ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2009 года по МПК B25D9/04 B25D17/24 E21C37/24 

Изобретение относится к машиностроению, более конкретно к пневматическим машинам ударного действия, которые используются в строительстве, энергетике, коммунальном хозяйстве, горном деле и т.д., для обработки бетонных конструкций, разрушения полускальных пород, твердых и мерзлых грунтов.

Известны пневматические машины, например пневматический молоток, содержащий металлический ствол с перемещающимся в нем ударником и корпус. При этом между стволом и корпусом размещена пластмассовая вставка с продольными каналами для подачи воздуха в камеру обратного хода, которая сжата тремя продольными винтами, проходящими через весь корпус машины [1].

Недостатком его является то, что целиковый металлический ствол, а также продольные винты передают вибрацию от реактивного удара рабочим инструментом по стволу прямо на рукоятку.

Наиболее близкой к предлагаемой по своей технической сути является пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол, состоящий из двух телескопически установленных друг в друге звеньев, ударный механизм, корпус из эластичного материала, в котором установлен с натягом ствол, металлический стакан с механизмом воздухораспределения, закрепленный на торце корпуса, и рукоятку [2].

Ее недостатком является то, что ствол, установленный с натягом в пластмассовом корпусе, не исключает возможности его проворота вокруг оси и может происходить смещение радиальных отверстий ствола относительно радиальных отверстий корпуса, сжатый воздух присутствует в продольных каналах между двух сред, а именно, между металлическим стволом с одной стороны и пластмассовым корпусом с другой стороны, и раздувает корпус, не обеспечивая герметичность каналов, происходит перетечка сжатого воздуха из камеры прямого хода в камеру обратного хода и обратно, что ухудшает работу машины.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение вибробезопасности, повышение надежности и улучшение эргономики и технологичности пневматической машины ударного действия.

Поставленный технический результат достигается пневматической машиной ударного действия, содержащей ствол, состоящий из телескопически установленных по меньшей мере трех звеньев, динамического, инерционного и демпфирующего, выполненный с впускными, выпускными и перепускными отверстиями, и залитый ударопрочным и термостойким эластомером, образующим корпус, ударник, размещенный в стволе с возможностью возвратно-поступательного перемещения и разделяющий его на камеры прямого и обратного ходов, промежуточное звено, в котором размещено клапанное устройство и выполнена питающая камера, радиально-питающий штуцер, размещенный в питающей камере, пусковой механизм с плунжером, последний размещен в питающей камере и расположен соосно последней, выполненные из эластомера осевую рукоятку, радиальную рукоятку, цилиндрический кожух, установленный вокруг корпуса между упомянутыми рукоятками с образованием кольцевой камеры между ними, колпак с осевым отверстием, закрепленный на наружном конце корпуса, и разрезную втулку, размещенную в осевом отверстии колпака, при этом в стенках корпуса выполнены пазы для сообщения с камерой обратного хода через впускные отверстия ствола, пазы для сообщения через перепускные отверстия ствола с камерой прямого хода для увеличения ее объема и пазы для сообщения с камерой обратного хода для увеличения ее объема, а промежуточное звено закреплено на торце корпуса и размещено в осевой рукоятке, при этом согласно изобретению она снабжена демпфирующей муфтой, установленной в осевом направлении между динамическим и инерционным звеньями, динамическое звено размещено в инерционном с образованием между ними кольцевого зазора, залитого эластомером, демпфирующее звено расположено за инерционным и выполнено из ударопрочного и термостойкого эластомера в виде продолжения корпуса, радиальная рукоятка установлена сверху корпуса, промежуточное звено имеет цилиндрическую поверхность, на которой выполнен буртик, осевая рукоятка имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность, на которой выполнен встречный буртик, диаметр которого соответствует диаметру буртика промежуточного звена, последнее размещено во внутренней цилиндрической поверхности осевой рукоятки с образованием между ними квазизамкнутой демпфирующей камеры, на наружной торцевой стороне промежуточного звена соосно ему выполнен цилиндрический хвостовик, в котором размещен плунжер пускового механизма, на дне осевой рукоятки выполнен цилиндрический стакан для взаимодействия с цилиндрическим хвостовиком, размеры которых соответствуют друг другу.

Кроме того, в частном случае выполнения пневматической машины ударного действия ее ствол содержит обратное динамическое звено, выполненное в виде втулки, которая с одной стороны имеет внутренний диаметр, соответствующий диаметру динамического звена, и размещенной в последнем с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а с другой стороны она выполнена с расточкой с образованием буртика, диаметр которой соответствует диаметру инерционного звена, при этом демпфирующая муфта установлена в упомянутую расточку втулки до упора в буртик последней, а с другой стороны поджата инерционным звеном, которое размещено в расточке втулки.

Благодаря тому, что все звенья ствола изолированы друг от друга как в осевом, так и радиальном направлениях упругим эластомером, а именно, в кольцевой зазор между динамическим звеном и инерционным звеном залит эластомер и в осевом направлении между ними установлена демпфирующая муфта, выполненная также из эластомера, а демпфирующим звеном является продолжение эластомерного корпуса, между звеньями отсутствует жесткая кинематическая связь, что обеспечивает ослабление вибрационных колебаний во всех направлениях, при этом динамическое звено получает как обратные удары со стороны рабочего инструмента, так и прямые холостые удары со стороны ударника и передает их в массу упругого эластомера, окружающую его, а само, имея небольшую инерционную массу, меньше подвергается расклепке и разрушению, инерционное звено, помещенное в упругий эластомер, находится всегда в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения согласно первому закону Ньютона, и всегда колеблется в противофазе динамическому звену, при этом не испытывает разрушающих ударных нагрузок и, играя роль направляющей для ударника гильзы, выполнена из тонкостенной трубы, что уменьшает вес машины и является технологичным в производстве, демпфирующее звено как продолжение корпуса не имеет металлической втулки и ослабляет вибрационное колебание за счет большего объема эластомера, обеспечивает снижение веса машины и технологичность в изготовлении.

Благодаря тому что между динамическим и инерционным звеньями ствола установлена демпфирующая муфта, динамическое звено не получает жестких прямых ударов холостого хода, этим обеспечивается его долговечность, и корпус, в котором оно залито, не разрушается на разрыв, а муфта, являясь поглотителем энергии холостого удара, при контакте с ударником расклинивается в сторону внутренней цилиндрической поверхности энерционного звена и подпирается массой эластомера, залитого в кольцевой зазор между звеньями.

Благодаря тому что дополнительная радиальная рукоятка установлена поверх эластичного корпуса, она имеет возможность колебаться совместно с ним вдоль оси машины, а благодаря тому что она выполнена также из упругого эластомера, у нее имеется возможность изгибаться в ту или иную сторону, что в обоих случаях демпфирует вибрационные колебания на высоких частотах, при этом улучшается управляемость машиной, а продольная вибрация раскладывается на две рукоятки и на каждой из них становится ниже. Усилие нажатия на машину в целом и на осевую рукоятку в частности регламентируется зазором между буртиком рабочего инструмента и торцом динамического звена после их соударения и отскока. Этот зазор по нормативам ГОСТа не должен превышать двух миллиметров, отсюда и рекомендованное для ручных машин усилие нажатия на осевую рукоятку от 160 до 200 Н в зависимости от массы машины. Масса заявляемой машины менее 5 кг, отсюда и осевое усилие нажатия должно быть высоким, поэтому дополнительная радиальная рукоятка позволяет распределить осевое усилие на работающей машине на обе руки оператора и делает процесс работы более комфортным, а запуск при нажатии на осевую рукоятку более мягким и легким.

Благодаря тому, что на цилиндрической поверхности промежуточного звена выполнен буртик, а на внутренней цилиндрической поверхности осевой рукоятки, куда помещено промежуточное звено, выполнен встречный буртик соответствующего диаметра, и между ними образована квазизамкнутая демпфирующая кольцевая камера, сообщение которой с атмосферой обеспечивается зазором между сопрягающимися цилиндрическими поверхностями рукоятки и промежуточного звена, при возвратно-поступательном перемещении промежуточного звена относительно рукоятки в камере происходит соответственно то наполнение воздухом, то разряжение, чем и обеспечивается демпфирование между ними.

Благодаря тому что на наружной торцевой стороне промежуточного звена соосно выполнен цилиндрический хвостовик, в который помещен плунжер, а на донышке осевой рукоятки выполнен цилиндрический стакан для взаимодействия с хвостовиком и размеры их соответствуют, то при работе машины, когда рукоятка выжата максимально, они взаимодействуют друг с другом, а именно, хвостовик входит внутрь стакана, образуя там воздушную подушку, препятствующую дальнейшему продвижению его, это дополнительно обеспечивает демпфирование, не происходит жесткого контакта между рукояткой и промежуточным звеном из-за подпитки этой воздушной подушки сжатым воздухом, поступающим из питающей камеры промежуточного звена в виде утечки по кольцевому зазору между плунжером и соответствующим отверстием в хвостовике, в котором он перемещается возвратно-поступательно. В добавок к этому эластичная рукоятка приобретает жесткость в отношении радиальных сил, действующих со стороны руки оператора, так как хвостовик промежуточного звена фиксируется в стакане рукоятки от радиальных перемещений, что вызывает эффект жесткой рукоятки и улучшает управляемость машиной.

Кроме того, в частном случае выполнения пневматической машины ударного действия благодаря тому что имеется обратное динамическое звено, выполненное в виде втулки, внутренний диаметр которой соответствует диаметру прямого динамического звена, куда оно и помещено с одной стороны с возможностью возвратно-поступательного перемещения, с другой стороны втулка расточена до диаметра, соответствующего диаметру инерционного звена, и в нее до упора в буртик установлена демпфирующая муфта и поджата помещенным в расточку инерционным звеном, прямое динамическое звено остается изнутри совершенно разгруженным, т.е. не имеет сопряженных с ним в осевом направлении никаких деталей и не принимает на себя прямые удары холостого хода ударника и, наоборот, обратное динамическое звено, где установлена демпфирующая муфта, воспринимает эти удары холостого хода ударника через демпфирующую муфту, которая удар трансформирует в толчок.

Таким образом, прямое динамическое звено принимает только реактивные удары, направленные внутрь корпуса, а обратное динамическое звено воспринимает демпфированные удары холостого хода в направлении изнутри корпуса, этим обеспечивается надежность конструкции корпуса, так как исключается отрыв эластомерного корпуса при ударах изнутри, а инерционное звено в этом случае укорачивается почти вдвое и не требует никакой предварительной мехобработки, что упрощает технологию производства.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая машина соответствует критерию изобретения «Новизна».

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в смежных областях техники не позволили авторам выявить технические решения, содержащие сходные признаки, а поэтому заявляемое решение соответствует критерию изобретения «Существенные отличия».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструктивная схема заявляемой машины ударного действия, на фиг.2 - частный случай выполнения пневматической машины ударного действия, на фиг.3 - фрагмент корпуса с установленным на нем промежуточным звеном, помещенным в рукоятку.

Пневматическая машина ударного действия содержит ствол с впускными 1, выпускными 2 и перепускными 3 отверстиями, состоящий из нескольких, но по меньшей мере трех звеньев, а именно, динамического 4, инерционного 5 и демпфирующего 6, телескопически установленных друг в друга вперекрышку, ударник 7, помещенный в ствол с возможностью возвратно-поступательного перемещения в нем и делящий его на камеры прямого 8 и обратного 9 ходов, корпус 10 из ударопрочного и термостойкого эластомера, в который залит ствол и в стенках которого выполнены глубокие пазы, одни из которых являются питающими каналами 11 и сообщаются через впускные отверстия 1 с камерой 9 обратного хода, другие 12 сообщаются с камерой прямого 8 хода через перепускные 3 отверстия ствола увеличивая ее литраж, а третьи сообщаются с камерой обратного 9 хода и увеличивают литраж этой камеры, закрепленное на торце корпуса 10 промежуточное звено 14, в котором размещено клапанное устройство 15, и выполнена питающая камера 16, куда помещены радиально-питающий штуцер 17 и соосно плунжер 18 пускового механизма, а также выполненные из эластомера осевую рукоятку 19, в которую помещено промежуточное звено 14, радиальную рукоятку 20, установленную поверх корпуса 10, цилиндрический кожух 21, размещенный между рукоятками вокруг корпуса 10 с образованием кольцевой камеры 22 между ними, колпак 23, закрепленный на наружном конце корпуса 10, и разрезную втулку 24, установленную в осевое отверстие колпака, кольцевой зазор 25 между динамическим 4 и инерционным 5 звеньями, залитый эластомером, демпфирующую муфту 26 установленную между ними, буртик 27, выполненный на цилиндрической поверхности промежуточного звена 14, и обратный буртик 28, выполненный на внутренней поверхности осевой рукоятки 19, а также квазизамкнутую кольцевую камеру 29, образованную буртиками, цилиндрический хвостовик 30, выполненный соосно на торцевой стороне промежуточного звена 14, и стакан 31, выполненный на донышке осевой рукоятки 19 для взаимодействия с хвостовиком.

Кроме того, в частном случае выполнения пневматической машины ударного действия дополнительно залито в корпус 10 обратное динамическое звено 32, выполненное в виде втулки.

Работает заявляемая пневматическая машина ударного действия следующим образом. Устанавливают машину рабочим инструментом на обрабатываемый объект, радиальной рукояткой прижимают ее в направлении объекта и другой рукой выжимают осевую рукоятку, запуская машину. Сжатый воздух через пусковой механизм, питающую камеру и клапанное устройство попеременно подается в зависимости от положения ударника то в камеру прямого хода, то в камеру обратного хода. Ударник соответственно этому совершает возвратно-поступательные колебания, и с одной стороны при соударении с торцом хвостовика рабочего инструмента выполняет полезную работу, а с другой - обеспечивает холостой ход. Увеличенный объем камер прямого и обратного ходов за счет соединенных с ними соответственно через перепускные и впускные отверстия ствола дополнительных пазов позволяет увеличить максимально амплитуду колебаний ударника, что важно для увеличения энергии удара, и уменьшить компрессионную подушку под ударником в камере обратного хода.

Основным преимуществом заявляемой машины по сравнению с прототипом является вибробезопасность, обеспеченная многоуровневым демпфированием виброколебаний и изменением их структуры, повышение надежности корпуса за счет рассредоточения мест приложения динамической нагрузки и улучшения эргономики и технологичности машины.

Это достигается тем, что все звенья ствола изолированы друг от друга как в осевом, так и в радиальном направлениях упругим эластомером, а именно, динамическое звено установлено в инерционное телескопически в перекрышку, образуя между собой кольцевой зазор, в который заливается эластомер, это обеспечивает демпфирование радиальных виброколебаний, в инерционное звено до упора в буртик помещена демпфирующая муфта и поджата внутренним концом динамического звена и объемом эластомера, залитого в кольцевом зазоре, это с одной стороны обеспечивает ослабление осевых виброколебаний, с другой - гасит энергию прямых ударов холостого хода по муфте и частично энергию обратных ударов рабочим инструментом по динамическому звену, следующее за инерционным демпфирующее звено выполнено как продолжение корпуса из того же материала, это обеспечивает дополнительный эластичный буфер в конструкции корпуса как для осевых, так и для радиальных виброколебаний, дополнительная радиальная рукоятка установлена поверх эластичного корпуса, что обеспечивает ей возможность колебаться возвратно-поступательно вдоль ствола вместе с корпусом, а эластичные свойства материала, из которого она изготовлена, позволяют ей изгибаться поперек оси и соответственно растягиваться и сжиматься вдоль своей оси. В этом случае еще раз происходит ослабление осевых и радиальных виброколебаний машины, причем осевые виброколебания раскладываются как на осевую, так и на радиальную рукоятки и на каждой из них становятся меньше, кроме этого, усилие прижатия машины к обрабатываемому объекту осуществляется частично также через эту рукоятку, что улучшает эргономику, на цилиндрической поверхности промежуточного звена выполнен буртик, а на внутренней цилиндрической поверхности рукоятки, где размещено промежуточное звено, выполнен встречный буртик соответствующего диаметра, и между ними образована квазизамкнутая кольцевая камера, сообщение которой с атмосферой обеспечивается через зазор между сопрягающимися цилиндрическими поверхностями рукоятки и промежуточного звена. При их взаимном возвратно-поступательном перемещении в камере происходит то наполнение воздухом, то разрежение, что и обеспечивает демпфирование рукоятки от промежуточного звена и корпуса, на наружной торцевой стороне промежуточного звена соосно выполнен цилиндрический хвостовик, в котором размещен плунжер, а на донышке осевой рукоятки выполнен цилиндрический стакан для взаимодействия с хвостовиком и размеры их соответствуют друг другу, а когда при нажатии на рукоятку происходит запуск машины, хвостовик входит внутрь стакана, в последнем образуется воздушная подушка, препятствующая жесткому контакту рукоятки и промежуточного звена, при этом подушка постоянно подпитывается сжатым воздухом, поступающим из питающей камеры промежуточного звена в виде утечки в кольцевом зазоре между плунжером и соответствующим отверстием в хвостовике, в котором он перемещается возвратно-поступательно. В добавление к этому эластичная рукоятка приобретает жесткость в отношении радиальных сил, действующих со стороны руки оператора, так как хвостовик промежуточного звена фиксируется от радиальных перемещений в стакане рукоятки, что вызывает ощущение жесткой рукоятки и улучшает управляемость машиной.

Кроме того, в частном случае исполнения пневматической машины ударного действия в корпусе размещено дополнительно обратное динамическое звено, выполненное в виде втулки, внутренний диаметр которой соответствует наружному диаметру прямого динамического звена, куда оно и помещено с одной стороны с возможностью возвратно-поступательного перемещения, с другой стороны втулка расточена до диаметра, соответствующего диаметру инерционного звена, и в нее до упора в буртик установлена демпфирующая муфта и поджата помещенным в расточку инерционным звеном, отсюда прямое динамическое звено остается изнутри совершенно разгруженным, то есть не имеет никаких деталей, сопряженных с ним в осевом направлении и не принимает на себя прямые удары холостого хода ударника и, наоборот, обратное динамическое звено, где установлена демпфирующая муфта, воспринимает эти удары холостого хода ударника через демпфирующую муфту, которая трансформирует удар в толчок. Таким образом, прямое динамическое звено принимает только реактивные удары рабочего инструмента, направленные внутрь корпуса, а обратное динамическое звено воспринимает демпфированные удары холостого хода в направлении изнутри корпуса, этим обеспечивается надежность конструкции корпуса, так как исключается разрыв эластомерного корпуса при ударах изнутри, а инерционное звено в этом случае становится короче и не требует никакой предварительной мехобработки, кроме как отрезать трубу, что уменьшает стоимость машины и упрощает технологию производства.

Источники информации

1. Патент США №4673042, НКИ 173-134, 29.05.89 г.

2. Патент РФ №2244827, Е21С 37/24, B25D 9/00, 02.06.03 г.

Изобретение относится к машинам ударного действия, а именно к пневматическим ручным молоткам. Пневматическая машина содержит ствол, состоящий из телескопически установленных по меньшей мере трех звеньев, динамического, инерционного и демпфирующего, залитый ударопрочным и термостойким эластомером, образующим корпус, осевую рукоятку, радиальную рукоятку и промежуточное звено. В стволе размещен ударник, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения. В стенках корпуса выполнены пазы. Промежуточное звено закреплено на торце корпуса и размещено в осевой рукоятке. В осевом направлении между динамическим и инерционным звеньями установлена демпфирующая муфта. Динамическое звено размещено в инерционном с образованием между ними кольцевого зазора, залитого эластомером. Демпфирующее звено расположено за инерционным и выполнено из ударопрочного и термостойкого эластомера в виде продолжения корпуса. Промежуточное звено имеет цилиндрическую поверхность, на которой выполнен буртик. Осевая рукоятка имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность, на которой выполнен встречный буртик. Промежуточное звено размещено во внутренней цилиндрической поверхности осевой рукоятки с образованием между ними квазизамкнутой демпфирующей камеры. На наружной торцевой стороне промежуточного звена соосно ему выполнен цилиндрический хвостовик, в котором размещен плунжер пускового механизма. На дне осевой рукоятки выполнен цилиндрический стакан для взаимодействия с цилиндрическим хвостовиком. В результате этого обеспечивается вибробезопасность и повышается надежность устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол, состоящий из телескопически установленных по меньшей мере трех звеньев, включающих динамическое, инерционное и демпфирующее звенья, выполненный с впускными, выпускными и перепускными отверстиями, и залитый ударопрочным и термостойким эластомером, образующим корпус, ударник, размещенный в стволе с возможностью возвратно-поступательного перемещения и разделяющий его на камеры прямого и обратного ходов, промежуточное звено, в котором размещено клапанное устройство и выполнена питающая камера, радиально-питающий штуцер, размещенный в питающей камере, пусковой механизм с плунжером, последний размещен в питающей камере и расположен соосно последней, выполненные из эластомера осевую рукоятку, радиальную рукоятку, цилиндрический кожух, установленный вокруг корпуса между упомянутыми рукоятками с образованием кольцевой камеры между ними, колпак с осевым отверстием, закрепленный на наружном конце корпуса, и разрезную втулку, размещенную в осевом отверстии колпака, при этом в стенках корпуса выполнены пазы для сообщения с камерой обратного хода через впускные отверстия ствола, пазы для сообщения через перепускные отверстия ствола с камерой прямого хода для увеличения ее объема и пазы для сообщения с камерой обратного хода для увеличения ее объема, а промежуточное звено закреплено на торце корпуса и размещено в осевой рукоятке, отличающаяся тем, что она снабжена демпфирующей муфтой, установленной в осевом направлении между динамическим и инерционным звеньями, динамическое звено размещено в инерционном с образованием между ними кольцевого зазора, залитого эластомером, демпфирующее звено расположено за инерционным и выполнено из ударопрочного и термостойкого эластомера в виде продолжения корпуса, радиальная рукоятка установлена сверху корпуса, промежуточное звено имеет цилиндрическую поверхность, на которой выполнен буртик, осевая рукоятка имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность, на которой выполнен встречный буртик, диаметр которого соответствует диаметру буртика промежуточного звена, последнее размещено во внутренней цилиндрической поверхности осевой рукоятки с образованием между ними квазизамкнутой демпфирующей камеры, на наружной торцевой стороне промежуточного звена соосно ему выполнен цилиндрический хвостовик, в котором размещен плунжер пускового механизма, на дне осевой рукоятки выполнен цилиндрический стакан для взаимодействия с цилиндрическим хвостовиком, размеры которых соответствуют друг другу.2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что ствол содержит обратное динамическое звено, выполненное в виде втулки, которая с одной стороны имеет внутренний диаметр, соответствующий диаметру динамического звена, и размещенной в последнем с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а с другой стороны она выполнена с расточкой с образованием буртика, диаметр которой соответствует диаметру инерционного звена, при этом демпфирующая муфта установлена в упомянутую расточку втулки до упора в упомянутый буртик, а с другой стороны поджата инерционным звеном, которое размещено в расточке втулки.