Пневматический ударный механизм
PNEUMATIC PERCUSSION MECHANISM

Изобретение относится к строительству, горному делу и машиностроению, в частности к пневматическим устройствам ударного действия.
Известен пневматический ударный механизм (патент РФ 2432442, 2010 г., МПК Е21В 4/14,), 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, постоянно находящийся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера (она же камера рабочего хода), втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части и 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, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса. Стержень установлен в центральном отверстии кольцевого фланца с расчетным калиброванным зазором относительно поверхности штоковой части стержня, снабженного со стороны камеры сетевого воздуха буртиком со сквозными отверстиями с проходным сечением не менее проходного сечения калиброванного зазора и проходного сечения сквозных отверстий впуска в камеру сетевого воздуха, образованную кольцевым фланцем и установленной крышкой со стопором, ограничивающим величину осевого перемещения стержня, опертой и закрепленной стаканом относительно кольцевого фланца и цилиндрического корпуса, а канал, соединяющий периодически камеру холостого хода и кольцевую распределительную камеру, выполнен на поршневой части стержня. Канал выполнен в виде канал-паза с постоянным геометрическим сечением.
Недостатком описанной конструкции является: постоянное геометрическое сечение канал-паза на поршневой части стержня обуславливает одинаковое количество воздуха, подаваемого в камеру холостого хода в зависимости от разницы давлений воздуха до входа в канал-паз и после его выхода из канал-паза, но одинаковое его количество в начале и окончании впуска при рабочем ходе ступенчатого ударника, чем создается значительное противодавление воздуха и торможение ступенчатого ударника со снижением его скорости перед соударением с хвостовиком инструмента, а следовательно, снижение энергии удара и частоты ударов из-за увеличения времени цикла.
Наиболее близким по технической сущности является устройство пневматического ударного механизма (патент РФ №2547037, 2015 г., МПК E21B 1/30, E21C 37/22), выбранному в качестве прототипа, включающий цилиндрический корпус с втулкой и выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой и поршневой частью, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца, стержень с поршневой частью, постоянно находящейся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части и образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера 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, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса. Причем на боковой поверхности поршневой части стержня, выполнена канал-лыска с изменяющимся геометрическим сечением, увеличивающимся от боковой поверхности поршневой части со стороны стержня до окончания его поршневой части, со стороны сквозного осевого отверстии ступенчатого ударника.
Недостатком этого устройства является недостаточная подача необходимого количества воздуха, поступающего в сквозное осевое отверстие ступенчатого ударника и камеру холостого хода, требует увеличения времени ее наполнения воздухом до образования достаточного по величине импульса холостого хода и следовательно увеличивает время цикла, а также снижает частоту ударов, это приводит к преждевременному торможению ударника, что снижает экономичность пневматического ударного механизма.
Задачей заявляемого изобретения является повышение энергии удара и частоты ударов за счет увеличения площади подачи воздуха в камеру холостого хода. Путем выполнения дополнительной наклонной канал-лыски на поршневой части стержня.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве содержащем цилиндрический корпус с втулкой 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, постоянно находящейся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части и образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника, закрепленный относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом подвода воздуха, кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса, согласно изобретению на боковой поверхности поршневой части стержня, выполнена дополнительная наклонная канал-лыска, причем поверхность обоих каналов-лысок выполнены сходящимися под острым углом на торце поршневой части стержня с образованием изменяющегося поперечного сечения, уменьшающегося от полного диаметрального сечения поршневой части стержня
до окончания на торцевой части, установленной в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника.
Наличие наклонных канал-лысок с изменяющимся поперечным сечением позволяет увеличить подачу необходимого количества воздуха в камеру холостого хода перед соударением ударника с хвостовиком рабочего инструмента снизить противодавление воздуха в камере и преждевременное торможение ударника, обеспечит увеличение его скорости при соударении, а следовательно увеличит энергию удара и частоту ударов за счет сокращения времени цикла.
После удара ступенчатый ударник приобретает импульс отскока, который совместно с силовым импульсом давления воздуха используется при холостом ходе, что позволяет увеличить количество воздуха в камере холостого хода за счет увеличения геометрического сечения обеих канал-лысок.
При этом обеспечивается впуск меньшего количества воздуха в камеру холостого хода при рабочем ходе ударника, следовательно уменьшается расход воздуха и повышаются энергетические параметры пневматического ударного механизма.
На фиг. 1 представлен продольный разрез пневматического ударного механизма. На фиг. 2 представлен фрагмент исполнения поршневой части стержня. На чертеже фиг. 3 представлен фрагмент исполнения поршневой части стержня в соответствии вид А фиг. 2.
Устройство пневматического ударного механизма содержит цилиндрический корпус 1, установленный в нем с возможностью перемещения ступенчатый ударник 2 со штоковой частью 3 и поршневой частью 4, имеющий сквозное осевое отверстие 5, частично входящий в него стержень 6 своей поршневой частью 7 с буртиком 8 в камере сетевого воздуха 9. На боковой поверхности поршневой части 7 стержня 6 (фиг. 1, 2, 3) выполнены наклонные канал-лыски 10 с плоскостями, сходящимися под острым углом на торце поршневой части 7 стержня 6, находящейся в сквозном осевом отверстии 5 с образованием площадей с изменяющимися поперечными сечениями увеличивающимися от полного диаметрального размера поршневой части 7 стержня 6 до окончания на торцевой поршневой части 7, обеспечивающего впуск воздуха из кольцевой распределительной камеры 11 в сквозное осевое отверстие 5 и далее через радиальные каналы 12 в камеру холостого хода 13.
Буртики между канал-лысками должны обеспечить посадку поршневой части стержня в осевом отверстии 5. Осевое перемещение стержня 6 ограничивается кольцевым фланецем 14 с опирающейся на него крышкой 15 и стопором 16. Стакан 17 закрепляет крышку 15 относительно кольцевого фланца 14 и корпуса 1. В кольцевом фланце 14 выполнено центральное отверстие 18 с зазором относительно стержня 6 и перепускные каналы 19. Перепускные каналы 19 во фланце 14 постоянно сообщающие распределительную камеру 11 и камеру сетевого воздуха 9 между собой. Канал-лыски 10 на поршневой части 7 стержня 6, в зависимости от положения ступенчатого ударника 2, обеспечивают впуск воздуха в камеру холостого хода 13 и, следовательно, запуск механизма в любом положении. Кольцевая камера 20 пневматического буфера сообщается выпускным каналом 21 с атмосферой. Камера холостого хода 13 периодически, в зависимости от положения ступенчатого ударника 2, сообщается с атмосферой посредством выпускного канала 22. Кольцевой фланец 14 и крышка 15 образуют камеру сетевого воздуха 9, куда поступает сетевой воздух через канал 23 в стакане 17 и канал 25 в крышке 15, далее в камеру сетевого воздуха 9 посредством каналов 19 в кольцевом фланце 14 воздух поступает в распределительную камеру 11, являющуюся камерой рабочего хода. Рабочий инструмент 25 установлен своим хвостовиком 26 в камере холостого хода 13 и удерживается относительно корпуса 1, например пружиной 27.
Пневматический ударный механизм работает следующим образом. После включения пускового устройства (на фиг.1 не показано) воздух из сети поступает по каналу 2 в стакане 17 и каналу 24 крышки 15 в камеру сетевого воздуха 9, затем по каналу 19 воздух поступает в камеру 11 и далее по канал-лыскам 10 воздух поступает по сквозному отверстию 5 и радиальным каналам 12 ступенчатого ударника 2 в камеру холостого хода 13. При этом за счет исполнения канал-лысок 10 с изменяющимся поперечным сечением снижается противодавление воздуха в камере холостого хода 13 за счет меньшего количества воздуха в начальный период пуска и как следствие снижает сопротивление движению ступенчатого ударника 2, сохраняется его предударнаяю скорость к моменту удара по хвостовику 26 рабочего инструмента 25. В положении, показанном на фиг. 1 камера пневматического буфера 20 сообщена с атмосферой посредством выпускного канала 21. В начале движения ступенчатого ударника 2 (фиг. 1), когда канал-лыски 10 на поршневой части 7 стержня 6 открыты, продолжается плавное наполнение воздухом камеры холостого хода 13. Под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 13 ступенчатый ударник 2 продолжает движение в сторону кольцевой распределительной камеры 11 совершая холостой ход. При последующем движении ступенчатый ударник 2 перекрывает последовательно канал-лыски 10 поршневой части 7 стержня 6, а затем открывается выпускной канал 22 в корпусе 1 и давление воздуха в камере холостого хода 13 выравнивается до атмосферного. Перемещаясь, ступенчатый ударник 2 перекроет выпускной канал 21 и в камере 20 после разобщения ее с атмосферой начнется сжатие отсеченного в ней воздуха. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 11 увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый ударник 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 11 и камеры пневматического буфера 20 и камеры холостого хода 13, ступенчатый ударник 2 затормаживается и остановится в расчетном положении. Сразу же под действием импульса давлений со стороны кольцевой распределительной камеры 11 и камеры пневматического буфера 20 ступенчатый ударник 2 начнет движение в сторону хвостовика 26 рабочего инструмента 25, совершая рабочий ход. При этом ступенчатый ударник 2 откроет выпускной канал 21 и камера пневматического буфера 20 сообщится с атмосферой.
Далее ступенчатый ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 22 откроет канал-лыски 10 на поршневой части 7 стержня 6, вследствие чего в камере холостого хода 13 начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха поступающего в меньшем количестве из кольцевой распределительной камеры 11 из-за последовательного открывания канал-лыски 10. Так как рабочая диаметральная площадь поршневой части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры холостого хода 13 больше диаметральной площади штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха ступенчатый ударник 2, преодолевая противодавление со стороны камеры холостого хода 13, наносит удар по хвостовику 26 рабочего инструмента 25. Под действием импульса отскока и силового импульса давления воздуха, поступающего из распределительной камеры 11 в камеру холостого хода 13 ступенчатый ударник 2 начинает холостой ход. Далее рабочий процесс пневматического ударного механизма повторяется.
Использование заявляемого изобретения позволяет за счет снижения противодавления воздуха в камере холостого хода до соударения ударника с хвостовиком рабочего инструмента и уменьшения сил преждевременного торможения ударника увеличить его скорость соударения, а следовательно повысить энергию и частоту ударов, а также повысить экономичность пневматического ударного механизма.