ПНЕВМОУДАРНАЯ МАШИНА Российский патент 1996 года по МПК E21C37/24 

Изобретение относится к пневматическим устройствам ударного действия и может быть использовано в горном деле, машиностроении и других отраслях хозяйственной деятельности.

Известен пневматический молоток (дополнительное авторское свидетельство N 125201, 1958 к основному авторскому свидетельству N 98283, класс 87в, 2₁₁, 1953), включающий полый корпус с воздухопропускными каналами, размещенный с возможностью перемещения в корпусе ударник, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, золотниковый воздухораспределитель и промежуточную полость (ресивер).

Применение известного пневматического молотка дает возможность использовать энергию отработавшего в камере рабочего хода сжатого воздуха для работы в камере холостого хода. Однако существенной экономии энергии известный пневматический молоток не обеспечивает, поскольку сжатый воздух в промежуточную полость (ресивер) поступает из магистрали во время рабочего хода ударника. При этом осуществляется одновременное запитывание камеры рабочего хода и промежуточной полости (ресивера) от магистрали, что фактически приводит к увеличению объема камеры рабочего хода на величину объема промежуточной полости (ресивера). Строго говоря, для работы в камере холостого хода используется не отработавший в камере рабочего хода, а магистральный сжатый воздух, предварительно поступивший в промежуточную полость (ресивер).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является пневматическое устройство ударного действия по авторскому свидетельству N 514092 (кл Е 21 С 3/24, B 25 Д 9/26, 1976), включающее полый корпус с воздухоподводящими каналами, подвижно размещенный во внутренней полости корпуса ударник, разделяющий полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов и воздухораспределительный механизм.

В известном устройстве полости камер рабочего и холостого ходов сообщаются посредством каналов в корпусе, что позволяет осуществить перепуск отработанного воздуха из камеры рабочего хода в камеру холостого хода перед выхлопом в атмосферу. В этом случае в камеру холостого хода поступает действительно отработанный воздух, а не магистральный. Однако, энергии поступившего в камеру холостого хода отработанного воздуха недостаточно для того, чтобы создать импульс для обеспечения холостого хода ударника. Поэтому, несмотря на перепуск воздуха, осуществляют питание от магистрали как камеры рабочего хода, так и камеры холостого хода и поочередный выхлоп из обеих камер. Таким образом, существенной экономии сжатого воздуха не достигается.

Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении, заключается в уменьшении расхода энергоносителя при сохранении удельных показателей машины (мощность, приходящаяся на единицу массы, объема и т.д.).

Поставленная задача решается благодаря тому, что пневмоударная машина, включающая корпус с выхлопными окнами, подвижно установленный в корпусе поршень-ударник, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеры рабочего и холостого хода, воздухораспределительный механизм, снабжена связанным с воздухораспределительным механизмом неподвижным ступенчатым полым штоком, большая ступень которого обращена к камере холостого хода, при этом поршень-ударник выполнен с центральным ступенчатым каналом и концентрично размещен относительно ступенчатого полого штока с образованием между большей ступенью полого штока и меньшей ступенью поршня-ударника камеры магистрального давления, связанной с полостью штока посредством радиальных каналов, выполненных в штоке, который на внешней поверхности имеет пазы для периодического сообщения камеры магистрального давления с камерой рабочего хода. На внешней же поверхности поршня-ударника и внутренней поверхности корпуса выполнены соответственно пазы и углубления, которые образуют каналы для периодического сообщения между собой камер рабочего и холостого хода.

Целесообразно пазы на наружной поверхности поршня-ударника выполнить глухими, а углубления в корпусе выполнить, по меньшей мере, в двух ярусах, отстоящих друг от друга на расстоянии, меньшем длины паза поршня-ударника;
или
углубления в корпусе выполнить в виде выемок, расположенных между выхлопными окнами, а пазы на наружной поверхности поршня-ударника выполнить открытыми в камеру холостого хода;
или
углубления в корпусе выполнить в виде кольцевой расточки, расположенной ниже выхлопных окон, часть пазов на наружной поверхности поршня-ударника выполнить открытыми в камеру рабочего хода, а другую часть в камеру холостого хода;
или
углубления в корпусе выполнить в виде, по меньшей мере, двух кольцевых расточек, расположенных выше и ниже выхлопных окон, часть пазов на наружной поверхности поршня-ударника выполнить глухими, а другую часть открытыми в камеру холостого хода.

Выполнение пазов на наружной поверхности ударника и углублений на внутренней поверхности корпуса по одному из предложенных вариантов позволяет получить в конструкции пневмоударной машины каналы для сообщения камер рабочего и холостого ходов, что обеспечивает перепуск отработанного воздуха из камеры рабочего хода в камеру холостого хода. При этом момент перепуска обеспечивается положением ударника и организуется таким образом, чтобы перепуск почти совпадал с окончанием рабочего хода ударника.

Для того, чтобы создать импульс, достаточный для холостого хода ударника, независимо от его начального положения в корпусе, в устройстве предусмотрена камера магистрального давления, образованная большей ступенью неподвижного штока и меньшей ступенью центрального отверстия в ударнике.

Во время рабочего хода ударника воздух в камере магистрального давления противодействует движению ударника. Однако, за счет большой разницы площадей это противодействие несущественно влияет на работу пневмоударной машины. По окончании рабочего хода осуществляется частичный выхлоп из камеры рабочего хода и перепуск в камеру холостого хода. Под действием сил, обусловленных разностью давлений со стороны рабочих камер машины, ударник начинает холостой ход. Выхлоп в атмосферу происходит только из камеры холостого хода по окончании холостого хода, в камере же магистрального давления воздух вытесняется в конечном итоге в магистраль.

Таким образом, совокупность признаков предполагаемого изобретения позволяет уменьшить расход энергоносителя, поскольку на холостой ход расходуется только отработанный в камере рабочего хода воздух, а не магистральный.

Различное выполнение пазов на ударнике и углублений в корпусе позволяет реализовать машины одинаковой мощности, но с несколько разными ее составляющими параметрами: энергией единичного удара и частотой ударов.

Так, например, выполнение согласно п.4 формулы изобретения в сравнении с выполнением согласно п. 5 формулы изобретения обеспечивает большую энергию единичного удара при меньшей частоте ударов. Это объясняется тем, что моменту перепуска предшествует частичный выхлоп воздуха из камеры рабочего хода, а далее воздух с пониженным давлением перепускается в камеру холостого хода. Кроме того, перепуск совмещен с продолжающимся частичным выхлопом из камеры рабочего хода. При этом противодействие рабочему ходу со стороны камеры холостого хода значительно снижается, следовательно, энергия удара будет выше. Однако, поскольку в камере холостого хода давление пониженное, движение ударника на холостом ходу замедленное, что в конечном итоге приводит к некоторому снижению частоты ударов.

В варианте по п.5 формулы изобретения происходит перепуск из камеры рабочего хода в камеру холостого хода и частичный выхлоп, а затем, по окончании перепуска, происходит полный выхлоп из камеры рабочего хода. При этом в камере холостого хода обеспечивается более высокое давление, следовательно, энергия единичного удара ниже, а частота ударов выше.

В вариантах по пп.2,3 формулы изобретения частота ударов может быть обеспечена еще выше, а энергия еще ниже, чем в варианте по п.5 формулы изобретения, так как в этих случаях перепуску не предшествует и не сопутствует частичный выхлоп. В этих случаях выхлоп начинается и заканчивается (на рабочем ходе ударника) после перепуска, т.е. во время, когда камера рабочего хода и камера холостого хода разобщены между собой. На фиг.1 представлена пневмоударная машина, ее продольный разрез; на фиг.2,3,4 фрагменты продольных разрезов пневмоударной машины с различными вариантами исполнения перепускных каналов.

Предлагаемая пневмоударная машина включает корпус 1 с выхлопными окнами 2; поршень-ударник 3, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеры рабочего 4 и холостого 5 ходов; разрядно-питающий клапан 6; неподвижный ступенчатый шток 7; камеру магистрального давления 8; углубления 9, выполненные на внутренней поверхности корпуса 1. Поршень-ударник 3 снабжен центральным ступенчатым каналом 10 и наружными пазами 11. Сверху на корпусе 1 установлена гайка 12 с центральным отверстием 13 для подачи сжатого воздуха из магистрали. Между гайкой 12 и ступенчатым штоком 7 образована полость 14, из которой сжатый воздух имеет возможность по каналам 15 поступать в предкамеру 16. Позицией 17 обозначен кольцевой канал, образованный наружной поверхностью штока 7 и внутренней поверхностью меньшей ступени клапана 6. Кольцевой канал 18 образован торцевым зазором, равным ходу клапана 6, между торцевыми поверхностями штока 7 и меньшей ступени клапана 6. Позицией 19 обозначена заклапанная полость, постоянно связанная через канал 20 полость 21 и радиальные отверстия 22 с атмосферой. Шток 7 снабжен центральным каналом 23, обеспечивающим постоянную связь полости 14 с камерой магистрального давления 8 благодаря наличию радиальных каналов 24 в штоке; 25 кромка меньшей ступени поршня-ударника 3, обращенная в камеру магистрального давления 8; 26 - наружные пазы на внешней поверхности штока 7; 27 наружная, обращенная к камере рабочего хода, поверхность поршня-ударника 3, свободная от пазов 11; 28 рабочий инструмент; 29 углубления нижнего яруса на внутренней поверхности корпуса 1; 30 наружная, обращенная к камере холостого хода, поверхность поршня-ударника 3, свободная от пазов 11; 31 пазы на наружной поверхности поршня-ударника 3, открытые в камеру рабочего хода; 32 глухие пазы на наружной поверхности поршня-ударника 3.

Пневмоударная машина работает следующим образом.

Сжатый воздух подают в машину через канал 13 в гайке 12 в полость 14, откуда через каналы 15 он поступает в предкамеру 16. Поскольку со стороны камеры рабочего хода 4 давления нет, то клапан 6 остается закрытым. Из полости 14 сжатый воздух поступает в осевое отверстие 23 штока 7 и далее в камеру магистрального давления 8. Воздух в камере магистрального давления 8 расширяется и толкает поршень-ударник 3 вверх. Когда поршень-ударник 3 своей меньшей ступенью наезжает кромкой 25 на пазы 26 штока 7, воздух из камеры магистрального давления 8 поступает в камеру рабочего хода 4. Вследствие разности площадей на клапан 6 со стороны камеры рабочего хода 4 действует сила большая, чем со стороны предкамеры 16. Клапан 6 открывается, и в камеру рабочего хода 4 подается сжатый воздух из предкамеры 16, сообщенной всегда с магистралью. Поршень-ударник 3 сначала тормозится, останавливается, а затем начинает рабочий ход. При этом сжатый воздух из камеры магистрального давления 8 выталкивается в полость 14. Наступает момент на рабочем ходе поршня-ударника 3, когда его свободная от пазов наружная поверхность 27 попадает в зону углублений 9 корпуса 1, в результате чего образуются каналы для перепуска воздуха из камеры рабочего хода 4 в камеру холостого хода 5 (фиг.1, 2 и 3). Для варианта исполнения согласно фиг.4 кроме свободной от наружных пазов поверхности 27 имеет место вторая свободная от пазов наружная поверхность 30, обусловленная наличием глухих пазов 32. При этом каналы для перепуска образуются тогда, когда поверхность 27 попадает в зону кольцевой выточки 9^*, расположенной выше выхлопных окон 2, а поверхность 30 в зону кольцевой выточки 9, расположенной ниже выхлопных окон 2. В конце рабочего хода поршня-ударника 3 одновременно с перепуском, до или после него происходит полный или частичный выхлоп сжатого воздуха из камеры рабочего хода 4 через окна 2 в корпусе 1. Прежде чем нанести удар по инструменту 28, поршень-ударник 3 в этот момент может частично тормозиться под действием воздуха, поступившего в камеру холостого хода 5 и силы со стороны камеры магистрального давления 8. После выхлопа из камеры рабочего хода 4 клапан 6 закрывается и одновременно обеспечивает сообщение ее с атмосферой через дренажные каналы 17, 18, заклапанную полость 19, канал 20, полость 21 и отверстия 22 в гайке 12. Поршень-ударник 3 под действием сил со стороны камеры магистрального давления 8 и камеры холостого хода 5 начинает холостой ход. На холостом ходе поршня-ударника 3 также происходит неизбежный перепуск воздуха из камеры холостого хода 5 в камеру рабочего хода 4. Уменьшение торможения поршня-ударника 3 на холостом ходе обеспечивает разрядно-питающий клапан 6, образующий выхлопной тракт через дренажные каналы 17, 18, полость 19, каналы 20, полость 21 и отверстия 22, по которому воздух вытесняется в атмосферу.

При совершении холостого хода наступает момент, когда часть пазов 11 поршня-ударника 3 совмещается с выхлопными окнами 2, благодаря чему происходит растянутый по времени выхлоп из камеры холостого хода 5.

После того, как поршень-ударник 3 займет относительно штока 7 положение, обеспечивающее подачу командного давления в камеру рабочего хода 4 через пазы 26 из камеры магистрального давления 8, клапан 6 открывается, и далее цикл работы пневмоударной машины повторяется.

Выполнение пазов на наружной поверхности поршня-ударника и углублений на внутренней поверхности корпуса по любому из предложенных вариантов позволяет реализовывать машины одинаковой мощности, работающие по описанному выше циклу. ЫЫЫ2

Использование: изобретение относится к пневматическим устройствам ударного действия и может быть использовано в горном деле, машиностроении и других отраслях хозяйственной деятельности. Сущность изобретения: пневмоударная машина, включающая корпус с выхлопными окнами, подвижно размещенный в корпусе поршень-ударник, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов и воздухораспределительный механизм, снабжена неподвижным ступенчатым штоком, большая ступень которого обращена к камере холостого хода. Ударник выполнен с центральным ступенчатым отверстием и пазами на его наружной поверхности, причем, меньшая ступень центрального отверстия ударника образует с большей ступенью штока камеру магистрального давления, а на внутренней поверхности корпуса выполнены углубления, образующие с пазами ударника каналы для сообщения камер рабочего и холостого ходов. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пневмоударная машина, включающая корпус с выхлопными окнами, подвижно установленный в корпусе поршень-ударник, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеры рабочего и холостого хода, воздухораспределительный механизм, отличающаяся тем, что она снабжена связанным с воздухораспределительным механизмом неподвижным ступенчатым полым штоком, большая ступень которого обращена к камере холостого хода, при этом поршень-ударник выполнен с центральным ступенчатым каналом и концентрично размещен относительно ступенчатого полого штока с образованием между большей ступенью полого штока и меньшей ступенью поршня-ударника камеры магистрального давления, связанной с полостью штока посредством радиальных каналов, выполненных в штоке, который на внешней поверхности имеет пазы для периодического сообщения камеры магистрального давления с камерой рабочего хода, при этом на внешней поверхности поршня-ударника и внутренней поверхности корпуса выполнены соответственно пазы и углубления, которые образуют каналы для периодического сообщения между собой камер рабочего и холостого ходов. 2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что пазы на наружной поверхности поршня-ударника выполнены глухими, а углубления в корпусе выполнены по меньшей мере в двух ярусах, отстоящих друг от друга на расстоянии, меньшем длины паза поршня-ударника. 3. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что углубления в корпусе выполнены в виде выемок, расположенных между выхлопными окнами, а пазы на наружной поверхности поршня ударника выполнены открытыми в камеру холостого хода. 4. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что углубления в корпусе выполнены в виде кольцевой расточки, расположенной ниже выхлопных окон, часть пазов на наружной поверхности поршня-ударника выполнена открытыми в камеру рабочего хода, а другая часть в камеру холостого хода. 5. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что углубления в корпусе выполнены в виде по меньшей мере двух кольцевых расточек, расположенных выше и ниже выхлопных окон, часть пазов на наружной поверхности поршня-ударника выполнена глухими, а другая часть открытыми в камеру холостого хода.