ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ С ДРОССЕЛЬНЫМ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ Российский патент 2008 года по МПК B25D9/04 E21B1/30 

Предлагаемое изобретение относится к области строительных и горных машин ударного действия и может быть использовано при создании ручных пневматических молотков для машиностроения, а также тяжелых пневмоударных машин для разрушения скальных пород и мерзлых грунтов.

Известен пневматический молоток (см., например, а.с. СССР №787632, 1980 г.), содержащий рабочий инструмент, ударник с каналом, вскрытым со стороны камеры рабочего хода, расположенной со стороны торца цилиндра, противоположного рабочему инструменту, и со стороны боковой поверхности, каналы впуска и выпуска с кольцевой выточкой в цилиндре и камерой холостого хода со стороны рабочего инструмента, сообщенные между собой каналом в цилиндре, причем кольцевая выточка (камера) со стороны канала выпуска сообщена постоянно с сетью сжатого воздуха и перекрывается ударником периодически.

Указанное и подобные ему технические решения обладают недостатками: кольцевая выточка (камера) и камера холостого хода сообщены постоянно между собой, что обусловливает значительное противодавление со стороны камеры холостого хода и тормозит ударник, снижая его предударную скорость, а следовательно, и кинетическую энергию удара, передаваемую инструменту; канал в ударнике посредством радиального выхода на его боковую поверхность перед ударом перепускает часть воздуха со значительным давлением из камеры рабочего в кольцевую выточку и посредством канала в цилиндре в камеру холостого хода, что также способствует повышению противодавления в камере холостого хода перед соударением ударника с инструментом; канал в ударнике после соударения за счет радиального выхода перепускает часть воздуха из кольцевой камеры, а следовательно, и камеры холостого хода в камеру рабочего хода с более низким давлением воздуха в ней, что существенно снижает импульс давления со стороны камеры холостого хода и не обеспечивает расчетную величину хода ударника, увеличивает время холостого хода, снижает частоту и энергию удара.

Известно также пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением (см., например, а.с. СССР №1235719, 1986 г.), содержащее рабочий инструмент, ударник с центральным сквозным каналом, цилиндр с впускными и выпускными каналами, кольцевой выточкой и камерой холостого хода со стороны рабочего инструмента, сообщенные между собой постоянно перепускным каналом, трубку с центральным каналом и каналом-лыской на боковой поверхности трубки, причем участок канала-лыски больше длины сквозного канала ударника, а ударник разделяет полость цилиндра на камеры рабочего и холостого ходов.

Указанное и подобные ему технические решения обладают недостатками: жестко закрепленная относительно корпуса трубка подвода воздуха в камеру холостого хода, что требует исполнения цилиндра, трубки и ударника с одной установки, чтобы обеспечить соосность перечисленных деталей, что сделать практически невозможно, а три посадки этих деталей относительно друг друга приводят их к перекосам, торможению ударника и поломке трубки; сообщение кольцевой выточки и камеры холостого хода посредством канала перепуска в перешейке между камерами увеличивает аккумуляционный объем, который должен быть заполнен воздухом из сети через дроссельный канал впуска в трубке, однако это приводит к торможению ударника за счет создания значительного противодавления в камере холостого хода и сообщенной с ней кольцевой выточке в конце рабочего хода, что приводит к потере кинетической энергии ударника, а в начале холостого хода после соударения и увеличения объема камеры холостого хода импульс давления воздуха со стороны камеры холостого хода оказывается недостаточным для обеспечения расчетной величины хода ударника, в результате чего увеличивается время холостого хода и снижается частота ударов при значительном нерациональном расходе воздуха из сети; наличие канала-паза (или лыски) на боковой поверхности трубки приводит в данном техническом решении к отбору воздуха из камеры холостого хода и перепускает его в камеру рабочего хода, что приводит к снижению импульса давления воздуха со стороны камеры холостого хода и, как следствие, к увеличению времени холостого хода и уменьшению хода ударника, а в итоге к снижению частоты и энергии удара.

Известно также пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением (см., например, патент RU 2256545, В25D 9/04, Е21В 1/30, 2004 г. - прототип), содержащее камеру сетевого воздуха, предкамеру, устройство включения подачи сжатого воздуха в камеру сетевого воздуха, полый цилиндр, в боковой стенке которого выполнены выпускные каналы, ударник, размещенный в полом цилиндре и разделяющий его на камеры холостого и рабочего ходов, крышку с центральным отверстием и буртиком, установленную на торце полого цилиндра со стороны камеры рабочего хода, стакан с кольцевым буртиком, обращенным к кольцевому буртику крышки, трубку с постоянно открытым впускным дроссельным каналом, соединяющим камеру сетевого воздуха с камерой холостого хода, непроточную камеру форсажа, размещенную в стенке цилиндра со стороны камеры холостого хода, рациональный канал форсажа, выполненный в стенке полого цилиндра из условия обеспечения периодического сообщения непроточной камеры форсажа с камерой холостого хода, и рабочий инструмент с хвостовиком, при этом боковые поверхности центрального отверстия крышки и трубки образуют кольцевой дроссельный канал.

Указанное пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением принято в качестве прототипа, как содержащее наибольшее количество существенных признаков, используемых в предлагаемом техническом решении.

Основными недостатками прототипа являются: большое время рабочего цикла, низкая скорость ударника и невысокая частота и энергия удара.

Отмеченные недостатки прототипа в целом снижают эффект ударного взаимодействия с обрабатываемой средой.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение эффекта ударного воздействия на обрабатываемую среду путем выполнения в стенке цилиндра со стороны камеры холостого хода непроточной камеры форсажа, что сохранит импульс давления холостого хода, который после сообщения камеры холостого хода и непроточной камеры форсажа увеличится существенно за счет присоединения накопленного в ней воздуха с давлением, близким к сетевому.

При этом необходимо на некотором участке движения ударника перекрыть канал форсажа, сообщающий камеры холостого хода и непроточную камеру форсажа при рабочем ходе и открыть сообщение при холостом ходе. Отмеченное позволит не создавать значительного по величине противодавления воздуха в камере холостого хода перед ударом, а следовательно, увеличить скорость соударения. При разгоне ударника в начальный период холостого хода давление воздуха в камере холостого хода благодаря поступлению его из сетевой камеры по каналу запуска в трубке понизится незначительно, а при открытии форсажного канала давление в камере холостого хода повысится, и ударник, получив дополнительный импульс давления, увеличит скорость своего движения в сторону крышки. Отмеченное позволит сократить время движения ударника при холостом ходе и, как следствие, уменьшить время рабочего цикла.

Таким образом, для достижения эффекта необходимо непроточную камеру форсажа со стороны камеры холостого хода сообщить посредством канала впуска в трубке с камерой сетевого воздуха.

Поставленная задача решается тем, что пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением содержит камеру сетевого воздуха, предкамеру, устройство включения подачи сжатого воздуха в камеру сетевого воздуха, полый цилиндр, в боковой стенке которого выполнены выпускные каналы, ударник, размещенный в полом цилиндре и разделяющий его на камеры холостого и рабочего ходов, крышку с центральным отверстием и буртиком, установленную на торце полого цилиндра со стороны камеры рабочего хода, стакан с кольцевым буртиком, обращенным к кольцевому буртику крышки, трубку с постоянно открытым впускным дроссельным каналом, соединяющим камеру сетевого воздуха с камерой холостого хода, непроточную камеру форсажа, размещенную в стенке цилиндра со стороны камеры холостого хода, радиальный канал форсажа, выполненный в стенке полого цилиндра из условия обеспечения периодического сообщения непроточной камеры форсажа с камерой холостого хода, и рабочий инструмент с хвостовиком, при этом боковые поверхности центрального отверстия крышки и трубки образуют кольцевой дроссельный канал, при этом ударник выполнен с внутренними и внешними камерами-выточками в виде чередующихся выступов и впадин, профиль которых образован прямыми или криволинейными линиями, и каналом перепуска для обеспечения сообщения между внутренними и внешними камерами-выточками, на боковой поверхности трубки выполнен радиальный канал в виде вертикальной щели для периодического сообщения внутренних камер-выточек в ударнике с впускным дроссельным каналом трубки, при этом последний выполнен с каналом-дросселем запуска, расположенным со стороны инструмента.

На фиг.1 показано пневматическое устройство ударного действия с частичным продольным разрезом с непроточной камерой форсажа; на фиг.2 показан вариант исполнения внутренней и внешней камер-выточек на ударнике.

Пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением (см. фиг 1) содержит полый цилиндр 1 с размещенным в нем ударником 2, разделяющим полость цилиндра на камеры рабочего 3 и холостого 4 ходов. В ударнике 2 выполнена внутренняя камера-выточка 5 в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с прямыми линиями в профиле (фиг.1), либо внутренняя камера-выточка 36, выполненная в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с криволинейными линиями в профиле (фиг.2), сообщающаяся с внешней камерой-выточкой 6, выполненной в ударнике 2 в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с прямыми линиями в профиле (фиг.1), либо внешней камерой-выточкой 37, выполненной в ударнике 2 в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с криволинейными линиями в профиле (фиг.2), посредством канала перепуска 7. Со стороны камеры 3 цилиндр перекрыт крышкой 8 с центральным отверстием 9 для пропуска трубки 10 с дроссельным каналом 11, снабженным каналом-дросселем 12 запуска в камеру 4, и радиальным каналом 13, выполненным в виде вертикальной щели, для периодического сообщения с внутренней камерой-выточкой 5, выполненной в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с прямыми линиями в профиле, либо внутренней камерой-выточкой 36, выполненной в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с криволинейными линиями в профиле (фиг.2).

Крышка 8 снабжена фланцевым буртиком 14 и уплотнительным буртиком 15, посредством которых она опирается на торец 16 цилиндра 1 и стакан 17, который снабжен кольцевым ступенчатым буртиком 18, обращенным к буртику 15. Крышка 8 снабжена также кольцевым дросселем 19 впуска в камеру 3, образованным боковыми поверхностями отверстия 9 и трубки 10 в виде зазора. Стакан 17 уплотненно и разъемно, например посредством резьбового соединения, закреплен на цилиндре 1 и снабжен каналом 20, постоянно сообщающим камеру 21 сетевого воздуха, образованную торцевой площадкой воздухораспределительного устройства 22 любого известного типа, со стаканом 17, разъемно соединенными между собой. Крышка 8 с торцом стакана 17 со стороны буртика 18 образует предкамеру 23, постоянно сообщенную каналом 20 с камерой 21 сетевого воздуха, соединенную каналом 24 с сетью сжатого воздуха посредством воздухораспределительного устройства 22. Внутренняя боковая поверхность стакана 17 и наружная боковая поверхность цилиндра 1 образуют аккумуляционную камеру 25, постоянно сообщенную с камерой 3 посредством радиального перепускного канала 26. Цилиндр 1 снабжен со стороны камеры 4 кольцевой непроточной камерой 27 форсажа, периодически сообщающейся посредством форсажного канала 28 в цилиндре с камерой 4. Радиальный выпускной канал 29, на уровне которого установлено воздухоотбойное кольцо 30, соединен с выпускным каналом, например, в виде щели 31. Между кольцом 30 и цилиндром 1 образована выпускная камера 32. Хвостовик 33 рабочего инструмента 34 установлен в цилиндре со стороны камеры 4 и удерживается от выпадения устройством для его удержания, например, в виде обрезиненного металлического колпака 35, закрепленного разъемно относительно цилиндра посредством резьбового или другого известного соединения.

Пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением работает следующим образом.

При включении устройства 22 подачи сжатый воздух поступает по каналу 24 в камеру 21 сетевого воздуха, откуда через канал 20 в предкамеру 23 и далее сетевой воздух поступает в камеру 3 рабочего хода по кольцевому дроссельному каналу 19. Одновременно из предкамеры 23 сетевой воздух поступает в камеру 4 холостого хода по дроссельному каналу 11 в трубке 10 через канал-дроссель 12 запуска, а также в непроточную камеру 27 форсажа через проточную систему каналов: продольный канал 11 и радиальный канал 13, выполненный в виде вертикальной щели в трубке 10, внутреннюю камеру-выточку 5 ударника, выполненную в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с прямыми линиями в профиле (фиг.1), либо внутреннюю камеру-выточку 36, выполненную в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с криволинейными линиями в профиле (фиг.2), перепускной канал 7, внешнюю кольцевую камеру-выточку 6 ударника, выполненную в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с прямыми линиями в профиле (фиг.1), либо внешнюю камеру-выточку 37, выполненную в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с криволинейными линиями в профиле (фиг.2), и форсажный канал 28. Благодаря отмеченной проточной системе непроточная камера 27 форсажа заполняется воздухом с давлением, близким к сетевому.

По мере дальнейшего перемещения ударника 2 давление в камере 4 холостого хода будет уменьшаться. Это объясняется быстро увеличивающимся объемом камеры 4 при холостом ходе, и она не успевает заполниться сетевым воздухом, поступающим из камеры 24 через канал-дроссель 12 запуска в трубке 10, а при открытии радиального канала 13, выполненного в виде вертикальной щели, камера 4 будет наполняться воздухом более интенсивно, что повысит импульс давления в ней.

При дальнейшем перемещении ударника 2 его боковая поверхность откроет форсажный канал 28 и накопленный в непроточной камере 27 форсажа воздух резко наполнит объем камеры 4, что существенно повысит импульс давления воздуха холостого хода и скорость перемещения ударника.

При дальнейшем перемещении ударника 2 его боковая поверхность откроет выпускной канал 29. Поскольку выпуск отработавшего воздуха из камеры 4 происходит через выпускной канал определенного проходного сечения, то резкого снижения давления воздуха в камерах 4 и 27 не произойдет, и давление в камере 4 будет поддерживаться расчетным.

Одновременно в камере 3 рабочего хода и сообщенной с ней камерой 25 посредством канала 26 начнется процесс сжатия воздуха, отсеченного в них, и воздуха сетевого, вновь поступающего из камеры 23 посредством кольцевого дроссельного канала 19 впуска.

После открытия боковой поверхностью ударника 2 выпускного канала 29 и некоторого последующего его движения давление воздуха в камере 4 холостого хода и сообщенной с ней непроточной камере 27 форсажа плавно за счет поступления из камеры 23 воздуха посредством каналов 11, 13 и 12 трубки понизится до величины атмосферного. Под действием разницы импульсов давлений воздуха в камерах 3 и 4 ударник 2 будет затормаживать свое движение. Перемещаясь под действием импульса, преодолевая давление воздуха со стороны камеры 4 и некоторое противодавление со стороны камеры 3, ударник продолжает сжимать воздух в камере 3 и сообщенной посредством канала 26 с ней камере 25, включая воздух, поступающий из камеры 23 посредством кольцевого канала 19. После перекрытия канала 26 ударником 2 и при выравнивании силовых импульсов, действующих на ударник со стороны камер 3 и 4, он остановится в расчетной точке. Сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 3 ударник начнет ускоренно перемещаться в сторону хвостовика 33, совершая рабочий ход. Ударник 2 открывает канал 26, камеры 3 и 25 сообщаются между собой, и давление воздуха в них выравнивается, при этом в конце холостого и начале рабочего хода ударника давление в камерах 4 и 27 будет оставаться практически равным атмосферному, так как выпускной канал 29 имеет площадь проходного сечения, существенно превышающую площади канала-дросселя 12 запуска и радиального канала 13, выполненного в виде вертикальной щели в трубке 10.

При последующем перемещении ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 29, в результате чего начнется повышение давления воздуха, отсеченного в камерах 4 и 27, а также воздуха, вновь натекаемого в эти камеры через канал-дроссель 12 запуска и радиальный канал 13, выполненный в виде вертикальной щели в трубке 10. После перекрытия ударником 2 канала 13 и форсажного канала 28 воздух в камеру 4 будет поступать только через канал-дроссель 12, не создавая со стороны камеры 4 существенного противодавления и сил торможения ударника.

По мере перемещения ударник 2 перекроет форсажный канал 28 и разобщит камеры 4 и 27, далее откроет проточную систему каналов: радиальный канал 13, выполненный в виде вертикальной щели в трубке 10, внутреннюю кольцевую камеру-выточку 5 ударника, выполненную в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с прямыми линиями в профиле (фиг.1), либо внутреннюю камеру-выточку 36, выполненную в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с криволинейными линиями в профиле (фиг.2), перепускной канал 7, внешнюю кольцевую камеру-выточку 6 ударника, выполненную в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с прямыми линиями в профиле (фиг.1), либо внешнюю камеру-выточку 37, выполненную в виде чередующихся выступов и впадин, образованных кольцевыми пазами с криволинейными линиями в профиле (фиг.2). Благодаря проточной системе каналов непроточная камера 27 форсажа будет заполняться воздухом посредством поступления его по каналу 11 трубки 10 до давления, близкого по величине давлению его в камере 23. После открытия ударником 2 канала 29 давление воздуха в камере 3 рабочего хода и сообщенной с ней камере 25 посредством канала 26 будет снижаться до значения атмосферного давления, несмотря на поступление сетевого воздуха через кольцевой дроссельный канал 19 впуска из камеры 23, так как проходное сечение выпускного канала 29 существенно больше проходного сечения канала 19. Таким образом, отработавший воздух из камер 3 и 25 выпускается посредством канала 29 в выпускную камеру 32 и через щелевой канал 31 в воздухоотбойном кольце 30 в атмосферу.

Под действием разницы импульсов давлений в камерах 3 и 4 ударник 2 преодолевая противодавление со стороны камеры 4 наносит удар по хвостовику 33 инструмента 34 и описанный рабочий процесс будет повторяться с той лишь разницей, что последующий холостой ход ударника будет формироваться также при участии импульса отскока ударника от хвостовика инструмента.

Выполнение диаметрального размера форсажного канала 28 меньше высоты ударника и выполнение дроссельного канала впуска 7 калиброванным позволяет обеспечить расчетное давление воздуха в непроточной камере 27 форсажа при нахождении ударника 2 в камере 4 между хвостовиком 33 и выпускным отверстием 29, а при сообщении камеры 4 с атмосферой посредством канала 29, расход воздуха каналами 12 и 13 не будет превышать расчетного.

Снижение противодавления в камере 4 позволит увеличить длину участка разгона при холостом ходе без увеличения времени холостого хода за счет действия импульса форсажа, а при рабочем ходе на этом же участке разгона ударника за счет снижения противодавления со стороны камеры 4 также сократить время цикла, чем повысить частоту ударов пневматического устройства ударного действия с дроссельным воздухораспределением, а при достаточной энергии единичного удара повысить эффективность ударного воздействия на обрабатываемую среду.

Изобретение относится к машинам ударного действия, а именно к пневматическим молоткам для машиностроения и пневмоударным машинам для разрушения скальных пород. Пневматическое устройство содержит камеру сетевого воздуха, полый цилиндр, в боковой стенке которого выполнены выпускные каналы, ударник, размещенный в полом цилиндре и разделяющий его на камеры холостого и рабочего ходов, крышку, стакан, трубку с постоянно открытым впускным дроссельным каналом и рабочий инструмент. Впускной дроссельный канал соединяет камеру сетевого воздуха с камерой холостого хода. Со стороны камеры холостого хода в стенке цилиндра размещена непроточная камера форсажа. Ударник выполнен с внутренними и внешними камерами-выточками в виде чередующихся выступов и впадин, профиль которых образован прямыми или криволинейными линиями, и каналом перепуска для обеспечения сообщения между внутренними и внешними камерами-выточками. На боковой поверхности трубки выполнен радиальный канал в виде вертикальной щели для периодического сообщения внутренних камер-выточек в ударнике с впускным дроссельным каналом трубки. Впускной дроссельный канал выполнен с каналом-дросселем запуска, расположенным со стороны инструмента. В результате повышается эффект ударного воздействия на обрабатываемую среду. 2 ил.

Пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением, содержащее камеру сетевого воздуха, предкамеру, устройство включения подачи сжатого воздуха в камеру сетевого воздуха, полый цилиндр, в боковой стенке которого выполнены выпускные каналы, ударник, размещенный в полом цилиндре и разделяющий его на камеры холостого и рабочего ходов, крышку с центральным отверстием и буртиком, установленную на торце полого цилиндра со стороны камеры рабочего хода, стакан с кольцевым буртиком, обращенным к кольцевому буртику крышки, трубку с постоянно открытым впускным дроссельным каналом, соединяющим камеру сетевого воздуха с камерой холостого хода, непроточную камеру форсажа, размещенную в стенке цилиндра со стороны камеры холостого хода, радиальный канал форсажа, выполненный в стенке полого цилиндра из условия обеспечения периодического сообщения непроточной камеры форсажа с камерой холостого хода, и рабочий инструмент с хвостовиком, при этом боковые поверхности центрального отверстия крышки и трубки образуют кольцевой дроссельный канал, отличающееся тем, что ударник выполнен с внутренними и внешними камерами-выточками в виде чередующихся выступов и впадин, профиль которых образован прямыми или криволинейными линиями, и каналом перепуска для обеспечения сообщения между внутренними и внешними камерами-выточками, на боковой поверхности трубки выполнен радиальный канал в виде вертикальной щели для периодического сообщения внутренних камер-выточек в ударнике с впускным дроссельным каналом трубки, при этом последний выполнен с каналом-дросселем запуска, расположенным со стороны инструмента.