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 пропуска штоковой части ступенчатого ударника, образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера 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 со сквозными каналами перепуска воздуха в распределительную камеру, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса.

Недостатками 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 устройство пневматический ударный механизм (патент РФ №2655492, 2018 г. МПК Е21С 37/24, Е21В 4/14, Е21В 1/30, В25Д 9/14), 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 канал-пазом, постоянно находящимся в сквозном осевом отверстии 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 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 имеет недостаточный объем, что снижает возможность использования большего количества воздуха с целью повысить энергию единичного удара при сохранении величины перемещения ударника без увеличения габаритного размера по длине корпуса и площади 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; 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; сокращение времени холостого и рабочего хода ударника; повышение энергии и частоты ударов пневматического ударного механизма.

При варьировании углом конусности втулки можно существенно изменять объем аккумуляционной камеры и значения энергетических параметров пневматического ударного механизма, как по энергии единичного удара, так и по частоте ударов. Выполнение штоковой части ступенчатого ударника должно обеспечивать посадку с установленной в цилиндре корпуса втулкой с обеспечением ее соосности с поршневой частью стержня, что обеспечит ему расчетное время ресурса.

Поставленная задача решается тем, что пневматический ударный механизм, содержащий цилиндрический корпус с выпускными клапанами, 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 находящимся в сквозном осевом отверстии 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 рабочего хода кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника, закрепленный относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом для подачи воздуха, кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца с каналами перепуска, сообщающими постоянно ее с кольцевой 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 изобретению между цилиндрическим корпусом и втулкой образована кольцевая аккумуляционная камера, а в стенке втулки выполнены сквозные перепускные каналы с расчетными площадями сечений, постоянно сообщающими кольцевую аккумуляционную камеру и кольцевую распределительную камеру между собой.

Исполнение пневматического ударного 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, частично входящий в него стержень 6 своей поршневой частью 7 с буртиком 8 в камере 9 сетевого воздуха. Втулка 10 корпуса 1 выполнена в виде усеченного конуса со стороны внутренней боковой поверхности, обращенной в сторону кольцевого фланца 11 и так, что между боковой поверхностью усеченного конуса штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 и внутренней боковой поверхностью втулки 10 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 12, что обеспечивает плавный впуск сетевого воздуха в сквозной осевой канал 5 ступенчатого ударника 2. Осевое перемещение стержня 6 ограничивают кольцевой фланец 11 с опиранием на него крышки 13 и стопор 14 крышки 13. Стакан 15 закрепляет крышку 13 относительно кольцевого фланца 11 и фиксируется относительно корпуса 1. В кольцевом фланце 11 центральное отверстие выполнено так, что в любом положении стержня 6 его буртик 8 не перекрывает перепускные каналы 16 при перепуске сетевого воздуха из камеры 9 в кольцевую распределительную камеру 17. Винтовой канал-паз 12 на поршневой части 7 стержня 6 обеспечивает периодический впуск воздуха в камеру 18 холостого хода.

Кольцевая камера 19 пневматического буфера образована в цилиндрическом корпусе 1 со стороны поршневой части 4 ступенчатого ударника 2 и сообщается выпускным каналом 20 в цилиндрическом корпусе 1 с атмосферой. Камера 18 холостого хода периодически в зависимости от положения ступенчатого ударника 2 сообщается с атмосферой посредством выпускного канала 21 в цилиндрическом корпусе 1. Кольцевой фланец 11 и крышка 13 образуют камеру 9 сетевого воздуха, куда поступает сетевой воздух через канал 22 в стакане 15 и канал 23 в крышке 13 и далее в камеру 9 сетевого воздуха посредством перепускных каналов 16 в кольцевом фланце 11 в кольцевую распределительную камеру 17, являющуюся камерой рабочего хода. Рабочий инструмент 24 установлен хвостовиком 25 в камере 18 холостого хода и удерживается относительно корпуса 1, например, пружиной 26.

Аккумуляционная камера 27 сообщена постоянно с распределительной камерой 17 перепускными каналами 28 в стенке втулки 10. Осевой канал 5 в ударнике 2 снабжен в его поршневой части 4 боковыми каналами 29 с выходом в камеру 18 холостого хода.

Предложенное конструктивное решение расположения упомянутых камер со стороны рабочего хода в принципе состоит из камер: аккумуляционной 27, пневматического буфера 19 и распределительной 17, работающих последовательно и их динамика контролируется положением отсекающих кромок на штоковой и поршневой частях ступенчатого ударника 2, что упрощает учет начала и окончания работы каждой камер.

Разница усилий, действующих на стержень 6 зависит от разности давлений воздуха и площадей его поперечных сечений с обеих сторон, которые учитываются при конструктивном решении с целью обеспечения устойчивости положения стержня 6 относительно его установки в опорах на боковую площадь сквозного отверстия кольцевого фланца 11 и определяется расчетом последовательного перемещения ступенчатого ударника при его рабочем и холостом ходах.

Пневматический ударный механизм работает следующим образом. После включения пускового устройства (на чертеже не показано и может быть любым) воздух из сети поступает по каналу 22 в стакане 15 и каналу 23 крышки 13 в камеру 9 сетевого воздуха. Далее через перепускные каналы 16 в кольцевом фланце 11 в кольцевую распределительную камеру 17 и в кольцевую камеру 19 пневматического буфера. Из кольцевой распределительной камеры 17 воздух одновременно по каналам 28 перепуска в стенке втулки 10 в виде усеченного конуса поступает в аккумуляционную камеру 27 и при положении ступенчатого ударника 2, опертого на хвостовик 25 рабочего инструмента 24 по винтовому каналу 12 на поршневой части 7 стержня 6 в осевой канал 5 и по его боковым каналам 29 в камеру 18 холостого хода. Исполнение винтового канала-паза 12 с изменяющейся длиной позволяет снизить противодавление воздуха в камере 18 холостого хода за счет изменяющегося количества воздуха в начальный период впуска через меньшую длину винтового канала-паза 12, что снижает сопротивление движению, сохраняет предударную скорость ступенчатого ударника 2 к моменту удара по хвостовику 25 рабочего инструмента 24. В положении, показанном на фиг. 1, камера 18 холостого хода сообщена с атмосферой посредством выпускного канала 21. В начале движения ступенчатого ударника 2, когда винтовой канал-паз 12 на поршневой части 7 стержня 6 открыт, продолжается наполнение воздухом камеры 18 холостого хода, обеспечивая расчетную величину импульса холостого хода. Давление воздуха в камере 18 холостого хода плавно повышается и под действием импульса давления ее стороны ступенчатый ударник 2 начнет движение в сторону распределительной камеры 17, давление воздуха в которой будет ниже за счет перепуска его в аккумуляционную камеру 27 и воздуха, оставшегося в камере 19 пневматического буфера. Перемещаясь в сторону распределительной камеры 17, ступенчатый ударник 2 вытесняет часть воздуха через перепускные каналы 28 в стенке втулки 10 в аккумуляционную камеру 27, что позволяет ступенчатому ударнику 2 перемещаться в расчетную точку окончания холостого хода, исключая преждевременное торможение, перемещаясь в кольцевой распределительной камере 17.

При последующем движении ступенчатый ударник 2 открывает канал 21 в корпусе 1, перекрывает винтовой канал-паз 12 поршневой части 7 стержня 6, после чего давление воздуха в камере 18 холостого хода выравнивается до атмосферного. Перемещаясь ступенчатый ударник 2 перекроет выпускной канал 20, и в камерах 19 и 17, после разобщения их с атмосферой, начнется сжатие отсеченного в них воздуха до некоторой расчетной величины. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 17 увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый ударник 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 17, камеры 19 и камеры 18 холостого хода, ступенчатый ударник 2 затормаживается и остановится в расчетной точке. Сразу же после остановки ступенчатый ударник 2 под действием давления воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 17, кольцевой аккумуляционной камеры 27 и поступающего по перепускным каналам 28 в стенке втулки 10, а также воздуха, поступающего по каналам 16 в кольцевом фланце 11 из камеры 9 сетевого воздуха ступенчатый ударник 2 ускоренно перемещается в сторону хвостовика 25 рабочего инструмента 24, совершая рабочий ход. При этом ступенчатый ударник 2 откроет выпускной канал 20 и камера 19 пневматического буфера сообщается с атмосферой. Далее ступенчатый ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 21, откроет винтовой канал-паз 12 на поршневой части 7 стержня 6, вследствие чего в камере 18 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего в малом количестве из кольцевой распределительной камеры 17. Так как рабочая диаметральная площадь поршневой части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры 18 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 18 холостого хода, наносит удар по хвостовику 25 инструмента 24. Под действием импульса отскока и давления воздуха, поступающего из распределительной камеры 17 в камеру 18 холостого хода, ступенчатый ударник 2 начинает холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.

В положении пневматического ударного механизма и его ступенчатого ударника 2 с конической поверхностью штоковой части 3 от вертикального до горизонтального при значительной длине штоковой части ступенчатого ударника возможны их перекосы и заклинивание в конической поверхности втулки 10 цилиндрического корпуса 1. При равномерном размещении радиальных расчетных площадей каналов 28 перепуска создаются силы давления, действующие на боковую поверхность штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 обеспечивается устойчивое центрирование продольных осей ударника и цилиндра, что исключает заклинивание и равномерное распределение сил трения и следовательно износ внутренней поверхности ударника, что снижает силы сопротивления его движению и способствует увеличению энергии и частоты ударов пневматического ударного механизма.

Опуская дополнительные положительные качества: снижение массы втулки, габаритных размеров механизма, предложенное конструктивное решение с применением аккумуляционной камеры в рабочем процессе со стороны кольцевой распределительной камеры позволяет повысить энергию и частоту 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 аккумуляционная камера. В стенке втулки выполнены сквозные перепускные каналы с расчетными площадями сечений, постоянно сообщающие кольцевую аккумуляционную камеру и кольцевую распределительную камеру между собой. 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 находящейся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, 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, 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, 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 аккумуляционная камера, а в стенке втулки выполнены сквозные перепускные каналы с расчетными площадями сечений, постоянно сообщающие кольцевую аккумуляционную камеру и кольцевую распределительную камеру между собой.