Пневматический ударный механизм Российский патент 2024 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 №2655492, 2018 г., МПК Е21С 37/24, Е21В 4/14, Е21В 1/30, B25D 9/14), включающий цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью в виде усеченного конуса, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым каналом-пазом, постоянно находящимся в 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 является недостаточный объем распределительной камеры, что снижает возможность использования повышенного количества воздуха с задачей повышения энергии единичного удара и числа ударов при сохранении величины перемещения ударника без увеличения габаритных размеров по длине корпуса и поперечного сечения его рабочей площади.

Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является пневматический ударный механизм (патент РФ №2804877, 2023 г. МПК Е21В 1/30, Е21В 4/14, Е21С 37/24, B25D 9/14), содержащий цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой и поршневой частями, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым канал-пазом, постоянно находящейся в осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части 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 с каналами перепуска, сообщающими постоянно ее с кольцевой 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, между цилиндрическим корпусом и втулкой образована кольцевая аккумуляционная камера, а в стенке втулки выполнены сквозные перепускные каналы с расчетными площадями сечений с постоянно сообщающими кольцевую аккумуляционную камеру и кольцевую распределительную камеру между собой.

Прототипу свойственны недостатки: недостаточный объем камеры холостого хода, что обуславливает значительное противодавление воздуха и преждевременное торможение ударника, приводящее к снижению его скорости перед соударением с хвостовиком рабочего инструмента.

Задачей заявляемого изобретения является: 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.

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 и поршневой частями, установленной в центральном отверстии кольцевого фланца, стержень с поршневой частью с винтовым канал-пазом, постоянно находящемся в осевом канале ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части 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 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, 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, согласно изобретению цилиндрический корпус со стороны камеры холостого хода снабжен кольцевой накладкой с выточкой образующей между накладкой и цилиндрическим корпусом кольцевую аккумуляционную камеру, а в стенке цилиндрического корпуса выполнены радиальные перепускные каналы с расчетными поперечными площадями сечений постоянно сообщающими кольцевую аккумуляционную камеру и камеру холостого хода 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 буртика 8 и стопор 13 крышки 14 стакана 15. Стакан 16 закрепляет стакан 15 относительно кольцевого фланца 11 и фиксируется относительно корпуса 1. В кольцевом фланце 11 центральное отверстие 17 выполнено так, что в любом положении стержня 6 его буртик 8 не перекрывает перепускные каналы 18 при перепуске сетевого воздуха из камеры 9 сетевого воздуха в кольцевую распределительную камеру 19. Винтовой канал-паз 12 на поршневой части 7 стержня 6 обеспечивает периодический впуск воздуха в сквозной осевой канал 5 и боковой канал 20 ударника 2 в камеру 21 холостого хода.

Кольцевая камера 22 пневматического буфера образована в цилиндрическом корпусе 1 со стороны штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 и сообщается выпускным каналом 23 в цилиндрическом корпусе 1 с атмосферой. Камера 21 холостого хода периодически в зависимости от положения ступенчатого ударника 2 сообщается с атмосферой посредством выпускного канала 24 в цилиндрическом корпусе 1. Кольцевой фланец 11 и стакан 15 образуют камеру 9 сетевого воздуха, куда поступает сетевой воздух через канал 25 в стакане 16 и канал 26 в крышке 14 и далее в камеру 9 сетевого воздуха и посредством перепускных каналов 18 в кольцевом фланце 11 в кольцевую распределительную камеру 19.

Рабочий инструмент 27 установлен хвостовиком 28 в камере 21 холостого хода и удерживается относительно корпуса 1, например, пружиной 29.

Кольцевая аккумуляционная камера 30 образована между корпусом 1 и втулкой 10 и сообщена постоянно с кольцевой распределительной камерой 19 перепускными каналами 31 в стенке втулки 10.

Кольцевая аккумуляционная камера 32 образована со стороны камеры 21 холостого хода в виде кольцевой накладки 33 с выточкой, установленной уплотненно, а в стенке цилиндрического корпуса 1 выполнены радиальные перепускные каналы 34 и 35 с расчетными площадями поперечных сечений постоянно сообщающих кольцевую аккумуляционную камеру 32 и камеру 21 холостого хода между собой.

Предложенное конструктивное решение расположения упомянутых камер со стороны рабочего хода ударника 2 состоит из камер: кольцевой аккумуляционной камеры 30, кольцевой камеры 22 пневматического буфера и кольцевой распределительной камеры 19, 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 2 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 25 в стакане 16 и каналу 26 крышки 14 в камеру 9 сетевого воздуха. Далее через перепускные каналы 18 в кольцевом фланце 11 в кольцевую распределительную камеру 19 и в кольцевую камеру 22 пневматического буфера. Из кольцевой распределительной камеры 19 воздух одновременно по каналам 31 перепуска в стенке втулки 10 в виде усеченного конуса поступает в кольцевую аккумуляционную камеру 30 и при положении ступенчатого ударника 2, опертого на хвостовик 28 рабочего инструмента 27 по винтовому канал-пазу 12 на поршневой части 7 стержня 6 в сквозной осевой канал 5 и по его боковому каналу 20 в камеру 21 холостого хода. Кольцевая распределительная камера 19, кольцевая аккумуляционная камера 30 и кольцевая камера 22 пневматического буфера находятся посредством выпускного канала 23 под давлением воздуха близкому к атмосферному. При некотором давлении воздуха в кольцевой распределительной камере 19 и низком давлении воздуха в камере 21 холостого хода обуславливается перемещение ударника 2, а в его положении при закрытом выпускном канале 24 и открытом винтовом канале-пазе 12 на поршневой части 7 стержня 6 воздух интенсивно будет поступать в камеру 21 холостого хода и посредством перепускных каналов 34 и 35 в кольцевую аккумуляционную камеру 32. При воздействии давления воздуха со стороны камер 21 и 32 ударник 2 начнет интенсивное перемещение в сторону кольцевой распределительной камеры 19, давление воздуха в которой будет ниже за счет перепуска его в кольцевую аккумуляционную камеру 30 и воздуха, оставшегося в кольцевой камере 22 пневматического буфера. Перемещаясь в сторону кольцевой распределительной камеры 19, ступенчатый ударник 2 вытесняет часть воздуха через перепускные каналы 31 в стенке втулки 10 в кольцевую аккумуляционную камеру 30, что позволяет ступенчатому ударнику 2 перемещаться в расчетную точку окончания холостого хода, исключая преждевременное торможение, перемещаясь в кольцевой распределительной камере 19.

При последующем перемещении ступенчатый ударник 2 открывает выпускной канал 23 в корпусе 1, перекрывает винтовой канал-паз 12 поршневой части 7 стержня 6, после чего давление воздуха в камере 21 холостого хода и кольцевой аккумуляционной камере 32 выравнивается до атмосферного. Перемещаясь, ступенчатый ударник 2 перекроет выпускной канал 23, и в камерах 19 и 30, после разобщения их с атмосферой, начнется сжатие отсеченного в них воздуха до некоторой расчетной величины. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 19 увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый ударник 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 19, кольцевой камеры 22 пневматического буфера и кольцевой аккумуляционной камеры 30, 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 19, кольцевой аккумуляционной камеры 30 и поступающего по перепускным каналам 29 в стенке втулки 10, а также воздуха, поступающего по каналам 18 в кольцевом фланце 11 из камеры 9 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 23 и кольцевая камера 22 пневматического буфера сообщается с атмосферой. Далее ступенчатый ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 23, откроет винтовой канал-паз 12 на поршневой части 7 стержня 6, вследствие чего в камере 21 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего в малом количестве посредством канала-паза 12, осевого канала 5 и бокового канала 20, из кольцевой распределительной камеры 19. Так как рабочая диаметральная площадь поршневой части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры 21 холостого хода и кольцевой аккумуляционной камеры 32 больше средней (приведенной) диаметральной площади штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха ступенчатый ударник 2 преодолевает противодавление без преждевременного торможения со стороны камеры 21 холостого хода, наносит удар по хвостовику 28 рабочего инструмента 27. Под действием импульса отскока и давления воздуха, поступающего из кольцевой аккумуляционной камеры 32 и кольцевой распределительной камеры 19 в камеру 21 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 2 возможны их перекосы и заклинивание в конической поверхности втулки 10 цилиндрического корпуса 1. При равномерном размещении радиальных расчетных площадей каналов 31 перепуска создаются силы давления, действующие на боковую поверхность штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 обеспечивают устойчивое центрирование продольных осей ударника и цилиндра, что исключает заклинивание и равномерное распределение сил трения и следовательно износ внутренней поверхности сквозного осевого канала 5 ударника, что снижает силы сопротивления его движению и способствует увеличению энергии и частоты ударов пневматического ударного механизма.

Воздух, поступающий в камеру 21 холостого хода, не обуславливает резкого увеличения противодавления из-за малости ее объема, поскольку часть поступившего воздуха посредством радиальных перепускных каналов 34 и 35 в стенке цилиндрического корпуса 1 в кольцевую аккумуляционную камеру 32, позволяет уменьшить величину противодавления воздуха в камере 21 холостого хода, чем исключить преждевременное торможение ударника 2, сохранить его предударную скорость, чем обеспечить заданную энергию удара, передаваемую хвостовику 28 рабочего инструмента 27 и сократить время рабочего хода, чем обеспечить заданную частоту ударов. После соударения ударник 2 за счет энергии импульса отскока и импульса энергии поступающего воздуха из кольцевой аккумуляционной камеры 32 начнет перемещение в сторону кольцевой распределительной камеры 19, совершая холостой ход.

Опуская дополнительные положительные качества: снижение массы ступенчатого ударника и втулки, габаритных размеров механизма, предложенное конструктивное решение с применением кольцевой аккумуляционной камеры 30 и 32 в рабочем процессе со стороны кольцевой распределительной камеры 19 и камеры 21 холостого хода 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 и поршневой частями, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым каналом-пазом, постоянно находящимся в осевом канале ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части 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 с каналами перепуска, сообщающими постоянно ее с кольцевой 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. 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. Цилиндрический корпус со стороны камеры холостого хода снабжен кольцевой накладкой с выточкой, образующей между накладкой и цилиндрическим корпусом кольцевую аккумуляционную камеру. В стенке цилиндрического корпуса выполнены радиальные перепускные каналы с расчетными поперечными площадями сечений, постоянно сообщающие кольцевую аккумуляционную камеру и камеру холостого хода между собой. Обеспечивается снижение противодавления воздуха в кольцевой распределительной камере в конце холостого хода и повышение давления воздуха в ней во время рабочего хода ступенчатого ударника, а также понижение противодавления воздуха перед соударением ударника с хвостовиком рабочего инструмента в камере холостого хода и повышение давления воздуха в ней в начале холостого хода ударника сразу же после соударения, чем обеспечивается повышение энергии удара и частоты ударов пневматического механизма ударного действия. 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 и поршневой частями, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым каналом-пазом, постоянно находящимся в осевом канале ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части 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 с каналами перепуска, сообщающими постоянно ее с кольцевой 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, 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, отличающийся тем, что цилиндрический корпус со стороны камеры холостого хода снабжен кольцевой накладкой с выточкой, образующей между накладкой и цилиндрическим корпусом кольцевую аккумуляционную камеру, а в стенке цилиндрического корпуса выполнены радиальные перепускные каналы с расчетными поперечными площадями сечений, постоянно сообщающие кольцевую аккумуляционную камеру и камеру холостого хода между собой.