Пневматическая машина ударного действия Российский патент 2003 года по МПК E21C37/24 B25D9/14 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, в частности к пневматическим машинам ударного действия.

Известна пневматическая машина ударного действия, включающая ствол, внутри которого перемещается боек под действием сжатого воздуха, поступающего из подводящей магистрали в рабочие полости через воздухораспределительное устройство, расположенные внутри ствола воздухоподводящий и командные каналы, золотник с проточкой, воздуховыводящий канал и выхлопные отверстия, при этом золотник расположен в воздуховыводящем канале, а между командными каналами расположены выхлопные отверстия (1).

Недостатками известной пневматической машины являются:

- непроизводительный расход сжатого воздуха вследствие износа уплотняющих поверхностей золотников с проточкой;

- высокий аэродинамический шум.

Известна пневматическая машина ударного действия, включающая ствол, внутри которого перемещается боек под действием сжатого воздуха, поступающего из подводящей магистрали в рабочие полости через воздухораспределительное устройство, расположенные внутри ствола воздухоподводящий и командные каналы, золотник с проточкой, воздуховыводящий канал и выхлопные отверстия, золотник расположен в воздуховыводящем канале, а между командными каналами расположены выхлопные отверстия, клапан воздухораспределительного устройства установлен на штоке и связан посредством него с упругими элементами, которые смонтированы в корпусе воздухораспределительного устройства, упругие элементы представляют собой мембрану и пружину, которые установлены на штоке клапана, в стволе выполнена камера, в которой размещен подпружиненный дополнительный золотник, при этом часть камеры над золотником сообщена с задней полостью машины и камерой, которая образована корпусом воздухораспределительного устройства и мембраной, а другая часть камеры под золотником сообщена с передней полостью машины (2).

Недостатками известной пневматической машины являются;

- непроизводительный расход сжатого воздуха, вследствие износа уплотняющих поверхностей золотников с проточкой;

- сложность изготовления элементов воздухораспределительного механизма.

Наиболее близкой по технической сущности является пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол, размещенный в нем ударник, делящий полость ствола на камеры рабочего и холостого хода, последняя из которых связана посредством канала холостого хода в стволе с воздухораспределительным механизмом, закрепленную на стволе гильзу, в полости которой размещен механизм управления выхлопом из рабочих камер, элементы управления которого образуют с полостью гильзы полости управления, выполненные в стволе выхлопные отверстия и командные каналы, один из которых связывает полость управления выхлопом при холостом ходе ударника с камерой рабочего хода, при этом элементы управления механизма управления выхлопом выполнены в виде двух кольцевых клапанов, размещенных в полостях гильзы с образованием кольцевых полостей управления выхлопом, при этом кольцевые клапаны связаны между собой посредством штоков, а кольцевая полость управления выхлопом при рабочем ходе ударника связана с каналом холостого хода посредством командного канала, причем вход командного канала, связывающего камеру рабочего хода с кольцевой полостью управления выхлопом при холостом ходе ударника, размещен от выхлопного отверстия камеры холостого хода на расстоянии, не превышающем высоту поршневой части ударника (3).

Известная пневматическая машина ударного действия принята за прототип.

Недостатками известной пневматической машины являются:

- повышенный расход сжатого воздуха;

- высокий аэродинамический шум.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение КПД машины, снижение аэродинамического шума.

Поставленная задача достигается за счет того, что предлагается пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол, размещенный в полости ствола ударник, делящий полость ствола на камеры переменного объема - рабочего и холостого хода ударника, последняя из которых связана каналом в стволе с воздухораспределительным механизмом, включающим седло с впускными отверстиями, трубчатый клапан и крышку, закрепленную на стволе гильзу, в полости которой расположен механизм управления выхлопом сжатого воздуха в атмосферу из камер ствола, включающий кольцевые клапаны, седло с выхлопными отверстиями и подвижные упоры, выполненные в стволе выхлопные отверстия и командные каналы, при этом воздухораспределительный механизм снабжен дополнительными полостями с размещенными в них соответственно ступенчатым золотником и обратным клапаном, представляющим собой, например, подпружиненный шарик, сообщающимися между собой сверху кольцевой канавкой в крышке воздухораспределительного механизма, причем часть полости под ступенчатым золотником через впускное отверстие в седле воздухораспределительного механизма и канал в стволе сообщена с полостью рукоятки, в которой размещен воздухораспределительный механизм, и камерой холостого хода, а часть полости над ступенчатым золотником через кольцевую канавку в крышке воздухораспределительного механизма, полость обратного клапана, командный канал и командное отверстие попеременно сообщена с камерами холостого и рабочего хода полости ствола, при этом командное отверстие расположено между выхлопными отверстиями ствола, а кольцевые клапаны механизма управления выхлопом сжатого воздуха взаимодействуют с подвижными упорами, препятствующими их угловому перемещению, снабжены выхлопными отверстиями, причем выхлопные отверстия седла механизма управления выхлопа сжатого воздуха размещены между выхлопными отверстиями кольцевых клапанов, а ступенчатый золотник воздухораспределительного механизма снабжен дренажными каналами.

На фиг.1 изображена пневматическая машина ударного действия; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 узел В на фиг.1; на фиг.4 - разрез С-С на фиг.2.

Пневматическая машина содержит ствол 1, рабочий инструмент 2, рукоятку 3 с курком 4, снабженную каналом 5, полостью 6 и устройством для впуска сжатого воздуха в пневматическую машину (на фиг.1 не показано).

В полости 6 рукоятки 3 размещен воздухораспределительный механизм, включающий трубчатый клапан 7, крышку 8 с кольцевой проточкой 9, седло 10, снабженное полостью 11, с размещенным в ней ступенчатым золотником 12, снабженным дренажными каналами 13, полостью 14 с размещенным в ней обратным клапаном, включающим шарик 15 и пружину 16, впускными отверстиями 17 и 18 для пропуска сжатого воздуха в рабочую полость ствола 1 (см.фиг.4). Обратный клапан препятствует утечке сжатого воздуха из полости 11.

Рабочая полость ствола 1 разделена ударником 19 на камеру переменного объема Е рабочего хода и камеру переменного объема F холостого хода ударника 19. Ствол 1 снабжен каналом 20 для подвода сжатого воздуха в камеру F, командным каналом 21, командным отверстием 22 и выхлопными отверстиями 23 и 24.

На стволе 1 закреплена гильза 25, в полости которой размещен механизм управления выхлопом сжатого воздуха из камер Е и F в атмосферу, включающий седло 26, снабженное выхлопными отверстиями 27 и подвижными упорами 28, полости 29 и 30 и звукопоглощающий вкладыш 31.

В полостях 29 и 30, сообщающихся через выхлопные отверстия 23 и 24 с камерами F и Е, размещены кольцевые клапаны 32 и 33, снабженные выхлопными отверстиями 34 (см. фиг. 2 и 3).

Кольцевые клапаны 32 и 33 установлены на подвижных штоках 28 таким образом, что оси выхлопных отверстий 34 смещены относительно осей выхлопных отверстий 27 седла 26 на центральный угол ϕ₀=ϕ/2 (где ϕ - центральный угол между осями выхлопных отверстий клапанов 32 и 33 и седла 26), образуя лабиринт для прохождения сжатого воздуха.

Пневматическая машина работает следующим образом.

При нажатии курка 4 сетевой воздух при давлении Р через пусковое устройство и канал 5 поступает в полость 6 рукоятки 3, откуда через зазор между торцом трубчатого клапана 7 и крышкой 8, зазор между седлом 10 и внутренней поверхностью трубчатого клапана 7, впускные отверстия 17 и 18 поступает соответственно в камеру Е и полость 11 под ступенчатым золотником 12.

Доступу сжатого воздуха в камеру F через впускное отверстие 18, полость 11 и канал 20 препятствует ступенчатый золотник 12 в связи с чем трубчатый клапан 7 со стороны впускного отверстия 18 аэродинамически уравновешен.

Поскольку камера Е через выхлопное отверстие 23, полость 29, отверстия 34 кольцевого клапана 32, зазор между торцевыми поверхностями клапана 32 и седла 26, отверстия 27 седла 26 и пористый звукопоглощающий вкладыш 31 сообщена с атмосферой, трубчатый клапан 7 со стороны впускного отверстия 17 седла 10 аэродинамически неуравновешен.

Давление сжатого воздуха в зазоре между седлом 10 и внутренней поверхностью трубчатого клапана 7 со стороны впускного отверстия 18 будет выше, чем со стороны впускного отверстия 17 (см. выше), и трубчатый клапан 7 переместится влево по чертежу (см. фиг.1 и 4). При этом впускное отверстие 17 будет перекрыто и поступление сжатого воздуха в камеру Е прекратится.

Золотник 12 из-за разности поперечных сечений ступеней под действием давления сжатого воздуха в полости 11 начнет перемещаться вверх.

По мере открытия канала 20 ступенчатым золотником 12 давление сжатого воздуха на последний увеличится до максимального и он переместится в крайнее верхнее положение (до упора в крышку 8), полностью открыв впускное отверстие 18, и сжатый воздух по каналу 20 начнет поступать в камеру F. Под действием сжатого воздуха ударник 19 начнет перемещаться вверх. При движении вверх ударник 19 сначала откроет выхлопное отверстие 23 и воздух из камеры F поступит в полость 29 гильзы 25. Динамический напор воздушного потока, поступающего в полость 29 с большей интенсивностью, обусловленной соответствующим взаиморасположением выхлопных отверстий 27 седла 26 и выхлопных отверстий 34 клапана 32, воздействует на последний, перемещая его вверх до упора в торец седла 26, предотвращая тем самым выброс сжатого воздуха из камеры F в атмосферу.

Одновременно с клапаном 32 посредством подвижных упоров 28 перемещается вверх и кольцевой клапан 33, сообщая при этом камеру Е через выхлопное отверстие 24, полость 30, отверстия 34 клапана 33, зазор между торцевыми поверхностями седла 26 и клапана 33, отверстия 27 седла 26 и вкладыш 31 с атмосферой.

При дальнейшем движении вверх ударник 19 перекроет выхлопное отверстие 24 и откроет командное отверстие 22 и сжатый воздух из камеры F через командный канал 21 воздействует на шарик 15 обратного клапана, преодолевая сопротивление пружины 16, и перемещает его вверх.

Далее сжатый воздух через полость 14 обратного клапана, кольцевую проточку 9 крышки 8 поступает в полость 11 седла 10 над ступенчатым золотником 12. Заполнение полости 11 сжатым воздухом будет происходить до тех пор, пока давление в ней не сравняется с текущим давлением сжатого воздуха в камере F. После этого шарик 15 обратного клапана отсечет полость 11 от камеры F, так как текущее давление в ней при движении ударника 19 вверх будет снижаться.

Поскольку аэродинамические потери при течении воздушного потока по каналу 20, камере F и т.д. (см. выше) весьма значительны давление в полости 11 под ступенчатым золотником 12 будет больше и он останется в прежнем положении.

После открытия выхлопного отверстия 24 камера F сообщится с атмосферой (см. выше) и давление в ней и канале 20 будет резко снижаться, а в камере Е повышаться.

Из-за большой длины канала 20 интенсивность снижения давления воздуха в нем значительно ниже, чем в камере F. Как только давление воздуха в полости 11 под ступенчатым золотником 12 станет ниже давления "запертого" объема над ступенчатым золотником 12, последний будет перемещаться вниз до упора в торец канала 20 и поступление сжатого воздуха в камеру F прекратится. При этом давление воздуха в канале 20 и камере F будет близким к атмосферному, а давление в зазоре между седлом 10 и внутренней поверхностью трубчатого клапана 7 сравняется с давлением сетевого воздуха в полости 6 рукоятки 3 и трубчатый клапан 7 со стороны впускного отверстия 18 динамически уравновесится.

Давление сжатого воздуха в камере Е, создаваемое движущимся вверх ударником 19, на трубчатый клапан 7 со стороны впускного отверстия 17 переместит его вправо по чертежу (см. фиг.1) и сетевой воздух из полости 6 рукоятки 3 начнет поступать в камеру Е. Процесс перемещения трубчатого клапана совершается в данном случае значительно быстрее, чем в пневматических машинах с традиционной системой воздухораспределения, что сокращает непроизводительные утечки сжатого воздуха при холостом ходе ударника. Под действием сжатого воздуха движение ударника 19 вверх прекратится и он начнет перемещаться вниз.

В момент смены направления движения ударника 19 с холостого (см. выше) на рабочий ход сжатый воздух из полости 11 над ступенчатым золотником 12 и воздух, мигрирующий из полости 6 через неплотности между седлом 10 и внутренней поверхностью трубчатого клапана 7 в полость 11 под ступенчатый золотник 12, удаляется через дренажные канавки 13 ступенчатого золотника 12, канал 20 полость F и т.д. в атмосферу.

В связи с этим в полости 11 под ступенчатым золотником 12 сохраняется давление, близкое к атмосферному, и трубчатый клапан 7 к началу рабочего хода ударника 19 будет находиться в устойчивом крайнем правом положении.

При движении вниз ударник 19 вытесняет воздух из камеры F через выхлопное отверстие 24 или 23 (в зависимости от расположения кольцевых клапанов 32 и 33 во время работы с пневматической машиной) в атмосферу.

После перекрытия выхлопных отверстий 24 и 23 ударником воздух в камере F начнет сжиматься. При дальнейшем движении вниз ударник 19 откроет выхлопное отверстие 24 и сжатый воздух из камеры Е начнет поступать в полость 30 гильзы 25.

Под действием динамического напора воздушного потока, поступающего в полость 30, клапан 33 плотно прижмется к торцу седла 26, предотвращая выброс сжатого воздуха из камеры Е в атмосферу через выхлопные отверстия 34 клапана 33, отверстия 27 седла 26 и вкладыш 31. При этом воздух в камере F будет продолжить сжиматься.

После того, как ударник 19 при своем движении вниз откроет командное отверстие 22 и сжатый воздух из камеры Е по командному каналу 21, полости 14 и кольцевой проточки 9 крышки 8 поступает в полость 11 над ступенчатым золотником 12 (см. выше).

Под давлением сжатого воздуха ступенчатый золотник 12 плотно прижимается к торцу канала 20 и прекращает миграцию сжатого воздуха из полости 11 под ступенчатым золотником 12 через канал 20 в камеру F.

Одновременное поступление сжатого воздуха из полости 11 над ступенчатым ударником 12 через его дренажные канавки 13 в полость 11 под ступенчатым золотником 12 ускоряет процесс выравнивания давления в ней с сетевым давлением воздуха в полости 6 рукоятки 3.

Поскольку давление сжатого воздуха в камере Е, воздействующее на трубчатый клапан 7 со стороны впускного отверстия 17 в этот момент будет ниже, чем в полости 11 под ступенчатым золотником 12 (см. выше), трубчатый клапан 7 переместится влево по чертежу (см. фиг.1) и поступление сетевого воздуха в камеру Е прекратится до того как ударник 19 при своем движении вниз откроет выхлопное отверстие 23 и сообщит камеру Е с атмосферой.

Таким образом, при открытии выхлопного отверстия 23 опоражнивание камеры Е в атмосферу будет происходить без поступления в нее сетевого воздуха из полости 6, что почти на порядок снижает время опоражнивания и приводит к резкому снижению непроизводительных потерь сетевого воздуха и аэродинамического шума. После открытия ударником 19 выхлопного отверстия 23 сжатый воздух из камеры Е выбрасывается в атмосферу.

В конце процесса опоражнивания камеры Е сжатый ударником 19 при своем движении вниз воздух в камере F через канал 20 и сетевой воздух в полости 6 рукоятки 3 одновременно воздействуют на ступенчатый золотник 12 снизу, перемещая его вверх до упора в крышку 8, преодолевая остаточное давление сжатого воздуха в полости 11 над ступенчатым золотником 12. Сетевой воздух из полости 6 через впускное отверстие 18, полость 11, канал 20 начнет поступать в камеру F. В этот момент ударник 19 нанесет удар по хвостовику рабочего инструмента 2 и под действием силы давления сжатого воздуха в камере F начнет перемещаться вверх.

В дальнейшем цикл повторится.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ

1. А.c. № 456897, Мкл. E 21 С 3/24, пр. 31.05.72.

2. А.c. № 750055, Мкл³. E 21 С 3/24, пр. 15.08.77.

3. А.c. № I760I04, Мкл⁵, E 21 С 3/24 пр. 24.08.90, - прототип.

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, в частности к пневматическим машинам ударного действия. Машина содержит ствол, размещенный в полости ствола ударник, камеры рабочего и холостого хода ударника, воздухораспределительный механизм, трубчатый клапан и крышку, закрепленную на стволе гильзу, в полости которой расположен механизм управления выхлопом сжатого воздуха в атмосферу из камер ствола, включающий кольцевые клапаны, седло с выхлопными отверстиями и подвижные упоры, выполненные в стволе выхлопные отверстия и командные каналы. Воздухораспределительный механизм снабжен дополнительными полостями с размещенными в них соответственно ступенчатым золотником и обратным клапаном, представляющим собой, например, подпружиненный шарик, сообщающимися между собой сверху кольцевой канавкой в крышке воздухораспределительного механизма. Часть полости под ступенчатым золотником сообщена с полостью рукоятки, в которой размещен воздухораспределительный механизм, и камерой холостого хода, а часть полости над ступенчатым золотником сообщена с камерами холостого и рабочего хода ударника. Кольцевые клапаны механизма управления выхлопом установлены с возможностью взаимодействия с подвижными упорами, препятствующими их угловому перемещению, и снабжены выхлопными отверстиями. Изобретение обеспечивает повышение КПД машины, снижение аэродинамического шума. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол, размещенный в полости ствола ударник, делящий полость ствола на камеры переменного объема - рабочего и холостого хода ударника, последняя из которых связана каналом в стволе с воздухораспределительным механизмом, включающим седло с впускными отверстиями, трубчатый клапан и крышку, закрепленную на стволе гильзу, в полости которой расположен механизм управления выхлопом сжатого воздуха в атмосферу из камер ствола, включающий кольцевые клапаны, седло с выхлопными отверстиями и подвижные упоры, выполненные в стволе выхлопные отверстия и командные каналы, отличающаяся тем, что воздухораспределительный механизм снабжен дополнительными полостями с размещенными в них соответственно ступенчатым золотником и обратным клапаном, представляющим собой, например, подпружиненный шарик, сообщающимися между собой сверху кольцевой канавкой в крышке воздухораспределительного механизма, причем часть полости под ступенчатым золотником через впускное отверстие в седле воздухораспределительного механизма и канал в стволе сообщена с полостью рукоятки, в которой размещен воздухораспределительный механизм, и камерой холостого хода, а часть полости над ступенчатым золотником через кольцевую канавку в крышке воздухораспределительного механизма, полость обратного клапана, командный канал и командное отверстие попеременно сообщена с камерами холостого и рабочего хода полости ствола, при этом командное отверстие расположено между выхлопными отверстиями ствола, а кольцевые клапаны механизма управления выхлопом сжатого воздуха установлены с возможностью взаимодействия с подвижными упорами, препятствующими их угловому перемещению, и снабжены выхлопными отверстиями, причем выхлопные отверстия седла механизма управления выхлопа сжатого воздуха размещены между выхлопными отверстиями кольцевых клапанов.2. Пневматическая машина по п.1, отличающаяся тем, что ступенчатый золотник воздухораспределительного механизма снабжен дренажными каналами.