ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ
PNEUMATIC IMPACT MECHANISM

Изобретение относится к строительству и горной промышленности, в частности к пневматическим устройствам ударного действия.
Известен беззолотниковый пневматический ударный механизм (см., например, а.с. СССР №275931, М.кл. Е21С 3/24 1970 г.), включающий ступенчатый цилиндр с постоянно открытым впускным каналом и выпускным каналом в цилиндре, с жестко закрепленным стержнем относительно крышки, и ударник с центральным каналом для периодического взаимодействия со стержнем. Под действием разности силовых импульсов со стороны камеры сетевого воздуха, камеры холостого хода и кольцевой камеры рабочего хода ударник совершает возвратно-поступательное движение и периодически наносит удары по инструменту. 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. Е21С 3/24 1972 г. - прототип), 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 взаимодействующий 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 пневматического буфера 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. Пневматический ударный механизм как содержащий наибольшее количество существенных признаков, включенных в предлагаемое техническое решение, принят в качестве прототипа.
Прототип обладает недостатками: наличие втулки с каналами-пазами, выступы которых контактируют с поверхностью поршневой части стержня, приводит к соударению при закрывании им устья сквозного осевого отверстия в ступенчатом ударнике, что приводит к снижению ресурса стержня и ступенчатого ударника; обеспечить соосность отверстий под втулку штоковой части ударника и отверстия с каналами-пазами во втулке с практически приемлемыми допусками не представляется возможным, что приводит к соударениям поршневой части стержня с втулкой и снижению ресурса стержня; установка втулки в штоковой части ступенчатого ударника предопределяет выполнение ступеней для упоров втулки, что приводит к образованию дополнительного концентратора напряжений в динамически нагруженной штоковой части ступенчатого ударника, появлению трещин в ступени и поломке штоковой части, что снижает ресурс стержня и штоковой части ступенчатого ударника; установка втулки в штоковой части ступенчатого ударника ослабляет диаметральное кольцевое сечение материала штока, что приводит к снижению ресурса работы ступенчатого ударника; жестко закрепленный стержень с его поршневой частью относительно кольцевого фланца в случае поворота ступенчатого ударника вокруг продольной оси, что практически имеет место при отсутствии соосности в системе: кольцевой фланец - стержень - поршневая часть стержня - отверстие под втулку в штоковой части ступенчатого ударника - отверстие в кольцевой втулке корпуса - отверстие в цилиндрическом корпусе под кольцевую втулку, - приводит к перекосам стержня, вызывая его изгиб, что приводит к снижению ресурса стержня и ступенчатого ударника, поломке стержня и остановке пневматического ударного механизма.
Техническая задача заявляемого решения заключается в том, что отмеченные недостатки прототипа устраняются полностью или частично, если стержень с его поршневой частью освободить от жесткого крепления относительно центрального отверстия кольцевого фланца, установив его с возможностью радиального перемещения, для чего в кольцевом фланце центральное отверстие выполнить с калиброванным зазором, обеспечив зазор по отношению к поверхности штоковой части стержня с проходным сечением, необходимым для впуска воздуха из камеры сетевого воздуха в кольцевую распределительную камеру. При этом шток стержня со стороны камеры сетевого воздуха выполнить с буртиком со сквозными отверстиями с проходным сечением не менее проходного кольцевого сечения калиброванного зазора в центральном отверстии кольцевого фланца, а периодически перекрываемый канал впуска из кольцевой распределительной камеры в камеру холостого хода посредством сквозного осевого отверстия в ступенчатом ударнике выполнить в виде паза на поршневой части стержня. Для ограничения продольного перемещения стержня в камере сетевого воздуха с опорой на кольцевой фланец установить крышку со сквозными отверстиями с общей диаметральной площадью проходного сечения, не меньшей диаметральной площади проходного сечения канала подвода воздуха в стакане, причем в крышке со стороны буртика стержня выполнить стопор, ограничивающий величину перемещения стержня.
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, постоянно находящейся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части и образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера 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 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.
Исполнение пневматического ударного механизма поясняется чертежом.
Пневматический ударный механизм 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 выполнена с каналом-пазом 10, что обеспечивает плавный 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-паз 10 на поршневой части 7 стержня 6 обеспечивает периодический впуск воздуха в камеру холостого хода 17, а следовательно, запуск механизма в любом положении.
Кольцевая камера 18 пневматического буфера 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 и далее в камеру 9 сетевого воздуха и посредством каналов 23 в буртике 8 стержня 6 и калиброванный кольцевой зазор 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 пружиной 26.
Пневматический ударный механизм работает следующим образом. После включения пускового устройства (на чертеже не показано и может быть любым) 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 каналу-пазу 10 в поршневой части 7 стержня 6 воздух поступает по сквозному осевому отверстию 5 ударника 2 в камеру 17 холостого хода. В положении, показанном на чертеже, камера 18 пневматического буфера сообщена с атмосферой посредством выпускного канала 19. В начале движения ударника 2, когда канал-паз 9 на поршневой части 7 стержня 6 открыт, продолжается наполнение воздухом камеры 17 холостого хода, обеспечивая расчетную величину импульса холостого хода. Давление воздуха в камере 17 холостого хода повышается и под действием импульса давления с ее стороны ударник 2 начнет движение в сторону кольцевой распределительной камеры 16, совершая холостой ход. При последующем движении ударник 2 открывает канал 19 в корпусе 1, а затем перекрывает канал-паз 10 поршневой части 7 стержня 6 и давление воздуха в камере 17 холостого хода выравнивается до атмосферного. Перемещаясь, ударник 2 перекроет выпускной канал 19 и в камере 18 после разобщения ее с атмосферой начнется сжатие отсеченного в ней воздуха до некоторой расчетной величины. Давление в кольцевой распределительной камере 16 увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ударник со стороны кольцевой распределительной камеры 16, камеры 18 пневматического буфера и камеры 17 холостого хода, ударник 2 затормаживается и остановится в расчетной точке. Сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 16, камеры 18 пневматического буфера ударник 2 начинает двигаться в сторону хвостовика 25 рабочего инструмента 24, совершая рабочий ход. При этом ударник 2 откроет выпускной канал 19 и камера 18 пневматического буфера сообщается с атмосферой. Далее ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 19, откроет канал-паз 10 на поршневой части 7 стержня 6, вследствие чего в камере 17 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха, и воздуха поступающего из кольцевой распределительной камеры 16.
Так как рабочая диаметральная площадь основной части 4 ударника 2 со стороны камеры 17 холостого хода больше диаметральной площади штоковой части 3 ударника 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха ступенчатый ударник, преодолевая противодавление со стороны камеры 17 холостого хода, наносит удар по хвостовику 25 инструмента 24. Под действием импульсов отскока и давления воздуха со стороны камеры 17 холостого хода ударник 2 начинает холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.