Пневматический молот
PNEUMATIC HAMMER

Изобретение относится к области строительства и может быть применено в качестве пневматического молота для разрушения карьерных негабаритов, мерзлого грунта, бетонных фундаментов, дорожного покрытия и тому подобных материалов и конструкций, а также может быть использовано в горной промышленности и других областях.
Известно устройство пневмоударного механизма дроссельно-клапанного типа (см. журнал «Известия вузов. Строительство» 2014, №8, стр. 47 и 49, содержащий цилиндрический корпус, размешенный в нем ударник со сквозным осевым отверстием, разделяющий полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, фланец с центральным отверстием и установленной в нем стержнем-трубкой, пропущенным через отверстие в стакане и закрепленным относительно него, во фланце выполнен дроссельный канал впуска сжатого воздуха из торцевой предкамеры, образованный между стаканом и кольцевым фланцем, и снабженным в стакане каналом подвода воздуха из сети, со стороны камеры холостого хода выполнена выточка, отсекающая кромка которой взаимодействует с перепускным каналом-лыской или каналом-пазом, выполненным на боковой поверхности ударника с выходом на его торце со стороны камеры рабочего хода и сообщает камеры холостого и рабочего ходов в положении ударника опертого на хвостовик рабочего инструмента. Канал в стержне-трубке снабжен радиальным каналом выпуска с выходом его в продольный осевой канал и атмосферу. Радиальный канал выпуска сообщает камеры холостого хода, при вскрытии его торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, с продольным осевым каналом, в стержне-трубке и атмосферой.
Недостатком описанной конструкции является:
- камеры рабочего и холостых ходов наполняются резко, чем создаются условия возрастания противодавления воздуха в них, что обуславливает, при рабочем ходе, резкое торможение ударника, снижение предударной скорости и потере ударником кинетической энергии удара перед соударением с хвостовиком;
- при холостом ходе возрастает противодавление воздуха на торец ударника, что приводит к потере импульса сил давления со стороны холостого хода и как следствие преждевременному торможению, уменьшению перемещения ударника в сторону фланца, уменьшению участка разгони при рабочем ходе, и уменьшению кинетической энергии ударника при соударении с хвостовиком рабочего инструмента.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству, выбранного в качестве прототипа, является устройство пневматический молот (патент РФ №2600581, 2016 г., Е21С 37/24, B25D 9/04), содержащее пневмоударный механизм дроссельно-клапанного типа, включающий рабочий инструмент с хвостовиком, цилиндрический корпус, стакан с каналом подвода воздуха из сети, закрепленный разъемно относительно цилиндрического корпуса, кольцевой фланец с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в цилиндрическом корпусе ударник со сквозным осевым отверстием и перепускным глухим каналом на боковой поверхности и разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого хода, установленную в центральном отверстии кольцевого фланца стержень-трубку, пропущенную через центральное отверстие в стакане и закрепленную относительно его, выточку в камере холостого хода, взаимодействующую с перепускным каналом в виде канала-лыски либо, канала-паза на боковой поверхности ударника, радиальный канал выпуска в стержне-трубке с его продолжением в виде продольного канала с выходом в атмосферу и открываемый торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, дополнительную кольцевую предкамеру, образованную между стаканом и цилиндрическим корпусом, канал перепуска в боковой стенке фланца, постоянно сообщающим торцевую предкамеру с дополнительной кольцевой предкамерой, кольцевую камеру и кольцевую аккумуляционную камеру в виде кольцевых выточек, разделенных кольцевым буртиком, сквозные перепускные каналы в стенках выточек, постоянно сообщающие кольцевую камеру торможения и кольцевую аккумуляционную камеру с дополнительной кольцевой предкамерой, переднюю и заднюю перепускные камеры в виде выточек, разделенных кольцевым перешейком со стороны камеры холостого хода, расположенной со стороны хвостовика рабочего инструмента и так, что при взаимодействии выточек с глухим каналом перепуска на боковой поверхности ударника кольцевая камера торможения сообщается с кольцевой аккумуляционной камерой, а в положении ударника, опертого на хвостовик рабочего инструмента, передняя и задняя кольцевые перепускные камеры сообщаются с кольцевой аккумуляционной камерой и кольцевой камерой торможения.
Недостатками этого устройства являются несвоевременная и недостаточная подача воздуха в камеру холостого хода со стороны камер рабочего хода, который в связи с расширением перед окончанием рабочего хода, обладает энергетическими параметрами более низкими в сравнении с воздухом, поступающим из сети в торцевую предкамеру, что обуславливает снижение КПД использования внутренней энергии воздуха в рабочем процессе, снижает значения энергетических параметров и экономичность пневматического молота: энергию единичного удара и частоту ударов.
Задачей заявленного изобретения является увеличение ударного импульса сил давления воздуха в период разгона ударника в начале холостого хода ударника, путем подачи воздуха и большей внутренней энергией из торцевой предкамеры в камеру холостого хода.
Поставленная задача решается тем, что пневматический молот, содержащий рабочий инструмент с хвостовиком, цилиндрический корпус, стакан с каналом подвода воздуха из сети, закрепленный разъемно относительно цилиндрического корпуса, кольцевой фланец с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в цилиндрическом корпусе ударник со сквозным осевым отверстием и перепускным глухим каналом на боковой поверхности и разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого хода, установленную в центральном отверстии кольцевого фланца стержень-трубку, пропущенную через центральное отверстие в стакане и закрепленную относительно его, выточку в камере холостого хода, взаимодействующую с перепускным каналом в виде канала-лыски либо, канала - паза на боковой поверхности ударника, радиальный канал выпуска в стержне-трубке с его продолжением в виде продольного канала с выходом в атмосферу и открываемый торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, дополнительную кольцевую предкамеру, образованную между стаканом и цилиндрическим корпусом, каналом перепуска в боковой стенке кольцевого фланца, постоянно сообщающим торцевую предкамеру с дополнительной кольцевой предкамерой, кольцевую камеру и кольцевую аккумуляционную камеру в виде кольцевых выточек, разделенных кольцевым буртиком, сквозные перепускные каналы в стенках выточек, постоянно сообщающие кольцевую камеру торможения и кольцевую аккумуляционную камеру с дополнительной кольцевой предкамерой, переднюю и заднюю перепускные камеры в виде выточек, разделенных кольцевым перешейком со стороны камеры холостого хода, расположенной со стороны хвостовика рабочего инструмента и так, что при взаимодействии выточек с глухим каналом перепуска на боковой поверхности ударника кольцевая камера торможения сообщается с кольцевой аккумуляционной камеры, а в положении ударника, опертого на хвостовик рабочего инструмента, передняя и задняя кольцевые перепускные камеры сообщаются с кольцевой аккумуляционной камерой и кольцевой камерой торможения, согласно изобретению стержень-трубка снабжен со стороны торцевой предкамеры радиальным дроссельным каналом выпуска воздуха с его продолжением в виде продольного канала с выходом в камеру холостого хода.
Снабжение стержня-трубки дроссельным каналом выпуска воздуха из торцевой предкамеры в камеру холостого хода позволяет постоянно выпускать дополнительно определенное количество воздуха с повышенной внутренней энергией, независимо от положения ударника. Это позволяет в период начала холостого хода до начала выпуска отработавшего воздуха из камеры холостого хода, организовать достаточный по значению импульс холостого хода, что обуславливает большую скорость перемещения ударника, сокращение времени холостого хода и повышение частоты ударов. Снабжение стержня-трубки дроссельным каналом выпуска воздуха из торцевой предкамеры в камеру холостого хода позволяет сократить расход воздуха кольцевыми камерами рабочего хода, поскольку открывается возможность уменьшить количество выпускаемого воздуха в камеры рабочего хода и его перепуском в камеру холостого хода, что компенсируется количеством воздуха поступающего в камеру холостого хода по дроссельному радиальному каналу и его продольному продолжению из торцевой предкамеры. Это позволяет понизить противодавление воздуха со стороны кольцевых камер рабочего хода во время рабочего и холостого ходов, сохранить скорость перемещения ударника, чем уменьшить время как холостого, так и рабочего ходов, что обеспечит увеличение частоты ударов.
Поскольку количество перепускаемого воздуха из камер рабочего хода в камеру холостого хода снижается, то давление воздуха, а следовательно, его импульс со стороны камер рабочего хода будет более высоким, а за счет расширения воздуха импульс будет снижаться незначительно и в период перепуска воздуха в камеру холостого хода, что обеспечит более высокое значение энергии единичного удара.
На чертеже представлен общий вид пневматического молота в продольном разрезе.
Пневматический молот, содержит цилиндрический корпус 1 с цилиндрической полостью 2, ударник 3, разделяющий полость 2 на камеру 4 рабочего хода и камеру 5 холостого хода, рабочий инструмент 6 с хвостовиком 7 со стороны камеры 5 холостого хода, закрепленный относительно корпуса 1 стакан 8 с осевым сквозным отверстием 9 и каналом 10 подвода сетевого воздуха, уплотненно установленный на торце 11 корпуса 1, кольцевой фланец 12 с боковой стенкой 13 и центральным сквозным отверстием 15 и дроссельным каналом 16 выпуска сетевого воздуха из торцевой предкамеры 17, образованную между кольцевым фланцем 12 и стаканом 8. Ударник 3 выполнен с осевым сквозным каналом 18 и глухим каналом 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3 без выхода на торцы ударника 3. Глухие каналы 19 перепуска на боковой поверхности могут быть выполнены в виде пазов прямых вдоль образующей ударника, либо пазов наклонных, либо лысок, либо винтового паза однозаходного, либо винтового паза многозаходного. В осевом сквозном канале 18 установлен стержень-трубка 20 с выпускным радиальным каналом 21 и его продолжением в виде продольного выпускного канала 22 с выходом в атмосферу. Стержень-трубка 20 установлен уплотненно в осевом сквозном канале 9 стакана 8 и пропущен в сквозном отверстии 15 кольцевого фланца 12 и в осевом сквозном канале 18 ударника 3 с возможностью его перемещения относительно стержня-трубки 20. Между стаканом 8 и корпусом 1 образована дополнительная кольцевая предкамера 23 постоянно сообщенная с торцевой предкамерой 17 радиальным каналом 14 впуска в боковой стенке 13 кольцевого фланца 12. В камере 4 рабочего хода со стороны кольцевого фланца 12 выполнена кольцевая камера 24 торможения в выточке 25 с перепускным каналом 26 и кольцевая аккумуляционная камера 27, образованная выточкой 28 с радиальным перепускным каналом 29 в стенке корпуса 1, разделенные внутренним кольцевым буртиком 30 и так, что суммарная длина выточек 25, 28 и буртика 30 не превышает длину глухого канала 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3. В камере 5 холостого хода со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6 выполнены кольцевая передняя перепускная камера 31 в выточке 32 и кольцевая задняя перепускная камера 33 в виде выточки 34 разделенных между собой внутренним кольцевым буртиком 35 так, что при положении ударника 3 опертом на хвостовик 7 рабочего инструмента 6, глухой канал 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3, кольцевая передняя перепускная камера 31 и камера 5 холостого хода сообщены с камерой 4 рабочего хода. Кольцевая аккумуляционная камера 27 периодически разобщается, в зависимости от положения ударника 3, с кольцевой камерой 24 торможения кольцевым буртиком 30 и кольцевой задней перепускной камерой 33 кольцевым буртиком 36. В стержне-трубке 20 со стороны торцевой предкамеры 17 выполнен радиальный дроссельный канал 37 впуска и его продолжение в виде продольного канала 38 постоянно сообщающие торцевую предкамеру 17 сетевого воздуха с камерой 5 холостого хода.
Пневматический молот работает следующим образом.
После включения устройства пуска, которое может быть любым из известных, сжатый воздух посредством пневматического рукава подается через канал 10 в торцевую предкамеру 17 образованную стаканом 8 и фланцем 12 с боковыми стенками 13. Из торцевой предкамеры 17 воздух поступает одновременно посредством радиального канала 14 в дополнительную кольцевую предкамеру 23 и посредством дроссельного канала 16 в камеру 4 рабочего хода и соединенные кольцевую камеру 24 торможения в выточке 25 и кольцевую аккумуляционную камеру 27 выполненную в выточке 28, а так же в кольцевую заднюю перепускную камеру 33 в выточке 34 и посредством глухого перепускного канала 19 на боковой поверхности ударника 3 в кольцевую переднюю перепускную камеру 31 в выточке 32 и собственно в камеру 5 холостого хода со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6. Одновременно воздух поступает из дополнительной кольцевой предкамеры 23 посредством радиального перепускного канала 26 в стенке корпуса 1 в кольцевую камеру 24 торможения в выточке 25 и посредством радиального перепускного канала 29 в кольцевую аккумуляционную камеру 27 в выточку 28, а так же в кольцевую заднюю перепускную камеру 33 в выточке 34 и далее посредством глухого перепускного канала 19 на боковой поверхности ударника 3 в кольцевую переднюю перепускную камеру 31 и камеру 5 холостого хода. За счет динамического напора двух потоков воздуха со стороны камеры 4 рабочего хода в объеме камеры 5 холостого хода давление воздуха увеличивается из-за образования более уплотненного объема воздуха. При этом получаемой величины давления воздуха из-за возможных утечек и перетечек между ударником 3 и стенками цилиндрического корпуса 1 может оказаться недостаточным для получения расчетной величины импульса холостого хода от давления воздуха даже при его суммировании с импульсом отскока ударника 3 от хвостовика 7 рабочего инструмента 6. Однако, при постоянном поступлении воздуха из торцевой предкамеры 17 посредством радиального дроссельного канала 37 и его продолжения в виде продольного канала 38 в камеру 5 холостого хода, возможные недостатки в получении расчетной величины импульса холостого хода исключаются. Преодолевая сопротивление от сил противодавления воздуха со стороны камеры 5 холостого хода, ударник 3 совершает удар по хвостовику 7 рабочего инструмента 6 и после соударения, получив импульс отскока, начинает свое движение в сторону камеры 4 рабочего хода, совершая холостой ход. При этом дополнительный впуск воздуха из торцевой предкамеры 17 в камеру 5 холостого хода, а затем последовательно в кольцевую переднюю перепускную камеру 31 и кольцевую заднюю перепускную камеру 33, вплоть до открытия торцом ударника 3 выпускного канала 21 в стержне-трубке 20, величина импульса холостого хода от давления воздуха будет поддерживаться на уровне расчетной величины. При этом со стороны камеры 4 рабочего хода давление воздуха будет уменьшаться из-за проточности и большего объема в сравнении с объемом камеры 5 холостого хода.
Таким образом, из-за разницы давлений со стороны камеры 4 рабочего хода и камеры 5 холостого хода, ударник 3 продолжает свое движение в сторону камеры 4 рабочего хода. Преодолевая противодавление воздуха со стороны кольцевой аккумуляционной камеры 27 и кольцевой камеры 24 торможения ударник 3 продолжает холостой ход. Далее перемещаясь в сторону камеры 4 рабочего хода, ударник 3 перекроет последовательно кольцевые буртики 35, 36 и 30 корпуса 1, откроет доступ воздуха в кольцевую заднюю перепускную камеру 33 и кольцевую переднюю перепускную камеру 31 со стороны камеры 5 холостого хода в результате чего камера 5 холостого хода дополнительно подзарядится воздухом и ударник 3 получит добавочный импульс давления и продолжит перемещение в сторону камеры 4 рабочего хода. Продолжая движение, ударник 3 откроет буртик 36 корпуса 1, а затем откроет буртик 30, в результате чего кольцевая камера 24 торможения сообщится с аккумуляционной камерой 27, что понизит давление воздуха в кольцевой камере 24 торможения и снизит противодавление воздуха на ударник 3, который к этому моменту откроет своим торцом выпускной радиальный канал 21 в стержне-трубке 20 и посредством продольного выпускного канала 22 сообщится с атмосферой, в результате чего давление воздуха в камере 5 холостого хода будет понижаться до атмосферного. Перемещаясь по инерции, ударник 3 будет затормаживаться и остановится в расчетном положении без открытия буртиком 36 корпуса 1 и сообщения аккумуляционной камеры 27 с кольцевой задней перепускной камерой 33. Таким образом, кольцевая аккумуляционная камера 27 и кольцевая камера 24 торможения не сообщаются посредством выпускного радиального канала 21 и продольного выпускного канала 22 в стержне-трубке 20 с атмосферой. Сразу же после остановки под действием сил давления воздуха со стороны камеры 4 рабочего хода и кольцевой камеры 24 торможения ударник 3 начнет движение в сторону хвостовика 7 рабочего инструмента 6, совершая холостой ход. При отсутствии противодавления воздуха со стороны кольцевой задней перепускной камеры 33, кольцевой передней перепускной камеры 31 и камеры 5 холостого хода и при поступлении воздуха из торцевой предкамеры 17 посредством дроссельного канала 16 и воздуха из дополнительной кольцевой предкамеры 23 через радиальный перепускной канал 26 в кольцевую камеру 24 торможения и воздуха из кольцевой аккумуляционной камеры 27, поступающего через радиальный перепускной канал 29. Дополнительно возможны перетечки воздуха, натекаемого посредством радиального дроссельного канала 37 и его продолжения в виде продольного канала 38 в зависимости от положения ударника 3, из торцевой предкамеры 17 в камеру 5 холостого хода и посредством глухого перепускного канала 19 на боковой поверхности ударника 3 воздух обтекая кольцевой буртик 35 наполняет кольцевую камеру 24 торможения под действием сил давления со стороны кольцевой камеры 24, ударник 3 будет перемещаться ускоренно в сторону камеры 5 холостого хода и после перекрытия кольцевого буртика 35 до начала открытия кольцевого буртика 36 и сообщения кольцевой аккумуляционной камеры 26 с кольцевой задней перепускной камерой 33. Перемещаясь далее, ударник 3 перекроет выпускной радиальный канал 21 и сообщение с атмосферой кольцевой задней перепускной камеры 33 кольцевой передней перепускной камеры 31 и собственно камеры 5 холостого хода посредством выпускного радиального канала 21 и продольного выпускного канала 22 в стержне-трубке 20, прекратится. С этого момента воздух из кольцевой аккумуляционной камеры 27 начнет перетекать в кольцевую заднюю перепускную камеру 33, кольцевую переднюю перепускную камеру 31 в камеру 5 холостого хода и создавать противодавление и затормаживающее воздействие на ударник 3, которое будет преодолеваться силами давления воздуха на торец ударника 3 со стороны кольцевой аккумуляционной камеры 27 и кольцевой камеры 24 торможения. При одновременном поступлении воздуха через дроссельный канал 16 в кольцевом фланце 12 из торцевой предкамеры 17 и посредством радиальных перепускных каналов 26 и 29 воздуха из кольцевой дополнительной предкамеры 23. После перекрытия ударником 3 кольцевых буртиков 35 и 36 поступление воздуха в кольцевую заднюю перепускную камеру 33 и кольцевую переднюю перепускную камеру 31 и камеру 5 холостого хода прекратится, что позволит уменьшить силы противодавления и торможение ударника 3 и сохранить скорость его движения к хвостовику 7 рабочего инструмента 6. При последующем движении ударник 3 откроет кольцевой буртик 35 и часть воздуха перетечет из кольцевой задней перепускной камеры 33, посредством глухого перепускного канала 19 на боковой поверхности ударника 3, в кольцевую переднюю перепускную камеру 31 и камеру 5 холостого хода, чем повысится количество и давление воздуха со стороны камеры 5 холостого хода. Перемещаясь к хвостовику 7 рабочего инструмента 6, ударник 3 торцом со стороны кольцевой аккумуляционной камеры 27 откроет доступ сжатого воздуха из кольцевой аккумуляционной камеры 27 и кольцевой камеры 24 торможения в кольцевую заднюю перепускную камеру 33, что повысит количество и давление воздуха со стороны кольцевой передней перепускной камеры 31 и камеры 5 холостого хода. Преодолевая противодавление воздуха со стороны камеры 5 холостого хода ударник 3 под действием сил давления со стороны кольцевой аккумуляционной камеры 27 и кольцевой камеры 24 торможения наносит удар по хвостовику 7 рабочего инструмента 6. В результате соударения ударник 3 приобретает импульс отскока холостого хода и импульс давления воздуха со стороны камеры 5 холостого хода, что позволяет ему начать движение от хвостовика 7 в сторону камеры 4 рабочего хода. Далее рабочий цикл повторяется.
Особенностью рабочего цикла является то, что отработавший воздух выпускается только из камеры 5 холостого хода, а воздух камеры 4 рабочего хода перепускается в камеру 5 холостого хода для повторного его использования в следующем цикле в камере 5 холостого хода. Функции глухого перепускного канала 19 на боковой поверхности ударника 3, без его выхода на торцы, позволяет осуществить перепуски воздуха между кольцевыми камерами 27, 24 со стороны камеры 4, рабочего хода и между кольцевыми перепускными камерами 31 и 33 со стороны камеры 5 холостого хода, а так же между кольцевой аккумуляционной камерой 27 и кольцевой задней перепускной камерой 33, что позволяет осуществить устойчивый режим работы пневматического молота со сниженным непроизводительным расходом воздуха.
После соударения ударник 3 под действием импульса отскока и импульса давления воздуха отсеченного в камере 5 и воздуха натекающего посредством радиального дроссельного канала 37 и его продольным продолжением 38 из торцевой предкамеры 17 в камеру 5 холостого хода, позволяет вплоть до открытия торцом ударника 3 выпускного радиального канала 21 в стержне-трубке 20, поддерживать необходимую и достаточную величину импульса давления воздуха со стороны камеры 5 холостого хода на уровне расчетной величины, чем обеспечить устойчивость периода холостого хода и всего времени рабочего цикла пневматического молота.