Пневматический привод вращения для ручной шлифовальной машины

Полезная модель относится к области пневматических приводов вращения для ручных шлифовальных машин. Важнейшими из предъявляемых к ним требований являются энергетическая эффективность и эргономичность.
Одной из проблем, снижающих эргономичность ручных шлифовальных машин с пневматическим приводом вращения, является инерционное вращение вала после отключения машин от источника сжатого воздуха. Проблема может быть решена путем установки на валу тормозных устройств. Большой опыт в разработке и эксплуатации автоматических тормозов, работающих на базе пневматических систем, накоплен в железнодорожном транспорте (В.Р. Асадченко. Автоматические тормоза подвижного состава железнодорожного транспорта. М.: УМК МПС России, 2002. - 128 с. ). Однако такие тормоза сложны, громоздки и не могут применяться в ручных шлифовальных машинах.
Известен пневматический привод вращения для ручной шлифовальной машины (патент США US 5439346, 1995), который выбран за прототип, содержащий корпус с камерой высокого давления, выполненной с возможностью подачи в нее сжатого воздуха, и камерой низкого давления, установленный в корпусе вал с приводным механизмом его вращения, включающим в себя группу сопел и рабочее колесо, упругий элемент, тормозной диск, установленный на валу, и тормозную колодку, установленную в камере низкого давления с возможностью прижатия к тормозному диску посредством упругого элемента и смещения вдоль оси вала под действием сжатого воздуха, при этом в корпусе выполнены окна для сообщения камеры низкого давления с атмосферой.
В конструкции по прототипу приводной механизм вращения вала выполнен в виде реактивной турбины со 100% степенью реактивности, в которой группа сопел установлена непосредственно на рабочем колесе (А.Г. Курзон. Теория судовых паровых и газовых турбин, с. 77, с. 92. Л.: «Судостроение», 1979. - 592 с. ). При этом тормозная колодка размещена в канале отвода сжатого воздуха от группы сопел в камеру низкого давления.
В пневматическом приводе вращения для ручной шлифовальной машины, отключенном от источника сжатого воздуха, упругий элемент прижимает тормозную колодку к тормозному диску.
При подключении пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины к источнику сжатого воздуха последний подается в камеру высокого давления. Далее сжатый воздух проходит через группу сопел в направлении камеры низкого давления. На выходе из группы сопел сжатый воздух создает динамический напор, который, преодолевая сопротивление упругого элемента, смещает тормозную колодку вдоль оси вала. В результате между тормозным диском и тормозной колодкой возникает зазор, устраняющий контакт между указанными элементами и обеспечивающий свободное вращение вала.
В момент отключения пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины от источника сжатого воздуха воздействие динамического напора на тормозную колодку прекращается. При этом упругий элемент прижимает тормозную колодку к установленному на валу тормозному диску, в результате чего запускается процесс торможения, и инерционное вращение вала прекращается. Следует отметить, что процесс торможения вала запускается автоматически, без участия оператора.
Время инерционного вращения вала после отключения подачи сжатого воздуха зависит, в первую очередь, от силы воздействия упругого элемента на тормозную колодку. Практика показывает, что достаточно комфортные условия работы с ручной шлифовальной машиной обеспечиваются, когда время инерционного вращения вала не превышает 5…8 секунд. Для обеспечения указанных условий требуется создание существенного усилия прижатия тормозной колодки к тормозному диску. Указанное усилие обусловливает большое сопротивление движению сжатого воздуха в направлении камеры низкого давления. Это вызывает существенное - порядка 10…15% - снижение энергетической эффективности пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины.
Недостатком пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины является невысокая энергетическая эффективность, а также большое время инерционного вращения вала после отключения подачи сжатого воздуха.
Задачи, решаемые предлагаемой полезной моделью, - усовершенствование пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины и расширение границ его возможного применения.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении энергетической эффективности пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины и снижении времени инерционного вращения вала после отключения подачи сжатого воздуха.
Указанный результат достигается тем, что в пневматическом приводе вращения для ручной шлифовальной машины, содержащем корпус с камерой высокого давления, выполненной с возможностью подачи в нее сжатого воздуха, и камерой низкого давления, установленный в корпусе вал с приводным механизмом его вращения, включающим в себя группу сопел и рабочее колесо, упругий элемент, тормозной диск, установленный на валу, и тормозную колодку, установленную в камере низкого давления с возможностью прижатия к тормозному диску посредством упругого элемента и смещения вдоль оси вала под действием сжатого воздуха, при этом в корпусе выполнены окна для сообщения камеры низкого давления с атмосферой, рабочее колесо совмещено с тормозным диском, причем в валу со стороны камеры высокого давления выполнена осевая расточка, а в тормозном диске со стороны вала выполнена внутренняя полость, образованная двумя боковыми и периферийной стенками тормозного диска, при этом упомянутая внутренняя полость соединена с камерой высокого давления через упомянутую осевую расточку вала, в боковой стенке внутренней полости тормозного диска, обращенной к камере низкого давления, выполнена группа сквозных отверстий, а тормозная колодка выполнена в форме кольца и установлена напротив указанной группы сквозных отверстий с возможностью прилегания к упомянутой боковой стенке.
На фиг. 1 приведен продольный разрез пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины, отключенной от источника сжатого воздуха; на фиг. 2 - продольный разрез пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины, подключенной к источнику сжатого воздуха.
Пневматический привод вращения для ручной шлифовальной машины содержит корпус 1 с камерой высокого давления 2, выполненной с возможностью подачи в нее сжатого воздуха, и камерой низкого давления 3, установленный в корпусе 1 вал 4 с приводным механизмом его вращения, упругий элемент 5 и тормозную колодку 6. Приводной механизм вращения вала 4 включает в себя группу сопел 7 и рабочее колесо, совмещенное с установленным на валу 4 тормозным диском 8. Тормозная колодка 6 установлена в камере низкого давления 3 с возможностью прижатия к тормозному диску 8 посредством упругого элемента 5 и смещения вдоль оси вала 4 под действием сжатого воздуха. В корпусе 1 выполнены окна 9 для сообщения камеры низкого давления 3 с атмосферой.
В валу 4 со стороны камеры высокого давления 2 выполнена осевая расточка 10. В тормозном диске 8 со стороны вала 4 выполнена внутренняя полость 11, образованная боковыми стенками 12, 13 и периферийной стенкой 14, причем боковая стенка 12 обращена к камере низкого давления 3. Внутренняя полость 11 тормозного диска 8 соединена с камерой высокого давления 2 через осевую расточку 10 вала 4. В боковой стенке 12 выполнена группа сквозных отверстий 15, сообщающих внутреннюю полость 11 с камерой низкого давления 3. Тормозная колодка 6 выполнена в форме кольца и установлена напротив группы сквозных отверстий 15 с возможностью прилегания к боковой стенке 12.
В рассматриваемой конструкции упругий элемент 5 выполнен в виде пружины сжатия, установленной с предварительным натягом в зазоре между тормозным диском 8 и закрепленной в корпусе 1 диафрагмой 16. К указанной диафрагме прикреплены штифты 17, предназначенные для предотвращения смещения тормозной колодки 6 в радиальном направлении при ее взаимодействии с тормозным диском 8. Внутренняя полость 11 сообщена с осевой расточкой 10 через выполненные в валу 1 окна 18. Камера высокого давления 2 отделена от камеры низкого давления 3 с помощью уплотнительной втулки 19. Группа сопел 7 неподвижно установлена в корпусе 1, а рабочее колесо, совмещенное с установленным на валу 4 тормозным диском 8, содержит венец рабочих лопаток 20.
Пневматический привод вращения для ручной шлифовальной машины работает следующим образом.
В пневматическом приводе вращения для ручной шлифовальной машины, отключенном от источника сжатого воздуха, упругий элемент 5, выполненный в виде пружины сжатия, закрепленной в корпусе 1 диафрагмой 16, прижимает тормозную колодку 6 к боковой стенке 12.
При подключении пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины к источнику сжатого воздуха последний подается в размещенную в корпусе 1 камеру высокого давления 2 (показано стрелками). Протечке сжатого воздуха из камеры высокого давления 2 в камеру низкого давления 3 препятствует уплотнительная втулка 19. На выходе из камеры высокого давления 2 сжатый воздух разделяется на две части. Основная часть сжатого воздуха поступает через группу сопел 7 в венец рабочих лопаток 20 (показано стрелками). Передав свою энергию валу 4 в венце рабочих лопаток 20, сжатый воздух поступает в камеру низкого давления 3 (показано стрелками) и далее через окна 9 выходит в атмосферу.
Одновременно с этим оставшаяся часть сжатого воздуха проходит через осевую расточку 10 и окна 18 вала 4 во внутреннюю полость 11 тормозного диска 8 (показано стрелками), образованную боковыми стенками 12, 13 и периферийной стенкой 14. Далее сжатый воздух проходит в камеру низкого давления 3 через группу сквозных отверстий 15 (показано стрелками), выполненных в боковой стенке 12. При проходе через группу сквозных отверстий 15 сжатый воздух отжимает тормозную колодку 6 от боковой стенки 12 и смещает ее вдоль оси вала 4, преодолевая сопротивление упругого элемента 5. В результате между тормозным диском 8 и тормозной колодкой 6 возникает слой газовой смазки, устраняющий контакт между указанными элементами (В.Н. Константинеску. Газовая смазка. М: «Машиностроение», 1968. - 720 с. ), что обеспечивает возможность свободного вращение вала 4. Из камеры низкого давления 3 сжатый воздух через окна 9 выходит в атмосферу (показано стрелками).
В момент отключения пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины от источника сжатого воздуха слой газовой смазки между тормозным диском 8 и тормозной колодкой 6 исчезает. При этом упругий элемент 5 прижимает тормозную колодку 6 к боковой стенке 12, а штифты 17 предотвращают смещение тормозной колодки 6 в радиальном направлении. Как результат, запускается процесс торможения, и инерционное вращение вала 4 прекращается. Следует отметить, что процесс торможения вала 4 запускается автоматически, без участия оператора.
В отличие от прототипа в заявляемой конструкции часть сжатого воздуха, подводимая к группе сквозных отверстий 15 и смещающая тормозную колодку 6 вдоль оси вала 4, находится под высоким давлением и обладает большим запасом энергии. Соответственно, для смещения тормозной колодки требуется относительно небольшой расход сжатого воздуха. В то же время, в прототипе для смещения тормозной колодки используется весь сжатый воздух, проходящий через приводной механизм вращения вала.
В заявляемой конструкции процесс торможения, обеспечивающий время инерционного вращения вала 4 после отключения подачи сжатого воздуха в диапазоне 5…8 секунд, требует суммарной дополнительной затраты сжатого воздуха порядка 2…3%. Соответствующая величина (2…3%) характеризует снижение энергетической эффективности пневматического привода вращения для ручной шлифовальной машины от применения тормоза. Указанная величина существенно меньше величины снижения энергетической эффективности от применения тормоза в конструкции по прототипу. Это позволяет сделать вывод о повышении энергетической эффективности заявляемой конструкции и снижении в ней времени инерционного вращения вала после отключения подачи сжатого воздуха по сравнению с прототипом.
Заявляемый пневматический привод вращения для ручной шлифовальной машины энергетически эффективен и эргономичен. Его основные элементы могут изготавливаться на обычном обрабатывающем оборудовании.