ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2004 года по МПК E21B1/30 E21B1/38 E21C37/24 E02D7/10 

Устройство относится к горной и строительной технике и может быть использовано в виде бурильных и отбойных молотков, бетоноломов, трамбовок, строительных молотов и т.п.

Известен пневматический ударный механизм по авторскому свидетельству СССР, 998740, кл. Е 21 С 3/24, опубл. 23.02.83, БИ №7. Механизм содержит полый корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода. Каждая из этих камер снабжена средством дозированной подачи сжатого воздуха и выхлопным каналом, управляемым ударником. Для снятия противодавления при обратном ходе ударника камера прямого хода дополнительно снабжена выпускным клапаном в виде упругого уплотнительного кольца. Упругое уплотнительное кольцо размещено на втулке внутри корпуса и приспособлено для перекрытия кольцевой щели выпуска сжатого воздуха из камеры прямого хода в атмосферу. Кольцевая щель образована радиальным зазором между упругим кольцом и внутренней поверхностью корпуса. Перекрытие кольцевой щели выпускным клапаном обеспечивается подачей сжатого воздуха в камеру прямого хода. При этом создается сквозной поток: магистраль - камера - кольцевая щель - атмосфера. Для закрытия клапана необходимо, чтобы возникающий перепад давлений на упругом кольце смог его растянуть, выбрать радиальный зазор и прижать к корпусу.

Недостатком механизма является необходимость создания большого мгновенного расхода сжатого воздуха через кольцевую щель для пневматического закрытия выпускного клапана. Это обусловлено тем, что для снятия противодавления при обратном ходе ударника проходное сечение кольцевой щели должно быть значительным. Поэтому, чтобы создать перепад давлений, способный радиально деформировать упругое уплотнительное кольцо и закрыть клапан, подача сжатого воздуха должна быть интенсивной. Необходимость интенсивной подачи сжатого воздуха для закрытия клапана исключает возможность плавного запуска механизма и предопределяет чувствительность механизма к понижению давления в сети.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является устройство ударного действия по Российскому патенту 2105881, кл. Е 21 С 3/24, Е 02 F 5/18, опубл. 27.02.98, БИ №6.

Устройство содержит полый корпус, ударник, камеры прямого и обратного хода. Камера обратного хода снабжена средством дозированной подачи в нее сжатого воздуха, выхлопным каналом, управляемым ударником и выпускным клапаном. Выпускной клапан выполнен в виде упорного уплотнительного кольца из упругого материала. Упорное кольцо размещено на ударнике с возможностью взаимодействия с внутренней поверхностью корпуса. Диаметр этой поверхности больше наружного диаметра упорного кольца на ударнике. Зазор между ними образует кольцевую щель для выпуска воздуха, вытесняемого ударником из камеры обратного хода в атмосферу при прямом ходе ударника. На передней части внутренней поверхности корпуса размещен кольцевой упор для упорного уплотнительного кольца. В конце прямого хода ударник прижимает упорное уплотнительное кольцо к кольцевому упору. Механическое торцевое смыкание упорного уплотнительного кольца и кольцевого упора приводит к перекрытию кольцевой щели очистки камеры обратного хода и обеспечивает ее предварительную герметизацию. Это создает благоприятные условия для повышения давления в этой камере до уровня, обеспечивающего радиальное деформирование упорного уплотнительного кольца и пневматическое закрытие выпускного клапана. Таким образом, закрытие выпускного клапана здесь достигается без создания интенсивного сквозного потока через кольцевую щель. Это улучшает запуск устройства, повышает устойчивость его работы и сокращает потери сжатого воздуха.

Недостатком устройства ударного действия является жесткая привязка координаты точки удара к положению кольцевого упора на корпусе. Сколько-нибудь существенный перебег или недобег ударника относительно кольцевого упора здесь недопустим. Такая система не применима для множества видов ударных машин, где удар воспринимается подвижным относительно корпуса инструментом: пикой, зубилом, буровой коронкой и т.д. Кроме того, заложенная в этом устройстве жесткая связь между положением кольцевого упора и точкой смены направления движения ударника исключает возможность применения такой системы для камеры прямого хода, поскольку эта камера обеспечивает мягкое торможение и плавный разгон ударника, при этом точка смены направления существенно смещается в зависимости от изменения сетевого давления, изменения отскока ударника от инструмента и т.д.

Техническая задача, которую решает предлагаемое устройство, заключается в том, чтобы обеспечить четкое закрытие выпускного клапана без ограничения свободы перемещения ударника и необходимости интенсивной продувки рабочей камеры.

Предлагаемое пневматическое ударное устройство содержит полый корпус, ударник, приспособленный для управления выхлопом, камеры прямого и обратного хода, по меньшей мере одна из которых оснащена средством дозированной подачи в нее сжатого воздуха, выхлопным каналом и выпускным клапаном в виде упругого уплотнительного кольца. Выпускной клапан размещен на ударнике с возможностью взаимодействия с фрагментом внутренней поверхности корпуса, ограничивающей эту камеру.

Поставленная техническая задача решается тем, что указанный фрагмент внутренней поверхности корпуса выполнен в виде ступенчатого цилиндра с плавным сопряжением ступеней. Диаметр малой ступени соответствует наружному диаметру выпускного клапана. Ступенчатый цилиндр ориентирован малой ступенью в сторону перемещения ударника, уменьшающего объем указанной камеры.

Благодаря такому исполнению устройства качественно меняется работа упругого выпускного клапана и процесс предварительной герметизации камеры, которой он оснащен. Выпускной клапан здесь не подвергается торцевому зажатию между корпусом и ударником. При движении ударника в направлении, обеспечивающем уменьшение объема этой камеры, выпускной клапан свободно вводится ударником в малую ступень ступенчатого цилиндра. При этом соответствие диаметра малой ступени наружному диаметру выпускного клапана обеспечивает радиальное перекрытие кольцевой щели очистки камеры и ее предварительную герметизацию. В то же время сохраняется возможность дальнейшего осевого перемещения выпускного клапана с ударником внутри ступенчатого цилиндра. Таким образом гарантируется эффект существенного улучшения условий для закрытия выпускного клапана без ограничения перемещения ударника.

Описанное выполнение устройства позволяет без потерь энергоносителя существенно уменьшить противодавление, препятствующее движению ударника в разгонных фазах рабочего цикла. При прочих равных условиях это улучшает энергетические показатели пневматического ударного устройства, повышает его КПД.

Если выхлопной канал разместить вне указанного фрагмента, выполненного в виде ступенчатого цилиндра с плавным сопряжением ступеней, с которым приспособлен взаимодействовать выпускной клапан, то улучшатся условия работы выпускного клапана, повысится его долговечность. Выхлопной канал может быть выполнен в ударнике.

Если между выпускным клапаном и ударником разместить кольцо с буртом, причем посадку кольца на ударнике выполнить с радиальным зазором, а посадку выпускного клапана на кольце - с радиальным натягом и диаметр бурта выполнить соответствующим наружному диаметру выпускного клапана, то это уменьшит чувствительность устройства к износу пары ударник - корпус.

На фиг.1 схематично изображено пневматическое ударное устройство с выпускным клапаном, приспособленным взаимодействовать с фрагментом внутренней поверхности камеры обратного хода, выполненным в виде ступенчатого цилиндра с плавным сопряжением ступеней. Верхняя часть чертежа соответствует положению ударника в начале прямого хода, на нижней половине чертежа ударник изображен в конце прямого хода.

На фиг.2 представлено устройство с выпускным клапаном, приспособленным взаимодействовать с фрагментом внутренней поверхности камеры прямого хода.

На фиг.3 - устройство с размещением выхлопного канала за пределами фрагмента внутренней поверхности, с которым приспособлен взаимодействовать выпускной клапан.

На фиг.4 изображен узел установки выпускного клапана с использованием промежуточного кольца.

Пневматическое ударное устройство (фиг.1) содержит полый корпус 1, ударник 2, камеру прямого хода 3, камеру обратного хода 4, выхлопную камеру 5, выпускной клапан 6 в виде упругого уплотнительного кольца. В корпусе 1 имеется впускное отверстие 7, выхлопной канал 8 и отверстие 9 под рабочий инструмент 10. На ударнике 2 имеется кольцевой бурт 11, образующий торцевую опорную стенку выпускного клапана 6. Выпускной клапан 6 приспособлен для взаимодействия с фрагментом 12 внутренней поверхности корпуса 1, ограничивающей камеру обратного хода 4. Фрагмент 12 представляет собой ступенчатый цилиндр, включающий большую ступень 13, малую ступень 14, участок их плавного сопряжения 15. Ступенчатый цилиндр ориентирован малой ступенью 14 в сторону перемещения ударника 2, при котором происходит уменьшение объема камеры 4, в данном случае - в сторону прямого хода ударника 2. В ударнике 2 выполнен дроссельный канал 16, обеспечивающий постоянную дозированную подачу сжатого воздуха из камеры 3 в камеру обратного хода 4. На ударнике 2 выполнены продольные пазы 17. Центрирование ударника 2 в корпусе 1 обеспечивается цилиндрической поверхностью 18.

Пневматическое ударное устройство (фиг.2) содержит полый корпус 1, ступенчатый ударник 2, камеру прямого хода 3, камеру обратного хода 4, выпускной клапан в виде упругого уплотнительного кольца 6. В корпусе 1 выполнено впускное отверстие 7, выхлопной канал 8 и дренажное отверстие 19, сообщающее штоковую полость 20 с атмосферой; каналы 21, 22, 23 питания камеры прямого хода 3. Дозированная подача сжатого воздуха в камеру прямого хода 3 осуществляется двухпозиционным распределителем 24 с пневматическим управлением. Выпускной клапан 6 приспособлен для взаимодействия с фрагментом 12 внутренней поверхности корпуса 1, ограничивающей камеру прямого хода 3. Фрагмент 12 представляет собой ступенчатый цилиндр, включающий большую ступень 13, малую ступень 14 и участок плавного сопряжения 15. Ступенчатый цилиндр ориентирован малой ступенью 14 в направлении перемещения ударника 2, при котором происходит уменьшение объема камеры прямого хода 3. Ступенчатый ударник 2 имеет отсечную кромку 25.

Пневматическое ударное устройство (фиг.3) может содержать ступенчатый патрубок с малой ступенью 26 и отсечной кромкой 27, выпускное отверстие 28, а также размещенный в ударнике 2 выхлопной канал 8.

Между посадочными поверхностями ударника 2 и корпуса 1 (фиг.4) может образовываться зазор 29. Выпускной клапан 6 может устанавливаться на ударнике 2 с использованием промежуточного кольца 30. Между промежуточным кольцом и ударником выполнен радиальный зазор 31. Промежуточное кольцо 30 имеет буртик 32, диаметр которого соответствует наружному диаметру выпускного клапана 6.

Пневматическое ударное устройство (фиг.1) работает следующим образом. Под действием сетевого давления Р_М сжатого воздуха, поступающего через впускное отверстие 7 в камеру прямого хода 3, ударник 2 перемещается вперед (влево по чертежу). При движении ударника 2 воздух из камеры обратного хода 4 свободно вытесняется через пазы 17, далее через кольцевую щель между большой ступенью 13 и выпускным клапаном 6 и, наконец, через выхлопной канал 8 в атмосферу. Перед ударом ударника 2 по инструменту 10 выпускной клапан 6 вводится ударником в малую ступень 14. Поскольку диаметр малой ступени 14 соответствует наружному диаметру выпускного клапана 6 на ударнике 2, то радиальный зазор между выпускным клапаном 6 и внутренней полостью корпуса 1 резко уменьшается, соответственно резко снижается перетечка из камеры обратного хода 4 в атмосферу. Подпитка из камеры прямого хода 3 через дроссель 16 обеспечивает быстрое нарастание давления в камере обратного хода 4 и радиальную деформацию клапана 6, т.е. пневматическое закрытие выпускного клапана. При этом возможное осевое смещение торца инструмента 10 относительно корпуса 1 проблем не вызывает. Всего лишь меняется ход ударника 2 с выпускным клапаном 6 в пределах малой ступени 14. Поскольку площадь ударника 2 со стороны камеры обратного хода 4 больше, чем со стороны камеры прямого хода 3, то под действием давления в камере обратного хода 4 после удара по инструменту 10 ударник 2 начинает обратный ход. При этом давление в камере обратного хода 4 прижимает выпускной клапан 6 к опорной стенке 11 и радиально деформирует его. Выпускной клапан 6 прижимается к поверхности фрагмента 12: сначала (по ходу ударника) к поверхности малой ступени 14, затем к поверхности плавного сопряжения 15 и затем к поверхности большой ступени 13. После того, как ударник 2 переместит выпускной клапан 6 за кромку выпускного канала 8, герметичность камеры обратного хода 4 нарушается, давление в ней резко падает и под действием сил упругости выпускной клапан 6 сжимается. Постоянно действующее в камере прямого хода 3 давление Р_М останавливает ударник 2 и начинает его разгон в сторону инструмента 10. Цикл повторяется.

Пневматическое ударное устройство (фиг.2) работает следующим образом. Под действием сетевого давления Р_М сжатого воздуха, постоянно поступающего через впускное отверстие 7 в камеру обратного хода 4, ударник 2 начинает обратный ход. При этом выпускной клапан 6 находится в большой ступени 13 и сжат силами упругости. Кольцевая щель между поверхностью большой ступени и наружным диаметром выпускного клапана 6 обеспечивает беспрепятственный выпуск вытесняемого ударником 2 воздуха из камеры прямого хода 3 через выхлопной канал 8 в атмосферу. Давление в камере 3 близко к атмосферному и двухпозиционный распределитель 24 находится в положении "закрыто" (как изображено на схеме). После того как ударник 2 вводит выпускной клапан 6 в малую ступень 14, возможность свободного выпуска воздуха из камеры 3 исчезает. Кроме того, к этому моменту кромка 25, переместившись с ударником 2 вправо (по чертежу), открывает поступление сжатого воздуха из камеры обратного хода 4 по каналу 23 в камеру прямого хода 3. Давление в камере прямого хода 3 повышается и двухпозиционный распределитель 24 переводится в положение "открыто" (влево по чертежу). Начинает работать основная система питания камеры прямого хода 3: камера обратного хода 4 - канал 21 распределитель 24 - канал 22 - камера прямого хода 3. Ударник 2 тормозится, его движение меняется с обратного на прямой ход. К этому моменту выпускной клапан 6 надежно прижимается возросшим давлением к поверхности малой ступени 14 и в дальнейшем по ходу ударника вперед удерживается прижатым последовательно к поверхности участка сопряжения 15, затем к поверхности большой ступени 13. Перед ударом ударника 2 по корпусу 1 выпускной клапан 6 перемещается ударником за кромку выхлопного канала 8. Камера прямого хода 3 разгерметизируется, давление в ней резко падает, выпускной клапан 6 сжимается силами упругости. С падением давления в камере прямого хода 3 двухпозиционный распределитель 24 переключается в исходное положение, поступление сжатого воздуха в камеру прямого хода 3 прекращается. После удара постоянное давление в камере обратного хода 4 обеспечивает движение ударника 2 назад. Цикл повторяется.

Пневматическое ударное устройство (фиг.3) является модификацией примера, представленного на фиг.1. Отличие в работе связано только с организацией выхлопа из камеры обратного хода 4. При обратном ходе ударника 2 выхлопной канал 8 перемещается с ударником в сторону малой ступени 26 ступенчатого патрубка. После смещения за отсечную кромку 27 (вправо по чертежу) начинает функционировать выхлопной тракт: камера обратного хода 4 - пазы 17 - выхлопной канал 8 - выхлопная камера 5 - выпускное отверстие 28 - атмосфера. Давление в камере обратного хода 4 резко падает и выпускной клапан 6, который до выхлопа был прижат давлением к поверхности большой ступени 13, упруго сжимается. Далее по циклу работы фиг.1. Поскольку выхлопной канал 8 размещен вне фрагмента 12, то выпускному клапану 6 не приходится пересекать кромки выхлопного канала 8. Это повышает долговечность выпускного клапана.

В процессе работы устройства трущиеся поверхности 18 (фиг.3) ударника 2 и корпуса 1 вырабатываются. При горизонтальном положении машины образуется односторонний зазор 29 (фиг.4). Чтобы компенсировать эксцентричность, ухудшающую условия работы выпускного клапана 6, целесообразно разместить его с необходимым радиальным натягом на плавающем промежуточном кольце 30. Благодаря зазору 31 между промежуточным кольцом 30 и ударником 2 выпускной клапан 6 получает возможность самоустанавливаться соосно с поверхностями 14, 15, 13 вне зависимости от просадки ударника 2 вследствие износа. При этом буртик 32 на промежуточном кольце 30, имеющий диаметр, соответствующий наружному диаметру выпускного клапана 6, стабилизирует форму и размер кольцевой щели, которая должна перекрываться выпускным клапаном 6. Такое исполнение устройства создает наиболее благоприятные условия для работы выпускного клапана 6 и обеспечивает снижение чувствительности устройства к износу главных его деталей - ударника 2 и корпуса 1. В итоге повышается долговечность машины.

Приведенные примеры показывают, что выполнение фрагмента внутренней поверхности корпуса, с которым приспособлен взаимодействовать выпускной клапан, в виде ступенчатого цилиндра с плавным сопряжением ступеней существенно расширяет возможности применения выпускного клапана и в конечном счете позволяет обеспечить хороший запуск, устойчивую работу, повышение энергии ударов и экономичность многих видов пневматических машин вне зависимости от того, какая связь рабочего инструмента с корпусом машины - подвижная или жесткая.

Пневматическое ударное устройство относится к горной и строительной технике. Устройство содержит полый корпус, ударник, приспособленный для управления выхлопом, камеры прямого и обратного хода. По меньшей мере одна из этих камер снабжена средством дозированной подачи в нее сжатого воздуха, выхлопным каналом и выпускным клапаном, обеспечивающим свободное вытеснение воздуха из этой камеры движущимся ударником. Выпускной клапан выполнен в виде упругого уплотнительного кольца, размещенного на ударнике с возможностью взаимодействия с фрагментом внутренней поверхности корпуса, ограничивающей эту камеру. Фрагмент выполнен в виде ступенчатого цилиндра с плавным сопряжением ступеней. Диаметр малой ступени соответствует наружному диаметру выпускного клапана на ударнике. Перед сменой направления движения ударник вводит клапан в малую ступень цилиндра, обеспечивая предварительную герметизацию камеры и четкое закрытие выпускного клапана. Такое решение позволяет улучшить запуск и повысить удельные энергетические показатели пневматических машин ударного действия. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пневматическое ударное устройство, включающее полый корпус, ударник, приспособленный для управления выхлопом, камеры прямого и обратного хода, по меньшей мере одна из которых оснащена средством дозированной подачи в нее сжатого воздуха, выхлопным каналом и выпускным клапаном в виде упругого уплотнительного кольца, размещенного на ударнике с возможностью взаимодействия с фрагментом внутренней поверхности корпуса, ограничивающей эту камеру, отличающееся тем, что указанный фрагмент выполнен в виде ступенчатого цилиндра с плавным сопряжением ступеней, причем диаметр малой ступени соответствует наружному диаметру выпускного клапана, а ступенчатый цилиндр ориентирован малой ступенью в сторону перемещения ударника, уменьшающего объем указанной камеры.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выхлопной канал размещен за пределами указанного фрагмента.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выхлопной канал выполнен в ударнике.4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что между выпускным клапаном и ударником размещено промежуточное кольцо с буртиком, диаметр которого соответствует наружному диаметру выпускного клапана, размещенного на промежуточном кольце с радиальным натягом, причем промежуточное кольцо размещено на ударнике с радиальным зазором.