Пневматический ударный механизм Российский патент 2023 года по МПК E21B1/30 E21B4/14 E21C37/24 B25D9/14 

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

Известно устройство, пневматический ударный механизм (патент РФ №2555172, 2015 г. Е21В 1/30, Е21 37/22) включающий цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком. Ступенчатый ударник со штоковой частью, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым каналом-пазом постоянно находящимся в сквозном отверстии ступенчатого ударника. Кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для попуска штоковой части ступенчатого ударника, образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника. Закрепленной относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом для подвода воздуха, кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца со сквозными каналами перепуска воздуха в распределительную камеру, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса.

Недостатком этого устройства является: постоянное геометрическое сечение кольцевого канала между штоковой частью ступенчатого ударника и втулкой корпуса цилиндра обуславливает одинаковое количество воздуха, поступающего в кольцевую камеру рабочего хода в начале и конце впуска при холостом ходе ступенчатого ударника, чем создается значительное противодавление и торможение ступенчатого ударника, со снижением его скорости, а при рабочем ходе с увеличением объема кольцевой камеры рабочего хода, снижается давление воздуха в ней и его силовое воздействие на рабочую площадь, что приводит к снижению предударной скорости, а, следовательно, снижению энергии единичного удара и частоты ударов из-за увеличения времени рабочего цикла.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству выбранному в качестве прототипа является пневматический ударный механизм (патент РФ №2655492, 2018 г, МПК Е21С 37/24, Е21В 4/14, Е21В 1/30, B25D 9/14), включающий цилиндрический с выпускными каналами, кольцевой фланец с сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым канал-пазом, постоянно находящемся в сквозном осевом канале ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера (она же кольцевая камера рабочего хода) втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части. Образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника, закрепленный относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом для подвода воздуха из сети, кольцевую распределительную камеру во втулке и цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца с каналами сообщающими постоянно ее с распределительной камерой, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса, наружная боковая поверхность штоковой части ступенчатого ударника и внутренняя боковая поверхность втулки цилиндрического корпуса выполнены с взаимно соответствующими коническими поверхностями с минимально возможным зазором, исключающим взаимное заклинивание.

Недостатком прототипа является распределительная камера, которая имеет недостаточный объем, что снижает возможность использования повышенного количества воздуха с задачей повысить энергию единичного и число ударов при сохранении величины перемещения ударника без увеличения габаритных размеров по длине корпуса и поперечного сечения его рабочей площади.

Задачей заявляемого изобретения является: снижение противодавления воздуха в камере рабочего хода в конце холостого хода, что обеспечивает выход ударника в расчетное положение начала рабочего хода без преждевременного торможения ударника и снижение противодавления воздуха в камере холостого хода в конце рабочего хода, что снижает вероятность преждевременного торможения и снижения расчетной скорости ударника перед соударением с хвостовиком рабочего инструмента и, как следствие, обеспечивает сокращение времени холостого и рабочего хода ударника и приводит к повышению энергии и частоты ударов пневматического ударного механизма.

Поставленная задача решается тем, что пневматический ударный механизм, содержащий цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец с сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью установленной в центральном отвести кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым канал-пазом, постоянно находящемся в сквозном осевом канале ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части, образующую со стороны кольцевой камеры рабочего хода кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника, закрепленный относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом для подвода воздуха кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца с каналами перепуска, сообщающим постоянного ее с распределительной камерой, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса, причем наружная боковая поверхность штоковой части ступенчатого ударника и внутренняя боковая поверхность втулки цилиндрического корпуса выполнены в виде усеченных конусов с сопрягаемыми поверхностями с минимально возможным зазором, исключающим взаимное заклинивание, согласно изобретения между цилиндрическим корпусом и втулкой образована кольцевая камера наддува и постоянно сообщенная сквозными перепускными каналами в стенке втулки с кольцевой распределительной камерой и перепускными каналами в кольцевом фланце с камерой сетевого воздуха.

Исполнение пневмоударного механизма поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлен продольный разрез общего вида пневматического ударного механизма.

Устройство пневматического ударного механизма (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1 установленный в нем с возможностью перемещения, ступенчатый ударник 2 со штоковой частью 3 в виде усеченного конуса с основанием на поршневой части 4 ступенчатого ударника 2, имеющего сквозной осевой канал 5, с боковыми каналами 6 частично входящий в него стержень 7 своей поршневой частью 8 с буртиком 9 в камере 10 сетевого воздуха. Втулка 11 с перепускными каналами 12 в стенке выполнена в виде усеченного конуса со стороны внутренней боковой поверхности, обращенной в сторону кольцевого фланца 13 и так, что между боковой поверхностью усеченного конуса штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 и внутренней боковой поверхностью втулки 11 корпуса 1 образован минимальный зазор, исключающий их заклинивание в конце холостого и начале рабочего хода.

Поршневая часть 7 стержня 6 выполнена с винтовым канал-пазом 14, что обеспечивает плавный впуск сетевого воздуха в сквозной сетевой канал 5 с боковыми каналами 6 ступенчатого ударника 2. Осевое перемещение стержня 7 ограничивают кольцевой фланец 13 с опиранием на него крышки 15. Стакан 16 закрепляет крышку 15 относительно кольцевого фланца 13 и корпуса 1. В кольцевом фланце 13 центральное отверстие выполнено так, что в любом положении стержня 7 его буртик 9 не перекрывает перепускные каналы 17 при перепуске воздуха из камеры 10 сетевого воздуха в кольцевую распределительную камеру 18. Винтовой канал-паз 14 на поршневой части 8 стержня 7 обеспечивает периодический впуск воздуха в камеру 19 холостого хода.

Кольцевая камера 20 пневматического буфера образована в цилиндрическом корпусе 1 со стороны поршневой части 4 ступенчатого ударника 2 и сообщается выпускным каналом 21 в цилиндрическом корпусе 1 с атмосферой. Камера 19 холостого хода периодически в зависимости от положения ступенчатого ударника 2 сообщается с атмосферой посредством выпускного канала 22 в цилиндрическом корпусе 1. Кольцевой фланец 13 и крышка 15 образуют камеру 10 сетевого воздуха, куда поступает сетевой воздух через канал 23 в стакане 16, и канал 24 в крышке 15, и далее в камеру 10 сетевого воздуха посредством перепускных каналов 17 в кольцевом фланце 13 в кольцевую распределительную камеру 18, и каналов 25 в камеру 26 наддува.

Рабочий инструмент 27 установлен хвостовиком 28 в камере 19 холостого хода и удерживается относительно корпуса 1, например пружиной 29.

Предложенное конструктивное решение расположения упомянутых камер со стороны рабочего хода в принципе состоит из кольцевой камеры 20 пневматического буфера и кольцевой распределительной камеры 18 работающих последовательно, а их динамика контролируется положением отсекающих кромок на штоковой 3 и поршневой 4 частях ступенчатого ударника 2, что упрощает учет начала и окончания работы каждой из камер.

Кольцевая камера наддува 26 в течение холостого хода, в зависимости от положения ступенчатого ударника 2 частично выполняет функции камеры пневматического буфера поскольку давление воздуха в кольцевой распределительной камере возрастает, а в течение рабочего хода частично выполняет функции камеры форсажа взаимодействующих с кольцевой распределительной камерой 18 и в течение времени рабочего цикла участвует в рабочем процессе пневматического механизма ударного действия со стороны кольцевой распределительной камеры 18.

Пневматический ударный механизм работает следующим образом.

После включения пускового устройства (на чертеже не показано и может быть любым) воздух из сети поступает по каналу 23, в стакане 16 и каналу 24 крышки 16 в камеру 10 сетевого воздуха, далее через перепускные каналы 17 в кольцевом фланце 13 в кольцевую распределительную камеру 18.

При положении ступенчатого ударника 2 опертого на хвостовик 28 рабочего инструмента 27 по винтовому каналу-пазу 14 на поршневой части 8 стержня 7 в осевой канал 5 и по его боковым каналам 6 в камеру 19 холостого хода. Исполнение винтового канал-паза 14 с изменяющейся длиной позволяет снизить противодавление воздуха в камере 19 холостого хода за счет мало изменяющегося количества воздуха в начальный период впуска через меньшую длину винтового канал-паза 14, что снижает сопротивление движению, сохраняет предударную скорость ступенчатого ударника 2 к моменту удара по хвостовику 28 рабочего инструмента 27. В положении представленном на фиг. 1 камера 18 сообщена с атмосферой посредством выпускного канала 21. В начале движения ступенчатого ударника 2, когда винтовой канал-паз 14 на поршневой части 8 стержня 7 открыт, продолжается наполнение воздухом камеры 19 холостого хода обеспечивая расчетную величину импульса холостого хода. Давление воздуха в камере 19 холостого хода плавно повышается и под действием импульса давления с ее стороны ступенчатый ударник 2 начнет движение в сторону кольцевой распределительной камеры 18. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 18 и кольцевой камере 20 пневматического буфера начнет возрастать за счет поступления воздуха через перепускной канал 17 в кольцевом фланце 13 из камеры 10 сетевого воздуха при одновременном его перепуске по перепускному каналу 17 в кольцевую камеру 26 наддува и выпуск воздуха из нее по перепускным каналам 12 в распределительную камеру 18 будет снижаться из-за повышения давления воздуха в ней, чем объясняется переход кольцевой камеры 26 наддува частично в режим работы камеры пневматического буфера. Таким образом, давление воздуха в кольцевой распределительной камере 18 будет повышаться за счет дополнительного впуска части воздуха из камеры 10 сетевого воздуха и кольцевой камеры 26 наддува с последующим понижением впуска воздуха по мере выхода ступенчатого ударника 2 в расчетную точку окончания холостого хода, исключая преждевременное торможение перемещаясь в кольцевой распределительной камере 18. При последующем перемещение ступенчатый ударник 2 открывает канал 22 выпуска в корпусе 1, перекроет винтовой канал-паз 14 поршневой части 8 стержня 7, после чего давление воздуха в камере 19 холостого хода выравнивается до атмосферного. Перемещаясь, ступенчатый ударник 2 перекроет выпускной канал 21 и в камерах 18 и 20, после разобщения их с атмосферой начнется сжатие отсеченного в них воздуха до некоторой расчетной величины.

При последующем движении ступенчатый ударник 2 открывает канал 22 в корпусе 1, перекрывает винтовой канал-паз 14 поршневой части 8 стержня 7, после чего давление воздуха в камере 19 холостого хода выравнивается до атмосферного. Перемещаясь, ступенчатый ударник 2 перекроет выпускной канал 21 в камерах 18 и 20, после разобщения их с атмосферой, начнется сжатие отсеченного в них воздуха до некоторой расчетной величины. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 18 увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый ударник 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 18, камеры 20 и камеры 19 холостого хода, ступенчатый ударник 2 затормаживается и остановиться в расчетной точке. Сразу после остановки ступенчатый ударник 2 под действием, давления воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 18 и кольцевой камеры 26 наддува, а также воздуха поступающего по каналам 17 в кольцевом фланце 13 из камеры 10 сетевого воздуха ступенчатый ударник 2 ускоренно перемещается в сторону хвостовика 28 рабочего инструмента 27 совершая рабочий ход. При этом ступенчатый ударник 2 откроет выпускной канал 21 и камера 20 пневматического буфера сообщается с атмосферой. Далее ступенчатый ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 22 откроет винтовой канал-паз 14 на поршневой части 8 стержня 7, вследствие него в камере 19 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха поступающего из кольцевой распределительной камеры 18. Так как рабочая диаметральная площадь поршневой части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры 19 холостого хода больше средней (приведенной) диаметральной площади штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха ступенчатый ударник 2 преодолевает противодавление со стороны камеры 19 холостого хода наносит удар по хвостовику 28 инструмента 27. Под действием импульса отскока и давления воздуха поступающего из кольцевой распределительной камеры 18 в камеру 19 холостого хода ступенчатый ударник 2 начинает перемещаться совершая холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.

В положении пневматического ударного механизма со ступенчатым ударником с конической поверхностью штоковой части от вертикального до горизонтального при значительной длине штоковой части ступенчатого ударника возможны перекосы и заклинивание со стороны внутренней поверхности втулки цилиндрического корпуса. При равномерном размещении площадей перепускных каналов создаются силы давления воздуха действующего на боковую поверхность штоковой части ступенчатого ударника и цилиндрического корпуса создается устойчивое центрирование их продольных осей, что обеспечивает равномерное распределение сил трения и следовательно равномерный износ ступенчатого ударника и поршневой части стержня, снижению сил сопротивления их перемещению и обеспечивает увеличение энергии и частоты ударов пневматического ударного механизма.

Использование изобретения позволяет обеспечить снижение противодавления воздуха в камере холостого хода в конце рабочего хода и повышение энергии и частоты ударов пневматического ударного механизма.

Изобретение относится к строительству и горной промышленности, в частности к пневматическим устройствам ударного действия. Пневматический ударный механизм содержит цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым каналом-пазом, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца с каналами перепуска, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента. Внутри втулки цилиндрического корпуса расположена распределительная камера. Каналы перепуска постоянно сообщают камеру сетевого воздуха с распределительной камерой. Относительно цилиндрического корпуса закреплен стакан с каналом для подвода воздуха. Наружная боковая поверхность штоковой части ступенчатого ударника и внутренняя боковая поверхность втулки цилиндрического корпуса выполнены в виде усеченных конусов с сопрягаемыми поверхностями с минимально возможным зазором, исключающим взаимное заклинивание. Между цилиндрическим корпусом и втулкой образована кольцевая камера наддува. Кольцевая камера наддува постоянно сообщена сквозными перепускными каналами в стенке втулки с кольцевой распределительной камерой и перепускными каналами в кольцевом фланце с камерой сетевого воздуха. Обеспечивается снижение противодавления воздуха в камере рабочего хода в конце холостого хода, снижение противодавления воздуха в камере холостого хода в конце рабочего хода, сокращение времени холостого и рабочего хода ударника, а также повышение энергии и частоты ударов пневматического ударного механизма. 1 ил.

Пневматический ударный механизм, содержащий цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым каналом-пазом, постоянно находящимся в сквозном осевом канале ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части, образующую со стороны кольцевой камеры рабочего хода кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника, закрепленный относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом для подвода воздуха, кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца с каналами перепуска, сообщающими постоянно ее с распределительной камерой, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса, причем наружная боковая поверхность штоковой части ступенчатого ударника и внутренняя боковая поверхность втулки цилиндрического корпуса выполнены в виде усеченных конусов с сопрягаемыми поверхностями с минимально возможным зазором, исключающим взаимное заклинивание, отличающийся тем, что между цилиндрическим корпусом и втулкой образована кольцевая камера наддува, постоянно сообщенная сквозными перепускными каналами в стенке втулки с кольцевой распределительной камерой и перепускными каналами в кольцевом фланце с камерой сетевого воздуха.