 15 with the pressure line 9. Due to the difference in the active areas of the working chamber 4 and the reverse chamber 5, determined by the diameters D1, D2 and D3, the movable firing pin 3 is braked and goes into the operating mode and accelerates toward the tool, while through its groove 18 it closes the chamber 8 from the groove 12, sealing it. Spool 6 remains in the extreme left position, because is held by force from the side of the rightmost chamber 15 until the groove 18 on the movable striker communicates the chamber 8 with the groove 10, which is constantly in communication with the pressure line 9. The relative position of the groove 18 on the movable striker 3 and the grooves 10 and 12 in the housing is determined structurally -specified working stroke of the moving striker 3. Next, the process is repeated.

Предлагаемое гидравлическое устройство ударного действия обеспечивает повышение эксплуатационной надежности гидравлического устройства ударного действия. Благодаря простоте конструктивного решения блока управления с применением минимального количества подвижных элементов, компактным расположением золотника и гильзы с наименьшим числом каналов управления позволяет, в том числе, снизить и трудоемкость изготовления гидравлического устройства ударного действия. The proposed hydraulic shock device provides increased operational reliability of the hydraulic shock device. Due to the simplicity of the structural solution of the control unit with the use of a minimum number of movable elements, a compact arrangement of the spool and sleeve with the smallest number of control channels, it also makes it possible to reduce the complexity of manufacturing a hydraulic shock device.

Claims

A hydraulic shock device comprising a housing, a tool, a movable hammer, working and returning chambers, a control unit made in the form of a spool with a sleeve located coaxially with the movable hammer, chambers and channels of the control unit, pressure and drain lines, characterized in that the spool of the control unit is made of a three-stage differential and together with the sleeve are placed in a chamber communicating alternately with the pressure and drain lines, while the ends of the spool are communicated between each other through the channel m, and the control unit, by the mutual arrangement of the spool belts and the sleeve bore, contains three chambers with active areas: one extreme right with a smaller active area constantly connected to the pressure line, one extreme left with a larger active area constantly connected to the drain line, the middle, constantly in communication with the working stroke camera of the movable striker and periodically with the extreme right smaller active area or extreme left with larger active area cameras.