ВИБРОБЕЗОПАСНАЯ ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, более конкретно к пневматическим машинам ударного действия, которые используются в строительстве, энергетике, коммунальном хозяйстве, горном деле и т.д. для обработки бетонных конструкций, разрушения полускальных пород, твердых и мерзлых грунтов.
Известна пневматическая машина ударного действия содержащая ствол, состоящий из двух телескопически установленных друг в друге звеньев, ударный механизм, корпус из эластичного материала, в котором установлен с натягом ствол, металлический стакан с механизмом воздухораспределения, закрепленный на торце корпуса и рукоятку. (1)
Ее недостатком является то, что ствол установленный с натягом в пластмассовом корпусе, не исключает возможность его проворота вокруг оси и может происходить смещение радиальных отверстий ствола относительно радиальных отверстий корпуса, сжатый воздух присутствует в продольных каналах между двух сред, а именно, между металлическим стволом с одной стороны и пластмассовым корпусом с другой стороны и раздувает корпус не обеспечивая герметичность каналов, происходит перетечка сжатого воздуха из камеры прямого хода в камеру обратного хода и наоборот, что ухудшает работу машины.
Известна так же пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол, состоящий из трех телескопически установленных друг в друге звеньев и залитых ударопрочным эластомером, образующим корпус, в стенках которого выполнены продольные питающие и ресиверные каналы, ударный механизм, стакан, размещенный в рукоятке выполненной из эластомера и закрепленной на торце корпуса, внутри которого установлен механизм воздухораспределения. (2)
Она так же имеет недостатки, а именно, левая рука не защищена от радиальной вибрации и мягкая рукоятка не дает ощущения полной управляемости машины, а холостой удар ударника при срыве или проваливании рабочего инструмента приходится на внутреннюю кромку первого звена, что может привести к его разрушению.
Наиболее близкой к предлагаемой по своей технической сути является пневматическая машина ударного действия содержащая ствол, состоящий из телескопически установленных по меньшей мере трех звеньев залитых ударопрочным и термостойким эластомером, образующим корпус, осевую и радиальную рукоятки, демпфирующую муфту установленную между динамическим и инерционным звеньями, а так же кольцевую полость между ними, залитую эластомером. (3)
Однако, она также имеет недостатки, к которым можно отнести металлические элементы составного ствола, что влияет на массу машины и усложняет процесс ее изготовления.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является снижение шума и вибрации, генерируемых машиной, а так же обеспечение долговечности, надежности, улучшение эргономики и технологичности изготовления машины ударного действия.
Поставленный технический результат достигается пневматической машиной ударного действия, содержащей ствол, с размещенным в нем с возможностью возвратно-поступательных перемещений инструментом, корпус с размещенным в нем подвижным ударником имеющий выхлопные, питающие и перепускные радиальные отверстия, шумоглушащий дефлектор, а так же механизм воздухораспределения, пусковой механизм, звено промежуточное и рукоятку, как орган управления, при этом согласно изобретению металлический ствол размещен в передней части корпуса машины для фиксации хвостовика сменного инструмента и его размеры соответствуют размерам упомянутого хвостовика, корпус выполнен из двух коаксиально расположенных один в другом цилиндров разных диаметров кинематически жестко не связанных друг с другом и образующих кольцевую камеру между собой, в которой по образующим цилиндров по всей их длине выполнены перемычки, с одной стороны служащие ребрами жесткости, а с другой стороны, образующие между собой продольные каналы. При этом оба цилиндра как внутренний, так и внешний, а так же и перемычки между ними выполнены из ударопрочного полимера - эластомера, при этом внутренний цилиндр, в котором размещен ударник, выполнен с добавками графита и служит как направляющий элемент для ударника, а внешний цилиндр является непосредственно корпусом машины. Ряд продольных каналов, образованных перемычками, с торцов открыты и служат как дополнительные ресиверы для камеры обратного хода с одной стороны и как питающие каналы для этой же камеры при холостом ходе ударника с другой стороны и сообщаются с камерой обратного хода через перепускные радиальные отверстия во внутреннем цилиндре, а между собой через открытые торца. Другие каналы с торцов заглушены и часть из них соединена с внутренней полостью внутреннего цилиндра, а так же с наружной кольцевой полостью внешнего цилиндра радиальными выхлопными отверстиями, для образования вихревых потоков при выбросе отработанного воздуха в атмосферу, а другая часть сообщается через перепускные радиальные отверстия во внутреннем цилиндре с камерой прямого хода и образует дополнительный ресивер для этой камеры.
Ударник катушечного типа помимо параболического концентратора имеет сферические утолщения в головной и задней частях, диаметры которых соответствуют диаметру цилиндра в котором он установлен, а средняя часть его занижена по отношению к внутреннему диаметру цилиндра и образует кольцевую полость между ними.
Сферический клапан из полимерного материала, помещенный с зазором между коническими поверхностями верхнего и нижнего седел, внутри выполнен полым.
Благодаря тому, что металлический ствол уменьшен до размеров хвостовика сменного инструмента и размещен в передней части корпуса машины, он служит для фиксации сменного инструмента в осевом и радиальном направлениях и, имея массу практически на порядок меньше по отношению к инструменту, не является инерционным к нему элементом, а колеблется в среде эластомера, в котором он залит, синхронно с инструментом и поэтому не имеет расклепов ни на внутреннем ни на внешнем торцах и не разрушаются от ударов, потому что, в нем генерируются стоячие волны, а бегущие и отраженные волны, которые вызывают усталостное разрушение металла отсутствуют.
Благодаря тому, что корпус выполнен из двух коаксиально расположенных один в другом цилиндров разных диаметров, кинематически жестко не связанных друг с другом, образующих кольцевую камеру между собой, в которой по образующим цилиндров по всей их длине выполнены перемычки, с одной стороны служащие ребрами, жесткости, а с другой стороны образующие между собой продольные каналы, обеспечивается радиальная жесткость корпуса так как две трубы и ребра жесткости между ними достаточно жесткая конструкция на изгиб.
Благодаря тому, что оба цилиндра как внутренний так и внешний и перемычки между ними выполнены из ударопрочного полимера - эластомера, например, из искусственных каучуков (полиуретанов), углепластиков, эпоксидных соединений и т.д., а внутренний цилиндр, в котором размещен ударник и, который служит как направляющий оэлемент для него, выполнен с добавками графита, а внешний цилиндр_является непосредственно корпусом машины, обеспечиваются максимальное снижение вибрации. При этом данная конструкция представляет собой динамический виброгаситель с упругими и демпфирующими связям, где практически происходит полное рассеивание и поглощение высокочастотных виброколебаний в среде эластомера. Кроме этого, благодаря эластичным перемычкам между цилиндрами обеспечивается их подвижность между собой в осевом, радиальном и круговом направлениях, что приводит к изменению структуры вибрации, то есть время реакции внешнего цилиндра на изменение положения и скорости внутреннего цилиндра увеличивается и ударные импульсы на внутреннем цилиндре трансформируются в гармонические колебания внешнего цилиндра-корпуса. Это значит, что микроудары становятся микротолчками и исчезает тремор на органах управления машиной, что с точки зрения физиологии ослабляет негативные последствия от такого рода вибрации.
Благодаря тому, что ряд продольных каналов, образованных перемычками с торцев открыты и сообщаются между собой, а так же через питающие радиальные отверстия во внутреннем цилиндре сообщаются с камерой обратного хода, они служат как дополнительный ресивер для этой камеры с одной стороны, а с другой стороны как питающие каналы для этой же камеры.
Благодаря тому, что другой ряд продольных каналов заглушены с торцов и одна часть из них соединена с внутренней полостью внутреннего цилиндра и с наружной кольцевой полостью внешнего цилиндра радиальными выхлопными отверстиями в стенках цилиндров, обеспечивается многократное дросселирование отработанного воздуха, его сминание в каналах от вихревых потоков и на выходе из радиальных отверстий дефлектора поток отработанного воздуха становится практически ламинарным, что уменьшает шум от выхлопа. Благодаря тому, что другая часть заглушенных каналов сообщается через перепускные радиальные отверстия во внутреннем цилиндре с камерой прямого хода образуется дополнительный ресивер для этой камеры, что увеличивает ее объем и соответственно увеличивается энергия ударов.
Благодаря тому, что ударник катушечного типа помимо параболического концентратора имеет сферические утолщения в головной и задней частях, диаметры которых соответствуют диаметру цилиндра в котором он установлен, а средняя часть его занижена по отношению к внутреннему диаметру цилиндра и образует кольцевую полость между ними, обеспечивается сопряжение ударника с внутренней поверхностью цилиндра в местах касания сферами этого цилиндра, то есть в двух местах - по окружности. Это исключает всякое затирание ударника при радиальной нагрузке на корпус, когда может быть неощутимый изгиб корпуса, отсутствует механическое строгание кромками ударника внутренней поверхности направляющего цилиндра, всегда имеющееся зазоры между сферами и поверхностью цилиндра обеспечивают центровку ударника в цилиндре, а кольцевая полость между ними попеременно наполняясь воздухом обеспечивает принцип перистальтики и снижает трение.
Благодаря тому, что геометрия сферического клапана имеет низкий момент инерции, а пустотелость обеспечивает ему минимальную массу, увеличивается его быстродействие и отсутствует гистерезис при его переключении, что приводит к мгновенной отсечке подачи сжатого воздуха в ту или другую камеры при их заполнении, и не происходит холостого стравливания сжатого воздуха в атмосферу. Уменьшается расход энергоносителя.
Благодаря тому, что клапан выполнен из эластомера удар о любое из седел при его переброске получается пластичным, а не жестким, что исключает дребезг клапана и обеспечивает четкий цикл работы машины.
Благодаря тому, что заявляемая вибробезопасная пневматическая машина ударного действия вся практически выполнена из эластомера повышается ее ресурс, так как физико-механические характеристики эластомера не уступают соответствующим характеристикам металлов, а некоторые, например, абразивный износ и допустимые динамические нагрузки выше чем у металлов.
Технологичность изготовления машины обеспечивается безотходным производством литьевых элементов, а отходы мехобработки практически отсутствуют.
В процессе хранения и транспортировки не требуется консервация, так как нет деталей, подверженных коррозии, а в процессе эксплуатации не требуется смазка машины.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая машина соответствует критерию полезной модели «Новизна».
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом но и с другими техническими решениями в смежных областях техники не позволили авторам выявить технические решения, содержащие сходные признаки, а по этому заявляемое решение соответствует критерию полезной модели «Существенные отличия».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструктивная схема заявляемой вибробезопасной пневматической машины ударного действия, на фиг.2 - ортогональная проекция фиг 1, на фиг.3 - сечение фиг.1 по А-А, на фиг.4 - сечение фиг.1 по В-В, на фиг.5 - сечение фиг.1 по С-С, на фиг.6 - сечение фиг.1 по Д-Д, на фиг.7 - ударник, размещенный во внутреннем цилиндре между камерами прямого и обратного ходов.
Вибробезопасная пневматическая машина ударного действия содержит ствол 1, с размещенным в нем подвижным инструментом 2, корпус 3, состоящий из двух коаксиально расположенных один в другом внутреннем 4 и внешнем 5 цилиндрах разных диаметров, кинематически жестко не связанных друг с другом и образующих между собой кольцевую камеру, в которой выполнены продольные эластичные перемычки 7, образующие продольные каналы, одни из которых 8 сообщаются между собой с торцов и через питающие отверстия 9 во внутреннем цилиндре сообщаются с камерой обратного хода 10 и служат с одной стороны как питающие каналы для камеры обратного хода, а с другой стороны как дополнительный ресивер для этой камеры, другие каналы имеют заглушки 11 с торцов и одна часть из них 12 служит как выхлопные каналы для шумоглушения, а вторая часть 13 сообщается через перепускные радиальные отверстия 14 во внутреннем цилиндре с камерой прямого хода 15 и служит как дополнительный ресивер для увеличения объема этой камеры, при этом во внутреннем цилиндре между камерами прямого и обратного ходов размещен с возможностью возвратно-поступательных перемещений ударник 16 и выполнены радиальные выхлопные отверстия 17, питающие 9 и перепускные 14 отверстия, а внешний цилиндр имеет выхлопные радиальные отверстия 19 и шумопонижающий дефлектор 20, установленный поверх его с образованием кольцевой выхлопной камеры 21 между ними и выхлопными отверстиями 22, сообщающими кольцевую камеру 21 с атмосферой, а так же механизм воздухораспределения, состоящий из нижнего 23 и верхнего 24 седел, и сферического клапана 25 между ними, механизм подачи сжатого воздуха, состоящий из штуцера 26 с шариковым затвором, взаимодействующего с ним плунжера 27 и осевой рукоятки 28, звено промежуточное 29, закрепленное на внутреннем торце корпуса, в питающей камере 30 которого размещен воздухораспределительный механизм и которое в свою очередь установлено внутри осевой рукоятки 28, а так же разрезную втулку 32 служащую для фиксации сменного инструмента в осевом направлении, которая поджата к наружному торцу корпуса концевым колпаком 33.
Работает заявляемая вибробезопасная пневматическая машина ударного действия следующим образом. Устанавливают машину рабочим инструментом на обрабатываемый объект, выжимают осевую рукоятку и запускают машину. Сжатый воздух через пусковой механизм, питающую камеру и механизм воздухораспределения попеременно подается, в зависимости от положения ударника, в камеры прямого или обратного ходов. Ударник соответственно этому совершает возвратно-поступательные колебания и, с одной стороны при соударении с торцом хвостовика рабочего инструмента выполняет полезную работу, а с другой - обеспечивает холостой ход. Увеличенный объем камер прямого и обратного ходов за счет сообщяющихся с ними соотстветствующих продольных каналов позволяет увеличить амплитуду колебаний ударника и уменьшить компрессионную подушку под ударником в камере обратного хода, что важно для увеличения энергии удара и стабильной работы машины.
Основным преимуществом заявляемой машины по сравнению с прототипом является вибробезопасность, обеспеченная практически полной диссипацией виброколебаний в эластичных элементах конструкции машины, изменение структуры вибрации, повышение надежности и долговечности за счет отсутствия металлических составляющих элементов ствола. Уменьшение веса, улучшение эргономики и технологичности изготовления машины.
Это достигается тем, что корпус машины выполнен из двух коаксиально расположенных один в другом цилиндров разных диаметров кинематически жестко не связанных друг с другом и образующих кольцевую камеру между собой, в которой по образующим цилиндров по всей их длине выполнены перемычки, при этом оба цилиндра, как внутренний так и внешний, и перемычки между ними выполнены из ударопрочного полимера-эластомера, например, из искусственных каучуков (полиуретанов), углепластиков, эпоксидных соединений и т.д., при этом внутренний цилиндр, в котором размещен ударник, выполнен с добавками графита для улучшения скольжения ударника, а внешний цилиндр является непосредственно корпусом машины. Здесь обеспечивается максимальное снижение вибрации и изменение ее структуры, так как данная конструкция представляет собой динамический виброгаситель с упругими и демпфирующими связями, где практически происходит полное рассеивание и поглощение высокочастотных виброколебаний в среде эластомера, кроме этого благодаря эластичным перемычкам между цилиндрами обеспечивается подвижность их относительно друг друга в осевом, радиальном и круговом направлениях, что приводит к изменению структуры вибрации, то есть время реакции внешнего цилиндра на воздействие внутреннего цилиндра растягивается и ударные импульсы, приходящиеся на внутренний цилиндр, трансформируются в гармонические колебания внешнего цилиндра. Это приводит к исчезновению тремора на органах управления машиной, что с точки зрения физиологии ослабляет негативные последствия от такого рода вибрации.
Надежность повышается благодаря тому, что две трубы, установленные одна в другую и ребра жесткости между ними - это достаточно жесткая конструкция на изгиб, а металлический ствол, уменьшенный до размеров хвостовика сменного инструмента и размещенный в передней части корпуса для фиксации инструмента в осевом направлении, имеет массу практически на порядок меньше массы самого инструмента и поэтому не является инерционным к нему элементом и совершает совместно с ним синхронные колебания в среде эластичного корпуса, в котором он залит, при этом на торцах отсутствуют расклепы и он не разрушается от ударов, так как в нем генерируются стоячие волны, а бегущие и отраженные встречные волны, которые вызывают усталостное разрушение металла, отсутствуют.
Ударник катушечного типа помимо параболического концентратора имеет сферические утолщения в головной и задней частях, диаметры которых соответствуют диаметру цилиндра, в котором он установлен, а средняя его часть занижена по отношению к внутреннему диаметру цилиндра и образует кольцевую полость между ними. Это обеспечивает сопряжение ударника с внутренней поверхностью цилиндра в местах касания, то есть в двух местах по окружности, при этом исключается затирание ударника при незначительном изгибе корпуса машины, отсутствует механическое строгание кромками ударника внутренней поверхности направляющего цилиндра, всегда имеющиеся зазоры между сферами и внутренней поверхностью цилиндра превращают процесс скольжения в процесс квазикачения и обеспечивают центровку ударника в цилиндре, а кольцевая полость между ними, попеременно наполняясь воздухом обеспечивает принцип перистальтики при движении ударника, снижает трение его о стенки цилиндра и способствует охлаждению ударника.
Энергетика и устойчивый цикл работы машины обеспечиваются дополнительными ресиверами для камер прямого и обратного ходов, которыми являются часть продольных каналов, образованных перемычками между внутренним и внешним цилиндрами.
Использование другой части продольных каналов в качестве выхлопных каналов обеспечивает многократное дросселирование отработанного воздуха при выхлопе и уменьшает его энергию делая вытекающий поток практически ламинарным. Это повышает комфортность работы с машиной.
Благодаря тому, что геометрия сферического клапана имеет низкий момент инерции, а пустотелость обеспечивает ему минимальную массу, увеличивается его быстродействие и отсутствует гистерезис при его переключении, что приводит к мгновенной отсечке подачи сжатого воздуха в ту или другую камеры при их заполнении и не происходит холостого стравливания сжатого воздуха в атмосферу. Уменьшается расход энергоносителя.
Технологичность обеспечивается тем, что почти все элементы машины выполнены путем отливки из полимера-эластомера, что исключает затраты на механическую обработку и потери на отходы материалов, при этом в процессе хранения и транспортировки машины не требуется консервации и защиты от коррозии, а в процессе эксплуатации не требуется смазка машины.