ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1995 года по МПК E21C3/24 E21C37/22 E21C37/24 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству.

Известна пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол с каналами, ударник, подпружиненные кольцевые золотники, управляющие выхлопом воздуха из рабочих камер пневматической машины, в гильзу [1]
Недостатками известной машины являются низкие эффективность работы и надежность.

Известна также пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол с каналами, ударник, золотники с разделительными упорами, управляющие выхлопом воздуха из рабочих камер машины, и гильзу [2]
Недостатками известной машины являются низкий КПД из-за непроизводительных утечек сжатого воздуха из рабочих камер машины при открытии ударником выхлопных отверстий, сообщающихся с атмосферой через кольцевые полости управления гильзы.

Цель повышение КПД машины, надежности и долговечности.

Цель достигается тем, что время переброски кольцевых клапанов, помещенных в полости управления гильзы, с момента открытия ударником выхлопных отверстий (например, при холостом ходе) должно быть на порядок меньше, чтобы предотвратить снижение давления в рабочей камере машины, вызванное непроизводительной утечкой сжатого воздуха через дросселирующую щель и каналы седла в атмосферу.

Для устранения этого недостатка необходимо, чтобы к моменту открытия ударником выхлопных отверстий при холостом ходе и рабочем ходе кольцевые клапаны занимали рабочее положение. Однако этого нельзя полностью достичь даже при изготовлении кольцевых клапанов из сверхлегких материалов, имеющих высокую механическую прочность.

Кроме того связь кольцевой полости управления выхлопом при рабочем ходе ударника с каналом холостого хода не оказывает эффективного воздействия на перемещение кольцевых клапанов при холостом ходе ударника из-за малого аэродинамического сопротивления дросселирующей щели, соотнесенного к весовому расходу сжатого воздуха через командный канал.

Указанные недостатки устраняются благодаря тому, что элементы управления механизма управления выхлопом выполнены в виде двух ступенчатых клапанов с уплотняющей и направляющей ступенями каждый, размещенных в полостях кожухов устройства с образованием соответствующих ступеням клапанов кольцевых полостей управления выхлопом.

Сущность изобретения заключается в том, что в пневматической машине ударного действия, содержащей ствол, размещенный в нем ударник, делящий полость ствола на камеры рабочего и холостого ходов с воздухораспределительным механизмом, установленное на стволе устройство, в полостях кожухов которого размещен механизм управления выхлопом из камер ствола, элементы управления которого образуют в полостях кожухов полости управления, выполненные в стволе выхлопные отверстия, командные каналы и командные отверстия, которые связывают полости управления с камерами ствола, элементы управления механизма управления выхлопом выполнены в виде двух ступенчатых клапанов с уплотняющей и направляющей ступенями каждый, размещенных в полостях кожухов устройства с образованием соответствующих ступеням клапанов кольцевых полостей управления выхлопом, при этом ступенчатые клапаны связаны между собой посредством упоров, а кольцевые полости управления выхлопом связаны, соответственно, выхлопными отверстиями, командными отверстиями и командными каналами с камерами ствола, причем входы командных отверстий в командные каналы из камер ствола размещены от выхлопных отверстий, соответственно, на расстоянии, не превышающем высоты поршневой части ударника, а в направляющих ступенях клапанов выполнены отверстия.

На чертеже изображена пневматическая машина ударного действия, разрез.

Пневматическая машина ударного действия содержит ствол 1, рабочий инструмент 2, рукоятку 3 в сборе, снабженную устройством для впуска сжатого воздуха (на чертеже не показано), курком 4 и каналом 5.

В полости 6 рукоятки 3 размещен воздухораспределительный механизм, включающий трубчатый клапан 7, седло клапана 8, снабженное каналами 9, 10 и 11 для пропуска сжатого воздуха, и крышку 12.

Ствол 1, рабочая полость которого разделена ударником 13 на камеры А и Б соответственно рабочего и холостого ходов, снабжен каналом 14 для подвода сжатого воздуха в камеру холостого хода Б, командными каналами 15 и 16, командными отверстиями 17, 18 и 19, 20, а также выхлопными отверстиями 21 и 22.

На стволе 1 размещается устройство 23, включающее верхний 24 и нижний 25 кожухи, седло 26, снабженное каналами 27 и выхлопными отверстиями 28, пористый звукопоглощающий вкладыш 29, установочные втулки 30 и 31, снабженные фиксаторами 32, пружинными 33 и уплотнительными 34 кольцами каждая.

Кожухи 24 и 25 снабжены соответственно полостями 35 и 36, в которых размещается механизмом управления выхлопом сжатого (отработанного) воздуха из камер А и Б ствола 1, включающий соответственно верхний 37 и нижний 38 ступенчатые клапаны с уплотняющей 39 и направляющей 40 ступенями каждый, с образованием соответствующих ступеням клапанов кольцевых полостей 41 и 42 управления. Клапаны 37 и 38 связаны между собой посредством упоров 43, а направляющие ступени 40 каждого клапана снабжены отверстиями 44.

Пневматическая машина ударного действия работает следующим образом.

При нажатии курка 4 сжатый воздух под давлением Р через впускное устройство рукоятки 3, канал 5 поступает в полость 6, откуда через канал 9 седла клапана 8, каналы 10, 11 седла клапана 8 и канал 14 ствола 1, соответственно, поступает в камеру А рабочего и камеру Б холостого ходов.

При этом камера А рабочего хода через выхлопное отверстие 22, полость 36, кольцевой зазор между уплотняющей ступенью 39 нижнего ступенчатого клапана 38 и седлом 26, каналы 27, выхлопные отверстия 28 и пористый звукопоглощающий вкладыш 29 сообщается с атмосферой, а камера Б холостого хода от атмосферного воздуха изолирована: сверху ударником 13, снизу хвостовиком рабочего инструмента 2. В связи с этим давление в камере А рабочего хода будет меньше, чем в камере Б холостого хода. Под действием аэродинамических сил, возникающих из-за разницы давлений сжатого воздуха в камерах А и Б, трубчатый клапан 7 воздухораспределительного механизма перебросится в положение холостого хода (вправо по чертежу), канал 9 седла 8 будет перекрыт и поступление сжатого воздуха в камеру А прекратится.

Сжатый воздух, поступающего из полости 6, каналы 10 и 11 седла клапана 8, канал 14 ствола 1 в камеру Б холостого хода, ударник 13, начнет перемещаться вверх.

При движении вверх ударник 13 откроет командное отверстие 19 и сжатый воздух из камеры Б через командный канал 16, командное отверстие 20 начнет сначала поступать в кольцевую полость 42 управления нижнего клапана 38, а затем через выхлопное отверстие 22, полость 36, отверстия 44 в направляющей части клапана 38 и кольцевой зазор между уплотняющей частью 39 клапана 38 и седлом 26, каналы 27, выхлопные отверстия 28, пористый звукопоглощающий вкладыш 29 поступает, соответственно, в кольцевую полость 41 управления клапана 38 и атмосферу.

Под действием сжатого воздуха нижний клапан 38 начнет перемещаться вверх, воздействуя через упоры 43 на верхний клапан 37, который одновременно с нижним клапаном 38 также перемещается вверх и образует кольцевой зазор между уплотняющей ступенью 39 и седлом 26.

При этом уплотняющая ступень 39 нижнего клапана 38 перекроет каналы 27 в седле 26 и утечки сжатого воздуха в атмосферу при открытии ударником 13 выхлопных отверстий 22 не произойдет.

При дальнейшем движении ударника 13 вверх воздух из камеры А рабочего хода будет вытесняться в атмосферу через выхлопные отверстия 21, полость 35 кожуха 24, кольцевой зазор между уплотняющей ступенью 39 верхнего клапана 37 и седлом 26, каналы 27, выхлопные отверстия 28 и пористый звукопоглощающий вкладыш 29.

После перекрытия выхлопных отверстий 21 воздух из камеры А рабочего хода будет вытесняться в атмосферу через командное отверстие 17, командный канал 15, выхлопное отверстие 21, полость 35, кольцевой зазор, каналы 27 и т.д.

После прохождения ударником 13 (его поршневой части высотой Н) выхлопных отверстий 21 камера Б холостого хода сообщится с атмосферой и давление сжатого воздуха в ней будет интенсивно снижаться, а в камере А рабочего хода после перекрытия командного отверстия 17 повышаться.

Когда давление сжатого воздуха (по мере движения ударника 13 вверх) на трубчатый клапан 7 через канал 9 из камеры А превысит давление, действующее на него через каналы 10, 11 и 14 из камеры Б, трубчатый клапан 7 перебросится в положение рабочего хода (влево по чертежу).

Сжатый воздух из полости 6, через канал 9 седла клапана 8 воздухораспределительного механизма начнет поступать в камеру А рабочего хода и движение ударника 13 вверх пpекратится. начнется цикл рабочего хода и движение ударника 13 вверх прекратится. Начнется цикл рабочего хода.

При движении вниз ударник 13 открывает командное отверстие 17 и сжатый воздух из камеры А через командный канал 15, командное отверстие 18 начнет сначала поступать в кольцевую полость 42 управления верхнего клапана 37, а затем через выхлопное отверстие 21, полость 35, отверстия 44 в направляющей части клапана 37 и кольцевой зазор между уплотняющей частью 39 клапана 37 и седлом 26, каналы 27, выхлопные отверстия 28, пористый звукопоглощающий вкладыш 29 поступает, соответственно, в кольцевую полость 41 управления клапана 37 и атмосферу.

Под действием сжатого воздуха верхний клапан 37 начнет перемещаться вниз, воздействуя через упоры 43 на нижний клапан 38, который одновременно с верхним клапаном 37 также перемещается вниз и образует кольцевой зазор между уплотняющей ступенью 39 и седлом 26.

При этом уплотняющая ступень 39 верхнего ступенчатого клапана 37 перекроет каналы 27 в седло 26 и утечки сжатого воздуха в атмосферу при открытии ударником 13 выхлопных отверстий 22 не произойдет.

При дальнейшем движении ударника 13 вниз воздуха из камеры Б холостого хода вытесняется в атмосферу через выхлопные отверстия 22, полость 36 кожуха 25, кольцевой зазор и т.д.

После перекрытия выхлопных отверстий 22 воздух из камеры Б будет вытесняться в атмосферу через командное отверстие 19, командный канал 16 и т.д.

После прохождения ударником 13 (его поршневой части высотой Н) выхлопных отверстий 22 камера Б сообщится с атмосферой и давление сжатого воздуха в ней будет интенсивно снижаться, а в камере Б после перекрытия командного отверстия 19 повышаться.

Когда давление сжатого воздуха (по мере движения ударника 13 вниз) на трубчатый клапан 7 через канал 14, каналы 11 и 10 из камеры Б превысит давление, действующее на него через канал 9 из камеры А, он (трубчатый клапан 7) перебросится в положение холостого хода (вправо по чертежу).

Одновременно ударник 13 нанесет удар по хвостовику рабочего инструмента 2. В дальнейшем цикл повторится.

Для исключения непроизводительных перетечек сжатого воздуха из камеры Б холостого хода через командное отверстие 19, командный канал 16 и выхлопные отверстия 22 в камеру А при холостом ходе и из камеры А через командное отверстие 17, командный канал 15 и выхлопные отверстия 21 в камеру Б при рабочем ходе, минуя ударник 13, высота его поршневой части Н должна быть больше расстояний h по оси машины между выхлопными отверстиями 22 и командным отверстием 16 и, соответственно, между выхлопными отверстиями 21 и командным отверстием 17 (т.е. всегда H≥h).

Подбором аэродинамического сопротивления командных каналов 15 и 16 практически на участках движения ударника 13 длиной h можно снизить до весьма малых значений величину противодавления, препятствующего его ходу, что способствует повышению энергии и КПД удара.

Опережающий подвод сжатого воздуха из полостей Б и А, соответственно, при холостом и рабочем ходах ударника 13, в кольцевые полости 42 и 41 управления клапанами 38 и 37 является побудительным действием, увеличивающим скорость перемещения ступенчатых клапанов 38 и 37 к седлу 26.

Общее силовое воздействие сжатого воздуха, например, на направляющую 40 и уплотняющую 39 ступени клапана 38 при одновременном снижении давления в кольцевом зазоре между уплотняющей ступенью 39 и седлом 26 из-за увеличения скорости воздушного потока, поступающего через каналы 27 седла 26 кратковременно в атмосферу, уменьшает время переброски клапана 38 примерно на порядок в сравнении с прототипом.

Аэродинамическая осевая устойчивость клапанов 37 и 38 достигается также и за счет отверстий 44 в направляющих ступенях 40, что предотвращает радиальные колебания клапанов и снижает износ их боковых поверхностей. Кроме того долговечность клапанов можно увеличить за счет снижения их массы, например, выполнив направляющие ступени 40 из термопласта с высокой механической прочностью и низким коэффициентом трения, что позволит снизить ударные нагрузки при их переброске и потери на трение.

Изобретение относится к горной промышленности и строительству. Пневматическая машина ударного действия содержит ствол, размещенный в нем ударник, делящий полость ствола на камеры рабочего и холостого ходов, одна из которых связана посредством канала холостого хода с воздухораспределительным механизмом. Для повышения КПД машины элементы управления механизма управления выхлопом выполнены в виде двух ступенчатых клапанов с уплотняющей и направляющей ступенью каждый, размещенных в полостях кожухов устройства с образованием соответствующих ступеням клапанов кольцевых полостей управления выхлопом, ступенчатые клапаны связаны между собой посредством упоров, а кольцевые полости управления выхлопом связаны выхлопными отверстиями, командными каналами и командными отверстиями с камерами. 1 ил.

ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащая ствол, размещенный в нем ударник, делящий полость ствола на камеры рабочего и холостого хода, одна из которых связана посредством канала холостого хода с воздухораспределительным механизмом, установленное на стволе устройство, в полостях кожухов которого размещен механизм управления выхлопом из камер ствола, элементы управления которого образуют в полостях кожухов полости управления, выполненные в стволе выхлопные отверстия, командные каналы и командные отверстия, которые связывают полости управления с камерами ствола, отличающаяся тем, что элементы управления механизма управления выхлопом выполнены в виде двух ступенчатых клапанов с уплотняющей и направляющей ступенями каждый, размещенных в полостях кожухов устройства с образованием соответствующих ступеням клапанов кольцевых полостей управления выхлопом, при этом ступенчатые клапаны связаны между собой посредством упоров, а кольцевые полости управления выхлопом связаны соответственно, выхлопными отверстиями, командными каналами и командными отверстиями с камерами ствола, причем входы командных отверстий в командные каналы из камер ствола размещены от выхлопных отверстий соответственно на расстоянии, не превышающем высоту поршневой части ударника, а в направляющих ступенях клапанов выполнены отверстия.