Ударное устройство с вращающимся клапаном управления - RU2341373C2
Код документа: RU2341373C2
Чертежи
Описание
Предпосылки изобретения
Изобретение относится к ударному устройству для генерирования импульса напряжения в инструменте, содержащему корпус, с которым соединяется инструмент, и расположенный между корпусом и инструментом передаточный элемент, такой как передаточный поршень, при этом инструмент входит в контакт с обращенным к инструменту концом передаточного элемента либо непосредственно, либо опосредованно, по меньшей мере, в течение части периода времени в ходе генерирования импульса напряжения, средство для генерирования силы между корпусом и передаточным элементом, которая стремится толкать передаточный элемент к инструменту, и первое пространство для рабочей жидкости на стороне инструмента относительно передаточного элемента, при этом передаточный элемент содержит первую поверхность повышенного давления, расположенную на стороне первого пространства для рабочей жидкости, обращенного к инструменту, средства для подачи рабочей жидкости под давлением в указанное первое пространство для рабочей жидкости и для обеспечения резкого оттока рабочей жидкости из указанного первого пространства для рабочей жидкости таким образом, что указанная сила между корпусом и передаточным элементом передается непосредственно или опосредованно через передаточный элемент, и когда передаточный элемент находится в контакте с инструментом, сила сжимает инструмент в его продольном направлении и в результате этого создает в инструменте импульс напряжения в его осевом направлении, и канал для рабочей жидкости для подачи рабочей жидкости под давлением в ударное устройство, и выпускной канал для направления рабочей жидкости из ударного устройства.
Изобретение также относится к клапану управления для управления рабочим циклом, приводимому в действие рабочей жидкостью ударного устройства, питающему каналу, ведущему к ударному устройству, и, соответственно, выпускному каналу для направления рабочей жидкости в ударное устройство и из него, причем клапан управления выполнен с возможностью установки с возможностью вращения в пространство в корпусе ударного устройства, при этом, по меньшей мере, один выпускной канал для рабочей жидкости проходит в указанное пространство, и клапан управления содержит, по меньшей мере, один канал или проход для управления потоком рабочей жидкости.
В известных ударных устройствах удары получают с использованием совершающего возвратно-поступательное движение ударного поршня, движение которого обычно осуществляется гидравлическим или пневматическим способом или, в некоторых случаях, также электрическим способом или посредством использования двигателя внутреннего сгорания как источника энергии. Импульс напряжения генерируется в инструменте, когда ударный поршень ударяет в конец инструмента или в соединенный с ним хвостовик.
Ударный механизм ударного устройства может также быть выполнен с использованием специального напрягаемого элемента для генерирования ударного импульса. Такой напрягаемый элемент может быть механической одноэлементной или многоэлементной деталью, подвергаемой воздействию напряжения в продольном направлении инструмента, или рабочей жидкостью, находящейся под давлением в каком-либо пространстве. Согласно этим техническим решениям напрягаемый элемент подвергается воздействию напряжения или давления соответственно и одновременно непосредственно или опосредованно отталкивается к концу инструмента или к соединенному с ним хвостовику. Далее в данной заявке на патент и в формуле изобретения определение "напрягаемый элемент" относится как к механическому решению, так и к решению с использованием рабочей жидкости. Соответственно, определение "подвергаемый воздействию напряжения" относится как к воздействию на механический элемент как механического напряжения, так и к воздействию на рабочую жидкость давления. Когда они резко освобождаются от напряжения или, соответственно, когда давление резко падает, результатом этого является генерирование импульса напряжения, который передается инструменту и таким образом через инструмент материалу, который необходимо разрушить. Для того чтобы генерировался достаточно сильный импульс напряжения, освобождение напрягаемого элемента от напряжения или давления должно происходить быстро. С другой стороны, напряжение должно быть получено таким образом, чтобы достигать больших напряжений и высоких давлений без каких-либо ограничений, задаваемых механическим износом или грузом материала. Следовательно, на практике пик напряжения или давления напрягаемого элемента повышается наиболее просто посредством использования гидравлической среды или приводимых в действие гидравлической средой поршневой и клапанной структур. Для обеспечения достаточно сильного потока рабочей жидкости в фазе напряжения с достаточной скоростью для достижения необходимого резкого сброса давления клапан управления, управляющий ударами, должен быть способен управлять достаточно большими потоками жидкости с достаточно высокой частотой.
Краткое описание изобретения
Целью настоящего изобретения является получение ударного устройства и клапана управления для эффективного генерирования импульса напряжения при помощи напрягаемого элемента при достижении также простоты управления ударами ударного устройства. Ударное устройство, соответствующее изобретению, характеризуется тем, что средство для направления рабочей жидкости из первого пространства для рабочей жидкости содержит установленный с возможностью вращения клапан управления, имеющий каналы/проходы управления для прерывистого направления рабочей жидкости из первого пространства для рабочей жидкости в выпускной канал, при этом клапан управления имеет несколько параллельных каналов/проходов управления, которые, по существу, открывают соединение между первым пространством для рабочей жидкости и выпускным каналом для рабочей жидкости соответственно. Клапан управления, соответствующий изобретению, характеризуется тем, что клапан управления содержит множество параллельных каналов или проходов, которые, когда клапан управления вращается, поочередно одновременно открывают соединение ударного устройства с выпускным каналом и закрывают соединение с выпускным каналом соответственно.
Существенная идея изобретения состоит в том, что в ударном устройстве используется вращающийся клапан как клапан управления для управления потоком рабочей жидкости в пространство для рабочей жидкости и из него, причем она используется для создания напряжения в напрягаемом элементе; клапан содержит первые каналы управления для сброса давления рабочей жидкости, нагружающего напрягаемый элемент, таким образом, чтобы допускать передачу энергии от напрягаемого элемента инструменту в виде импульса напряжения. Кроме того, существенная идея предпочтительного варианта осуществления изобретения состоит в том, что клапан управления содержит вторые каналы управления для подачи давления рабочей жидкости к напрягаемому элементу поочередно со сбросом давления. Существенная идея второго предпочтительного варианта осуществления изобретения состоит в том, что он содержит отдельные вспомогательные клапаны для управления подачей рабочей жидкости к напрягаемому элементу и выпуском рабочей жидкости от напрягаемого элемента соответственно, при этом вращающийся клапан подключается для регулирования давления управления, подаваемого во вспомогательные клапаны. Существенная идея третьего варианта осуществления изобретения состоит в том, что используются отдельные скользящие уплотнения, предпочтительно регулируемые при помощи давления рабочей жидкости и снабженные каналами для направления потока рабочей жидкости в каналы управления и из них. Существенная идея четвертого варианта осуществления изобретения состоит в том, что вращающиеся клапаны снабжены множеством параллельных каналов управления, которые, по существу, одновременно открывают и, соответственно, перекрывают поток рабочей жидкости в одном или обоих направлениях.
Преимущество изобретения состоит в том, что скорость вращения вращающегося клапана регулируется для управления частотой ударов. Использование в клапане управления каналов надлежащей конструкции и надлежащих размеров обеспечивает регулирование скорости подачи и выпуска рабочей жидкости. Использование вспомогательных клапанов шпиндельного типа позволяет, в частности, еще больше повысить скорость выпуска, что приводит к увеличению скорости нарастания и величины импульса напряжения. Преимущество другого варианта осуществления изобретения состоит в том, что использование нескольких параллельных каналов управления позволяет открывать большую площадь поперечного сечения потока, что позволяет осуществлять резкое падение давления, требуемое, в частности, для генерирования импульса напряжения. Преимущество другого предпочтительного варианта осуществления изобретения состоит в том, что использование скользящих уплотнений, регулируемых рабочей жидкостью, позволяет устранить вязкостное трение и уменьшить поверхность трения между клапаном и корпусом, что приводит к уменьшению износа и потребности в очень небольшой входной мощности для клапана.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет описано подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1а и 1b - схематические виды сечения ударного устройства, содержащего некоторые варианты осуществления изобретения, снабженные вращающимся клапаном управления;
фиг.2 - схематический вид варианта осуществления изобретения для вращения клапана управления и для регулирования скорости его вращения;
фиг.3а и 3b - схематические виды сбоку в сечении ударного устройства, содержащего соответствующие изобретению варианты выполнения вращающегося клапана управления, показанные на фиг.1а и 1b соответственно;
фиг.4а-4с - схематические виды в сечении по линии В-В варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.3а, если смотреть в осевом направлении на разных этапах работы;
фиг.5а-5с - вид сечения другого ударного устройства, соответствующего изобретению, на разных этапах работы и более подробный вид вспомогательного клапана, относящегося к этому варианту осуществления изобретения;
фиг.6а-6с - схематические виды вариантов выполнения вращающихся клапанов, пригодных для использования в ударном устройстве, соответствующем изобретению, и их уплотнения относительно корпуса ударного устройства;
фиг.7 - схематический вид варианта выполнения ударного устройства, соответствующего изобретению;
фиг.8 - схематический вид другого варианта выполнения ударного устройства, соответствующего изобретению.
Подробное описание изобретения
На фиг.1а показан схематический вид сечения ударного устройства 1 согласно изобретению, содержащего корпус 2 и расположенный в нем напрягаемый элемент 3. Напрягаемый элемент расположен соосно с инструментом 4, при этом один конец напрягаемого элемента 3 упирается в корпус 2 при ударах, а соответственно, противоположный конец упирается в конец инструмента 4 или в хвостовик, прикрепленный к нему и сам по себе известный. Соосно с напрягаемым элементом 3 и также с инструментом 4 расположен установленный с возможностью вращения клапан 5 управления, который вращается вокруг его оси пригодным вращающим механизмом или поворачивается назад и вперед. Один такой вращающий механизм показан на фиг.2. На фиг.1 также показано первое пространство 6 для рабочей жидкости в корпусе 2 ударного устройства и передаточный элемент, например передаточный поршень 7 в пространстве для рабочей жидкости, которые используются для напряжения напрягаемого элемента 3 и, соответственно, для снятия напряжения при помощи вращающегося клапана 5. Передаточный поршень 7 содержит первую поверхность повышенного давления, обращенную к первому пространству 6 для рабочей жидкости. Для создания напряжения в напрягаемом элементе 3 от насоса 8 проходит канал 9 для рабочей жидкости к местоположению проходов 5а, служащих в качестве управляющих каналов клапана 5 и проходящих, например, через клапан 5, посредством чего проходы 5а оказываются по одному в момент времени перед каналом 9 для подачи рабочей жидкости и допускают прохождение рабочей жидкости в пространство 6 для рабочей жидкости и таким образом отталкивание поршня 7 к напрягаемому элементу 3. В результате напрягаемый элемент 3 сжимается, в нем накапливается энергия и генерируется сила, действующая между корпусом 1 и передаточным поршнем, которая толкает передаточный поршень 7 в направлении инструмента 4. Соответственно, когда вращающийся клапан 5 поворачивается вперед, как показано стрелкой А, отверстия 5b, расположенные с чередованием с отверстиями 5а, также действуют как каналы для рабочей жидкости и, например, проходя через клапан 5, оказываются по одному в момент времени перед каналом 10 для выпуска рабочей жидкости, обеспечивая быстрое вытекание рабочей жидкости из пространства 6 для рабочей жидкости в емкость 11 для рабочей жидкости. Это, в свою очередь, приводит к освобождению напрягаемого элемента 3 от напряжения, и сила, генерированная напряжением, толкает инструмент, при этом накопленная энергия передается инструменту 4 как импульс напряжения. На чертеже напрягаемый элемент 3 и поршень 7 показаны как отдельные элементы. Таким образом, напрягаемый элемент 3 либо может быть выполнен из жесткого материала, либо он может состоять из рабочей жидкости во втором пространстве 3 для рабочей жидкости. Передаточный поршень 7, таким образом, содержит вторую поверхность повышенного давления, обращенную ко второму пространству 3' для рабочей жидкости. Когда напрягаемый элемент 3' выполнен из жесткого материала, он может быть соединен с поршнем 7 и составлять единое целое с ним.
На фиг.1b схематически показан частично в сечении другой вариант осуществления изобретения. Этот вариант осуществления изобретения отличается от показанного на фиг.1а тем, что в этом варианте канал 9 для подачи рабочей жидкости от насоса 8 непосредственно сообщается с первым пространством 6 для рабочей жидкости. Кроме того, в этом варианте осуществления изобретения клапан 5 управления не имеет проходов 5а, которые в случае, показанном на фиг.1, могли бы поочередно соединять питающий канал 9 с пространством 6 для рабочей жидкости и, соответственно, прерывать это сообщение. Соответственно, в этом варианте осуществления изобретения осуществляется управление только сбросом давления рабочей жидкости в первом пространстве 6 для рабочей жидкости с пригодными интервалами для генерирования необходимого импульса напряжения, воздействующего на инструмент 4. В другом случае, как по конструкции, так и по работе, технические решения, показанные на фиг.1а и 1b, могут быть подобными, и в этом отношении нет необходимости опять описывать их работу.
На фиг.2 схематически показан механизм вращения для вращения вращающегося клапана 5 управления. В этом варианте осуществления изобретения клапан 5 управления снабжен зубцами 5с, и в корпусе 2 существуют пространства для зубчатого колеса 12, которое снабжено зубцами, подобными зубцам 5с, и входит в зацепление с ними. Зубчатое колесо 12 установлено с возможностью вращения относительно корпуса 2, при этом его зубцы 12а заставляют его вращаться одновременно с клапаном 5 управления, но в противоположном направлении. С одной стороны от зубчатого колеса 12 подсоединен питающий канал 9 для рабочей жидкости, и с другой стороны подсоединен выпускной канал 10. Благодаря действию рабочей жидкости, подаваемой по питающему каналу 9, клапан 5 управления и зубчатое колесо 12 составляют редукторный двигатель, в котором рабочая жидкость может проходить только вместе с его зубцами вокруг них, при этом взаимно соответствующие зубцы предотвращают прохождение потока между ними. Соответственно, зубчатое колесо 12 и клапан 5 управления вращаются таким образом, что точка зацепления их зубцов движется к питающему каналу 9 для рабочей жидкости одновременно с прохождением вокруг них рабочей жидкости, выпускаемой через выпускной канал 10. Для регулирования скорости вращения либо с питающим каналом, либо с выпускным каналом может быть соединен дроссель или регулятор расхода, схематически показанный здесь как соединенный с питающим каналом 9. Регулятор 13 может быть либо регулируемым дросселем или более сложным регулятором расхода, который регулирует величину расхода рабочей жидкости независимо от ее давления и таким образом более точно скорость вращения клапана 5 управления. Кроме того, второй питающий канал 9а для рабочей жидкости может проходить от насоса 8 для рабочей жидкости к другому приводу для приведения его в действие. В дополнение к одному зубчатому колесу можно использовать множество зубчатых колес для вращения клапана 5 управления при условии, что питающий и выпускной каналы для рабочей жидкости подсоединены с обеих сторон от редукторного двигателя, составляемого каждым зубчатым колесом 12 и клапаном 5 управления. На фиг.2 показано в целом прерывистыми линиями и обозначено ссылочной позицией 12 зубчатое колесо, расположенное внутри клапана 5 управления. Естественно, можно также использовать отдельный вращающий двигатель или другой подходящий вращающий механизм, такой как электрический или пневматический двигатель для вращения клапана 5 управления.
На фиг.3а показан вид сбоку с частичным сечением части ударного устройства, включающего вариант выполнения вращающегося клапана управления, соответствующего настоящему изобретению. Работа этого варианта осуществления изобретения соответствует работе ударного устройства, схематически показанного на фиг.1а. Клапан 5 управления вращается в направлении, показанном стрелкой А, и к нему проходят каналы 9 и 10 для рабочей жидкости. Каналы для рабочей жидкости заканчиваются в питающей и выпускной камерах 14а и 14b, две из которых показаны для примера, то есть по одной на обеих сторонах клапана управления. На практике применяют несколько питающих и выпускных каналов в соответствии с количеством питающих и выпускных отверстий в клапане управления. Клапан 5 управления содержит питающее и выпускное отверстия 5а и 5b, которые проходят через цилиндрический корпус, действуют как каналы для рабочей жидкости, проходят сквозь стенку цилиндрического корпуса клапана 5 управления и расположены таким образом по направлению вращения клапана, что они оказываются последовательно в моменты времени в точках расположения питающей и выпускной камер 14а и 14b соответственно. Это позволяет чередовать подачу рабочей жидкости в пространство 6 для рабочей жидкости и выпуск из него. Это показано на фиг.4а-4с.
На фиг.3b показан вид сбоку с частичным сечением части другого ударного устройства, содержащего вариант выполнения вращающегося клапана управления, соответствующего настоящему изобретению. Его работа соответствует работе ударного устройства, схематически показанного на фиг.1b, но разница по сравнению с техническим решением, показанным на фиг.3а, состоит в том, что питающий канал 9 для рабочей жидкости непосредственно соединен с пространством 6 для рабочей жидкости, в результате чего питающие камеры 14а и, соответственно, питающие проходы 5а в клапане 5 управления отсутствуют. Кроме того, например, размер выпускных проходов 5b и выпускных камер 14b в осевом направлении увеличен, что, однако, по определению не является необходимым.
На фиг.4а-4с схематически показано ударное устройство с клапаном управления, показанным на фиг.3а, на трех этапах его работы. В ситуации, показанной на фиг.4а, при вращении клапана 5 управления передний край прохода 5а располагается в питающей камере 14а, в результате чего рабочая жидкость под давлением начинает проходить от гидравлического насоса 8 по питающему каналу 9, как показано стрелкой, через питающую камеру 14а и проход 5а в пространство 6 для рабочей жидкости. Естественно, то же происходит на противоположной стороне, где верхний проход 5а, показанный на фиг.4а, находится в соответствующем положении относительно питающей камеры 14а на левой стороне корпуса 2 ударного устройства. Проходы 5b не располагаются одновременно в районах выпускных камер 14b, и таким образом рабочая жидкость не может выпускаться из пространства 6 для рабочей жидкости. Таким образом клапан 5 управления подключает, как показано на фиг.4а, питающий канал для рабочей жидкости так, чтобы обеспечивать воздействие рабочей жидкости на поршень 7 и таким образом на напрягаемый элемент 3, которому сообщается напряжение или давление. Когда клапан 5 управления продолжает вращаться, проходы 5а и 5b поворачиваются соответственно и в случае, показанном на фиг.4b, происходит завершение этапа напряжения напрягаемого элемента, при этом задние края проходов 5а оказываются у питающих камер 14а и при продолжении вращения клапана постепенно перекрывают соединение питающего канала 9 для рабочей жидкости через камеру 14а и проход 5а с пространством 6 для рабочей жидкости. В этой ситуации продолжается перекрывание выпуска рабочей жидкости из пространства 6 для рабочей жидкости. В случае, показанном на фиг.4с, при вращении клапан 5 управления продолжил действие до ситуации, в которой подача рабочей жидкости в пространство 6 для рабочей жидкости прекращена, и передний край проходов 5b в направлении вращения только появился у выпускных камер 14b. Поскольку проходы 5b существенно выше отверстий 5а по вертикали клапана 5 управления, рабочая жидкость начинает выходить из пространства 6 для рабочей жидкости через выпускную камеру 14b и выпускной канал 10 довольно быстро, в результате чего давление в пространстве 6 для рабочей жидкости резко падает. Когда это происходит, напрягаемый элемент при мгновенном освобождении генерирует импульс напряжения, передаваемый через инструмент, как описано выше. На фиг.3а показана ситуация, в которой можно видеть только один питающий проход 5а и один выпускной проход 5b, но их может быть несколько, расположенных последовательно вокруг вращающегося клапана 5 управления в зависимости от требуемых объема потока рабочей жидкости и расхода, как схематически показано на фиг.1 и фиг.4а-4с. Чем больше скорость вращения клапана 5 управления, тем выше частота импульсов напряжения, то есть так называемая частота ударов, генерируемых и передаваемых через инструмент. Хотя на фиг.3а показаны, по существу, прямоугольные питающий и выпускной проходы, их конфигурация может быть любой известной конфигурацией.
Описанная работа, показанная на фиг.4а-4с, пригодна как таковая также при работе варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.3b, относительно сброса давления рабочей жидкости. Что касается давления подачи рабочей жидкости, работа осуществляется так, что рабочая жидкость поступает постоянно в пространство 6 для рабочей жидкости от насоса 8, посредством чего, когда клапан 5 управления находится в положении, в котором он перекрывает сообщение через выпускные проходы 5b с выпускным каналом 10, давление в пространстве 6 для рабочей жидкости возрастает, вызывая сообщение напряжения в напрягаемом элементе. На следующем этапе, когда выпускные проходы 5b открывают выпускной проток для рабочей жидкости в выпускной канал 10, поток имеет существенно большую площадь сечения в каналах относительно площади сечения питающего канала 9 для рабочей жидкости. Вследствие разности площадей сечения новая рабочая жидкость поступает в пространство 6 для рабочей жидкости значительно медленнее, чем она выпускается оттуда, посредством чего давление в пространстве 6 для рабочей жидкости резко падает и генерируется импульс напряжения, передаваемый через инструмент, как описано выше. Когда сообщение между пространством 6 для рабочей жидкости и выпускным каналом 10 вновь прерывается, напрягаемому элементу 3 вновь сообщается напряжение и рабочие этапы повторяются в указанной выше последовательности.
На фиг.5а-5с показан вариант осуществления изобретения, в котором используются отдельные вспомогательные клапаны 15 шпиндельного типа в дополнение к вращающемуся клапану 5 управления, при этом вращающийся клапан 5 управления управляет их работой в дополнение к управлению потоком рабочей жидкости. На фиг.5а показан вид сечения в ситуации, когда рабочая жидкость подается в ударное устройство для сообщения напряжения напрягаемому элементу. Ударное устройство, и напрягаемый элемент, и рабочий поршень, составляющие его, подобны в принципе, и их работа подобна работе устройства, показанного на фиг.3а и 3b, хотя они имеют разные конфигурации. Кроме того, два или более, например, как показано на фиг.5а-5b, в корпусе 2 могут быть установлены два вспомогательных клапана 15 шпиндельного типа, например два клапана в форме гильзы, которые показаны в увеличенном виде и более подробно на фиг.5с. На практике предпочтительно применяют столько вспомогательных клапанов, сколько применяют проходов, ведущих в пространство 6 для рабочей жидкости. Вспомогательные клапаны 15 снабжены сквозным каналом 15а и двумя поверхностями 15b и 15с повышенного давления. Давление рабочей жидкости всегда воздействует на поверхность 15с повышенного давления вспомогательного клапана при помощи канала 9с управления, причем давление является, например, нормальным рабочим давлением рабочей жидкости или подобным; и оно воздействует на вспомогательный клапан 15 таким образом, что этот клапан имеет тенденцию смещения вниз из положения, показанного на фиг.5а. В ситуации, показанной на фиг.5а, нормальное давление рабочей жидкости воздействует на вторую поверхность 15b повышенного давления вспомогательного клапана при помощи канала 17 управления и канала 9b, при этом давление генерирует противодействующую силу во вспомогательном клапане 15, и эта сила больше силы, генерируемой давлением, воздействующим на поверхность 15с повышенного давления, и таким образом она удерживает вспомогательный клапан 15 в положении, показанном на фиг.5а. В этом варианте осуществления изобретения питающий и выпускной каналы клапана 5 управления являются просто каналами управления пазового типа для рабочей жидкости на поверхности клапана 5 управления и не являются сквозными проходами, показанными на фиг.3а-4с. В ситуации, показанной на фиг.5а, питающий канал 9, проходящий к клапану 5 управления, соединен с камерой 6 каналом 16 для рабочей жидкости, каналом 9а повышенного давления и каналом 15а, по которым рабочая жидкость может проходить через вспомогательный клапан 15 и воздействовать на напрягаемый элемент 3 при помощи поршня 7, таким образом создавая напряжение в напрягаемом элементе 3.
В ситуации, показанной на фиг.5b, клапан 5 управления повернут в положение, в котором канал 16 управления переместился от пункта расположения канала 9 для рабочей жидкости, таким образом прекратив подачу рабочей жидкости в камеру 6. Кроме того, канал 17 управления повернут, и вместо него в этом пункте находится канал 18 управления, который вводит в сообщение поверхность 15b повышенного давления вспомогательного клапана 15 с выпускным каналом 10. Одновременно давление, воздействующее на поверхность 15b повышенного давления вспомогательного клапана 15, прекращает его воздействие, в результате чего вспомогательный поршень перемещается в положение, показанное на фиг.5b, одновременно создавая непосредственное сообщение поршня 7 в камере 6 с выпускным каналом 10 для рабочей жидкости. Кроме того, также одновременно создается сообщение камеры 6 с выпускным каналом 10 по каналу 15а, проходящему через вспомогательный клапан 15, канал 9а для рабочей жидкости и канал 19. В результате рабочая жидкость может выпускаться из камеры 6 двумя параллельными путями, и в результате поршень 7 очень быстро освобождается от воздействующего на него давления, и генерируется быстрый импульс напряжения, передаваемый от напрягаемого элемента 3 через инструмент 4. После этого, когда клапан 5 управления продолжает вращаться, процесс возвращается к ситуации, показанной на фиг.5а, и рабочий цикл начинается снова.
На фиг.6а-6с показаны схематические виды с частичным сечением некоторых вариантов выполнения вращающихся клапанов, пригодных для применения в ударном устройстве, соответствующем изобретению, с соответствующими техническими решениями выполнения уплотнения.
На фиг.6а схематически показан вариант выполнения вращающегося клапана, причем клапан 5 управления снабжен частью 5'' в форме фланца и частью 5' в форме гильзы, при этом в обоих из них выполнены проходы 5а и 5b управления соответственно. В этом варианте осуществления изобретения в части 5'' в форме фланца клапана 5 управления выполнены проходы 5а, создающие сообщение друг с другом питающего канала 9 для рабочей жидкости и пространства 6 для рабочей жидкости, и, соответственно, в части 5'' в форме гильзы выполнены выпускные проходы 5b, создающие сообщение друг с другом пространства 6 для рабочей жидкости и выпускного канала 10. В принципе, проходы могли бы соединяться наоборот, например выпускные проходы 5b в части 5' в форме фланца и питающие проходы 5а в части 5'' в форме гильзы. Однако, принимая во внимание работу ударного устройства, предпочтительно, чтобы выпускные проходы 5b были выполнены в части 5'' в форме гильзы, где окружная скорость максимальна и, следовательно, скорость прохода и в результате чего скорость нарастания импульса напряжения максимальны. На фиг.6а также показана уплотнительная структура для уплотнения зазоров между клапаном 5 управления и корпусом 2. Для примера, уплотнительная структура показана как уплотненная только частью 5'' в форме гильзы клапана 5 управления, но уплотнение части 5' в форме фланца может быть осуществлено соответствующим образом посредством применения принципа решения, показанного на фиг.6b.
Техническое решение, показанное на фиг.6а, содержит уплотнение 20, расположенное в пространстве 21 и способное двигаться в этом пространстве в радиальном направлении клапана 5. Давление Ps рабочей жидкости воздействует на уплотнение 20 со стороны поверхности, противоположной стороне, обращенной к клапану 5 таким образом, что оно толкает уплотнение к клапану 5 с необходимой силой. Уплотнение 20 также содержит канал 20а, который соединен проходом 20b, проходящим сквозь стенку уплотнения 20, с выпускным каналом, ведущим из выпускной камеры 14b для рабочей жидкости. Соединение, ведущее от канала 20а в уплотнении 20, может быть выполнено другим способом, например непосредственно через корпус 2, как показано прерывистой линией 10'. Регулирование давления Ps позволяет регулировать зазор между поверхностями уплотнения 20 и клапана 5 управления. Регулирование давления можно осуществлять с использованием отдельного внешнего регулирующего давления или оно может быть подключено, например, в зависимости от уровня давления вращающего двигателя клапана 5 управления, давления подачи ударного устройства и т.д., посредством чего изменения давления в пространствах 6 для рабочей жидкости в результате утечек могут подстраивать регулирование уплотнительного элемента относительно клапана управления для получения оптимального зазора, допускающего очень небольшую утечку рабочей жидкости между уплотнением 20 и клапаном 5 управления. Одновременно это обеспечивает смазку между поверхностями.
На фиг.6b показан соответствующим образом клапан управления в форме фланца, в котором как питающий, так и выпускной проходы 5а и 5b проходят через часть в форме фланца в направлении оси вращения клапана 5. В этом варианте осуществления изобретения проходы 5а и 5b расположены последовательно в направлении по периферии, как показано на фиг.6с. В альтернативном варианте, питающие и выпускные проходы 5а и 5b могут быть расположены в разных точках в радиальном направлении относительно части в форме фланца клапана, в результате чего в более предпочтительном варианте осуществления изобретения выпускные проходы располагаются ближе к периферии в радиальном направлении для достижения как можно быстрого сброса давления. В соответствующем варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1b, в котором контролируется только сброс давления рабочей жидкости, то есть рабочая жидкость выпускается из пространства 6 для рабочей жидкости в выпускной канал 10, достаточны только выпускные проходы 5b, размеры и местоположение которых можно соответственно подбирать. На фиг.6b показаны технические решения выполнения уплотнения, соответствующие варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.6а, и расположенные на поперечном сечении клапана 5 для уплотнения проходов, соответствующих фиг.6а. Здесь также применяются те же принципы, и отдельное описание не требуется. Соответственно, это решение выполнения уплотнения, показанное на фиг.6b, может применяться для уплотнения проходов части 5' в форме фланца варианта осуществления изобретения, соответствующего фиг.6а, совместно с решением выполнения уплотнения для уплотнения части 5'' в форме гильзы. Уплотнение может также осуществляться посредством подключения уплотняющего давления для воздействия на клапан 5 в осевом направлении, при этом уплотнения неподвижно или жестко соединяют с корпусом или с клапаном, или они являются их частью.
На фиг.6с показан клапан 5 и уплотнения 20 варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.6b, видимые снизу относительно фиг.6b. На фиг.6b, в свою очередь, показано сечение в направлении линии С-С, показанной на фиг.6с, хотя на фиг.6с не показаны все детали, показанные в сечении на фиг.6b. На фиг.6с показан клапан 5 управления, снабженный последовательно расположенными в направлении по периферии проходами 5а и 5b для направления рабочей жидкости в пространство для гидравлической жидкости и из него. Кроме того, на фиг.6с показаны два уплотнения 20 для иллюстрирования структуры уплотнений. Как показано на фиг.6с, проходы уплотнений предпочтительно имеют, по существу, такую же конфигурацию, как и проходы 5а и 5b в клапане, для получения максимально эффективного потока рабочей жидкости. Проходы 5а и 5b расположены так, что между ними, когда клапан 5 поворачивается или вращается, закрытый район между проходами клапана управления перекрывает сообщение с проходами, пока канал не откроется в следующий раз, позволяя рабочей жидкости поступать в указанное выше пространство 6 для рабочей жидкости или выпускаться из него. На фиг.6с также показано двусторонней стрелкой D то, что, если необходимо, клапан 5 управления может вращаться с совершением возвратно-поступательного движения, если это считается преимущественным с точки зрения конструкции. Соответственно, если необходимо, клапаны, показанные на других чертежах, также могут работать с совершением возвратно-поступательного вращательного движения вместо непрерывного вращательного движения в одном направлении.
На фиг.7 схематически показан принципиальный вариант выполнения ударного устройства, соответствующего изобретению. На фиг.7 показано ударное устройство в случае, когда оно "заряжено" для создания импульса напряжения. На чертеже показано ударное устройство 1, содержащее корпус 2. Корпус имеет в качестве напрягаемого элемента 3 второе пространство 3' для рабочей жидкости, содержащее рабочую жидкость, причем пространство ограничено с одной стороны передаточным поршнем 7, работающим в качестве передаточного элемента. Второе пространство для рабочей жидкости сообщается по каналу 9' с источником давления, таким как гидравлический насос 8', который подает рабочую жидкость под давлением в первое пространство для рабочей жидкости под давлением Р1. С одной стороны от передаточного поршня 7, то есть со стороны, противоположной стороне второго пространства 3' для рабочей жидкости, расположено первое пространство 6 для рабочей жидкости, которое, в свою очередь, сообщается по каналу 9 и через клапан 5 с источником рабочей жидкости, таким как гидравлический насос 8, который подает рабочую жидкость под давлением Р2. От клапана 5 в резервуар 11 для рабочей жидкости проходит возвратный канал 10 для рабочей жидкости. Кроме того, он может содержать гидравлический аккумулятор, сообщающийся со вторым пространством 3' для рабочей жидкости для ослабления импульсов давления. Вместо двух гидравлических насосов 8 и 8' можно использовать один общий гидравлический насос 8, что показано прерывистой линией 9''.
В случае, показанном на фиг.7, осуществляется так называемая загрузка, когда при управлении клапаном 5 управления рабочая жидкость подается в первое пространство 6 для рабочей жидкости таким образом, что передаточный поршень 7 перемещается в направлении, показанном стрелкой В, пока он не достигнет его заднего положения, то есть самого дальнего положения, показанного на фиг.7. Одновременно рабочая жидкость выпускается из второго пространства для рабочей жидкости. Заднее положение передаточного поршня 7 задается механическими решениями в ударном устройстве 1, например различными уступами и стопорами. При работе ударного устройства ударное устройство 1 толкают в направлении обрабатываемого материала с силой F, то есть с так называемой силой подачи, которая удерживает передаточный поршень 7 в контакте с инструментом 4, и его оконечность, то есть буровое долото или подобное средство в контакте с обрабатываемым материалом. Когда передаточный поршень 7 переместился как можно дальше в направлении, показанном стрелкой В, клапан 5 поворачивается в положение, которое допускает быстрый отток рабочей жидкости из первого пространства 6 для рабочей жидкости в резервуар 11 для рабочей жидкости. Это позволяет передаточному поршню 7 выступать в направлении инструмента 4 под действием силы, генерированной давлением рабочей жидкости, находящейся во втором пространстве для рабочей жидкости и дополнительно поступающей в него из гидравлического насоса 8'. Давление Р2, воздействующее на передаточный поршень 7 во втором пространстве для рабочей жидкости, создает силу, которая толкает передаточный поршень 7 в направлении инструмента 4, сжимая инструмент 4. В результате в инструменте 4 передаточным поршнем 7 создается резкое напряжение сжатия, которое затем генерирует импульс напряжения, передаваемый инструментом 4 обрабатываемому материалу. Так называемый отраженный импульс, отраженный от обрабатываемого материала, возвращается, в свою очередь, назад к инструменту 4, толкающему передаточный поршень 7 вновь в направлении, показанном стрелкой В, посредством чего энергия импульса напряжения передается рабочей жидкости во втором пространстве для рабочей жидкости. Одновременно клапан 5 возвращается в такое положение, в котором рабочая жидкость опять подается в первое пространство 6 для рабочей жидкости и толкает передаточный поршень 7 в его заднее положение, то есть в положение удара.
На фиг.8 показан еще один вариант выполнения ударного устройства, соответствующего изобретению. На чертеже схематически показан вращающийся клапан 5 управления, содержащий несколько каналов 5а для направления рабочей жидкости в пространство 6 для рабочей жидкости. Вокруг клапана 5 управления расположен корпус 2 ударного устройства, имеющий кольцевой питающий канал 9 для рабочей жидкости, показанный для примера. Несколько параллельных и, например, радиальных питающих каналов 9а проходят от питающего канала 9 к клапану 5 управления, причем количество питающих каналов 9а составляет, например, половину от количества каналов 5а клапана 5 управления. Таким образом, когда клапан 5 управления вращается, рабочая жидкость подается в пространство 6 для рабочей жидкости с удвоенной частотой, поскольку половина каналов 5а в момент времени сообщается с питающим каналом 9. Соответственно, конечно, пространство 6 для рабочей жидкости должно быть подобным образом расположено с сообщением с выпускным каналом при помощи соответствующего количества каналов для генерирования импульсов напряжения с указанной удвоенной частотой.
Для умножения частоты только другая половина должна иметь количество каналов, соответствующее умножению на целое число. Таким образом, количество питающих каналов 9а может быть равно умножению в корпусе, то есть, например, вдвое по сравнению с каналами 5а клапана 5 управления. Соответственно, количество выпускных каналов может быть равно умножению, например, вдвое в клапане 5 управления, в результате чего количество каналов может быть меньше снаружи от клапана 5 управления в корпусе 2. Кроме того, количество каналов в обоих направлениях может быть одинаковым в клапане 5 управления и, с другой стороны, в корпусе 2, и в этом случае один имеет меньшее количество каналов и, соответственно, другой имеет большее количество каналов, равное умножению на целое число.
В дополнение к каналам, образованным радиально, естественно, можно использовать параллельные каналы осевого направления, или одновременно могут использоваться и те и другие.
Изобретение описано выше в соответствии с примером, показанным на чертежах, но ни коим образом не ограничивается им. Существенно то, что для управления таким ударным устройством, снабженным напрягаемым элементом, используется установленный с возможностью вращения клапан управления, скорость вращения или поворота которого может регулироваться для достижения необходимой частоты ударов.
Реферат
Ударное устройство с вращающимся клапаном управления относится к машиностроению. Ударное устройство содержит корпус, к которому может присоединяться инструмент и расположенный между корпусом и инструментом напрягаемый элемент, удерживаемый корпусом ударного устройства, и полость для рабочей жидкости, и средства для подачи рабочей жидкости в полость для рабочей жидкости и из него соответственно. Ударное устройство содержит установленный с возможностью вращения клапан управления, имеющий каналы управления для прерывистого направления рабочей жидкости из пространства для рабочей жидкости в возвратный канал. Обеспечивается простота управления ударами устройства. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 16 ил.
