ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МОЛОТОК С ДРОССЕЛЬНЫМ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ Российский патент 2005 года по МПК E21C37/24 B25D9/26 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам ударного действия, используемых для разрушения твердых естественных и искусственных материалов.

Известно техническое решение пневматического молотка (см., например, а.с. СССР №607885, МКл. Е 02 D 2/07, 1978 г., БИ №19), содержащее корпус, ступенчатый ударник со сквозным каналом, в котором размещена трубка, закрепленная уплотненно в корпусе и хвостовике инструмента. Сквозной канал в ударнике предназначен для пропуска стержней, труб и т.п. элементов для ударного погружения в грунт. Ступенчатый ударник снабжен радиальным впускным каналом и разделяет полость корпуса на кольцевые камеры: холостого хода со стороны инструмента, выпускную с противоположной инструменту стороны и среднюю - рабочего хода, выполняющую одновременно функции камеры сетевого давления воздуха.

Недостатками такого конструктивного решения являются:

1) наличие камеры выпуска в корпусе, которая обусловливает не полное использование площади сечения ударника в формировании силового импульса со стороны рабочего хода ударника и потенциально снижает энергетические параметры молотка;

2) жесткое уплотненное закрепление трубки относительно корпуса и инструмента обусловливает необходимость обеспечения соосности трех посадочных участков - «корпус-ударник», «ударник-трубка» и «трубка-корпус». Это представляет существенные технические сложности при выполнении общей соосности ударника, корпуса и трубки, а нарушение соосности приводит к дополнительным силам трения между элементами и снижению скорости ударника, а следовательно, к снижению энергетических параметров молотка. Наличие увеличенного трения между элементами ударник-корпус-трубка предопределяет увеличение сил отдачи, что весьма нежелательно как для ручных, так и неручных машин ударного действия, поскольку ухудшает санитарно-гигиенические условия и приводит к более интенсивному износу элементов молотка при работе.

Известно также конструктивное решение пневматического молотка (см., например, патент США №1384641, 1921 г.), содержащего ступенчатые корпус и ударник, промежуточный ударник, хвостовик с инструментом, системы впускных, перепускных и выпускных каналов в корпусе, систему включения кранового типа, воздухоподводящую трубку для продувки забоя, для чего ударник, промежуточный ударник и хвостовик с инструментом снабжены осевыми сквозными каналами для пропуска трубки, которая закреплена уплотненно относительно корпуса и промежуточного ударника, причем трубка своим окончанием со стороны инструмента, входящая в хвостовик инструмента и на большей части промежуточного ударника, установлена по отношению к ним с зазором, но без опирания на них своей торцевой частью.

Основным недостатком указанного технического решения является жесткое уплотнительное закрепление трубки относительно корпуса и промежуточного ударника, что обусловливает необходимость обеспечения соосности трех посадочных участков - «корпус-ударник», «ударник-трубка» и «трубка-промежуточный ударник». Это практически сложно выполнимо, а поэтому, как правило, соосность указанных элементов не достигается. Нарушение соосности приводит к дополнительным силам трения между элементами и снижает скорость ударника, а также энергетические параметры молотка. Увеличение сил трения, а следовательно, сил отдачи приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий эксплуатации ручных молотков и более интенсивному износу деталей неручных молотков.

Известно техническое и конструктивное решение пневматического молотка (см., например, патент РФ №2062692. Кл. B 25 D 9/04, 17/12, Е 21 С 3/24, 1992 г., прототип), содержащего корпус с радиальными выпускными каналами и центральным каналом, опертую уплотненно на торец корпуса крышку с кольцевым буртиком и центральным отверстием, ударник с осевым сквозным каналом, разделяющий центральный канал корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, трубку с глухим буртиком со стороны крышки, продольным и радиальным каналами, установленную соосно в центральном канале корпуса и взаимодействующую боковой поверхностью с осевым каналом ударника и центральным отверстием крышки, образуя между трубкой и крышкой кольцевой канал с возможностью перекрытия его глухим буртиком трубки, стакан, уплотненно установленный относительно кольцевого буртика крышки и корпуса с образованием между боковыми поверхностями стакана и корпуса кольцевой аккумуляционной камеры, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода радиальными перепускными каналами в корпусе, предкамеру, образованную кольцевым буртиком крышки и стаканом с воздухоподводящим каналом, сообщающим предкамеру с сетью сжатого воздуха посредством воздухоподводного рукава (или рукоятки с пусковым устройством), разъемно соединенных со стаканом, воздухоотбойное кольцо с выпускными отверстиями, образующее между корпусом и кольцом камеру выпуска, рабочий инструмент с хвостовиком и буртиком, взаимодействующим с торцом корпуса и хвостовиком, взаимодействующим с ударником, устройство для удержания рабочего инструмента от выпадания из центрального канала корпуса.

Отмеченное устройство молотка принято в качестве прототипа как имеющее наибольшее количество существенных признаков по отношению к предлагаемому устройству.

Прототипу свойственен основной недостаток: консольно установленная свободным концом и опертая на торец хвостовика инструмента трубка, которая при положении ударника в конце холостого и начале рабочего хода, при торможении и разгоне испытывает эффект резкого изменения направления движения ударника, вызывающего поперечные и продольные колебания трубки, обусловливающие ее перекос и значительные силы торможения ударника, замедляющие его движение, и увеличение времени цикла, что приводит к замедлению процесса разгона, снижению скорости соударения и потере ударной мощности молотка.

Основной недостаток прототипа можно исключить, если свободный конец трубки снабдить соосно расположенной опорой со стороны хвостовика инструмента.

Задача предлагаемого технического решения заключается в повышении надежности кинематических параметров и повышении ударной мощности молотка.

Решение технической задачи обусловливается тем, что пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением, содержащий корпус с радиальным выпускным каналом и центральным каналом, опертую уплотненно на торец корпуса крышку с кольцевым буртиком и центральным отверстием, ударник с осевым сквозным каналом, разделяющий центральный канал корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, трубку с глухим буртиком со стороны крышки, продольным и радиальным каналами, установленную соосно в центральном канале корпуса и размещенную в осевом сквозном канале ударника и центральном отверстии крышки, с образованием между трубкой и крышкой кольцевого канала с возможностью перекрытия его глухим буртиком трубки, стакан, уплотненно установленный относительно кольцевого буртика крышки и корпуса с образованием между боковыми поверхностями стакана и корпуса кольцевой аккумуляционной камеры, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода радиальным перепускным каналом в корпусе, предкамеру, образованную кольцевым буртиком крышки и стаканом с воздухоподводящим каналом, сообщающим постоянно предкамеру с сетью сжатого воздуха посредством воздухопроводного рукава и ниппеля, разъемно соединенных со стаканом, воздухоотбойное кольцо с выпускными отверстиями, образующее между корпусом и кольцом камеру выпуска, рабочий инструмент с хвостовиком и буртиком, взаимодействующим с торцем корпуса и хвостовиком, установленный с возможностью взаимодействия с ударником и посредством выполненного на хвостовике буртика с торцем корпуса, колпак с кольцевым амортизатором, удерживающим рабочий инструмент от выпадания из центрального канала корпуса, а хвостовик рабочего инструмента снабжен центральным глухим отверстием с опиранием на его дно трубки, причем хвостовик рабочего инструмента выполнен с центральным глухим отверстием, в котором с опорой на его дно размещена трубка с образованием между ее боковой поверхностью и боковой поверхностью глухого отверстия в хвостовике кольцевого канала, проходное сечение которого составляет не менее проходного сечения продольного канала трубки.

Исполнение пневматического молотка поясняется чертежами:

продольный разрез с опиранием трубки в дно отверстия хвостовика (фиг.1) применительно к навесному типу молотка и вариант применительно к ручному молотку (фиг.2).

Описание устройства и принципа работы молотка выполнено для фиг.1 с сохранением обозначений на фиг.2.

Пневматический молоток содержит корпус 1 с радиальным выпускным каналом 2 и центральным каналом 3, опертую уплотненно на торец 4 корпуса крышку 5 с кольцевым буртиком 6 и центральным отверстием 7, ударник 8 с осевым сквозным каналом 9, разделяющим центральный канал корпуса на камеры рабочего 10 и холостого 11 хода. В центральном канале 3 корпуса 1 и соосно ему размещена трубка 12 с глухим буртиком 13 со стороны крышки 5, радиальным каналом 14 и продольным каналом 15 для впуска воздуха в камеру 11. Трубка 12, размещенная в осевом сквозном канале 9 ударника 8 и центральном отверстии 7 крышки 5 с образованием между трубкой и крышкой кольцевого канала 16 впуска воздуха в камеру 10 с возможностью перекрытия его глухим буртиком 13 трубки 12. Стакан 17 уплотненно установлен относительно кольцевого буртика 6 крышки 5 и корпуса 1 и образует с боковой поверхностью корпуса кольцевую аккумуляционную камеру 18, сообщенную постоянно с камерой 10 радиальным перепускным каналом 19 в корпусе. Предкамера 20 образована кольцевым буртиком 6 крышки 5 и стаканом 17, постоянно сообщена воздухоподводящим каналом 21 с сетью сжатого воздуха посредством разъемно соединенных воздухопроводящего рукава 22 и ниппеля 23. Воздухоотбойное кольцо 24 с выпускными отверстиями 25 образует с корпусом 1 на уровне радиального выпускного канала 2 кольцевую выпускную камеру 26. Рабочий инструмент 27 с буртиком 28 взаимодействует с торцем 29 корпуса 1, снабжен хвостовиком 30 и установлен с возможностью взаимодействия с ударником 8 и посредством выполненного на хвостовике буртика 28 с торцем корпуса 1. В хвостовике 30 выполнено осевое глухое отверстие 31 с дном 32, на которое опирается трубка 12. Боковые поверхности трубки 12 и глухого отверстия 31 образуют кольцевой канал 33, проходное сечение которого составляет не менее проходного сечения продольного канала 15 трубки.

Таким образом, трубка 12 снабжена тремя соосными опорными участками: в отверстии 7 крышки 5, в канале 9 ударника 8 и в отверстии 31 хвостовика 30 рабочего инструмента 27. То есть трубка 12 постоянно обеспечена опорами по концам ее, что обеспечивает ее достаточное устойчивое осевое положение относительно центрального канала 3 корпуса 1.

Рабочий инструмент 27 удерживается от произвольного выпадания из центрального канала 3 корпуса 1 колпаком 34 с кольцевым амортизатором 35. На стакане 17 установлены элементы 36 крепления молотка к манипулятору базовой машины.

Пневматический молоток работает следующим образом.

При включении подачи воздуха от ресивера компрессора он по воздухопроводящему рукаву 22 с ниппелем 23 поступает в воздухоподводящий канал 21 стакана 17 и в предкамеру 20 сетевого воздуха. При этом буртик 13 трубки 12 поджимается давлением воздуха к устью кольцевого канала 16 крышки 5 и перекрывает его. Воздух из камеры 20 не распределяется и накапливается в ней.

Распределение воздуха из камеры 20 в камеры 10 и 11, а также в сообщенную с камерой 10 посредством перепускного канала 19 аккумуляционную камеру 18 возможно только после подачи молотка к разрушаемому материалу и упора в него рабочим инструментом 27. В результате нажатия на инструмент 27 его хвостовик 30 выталкивает ударник 8 и трубку 12 в полость центрального канала 3. При этом ход хвостовика 30 ограничивается упором его буртика 28 в торец 29 корпуса 1. Одновременно буртик трубки 12 выдвигается в камеру 20, открывая радиальный канал 14, и воздух поступает по каналу 15 и посредством кольцевого канала 33 в хвостовике 30 (фиг.1 и 2) в камеру 11 холостого хода. Также одновременно открывается кольцевой канал 16 и воздух из камеры 20 поступает в камеру 10 и по каналу 19 в камеру 18. Поскольку камера 10 и 18 сообщены в этот момент времени посредством выпускного канала 2, камеры 26, каналов 25 в кольце 24 с атмосферой, давление воздуха в камерах 10 и 18 будет близким атмосферному благодаря существенно большему проходному сечению выпускного канала 2 в сравнении с проходным сечением впускного кольцевого канала 16.

Поскольку камера 11 с атмосферой разобщена, то в ней начнет давление воздуха увеличиваться и ударник 8 начнет движение от хвостовика 30 в сторону камер 10 и 18, совершая холостой ход. Продолжая движение, ударник 8 перекроет своим торцом выпускной канал 2 и в камерах 10 и 18, теперь разобщенных с атмосферой, начнется сжатие отсеченного в них воздуха, и воздуха, вновь поступающего по кольцевому каналу 16 из предкамеры 20.

Перемещаясь в сторону крышки 5, ударник 8 откроет своим торцом выпускной канал 2 и камера 11 сообщится посредством канала 2, камеры 26 и каналов 25 кольца 24 с атмосферой. Благодаря существенно большему проходному сечению канала 2 в сравнении с выпускными сечениями радиального впускного канала 14 и продольного канала 15 трубки 12, а также кольцевого канала 33 в хвостовике 30 давление воздуха в камере 11 установится и будет поддерживаться близким атмосферному.

Исчерпав силовой импульс давления воздуха со стороны камеры 11, ударник 8 начнет затормаживать свое движение и остановится в расчетной точке со стороны крышки 5. Торможение ударника 8 будет не резким вследствие действия аккумуляционной камеры 18, снижающей противодавление со стороны камеры 10, что обусловит меньшую силу отдачи, действующую на молоток, и более благоприятные условия ее гашения со стороны манипулятора молотка к базовой машине и закрепленной относительно нее посредством элементов 36.

В период окончания движения и остановки ударника 8 в конце холостого хода эффект торможения передается трубке 12, вызывая раскачивание противоположного ее конца, что может увеличивать перекос трубки силы и время торможения ударника. Это приводит к увеличению времени цикла и снижению частоты, а следовательно, ударной мощности молотка. Однако раскачиванию трубки 12 противодействует дополнительное соосное опирание ее со стороны хвостовика 30 инструмента 27, поскольку трубка установлена в его отверстии 31. Таким образом, трубка 12 снабжается тремя соосными опорами достаточной жесткости: в отверстии 7 крышки 5, осевом сквозном канале 9 ударника 8 и в отверстии 31 хвостовика 30, что обеспечивает трубке 12 соосное достаточно устойчивое положение и перекосы ее исключаются.

За период холостого хода тем самым обеспечивается расчетное не увеличенное время торможения ударника 8.

После остановки ударника 8 действующий на него силовой импульс давления воздуха со стороны камер 10 и 18 обусловит его ускоренное движение от крышки 5 в сторону хвостовика 30, совершая рабочий ход. В период движения и разгона ударника 8 в начале рабочего хода эффект ускоренного начала движения передается трубке 12, но, как и в конце холостого хода до остановки ударника, от возможных раскачиваний и перекосов трубку также удерживают соосные опоры достаточной жесткости, образованные в отверстии 7, канале 9 и отверстии 31. Поэтому время разгона ударников, обусловленное максимальными тормозящими силами на участке ударник-трубка, обеспечивает достаточно эффективный его разгон, что также способствует сокращению времени рабочего хода и повышению как частоты, так и ударной мощности молотка. Ударник 8 последовательно перекрывает своим торцом канал 2, в результате чего камера 11 разобщается с атмосферой и в ней начинается сжатие отсеченного в ней воздуха и сетевого воздуха, поступающего по каналу 14 и каналу 15 трубки 12, а также по кольцевому каналу 33 в хвостовике 30 из предкамеры 20.

Преодолевая противодавление воздуха со стороны камеры 11, ударник 8 откроет своим торцом канал 2, вследствие чего камеры 10 и 18 сообщатся посредством канала 2, камеры 26 и каналов 25 с атмосферой. Благодаря отмеченной разнице проходных сечений канала 16 и канала 2 давление воздуха в камерах 10 и 18 понизится до атмосферного и будет поддерживаться таковым до следующего перекрытия канала 2 и разобщения камер 10 и 18 с атмосферой.

В следующий момент ударник 8 наносит удар по хвостовику 30 инструмента 27. В случае разрушения материала после удара инструмент 27 выдвинется в направлении вдоль оси молотка, хвостовик 30 перестанет удерживать трубку 12, ее буртик 13 опустится на крышку 5, перекроет канал 16 и доступ воздуха из предкамеры 20 в каналы 14 и 15, а также в кольцевой канал 33, вследствие чего силовой импульс воздуха со стороны камеры 11 не будет образован и ударник 8 осуществит посадку на хвостовик 30. При этом очередного холостого хода ударника 8 не произойдет. В предударный период и во время соударения ударника 8 с хвостовиком 30 эффект, отрицательно действующий на устойчивость трубки 12 при резкой остановке и отскоке ударника от хвостовика, благодаря достаточно жестким соосным опорам 6 отверстия 7 крышки 5, канале 9 ударника и отверстии 31 хвостовика на трубку практически не передается. При этом обеспечиваются ожидаемые величины энергии и частоты ударов молотка.

В случае, если разрушение материала не происходит, инструмент 27 буртиком 28 по-прежнему упирается в торец 29 корпуса 1, а буртик 13 трубки 12 сохраняет положение относительно крышки 5. При этом ударник 8 после нанесения удара по хвостовику 30 начнет очередной холостой ход под действием импульса отскока ударника от хвостовика инструмента и импульса давления воздуха со стороны камеры 11.

В последующем рабочий цикл молотка повторяется.

Предложенное техническое решение пневматического молотка с дроссельным воздухораспределением может быть применено для ручных машин (фиг.2). В этом случае позиции 22 и 23 заменяются рукояткой любой известной конструкции с любым известным устройством включения-выключения, а позиция 36 исключается. При этом габариты ручной машины изменяются в соответствии с пересчетом на заданные энергетические параметры. Включение и выключение молотка будет также осуществляться только при упоре рабочего инструмента в обрабатываемую среду, что, как и в исполнении (фиг.1), исключает холостые удары ударника по корпусу молотка и предохраняет его от разрушения.

Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением содержит корпус с радиальным выпускным каналом и центральным каналом, опертую уплотненно на торец корпуса крышку с кольцевым буртиком и центральным отверстием, ударник с осевым сквозным каналом, разделяющий центральный канал корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, трубку с глухим буртиком со стороны крышки, продольным и радиальным каналами, установленную соосно в центральном канале корпуса и взаимодействующую боковой поверхностью с осевым сквозным каналом ударника и центральным отверстием крышки, образуя между трубкой и крышкой кольцевой канал с возможностью перекрытия его глухим буртиком крышки, стакан, уплотненно установленный относительно кольцевого буртика и корпуса с образованием между боковой поверхностью стакана и крышкой кольцевой аккумуляционной камеры, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода радиальным перепускным каналом в корпусе, предкамеру, образованную кольцевым буртиком крышки и стаканом с воздухоподводящим каналом, сообщающим постоянно предкамеру с сетью сжатого воздуха посредством воздухопроводного рукава и ниппеля, разъемно соединенных со стаканом, воздухоотбойное кольцо с выпускными отверстиями, образующее между корпусом и выпускным каналом камеру выпуска, рабочий инструмент с хвостовиком и буртиком, взаимодействующим с торцем корпуса и хвостовиком, взаимодействующим с ударником, колпак с кольцевым амортизатором, удерживающим рабочий инструмент от выпадания из центральногоканала корпуса, причем хвостовик рабочего инструмента снабжен центральным глухим отверстием с опиранием на его дно трубки, а взаимодействующие боковые поверхности трубки центрального глухого отверстия образуют кольцевой канал с проходным сечением не менее проходного сечения продольного канала трубки. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы и ударной мощности молотка. 2 ил.

Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением, содержащий корпус с радиальным выпускным каналом и центральным каналом, опертую уплотненно на торец корпуса крышку с кольцевым буртиком и центральным отверстием, ударник с осевым сквозным каналом, разделяющий центральный канал корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, трубку с глухим буртиком со стороны крышки, продольным и радиальным каналами, установленную соосно в центральном канале корпуса и размещенную в осевом сквозном канале ударника и центральном отверстии крышки, с образованием между трубкой и крышкой кольцевого канала с возможностью перекрытия его глухим буртиком трубки, стакан, уплотненно установленный относительно кольцевого буртика крышки и корпуса с образованием между боковыми поверхностями стакана и корпуса кольцевой аккумуляционной камеры, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода радиальным перепускным каналом в корпусе, предкамеру, образованную кольцевым буртиком крышки и стаканом с воздухоподводящим каналом, сообщающим постоянно предкамеру с сетью сжатого воздуха посредством воздухопроводного рукава и ниппеля, разъемно соединенных со стаканом, воздухоотбойное кольцо с выпускными отверстиями, образующее между корпусом и кольцом камеру выпуска, рабочий инструмент с хвостовиком и буртиком, взаимодействующим с торцем корпуса и хвостовиком, установленный с возможностью взаимодействия с ударником и посредством выполненного на хвостовике буртика с торцем корпуса, колпак с кольцевым амортизатором, удерживающим рабочий инструмент от выпадания из центрального канала корпуса, отличающийся тем, что хвостовик рабочего инструмента выполнен с центральным глухим отверстием, в котором с опорой на его дно размещена трубка с образованием между ее боковой поверхностью и боковой поверхностью глухого отверстия в хвостовике кольцевого канала, проходное сечение которого составляет не менее проходного сечения продольного канала трубки.