Устройство и принцип действия перфоратора

Общие сведения

ИЗУЧЕНИЕ МАШИН УДАРНО-ПОВОРОТНОГО ДЕЙСТВИЯ

Лабораторная работа № 3

1. Цель работы - Изучить конструкцию и принцип работы машин ударно-поворотного действия (перфораторов).

Пневматические перфораторы предназначены для бурения шпуров и скважин при производстве буровзрывных работ. Перфоратор представляет собой пневматическую ударную машину, автоматически наносящую удары по торцу буровой штанги при ее повороте после каждого удара.

По принципу работы перфораторы разделяют на ударно - поворотные и ударно - вращательные.

К ударно — поворотным перфораторам относят те, у которых поворот буровой штанги осуществляется за счёт энергии поршня - ударника при обратном или прямом ходе. Крутящий момент в ударно - поворотных перфораторах незначительной величины.

Значения отношений вращательной и ударной мощностей перфораторов приведены ниже.

Типоразмер	ПГО6	ПП54	ПП63
Ударная мощность кВт	1,6	2,07	1,89
Вращательная мощность кВт	0,23	0,3	0,28
Значение отношения вращательной мощности к ударной, %	14,4	14,5	14,95

К ударно - вращательным перфораторам относят машины с непрерывным вращением буровой штанги с помощью отдельного двигателя. Такие машины часто называют перфораторами с независимым вращением. Вращательная мощность перфораторов с независимым вращением составляет не менее 15% ударной мощности.

В перфораторах с автоматическим поворотом бура ударно-поворотный механизм конструктивно выполняется в виде поршневого двигателя, преобразующего энергию подводимого к перфоратору сжатого воздуха в энергию механического возвратно-поступательного движения поршня- ударника. В конце рабочего хода поршень ударник передаёт энергию непосредственно буровой штанге путём нанесения удара по торцу её хвостовика, и на обратном ходу работает как привод механизма поворота буровой штанги,

Кроме того, поршень ударник перфоратора одновременно является основной частью системы воздухораспределения. Так, он непосредственно управляет выхлопом отработанного сжатого воздуха, открытием каналов перекидки клапана (в системах с золотниковым воздухораспределением), определяет объёмы рабочих камер; в некоторых конструкциях перфораторов поршень ударник осуществляет полностью все функции воздухораспределения (без золотниковой системы воздухораспределения).

У современных перфораторов (рис. 31) ударно поворотный механизм состоит из цилиндра б с направляющей буксой 9. В цилиндре 6 размещается поршень - ударник 8 и воздухораспределительное устройство, состоящее из корпуса 3 и седла 5, между которыми заключён клапан 4. Перфоратор имеет корпус крана 1 с краном управления 15. Между корпусом крана 1 и корпусом 3 воздухораспределительного устройства размещается храповая букса 14. В отверстии корпуса 3 воздухораспределительного устройства устанавливается геликоидальный стержень 7, спиральные шлицы которого находятся в зацеплении с соответствующими шлицами геликоидальной гайки, ввинченной в поршень - ударник. В головке геликоидального стержня размещены подпружиненные собачки 2, контактирующие с зубцами храповой буксы 14.

Направляющая букса 9 сопрягается со стволом 10, в котором размещены шлицевая 11 и поворотная 12 буксы. Шлицы буксы 11 находятся в зацеплении с соответствующими шлицами поршня ударника 8. Букса 12 имеет шестигранное гнездо, в которое вставляется хвостовик буровой штанги 13.

Рис. 31 Общий вид перфоратора

Корпусные детали перфоратора стягиваются стяжными болтами. Сквозь корпус крана, геликоидальный стержень и поршень - ударник проходит трубка промывочного устройства, удерживаемая пробкой. Уплотнение предохраняет ударно поворотный механизм от проникновения промывочной воды. Система воздухораспределительных клапанов включает в себя полость Е крана управления, откуда сжатый воздух поступает в камеру Г распределительного устройства и далее по системе отверстий в предклапанную камеру В. Из нее воздух поступает либо через зазор Ар в камеру рабочего хода А, либо через зазор Доб и каналы К в камеру Б обратного хода. Из камер цилиндра отработанный воздух выпускается в атмосферу через выхлопное окно М.

В системе зависимого поворота буровая штанга механически сблокирована с поршнем - ударником таким образом, что ударный механизм автоматически регулирует значение энергии удара при изменении внешнего момента сопротивления буровой штанги и отключается при её остановке (заклинивании). Поворотный механизм перфораторов с зависимым поворотом буровой штанги можно отнести к трёхзвенным винтовым механизмам из четвёртого семейства механизмов. Первое звено - корпус с неподвижным винтовым звеном, второе -поршень-ударник с соответствующими винтовыми элементами и третье - поворотная шлицевая букса - образуют три низших кинематических пары: винтовую, поступательную, вращательную.

К особенностям винтовой пары относится большой угол подъёма винтовой нарезки шлицов.

Перфораторы с зависимым поворотом буровой штанги бывают с передним и задним поворотом. Поворот буровой штанги может быть осуществлён как при обратном, так и при рабочем ходе поршня ударника.

Рис.32

Перфораторы с задним поворотом (рис. 32) имеют отдельный геликоидальный стержень 7, расположенный в задней части ударно поворотного механизма. На хвостовой части стержня 7 расположены спиральные шлицы, входящие в зацепление со спиральными шлицами геликоидальной гайки 6, ввинченной в поршень - ударник 5. В головке стержня 7 имеются гнёзда, в которых находятся собачки 9 и пружины10, прижимающие собачки к зубцам храповой буксы 8. Поршень - ударник с помощью прямолинейных шлицов на его штоке находится в постоянном подвижном сопряжении со шлицами буксы 3, которая двумя или тремя кулаками сочленена с поворотной буксой 2 с шестигранным гнездом, в которое вставляется хвостовик бу­ровой штанги 1 (в зарубежных перфораторах букса 3 снабжена бронзовым вкладышем 4, в котором выполнены шлицы).

После того как движущийся в основном направлении при обратном ходе поршень - ударник 5 выбирает все радиальные люфты, неизбежно его столкновение со спиральными шлицами стержня 7. застопоренного собачками 9 в храповой буксе 8, т.е. происходит косой удар, в результате чего поршень - ударник и соединённая с ним система (поворотные буксы 2, 3 и буровая штанга 1) получают вращательное движение. При рабочем ходе поршень - ударник и сопряжённая с ним буровая штанга продолжают вращаться по инерции, а геликоидальный стержень поворачивается. Канал 1 предназначен для смазки поворотной буксы 2.

Рис 33

перфораторах с передним поворотом (рис 3) геликоидальный стержень отсутствует, а спиральные шлицы расположены непосредственно, на штоке поршня ударника 7.

В большинстве перфораторов подобной конструкции спиральные и прямые шлицы на штоке, поршня-ударника расположены параллельно, однако встречаются поворотные механизмы, у которых прямые и спиральные шлицы расположены последовательно, причём шток поршня - ударника имеет ступенчатую форму с утолщением по спиральным шлицам 4 (перфоратор ВМ21 фирмы "Демаг" ФРГ). Спиральные шлицы поршня-ударника находятся в сопряжении с соответствующими шлицами геликоидальной гайки 6, ввинченной в храповую буксу 5, а прямые шлицы постоянно сопряжены с соответствующими шлицами поворотной буксы 3, в шести­гранное гнездо 2 которой вставляется хвостовик буровой штанги 1. Храповая букса 5 имеет наружные зубцы, взаимодействующие с собачками 9, помещёнными в гнёзда корпуса "10 перфоратора. Собачки поджимаются пружинками 8. Принцип работы поворотного механизма в перфораторах с передним поворотом полностью совпадает с работой поворотного механизма с геликоидальным стержнем. Канал 11 предназначен для смазки поворотной буксы.

Частью поворотного механизма перфоратора является храповое устройство, состоящее из храпового кольца с внутренним (у перфораторов с геликоидальным стержнем) или наружным (у перфораторов с передним поворотом) зубом. Собачки поджимаются пружинами повышенной надёжности, например коническими из тонкой пружинной ленты. Наиболее рациональна тангенциальная форма собачки, у которой боковые опорные грани лежат в плоскости, касательной к поверхности стержня собачки. Такая собачка устойчиво осуществляет стопорение ввиду того, что сила реакции на собачку проходит ниже центра её стержня, и создающийся момент надёжно удерживает её в зацеплении.

Симметричная конструкция собачки после износа одной упорной поверхности позволяет использовать ее повторно путём поворота.

Существуют перфораторы с двумя и четырьмя собачками. По отношению к зубьям храпового кольца собачки располагают со смещением на 1/z (при двух собачках) и на 2/z (при четырёх собачках) центрального угла зуба (z - число собачек), что в два раза уменьшает угол холостого поворота перед моментом стопорения храпового механизма в начале обратного хода поршня ударника.

Дата добавления: 2014-11-18