Устройство дозированной подачи газа

Полезная модель относится к клапанным механизмам дозированной подачи газа, может использоваться в системах преобразования движения органа, действующего от рабочей среды, в движение исполнительного органа. Полезная модель предназначена для применения в технологическом оборудовании, в пневматическом оружии, в оборудовании для активных игр, например, для игры в пэйнтбол, в аирсофт оружии.
Известен клапанный механизм дозированной подачи газа пневматического газобаллонного оружия по патенту РФ на изобретение №2259532, F41B 11/32, 2005. Механизм имеет корпус с газоводным каналом, седло, установленное в задней части корпуса.  Внутри корпуса в газовой камере размещен клапан с возможностью его перемещения вдоль корпуса. Клапан выполнен в виде полого цилиндрического газовода со штоком. На клапан надета пружина, обеспечивающая возврат клапана в закрытое состояние. Недостатком является произвольное дозирование объема выпускаемых порций газа при стрельбе из пневматического оружия, определяемое силой упругости пружины, высокий расход газа.
Известен маркер пневматический по патенту РФ на изобретение №2230275, F41B 11/00, 2004. Маркер имеет рабочую камеру, накапливающую необходимое для выстрела количество газа, клапан подачи газа, боевую пружину, редукционный цилиндр. В боевую пружину упирается затвор с центральным каналом и газоводными отверстиями. Необходимое для выстрела количество газа определяется диаметром калиброванного отверстия редукционного цилиндра и силой упругости боевой пружины, воздействующей на затвор. Клапан подачи газа открыт, пока давление газа на шток затвора не превысит силу упругости боевой пружины. Недостатком является зависимость объема дозирования газа от силы упругости боевой пружины. Это приводит к невозможности точного дозирования порций выпускаемого газа, сложности использования устройства из-за необходимости преодоления высоких механических нагрузок, высокий расход газа.
В качестве ближайшего аналога заявляемому устройству дозированной подачи газа выбран пневматический цилиндр по патенту РФ на полезную модель №164801, F15B 15/00, 2016. Пневматический цилиндр содержит корпус переднего цилиндра, корпус среднего цилиндра, корпус заднего цилиндра, нозл, возвратную пружину, шток-поршень, расширительную камеру, запорную камеру, канал подачи газа для движения нозла, канал подачи газа в цилиндр, камеру атмосферного давления, уплотняющие бамперные вставки и уплотняющие вставки, расположенные на штоке-поршне. Недостатком является зависимость работы основного клапана, через который происходит подача газа к выпускному устройству – нозлу от скорости открытия клапана запорной камеры. Это обусловлено тем, что основной клапан и клапан запорной камеры расположены на одном конструктивном элементе – штоке-поршне с переменным диаметром. При низкой скорости сброса давления в области запорной камеры вместо четкого открытия основного клапана за счет максимального перемещения штока-поршня может происходить медленное открытие основного клапана или возникнуть колебательная система. При этом шток-поршень будет совершать движения в обе стороны вдоль оси цилиндра и дробить исходящую порцию газа. Недостаточная скорость открытия системы клапанов, управляющих устройством, может привести к снижению надежности работы пневматического цилиндра.
Технической задачей заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик, а именно, повышение надежности работы дозирующего устройства.
Технический результат заключается в обеспечении одновременного выхода полной порции газа.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве дозированной подачи газа, содержащем корпус, состоящий из передней части, накопителя и задней части, подпружиненный выпускной элемент, основной клапан, выполненный в виде стержня с переменным диаметром, с установленными на нем упругими уплотнительными элементами и демпфирующимими элементами, канал подачи газа, согласно полезной модели устройство содержит перепускной клапан, канал подачи газа расположен в корпусе перепускного клапана, торец задней части корпуса герметично закрыт.
Технический результат обеспечивается наличием в устройстве перепускного клапана, в корпусе которого образован канал подачи газа. По этому каналу входящий газ поступает в накопитель и во внутреннее пространство герметично закрытой задней части корпуса и удерживает основной клапан в закрытом положении. При работе перепускного клапана газ выходит из задней части камеры и за счет создавшейся разницы давлений в накопителе и задней части камеры происходит открытие основного клапана и быстрый выход всей порции газа из накопителя через выпускной элемент.  На основном клапане, выполненном в виде стержня, установлены демпферные элементы для обеспечения уверенного открытия основного клапана.
На фигуре представлен продольный разрез устройства дозированной подачи газа.
Устройство дозированной подачи газа содержит цилиндрический корпус, состоящий из передней части 1, корпуса накопителя 2, задней части 3. Внутри передней части 1 корпуса установлен выпускной элемент 4 с выходной трубкой 5, уплотнительным кольцом 6, пружиной 7. Передняя часть 1 корпуса соединена с корпусом накопителя 2 резьбовым соединением, между их поверхностями установлено уплотнительное кольцо 8. В накопителе 2 имеется канал 18 для управления работой выпускным элементом 4. Выпускной элемент 4  установлен с возможностью перемещения вдоль направляющей 10 накопителя 2,  цилиндрическое кольцо накопителя 2 с отверстием 11 является  седлом  основного клапана 12.  Надежное запирание основного клапана осуществляется за счет  уплотнительного кольца 13, установленного в кольцевой канавке основного клапана 12 .  Основной клапан 12 выполнен в виде стержня с переменным диаметром. Конец стержня клапана 12, обращенный к передней части 1 и входящий в отверстие 11, имеет минимальный диаметр D1, средняя часть стержня и его конец, обращенный к задней части 3 и входящий в канал задней части 3 стержня 12, выполнена несколько большим диаметром D2.    Вдоль  оси задней части стержня 12 с диаметром D2 выполнена кольцевая центральная проточка 14 для прохода газа во внутреннюю полость 15 накопителя 2. На конце стержня клапана 12 установлено уплотнительное кольцо 16. На клапане 12, ближе к средней части стержня 12 установлено упругое, демпферное и уплотнительное кольцо 19. Второе демпферное кольцо 9 установлено ближе к средней части стержня 12 с другой стороны от кольца 19 и служит для препятствия удару клапана 12 по накопителю 2.     В торце задней части 3 корпуса герметично установлена резьбовая заглушка 20 с уплотнительным кольцом. С корпусом задней части 3 соединен корпус 21 перепускного клапана 22. Перепускной клапан 22 выполнен в виде стержневого элемента с переменным диаметром. Перепускной клапан 22 снабжен кнопкой 23, уплотнительными кольцами 24, 25, 26,31.  В корпусе 21 перепускного клапана 22 выполнен канал входа газа 27, канал управления 28 основным клапаном 12, канал 29 подачи газа в накопитель 2, канал сброса газа в атмосферу 30.
Устройство дозированной подачи газа работает следующим образом.
упр.
упр.
вх.
2
1
2
2
1
1.
вх.
2
1
упр.
2
упр.
вх.
2
1
1
нак.
вх.
Газ под давлением 5 – 40 атм. поступает в канал 27, при отпущенной кнопке 23. Газ по каналам, образуемым боковой поверхностью перепускного клапана 22 и отверстием в корпусе 21, поступает по каналу 28 во внутреннюю полость задней части 3, и удерживает основной клапан 12 в закрытом положении, при котором конец стержня 12 с уплотнительным кольцом 13 входит в цилиндрическое отверстие 11. Так же вдоль поверхности перепускного клапана 22 газ поступает в  канал 29 и далее по зазору между поверхностью основного клапана 12 и поверхностью канала в корпусе задней части 3 – во внутреннюю полость 15 накопителя 2. Из полости 15 по каналу 18 газ поступает в корпус передней части 1, давит на поршень выпускного элемента 4, сжимая пружину 7, выдвигает выпускной элемент 4 с выходной трубкой 5. В этот момент устройство дозированной подачи газа оказывается во взведенном положении. Для осуществления выстрела  вытягивают кнопку 23 перепускного клапана 22, при этом уплотнительное кольцо 26 запирает канал 29. При продолжении вытягивания перепускного клапана 22 уплотнительные кольца 24 и 25 сначала перекрывают канал 28 управления основным клапаном 12, а затем освобождают канал 28 и канал 30, в результате чего газ из внутренней полости задней части 3 начинает выходить в атмосферу. Давление управления Р основным клапаном 12 в данной полости уменьшается. Поскольку основной клапан 12 вдоль продольной оси имеет разные диаметры, возникает сила F, стремящаяся сдвинуть основной клапан 12 в направлении заглушки 20 задней части 3,  F = Р S2– Р (S – S), где S площадь сечения стержня основного клапана 12 на участке с диаметром D, S -  площадь сечения стержня основного клапана 12 на участке с диаметром DПри превышении значения произведения Р (S – S)   значения   Р S, сила F начинает совершать работу по перемещению основного клапана 12 в сторону задней части 3 . Основной клапан 12 двигается до тех пор, пока демпферное уплотнительное кольцо 19 не упрется в фаску канала задней части 3. При превышении силы F = Р S2– Р (S – S) силы деформации демпферного кольца 19, клапан 12 резко открывается, т.е., его конец с диаметром D отходит от седла клапана и выходит из цилиндрического отверстия 11 накопителя 2.  При этом  происходит выброс необходимой порции газа.  Газ из внутреннего пространства в передней части 1, расположенного  между накопителем 2 и поршнем выпускной системы 4 ,выходит в атмосферу по каналу 18,  через полость 11 и через канал выходной трубки 5. После этого подпружиненный выпускной элемент 4 под действием разжимающейся пружины 7 совершает движение в сторону основного клапана 12, данное движение необходимо для захвата очередной пули или шарика. При отпускании кнопки 23 перепускной клапан 22 возвращается в исходное положение, и система возвращается в рабочее состояние. Объем порции выходящего газа определяется произведением значений объема накопителя и величины входного давления Vх Р При этом открытие клапана 12 не зависит от скорости истечения газа в атмосферу из полости задней части 3, за счет чего происходит одновременный выход всей порции газа, повышается надежность работы устройства.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет повысить надежность работы устройства дозированной подачи газа за счет обеспечения одномоментного выхода полной порции газа.