ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МОЛОТ
PNEUMATIC 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 пневматический молоток (см., например, а.с. СССР 1061982, М. Кл. 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 камеру 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, М. Кл. B25D 9/04, 1985 г.), содержащий цилиндрический корпус с рукояткой, выпускными каналами, проточной камерой, постоянно сообщающейся воздухоотводящим каналом с сетью сжатого воздуха, ударник, разделяющий полость корпуса на камеру рабочего хода, постоянно сообщающуюся с проточной камерой и попеременно сообщающуюся с атмосферой, дроссель, перегородку с центральным отверстием, образующую с корпусом и рукояткой проточную камеру, и коаксиально установленным корпусу и закрепленным в центральном отверстии перегородки стержнем. В стержне выполнены дополнительный 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 - каналом воздухоотводящим с большим проходным сечением, чем воздухоподводящий, что приводит к увеличению диаметрального сечения стержня и ударника, а следовательно, к увеличению 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), содержащий цилиндрический корпус, размещенный в нем ударник со сквозным осевым отверстием, разделяющий полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, фланец с центральным отверстием и установленной в нем стержнем-трубкой, пропущенным через отверстие в стакане и закрепленным относительно него, во 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 перепускным каналом-лыской или каналом-пазом, выполненным на боковой поверхности ударника с выходом на его торце со стороны камеры рабочего хода, и сообщает камеры холостого и рабочего ходов в положении ударника, опертого на хвостовик рабочего инструмента. Канал в стержне-трубке снабжен радиальным каналом выпуска с выходом его в продольный осевой канал и атмосферу. Радиальный канал выпуска сообщает камеры холостого хода при вскрытии его торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, с продольным осевым каналом, в стержне-трубке и атмосферой.
Прототип обладает следующими недостатками:
- камеры рабочего и холостых ходов наполняются резко, чем создаются условия возрастания противодавления воздуха в них, что обуславливает, при рабочем ходе, резкое торможение ударника, снижение предударной скорости и потерю ударником кинетической энергии удара перед соударением с хвостовиком;
- при холостом ходе возрастает противодавления воздуха на торец ударника, что приводит к потере импульса сил давления со стороны холостого хода и как следствие преждевременному торможению, уменьшению перемещения ударника в сторону фланца, уменьшению участка разгона при рабочем ходе и уменьшению кинетической энергии ударника при соударении с хвостовиком рабочего инструмента.
Следствием приведенных недостатков является снижение КПД использования внутренней энергии воздуха в рабочем процессе. Отмеченные недостатки прототипа исключаются полностью или частично, если исключить резкую 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 повысить КПД использования его внутренней энергии, чем повысить энергию единичного удара и улучшить экономический показатель по удельному расходу воздуха в рабочем процессе пневмоударного механизма молота.
Технической задачей заявляемого пневматического молота является увеличение импульса сил давления воздуха для разгона ударника при холостом и рабочем ходе путем снижения местных сопротивлений перепускного канала, а также подачи большого количества воздуха из камеры рабочего хода в камеру холостого хода, за счет наличия в камерах рабочего и холостого ходов кольцевых камер, со стороны камеры рабочего хода, аккумуляционная и камера торможения с перепуском между ними, и со стороны камеры холостого хода задняя и передняя перепускные, которые в зависимости от положения ударника с глухим перепускным каналом на боковой поверхности ударника без выхода на оба торца ударника будут сообщаться между собой.
Поставленная задача решается тем, что пневматический молот, содержащий пневмоударный механизм дроссельно-клапанного типа, содержащий рабочий инструмент с хвостовиком, цилиндрический корпус, стакан с каналом подвода воздуха из сети, закрепленный разъемно относительно цилиндрического корпуса, кольцевой фланец с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в цилиндрическом и кольцевом фланце, размещенный в цилиндрическом корпусе ударник со сквозным осевым отверстием и перепускным каналом на боковой поверхности и разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень-трубку, пропущенный через центральное отверстие в стакане и закрепленный относительно его, выточку в камере холостого хода, взаимодействующую с перепускным каналом в виде канала-лыски, либо канала-паза на боковой поверхности ударника, радиальный канал выпуска в стержне-трубке с его продолжением в виде осевого продольного канала с выходом в атмосферу и открываемый торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, согласно изобретению, перепускной канал на боковой поверхности ударника выполнен глухим, между стаканом и цилиндрическим корпусом образована кольцевая дополнительная предкамера, кольцевой фланец снабжен боковой стенкой и выполненным в ней каналом перепуска, постоянно сообщающим торцевую предкамеру с кольцевой дополнительной предкамерой, в камере рабочего хода со стороны кольцевого фланца выполнены кольцевая камера торможения и кольцевая аккумуляционная камера в виде кольцевых выточек, разделенных кольцевым буртиком в стенке корпуса на уровне кольцевых выточек, выполнены сквозные перепускные каналы, постоянно сообщающие кольцевую дополнительную с камерой торможения и кольцевой аккумуляционной камерой, а в камере холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента выполнены передняя кольцевая перепускная камера и задняя кольцевая перепускная камера в виде выточек, разделенных кольцевым буртиком, так что при взаимодействии выточек с глухим каналом перепуска на боковой поверхности ударника кольцевая камера торможения соединена с кольцевой аккумуляционной камерой, в положении ударника, опертого на хвостовик рабочего инструмента, передняя кольцевая перепускная камера и задняя кольцевая перепускная камера сообщены с кольцевой аккумуляционной камерой и кольцевой камерой торможения.
Исполнение пневматического молота поясняется фиг. 1.
Пневматический молот содержит корпус (1) с цилиндрической полостью (2), ударник (3), разделяющий полость (2) на камеру (4) рабочего хода и камеру (5) холостого хода, рабочий инструмент (6) с хвостовиком (7) со стороны камеры (5) холостого хода, закрепленный относительно корпуса (1) стакан (8) с осевым сквозным каналом (9) и каналом (10) подвода сетевого воздуха, уплотненно установленный на торце (11) корпуса (1) кольцевой фланец (12) с боковой стенкой (13) и центральным сквозным отверстием (15) и дроссельным каналом (16) выпуска сетевого воздуха из торцевой предкамеры (17), образованную между кольцевым фланцем (12) и стаканом (8). Ударник (3) выполнен с осевым сквозным каналом (18) и глухим каналом (19) перепуска на боковой поверхности ударника (3) без выхода на торцы ударника (3). Глухие каналы (19) перепуска на боковой поверхности без выхода на торцы ударника (3) могут быть выполнены в виде пазов прямых вдоль образующей ударника, либо пазов наклонных, либо лысок, либо винтового паза однозаходного, либо винтового паза многозаходного. В осевом сквозном канале (18) установлен стержень (20) с выпускным радиальным каналом (21) и его продолжением в виде продольного осевого канала (22) с выходом в атмосферу. Стержень (20) установлен уплотненно в осевом сквозном канале (9) стакана (8) и пропущен в сквозном отверстии (15) кольцевого фланца (12) и в осевом сквозном канале (18) ударника (3) с возможностью его перемещения относительно стержня (20). Между стаканом (8) и корпусом (1) образована дополнительная кольцевая предкамера (23), постоянно сообщенная с торцевой предкамерой (17) радиальным каналом (14) впуска в боковой стенке (13) кольцевого фланца (12). В камере (4) рабочего хода со стороны кольцевого фланца (12) выполнена кольцевая камера (24) торможения и кольцевая аккумуляционная камера (25), образованные выточкой (26) и выточкой (28) с перепускным каналом (29) в стенке корпуса (1), разделенные внутренним кольцевым буртиком (30) и так, что суммарная длина выточек (26), (28) и буртика (30) не превышает длину глухого канала перепуска на боковой поверхности ударника (3). В камере (5) холостого хода со стороны хвостовика (7) рабочего инструмента (6) выполнены передняя перепускная камера (31) и задняя перепускная камера (32) в виде выточек (33) и (34), разделенных между собой внутренним кольцевым буртиком (35) так, что при положении ударника (3), опертого на хвостовик (7) рабочего инструмента (6), глухой канал (19) перепуска на боковой поверхности ударника (3), передняя перепускная камера (31) камеры (5) холостого хода сообщена с камерой (4) рабочего хода. Кольцевая аккумуляционная камера (28) разобщена, в зависимости от положения ударника (3), с кольцевой камерой (24) торможения кольцевым буртиком (30) и кольцевой задней перепускной камерой (32) кольцевым буртиком (36).
Пневматический молот работает следующим образом.
После включения устройства пуска сжатый воздух посредством пневматического рукава подается через канал (10) в торцевую предкамеру (17), образованную стаканом (8) и фланцем (12) с боковыми стенками (13). Из торцевой предкамеры (17) воздух поступает одновременно посредством радиального канала (14) в дополнительную кольцевую предкамеру (23) и посредством дроссельного канала (16) в камеру (4) рабочего хода и соединенные с ней кольцевую камеру (24) и кольцевую аккумуляционную камеру (25), выполненные в выточках (26) и (28), а также в кольцевую заднюю перепускную камеру (32) в выточке (34) и посредством глухого перепускного канала (19) на боковой поверхности ударника (3) в переднюю перепускную камеру (31) в выточке (33) и собственно в камеру (5) холостого хода со стороны хвостовика (7) рабочего инструмента (6). Одновременно воздух из дополнительной кольцевой предкамеры (23) посредством радиального перепускного канала (27) в стенке корпуса (1) поступает в кольцевую камеру (24) торможения в выточке (26) и посредством радиального перепускного канала (29) в кольцевую аккумуляционную камеру (25) в выточке (28), а также в кольцевую заднюю перепускную камеру (32) в выточке (34) и далее посредством глухого перепускного канала (19) на боковой поверхности ударника (3) в кольцевую переднюю перепускную камеру (5) холостого хода. За счет динамического напора двух потоков воздуха со стороны камеры (4) рабочего хода в замкнутом объеме камеры (5) холостого хода давление воздуха увеличивается из-за образования более уплотненного объема воздуха. При этом со стороны камеры (4) рабочего хода давление воздуха будет уменьшаться из-за проточности и большего количества объема в сравнении с объемом камеры (5) холостого хода.
Таким образом из-за разницы давлений со стороны камеры (4) рабочего хода и камеры (5) холостого хода ударник (3) начнет движение в сторону камеры (4) рабочего хода. Преодолевая противодавление воздуха со стороны аккумуляционной камеры (25) и камеры (24) торможения, ударник (3) совершает холостой ход. Перемещаясь в сторону камеры (4) рабочего хода, ударник (3) перекроет кольцевой буртик (36) и кольцевой буртик (35) корпуса (1), далее откроет доступ воздуха в кольцевую заднюю камеру (32) и кольцевую переднюю камеру (31) со стороны камеры (5) холостого хода, в результате чего камера (5) холостого хода подзарядится и ударник (3) получит добавочный импульс давления и продолжит перемещение в сторону камеры (4) рабочего хода. Продолжая движение ударник (3) перекроет буртик (36) корпуса (1) и откроет буртик (30), в результате чего камера (24) торможения сообщится с аккумуляционной камерой (28), что понизит давление воздуха в камере (24) торможения и снизит противодавление воздуха на ударник (3), который к этому моменту откроет своим торцом со стороны осевого сквозного канала (18) выпускной радиальный канал (21) в стержне (20) и посредством продольного осевого хода сообщится с атмосферой, в результате чего давление воздуха в камере (5) холостого хода понизится до атмосферного. Перемещаясь по инерции, ударник (3) будет затормаживаться и остановится в п расчетном положении без открытия буртиком (36) корпуса (1) сообщения аккумуляционной камеры (25) с кольцевой задней камерой (32). Таким образом кольцевая аккумуляционная камера (25) и кольцевая камера (24) торможения не сообщаются посредством выпускного радиального канала (21) и продольного осевого канала (22) в стержне (20) с атмосферой. Сразу же после остановки под действием сил давления воздуха со стороны камеры (4) рабочего хода и камеры (24) торможения ударник (3) начнет движение в сторону хвостовика (7) инструмента (6). При отсутствии противодавления воздуха со стороны кольцевой задней камеры (32) кольцевой передней камеры (31) и камеры (5) холостого хода и при поступлении воздуха из торцевой предкамеры (17) посредством дроссельного канала (16) и воздуха из дополнительной предкамеры (23) через радиальный перепускной канал (27), а также воздуха из кольцевой аккумуляционной камеры (25), поступающего через радиальный перепускной канал (29) и посредством глухого перепускного канала (19) на боковой поверхности ударника (3), воздух, обтекая кольцевой буртик (30), наполняет кольцевую камеру (24) торможения. Под действием сил давления со стороны кольцевой камеры (24) ударник (3) будет перемещаться ускоренно и после перекрытия кольцевого буртика (30) до начала открытия кольцевого буртика (36) и сообщения кольцевой аккумуляционной камеры (25) с кольцевой задней перепускной камерой (32). Перемещаясь далее, ударник (3) перекроет выпускной радиальный канал (21), и сообщение с атмосферой кольцевой задней перепускной камеры (32), кольцевой передней перепускной камеры (31) и собственно камеры (5) холостого хода посредством продольного осевого канала (22) в стержне (20) прекратится. С этого момента воздух из кольцевой аккумуляционной камеры (25) начнет перетекать в кольцевую заднюю камеру (32), кольцевую переднюю камеру (31) и камеру (5) холостого хода и создавать противодавление и затормаживающее воздействие на ударник (3), которое будет преодолеваться силами давления воздуха на торец ударника (3) со стороны кольцевой аккумуляционной камеры (25) и кольцевой камеры (24) торможения. При одновременном поступлении воздуха в них через дроссельный канал (16) во фланце (12) из торцевой предкамеры (17) и посредством радиальных перепускных каналов (27) и (29) воздуха из кольцевой дополнительной предкамеры (23). После перекрытия ударником (3) кольцевых буртиков (36) и (35) поступление воздуха в кольцевую переднюю перепускную камеру (31) и камеру (5) холостого хода прекратится, что позволит уменьшить силы противодавления и торможение ударника (3) и сохранить скорость движения к хвостовику (7) рабочего инструмента (6). При последующем движении ударник (3) откроет кольцевой буртик (35) и часть воздуха перетечет из кольцевой задней перепускной камеры (32), посредством глухого перепускного канала (19) на боковой поверхности ударника (3), в кольцевую переднюю перепускную камеру (31) и камеру (5) холостого хода, чем повысится количество и давление воздуха со стороны камеры (5) холостого хода. Перемещаясь к хвостовику (7) рабочего инструмента (6), ударник (3) верхним торцом откроет доступ сжатого воздуха из кольцевой аккумуляционной камеры (25) и кольцевой камеры (24) торможения, что повысит количество и давление воздуха со стороны кольцевой передней перепускной камеры (31) и камеры (5) холостого хода. Преодолевая противодавление воздуха со стороны камеры (5) холостого хода, ударник (3) под действием сил давления со стороны кольцевой аккумуляционной камеры (25) и кольцевой камеры (24) торможения наносит удар по хвостовику (7) рабочего инструмента (6). В результате соударения ударник (3) приобретает импульс давления, что позволяет ему начать движение от хвостовика (7) в сторону камеры (4) рабочего хода. Далее рабочий цикл повторяется.
Особенностью рабочего цикла является то, что отработанный воздух выпускается только из камеры (5) холостого хода, а воздух камеры (4) рабочего хода перепускается в камеру (5) холостого хода для повторного его использования в следующем цикле в камере (5) холостого хода. Функции глухого перепускного канала (19) на боковой поверхности ударника (3), без его выхода на торцы, позволяет осуществить перепуски воздуха между кольцевыми камерами (25) (24) со стороны камеры (4) рабочего хода и между кольцевыми камерами (32) и (31) со стороны камеры (5) холостого хода, а также кольцевой аккумуляционной камерой (25) и кольцевой задней перепускной камерой (32), что позволяет осуществить устойчивый режим работы пневматического молота со сниженным непроизводительным расходом воздуха.