Главная -> Пневмопробойники

Принцип действия, достоинства и недостатки современных пневмопробойников

В настоящее время практически все без исключения серийно выпускаемые в мире пневмопробойники имеют принципиально одну и ту же конструктивную схему, состоящую из трёх основных узлов – являющегося рабочим инструментом пневмопробойника полого цилиндрического корпусом, размещенного внутри этого корпуса выполненного по дифференциальной схеме ударника и смонтированной в хвостовой части машины бесклапанной системы воздухораспределения. Реверсивные пневмопробойники оснащаются также ещё и механизмом реверса, который в подавляющем большинстве случаев независимо от своего принципа действия и конструкции также размещается в хвостовой части корпуса.

О механизмах реверса речь пойдет чуть позже, а пока давайте рассмотрим основные идеи принципа действия пневмопробойника на примере показанной на рисунке 1 упрощенной конструктивной схемы.

1 – носовой наконечник; 2 - корпус; 3 – ударник; 4 – центральная трубка (воздухораспределитель); 5 – хвостовик; 6 – крепежный элемент; A - передняя камера; B – задняя камера.

Предположим, что в начальный момент времени ударник 3 смещен в показанное на рисунке 2 крайнее правое положение. При этом передняя камера А, образованная носовым наконечником 1, внутренней полостью корпуса 2 и передним торцем ударника 3 через продольные каналы, выполненные на внешней цилиндрической поверхности ударника и выполненные в хвостовой части ударника радиальные отверстия, соединена с атмосферой. Задняя камера В, образованная глухим продольным отверстием в хвостовой части ударника и внутренней цилиндрической полостью центральной воздухоподающей трубки (воздухораспределителя) соединена с магистралью сжатого воздуха.

За счет разности сил, действующих на ударник со стороны задней и передней рабочих камер он начинает перемещаться в направлении носовой части пневмопробойника, разгоняясь до некоторой начальной скорости V1.

Разгон ударника продолжается до тех пор пока через выполненные в его хвостовой части радиальные отверстия и продольные каналы на внешней цилиндрической поверхности ударника не произойдет соединение передней камеры с магистралью сжатого воздуха (рис.3). Начиная с этого момента, обе рабочие камеры соединены с магистралью.

Площадь поперечного сечения ударника со стороны передней рабочей камеры больше, чем со стороны задней и за счет разности сил давления сжатого воздуха, действующих на переднюю и заднюю части ударника, он на заключительном этапе своего движения непосредственно перед нанесением удара начинает тормозиться и терять набранную им на этапе разгона первоначальную скорость.

В результате этого часть энергии сжатого воздуха уже потраченная на разгон ударника, абсолютно бездарно тратится на его торможение и вместо жесткого и эффективного удара по носовому наконечнику получается размазанный удар через образующуюся в передней рабочей камере никому не нужную воздушную подушку.

После нанесения удара обе камеры соединены с магистралью и за счет разности сил давления сжатого воздуха со стороны этих камер ударник начинает обратное движение в направлении хвостовой части машины (рис.4).

При этом ударник снова испытывает сопротивление своему движению, но на этот раз уже со стороны задней камеры, постоянно соединенной с магистралью. В результате и при обратном движении ударника происходит абсолютно бесполезное и неэффективное использование энергии сжатого воздуха, которая расходуется не на разгон ударника, а на его торможение.

В определенный момент времени при обратном движении ударника выполненные в его хвостовой части радиальные отверстия вначале перекрываются внешней цилиндрической поверхностью воздухораспределителя, отсекая переднюю камеру от магистрали, а затем после того как эти отверстия смещаются правее задней торцевой поверхности воздухораспределителя передняя камера соединяется с атмосферой (рис.1).

За счет постоянно действующей силы давления сжатого воздуха со стороны задней рабочей камеры ударник вначале полностью тормозится до его полной остановки без нанесением им удара по хвостовой части машины, а затем в описанном выше порядке начинает повторный разгон в направлении носовой части пневмопробойника.

Аналогичным образом работает и реверсивный пневмопробойник. Переход в режим реверсирования осуществляется при помощи встроенного в пневпопробойник дистанционно управляемого механизма, основной задачей которого независимо от того или иного его конструктивного исполнения является смещение на определенное расстояние в направлении хвостовой части машины заднего торца воздухораспределителя.

Благодаря этому осуществляется более ранний впуск сжатого воздуха в переднюю камеру, позволяющий полностью затормозить ударник до момента его соударения с носовой частью, и более поздний выхлоп воздуха из этой же камеры, а следовательно, и более позднее начало торможения ударника, который не успевает полностью остановиться до нанесения им удара по хвостовой части машины.

Рассмотренный нами принцип работы ударного устройства не оставляет никаких сомнений в том, что его главным и абсолютно бесспорным достоинством является исключительная конструктивная простота. Но вместе с тем есть и очень серьёзные, исключительно принципиальные недостатки.

В первую очередь – это неравнопрочность элементов конструкции и, как следствие, её низкая надежность и долговечность, обусловленные главным образом сложной геометрией ударника, работающего в условиях интенсивной ударной нагрузки и имеющего мощные концентраторы напряжения в виде глухого продольного и нескольких радиальных отверстий.

Статистика возникновения аварийных ситуаций показывает, что наиболее частой причиной выхода машины из строя является именно поломка ударника либо в плоскости резкого скачка площадей его поперечных сечений, либо в плоскости расположения радиальных отверстий.

Важно также отметить и тот факт, что в режиме реверса при нанесении ударов по хвостовой части машины наиболее интенсивному ударному воздействию подвергается содержащая наибольшее количество концентратов напряжений наиболее тонкая хвостовая часть ударника.

К числу не менее серьёзных недостатков следует отнести и достаточно подробно описанную выше исключительно низкую эффективность использования энергии сжатого воздуха.

Не вдаваясь в подробности описания различных способов и конструкций механизмов реверсирования, достаточно отметить, что, несмотря на более чем полувековую историю существования пневмопробойников, до сих пор не существует ни общепринятого способа, ни общепринятого механизма их реверсирования, обеспечивающих максимальную надежность и удобство переключения режимов работы.

И, наконец, самым важным недостатком пневмопробойников является невозможность их дистанционно управляемого движения по криволинейной траектории на плоскости или в пространстве. Именно из-за этого недостатка пневмопробойники потерпели серьезное поражение от появившихся значительно позже них установок горизонтально-наклонного бурения, которые, несмотря на их огромную по сравнению с пневмопробойниками металлоёмкость и габаритные размеры, громадное энергопотребление и большую стоимость как самих установок так и стоимость производимых при помощи этих установок работ стали, по существу, единоличными монополистами в области реализации многих бестраншейных технологий.


Задать вопрос автору статьи: pnevm-tools@yandex.ru



Предыдущие из цикла статей о пневмопробойниках:


Пневмопробойники: основные понятия и определения
Пневмопробойник – это самодвижущаяся пневматическая машина ударного действия, которая может быть использована как самостоятельно, так и в сочетании с другими видами оборудования, применяемого для реализации широкого спектра бестраншейных технологий в строительстве, в частности, для бестраншейной прокладки или замены труб, бестраншейной прокладки или замены инженерных подземных коммуникаций под различного рода препятствиями

История развития пневмопробойников
Впервые идея образования скважин в уплотняемом грунте путем применения самодвижущегося при помощи взрывных зарядов технического устройства была предложена в 1947 году советскими инженерами Назаренко Н.В. и Назаренко В.Н. Но была ли технически реализована эта идея и была ли она доведена до уровня промышленного использования или осталась только на уровне чисто теоретического изобретения ничего, к сожалению, неизвестно.


Следующие из цикла статей о пневмопробойниках:


Примеры некоторых технических решений, направленных на усовершенствование пневмопробойников
По мере накопления опыта практической эксплуатации пневмопробойников инженерами многих странах мира было предложено огромное число запатентованных технических решений, направленных на устранение их основных недостатков.

Новые перспективные разработки управляемых и неуправляемых пневмопробойников
С учетом рассмотренных в предыдущих статьях некоторых основных вопросов, можно уверенно утверждать, что для создания более совершенных, по отношению к ныне существующим, погружаемых в грунт ударных устройств нужно попытаться решить хотя бы одну из двух основных групп задач.

Поиск



Пневмопробойники