ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ШЛИФОВАЛЬНАЯ МАШИНА Российский патент 1999 года по МПК B24B23/03 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано на отделочно-зачистных операциях, например, для подготовки поверхностей деталей под покрытия.

На современном этапе развития производства все острее встает вопрос об улучшении условий труда, актуальной является задача сведения до минимума вредных воздейcтвий на организм работающего. При отделочно-зачистной обработке шлифовальными машинами таковыми воздействиями являются пыль и вибрация.

Известна ручная шлифовальная машина, содержащая пневматический двигатель с установленным на его валу пылеотсасывающим вентилятором и систему утилизации отработанного воздуха [1].

Недостатком этой машины является сложность конструкции системы сбора и отсоса пыли, лопасти вентилятора могут испытывать большой абразивный износ, на них могут откладываться отложения, что снижает эффективность пылеотсоса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является пневматическая шлифовальная машина, выполненная в виде помещенного в корпусе двигателя, приводящего в движение инструмент, и имеющая эжекторное устройство для отсоса образующейся при обработке пыли с выполненным в корпусе машины каналом, соединяющим выхлопную камеру двигателя с полостью диффузора эжектора [2].

Примененный в данной конструкции эжектор не обеспечивает достаточной эффективности пылеотсоса вследствие большого коэффициента сопротивления. Подобная конструкция реализует только пылеотсос и требует дополнительных устройств сбора и фильтрации пыли. Не предусмотрено в данной машине защиты работающего от вибраций, возникающих в процессе работы.

Техническим результатом изобретения является улучшение условий труда работающих - обеспечение эффективного отсоса отходов обработки и минимальной передачи вибраций на руку работающего, при максимальном упрощении и компактности конструкции машины.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной пневматической шлифовальной машине, содержащей корпус с расположенными в нем пневмодвигателем в виде струйного вибратора, элементом для крепления обрабатывающего инструмента и эжектором для отсоса отходов обработки, напорная полость которого соединена с выхлопными каналами пневмодвигателя, а также связанную с корпусом рукоятку и сборник отходов, элемент для крепления инструмента выполнен трубчатым, машина снабжена центральной вставкой, размещенной в корпусе на трубчатом элементе из условия образования с последним эжектора для отсоса отходов обработки, что позволяет упростить конструкцию машины, придать ей более компактный вид и уменьшить коэффициент сопротивления, повысив таким образом эффективность удаления отходов обработки. Заслонка установлена в рукоятке напротив выхода эжектора с возможностью регулирования зазора между заслонкой и эжектором, тем самым позволяя установить оптимальный зазор между ними. Рукоятка, имеющая массу на 20-30% больше массы остальной части машины, смонтирована в корпусе с возможностью свободного перемещения в радиальном направлении, что позволяет свести до минимума передачу вибрации на руку работающего. Выхлопные каналы выполнены тангенциально в центральной вставке в том же направлении, что и питающее сопло пневмодвигателя, подобное выполнение данных каналов позволяет создать в кольцевой полости эжектора закрученный вихревой поток, увеличивающий эффективность удаления отходов обработки с служащий для их транспортировки до сборника отходов, который выполнен в виде кольцевой полости трапецеидального сечения внутри рукоятки, упрощая тем самым конструкцию машины и придавая ей компактность.

При оценке соответствия новых признаков пневматической шлифовальной машины критерию "существенные отличия" по доступным авторам и заявителю информационным источникам в известных технических решениях признаков, сходных с заявляемыми, обнаружить не удалось.

На фиг. 1 и 2 показана схема предлагаемой пневматической шлифовальной машины. На фиг. 3 увеличено показан вид проточной части эжектора. На фиг. 4 приведена типовая зависимость величины относительного разрежения P_b/P₁ в осевом канале эжектора от величины относительного зазора z/D между заслонкой и срезом диффузора эжектора (расшифровка обозначений приведена ниже).

Пневматическая шлифовальная машина содержит корпус 1, выполненный в виде вихревой камеры с тангенциальным соплом 2 для подвода сжатого воздуха. Внутрь вихревой камеры свободно помещен ролик 3, выполненный по [3]. В центральной части вихревой камеры смонтированы трубчатый элемент 6 и центральная вставка 7. Оба элемента жестко связаны с фланцами 4 и 5 соответственно и герметично между собой. Трубчатый элемент 6 служит для закрепления к фланцу 4 инструмента в виде эластичного диска 10 с абразивной вставкой 11, например, из шлифовальной шкурки. Осевой канал 12 трубчатого элемента 6 служит для транспортировки пыли из зоны обработки. Диаметр осевого канала d_о принимается в пределах 0,6 - 0,8 D, где D - внутренний диаметр среза конфузора центральной вставки 7 (фиг. 3). Центральная вставка 7 имеет два тангенциальных выхлопных канала 13 диаметром d₁ каждый, расположенных в одной плоскости с питающим тангенциальным соплом 2 и сонаправленных ему. Суммарная площадь их сечения принимается в пределах 1 - 1,2 площади сечения питающего тангенциального сопла 2. При конструировании машины следует учитывать, что минимальное соотношение между длиной и диаметров тангенциального сопла (канала) лежит в пределах 4 - 6, причем это замечание справедливо как для сопла 2, так и для каналов 13. Таким образом, центральная вставка 7 и трубчатый элемент 6 образуют эжектор в виде вихревой камеры со сходящимся кольцевым зазором 14. На фланце 5 с возможностью свободного радиального перемещения размещена рукоятка 8. Осевые и радиальные перемещения рукоятки ограничивает упорное кольцо 9. Рукоятка выполнена полой с кольцевой полостью 15 трапецеидального сечения для сбора пыли и выхлопным отверстием 16. В полости рукоятки напротив эжектора при помощи регулировочного элемента 17 закреплена заслонка 18 в виде диска диаметром 6 - 8 D. Между центральной вставкой 7 и заслонкой 18 предусмотрен зазор, регулируемый при помощи элемента 17.

Пневматическая шлифовальная машина работает следующим образом. При подаче сжатого воздуха под давлением P_о в тангенциальное сопло 2 в полости корпуса 2 образуется закрученный поток, вовлекающий в движение ролик 3. Движение ролика создает радиально-планетарную вибрацию корпуса, за счет которой абразивная вставка 11 снимает поверхностный слой с обрабатываемой детали. Рукоятка 8 выполнена массивной, и вибрация на руку работающего передается незначительно - во время работы рукоятка остается практически неподвижной, а вибрирует только корпус машины с жестко связанными с ним деталями, свободно перемещаясь относительно рукоятки. Отработанный воздух под давлением P₁ выходит через выхлопные тангенциальные каналы 13, образуя в кольцевом зазоре 14 закрученный вихревой поток, который, встретившись с заслонкой 18, увеличивает тангенциальную и радиальную составляющие скорости за счет снижения осевой составляющей, что способствует интенсивному выбросу на периферию более тяжелых частиц потока. Далее поток через полость рукоятки и выхлопное отверстие 16 выходит через глушитель (условно не показан) в атмосферу. За счет эффекта эжекции в осевом канале 12 трубчатого элемента 6 создается разрежение, благодаря которому пыль отсасывается из зоны обработки и движения с отработанным воздухом. При этом отброшенные на периферию потока тяжелые частицы в полости рукоятки попадают в сборник отходов в виде кольцевой полости 15.

Для максимальной эффективности удаления отходов обработки в осевом канале 12 должно создаваться как можно большее разрежение. Экспериментально установлено, что на величину разрежения влияние оказывает геометрия проточной части эжектора: угол конуса конфузора эжектора ϕ, D, b - величина кольцевого зазора 14, k - величина утопления среза трубчатого элемента 6 относительно среза центральной вставки 7 и Z - зазор между срезом конфузора эжектора и заслонкой (фиг. 3). Наиболее рациональны для эффективного пылеотсоса следующие размеры: угол конуса ϕ - 6 градусов, диаметр среза конфузора эжектора D - 4 - 6 d₁, ширина кольцевого зазора b должна находится в пределах 0,4 - 1,2 мм при внутреннем диаметре среза конфузора центральной вставки 7 из пределов 6 - 30 мм, соотношение между длиной и шириной кольцевого зазора должно лежать в пределах 6 - 10, величина утопления k располагается в пределах 0,5 - 2,5 мм (большие значения соответствуют большим давлениям питания). Зазор Z между заслонкой и срезом конфузора эжектора варьируется в пределах 0,8 - 3 мм для различных соотношений давления питания машины и параметров проточной части эжектора ϕ, D, b, k в указанных выше пределах. Оптимальная величина этого зазора оказывает решающее значение на величину пылеотсоса. Аналитический расчет оптимальной величины зазора Z представляет большую сложность, кроме того, незначительные неточности изготовления деталей эжектора приводят к изменению величины оптимального зазора. Из типовой характеристики эжектора фиг. 4 следует, что неточности выставления зазора Z также приводят к изменению разрежения в осевом канале 12, особенно это влияние проявляется на участке кривой "a-b", в меньшей степени на участке кривой "b-c". Для обеспечения максимальной эффективности пылеотсоса было принято решение о регулировке зазора Z на работающей машине под конкретные значения параметров P_о, ϕ, D, b, k. Осуществляется эта регулировка при помощи регулировочного элемента 17 следующим образом: в осевой канал 12 вводится пробка с вакуумметром (на фиг. не показаны) и при помощи вращения регулировочного элемента 17 выставляется такое значение зазора Z, при котором прибор показывает максимальную величину разрежения (данное значение соответствует координате точки b на фиг. 4).

Таким образом, предлагаемая пневматическая шлифовальная машина позволяет улучшить условия труда на отделочно-зачистных операциях, избавляя работающего от вибраций и пыли, не требуя дополнительных фильтров и пылесборников. Имеет простую и компактную конструкцию. Ее практическое применение позволит улучшить культуру труда и в конечном счете повысить его производительность.

Источники информации
1. А.с. 747700 СССР, МКИ B 24 B 23/00. Ручная машина / Е.Х.Ибрагимов, С. З. Левтов, Г. В. Ведерников, Е.В. Мячин (СССР). - N 2602168/25-08; заявл. 12.04.78; опубл. 15.07.80, Бюлл. N 2.

2. А.с. 528185 СССР, МКИ B 24 B 23/02. Пневматическая шлифовальная машина /Е.Л. Симкин, С.З. Левтов, В.В. Гайдуков, Ю.П. Окунев (СССР), N 2065796/25-8; заявл. 09.10.74; опубл. 15.09.76, Бюлл. N 34.

3. А.с. 1789299 СССР, МКИ B 06 B 1/18. Пневматический вибровозбудитель / Б.А. Сентяков, Р.М. Бакиров, А.И. Шаранов, С.В. Климов (СССР), - N 4939807/29; заявл. 30.05.91; опубл. 23.01.93, Бюлл. N 3.

Машина предназначена для использования на отделочно-зачистных операциях при подготовке поверхностей деталей под покрытия. Она содержит корпус с размещенными в нем пневмодвигателем в виде струйного вибратора для приведения в движение обрабатывающего инструмента, закрепленного на корпусе трубчатым элементом. Напорная полость эжектора для отсоса отходов обработки соединена с выхлопными каналами пневмодвигателя, а сборник пыли размещен в соединенной с корпусом рукоятке. Эжектор образован центральной вставкой и трубчатым элементом крепления инструмента. Выхлопные каналы пневмодвигателя выполнены тангенциально в том же направлении, что и питающее сопло. На выходе конфузора эжектора размещена заслонка с возможностью регулирования зазора. Рукоятка закреплена на корпусе с возможностью свободного перемещения в радиальном направлении на расстояние, превышающее амплитуду вибрации инструмента. Сборник отходов выполнен в виде кольцевой полости трапецеидального сечения внутри рукоятки. Такое выполнение улучшает условия труда работающего за счет обеспечения эффективного отсоса пыли из зоны обработки и минимальной передачи вибраций на руку работающего при максимальном упрощении конструкции и компактности машины. 4 ил.

Пневматическая шлифовальная машина, содержащая корпус с расположенными в нем пневмодвигателем в виде струйного вибратора, элементом для крепления обрабатывающего инструмента и эжектором для отсоса отходов обработки, напорная полость которого соединена с выхлопными каналами пневмодвигателя, а также связанную с корпусом рукоятку и сборник отходов, отличающаяся тем, что элемент для крепления инструмента выполнен трубчатым, машина снабжена центральной вставкой, размещенной в корпусе на трубчатом элементе из условия образования с последнем эжектора для отсоса отходов обработки, и заслонкой, установленной в рукоятке напротив выхода эжектора с возможностью регулирования зазора между заслонкой и эжектором, а рукоятка смонтирована в корпусе с возможностью свободного перемещения в радиальном направлении, при этом выхлопные каналы выполнены тангенциально в центральной вставке в том же направлении, что и питающее сопло пневмодвигателя, а сборник отходов - в виде кольцевой полости трапецеидального сечения внутри рукоятки, имеющей массу на 20 - 30% больше массы остальной части машины.