Гидравлический буровой молот AD-101, производимый шведской компанией Linden Alimak, имеет большой объем продаж на международном рынке. В 1979 году наше управление ввело по одной гидравлической буровой установке H832C и L832C. На установке H832C установлены два гидравлических буровых молота AD-101. В процессе приемки были выполнены топографические съемки основных деталей гидравлического бурового молота, а также изучены соответствующие материалы. Было обнаружено, что он имеет ряд конструктивных особенностей, которые могут служить примером для развития гидравлических буровых молотов в нашей стране, представлены ниже:

1. Принцип работы

Гидравлический буровой молот AD-101 относится к типу с односторонним подводом масла и манжетным клапаном, его принцип работы разделен на четыре процесса.

Смотрите Рисунок 1. Задняя камера гидроцилиндра постоянно подключена к высокому давлению масла, а передняя камера — к низкому давлению масла. Поскольку площади переднего и заднего концов выступающего плеча A на поршне 1 не равны (задняя площадь r больше передней площади f), образуется перепад давления за счет разницы площадей, который заставляет поршень двигаться вперед, ударяя по концу хвостовика бура и выполняя работу. С другой стороны, высокое давление масла через канал e толкает заднюю часть выступающего плеча клапанной манжеты 2; передняя часть выступающего плеча также подключена к высокому давлению масла, но поскольку задняя площадь клапанной манжеты 2 больше передней, клапанная манжета 2 может быть толкнута вперед до конечного положения.

Смотрите Рисунок 2. Когда клапанная манжета 2 движется в крайнее переднее положение, открывается канал высокого давления масла a, и передняя камера гидроцилиндра переключается на подключение к высокому давлению масла. Поскольку S+f > r, поршень под действием высокого давления масла отходит назад, при этом клапанная манжета находится в положении передней мертвой точки.

Смотрите Рисунок 3. Когда поршень возвращается в конечное положение задней камеры гидроцилиндра, канал b открывается задней частью поршня, задний выступающий плечо клапанной манжеты через канал e подключается к низкому давлению масла. Передняя поверхность h клапанной манжеты 2 имеет 6 полукруглых отверстий диаметром ∅2,5 мм, и высокое давление масла через поверхность h толкает клапанную манжету 2 назад. В этот момент аккумулятор наполняется маслом.

Смотрите Рисунок 4. Клапанная манжета 2 открывает каналы c и 8, закрывая канал a. Передняя камера подключается к низкому давлению масла, а выступающее плечо A поршня находится в масляной камере B. Поскольку разница площадей между передним и задним концами выступающего плеча A (r > f), поршень приводится в движение вперед. В этот момент аккумулятор высвобождает энергию. Одновременно задняя часть поршня закрывает канал b и открывает канал d, канал e превращается в высокое давление масла, клапанная манжета 2 начинает двигаться вперед, завершая один цикл удара.

(II) Конструктивные особенности и анализ

Использование конструкции цилиндровой втулки

Между поршнем и корпусом гидроцилиндра установлены три цилиндровые втулки (передняя, средняя и задняя), что облегчает обработку внутреннего отверстия и обслуживание; в противном случае было бы трудно гарантировать шероховатость и точность глубокого отверстия. Если зазор между поршнем и цилиндровой втулкой изнашивается слишком сильно, достаточно заменить поршень и цилиндровую втулку, а не корпус гидроцилиндра. Три цилиндровые втулки позиционируются с помощью торцевых выступов для обеспечения концентричности и прямолинейности внутреннего отверстия. Кроме того, масляные каналы бурового молота расположены на цилиндровых втулках, а не на корпусе гидроцилиндра, как обычно. Таким образом, объем работ по сверлению глубоких отверстий в корпусе гидроцилиндра разделяется на три этапа обработки, снижая сложность производства. Между корпусом гидроцилиндра и цилиндровыми втулками используется подвижное соединение точности класса 1, а на внешней окружности каждой цилиндровой втулки установлены два уплотнительных кольца для предотвращения смешивания масла. В корпусе гидроцилиндра достаточно обработать одно сквозное отверстие, что является разумным с точки зрения технологичности конструкции деталей.

Аккумулятор

В нижней части бурового молота установлены два мембранных высокого давления аккумулятора, оба расположены в месте входа высокого давления масла. Согласно инструкции, давление азота в высокого давления аккумуляторе составляет 38±2,5 бар (38,76±2,55 кг/см²). Форма аккумулятора показана на рисунке выше. После наполнения азотом мембрана плотно прилегает к дну аккумулятора, не позволяя мембране оставаться в состоянии искривления и деформации в течение длительного времени. Вход масла использует 61 маленькое отверстие диаметром ∅2 мм как отверстия для подвода масла, предотвращая过大 размер входного отверстия, который мог бы вызвать чрезмерную ударную силу и повредить мембрану.

Проблема фильтрации масла

Зазоры между подвижными парами бурового молота небольшие, поэтому на сторонах высокого и низкого давления масляного насоса каждого бурового молота установлены фильтры с точностью фильтрации 10 микрон. Допустимое рабочее давление составляет 428,4 кг/см². Каждый фильтр оборудован датчиком разницы давления, который выдает электрический сигнал для автоматической остановки насоса, когда давление масла, проходящего через фильтровальный элемент, слишком сильно снижается.

Конструкция манжетного клапана

Переключение направления каждого цикла удара бурового молота осуществляется за счет движения клапанной манжеты, установленной в передней части поршня. Клапанная манжета совершает возвратно-поступательное движение для переключения направления в передней и средней цилиндровых втулках с зазором 0,04 мм. Зазор между клапанной манжетой и поршнем составляет 5 мм, который служит каналом для масла высокого и низкого давления. Этот механизм переключения состоит из одной детали, что значительно упрощает конструкцию по сравнению с клапаном переключения типа ядрового клапана. Однако если выступающий плечо клапанной манжеты изнашивается, это повлияет на переключение направления и снизит эффективность.

Конструкция поршня

Зазор между поршнем и передней цилиндровой втулкой составляет 0,045 мм, между поршнем и средней цилиндровой втулкой — 0,05 мм, а между поршнем и задней цилиндровой втулкой — 0,085~0,09 мм. С точки зрения зазоров, фактически существует только два опорных пункта, поддерживающих движение поршня в цилиндровой втулке. В отличие от этого, наш разработанный гидравлический буровой молот FYYG-20 использует четыре опорных пункта, и зазор в каждом опорном пункте составляет 0,03~0,04 мм. Согласно теоретическим расчетам, его внутренний утечка небольшая, но при практических испытаниях часто происходит перегрев цилиндра и заклинивание. Четыре опорных пункта являются статически неопределимой конструкцией в механике, которую следует по возможности избегать при механическом проектировании. На поверхностях контакта между поршнем и средней, задней цилиндровыми втулками имеются четыре балансировочные канавки шириной 7,8 мм, глубиной 4 мм и длиной 20,5 и 29 мм. Их функция — уравновешивать радиальную силу на поршне, аналогично масляной камере гидростатического подшипника, предотвращая задиры на цилиндре поршнем под действием радиальной силы во время работы.

Масляная подушка для холостого удара (зона захвата масла)

Поршень имеет выступающее плечо шириной 21 мм. Когда поршень ударяет до положения передней мертвой точки или отходит до положения задней мертвой точки, в средней и задней цилиндровых втулках предусмотрена зона захвата масла глубиной 4 мм, чтобы предотвратить выход поршня за пределы допустимого хода под действием инерциальной силы при холостом ударе бурового молота, что могло бы привести к повреждению деталей машины.

Зазоры сопряжения

Зазор и внутренний утечка находятся в кубической пропорции. Большой зазор снизит эффективность бурового молота, а маленький зазор, хотя и повышает эффективность, может привести к заклиниванию из-за мелких примесей в масле. Поэтому зазор гидравлического бурового молота является ключевой и противоречивой проблемой.

(1) Цилиндровая втулка и корпус гидроцилиндра: Буровой молот FYYG-20 использует отверстие корпуса гидроцилиндра как базу, а между цилиндровой втулкой и корпусом гидроцилиндра применяется переходное сопряжение, что часто приводит к повреждению корпуса гидроцилиндра при монтаже и демонтаже цилиндровой втулки. В то время как AD-101 использует подвижное сопряжение точности класса 1 между корпусом гидроцилиндра и цилиндровой втулкой с зазором 0,04 мм, и его база позиционирования находится не на корпусе гидроцилиндра, а на торцевом выступе цилиндровой втулки, что облегчает обработку, монтаж и демонтаж, а также гарантирует точность.

(2) Поршень и цилиндровая втулка: Зазор между поршнем и передней цилиндровой втулкой составляет 0,045 мм, между поршнем и средней цилиндровой втулкой — 0,05 мм, а между поршнем и задней цилиндровой втулкой — 0,085~0,09 мм. Из-за большого зазора задней цилиндровой втулки можно считать, что движение поршня поддерживается только передней и средней цилиндровыми втулками, избежав проблемы статической неопределенности.

(3) Зазор между клапанной манжетой и цилиндровой втулкой составляет 0,04 мм.

(4) Зазор между клапанной манжетой и поршнем составляет 5 мм, а внутреннее отверстие служит только каналом для масла высокого и низкого давления. Клапан переключения такой конструкции не требует высокой точности размеров и легко обрабатывается.

(III) Технические параметры бурового молота

Частота ударов: 3400 уд/мин

Работа удара: 19,4 кг·м

Скорость вращения хвостовика бура: 0~240 об/мин

Максимальный крутящий момент: 24,5 кг·м

Давление удара: 127,5 кг/см²

Расход при ударе: 127 л/мин

Давление вращения: 127,5 кг/см²

Расход при вращении: 32 л/мин

Давление промывной воды: 8~12 кг/см²

Расход промывной воды: 30 л/мин

Общая мощность электродвигателя: 43,26 кВт

Диаметр бура: 38~42 мм

Общая длина: 869 мм

Ширина: 277 мм

Общая высота: 224 мм

Масса: 115 кг

Вышеуказанные конструктивные особенности являются лишь поверхностным анализом бурового молота AD-101. Если сочетать конкретные условия и использовать некоторые из его особенностей, это даст вдохновение для нашего проектирования новых гидравлических буровых молотов.