Воздухораспределительные устройства.
Под воздухораспределительным устройством принято понимать систему деталей (подвижных и неподвижных), которая в сочетании с системой воздухопроводящих каналов обеспечивает автоматическое движение сжатого воздуха в нужном направлении и, как следствие, возвратно-поступательное движение поршня-ударника.
Воздухораспределительное устройство перфоратора должно обеспечивать высокое индикаторное давление в полостях рабочего цилиндра как при прямом, так и при обратном ходе поршня-ударника. Оно является одним из основных элементов системы воздухораспределения, определяющим надежность и экономичность работы перфоратора. Им обеспечивают запуск при любом-положении перфоратора, оптимальные параметры с минимальной вибрацией и отдачей, оно имеет простую и технологичную конструкцию.
Воздухораспределительные устройства современных перфораторов можно разделить на две большие группы: клапанные и золотниковые.
К клапанным относят такие устройства, у которых исполнительный орган (клапан) перемещается нормально основным отсекающим поверхностям—седлам, причем размер щели для пропуска воздуха является ходом клапана. В золотниковом устройстве запорный орган перемещается параллельно уплотняющей поверхности, причем размеры щелей, открываемых для впуска сжатого воздуха, всегда меньше хода золотника.
По форме клапаны различают пластинчатые, кольцевые, дисковые, фланцевые, мотыльковые, шариковые и др. Золотниковые воздухораспределительные устройства можно разделить на две большие группы: свободные и связанные с поршнем-ударником. Свободные золотники перекидываются за счет сжатого воздуха, поступающего по специальным каналам, а жесткий золотник механически связан с поршнем-ударником или даже располагается на самом поршне-ударнике.
|
|
|
Пневматические переносные перфораторы имеют, как правило, плоский кольцевой или фланцевый клапан, т. е. легкие клапаны, на перекидку которых затрачивается мало энергии и времени (0,001—0,015 с). Для перфораторов средней массы с повышенной частотой предпочтение отдается мотыльковому клапану. Воздухораспределительные устройства со свободным золотником используют в тяжелых переносных перфораторах с небольшим числом ударов. Золотник на поршне-ударнике применяется у высокочастотных перфораторов.
Устойчивая работа воздухораспределительных устройств с фланцевыми клапанами обусловлена дросселированием сжатого воздуха для питания камеры обратного хода.
По конструктивному исполнению эти устройства можно разделить на два варианта:
дросселирование через отверстия;
|
|
|
дросселирование через радиальную щель между клапаном и корпусом клапанной коробки.
По первому варианту выполнены бурильная машина БУ-1 Кузнецкого машиностроительного завода и перфоратор ВМ-21 фирмы «Демаг» (ФРГ).
Наибольшее распространение получили воздухораспределительные устройства с дросселированием через радиальную щель. Подобная система с фланцевым клапаном принята в перфораторах, изготовляемых в СССР и ряде зарубежных фирм.
Рис. 2.1.2.1. Схема воздухораспределения с фланцевым клапаном
Она состоит из клапана 5 (рис. 2.1.2.1.), помещенного в клапанной коробке 4 с отверстием 3, и седла 6. Сжатый воздух через отверстия 8 проходит в кольцевое пространство 13 и одновременно по зазорам 2 между геликоидальным стержнем 1 и клапанной коробкой поступает в камеру рабочего хода 7. Давление в камере рабочего хода повышается, и клапан прижимается к клапанной коробке. Сжатый воздух из кольцевой полости через щель между клапаном и седлом проходит в камеру рабочего хода, и поршень ударник 8 начинает двигаться вниз, совершая рабочий ход. При дальнейшем движении он перекрывает выхлопное окно 9 и сжимает воздух, находящийся в камере обратного хода 10, который по каналу 12 проходит в кольцевую полость 15 и давит на взаимодействующую с этой полостью площадку клапана, стремясь его перекинуть. Двигаясь дальше, поршень-ударник открывает выхлопное окно, давление в камере рабочего хода падает и вследствие разности усилий клапан перекидывается в положение на впуск воздуха в камеру обратного хода. Теперь сжатый воздух поступает в камеру обратного хода через дросселирующий кольцевой зазор 14, однако поршень-ударник по инерции движется вниз и наносит удар по буровой штанге 11. Совершив удар, поршень-ударник отскакивает от бура и, подхватываемый сжатым воздухом, начинает совершать обратный ход, поворачивая при этом буровую штангу. Ход клапана составляет 0,6—1 мм. Продолжительность перекидки клапана 0,03—0,004 с.
|
|
|
Данная система воздухораспределения может быть рекомендована для перфораторов с частотой ударов 30 с-1. Она имеет распространение в перфораторах с геликоидальным винтом.
По конструктивным признакам воздухораспределительные устройства с фланцевым клапаном могут быть подразделены на следующие подклассы:
фланцевый клапан сопрягается с клапанной коробкой по внутреннему диаметру (по данной схеме выполнены перфораторы завода «Пневматика» типоразмеров ПП36, ПП54 и ПП63);
|
|
|
фланцевый клапан имеет посадку в корпусе клапанной коробки по наружному диаметру, подобное конструктивное выполнение применяется в перфораторах фирмы «Болер» (Австрия), «Пермон» (ЧССР).
Ряд предприятий выпускает перфораторы, у которых клапан выполняется плоским. Так, клапан перфоратора ПП50В1 (завод «Коммунист») представляет собой плоскую шайбу. К недостаткам этих вариантов воздухораспределительных устройств следует отнести низкий коэффициент полезного действия из-за больших потерь давления воздуха вследствие дросселирования.
К этому же классу относится и воздухораспределительное устройство с откидным мотыльковым клапаном (рис. 2.1.2.2.).
Рис. 2.1.2.2. Схема воздухораспределения с откидным мотыльковым клапаном: 1 — клапан; 2 — корпус клапанной коробки,
3 — цилиндр, 4 — поршень
Данное устройство является наиболее рациональным для перфораторов без геликоидального винта как по технологичности, так и по экономичности из-за меньших потерь давления воздуха на дросселирование. Помимо прямоточности, мотыльковый клапан не испытывает потерь на трение, так как он качается на ребре седла клапанной коробки. Мотыльковое воздухораспределительное устройство рекомендуется применять для высокочастотных перфораторов, например ПК60А. Схема движения воздуха в перфораторах с мотыльковым клапаном показана на рис 2.1.2.3.
Анализ индикаторных диаграмм и перекидки клапана, записанных одновременно, показывает, что перемещение клапана начинается при равенстве давлений в рабочих камерах пневматического цилиндра. Так как усилия, действующие на клапан, изменяются сравнительно медленно, перекидка клапана происходит нечетко и с запаздыванием. На перекидку клапана влияют его масса и сила трения. Таким образом, для обеспечения стабильной перекидки к клапану необходимо приложить дополнительный импульс. В воздухораспределительных устройствах этого класса импульс создается в камере управления, питание которой осуществляется через дросселирующее отверстие.
Рис. 2.1.2.3. Схема движения воздуха в перфораторах с мотыльковым клапаном при рабочем (а) и обратном ходе поршня (б): Рс — давление воздуха в сети, Рк—давление воздуха в клапанной коробке
Этот класс воздухораспределительного устройства, когда клапан представляет собой плоскую шайбу, выполненную из титановых сплавов, применяется в перфораторах фирмы «Медон» (Франция).
К этому классу можно отнести воздухораспределительное устройство перфораторов фирмы «Хольман» (Великобритания). В данном воздухораспределении плоский кольцевой клапан выполнен из пластмассы, свойства которой соответствуют капролону ВМРТУ6-05-988—66. В отличие от вышеописанного подкласса, обе камеры управления перекидкой пластмассового клапана сообщены дросселирующими отверстиями с воздухоприемной камерой.
Время перекидки алюминиевого клапана в 1,5 раза меньше времени перекидки стального клапана, что позволяет улучшить термодинамический цикл перфоратора и снизить расход воздуха. Очевидно, что время перекидки капролонового клапана еще меньше, так как его масса в 6 раз меньше массы стального клапана.
К третьему классу клапанных воздухораспределительных устройств можно отнести трубчатые клапаны с фланцем, перекидка которых осуществляется давлением сжатого воздуха рабочих камер и давлением сжатого воздуха на фланец клапана. Этот класс воздухораспределительных устройств является переходным между клапанными и золотниковыми.
К золотниковым схемам воздухораспределения относят устройства с принудительным управлением перекидкой регулирующего органа.
Наибольшее распространение получил трубчатый золотник. Он снабжен фланцем, площадь которого значительно превышает площадь опорных торцов. Перекидка золотника происходит путем воздействия на фланец сжатого воздуха, поступающего по системе каналов из рабочих камер цилиндра. Удержание золотника в крайних положениях осуществляется давлением сжатого воздуха рабочих камер цилиндра на его свободный опорный торец. Данный класс воздухораспределительных устройств применяется в перфораторах ПП63СВП завода «Пневматика», в перфораторе JR300 фирмы «Ингерсол Рэнд» (США) и в перфораторе D88L-N фирмы «Фурукава» (Япония).
Рис. 2.1.2.4. Схема золотникового воздухораспределения при рабочем (а) и обратном ходе поршня (б)
Воздухораспределение осуществляется с помощью золотника 1 (рис. 2.1.2.4.). Когда золотник находится в крайнем левом положении, сжатый воздух по внутренним каналам золотника и отверстиям в нижней крышке золотниковой коробки 11 поступает в камеру сжатия 9. При этом поршень совершает рабочий ход. Двигаясь дальше, поршень 2 открывает канал управления 7, через который сжатый воздух поступает в левую камеру сжатия золотника и перемещает его вправо. При этом подача сжатого воздуха в камеру прямого хода прекращается. Двигаясь дальше за счет расширения сжатого воздуха и инерции, поршень открывает канал 6, по которому сжатый воздух выходит наружу. Далее поршень совершает удар по хвостовику. Одновременно сжатый воздух поступает в камеру сжатия обратного хода через канал 3. Давление в камере 4 поднимается и поршень совершает обратный ход. Двигаясь влево, поршень открывает канал управления 5, и сжатый воздух начинает давить на фланец золотника, перекидывая золотник влево. При этом сжатый воздух начнет снова поступать в камеру прямого хода и поршень начнет совершать рабочий ход. Воздух, находящийся в камере сжатия обратного хода, будет выходить наружу. Для уменьшения противодавления движению золотника каналы управления имеют дренажные отверстия 10 и 13. Золотниковая коробка сверху имеет крышку 12. При движении поршня назад происходит вращение его за счет геликоидальных скосов на поворотном винте 8.
Рассмотренная схема золотникового воздухораспределения может быть отнесена к наиболее совершенной. Ее осуществление на заводе «Пневматика» позволило повысить скорость бурения перфораторами ПП63СВП на 15%. Недостатком данной схемы является сложность изготовления. Если клапан обычно имеет только подвижную посадку, то золотник имеет три подвижные посадки по наружному и две по внутреннему диаметрам, причем посадки должны быть выполнены по второму классу точности. Наиболее жесткой является посадка фланца золотника в корпусе коробки. Она должна быть выполнена по посадке движения второго класса. Расширение этой посадки приводит к нарушению запуска перфоратора. Следует отметить, что золотниковая схема воздухораспределения при условии качественного изготовления имеет идеальный запуск.
Золотниковая схема воздухораспределения позволяет осуществить дальнейшее повышение мощности и снижения отдачи путем частичного выпуска сжатого воздуха из камер противодавления через золотник. Это усовершенствование осуществлено в некоторых перфораторах фирмы «Хольман» (Великобритания). В таких перфораторах для снятия противодавления при рабочем ходе поршня-ударника сжатый воздух по системе каналов и выточке на золотнике вытекает из камеры обратного хода в атмосферу, что повышает энергию удара.
Воздухораспределительные устройства с золотником на поршне (бесклапанное Воздухораспределение) применяются у перфораторов с большим числом ударов. Это устройство работает на принципе отсечки с последующим расширением, в связи с чем оно имеет пониженный расход сжатого воздуха. Сравнительно просто и конструктивное оформление перфоратора.
К недостаткам следует отнести повышенную вибрацию и большое осевое усилие.
Рис 2.1.2.5. Схема воздухораспределительного устройства с золотником на поршне
По указанной схеме финская фирма «Тамрок» выпускает серию колонковых и переносных перфораторов. Завод «Коммунист» выпускает бурильную головку БГП. В начальном положении (рис. 2.1.2.5. а) поршень 8 находится в крайнем заднем положении. В этот момент сжатый воздух из камеры 6 по каналу 5 проходит в камеру сжатия 4 и давит на поршень, в результате чего поршень начинает совершать рабочий ход Камера сжатия холостого хода 2 в это время сообщается с атмосферой через выхлопной канал 3. При дальнейшем движении хвостовик поршня перекрывает каналы 5 и 3, далее поршень начинает сжимать воздух в передней камере сжатия. В это время поршень движется за счет расширения воздуха в камере сжатия рабочего хода 4. Как только поршень пройдет выхлопной канал 3 и откроет его, откроется канал 7 холостого хода. Поршень движется по инерции и совершает удар по хвостовику бура 1. Сжатый воздух, проходя по каналу 7 в камеру холостого хода, будет давить на поршень, последний будет совершать обратный ход (рис. 2.1.2.5. б). Двигаясь далее, поршень закроет выхлопной канал 3, а также канал 7, после чего он будет двигаться за счет расширения воздуха в камере обратного хода 2, снижая скорость, так как воздух, находящийся в камере 4, будет сжиматься Затем поршень откроет выхлопной канал 3 и канал 5. Воздух из камеры обратного хода выйдет в атмосферу, а сжатый воздух будет поступать в камеру рабочего хода. Поршень остановится и начнет совершать рабочий ход. В момент запуска ударного механизма возможен случаи, когда поршень не сможет сдвинуться с места, так как все каналы будут перекрыты, а давление в камерах одинаково В этом случае должно сработать пусковое устройство, схема работы которого показана на рис. 2.1.2.6.
Рис 2.1.2.6. Схема пускового устройства пневмоударника с золотниковым воздухораспределением
В момент запуска сжатый воздух из каналов 4 и 3 по кольцевой выточке 2, каналам 10 и 11 проходит в камеру сжатия рабочего хода 12 и толкает поршень 1 вперед, выводя его из состояния равновесия, после чего включается в работу по основной схеме. Одновременно сжатый воздух по каналу 5 будет проходить в камеру 6, передвинет золотник 7 вперед и закроет канал 11, тем самым пусковой механизм отключается.
Когда перфоратор будет остановлен, пружина 9 приведет золотник 7 в исходное положение. Золотниковая камера имеет дренажное отверстие 8.
Дальнейшим развитием указанной системы воздухораспределения является схема с двумя золотниковыми расточками. Схема осуществлена на бурильной головке БГА-1М. Конструктивной особенностью устройства является поршень, который имеет две расточки на штоке. Передняя расточка подает сжатый воздух в камеру обратного хода, а задняя — в камеру прямого хода. Такое устройство системы воздухораспределения выполнено впервые. Оно дает возможность получить индикаторные диаграммы, близкие к прямоугольным в обеих камерах сжатия. Диаграммы обеспечивают высокий коэффициент полезного действия ударной системы и минимальный расход сжатого воздуха. Шестереночный двигатель привода вращения потребляет минимальное количество сжатого воздуха.
Рис 2.1.2.7. Схема воздухораспределения с помощью золотниковых выточек на поршне
На рис. 2.1.2.7. показано воздухораспределение, осуществляемое с помощью золотниковых выточек на поршне. Сжатый воздух поступает через канал 2 в кольцевую выточку 3 и далее по каналу 5 в камеру обратного хода. Поршень совершает обратный ход. Через некоторое время поршень перекрывает поступление сжатого воздуха в канал 5 — и дальнейшее движение его происходит за счет расширения сжатого воздуха. Двигаясь дальше, поршень открывает канал 4, через который правая полость цилиндра соединяется с атмосферой. Одновременно воздух через кольцевую выточку 3 по каналу 6 поступает в камеру сжатия прямого хода и начинается рабочий ход поршня. При дальнейшем движении поршень перекрывает доступ сжатого воздуха в канал 6, опять поршень движется за счет расширения сжатого воздуха. Затем открывается канал 1 и камера прямого хода сообщается с атмосферой. Одновременно выточка 3 соединяется с каналом 5 и сжатый воздух начинает поступать в левую полость цилиндра. Цикл повторяется. Для первоначального запуска бурильной головки на пусковом кране имеется отверстие, через которое сжатый воздух попадает непосредственно в левую полость цилиндра и перемещает поршень в крайнее положение.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 115; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!