ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МОЛОТОК С ДРОССЕЛЬНЫМ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ Российский патент 1994 года по МПК E21C3/24 E21C37/24 

Изобретение относится к области горных и строительных машин и может быть использовано при конструировании отбойных, бурильных и других молотков.

Известна пневматическая машина ударного действия [1], включающая цилиндр, разделенный ударником на камеры рабочего и холостого ходов, постоянно через калиброванные каналы (дроссели) сообщающиеся с сетью сжатого воздуха и периодически с атмосферой. Такие машины получили название машин с дроссельным воздухораспределением. Достоинством такой и ей подобных машин является простота и надежность в работе. При этом отсутствует зависимость длины хода ударника от величины его хода, что открывает возможность улучшения силовых и вибрационных характеристик машин без усложнения их конструкций. Однако машине (молотку) с дроссельным воздухораспределением свойственен недостаток: в период холостого хода после перекрытия ударником выпускного канала, быстрое повышение давлений воздуха на ударник со стороны камеры рабочего хода ввиду постоянного впуска в нее сжатого воздуха через открытый дроссель впуска, что обусловливает значительное преждевременное возрастание в камере импульса торможения ударника. Таким образом, часть импульса холостого хода затрачивается на преодоление возросшего противодавления и ударник реализует значительно меньший ход от инструмента. В период рабочего хода это обстоятельство обусловливает уменьшение энергии единичного удара.

Известен пневматический молоток [2], включающий корпус, продольные и радиальные каналы впуска и выпуска, камеры рабочего и холостого ходов, ударник, выполненный в корпусе, продольный канал перепуска и сообщающийся с камерами посредством радиальных каналов с выходами по обе стороны канала выпуска и расположенных один от другого на расстоянии не большем двойной длины ударника. Указанное конструктивное исполнение пневматического молотка принято в качестве прототипа, поскольку является наиболее близким предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату, так как корпус имеет перепускной канал, вход и выход которого расположены соответственно со стороны камер рабочего и холостого ходов, а последние сообщены с выпускным каналом соответственно при нижнем и верхнем положении ударника в центральном канале.

Недостаток прототипа - низкая энергия единичного удара вследствие резкого перепуска воздуха между камерами и, как следствие, резкое снижение импульса со стороны камеры рабочего хода и резкое возрастание импульса противодействия (торможения) со стороны камеры холостого хода в предударный период хода ударника. Отмеченное предопределяет снижение скорости ударника и его кинетической энергии.

Цель изобретения - повышение энергии единичного удара за счет организации планового и увеличенного по времени перепуска воздуха между камерами рабочего и холостого ходов.

Поставленная цель достигается тем, что пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением, содержащий рукоятку, корпус с центральным каналом, каналами впуска и выпуска, канал перепуска с радиальными выходами в центральный канал по обе стороны от канала выпуска, ударник, разделяющий центральный канал на камеры рабочего и холостого ходов, связанные между собой каналом перепуска, крышку, кожух и рабочий инструмент. Радиальный выход канала перепуска выполнен с управляемым изменяющимся проходным сечением в виде ярусов дросселей. Целесообразно ярусы дросселей перепуска выполнить со стороны камеры холостого хода, со стороны камеры рабочего хода, со стороны обеих камер. Целесообразно ярусы дросселей перепуска выполнить в виде щелей.

На фиг. 1 показан молоток с частичным продольным разрезом с каналом перепуска, снабженным на обоих выходах ярусами дросселей перепуска; на фиг. 2 - фрагмент варианта молотка с каналом перепуска, снабженным ярусами дросселей перепуска со стороны камеры холостого хода; на фиг. 3 - то же, со стороны камеры рабочего хода; на фиг. 4 - то же, с каналом перепуска, снабженным щелями перепуска со стороны камер рабочего и холостого ходов.

Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением состоит (фиг. 1) из корпуса 1, центральный канал которого разделен ударником 2 на камеры рабочего 3 и холостого 4 ходов. Молоток снабжен рукояткой 5 с пусковым устройством (может быть любым), которая с крышкой 6 и корпусом 1 образует предкамеру 7, куда поступает воздух по каналу рукоятки. В стенке крышки 6 выполнен радиальный канал 8, постоянно сообщающий предкамеру 7 с камерой 3 рабочего хода, а в корпусе радиальный канал 9, продолженный продольным каналом 10, постоянно сообщающий предкамеру с камерой 4 холостого хода. В стенке корпуса 1 выполнен управляемый канал перепуска 11, уменьшающий радиальный выход 12, в виде ярусов дросселей в камеру 4 холостого хода и радиальный выход 13 в виде ярусов дросселей в камеру 3 рабочего хода.

По варианту пневматического молотка (фиг. 2) управляемый канал перепуска 11 имеет радиальный выход 12 в виде ярусов дросселей в выпускающую камеру 4 холостого хода и радиальный выход 13 в виде одного отверстия в принимающую камеру 3 рабочего хода.

По варианту пневматического молотка (фиг. 3) управляемый канал перепуска 11 имеет радиальный выход 12 в виде одного отверстия в принимающую камеру 4 холостого хода и радиальный выход 13 в виде яруса дросселей в выпускающую камеру 3 рабочего хода.

По варианту пневматического молотка (фиг. 4) управляемый канал перепуска 11 имеет радиальные выходы 12 и 13 в виде щелевых дросселей перепуска в камеру 3 рабочего и 4 холостого ходов.

Дроссели ярусов могут иметь круглое или прямоугольное сечение, как одинаковое так и переменное сечение по длине образующей центрального канала.

Отработавший воздух из камер 3 и 4 периодически выпускается в атмосферу посредством канала выпуска 14 промежуточной камеры 15, образованной корпусом 1 и кожухом 16, и каналов 17 в кожухе 16. Дополнительно молоток содержит рабочий инструмент 18 и концевую пружину 19. Со стороны крышки 6 для герметизации канала 11 в ней установлена заглушка 20.

Пневматический молоток работает следующим образом. При включении пускового устройства сжатый воздух из сети поступает в предкамеру 7 и далее по каналу 8 в камеру рабочего хода 3, а по каналам 9 и 10 - в камеру холостого хода 4. Давление в камере 3 практически равно атмосферному, так как выпускной канал 14, имеющий площадь проходного сечения, существенно превышающую площадь канала 8 открыт, и посредством канала 14, камеры 15 и каналов 17 камера 3 сообщена с атмосферой. В камере 4 давление воздуха увеличится, и ударник 2 начнет перемещаться от инструмента 18, совершая холостой ход. При последующем движении ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 14, вследствие чего начнется повышение давления в камере 3. Непосредственно после перекрытия канала 14 в камере 4 холостого хода вскроется радиальный выход 12 канала перепуска 11, вследствие чего воздух из камеры 4 холостого хода по мере последовательного открытия ярусов дросселей выхода 12, а следовательно, постепенно увеличивающегося проходного сечения, начнет перетекать по каналу 11, а затем через ярусы дросселей радиального выхода 13 - в камеру 3 рабочего хода.

Последнее обстоятельство не приведет к резкой потере импульса холостого хода, так как плавно увеличивающееся количество перетекаемого воздуха из камеры 4 будет успевать компенсироваться поступлением в камеру 4 сжатого воздуха из сети. Не будет наблюдаться также и непроизводительного расхода, так как к началу перетекания воздуха из камеры 4 в камеру 3 канал выпуска 14 будет перекрыт. Постоянно увеличивающееся количество перепускаемого воздуха, поступающего в камеру 3, не будет вызывать резкого повышения давления в последней. По мере перекрытия ударником 2 дросселей радиального выхода 13 проходное сечение их будет уменьшаться, чем будет обеспечиваться плавное нарастание давления в камере 3 несмотря на увеличивающееся проходное сечение дросселей радиального выхода 12. Таким образом, рабочий процесс молотка будет характеризоваться достаточно большим импульсом холостого хода, обеспечением большого хода ударника, а следовательно, и большей его потенциальной энергией. Благодаря меньшему противодавлению и его плавному нарастанию в камере 3 ударник будет меньше тормозиться, пройдет большой путь, что также создаст дополнительный запас потенциальной энергии ударника.

Рабочий процесс молотка, выполненного по варианту (фиг. 2) с ярусами дросселей радиального выхода 12, перепуска только со стороны выпускающей камеры 4 холостого хода, будет характеризоваться большим импульсом холостого хода и большим ходом ударника за счет замедленного и плавного перепуска воздуха в камеру 3, а также частичной компенсацией его количества натеканием через каналы 9 и 10, камеру 7 из сети. Однако радиальный выход 13, сохраняя свое проходное сечение, будет по мере увеличения проходного сечения дросселей радиального выхода 12 обеспечивать плавное и замедленное втекание перепускного воздуха из камеры 4 в камеру 3 и не будет способствовать увеличению противодавления в камере 3, а следовательно, преждевременному затормаживанию ударника.

Рабочий процесс молотка, выполненного по варианту (фиг. 3) с ярусами дросселей с радиальным выходом 12 перепуска только со стороны принимающей камеры 3 рабочего хода, будет характеризоваться резким выпуском из камеры 4 перепускаемого воздуха через радиальный выход 12 в канал 11 и дроссельные каналы с радиальным выходом 13 в камеру 3. Это обусловит в камере 4 снижение давления воздуха и импульса холостого хода, меньший ход ударника. Компенсация потерь при этом может быть достигнута увеличением расхода воздуха из сети, что ухудшит экономичность процесса и молотка в целом. Резко возрастающее давление воздуха в камере 3 в начале перепуска к его окончанию не будет замедляться благодаря перекрытию дросселей перепуска с радиальным выходом 13, что будет способствовать и меньшему торможению ударника. Рассмотренный вариант перепуска части воздуха из камеры 4 холостого хода в камеру 3 рабочего хода в период холостого хода ударник рационален только в конце перепуска.

По мере совершения ударником холостого хода давление воздуха в камере 3 будет увеличиваться, а давление воздуха в камере 4 уменьшается, причем, после перекрытия радиального выхода 13 перепускного канала 11 и сообщения камеры 4 с атмосферой (посредством канала 14, камеры 15 и каналов 17) оно снизится до атмосферного. Под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 4 рабочего хода ударник 2 затормозится и остановится в расчетной точке и сразу же начнет двигаться в сторону инструмента 18, совершая рабочий ход. По мере движения ударника 2 давление в камере рабочего хода 3 будет уменьшаться. Это вызвано тем, что быстрое увеличение объема камеры 3 при рабочем ходе не успевает заполняться воздухом, поступающим из сети через дроссель 8. Давление же в камере 4 после перекрытия боковой поверхностью ударника канала 14 будет резко увеличиваться, что вызовет импульс противодавления воздуха на ударник. После начала сжатия воздуха в камере холостого хода начнется управляемый перепуск. По мере увеличения давления в камере 4 будет увеличиваться проходное сечение выхода 13, обеспечивая тем самым перепуск большого количества воздуха в камеру 3 и более резкое снижение импульса противодавления воздуха со стороны камеры 4.

При рациональном сочетании проходных сечений радиальных выходов 12 и 13, объемов рабочих камер, длины яруса дросселей и т.д. можно вообще исключить пик противодавления со стороны камеры 4. Последнее обстоятельство обусловливает меньшую силу торможения ударника со стороны камеры 4 и существенное увеличение импульса давления воздуха со стороны камеры 3, что позволит увеличить предударную скорость ударника, а следовательно, кинетическую энергию удара. Кроме того, подпитка камеры рабочего хода через канал перепуска 11 при рабочем ходе позволит несколько увеличить импульс давления воздуха со стороны рабочей камеры, что в конечном счете также способствует увеличению энергии единичного удара.

Следует также отметить, что уменьшение пика противодавления со стороны камеры холостого хода позволит улучшить и вибрационные характеристики молотка. Уменьшение виброскорости корпуса обусловит меньшую скорость отскока корпуса от буртика.

При последующем движении ударник последовательно перекрывает дроссели перепуска радиального выхода 12 канала перепуска 11, перепуск заканчивается, ударник открывает канал выпуска 14 со стороны камеры 3 рабочего хода и камера опоражнивается. Рабочий процесс молотка, выполненного по варианту (фиг. 2), будет характеризоваться резким выпуском перепускаемого воздуха в камеру 3 через радиальный выход 13 перепускного канала 11, дроссельные каналы радиального выхода 12 из камеры 4. Это обусловит в принимающей камере 3 повышение давления воздуха, импульс рабочего хода и кинетической энергии ударника. В выпускающей камере 4 холостого хода давление воздуха резко снизится, а при последовательном перекрытии яруса дросселей с радиальным выходом 12 будет уменьшаться их проходное сечение и количество перепускаемого воздуха в камеру 3. При этом в камере 4 противодавление воздуха будет возрастать, что вызовет нежелательное торможение ударника и кинетическая энергия ударника будет частично уменьшена. Очевидно, что рассмотренный вариант перепуска воздуха из камеры 4 холостого хода в камеру 3 рабочего хода в период рабочего хода ударника рационален только в начале перепуска.

Рабочий процесс молотка, выполненного по варианту фиг. 3, будет характеризоваться постепенно увеличивающимся проходным сечением дросселей выхода 13, а следовательно, возрастающим давлением воздуха в принимаемой камере 3, импульсом давления, увеличением скорости и кинетической энергии ударника. При этом противодавление в выпускающей камере 4 будет снижаться, что обусловит меньшее торможение, большую предударную скорость и большую кинетическую энергию ударника.

В последующий период движения ударник, преодолевая противодавление воздуха со стороны камеры 4, наносит удар по рабочему инструменту 18 и вышеописанный процесс повторяется.

Очевидно, что выполнение пневматического молотка с перепуском части воздуха между камерами рабочего и холостого ходов в период, предшествующий выпуску из них отработавшего воздуха в атмосферу посредством каналов перепуска с радиальными выходами в виде яруса дроссельных каналов и одного канала, не позволяет одинаково рационально реализовать рабочий процесс молотка в каждой из камер на всем участке перепуска. Так менее удачными будут перепуски на конечном этапе при холостом ходе в варианте молотка по фиг. 2 и начальном этапе при рабочем ходе ударника в варианте молотка по фиг. 3. Положительным будет эффект перепуска в варианте молотка по фиг. 1 и 4, где будет оказываться влияние регулируемого перепуска на обе камеры одновременно и взаимно. Следовательно, эффект плавного регулирования перепускаемого количества воздуха между камерами рабочего и холостого ходов будет сверхсуммарным: объединяющим отдельные эффекты плюс эффект от каждого взаимовлияния процесса перепуска и рабочего процесса каждой из камер молотка.

Использование: при конструировании отбойных и бурильных молотков. Сущность изобретения: пневматический молоток содержит рукоятку, рабочий инструмент, корпус с центральным каналом, каналами впуска и выпуска, канал перепуска с радиальными выходами в центральный канал по обе стороны от канала выпуска, ударник, разделяющий центральный канал на камеру рабочего хода и камеру холостого хода, связанные между собой каналом перепуска, крышку и рабочий инструмент. Для увеличения энергии удара за счет организации плавного и увеличенного по времени перепуска воздуха между камерой рабочего хода и камерой холостого хода радиальный выход канала перепуска воздуха выполнен с управляемым изменяющимся проходным сечением в виде ярусов дросселей. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МОЛОТОК С ДРОССЕЛЬНЫМ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ, содержащий рукоятку, корпус с центральным каналом, каналами впуска и выпуска, канал перепуска с радиальными выходами в центральный канал по обе стороны от канала выпуска, ударник, разделяющий центральный канал на камеры рабочего и холостого ходов, связанные между собой каналом перепуска, крышку, кожух и рабочий инструмент, отличающийся тем, что, с целью повышения энергии единичного удара за счет организации плавного и увеличенного по времени перепуска воздуха между камерами рабочего и холостого ходов, радиальный выход канала перепуска выполнен с управляемым изменяющимся проходным сечением в виде ярусов дросселей. 2.Молоток по п.1, отличающийся тем, что ярусы дросселей перепуска выполнены со стороны камеры холостого хода. 3.Молоток по п.2, отличающийся тем, что ярусы дросселей перепуска выполнены со стороны камеры рабочего хода. 4. Молоток по пп.1 - 3, отличающийся тем, что ярусы дросселей перепуска выполнены со стороны обоих камер. 5. Молоток по пп.1 - 4, отличающийся тем, что радиальные дроссели перепуска выполнены в виде щелей.