Устройство ударного действия с гипоциклоидным вращателем

(51) Е 21 С 3/24,ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБ ОМИТЕТ СССРРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ БРЕТ КазСС ие ма ни е маренияСР,НОГО ДЕИ РАЩАТЕЛЕ тор, связанныевом зубчатоговтулку, передбразующие состм и втулкойбщенные с аце ления, шпиндель, заднюю крышки, о венно со шпинделе евые полости, соо(71) Институт горного дела АН(56) 1. Есин Н.Н. Пневматичешины ударного действия для бшпуров, Новосибирск, СО АН С"Наука", 1978, с.48.2, Есин Н.Н. Пневматическшины ударного действия для бшпуров. Новосибирск, СО АН С1978, с.51 (прототип).(54) (5 7) УСТРОЙСТВОСТВИЯ С ГИПОЦИКЛОИДНЫКсодержащим статор и ркинематически посредс сетью рабочего тела, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения крутящего момента за счет снижения сопротивления движению рабочего тела и упрощения конструкции, устройство снабжено плоскими кольцами с полукольцевыми щелями и профильными осевыми отверстиями, на торцовых поверхностях ротора выполнены кольцевые выступы для взаимодействия с профильными отверстиями колец, в крышках выполнены полукольцевые каналы, а на торце каждой крышки со стороны статора - кольцевая проточка, при этом камеры, образованныезубьями статора и ротора, периоди-чески сообщены через указанные щели, проточки и каналы с кольцевыми полостями, причем полукольцевые щели и профили отверстий плоских колец симметричны относительно плоскости, проходящей через оси вращения рото-ра и статора.Изобретение относится к горномуделу и может бытьиспользовано встроительстве в виде бурильных машин для бурения шпуров и скважин.Известен перфоратор с гипоциклоидным вращателем, который включает шестеренный пневматическийдвигатель с тремя шестернями и гипо.циклоидный зубчатый редуктор. Боковые шестерни двигателя выполнены 1 Овместе с валиками, на концах которых насажены эксцентрики, сообщающие сложное плоскопараллельное движение обоймам редуктора. За времяодного оборота эксцентриков обоймаповорачивает находящуюся в зацеплении с ней буксу на два зуба, таккак разность числа зубьев обоймы ибуксы равна двум. Букса передаетвращение хвостовику инструмента Я .Однако в этом пневматическом двигателе, используемом в качестве вращателя устройства ударного действия,повышение величины крутящего моментаограничивается тем, что необходимоувеличивать основные конструктивные параметры этого двигателя. Например, чтобы повысить крутящий момент необходимо увеличить диаметрначальных окружностей шестерен,модуль зацепления, ширину зуба шестерни, Кроме того, возникает необходимость снижения числа оборотов,т.е, появляется необходимость применения редукторов, что усложняет кон,струкцию,увеличивает габариты и мас- З 5су всего устройства.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является устройствоударного действия с гипоциклоиднымвращателем, содержащим статор и ротор,связанные кинематически посредствомзубчатого зацепления, шпиндель,втулку, переднюю и заднюю крышки,образующие соответственно со шпинделем и втулкой кольцевые полости,сообщенные с сетью рабочего тела. 21,Недостатком такого устройства;является невозможность повышения кру"тящего момента вращателя;беэ увели" 50чения его габаритных размеров. Величины диаметров отверстий заднейкрышки и высоты винтовых канавокзолотника ограничены тем, что зависят от эксцентриситета вращателя. 55Поэтому отверстия малого диаметрав эадней .крьппке и винтовые канавкизолотника оказывают значительное сопротивление движению рабочего тела, т,е. являются дросселями, создающими перепад давления.Целью изобретения является повышение крутящего момента эа счет снижения сопротивления движению рабочего тела и упрощение конструкциивУказанная цель достигается тем, что устройство ударного действия с гипоциклоидным вращателем, содержащим статор и ротор, связанные кинематически посредством зубчатого зацепления, шпиндель, втулку, переднюю и заднюю крышки, образующиесоответственно со шпинделем и втулкой кольцевые полости, сообщенныес сетью рабочего тела, снабженоплоскими кольцами с полукольцевыми щелями и профильными осевыми отверстиями, на торцовых поверхностяхротора выполнены кольцевые выступыдля взаимодействия с профильнымиотверстиями колец, в крышках выполнены полукольцевые каналы, а на торцекаждой крышки со стороны статора - кольцевая проточка, при этом камеры, образованные зубьями статора и Ротора, периодически сообщены через указанные щели, проточки и каналы, с кольцевыми полостями, причем полу- кольцевые щели и профили отверстий плоских колец симметричны относительно плоскости, проходящей через оси вращения ротора и статора.Такое выполнение вращателя позволяет резко увеличить расход рабочего тела в рабочие камеры, обраЗованные зубьями статора и ротора. За счет этого повысится среднее индикаторное давление в рабочих камерах, а значит и величина крутящего момента вращателя. Кроме того, распределение рабочего тела посредством плоских колец, установленных с торцовых сторон статора и ротора позволяет упростить конструкцию вращателя.На фиг. изображено устройство, продольный разрез, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.2 ф, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг., на фиг.4 - разрез В-В на фиг,1; на фиг.5 - разрез Г-Г на фиг.1.Устройство включает механизм распределения рабочего тела 1, втулку 2, цилиндр 3, поршень 4, головка которого делит цилиндр 3 на переднюю 5 и заднюю 6 камеры и гипоциклоидного.11214 10 20 вращателя, который состоит из ста,тора 7, ротора 8 связанных кинематически посредством зубчатого зацепления, переднЕй 9 и задней 10 крышек, на каждой из которых выполнены отверстия 1 и 12, полукольцевые каналы 13 и 14, кольцевые проточки 5 и 16 шпинделя 17 и инструмента .18, вставленного в шпиндель и кинематически связанного с ним. Крышки 9 и 1 О соответственно со шпинделем 17 и втулкой 2 ударного узла образуют кольцевые полости 19 и 20. Шпиндель 1 кинематически связан с ротором 8. 15С торцовых сторон статора 7 и ротора 8 установлены плоские кольца 21 и 22, на каждом из которых выполнены полукольцевые щели 23 и 24 и профильные осевые отверстия 25 и 26, которые постоянно находятся во взаимодействии с кольцевыми выступами 27 и 28, которые выполнены на торцах ротора 8. Зубьев статора 7 на один больше, чем зубьев ротора 8. 25Устройство работает следующим образом,Поршень 4 под действием силы от давления рабочего тела (например сжатого газа), периодически поступающего из сети через механизм распределения 1 в переднюю 5 и заднюю 6 камеры цилиндра 3, совершает периодически соответственно обратный и прямой ходы. Прямой (рабочий) ход35 поршня 4 заканчивается ударом по хвостовику инструмента 18. Пусть ротор 8, плоские кольца 21 и 22 находятся в положениях, пока" занном соответственно на фиг,4, 5 40 и 3, а рабочее тело поступает иэ сети через отверстие 12 задней крышки 10 в кольцевую полость 20. Из полости 20 рабочее тело через полуколь.цевые каналы 14 и кольцевые проточ ки 16 задней крышки 10, полукольце вую щель 24 и плоского кольца 22, установленного с торца статора 7 и ротора,8, начинает поступать в рабочие камеры, образованные зубья ми статора 7 и ротора 8 (на фиг,4 рабочие камеры и правой части от вертикальной оси), а иэ выхлопных . камер (на фиг.4 выхлопные камеры в левой части от вертикальной оси), 55 образованных зубьями статора 7 иротора 8, обработанное рабочее тело начинает выходить Через кольце 18, 4вую проточку 15 и полукольцевые каналы 13 передней крышки 9 в кольцевую полость 9, образованную крыш-, кой 9 со шпинделем 17. Затем из полости 19 рабочее тело через отверстие 11 в передней крышке 9 выходитв атмосферу (фиг.1).Под действием давления рабочего тела в рабочих камерах (на, фнг.4рабочие камеры в правой части отвертикальной оси) на зубья ротора 8, поскольку он установлен с некото рым эксцентриситетом в статор 7, ротор 8 начинает совершать сложное плоскопараллельное движение, обкатываясь по зубьям статора 7. Зубья ротора 8 совершают движение по гипоциклоиде по часовой стрелке, а ось вращения ротора 8 движется вокруг продольной оси статора 7 по окружности (радиус окружности равен величине эксцентриситета вращателя) против часовой стрелки, Кольцевые выступы 27 и 28 ротора 8 при его сложном движении надавливают на профильные выступы 25 и 26 плоских колец 21 и 22 (фиг.5 и 3), установленных с торцовых сторон ротора 8 и статора 7, и кольца 21 и 22 совершают вращение против часовой стрелки поскольку кольцевые выступы 27 и 28 с профильными отверстиями 25; и 26 находятся в постоянном соприкосновении. Значит полукольцевые щели 23 и 24 плоских колец 21 и 22,перемещаясь, сообщают соответственно кольцевые полости 19 и 20 черезполукольцевые каналы 13 и 14, кольцевые проточки 5 и 16 с рабочими ивыхлопными камерами, которые образуются между зубьями статора и ротора при относительном перемещениипоследнего. При вращении плоских колец 21 и 22 против часвой стрелки положения их полукольцевых щелей 23 и 24 все время остаются симметричными относительно плоскости, проходящей через оси вращения ротора и статора (ось вращения ротора при его движении совершает перемещение вокруг продольной оси статора по окружности против часовой стрелки). При этом кольцевая полость 19 перед ней крышки 9 сообщена с атмосферой через отверстие 11, а кольцевая полость 20 задней крышки 1 О через отверстие 12 с сетью рабочего тела.Ротор 8 кинематически связан со шпинделем 17 посредством зубчатого5 1 О 15 20 25 ЗО 40 45 зацепления, а в шпиндель 17 вставлен шестигранный хвостовик инстумента 18. 11 оэтому сложное движениеротора 8, кинематически связанного ,посредством зубчатого зацепления сошпинделем 17, преобразуется во вра;щательное. движение против часовой.стрелкИ шпинделя 17; а значит и инструмента 18.Таким образом, сообщение вновьобразующихся рабочих камер междузубьями статора и ротора при относйтельном движении ротора черезщель 24, проточку 16, полукольцевые каналы 14 с кольцевой полостью20 и сообщение также вновь образующихся выхлопных камер между зубья.ми статора и ротора через щель 23,проточку 15, полукольцевые каналы 13с кольцевой полостью 19 происходитдля любого другого положения ротора,установленного с эксцентрисптетом встатор вследствие того, что .плоскиекольца .21 и 22 постоянно находятся всоприкасании с ротором, Поэтомусложное движение ротора преобразуется во вращательное движение противчасовой стрелки плоских колец 21и 22 и щели 23 и 24 на них всегдасовпадают с образующимися выхлопными и рабочими камерами между зубьями ржора и статора,Для изменения направления вращения инструмента 18 (по часовойстрелке) следует наоборот кольцевую полость 19 через отверстие 11сообщить с сетью рабочего тела, тогда кольцевая полость 20. через отверстие 12 будет сообщена с атмосферой.При этом в рабочие камеры, образованные между зубьями статора и ротора (на фиг.4 в левой части от вертикальной оси), для любого другогоположения ротора будет поступать рабочее тело из полости 19 через каналы 13, проточку 15, щель 23, а извыхлопных камер (на фиг.4 в правойчасти от вертикальной оси) отработанное тело будет выходить через щель24, проточку 16, каналы 14 в полость20.Под действием давления рабочеготела в рабочих камерах на зубьяротора 8 последний совершает сложное движение. Зубья ротора 8 совершают движение по гипоциклоиде против часовой стрелки, а ось вращения ротора 8 движется вокруг продольной оси статора 7 по часовой стрелке, Значит шпиндель 17 и инстумент 18 совершают вращение по часовой стрелке.Сечение полукольцевых каналов, щелей достаточно значительны и независят от величины эксцентриситета вращателя, что позволяет резко снизить сопротивление движению рабочего тела. Это способствует уменьшению падения давления рабочего тела, поступающего из сети (например в полость 20) при его движении через полукольцевые каналы 14 и полукольцевую щель 24 в рабочие камеры. Значит среднее индикаторное давлениерабочего тела в рабочих камерах будет очень высоким и близким к значению сетевого давления.В то же время отработанное рабочее тело из выхлопных камер, образованных между зубьями статора и ротора, выходит через полукольцевую щель 23, проточку 15, полукольцевые каналы 13 в кольцевую полость19 передней крышки 9 и затем из неечерез отверстие 11 в атмосферу. Освобождение выхлопных камер от отработанного рабочего тела происходит очень быстро, поскольку полукольцевая щель 23 и полукольцевые каналы 13 в силу указанного не оказывают значительного сопротивления движению рабочего тела. Таким образом, установление плоских колец с торцов ротора и выполнение на каждом из них полукольцевой щели, а также выполнение полу- кольцевых каналов на крышках и постоянное соприкасание кольцевых выступов на роторе с профильными отверстиями на плоских кольцах позволяют повысить величину крутящегомомента вращателя.Распределение рабочего тела пэсредством плоских колец, установленныхс торцов ротора и статора, также, позволяет упростить конструкцию вращателя,.Леонтюк нк оррект аказ 790 одпис Патент", г.уж Проектная, 4 ВНИИПИ по д 113035, Составитель 1 О.СтрелТехред С,Легеэа Тирак 564 осударственного комитета СССР ам изобретений и открытий сква, Ж, Раушская наб д. 4