ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21C37/22 B25D9/14 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве ручного инструмента для разрушения горных пород, бетона, облицовки печей, рубки металла и применяться в горном деле и в строительстве, а также в металлургической промышленности.

В различных пневматических устройствах ударного действия ранее применялись разнообразные конструктивные средства для повышения мощности и КПД инструмента.

Известен пневматический молоток, содержащий ствол, ударник, трубку, установленную на продольной оси ствола, крышку и инструментодержатель, закрепленные на противоположных торцах ствола, причем ударник установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль внешней поверхности трубки и внутренней поверхности ствола и с возможностью разделения полости ствола на камеры рабочего и холостого хода, рабочий инструмент, упруго связанный с инструментодержателем, воздухо-распределительный механизм, связанный с впускными каналами камер рабочего и холостого хода, причем впускной канал камеры рабочего хода выполнен в крышке, а впускной канал камеры холостого хода - в полости трубки [1].

В этом техническом решении трубка выполнена многоканальной и в ней выполнен щелевой дроссель для периодического сообщения камер с атмосферой. На внешней поверхности многоканальной трубки выполнены продольные углубления.

Ограничениями конструкции являются:
- движение ударника в конструкции направляется внутренней поверхностью ствола и частью наружной боковой поверхности ударника, поскольку многоканальная трубка не является направляющей, а служит для подачи воздуха в камеру холостого хода и отвода воздуха в атмосферу;
- выполнение продольных углублений на внешней поверхности многоканальной трубки приводит к протечке сжатого воздуха из камеры рабочего хода в камеру холостого хода, что приводит к снижению энергии удара;
- выполнение трубки многоканальной с многоканальными углублениями, а также выполнение в ней щелевого дросселя усложняет устройство и уменьшает долговечность его функционирования.

Наиболее близким техническим решением является пневматическое устройство ударного действия, содержащее ствол, ударник, направляющую трубку, установленную на продольной оси ствола, крышку и инструментодержатель, закрепленные на противоположных торцах ствола, причем ударник установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль внешней поверхности направляющей трубки и внутренней поверхности ствола и с возможностью разделения полости ствола на камеры рабочего и холостого хода, рабочий инструмент, упруго связанный с инструментодержателем, воздухораспределительный механизм, связанный с впускными каналами камер рабочего и холостого хода, причем впускной канал камеры рабочего хода выполнен в крышке, а впускной канал камеры холостого хода - в полости направляющей трубки, один конец которой выведен из камеры рабочего хода за крышку и на нем установлен клапан воздухораспределительного механизма [2].

В этом техническом решении в теле рабочего инструмента выполнены полость и канал. Дно полости расположено со стороны острия рабочего инструмента, а со стороны торца его хвостовика полость выполнена в виде центрального отверстия. Канал рабочего инструмента выполнен с обеспечением подвода воздуха из полости рабочего инструмента к его хвостовику в камеру холостого хода. Один конец канала сообщен с полостью, а другой с наружной поверхностью рабочего инструмента. Конец направляющей трубки выведен из камеры холостого хода за инструментодержатель и введен через центральное отверстие в полость рабочего инструмента и размещен между дном полости рабочего инструмента и концом канала. Торец хвостовика рабочего инструмента выполнен в виде выпуклой полусферы, а обращенный к нему торец ударника в виде вогнутой полусферы.

Такое техническое решение свободно от недостатков предыдущего, поскольку направляющая трубка выполняет функцию направляющей ударника. Устройство позволяет увеличить энергию удара, снизить его массу и повысить долговечность конструкции при обработке рабочим инструментом твердых и плотных материалов.

Ограничениями устройства являются:
- выполнение рабочего инструмента с полостью и каналом для подачи воздуха в камеру холостого хода снижает частоту ударов, а при высокой энергии удара и при изменении плотности обрабатываемого материала это приводит к недолговечной работе самого рабочего инструмента (таким инструментом можно обрабатывать только материалы с постоянной и одинаковой плотностью);
- общее пневматическое сопротивление между камерой холостого хода и пусковым устройством воздухораспределительного механизма значительно, что не позволяет увеличить эффективную площадь поперечного сечения ударника со стороны камеры рабочего хода и дополнительно увеличить энергию единичного удара;
- выполнение рабочего инструмента с полусферическим торцом и с полостью и каналом, введение конца направляющей трубки в полость рабочего инструмента усложняет конструкцию в целом.

Решаемая изобретением задача - расширение функциональных возможностей и технико-эксплуатационных характеристик устройства.

Технический результат, который получен при выполнении устройства, - повышение частоты ударов, энергии единичного удара, мощности, упрощение конструкции.

Дополнительный технический результат, который получен в вариантах выполнения устройства, - повышение долговечности рабочего инструмента и ударника, как основных, в большей степени изнашиваемых в процессе работы элементов, увеличение эффективного поперечного сечения ударника, увеличение объема подаваемого сжатого воздуха, обеспечение возможности регулирования упругой связи рабочего инструмента с инструментодержателем для обработки различных материалов.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в известном пневматическом устройстве ударного действия, содержащем ствол, ударник, направляющую трубку, установленную на продольной оси ствола, крышку и инструментодержатель, закрепленные на противоположных торцах ствола, причем ударник установлен с возможностью возвратно- поступательного перемещения вдоль внешней поверхности направляющей трубки и внутренней поверхности ствола и с возможностью разделения полости ствола на камеры рабочего и холостого хода, рабочий инструмент, упруго связанный с инструментодержателем, воздухораспределительный механизм, связанный с впускными каналами камер рабочего и холостого хода, причем впускной канал камеры рабочего хода выполнен в крышке, а впускной канал камеры холостого хода - в полости направляющей трубки, один конец которой выведен из камеры рабочего хода за крышку и на нем установлен клапан воздухораспределительного механизма, согласно изобретению другой конец направляющей трубки расположен в камере холостого хода, введена изогнутая трубка, один конец которой подсоединен к направляющей трубке вне камеры рабочего хода, а другой - к инструментодержателю, который снабжен дополнительным каналом, полость изогнутой трубки с одного ее конца сообщена с полостью направляющей трубки, а с другого ее конца сообщена с камерой холостого хода через дополнительный канал, выполненный в инструментодержателе.

Возможны дополнительные варианты выполнения пневматического устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- изогнутая трубка была выполнена в виде боковой рукоятки;
- были введены упругие элементы, установленные на инструментодержателе с возможностью взаимодействия с ударником;
- инструментодержатель был снабжен фланцем, были введены кольцо с отверстиями, шпильки с изогнутыми концами, натяжные пружины, рабочий инструмент был упруго связан с инструментодержателем посредством кольца, установленного на рабочем инструменте, и шпилек, изогнутые концы которых установлены в отверстиях кольца, а другие концы подпружинены натяжными пружинами;
- были введены ручки, установленные на шпильках и закрепленные на стволе с возможностью сжатия натяжных пружин;
- рабочий инструмент был выполнен в виде пики, внутри которой выполнено глухое продольное отверстие и наружная поверхность которой снабжена продольными ребрами жесткости;
- ударник был снабжен глухими отверстиями, выполненными в нем со стороны камеры рабочего хода.

Указанные преимущества, в также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры.

Фигура 1 конструктивно изображает продольное сечение пневматического устройства ударного действия;
фиг. 2 - поперечное сечение рабочего инструмента B-B на фиг. 1;
фиг. 3 - поперечное сечение рабочего инструмента A-A на фиг. 1;
фиг. 4 - продольное сечение конструкции пускового устройства.

Пневматическое устройство ударного действия (фиг. 1) содержит ствол 1, ударник 2, направляющую трубку 3, установленную на продольной оси ствола 1, крышку 4 и инструментодержатель 5. Крышка 4 и инструментодержатель 5 закреплены на противоположных торцах ствола 1. Ударник 2 установлен с возможностью возвратно- поступательного перемещения вдоль внешней поверхности направляющей трубки 3 и внутренней поверхности ствола 1 и с возможностью разделения полости ствола 1 на камеру 6 рабочего хода и камеру 7 холостого хода. Рабочий инструмент 8 упруго связан с инструментодержателем 5, воздухораспределительный механизм (может быть выполнен различным образом и не является предметом настоящего изобретения) связан с впускными каналами 9, 10 камер 6, 7 рабочего и холостого хода. Впускной канал 9 камеры 6 рабочего хода выполнен в крышке 4. Впускной канал 10 камеры 7 холостого хода выполнен в полости направляющей трубки 3. Один конец направляющей трубки 3 выведен из камеры 6 рабочего хода за крышку 4 и на нем установлен клапан 11 воздухораспределительного механизма.

Другой конец направляющей трубки 3 расположен в камере 7 холостого хода. Введена изогнутая трубка 12, один конец которой подсоединен к направляющей трубке 3, а другой - к инструментодержателю 5. Инструментодержатель 5 снабжен дополнительным каналом 13. Полость изогнутой трубки 12 с одного ее конца сообщена с полостью направляющей трубки 3, а с другого ее конца сообщена с камерой 7 холостого хода через упомянутый дополнительный канал 13.

Изогнутая трубка 12 может быть выполнена в виде боковой рукоятки (фиг. 1), что позволяет повысить удобство эксплуатации пневматического устройства при его положениях в пространстве, отличных от вертикальных.

Для выполнения функции внутренних противоударных амортизаторов в пневматическое устройство введены упругие элементы 14, установленные на инструментодержателе 5 с возможностью взаимодействия с ударником 2, которые снижают потери энергии при соударениях ударника 2 с рабочим инструментом 8 и инструментодержателем 5 при перемещении в нем рабочего инструмента 8.

Для обеспечения надежного и удобного в эксплуатации соединения рабочего инструмента 8 с пневматическим устройством инструментодержатель 5 снабжен фланцем 15, введены кольцо 16 с отверстиями, шпильки 17 с изогнутыми концами, натяжные пружины 18. Рабочий инструмент 8 упруго связан с инструментодержателем 5 посредством кольца 16, установленного на рабочем инструменте 8 по скользящей посадке, и шпилек 17. Изогнутые концы шпилек 17 установлены в отверстиях кольца 16, а другие концы подпружинены. Натяжные пружины 18 установлены между свободными концами шпилек 17 и фланцем 15.

Ручки 19 служат для сжатия натяжных пружин 18, поворота шпилек 17 и освобождения кольца 16, чтобы вынуть рабочий инструмент 8 из пневматического устройства.

Рабочий инструмент 8 может быть выполнен в виде пики, внутри которой выполнено глухое продольное отверстие 20 (фиг. 2) и наружная поверхность которой снабжена продольными ребрами жесткости 21 (фиг. 2, 3).

Для увеличения площади эффективной поверхности ударника 2 за счет уменьшения его массы он снабжен глухими отверстиями 22 (фиг. 1), выполненными в нем со стороны камеры 6 рабочего хода.

На фиг. 1 также показаны: направляющая пускового устройства 23; крышка 24 клапана 11; выпускные отверстия 25, выполненные в стволе 1 и сообщающие камеру 7 с атмосферой; чехол 26, прикрывающий выпускные отверстия 25 с зазором; канал 27 подвода воздуха от пускового устройства; параллельный воздушный канал 28, образованный полостью изогнутой трубки 12; фланец 29 верхний седла клапана 11; канал 30 для подачи воздуха под крышку 24 клапана 11; наружная пружина 31 пускового устройства; промежуточная втулка 32; стяжная шпилька 33; пружина 34 сжатия стяжной шпильки 33. Как видно из фиг. 1, крышка 4 выполнена в виде седла клапана 11.

На фиг. 4 показаны: рукоятка 35; амортизатор 36 рукоятки 35; клапан 37 пускового устройства; внутренняя пружина 38 пускового устройства; прорези 39 в клапане 37 пускового устройства.

Работает пневматическое устройство ударного действия (фиг. 1) следующим образом.

При подаче сжатого воздуха в канал 27 от пускового устройства через клапан 37 тот поступает под крышку 24 через каналы 30 при закрытом клапане 11 и по впускному каналу 10 и параллельному воздушному каналу 28 в камеру 7 холостого хода. Ударник 2 поднимается в камеру 6 рабочего хода. Из камеры 7 холостого хода через отверстия 25 сжатый воздух поступает в зазор между стволом 1 и чехлом 26 и выходит в атмосферу. При этом клапан 11 занимает верхнее положение, а воздух устремляется через впускной канал 9 в крышке 4 в камеру 6 рабочего хода и посылает ударник 2 вниз. Ударник 2 бьет по торцу рабочего инструмента 8. Процесс повторяется циклически.

Когда рабочий инструмент 8 проваливается в пустоты породы, ударник 5 бьет по инструментодержателю 5 через упругие элементы 14, выполненные, например, в виде противоударных пружин, за счет чего обеспечивается защита устройства от разрушения. Кольцо 16 служит для крепления изогнутых концов шпилек 17 и удерживает рабочий инструмент внутри инструментодержателя 5 с помощью натяжных пружин 18. Теперь, когда рабочий инструмент 8 проваливается в пустоты породы и ударник 2 бьет через инструментодержатель 5 по стволу 1, это не ведет к раскручиванию креплений и разрушению устройства за счет установки упругих элементов 14. Теперь неиспользованная энергия ударника 2 аккумулируется и возвращается затем ударнику 2, что также повышает мощность устройства.

Величина упругой связи рабочего инструмента 8 с инструментодержателем 5 обеспечивается ручками 19. Ручки 19 служат для поворота и сжатия натяжных пружин 18. Для освобождения и замены рабочего инструмента 8 ручками 19, шпильки 17 отжимаются вниз и поворачиваются, их изогнутые концы при этом освобождаются от контакта с кольцом 16. Рабочий инструмент 8 извлекается из кольца 16 и из промежуточной втулки 32.

Для того чтобы рабочий инструмент 8 был свободен в момент удара и не расходовал энергию удара на преодоление действия связей и, в то же время, чтобы он был закреплен на инструментодержателе 5, введена промежуточная втулка 32. Теперь рабочий инструмент 8 свободен в момент удара и не прижимается к устройству. Однако его выпадению препятствуют натяжные пружины 18 и шпильки 17 с изогнутыми концами, удерживающие кольцо 16.

Повышение мощности устройства достигается следующим:
- ростом объема сжатого воздуха, подаваемого под ударник 2 двумя параллельными каналами - через впускной канал 10 и параллельный воздушный канал 28, образованный изогнутой трубкой 12 (фиг. 1). Рост объема сжатого воздуха обусловливает повышение скорости ударника 2 и возможность увеличения его поперечного сечения. Повышение эффективной поверхности сечения ударника 2 может быть достигнуто за счет уменьшения его массы посредством выполнения в нем глухих отверстий 22;
- уменьшением массы ударника 2 за счет выполнения его с центральным сквозным отверстием, в котором установлена направляющая трубка 3, и боковых глухих отверстий 22;
- устранением потерь из-за соударений ударника 2 с инструментодержателем 5 путем установки на нем упругих элементов 14 - внутренних противоударных амортизаторов, размещаемых в инструментодержателе 5;
- введением ребер жесткости 21 и глухого продольного отверстия 21 у рабочего инструмента 8 (фиг. 2, 3), обусловливающим уменьшение его массы и увеличение сечения. Введение ребер жесткости 21 рабочего инструмента 8 и глухого продольного отверстия 21 позволяет приблизить его массу к массе ударника 2, за счет чего повышается передаваемая ударная энергия, а также увеличивается прочность и долговечность рабочего инструмента 8. Для усиления клинового, разрушающего породу эффекта диаметр рабочего инструмента 8 может быть увеличен с одновременным уменьшением его веса по сравнению с известными рабочими инструментами;
- уменьшением утечек энергии, идущей от пневматического устройства на оператора через рукоятку 35 посредством установки на нее амортизатора 36 (фиг. 4). Амортизатор 36 может быть выполнен, например из резиновой трубки, наполненной поролоном, что обеспечивает повышение комфортности и защиту оператора от механических воздействий на рукоятке 35 пускового устройства;
- ростом объема сжатого воздуха, который дополнительно достигается по сравнению с известными пневматическим устройствами расширением проходного воздушного канала в клапане 37 пускового устройства за счет дополнительного выполнения прорезей 39 в клапане 37 пускового устройства или увеличением их проходных сечений, что взаимосвязано с использованием для дополнительной подачи сжатого воздуха в камеру 7 холостого хода посредством изогнутой трубки 12.

Наиболее успешно заявленное пневматическое устройство ударного действия промышленно применимо в горной, строительной и металлургической промышленности.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1221339, E 21 С 3/24, опубл. 30.03.86.

2. Заявка на выдачу патента Российской Федерации на изобретение N 95120261/03, E 21 С 3/24, опубл. 27.10.97 (Бюл. N 30).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве ручного инструмента для разрушения горных пород, бетона, облицовки печей, рубки металла и применяться в горном деле и в строительстве, а также в металлургической промышленности. Пневматическое устройство содержит ствол, ударник, направляющую трубку, установленную на продольной оси ствола, крышку и инструментодержатель. Ударник установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль внешней поверхности направляющей трубки и внутренней поверхности ствола и с возможностью разделения полости ствола на камеры рабочего и холостого хода. Рабочий инструмент упруго связан с инструментодержателем. Впускной канал камеры рабочего хода выполнен в крышке, а впускной канал камеры холостого хода - в полости направляющей трубки. Один конец направляющей трубки выведен из камеры рабочего хода за крышку и на нем установлен клапан воздухораспределительного механизма. Другой конец направляющей трубки расположен в камере холостого хода. Введена изогнутая трубка, один конец которой подсоединен к направляющей трубке, а другой - к инструментодержателю, который снабжен дополнительным каналом. Полость изогнутой трубки с одного ее конца сообщена с полостью направляющей трубки, а с другого ее конца - с камерой холостого хода через дополнительный канал. Изобретение обеспечивает повышение производительности за счет повышения частоты ударов и энергии единичного удара. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Пневматическое устройство ударного действия, содержащее ствол, ударник, направляющую трубку, установленную на продольной оси ствола, крышку и инструментодержатель, закрепленные на противоположных торцах ствола, причем ударник установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль внешней поверхности направляющей трубки и внутренней поверхности ствола и с возможностью разделения полости ствола на камеры рабочего и холостого хода, рабочий инструмент, упруго связанный с инструментодержателем, воздухораспределительный механизм, связанный с впускными каналами камер рабочего и холостого хода, причем впускной канал камеры рабочего хода выполнен в крышке, а впускной канал камеры холостого хода - в полости направляющей трубки, один конец которой выведен из камеры рабочего хода за крышку и на нем установлен клапан воздухораспределительного механизма, отличающееся тем, что другой конец направляющей трубки расположен в камере холостого хода, введена изогнутая трубка, один конец которой подсоединен к направляющей трубке, а другой - к инструментодержателю, который снабжен дополнительным каналом, полость изогнутой трубки с одного ее конца сообщена с полостью направляющей трубки, а с другого ее конца сообщена с камерой холостого хода через дополнительный канал, выполненный в инструментодержателе. 2. Пневматическое устройство по п.1, отличающееся тем, что изогнутая трубка выполнена в виде боковой рукоятки. 3. Пневматическое устройство по п.1, отличающееся тем, что введены упругие элементы, установленные на инструментодержателе возможностью взаимодействия с ударником. 4. Пневматическое устройство по п.1, отличающееся тем, что инструментодержатель снабжен фланцем, введены кольцо с отверстиями, шпильки с изогнутыми концами, натяжные пружины, рабочий инструмент упруго связан с инструментодержателем посредством кольца, установленного на рабочем инструменте и шпилек, изогнутые концы которых установлены в отверстиях кольца, а другие концы подпружинены натяжными пружинами. 5. Пневматическое устройство по п. 4, отличающееся тем, что введены ручки, установленные на шпильках и закрепленные на стволе с возможностью сжатия натяжных пружин. 6. Пневматическое устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочий инструмент выполнен в виде пики, внутри которой выполнено глухое продольное отверстие и наружная поверхность которой снабжена продольными ребрами жесткости. 7. Пневматическое устройство по п.1, отличающееся тем, что ударник снабжен глухими отверстиями, выполненными в нем со стороны камеры рабочего хода.