ПНЕВМОУДАРНАЯ МАШИНА Российский патент 2000 года по МПК E21C37/24 

Изобретение относится к пневматическим машинам ударного действия, для запуска которых требуется приложение к ним усилия, прижимающего ударный инструмент к забою или обрабатываемому объекту, и может быть использовано в горном деле, строительстве, машиностроении и других отраслях хозяйственной деятельности.

Известные технические решения пневмоударных машин с устройствами, осуществляющими их запуск в работу и использующими принцип прижима инструмента к обрабатываемому объекту, при условии неподвижности корпуса, можно разделить на две группы.

Первая группа решений характеризуется тем, что при прижиме пневмоударной машины к забою восстанавливается канал (или каналы) для подачи энергоносителя в рабочие камеры (одну или несколько) машины (см., например, а.с. СССР N 1009752, кл. B 25 D 11/00, опубл. в 1983 г., патенты Германии: N 420171, кл. 87 b 2/15, приоритет от 17.10.1925 г.; N 475806, кл. 87 b 2/11, приоритет от 01.11.1927 г.).

В этих решениях соединение и разъединение каналов с воздушной магистралью осуществляется подвижно установленным поршнем или плунжером, перекрывающим своим телом эти каналы, а, как известно, подвижное соединение предполагает наличие зазоров, через которые и возможны утечки сжатого воздуха.

Эти утечки увеличивают удельный расход воздуха, снижая, тем самым, экономический показатель пневмоударной машины.

Вторую группу технических решений составляют конструкции, у которых подача энергоносителя в рабочие камеры обеспечивается после механического взаимодействия рабочего инструмента с клапанным устройством (см., например, патент Германии N 438066, кл. 87 b 2/15, приоритет от 06.12.1926 г.; патент США N 3847232, кл. 173-168, опубл. в 1974 г.).

Вторая группа решений имеет преимущество перед первой в том, что клапанное соединение исключает дополнительный непроизводительный расход сжатого воздуха, способствуя снижению удельного расхода воздуха и соответственно увеличению экономичности пневмоударной машины.

Недостатком клапанного соединения является наличие в нем длинного стержня, выполняющего роль связующего звена-толкателя между ударным инструментом и клапаном. В процессе работы пневмоударной машины в клапанном соединении возникают пропорциональные массе стержня значительные ударные нагрузки, снижающие в целом надежность и долговечность машины.

Наиболее близкой по технической сущности и совокупности существенных признаков является пневмоударная машина по патенту РФ N 2065961, кл. E 21 C 37/24, опубл. в БИ N 24 за 1996 г., включающая корпус с выхлопными окнами, подвижно установленный в корпусе поршень-ударник с центральным ступенчатым каналом, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, неподвижный полый ступенчатый шток, связанный с воздухораспределительным механизмом, содержащим клапанную коробку с каналами, на меньшей ступени которой свободно посажен разрядно-питающий клапан, при этом поршень-ударник концентрично размещен относительно полого ступенчатого 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 поверхностью корпуса выполнены соответственно пазы и углубления, которые образуют каналы для периодического сообщения между собой камер рабочего и холостого ходов, и рабочий инструмент.

В известной пневмоударной машине отсутствует устройство запуска, включающее ее в работу путем приложения к ней усилия, прижимающего ударный инструмент к обрабатываемому объекту.

При использовании пневмоударных машин в технологических процессах, связанных с дроблением негабаритов или послойным разрушением горных пород, необходимо прижимать рабочий инструмент к забою с определенным усилием, запускающим машину в работу, а величина его зависит от мощности машины и физико-механических свойств разрушаемого объекта. Наличие прижима обеспечивает эффективную передачу ударной энергии разрушаемому объекту, а его недостаточность или отсутствие не гарантирует надежного контакта инструмента с породой, что может привести к аварийному режиму работы пневмоударной машины (когда машина работает "на себя").

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в создании пневмоударной машины с простой и надежной системой запуска, срабатывающей от усилия прижима инструмента к забою и удовлетворяющей требованиям технологических процессов, связанных с разрушением крепких материалов.

Поставленная задача решается тем, что пневмоударная машина, включающая корпус с выхлопными окнами, подвижно установленный в корпусе поршень-ударник с центральным ступенчатым каналом, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, полый ступенчатый шток, связанный с воздухораспределительным механизмом, содержащим клапанную коробку с каналами, на ступени меньшего диаметра которой свободно посажен разрядно-питающий клапан, при этом поршень-ударник концентрично размещен относительно полого ступенчатого штока с образованием камеры магистрального давления, связанной с полостью этого штока посредством радиальных каналов, выполненных в нем, причем полый ступенчатый шток 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, и рабочий инструмент, согласно изобретению, снабжена плунжером, при этом полый ступенчатый шток выполнен подвижным и соединен своей ступенью меньшего диаметра с малой ступенью центрального ступенчатого канала поршня-ударника, а ступенью большего диаметра со ступенью большего диаметра клапанной коробки воздухораспределительного механизма, причем плунжер подвижно соединен с большой ступенью центрального ступенчатого канала поршня-ударника, при этом ступень большего диаметра полого ступенчатого штока выполнена с возможностью замыкания и размыкания своей торцевой поверхностью, обращенной к клапанной коробке воздухораспределительного механизма, соединения воздушной магистрали с воздухораспределительным механизмом, а камера магистрального давления образована поверхностями ступени меньшего диаметра полого ступенчатого штока, большой ступени центрального ступенчатого канала поршня-ударника и торца плунжера, который при прижиме рабочего инструмента к забою взаимодействует с торцом полого ступенчатого штока, при этом другой торец плунжера опирается на торец рабочего инструмента.

В предлагаемом изобретении в качестве клапана, перекрывающего соединение воздушной магистрали с воздухораспределительным механизмом, служит ступень большего диаметра полого ступенчатого штока, а полый ступенчатый шток и плунжер используются в качестве элементов разъемного стержня, с помощью которого при прижиме рабочего инструмента к разрушаемому объекту этот клапан поднимается, производя запуск машины в работу. Применение разъемного стержня позволяет в технологическом плане упростить его конструкцию, уменьшить движущиеся массы, а вместе с этим значительно снизить динамические нагрузки в пневмоударной машине, что повышает ее надежность.

Целесообразно по всей длине плунжера вдоль образующих его поверхности сделать лыски, наличие которых уменьшает обмерзание цилиндрических поверхностей поршня-ударника и плунжера, улучшает их подвижность, что повышает надежность машины при разных условиях эксплуатации.

Целесообразно торцы плунжера снабдить демпфирующими элементами (например, резиновыми вкладышами), а также можно одну из взаимодействующих между собой торцевых поверхностей клапанной коробки воздухораспределительного механизма и ступени большего диаметра полого ступенчатого штока снабдить демпфирующим элементом (например, резиновым кольцом).

Оснащение демпфирующими элементами торцевых поверхностей взаимодействующих деталей позволяет в процессе работы пневмоударной машины снизить динамические нагрузки на машину, повысить ее надежность и, как следствие, долговечность.

Предлагаемая пневмоударная машина (см. чертеж) включает корпус 1 с выхлопными окнами 2 и углублениями 3, выполненными на внутренней его поверхности; подвижно установленный в корпусе 1 поршень-ударник 4, разделяющий внутреннюю полость корпуса 1 на камеры 5 и 6 рабочего и холостого ходов соответственно; подвижный полый ступенчатый шток 7, опертый торцевой поверхностью своей ступени большего диаметра на торец ступени большего диаметра клапанной коробки 8 воздухораспределительного механизма (поз. не обозначен), на ступени меньшего диаметра которой свободно посажен разрядно-питающий клапан 9. Одна из взаимодействующих между собой торцевых поверхностей клапанной коробки 8 и ступени большего диаметра полого ступенчатого штока 7 может быть снабжена демпфирующим элементом (не показан), например из резины. Сверху на корпусе 1 установлена гайка 10 с центральным отверстием 11 для подсоединения к магистрали сжатого воздуха. Между гайкой 10 и торцевыми поверхностями ступени большего диаметра штока 7 и ступени большего диаметра клапанной коробки 8 образована полость 12, из которой сжатый воздух при размыкании торцевых поверхностей ступени большего диаметра штока 7 и ступени большего диаметра клапанной коробки 8 имеет возможность поступать через кольцевой канал 13, полость 14 и каналы 15 в предкамеру 16. Позицией 17 обозначен кольцевой канал, образованный наружной поверхностью ступени меньшего диаметра клапанной коробки 8 и внутренней поверхностью меньшей ступени разрядно-питающего клапана 9. Кольцевой канал 18 образован торцевым зазором, равным ходу клапана 9, между торцевыми поверхностями ступени меньшего диаметра клапанной коробки 8 и меньшей ступени клапана 9. Позицией 19 обозначена заклапанная полость, постоянно связанная через канал 20, полость 21 и радиальные отверстия 22 с атмосферой. Шток 7 имеет пазы 23, центральный канал 24 и радиальные отверстия 25, 26, обеспечивающие подачу сжатого воздуха в камеру 27 магистрального давления. Поршень-ударник 4 имеет пазы 28 и центральный ступенчатый канал 29, меньшая ступень которого имеет кромку 30, обращенную в камеру магистрального давления 27, и наружную обращенную к камере 5 рабочего хода, поверхность 31 свободную от пазов. В центральном ступенчатом канале 29 поршня-ударника 4 свободно посажен плунжер 32, который может иметь лыски вдоль образующих его цилиндрической поверхности (не показаны). Нижний торец плунжера 32 может быть снабжен демпфирующим элементом (не показан), например из резины, и опирается на рабочий инструмент 33. Верхний его торец также может быть снабжен демпфирующим элементом (не показан) и образует в магистральной камере 27 зазор (поз. не обозначен) с торцом штока 7. Перемещение рабочего инструмента 33 в корпусе 1 ограничивается шпонкой 34.

Пневмоударная машина работает следующим образом.

Под действием усилия, прижимающего пневмоударную машину к забою, рабочий инструмент 33, перемещаясь в корпусе 1, поднимает плунжер 32 вверх (см. чертеж). Торец плунжера 32, взаимодействуя с торцом штока 7 в камере 27 магистрального давления, поднимает его, при этом размыкаются торцевые поверхности ступени большего диаметра штока 7 и ступени большего диаметра клапанной коробки 8 воздухораспределительного механизма. Сжатый воздух поступает из полости 12 через образовавшийся зазор и кольцевой канал 13 в полость 14, откуда через каналы 15 он поступает в предкамеру 16. Поскольку со стороны камеры 5 рабочего хода давления нет, то клапан 9 остается закрытым. Одновременно сжатый воздух из полости 12 через кольцевой канал 13, радиальные отверстия 25 штока 7, центральный канал 24, радиальные отверстия 26 штока 7 поступает в камеру 27 магистрального давления. Воздух в этой камере расширяется и толкает поршень-ударник 4 вверх. Когда последний меньшей ступенью центрального канала наезжает кромкой 30 на пазы 23 штока 7, воздух из камеры 27 магистрального давления поступает в камеру 5 рабочего хода. Вследствие разности рабочих площадок разрядно-питающего клапана 9 со стороны камеры 5 рабочего хода действует сила, большая, чем со стороны предкамеры 16. Клапан 9 открывается, и в камеру 5 рабочего хода подается сжатый воздух из предкамеры 16, сообщенной с магистралью. Поршень-ударник 4 сначала тормозится, останавливается, а затем осуществляется рабочий ход. При этом сжатый воздух из камеры 27 магистрального давления выталкивается в полость 12. Наступает момент на рабочем ходе поршня-ударника 4, когда его свободная от пазов наружная поверхность 31 попадает в зону углублений 3 корпуса 1, в результате чего образуются каналы для перепуска воздуха из камеры 5 рабочего хода в камеру 6 холостого хода. В конце рабочего хода поршня-ударника 4 одновременно с перепуском, до или после него, происходит полный или частичный выхлоп сжатого воздуха из камеры 5 рабочего хода через выхлопные окна 2 в корпусе 1. Прежде чем нанести удар по инструменту 33 поршень-ударник 4 в этот момент может частично тормозиться под действием воздуха, поступившего в камеру 6 холостого хода, и силы со стороны камеры 27 магистрального давления. После выхлопа из камеры 5 рабочего хода разрядно-питающий клапан 9 закрывается и одновременно обеспечивает сообщение ее с атмосферой через кольцевые каналы 17, 18, заклапанную полость 19, канал 20, полость 21 и радиальные отверстия 22 в гайке 10. Поршень-ударник 4 под действием сил со стороны камеры 27 магистрального давления и камеры 6 холостого хода начинает осуществлять холостой ход. На холостом ходе поршня-ударника 4 также происходит неизбежный перепуск воздуха из камеры 6 холостого хода в камеру 5 рабочего хода. Уменьшение торможения поршня-ударника 4 на холостом ходе обеспечивает разрядно-питающий клапан 9, образующий выхлопной тракт через кольцевые каналы 17, 18, заклапанную полость 19, канал 20, полость 21 и радиальные отверстия 22, по которому воздух вытесняется в атмосферу.

При совершении холостого хода наступает момент, когда часть пазов 28 поршня-ударника 4 совмещается с выхлопными окнами 2, благодаря чему происходит растянутый во времени выхлоп из камеры 6 холостого хода.

После того, как поршень-ударник 4 займет относительно штока 7 положение, обеспечивающее подачу командного давления в камеру 5 рабочего хода через пазы 23 из камеры 27 магистрального давления, разрядно-питающий клапан 9 открывается, и далее цикл работы пневмоударной машины повторяется.

Изобретение отоносится к горному делу и может быть применено при разрушении полезного ископаемого, при строительстве и в ударных машинах для обработки металла. Пневмоударная машина содержит корпус, полый поршень-ударник и охватывающий его полый ступенчатый шток, связанный с клапанной воздухораспределительной коробкой. Внутри полого поршня-ударника размещен плунжер. Торец плунжера и торец ступенчатого штока образуют камеру магистрального давления. При прижатии рабочего инструмента к обрабатываемой поверхности инструмент через плунжер и полый ступенчатый шток взаимодействует с клапаном, включая инструмент в работу. Взаимодействующие между собой торцевые поверхности могут быть покрыты демпфирующими элементами. Такое выполнение пневмоударной машины обеспечивает надежность ее запуска при прижатии инструмента к забою, что, в свою очередь, повышает надежность в работе машины. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Пневмоударная машина, включающая корпус с выхлопными окнами, подвижно установленный в корпусе поршень-ударник с центральным ступенчатым каналом, разделяющий внутреннюю полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, полый ступенчатый шток, связанный с воздухораспределительным механизмом, содержащим клапанную коробку с каналами, на ступени меньшего диаметра которой свободно посажен разрядно-питающий клапан, при этом поршень-ударник концентрично размещен относительно полого ступенчатого штока с образованием камеры магистрального давления, связанной с полостью этого штока посредством радиальных каналов, выполненных в нем, причем полый ступенчатый шток 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, и рабочий инструмент, отличающаяся тем, что она снабжена плунжером, при этом полый ступенчатый шток выполнен подвижным и соединен своей ступенью меньшего диаметра с малой ступенью центрального ступенчатого канала поршня-ударника, а ступенью большего диаметра - со ступенью большего диаметра клапанной коробки воздухораспределительного механизма, причем плунжер подвижно соединен с большой ступенью центрального ступенчатого канала поршня-ударника, при этом ступень большего диаметра полого ступенчатого штока выполнена с возможностью замыкания и размыкания своей торцевой поверхностью, обращенной к клапанной коробке воздухораспределительного механизма, соединения воздушной магистрали с воздухораспределительным механизмом, а камера магистрального давления образована поверхностями ступени меньшего диаметра полого ступенчатого штока, большой ступени центрального ступенчатого канала поршня-ударника и торца плунжера, который при прижиме рабочего инструмента к забою взаимодействует с торцом полого ступенчатого штока, при этом другой торец плунжера опирается на торец рабочего инструмента. 2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что плунжер имеет лыски, выполненные по всей длине вдоль образующих его поверхности. 3. Машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что торцы плунжера снабжены демпфирующими элементами. 4. Машина по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что одна из взаимодействующих между собой торцевых поверхностей клапанной коробки воздухораспределительного механизма и ступени большего диаметра полого ступенчатого штока снабжена демпфирующим элементом.