ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ
PNEUMATIC IMPACT MECHANISM

Изобретение относится к механизмам, используемым в машинах ударного действия различного назначения: в молотках ручных, молотках навесных, машинах для прокладки скважин бестраншейным способом, машинах для забивания труб для коммунальных целей, относящихся к области строительства.
Известен пневматический ударный механизм (см., например, а.с. СССР №275931, Мкл E21C 3124, 1970 г.), содержащий ступенчатый цилиндр, управляющий стержень, закрепленный относительно цилиндра, ударник с центральным каналом, периодически взаимодействующим со стержнем и разделяющим ступенчатый цилиндр на камеры: сетевого воздуха со стороны стержня, промежуточную кольцевую рабочего хода и холостого хода со стороны хвостовика рабочего хода, выпускные каналы в стенке цилиндра для периодического выпуска отработавшего воздуха из кольцевой камеры рабочего хода и камеры холостого хода.
Пневматический ударный механизм обладает недостатком: так как закрытие и открытие осевого отверстия ударника стержнем происходит резко, с соударением об устье отверстия ударника, это вызывает торможение ударника и ухудшает характеристики механизма.
Также известен пневматический ударный механизм (см., например, а.с. СССР №359382, М.кл E21C 3/24 1972 г.), включающий цилиндр с впускным и выпускным каналами, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник с центральным сквозным каналом и втулкой с каналом - пазом, жестко закрепленный относительно крышки стержень, постоянно находящийся в центральном сквозном канале ударника, взаимодействующим с каналом - пазом втулки. Ударник разделяет полость цилиндра на распределительную камеру, атмосферного давления со стороны штоковой части ударника и камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента. Канал - паз во втулке, при взаимодействии с поршневой частью стержня, обеспечивает открытие и закрытие центрального канала ударника. На участке взаимодействия со штоковой частью ударника в цилиндре установлена втулка, образующая кольцевую ступень, ограничивающую ход ударника со стороны камеры атмосферного давления. Пневматический ударный механизм как содержащий наибольшее количество существенных признаков, включенных в предлагаемое техническое решение, принят в качестве прототипа.
Механизм по прототипу обладает основными недостатками: кольцевая камера, образованная цилиндром корпуса и штоковой частью ударника, не участвует в образовании силового импульса давления воздуха с ее стороны, что препятствует повышению энергии удара; выполнение штоковой части ударника должно обеспечивать посадку с установленной в цилиндре втулкой, обеспечивая ее соосность со стержнем, что практически невозможно и, как правило, приводит к перекосам стержня и возрастанию сил сопротивления движению поршневой части стержня во втулке, торможению ударника и снижению надежности стержня.
Отмеченные недостатки механизма устраняются полностью или частично, если на участке взаимодействия кольцевой ступени втулка цилиндра - штоковая часть ударника выполнить кольцевой дроссельный зазор с расчетным проходным сечением, постоянно соединяющий кольцевую камеру со стороны штоковой части ударника с распределительной камерой, а также коаксиально распределительной камере образовать дополнительную кольцевую камеру присоединенного объема, постоянно сообщенную перепускным каналом с кольцевой камерой.
Сущность предлагаемого технического решения пневматического ударного механизма заключается в следующем: пневматический ударный механизм, включающий цилиндр с выпускными каналами, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой и основной частями с центральным сквозным каналом и втулкой с каналом-пазом в штоковой части ударника, разделяющий полость цилиндра на камеру холостого хода со стороны хвостовика, распределительную камеру со стороны штоковой части ударника, кольцевую камеру рабочего хода, камеру сетевого воздуха, кольцевую крышку, размещенную между камерой сетевого воздуха и распределительной камерой с каналом подвода воздуха из камеры сетевого воздуха в распределительную камеру, жестко закрепленный относительно крышки стержень с поршневой частью, постоянно находящейся в центральном канале ударника, взаимодействующий с каналом-пазом втулки, соединяющий периодически, в зависимости от положения ступенчатого ударника, распределительную камеру и камеру холостого хода между собой, причем распределительная камера и кольцевая камера рабочего хода постоянно сообщены между собой кольцевым дроссельным каналом, коаксиально распределительной камере установлен стакан, образующий с цилиндром дополнительную кольцевую камеру присоединенного объема, постоянно сообщенную перепускным каналом с кольцевой камерой.
Исполнение пневматического ударного механизма поясняется чертежом (продольный разрез).
Пневматический ударный механизм содержит цилиндр 1, ступенчатый ударник 2 со штоковой частью 3 и основной частью 4, стакан 5, образующий с внутренней поверхностью цилиндра, являющейся ограничением хода ударника, дополнительную кольцевую камеру. Ступенчатый ударник 2 снабжен центральным каналом 6 с радиальными каналами 7 и разделяет полость цилиндра 1 на распределительную камеру 8 и дополнительную кольцевую камеру 9 присоединенного объема, сообщенную с кольцевой камерой 10 рабочего хода, образованной цилиндром, штоковой частью ударника и ступенью основной части 4 ударника, и камеру 11 холостого хода, образованную цилиндром, ударником и хвостовиком 12 рабочего инструмента 13, который удерживается относительно цилиндра, например, концевой пружиной 14 от произвольного выпадания. Центральный канал 6 ступенчатого ударника 2 посредством радиальных каналов 7 сообщен постоянно с камерой 11 холостого хода. Цилиндр 1 снабжен с противоположного хвостовику 12 торца крепежным стаканом 15 с каналом 16 для подвода сжатого воздуха в камеру 17 сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом 15 и кольцевой крышкой 18, в которой выполнены каналы 19, соединяющие постоянную камеру 17 сетевого воздуха и распределительную камеру 8 между собой. В кольцевой крышке 18 жестко закреплен, например, болтовым соединением 20 стержень 21 с поршневой частью 22, взаимодействующей постоянно с втулкой 23, установленной в центральном канале 6 ступенчатого ударника 2. Втулка 23 снабжена продольными каналами-пазами 24 для периодического сообщения, в зависимости от положения ударника 2, камеры 8 и камеры 11 посредством центрального канала 6 и радиальных каналов 7 ступенчатого ударника. Кольцевая камера 10 рабочего хода и распределительная камера 8 сообщены постоянно между собой посредством кольцевого дроссельного канала 25. Цилиндр 1 снабжен выпускными каналами 26 и 27 периодически сообщающими, в зависимости от положения ступенчатого ударника 2, кольцевую камеру 10 рабочего хода и камеру 11 холостого хода с атмосферой с целью выпуска из них отработавшего воздуха. Величина возможных радиальных перемещений, исключающая защемление поршневой части 22 стержня 21 в канале 28 втулки 23 и центрального канала 6 ступенчатого ударника 2, должна быть не меньшей возможных радиальных перемещений штоковой части 3 ступенчатого ударника в отверстии кольцевого дроссельного канала 25, образованного зазором между штоковой частью 3 ступенчатого ударника и стаканом 5. Дополнительная кольцевая камера 9 присоединенного объема постоянно сообщена с камерой 10 перепускным каналом 29.
Пневматический ударный механизм работает следующим образом.
После включения пускового устройства (на чертеже не показано и может быть любым известным) воздух из сети поступает по каналу 16 в стакане 15 в камеру 17 сетевого воздуха. Далее через каналы 19 в кольцевой крышке 18 воздух поступает в распределительную камеру 8. Из распределительной камеры 8 по продольным каналам-пазам 24 и каналу 28 втулки 23 в штоковой части 3 ударника 2 воздух поступает по центральному каналу 6 ударника и его радиальным каналам 7 в камеру 11 холостого хода. Одновременно по кольцевому дроссельному каналу 25 воздух из распределительной камеры 8 поступает в кольцевую камеру 10 рабочего хода и дополнительную камеру 9 присоединенного объема, соединенные с атмосферой через выпускной канал 26. В начале движения ступенчатого ударника 2 (см. чертеж), продолжается наполнение воздухом камеры 11 холостого хода, обеспечивая расчетную величину импульса холостого хода. Под действием импульса давления со стороны камеры 11 холостого хода ударник 2 продолжает движение в сторону распределительной камеры 8, совершая холостой ход. При последующем движении ударник 2 перекрывает выпускной канал 26 в цилиндре 1, а канал 28 и продольные каналы-пазы 24 втулки 23 штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 перекрываются поршневой частью 22 стержня 21 и после открытия основной частью 4 выпускного канала 27 давление воздуха в камере 11 холостого хода выравнивается до атмосферного. В камере 10 рабочего хода после разобщения ее с атмосферой начнется сжатие отсеченного в ней и поступающего из камеры 8 через кольцевой дроссельный канал 25 воздуха до некоторой расчетной величины. Давление в распределительной камере 8, камере 10 рабочего хода и дополнительной камере 9 присоединенного объема увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ударник 2 со стороны распределительной камеры, дополнительной камеры присоединенного объема и камеры 11 холостого хода, ударник затормаживается и остановится в расчетной точке. Сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны распределительной камеры 8 и камеры 10 рабочего хода, а также дополнительной камеры 9 присоединенного объема ударник 2 начинает движение в сторону хвостовика 12 рабочего инструмента 13, совершая рабочий ход. При этом ступенчатый ударник 2 откроет выпускной канал 26 и дополнительная камера 9 присоединенного объема сообщится с атмосферой. Далее ступенчатый ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 27 и откроет канал 28 и продольные каналы-пазы 24 втулки 23 в штоковой части 3 ступенчатого ударника, вследствие чего в камере 11 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего по продольным каналам-пазам 24, каналу 28, центральному каналу 6 и радиальным каналам 7 из распределительной камеры 8. После открытия выпускного канала 26 давление в кольцевой камере 10 рабочего хода и дополнительной камере 9 присоединенного объема понизится до величины атмосферного.
Так как рабочая площадь основной части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры 11 холостого хода больше торцевой площади штоковой части 3 ударника, то под действием разности импульсов давлений воздуха со стороны этих камер ударник, преодолевая противодавление со стороны камеры холостого хода, наносит удар по хвостовику 12 инструмента 13. Под действием импульсов отскока и давления воздуха со стороны камеры 11 холостого хода ударник 2 начинает холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.