Поршень-ударник

659735 Союз Советских Социалистических Республик(61) Дополнительное(22) Заявлено 12.01.77 М.Кт Е 21 С 3/06 В 250 17/ присосдпнснпсх Государственный комите 3) Приоритет СССР о делам изобретений и открытий(088.8) публиковано 30 5) Дата опубликов 72) Авторы изобретения Б. Г. Бовдуй, Б. ф. Барсуков, В. В. Кучма, А, В, А. Остапенко и О, В. Явтушенк скалев,71) Заявитель орного оборудования кист ШЕНЬ-УДАРНИ ОПИС ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУИзобретение относится к горному делу, в частности к пневматическим буровым машинам ударного действия, которые применяются для бурения взрывных шпуров и скважин и имеют в качестве исполнительного органа поршень-ударник (колонковые, телескопные, ручные перфораторы, отбойные молотки и т. д.).Известна конструкция поршня-ударника, позволяющая при неизменных параметрах поршня увеличить длительность ударного импульса. Такой поршень состоит из корпуса поршня и запрессованной в него втулки. Удар по буровой штанге наносит передний торец корпуса поршня, а передний торец втулки свободен и в контакт со штангой не вступает Ц,Отскок поршня-ударника наступает после того, как ударная волна пройдет к заднему торцу корпуса, перейдет во втулку и, отразившись от свободного конца втулки, перейдет в корпус и достигнет его ударного торца. Таким образом, путь и время прохождения ударной волны в поршне, а следовательно, и длительность ударного импульса в буровой штанге увеличиваются вдвое. Создание достаточно плотного сопряжения между корпусом и втулкой, обеспечивающего переход ударной волны из одной детали в другую, является весьма сложной технической проблемой, По этой причине такая конструкция поршня не нашла широкого промышленного применения.Наиболее близким по технической сущ 5 ности и достигаемому результату к изобретению является поршень-ударник, состоящий из корпуса поршня и свободно установленной в нем втулки-ударника, которые имеют ступенчатук форму и образуют ме жду собои кольцевую камеру, сообщеннуюс атмосферой 2.Линейные размеры перечисленных деталей выполнены так, что между ударными торцами корпуса поршня и втулки-ударни ка образуется торцовый зазор. Благодаряэтому зазору корпус и втулка поочередно наносят удары по буровой штанге и формируют в ней два следующих друг за другом и налагающихся ударных импульса.20 Зтот суммарный импульс превосходит подлительности импульсь, создаваемые каждой из деталей описываемого поршня илп же цсльным поршнем-ударником с такими жс конструктивными параметрами, Дли тсльность суммарного импульса регулируется перемещением винтовой втулки. При этом увеличивается или уменьшается величина торцового зазора б, а следовательно, изменяется время соударення поршня с бу роной штангой, Оптимальная величина зазораустанавливается в зависимости от физико-механических свойств буримых пород,Наибольший эффект использования энергии единичного удара и повышения скорости бурения достигается при условии, что ка)кдый удар поршня формирует в буровой штанге цмпу;1 ьс максимальной длитслН 1- сти. Для этого втулка-ударник должна псрсд каждым ударом фиксироваться в крайнем заднем положении относительно корпуса поршня и обеспечивать наибольший зазор между ударными торцами.Извсстна 51 конструкци 51 п 01)шн 51-ударн 11 к 1 цс предусматривает взаимную фиксацию корпуса поршня и втулки-ударника в поло)ксниц, обеспечивающем максимальный зазор. После соударения с буровой штангой втулка-ударник движется назад до контакта с жестко соединенной с корпусом винтовой втулкой, наносит по ней удар, совершает отскок и останавливается в произвольном положении относительно корпуса. Между ударными торцами устанавливается произвольный зазор, Длительность следующего импульса колеблется соответственно изменению величины зазора, эффективность использования энергии единичного удара снижается, что приводит в конечном счете к снижению скорости бурения, Еромс того, втулка-ударник при взаимодействии с винтовой втулкой создает интенсивную ударную нагрузку, источником которой является высокая скорость отскока втулки-ударника от буровой штанги, Под действием этой нагрузки винтовая втулка быстро разрушается и выводит из строя поршень-ударник.Целью изобретения является повышение КПД единичного удара.Г 1 оставлсцная цель достигается тем, что в поршне-ударнике площадь рабочей поверхности втулки-ударника, находящейся под воздействием сжатого воздуха, больше площади этой же поверхности корпуса поршня, а сообщение кольцевой камеры с атмосферой образовано посредством канала, выполненного на цилиндрической поверхности меньшей ступени втулки-ударника, Г 1 ри этом канал для сообщения кольцевой камеры с атмосферой может быть выполнен в виде винтового паза или лысок.Такая конструкция поршня-ударника позволяет создавать максимальшй торцовый зазор между втулкой-ударником и корпусом поршня персд каждым ударом по буровой штанге, с наибольшим эффектом использовать энергию каждого единичного удара и в конечном счете повысить производительность бурения. Фиксирование взаимного положения деталей поршня-ударника перед ударом осуществляется за счет разности сил, воздействующих на втулку- ударник и корпус поршня как при рабочем, так и при холостом ходе, что устраняет не 5 1 О 15) 20 30 35 40 45 50 55 60 65 Ооходцмост Нръ 1 сцснц 51 дст 1,1(11,1 ля Ограничения осевого перемещения втулки-ударника в корпусе и позволяст увеличить срок службы поршня-ударника.На фиг. 1 и 2 схематически изображен предложенный поршень-ударник, разрез по оси (вз(мнос положение дсталей соответствует моменту удара по буровой штаГгс); на фиг. 3 - разрез Л - А на фиг. 2.В корпусе 1 поршня размещена ступенчатая втулка-ударник 2. Кольцевая камера 3, образованная ступенями внутренней повсрх пост 1 к 01)пусз 1 Г 10)НГН 51 ц наружной поверхности втулки-ударника 2, сообщается с атмосферой при помощи канала, выполненного в виде винтового паза 4 или лыски 5 на цилиндрической поверхности меньшей ступени втулки-ударника 2.При рабочем ходе поршня-ударника давление сжатого воздуха воздействует на его задний торец - поверхности а и б. При этом площадь поверхности а больше, чем площадь поверхности б. Массы обеих деталей равны. Сила от давления воздуха ца втулку-ударник 2 больше, чем сила, действующая на корпус 1 поршня. Втулка-ударник движется вперед с большим ускорением, чем корпус поршня ц прижимается торцом в буртика к опорному торцу г корпуса. При этом ударный торец д втулки-ударника опережает ударный торец е корпуса на всличину максимального зазора 6 =6(а.При соударении с буровой штангой первой в контакт с ней вступает втулка-ударник 2 и формирует ударный импульс. Корпус 1 поршня продолжает движение вперед относительно втулки-ударника, пройдя путь, равный зазору 6., также вступает в контакт с буровой штангой и формирует в ней ударный импульс. Величина зазора б выбрана так, что моменты окончания ударного импульса от втулки-ударника и начала ударного импульса от корпуса совпадают. Сформированный таким образом в буровой штанге суммарный ударный импульс передается породе.По окончании соударения поршень-ударник возвращается в исходное положение действием давления сжатого воздуха на псрсдний торец лс корпуса 1 поршня. Втулка-ударник 2 цри обратном ходе поршня изолирована от воздействия сжатого воздуха поверхностью ж и увлекается в исходное положение торцом г корпуса.Воздух, заполняющий камеру 3, при уменьшении сс объема выходит в атмосферу по пазу 4 или лыске 5 и не оказывает противодавлсния втулке-ударнику при ее перемещении вперед относительно корпуса поршня.Предложенное конструктивное решение поршня-ударника позволило обеспечить фиксацию взаимного положения его деталей перед каждым ударом в таком положении, при котором между ударными тор659735 Формула изобретения Составитель В. Махавред Н. Строганова ПозняковскаяА, Галахова 1 едактор 3, Ходакова рректоры: аказ 69422 11 ад. Ьв 301 Тирахк 680 Подписио НПО Государственного комитета СССР по делам изобретешш и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ипография, пр. Сапунова, 2 цамп втулки-ударника и корпг са поршня устанавливается макси,(альалый зазор о=бмавс ПРИ этом эне 1)ги 51 каждого УдаРа используется с наибольшей эффективностью, что позволит повысить производительность буровых машин ударного действия.Отсутствие в конструкции поршня-ударника детали, ограни гина.оп 1 ей перемещение втулки-ударника, 1 одвергающейся интенсивным ударным нагрузкам и имеющей уязвимое соединенис с корпусом поршня, позволит существенно увелипь срок службы поршня-ударника. 1. Поршень-ударник, состоящий из корпуса поршня и свободно установленной в нем втулки-ударника, которые имеют ступенчатую форму и образуют между собой кольцевую камеру, сообщенную с атмосферой, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД единичного удара, плошаль рабочей поверхности втулки-ударника, находящейся под воздействием сжатого воздуха, больше площади этой же поверхности корпуса поршня, а сообщение5 кольцсвой камеры с атмосфсрои образованопосредством канала, выполненного на цилиндрической повсрхности меньшей ступени втулки-дарника.2. Поршень-уда 1 м 1 ик по и. 1, отл и ч а ю 10 щ и й с я тем, что канал для сообщениякольцевой камеры с атмосферой выполнснв виде винтового паза.3. Поршень-ударник по и. 1, отл и ч а 1 ощ и й с я тем, что канал для сообщения15 кольцевой камеры с атмосферой выполненв виде лысок.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Иванов К. И. и др. Техника бурения20 при разработке месторождений полезныхископаемых. М., Недра, 1966, с. 39,рис. 13.2. Авторское свидетельство СССР224442, кл. В 250 17/02, 1967.