УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1997 года по МПК B25D9/04 E21C3/24 E02F5/18 

Изобретение относится к горной и строительной технике и может быть использовано для проходки скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций, для забивания труб, разрушения горных пород, трамбования грунта, а также в качестве ручного ударного инструмента.

Известно устройство ударного действия, содержащее корпус с отверстиями, ударник, камеру прямого хода, камеру обратного хода, канал для сообщения камеры прямого хода с источником сжатого воздуха, канал для сообщения камеры обратного хода с камерой прямого хода, выполненный в ударнике, две упругодеформируемые пластины с центральными отверстиями для системы выхлопа [1]
Недостатками устройства ударного действия являются: непроизводительный расход воздуха через канал в ударнике во время прямого хода ударника, снижение предударной скорости ударника и энергии удара в конце прямого хода, т. к. после закрытия выхлопного отверстия происходит наполнение камеры обратного хода сжатым воздухом по каналу в ударнике и в ней перед ударом повышается давление.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является пневматический ударный механизм, содержащий корпус с отверстиями, ударник с продольным каналом, камеру прямого хода, камеру обратного хода и систему выхлопа. [2]
Недостатками пневматического ударного механизма являются: снижение энергии удара и неэкономичность в результате непроизводительного расхода сжатого воздуха, через калиброванное отверстие. Непроизводительный расход сжатого воздуха вызывает снижение давления в камере прямого хода и, как следствие, уменьшение скорости поршня-ударника перед ударом и энергии удара.

Техническая задача заключается в повышении энергии удара и экономичности.

Задача решается тем, что устройство ударного действия, включающее корпус с отверстиями, ударник с продольным каналом, камеру прямого хода, камеру обратного хода и систему выхлопа, снабжено клапаном, установленным с возможностью осевого перемещения в продольном канале ударника, на внутренней поверхности продольного канала ударника выполнены выступы, ограничивающие перемещение клапана, седло которого размещено в ударнике со стороны камеры прямого хода.

Такое выполнение устройства уменьшает непроизводительный расход сжатого воздуха при прямом ходе ударника и позволяет повысить энергию удара. Запирание продольного канала обеспечивается только при прямом ускоренном движении за счет сил инерции, действующих на клапан.

Целесообразно устройство ударного действия снабдить центральным стержнем, установленным в продольном канале ударника, выполненном по оси устройства и закрепленным в корпусе, а клапан выполнить в виде втулки, установленной в канале ударника на стержне.

Такое выполнение устройства ударного действия уменьшает непроизводительный расход сжатого воздуха при прямом ходе ударника как за счет сил инерции, действующих на клапан при ускоренном движении ударника, так и за счет силы трения, возникающей между клапаном и стержнем при движении ударника вперед.

Если в устройстве ударного действия седло клапана выполнено в виде упругого кольца, установленного в продольном канале, то поверхность клапана, прилегающая к седлу, защищается от воздействия ударных нагрузок.

Выполнение клапана с каналом, выходящим на его боковую и торцевую поверхность, обеспечивает возврат ударника в исходное положение (крайнее заднее) благодаря беспрепятственному проходу сжатого воздуха по продольному каналу при обратном ходе ударника.

Для уменьшения воздействия ударных нагрузок на клапан целесообразно устройство ударного действия снабдить буферным элементом, который размещается между ударником и клапаном со стороны камеры обратного хода.

Выполнение клапана ступенчатым и размещение между клапаном и ударником буферной камеры уменьшает воздействие ударных нагрузок на клапан и уменьшает отскок клапана после удара за счет дросселирования сжатого воздуха из буферной камеры по зазорам.

Выполнение клапана в виде фрикционной втулки, размещенной на стержне с трением, повышает надежность запирания продольного канала за счет сил трения клапана с поверхностью стержня, и не требует ускоренного движения ударника вперед.

Выполнение фрикционной втулки с разрезом обеспечивает постоянную силу трения клапана о поверхность стержня и надежное запирание продольного канала при движении ударника вперед.

Для уменьшения утечки сжатого воздуха через разрез фрикционной втулки целесообразно устройство ударного действия снабдить кольцом, размещенным между фрикционной втулкой и седлом клапана.

Если клапан выполнить в виде упругодеформируемой обоймы, на внутренней поверхности которой размещены фрикционные элементы, то увеличивается сила трения клапана о поверхность стержня и повышается надежность запирания продольного канала при прямом ходе ударника.

На фиг. 1 изображен продольный разрез устройства ударного действия с инерционным клапаном, свободно установленным в продольном канале ударника; на фиг. 2 изображен продольный разрез устройства ударного действия с центральным гладким стержнем, размещенным в осевом отверстии, выполненном в ударнике и во втулке; на фиг. 3 изображен продольный разрез инерционного клапана в момент, когда ударник совершает обратный ход; на фиг. 4 изображен продольный разрез инерционного клапана в момент, когда ударник совершает прямой ход с ускорением; на фиг. 5 изображен продольный разрез клапана, выполненного в виде втулки и с седлом клапана в виде упругого кольца; на фиг. 6 изображен продольный разрез инерционного клапана с каналом, выходящим на его боковую и торцевую поверхность; на фиг. 7 изображен продольный разрез инерционного клапана с буферным элементом; на фиг. 8 изображен продольный разрез инерционного клапана, выполненного ступенчатым и с буферной камерой; на фиг. 9 изображен продольный разрез фрикционного клапана в виде фрикционной втулки с разрезом; на фиг. 10 изображен поперечный разрез по А-А фрикционной втулки с разрезом; на фиг. 11 изображен продольный разрез фрикционного клапана с кольцом; на фиг. 12 изображен продольный разрез клапана в виде упругодеформируемой обоймы с фрикционными элементами; на фиг. 13 изображен поперечный разрез по Б-Б упругодеформируемой обоймы с фрикционными элементами.

Устройство ударного действия (фиг. 1) содержит корпус 1, ударник 2, камеру прямого хода 3, камеру обратного хода 4, систему выхлопа, включающую выпускной канал 5, заслонку 6 и привод 7 заслонки. В продольном канале 8 установлен клапан 9. В неподвижном поршне 10 выполнено впускное отверстие 11.

В передней части корпуса 1 расположена наковальня 12, в задней части корпуса выполнено атмосферное отверстие 13.

Устройство ударного действия (фиг. 2) содержит корпус 1, ударник 2, камеру прямого хода 3, камеру обратного хода 4, систему выхлопа, включающую выпускной канал 5, заслонку 6 и привод 7 заслонки. В продольном канале 8 установлен клапан 9, выполненный в виде втулки. В неподвижном поршне 10 выполнено впускное отверстие 11. В задней части корпуса выполнено атмосферное отверстие 13. Центральный стержень 14 закреплен в корпусе. Он образует с ударником 2 кольцевой зазор 15 в месте запирания продольного канала 8 клапаном 9.

Клапан 9 (фиг. 3) может быть выполнен цилиндрическим и свободно размещенным в расширенной полости 16 продольного канала 8. В клапане 9 выполнено центральное глухое отверстие 17, соединенное с запорным торцем 18 клапана 9 посредством дополнительного ч отверстия 19. Запорный торец 18 выполнен коническим и обращен к седлу 20 клапана. Обратный торец 26 (фиг. 4) взаимодействует с выступом 22 в ударнике 2, тем самым, ограничивается перемещение клапана 9 в пределах ударника 2. Седло клапана 9 (фиг. 5) может быть выполнено в виде упругого кольца 23 (фиг. 5, 6, 7, 8, 9, 11). Клапан 9 (фиг. 6 и 7) может быть выполнен с каналом 24, выходящим на его боковую и торцевую поверхности. Между обратным торцем 21 и выступом 22 можно разместить буферную камеру 26 (фиг. 8). Клапан 9 может быть выполнен в виде втулки с разрезом 27 (фиг. 9 и 10). За счет плотной посадки втулки клапана 9 на стержне 14 создается сила трения, противодействующая перемещению втулки 9 по стержню 14. Между втулкой 9 (фиг. 11) и упругим кольцом 23 можно разместить кольцо 28. Клапан 9 (фиг. 12 и 13) можно выполнить в виде упругодеформируемой обоймы, на внутренней поверхности которой размещены фрикционные элементы 29. Устройство ударного действия (фиг. 1) работает следующим образом.

Сжатый воздух через впускное отверстие 11 поступает в камеру прямого хода 3. Под действием давления воздуха ударник 2 перемещается в переднее положение (нижнее по чертежу фиг. 1), при этом камера обратного хода 4 по выпускному каналу 5 сообщается с атмосферой. При крайнем переднем положении ударника 2 заслонка 6 закрывает выпускной канал 5.

По продольному каналу 8 сжатый воздух поступает в камеру обратного хода 4, и в ней повышается давление. За счет разности площадей ударник 2 осуществляет обратный ход и перемещается в крайнее заднее положение (верхнее по чертежу). Для совершения прямого хода привод 7 заслонки 6 открывает выпускной канал 5, происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры обратного хода 4. Под действием давления воздуха в камере прямого хода 3 ударник 2 совершает ускоренное движение до удара о наковальню 12. При этом, силы инерции действуют на клапан 9 в направлении, противоположном ускоренному движению ударника 2, и прижимают запорный торец 18 (фиг. 4) к седлу 20. Тем самым, происходит запирание продольного канала 8 при прямом ходе ударника 2 и исключается непроизводительный расход сжатого воздуха по продольному каналу 8 в камеру обратного хода 4 и, далее, по выпускному каналу 5 в атмосферу. Устранение расхода сжатого воздуха из камеры прямого хода 3 по продольному каналу 8 способствует повышению давления воздуха в камере прямого хода 3 и увеличению энергии удара.

После нанесения удара ударником 2 по наковальне 12 клапан 9 продолжает двигаться по инерции в пределах ударника 2 до взаимодействия обратного торца 21 (фиг. 3) с выступом 22. При этом открывается продольный канал 8, и сжатый воздух поступает из камеры прямого хода 3 в камеру обратного хода 4. Одновременно с этим закрывается выпускной канал 5, и в камере обратного хода повышается давление. Под действием разности площадей ударник 2 совершает обратный ход. При этом (фиг. 3) запорный торец 18 клапана 9 не прилагается к седлу 20 и не запирает продольный канал 8. Прямой ход ударник 2 начинает совершать только после выхлопа сжатого воздуха по выпускному каналу 5 в атмосферу. Клапан 9 запирает продольный канал 8 только при ускоренном движении ударника 2 вперед в нижнее по чертежу положение.

Устройство ударного действия (фиг. 2) работает следующим образом.

Сжатый воздух через впускное отверстие 11 поступает в камеру прямого хода 3, и в ней повышается давление. Под действием давления ударник 2 перемещается в крайнее переднее положение (нижнее по чертежу фиг. 2), при этом камера обратного хода 4 сообщена с атмосферой по выпускному каналу 5. При крайнем переднем положении ударника 2 заслонка 6 закрывает выпускной канал 5.

Поток сжатого воздуха из камеры прямого хода 3 смещает клапан 9 вперед, открывает кольцевой зазор 15, по продольному каналу 8 поступает в камеру обратного хода 4 и в ней повышается давление. За счет разности площадей ударник 2 осуществляет обратный ход и перемещается в крайнее заднее положение (верхнее по чертежу фиг. 2). Для совершения прямого хода ударником 2 привод 7 заслонки 6 открывает выпускной канал 5, происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры обратного хода 4. Под действием давления воздуха в камере прямого хода 3 ударник 2 совершает ускоренное движение вперед до удара. При этом, силы инерции действуют на клапан 9 в направлении, противоположном ускоренному движению ударника 2 и прижимают его к кольцевому зазору 15. Кроме силы инерции на клапан 9 действует тормозящая сила сила трения, возникающая при движении клапана-втулки 9 по стержню 14 и прижимающая клапан 9 к кольцевому зазору 15. Тем самым, происходит запирание продольного канала 8 при прямом ходе ударника 2 и исключается непроизводительный расход сжатого воздуха по продольному каналу 8 в камеру обратного хода 4 и далее по выпускному каналу 5 в атмосферу. Устранение расхода сжатого воздуха из камеры прямого хода 3 по продольному каналу 8 кроме повышения экономичности способствует повышению давления воздуха в камере прямого хода 3 и увеличению энергии удара.

После нанесения удара ударником 2 клапан 9 двигается по инерции вперед и открывает кольцевой зазор 15. При этом открывается продольный канал 8 и сжатый воздух поступает из камеры прямого хода 3 в камеру обратного хода 4. Одновременно с этим закрывается выпускной канал 5, и в камере обратного хода повышается давление. Цикл повторяется вновь.

В случае (фиг. 5, 9, 11, 12) плотной посадки клапана-втулки 9 на стержень 14 между ними возникает сила трения, противодействующая перемещению клапана 9 по стержню 14 и повышающая надежность запирания кольцевого зазора 15 при прямом ходе ударника 2.

Если клапан 9 выполнить в виде втулки с разрезом 27 (фиг. 9, 10, 11), то уменьшается влияние износа поверхностей втулки и стержня 21 на величину силы трения.

Установка кольца 28 между втулкой (клапаном 9) и упругим кольцом 23 (фиг. 11) уменьшает непроизводительный расход сжатого воздуха через разрез 27 при движении ударника 2 вперед.

Уменьшение непроизводительного расхода сжатого воздуха через продольный канал в ударнике при прямом ходе ударника повышает экономичность работы устройства ударного действия и увеличивает энергию за счет уменьшения противодавления со стороны камеры обратного хода и повышения среднего эффективного давления в камере прямого хода.

Использование: в горной и строительной технике. Сущность изобретения: устройство ударного действия содержит корпус с отверстиями, ударник с продольным каналом, камеры прямого и обратного хода, систему выхлопа. Клапан с возможностью осевого перемещения установлен в продольном канале ударника, на внутренней поверхности канала выполнены выступы, ограничивающие перемещение клапана, седло которого размещено в ударнике со стороны камеры прямого хода. Устройство может иметь центральный стержень, установленный в продольном канале ударника. Клапан может быть выполнен в виде втулки, упругого кольца, ступенчатым, фрикционной втулки, упруго-деформируемой обоймы. 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство ударного действия, включающее корпус с отверстиями, ударник с продольным каналом, камеру прямого хода, камеру обратного хода и систему выхлопа, отличающееся тем, что оно снабжено клапаном, установленным с возможностью осевого перемещения в продольном канале ударника, на внутренней поверхности канала ударника выполнены выступы, ограничивающие перемещение клапана, седло которого размещено в ударнике со стороны камеры прямого хода. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено центральным стержнем, установленным в продольном канале ударника, выполненном по оси устройства, и закрепленным в корпусе, а клапан выполнен в виде втулки, установленной в канале ударника на стержне. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что седло клапана выполнено в виде упругого кольца, установленного в продольном канале. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что клапан выполнен с каналом, выходящим на его боковую и торцевую поверхности. 5. Устройство по пп.1 4, отличающееся тем, что оно снабжено буферным элементом, размещенным между ударником и клапаном со стороны камеры обратного хода. 6. Устройство по пп.1 5, отличающееся тем, что клапан выполнен ступенчатым. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в продольном канале ударника между клапаном и ударником выполнена буферная камера. 8. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что клапан выполнен в виде фрикционной втулки, размещенной на стержне. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что фрикционная втулка выполнена с разрезом. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено кольцом, размещенным между фрикционной втулкой и седлом клапана. 11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что клапан выполнен в виде упругодеформируемой обоймы, на внутренней поверхности которой размещены фрикционные элементы.