Пневматический молот
AIR HAMMER

Изобретение относится к строительной технике и может быть применено в качестве пневматического молота для разрушения карьерных негабаритов, мерзлого грунта, бетонных фундаментов, дорожного покрытия и т.п. материалов и конструкций.
Известен также пневматический молоток (см., например, а.с. СССР 1061982, Мкл. B25D 9/04, Е21С 3/24, 1983 г.), содержащий корпус с цилиндрической полостью, размещенный в нем ударник со сквозным осевым каналом, разделяющий полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, кольцевой фланец с боковой стенкой и центральным сквозным отверстием, служащие для впуска сжатого воздуха в камеры и систему выпускных дросселей, периодически сообщающих камеры с атмосферой. Система выпускных дросселей выполнена в центральном сквозном отверстии и кольцевом фланце.
Недостатком технического решения по а.с. 1061982 является система воздухоотвода отработавшего воздуха: канал воздухоотвода в атмосферу имеет коленчатое окончание и разветвленное решение в виде веера каналов меньшего поперечного сечения с кольцевым сборником и отдельными каналами вывода воздуха в атмосферу, что обуславливает ступенчатое сжатие-расширение, увеличение местных сопротивлений и приводит к недовыпуску воздуха из камеры холостого хода, а следовательно, повышению противодавления воздуха в камере и снижению кинетической энергии единичного удара.
Известен также пневматический молоток (см., например, а.с. СССР 1172692, Мкл. B25D 9/04, 1985 г.), содержащий цилиндрический корпус с рукояткой, выпускными каналами, проточной камерой, постоянно сообщающимся воздухоотводящим каналом с сетью сжатого воздуха, ударник, разделяющий полость корпуса на камеру рабочего хода, постоянно сообщающуюся с проточной камерой и попеременно сообщающуюся с атмосферой, и дроссель, и перегородку с центральным отверстием, образующей с корпусом и рукояткой проточную камеру, и коаксиально установленным корпусу и закрепленным в центральном отверстии перегородки стержнем. В стержне выполнены дополнительные воздухоподводящий канал к камере холостого хода, постоянно сообщающей ее с проточной камерой, и выпускной канал, на одном из торцов которого установлен дроссель, а другой сообщен с атмосферой. Ударник установлен коаксиально стержню с возможностью перемещения вдоль него.
Недостатками технического решения по а.с. 1172692 являются следующие: стержень-трубка является двухканальной, один из каналов является воздухоподводящим в камеру холостого хода, другой канал - воздухоотводящим с существенно большим проходным сечением, чем воздухоподводящий, что приводит к увеличению диаметрального сечения стержня и ударника, а следовательно, их масс; для снижения массы ударника он выполнен с внутренней проточкой со стороны камеры рабочего хода, что снижает прочность его стенок и устойчивость движения со стороны стержня-трубки; канал воздухоотвода в атмосферу имеет коленчатое окончание, что обуславливает увеличение местных сопротивлений на выпуске и затрудняет полное опорожнение камеры холостого хода.
Известно также техническое решение пневмоударного механизма дроссельно-клапанного типа (см. журнал «Известия вузов. Строительство.» 2014, №8, стр. 47 и 49, прототип), содержащего цилиндрический корпус, размещенный в нем ударник со сквозным осевым отверстием, разделяющий полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, кольцевой фланец с центральным отверстием и установленной в нем стержнем-трубкой, пропущенным через отверстие в стакане и закрепленным относительно его, в кольцевом 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 отсекающей кромкой перепускного канала-лыски, выполненной на боковой поверхности ударника с выходом на его торец со стороны камеры рабочего хода, и сообщает камеры холостого и рабочего ходов в положении ударника опертого на хвостовик рабочего инструмента. Продольный осевой канал в стержне-трубке снабжен радиальным каналом выпуска с выходом его в продольный осевой канал и атмосферу.
Прототипу свойственны следующие недостатки.
Поскольку конструктивно протяженность перепускного канала-лыски меньше длины ударника по его образующей, то для процесса перепуска воздуха с расчетным количеством и давлением обуславливают значительную площадь проходного сечения перепускного канала-лыски. При незначительной длине участка перепуска и резком впуске воздуха за малый промежуток времени создаются условия резкого опережающего возрастания противодавления со стороны камеры холостого хода. Это обуславливает при рабочем ходе, резкое торможение ударника, снижение предударной скорости и потерю им кинетической энергии удара перед соударением с хвостовиком рабочего инструмента.
При холостом ходе подача воздуха из предкамеры вызывает возрастание противодавления воздуха на торец ударника со стороны камеры рабочего хода, что приводит к потере импульса сил давления со стороны камеры холостого хода и, как следствие, преждевременному торможению, уменьшению его перемещения в сторону кольцевого фланца и уменьшению участка разгона при рабочем ходе, уменьшению его кинетической энергии при соударении с хвостовиком рабочего инструмента.
Следствием приведенных недостатков является снижение КПД использования внутренней энергии воздуха в рабочем процессе, поскольку при сохранении количества расхода воздуха снижается энергетический показатель процесса: энергия удара, которая является главным параметром пневмоударного механизма.
Техническая задача заявляемого пневматического молота предусматривает увеличение импульса сил давления воздуха для разгона ударника как при холостом, так и рабочем его ходе, путем подачи расчетного количества воздуха, за счет увеличения длины участка перепуска из камеры рабочего хода в камеру холостого хода, а также за счет образования в камере рабочего хода кольцевых камер с конкретным назначением: кольцевой камеры пневматического буфера с функциями торможения ударника путем сжатия в ней воздуха в конце холостого хода; кольцевой аккумуляционной камеры с функциями накопления расчетного количества и давления воздуха; кольцевой камеры форсажа с функциями обеспечения более интенсивного разгона ударника в начале рабочего хода, что обеспечит возрастание кинетической энергии ударника с последующей передачей ее хвостовику рабочего инструмента.
Поставленная задача решается тем, что пневматический молот включает пневмоударный механизм дроссельно-бесклапанного типа, содержащий рабочий инструмент с хвостовиком, цилиндрический корпус, стакан с каналом подвода воздуха из сети, закрепленный разъемно относительно корпуса, кольцевой фланец с центральным отверстием, кольцевую торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в корпусе ударник со сквозным осевым отверстием и разделяющий полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень-трубку, пропущенный через центральное отверстие в стакане и закрепленный относительно самого стакана, выточку в камере холостого хода, радиальный канал выпуска в стержне-трубке с продолжением в виде осевого продольного канала с выходом в атмосферу и открываемый торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, согласно изобретению между стаканом и цилиндрическим корпусом образована кольцевая аккумуляционная камера, кольцевой фланец снабжен боковой стенкой и выполненным в ней радиальным каналом перепуска, постоянно сообщающим торцевую предкамеру с кольцевой аккумуляционной камерой, в камере рабочего хода со стороны кольцевого фланца выполнены кольцевая камера пневматического буфера и кольцевая камера форсажа в виде кольцевых выточек, разделенных кольцевым буртиком, в стенке корпуса, на уровне выточки кольцевой камеры форсажа выполнены сквозные радиальные каналы форсажа, постоянно сообщающие кольцевую аккумуляционную камеру с кольцевой камерой форсажа, а боковая поверхность стержня-трубки снабжена каналом перепуска в виде канала-лыски, с отсекающей кромкой со стороны кольцевого фланца так, что вход канала перепуска со стороны камеры рабочего хода выполнен на уровне кольцевого буртика, разделяющего кольцевую камеру пневматического буфера и кольцевую камеру форсажа, что исключит подачу сжатого воздуха из торцевой предкамеры в камеру рабочего хода, а следовательно, из нее в камеру холостого хода путем более глубокого расширения воздуха со стороны камеры рабочего хода, чем повысит КПД использования внутренней энергии и энергии единичного удара молота и улучшит экономический показатель по удельному расходу в рабочем процессе.
Исполнение пневматического молота поясняется чертежом продольного разреза (фиг. 1).
Пневматический молот содержит: 1 - корпус с внутренней поверхностью 2; 3 - ударник; 4 - камера рабочего хода; 5 - камера холостого хода; 6 - выточка в камере холостого хода; 7 - рабочий инструмент; 8 - хвостовик рабочего инструмента; 9 - стакан; 10 - гайка фиксации стержня-трубки; 11 - канал впуска; 12 - опорный торец канала; 13 - кольцевой фланец; 14 - боковые стенки кольцевого фланца; 15 - часть стержня-трубки без отсекающей кромки; 16 - радиальный канал перепуска; 17 - торцевая предкамера; 18 - сквозной канал ударника; 19 - стержень-трубка; 20 - радиальный канал в стержне-трубке; 21 - осевой продольный канал в стержне-трубке; 22 - канал-лыска перепуска между ударником и стержнем-трубкой; 23 - кольцевая камера пневматического буфера; 24 - кольцевая камера форсажа; 25 - отсекающая кромка стержня трубки; 26 - кольцевой буртик; 27 - выточка в кольцевой камере пневматического буфера; 28 - выточка в кольцевой камере форсажа; 29 - кольцевая аккумуляционная камера; 30 - сквозные радиальные каналы форсажа; 31 - торец ударника со стороны камеры рабочего хода; 32 - торец ударника со стороны камеры холостого хода.
Пневматический молот работает следующим образом.
После включения устройства пуска сжатый воздух посредством пневматического рукава подается через канал 11 в торцевую предкамеру 17, образованную стаканом 9 и кольцевым фланцем 13 с боковыми стенками 14.
Из торцевой предкамеры 17 воздух поступает посредством радиального канала перепуска 16 в кольцевую аккумуляционную камеру 29 и посредством сквозных радиальных каналов форсажа 30 в камеру рабочего хода 4 и соединенные с ней кольцевую камеру форсажа 24 и кольцевую камеру пневматического буфера 23, выполненные в выточке камеры пневматического буфера 27 и в выточке кольцевой камеры форсажа 28, а также посредством канала перепуска 22 на боковой поверхности стержня-трубки 19 в камеру холостого хода 5 в выточке 6 со стороны хвостовика 8 рабочего инструмента 7.
За счет динамического напора потоков воздуха со стороны камеры рабочего хода 4 в замкнутом объеме камеры холостого хода 5 давление воздуха становится большим из-за образования объема воздуха с большей плотностью.
При этом со стороны камеры рабочего хода 4 давление воздуха будет меньшим из-за проточности в значительно большем ее объеме в сравнении с объемом камеры холостого хода 5.
Таким образом, из-за разницы давлений со стороны камеры рабочего хода 4 и камеры холостого хода 5 ударник 3 начнет движение в сторону камеры рабочего хода 4, преодолевая противодавление воздуха со стороны кольцевой камеры форсажа 24 и кольцевой камеры пневматического буфера 23, совершает холостой ход.
Продолжая движение, ударник 3 перекроет буртик 26 и отсекающую кромку 25 канала-лыски 12 на боковой поверхности стержня-трубки 19, в результате чего прекратится поступление воздуха в камеру холостого хода 5 из кольцевой камеры форсажа 24 и кольцевой камеры пневматического буфера 23. При этом в кольцевой камере форсажа 24 начнет повышаться давление воздуха за счет ее наполнения посредством сквозных радиальных каналов форсажа 30 воздухом из аккумуляционной камеры 29. Одновременно в кольцевой камере пневматического буфера 23 начнется сжатие воздуха, обеспеченного в ней после перекрытия ударником 3 кольцевого буртика 26, чем достигается перекрытие сообщения и перепуск воздуха между кольцевой камерой форсажа 24 и кольцевой камерой пневматического буфера 23.
Перемещаясь далее, ударник 3 нижним торцом откроет выпускной радиальный канал 20 и посредством осевого продольного канала 21 камера холостого хода 5 сообщится с атмосферой и давление в ней понизится до уровня атмосферного.
Перемещаясь по инерции, ударник 3 будет затормаживаться и остановится в расчетном положении. Сразу же после остановки под действием сил давления воздуха со стороны кольцевой камеры 23 пневматического буфера ударник начнет движение в сторону хвостовика 8 инструмента 7. При отсутствии противодавления воздуха со стороны камеры холостого хода 5 и при поступлении воздуха из торцевой предкамеры 17 посредством радиального канала перепуска 16 в кольцевую аккумуляционную камеру 29, далее через сквозные радиальные каналы форсажа 30 поступает в кольцевую камеру пневматического буфера 23. Под действием сил давления воздуха со стороны кольцевой камеры форсажа 24 ударник 3 будет перемещаться ускоренно.
После открытия торцом 31 ударника 3 отсекающей кромки 25 на боковой поверхности стержня-трубки 19, а затем после прохода кольцевого буртика 26 кольцевая камера форсажа 24 сообщается с кольцевой камерой пневматического буфера 23. При этом воздух из кольцевой камеры форсажа 24 и кольцевой камеры пневматического буфера 23 будет поступать по перепускному каналу-лыске 22, образованному сквозным каналом 18 ударника 3 и стержнем-трубкой 19 в камеру 5 холостого хода.
Перемещаясь далее, ударник 3 перекроет выпускной радиальный канал 20 и сообщение с атмосферой кольцевой камеры холостого хода 5 посредством продольного осевого канала 21 в стержне-трубке 19 прекратится. С этого момента воздух из кольцевой аккумуляционной камеры 29 начнет перетекать в камеру холостого хода 5, и создавать противодавление и затормаживающее воздействие на ударник 3, которое будет преодолеваться силами давления воздуха на торец ударника со стороны кольцевой камеры форсажа 24 и кольцевой камеры пневматического буфера 23. При одновременном поступлении воздуха в них через радиальный канал 16 из торцевой предкамеры 17 и посредством сквозных радиальных каналов форсажа 30 воздух из кольцевой аккумуляционной камеры 29 будет перетекать в кольцевую камеру пневматического буфера 23 и посредством перепускного канала-лыски 22 в кольцевую камеру холостого хода 5.
Преодолевая противодавление воздуха со стороны кольцевой камеры холостого хода 5 ударник 3, под действием сил давления со стороны кольцевой камеры форсажа 24 и кольцевой камеры пневматического буфера 23, наносит удар по хвостовику рабочего инструмента.
В результате соударения ударник 3 дополнительно к импульсу давления воздуха со стороны камеры холостого хода 5 приобретает импульс отскока, что позволяет ему начать движение от хвостовика в сторону камеры рабочего хода 4. Далее рабочий цикл повторяется.
Особенностью рабочего цикла является то, что отработавший воздух выпускается только из камеры холостого хода 5, а воздух камеры рабочего хода 4 перепускается в камеру холостого хода 5 для повторного его использования в следующем цикле в камере холостого хода 5.
Перепускной канал-лыска 22 на боковой поверхности стержня-трубки 19 позволяет осуществить перепуск воздуха из кольцевой камеры пневматического буфера 23 и кольцевой камеры форсажа 24 со стороны камеры рабочего хода 4 в камеру холостого хода 5, что позволит осуществить устойчивый режим работы пневматического молота с повышенной кинетической энергией удара и сниженным непроизводительным расходом воздуха.