ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ
AIR-DRIVEN PERCUSSION MECHANISM

Изобретение относится к строительству и горной промышленности, в частности к пневматическим устройствам ударного действия.
Известен пневматический ударный механизм (а.с. СССР 359382, М.кл. Е21С 3/24 1972 г.), включающий цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью со сквозным осевым отверстием и втулкой с каналом-пазом, установленной в сквозном осевом отверстии и закрепленной относительно кольцевого фланца, стержень с поршневой частью, постоянно находящейся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника и взаимодействующей с каналом-пазом втулки, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части ступенчатого ударника, стакан с каналом подвода воздуха, опирающийся на кольцевой фланец и закрепленный относительно цилиндрического корпуса, кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса и камеру сетевого воздуха в стакане, разделенные кольцевым фланцем, кольцевую камеру атмосферного давления со стороны штоковой части ступенчатого ударника и камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса. Канал-паз во втулке, при взаимодействии с поршневой частью стержня, обеспечивает открытие и закрытие сквозного осевого отверстия ударника. Втулка цилиндрического корпуса, образующая кольцевой перешеек со стороны камеры пневматического буфера, ограничивает величину перемещения ступенчатого ударника.
Указанный механизм обладает 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 стрежнем, нарушение которой приводит к возрастанию сил сопротивления движению поршневой части стержня во втулке, торможению ударника и снижению надежности стержня, жесткое болтовое крепление которого усиливает снижение его надежности.
Известен пневматический ударный механизм (патент РФ 2432442, М.кл. Е21В 4/14 2010 г., прототип), 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 находящейся 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 (рабочего хода) 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, ограничивающими 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 канала-паза с постоянным геометрическим сечением. Пневматический ударный механизм как содержащий наибольшее количество существенных признаков, включенных в предлагаемое техническое решение, принят в качестве прототипа.
Прототип обладает недостатками: постоянное геометрическое сечение канала-паза на поршневой части стержня обуславливает одинаковое количество воздуха подаваемого в камеру холостого хода в начале и конце 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.
Техническая задача заявляемого решения заключается в том, что на боковой поверхности торцевой части стержня со сквозным осевым каналом в ступенчатом ударнике выполняются канал-пазы с изменяющимися длинами с суммарной площадью поперечных сечений увеличивающихся от полного диаметрального сечения поршневой части стержня до окончания торцевой части, установленной в сквозном осевом канале ступенчатого ударника. Наличие канал-пазов с изменяющимися длинами в ступенчатом ударнике позволит в начале впуска воздуха в камеру холостого хода плавно впустить меньшее количество воздуха, что позволит уменьшить количество воздуха в камере холостого хода перед соударением, снизить противодавление воздуха в ней и торможение ступенчатого ударника, обеспечив увеличение его скорости перед соударением с хвостовиком рабочего инструмента, а следовательно, способствовать увеличению энергии удара и частоты 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 уменьшить количество впускаемого воздуха в камеру холостого хода за счет уменьшенного геометрического сечения канал-пазов к окончанию холостого хода. Техническое решение обуславливает впуск меньшего количества воздуха в камеру холостого хода при рабочем ходе. Как следствие, предлагаемое техническое решение позволяет снизить расход воздуха пневматическим ударным механизмом. При увеличении количества канал-пазов с изменяющимся геометрическим сечением можно существенно повысить энергетические параметры пневматического ударного механизма.
Сущность предлагаемого технического решения пневматического ударного механизма заключается в следующем: пневматический ударный механизм, 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 с канал-пазами, постоянно находящейся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера (рабочего хода), втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части и образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера (рабочего хода) 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, причем на боковой поверхности поршневой части стержня, взаимодействующей со сквозным осевым отверстием в ступенчатом ударнике, выполнены канал-пазы с изменяющимися длинами с суммарной площадью поперечных сечений, увеличивающихся от полного диаметрального сечения поршневой части стержня до окончания торцевой части, установленной в сквозном осевом канале ступенчатого ударника.
Исполнение пневматического ударного механизма поясняется чертежами:
На чертеже (фиг.1) представлен продольный разрез пневматического ударного механизма;
На чертеже (фиг.2) представлен фрагмент развертки поршневой части стержня с размещением канал-пазов.
Пневматический ударный механизм (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1, установленный в нем с возможностью перемещаться ступенчатый ударник 2 со штоковой частью 3 и основной частью 4, имеющий сквозное осевое отверстие 5, частично входящий в него стержень 6 своей поршневой частью 7 с буртиком 8 в камере 9 сетевого воздуха. Поршневая часть 7 стержня 6 (фиг.1 фиг.2) выполнена с канал-пазами 10 с изменяющимися длинами, с суммарными площадями поперечных сечений, увеличивающимися от полного диаметрального сечения торцевой части стержня 6 до окончания торцевой части, что обеспечивает постепенный впуск сетевого воздуха в сквозное осевое отверстие 5 ступенчатого ударника 2. Осевое перемещение стержня 6 ограничивают кольцевой фланец 11 с опиранием на него крышки 12 и стопор 13 крышки. Стакан 14 закрепляет крышку 12 относительно кольцевого фланца 11 и корпуса 1. В кольцевом фланце 11 центральное отверстие для стержня выполнено так, что в любом положении стержня 6 калиброванный кольцевой зазор 15 между стержнем 6 и центральным отверстием фланца 11 сохраняет площадь сечения калиброванного зазора и обеспечивает впуск сетевого воздуха из камеры 9 сетевого воздуха в кольцевую распределительную камеру 16. Канал-пазы 10 на поршневой части 7 стержня 6 обеспечивают постепенный впуск воздуха в камеру холостого хода 17, и, следовательно, запуск механизма в любом положении. Кольцевая камера 18 пневматического буфера (рабочего хода) сообщается выпускным каналом 19 в цилиндрическом корпусе 1 с атмосферой. Камера 17 холостого хода периодически в зависимости от положения ступенчатого ударника сообщается с атмосферой посредством выпускного канала 20 в цилиндрическом корпусе 1. Кольцевой фланец 11 и крышка 12 образуют камеру 9 сетевого воздуха, куда поступает сетевой воздух через канал 21 в стакане 14 и каналы 22 в крышке 12, далее в камеру 9 сетевого воздуха посредством каналов 23 в буртике 8 стержня 6 и калиброванного кольцевого зазора 15 в кольцевом фланце 11 в кольцевую распределительную камеру 16, являющуюся камерой рабочего хода. Рабочий инструмент 24 установлен своим хвостовиком 25 в камере 17 холостого хода и удерживается относительно корпуса 1, например пружиной 26.
Пневматический ударный механизм работает следующим образом. После включения пускового устройства (на чертеже (фиг.1) не показано и может быть любым известным) воздух из сети поступает по каналу 21 в стакане 14 и каналу 22 крышки 12 в камеру 9 сетевого воздуха. Далее через каналы 23 буртика 8 стержня 6 и по кольцевому калиброванному зазору 15 в кольцевом фланце 11 в кольцевую распределительную камеру 16. Из кольцевой распределительной камеры 16 по канал-пазам 10 с изменяющимися длинами с суммарной площадью поперечных сечений, увеличивающихся от полного диаметрального сечения поршневой части стержня 6 до окончания торцевой части, воздух поступает по сквозному осевому отверстию 5 ступенчатого ударника 2 в камеру 17 холостого хода. Исполнение канал-пазов 10 с изменяющимся геометрическим сечением позволяет снизить противодавление воздуха в камере холостого хода за счет меньшего количества воздуха в начальный период впуска через меньшее проходное сечение канал-пазов, что снижает сопротивление движению ступенчатого ударника 2, сохраняет его предударную скорость к моменту удара по хвостовику 25 рабочего инструмента 24. В положении, показанном на чертеже, камера 18 пневматического буфера (рабочего хода) сообщена с атмосферой посредством выпускного канала 19. В начале движения ступенчатого ударника 2, когда канал-пазы 10 на поршневой части 7 стержня 6 открыты, продолжается наполнение воздухом камеры 17 холостого хода, обеспечивая расчетную величину импульса холостого хода. Давление воздуха в камере 17 холостого хода плавно повышается, и под действием импульса давления с ее стороны ступенчатый ударник 2 начнет движение в сторону кольцевой распределительной камеры 16, совершая холостой ход. При последующем движении ступенчатый ударник 2 перекрывает последовательно канал-пазы 10 поршневой части 7 стержня 6, а затем открывает канал 20 в корпусе 1 и давление воздуха в камере 17 холостого хода выравнивается до атмосферного. Перемещаясь, ступенчатый ударник 2 перекроет выпускной канал 19 и в камере 18 после разобщения ее с атмосферой начнется сжатие отсеченного в ней воздуха. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 16 увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый ударник 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 16, камеры 18 пневматического буфера (рабочего хода) и камеры 17 холостого хода, ступенчатый ударник 2 затормаживается и остановится в расчетном положении. Сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 16, камеры 18 пневматического буфера (рабочего хода) ступенчатый ударник 2 начинает движение в сторону хвостовика 25 рабочего инструмента 24, совершая рабочий ход. При этом ударник 2 откроет выпускной канал 19 и камера 18 пневматического буфера (рабочего хода) сообщается с атмосферой. Далее ступенчатый ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 19, откроет последовательно канал-пазы 10 на поршневой части 7 стержня 6, вследствие чего в камере 17 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха поступающего в меньшем количестве из кольцевой распределительной камеры 16, из-за последовательного открывания канал-пазов 10. Так как рабочая диаметральная площадь основной части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры 17 холостого хода больше диаметральной площади штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха ступенчатый ударник 2, преодолевая противодавление со стороны камеры 17 холостого хода, наносит удар по хвостовику 25 рабочего инструмента 24. Под действием импульса отскока и силового импульса давления воздуха, поступающего из распределительной камеры 16, в камеру 17 холостого хода ступенчатый ударник 2 начинает холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.