ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ГАЙКОВЕРТ
AIR WRENCH

Техническое решение относится к машиностроению, а именно к механизированным инструментам ударно-вращательного действия, и может быть использовано в различных отраслях промышленности в широком диапазоне технологических операций по сборке и разборке резьбовых соединений.
Известен пневматический гайковерт по а.с. СССР №1481050 B25B 21/02, опубл. 23.05.1989, бюл. №19, содержащий полый корпус, коаксиально установленные в нем с возможностью вращения полый ударник с радиальными рабочими кулачками и шпиндель-наковальню также с рабочими кулачками, размещенными между кулачками ударника с образованием рабочих камер, воздухораспределительное устройство с воздухоподводящими и выхлопными каналами, периодически соединяющее рабочие камеры с воздухоподводящей магистралью и атмосферой, кулачки, часть из которых закреплена на шпиндель-наковальне, а другая - на ударнике, головку под ключ, обгонную муфту для соединения шпиндель-наковальни с корпусом, и упоры, установленные на ударнике с возможностью периодической их перестановки в окружном направлении. Воздухоподводящие и выхлопные каналы выполнены в стенке корпуса и в стенке ударника для каждой рабочей камеры со смещением относительно друг друга вдоль оси гайковерта, а воздухораспределительное устройство выполнено в виде установленных на уровне воздухоподводящих и выхлопных каналов ударника и охватывающих его с возможностью перемещения вокруг его оси инерционных колец, число которых равно числу рабочих камер и имеющих каждое на внешней его поверхности кольцевую проточку, по два радиальных канала, выполненных на дне проточки, а на одном из его торцов - осевой выступ, упоры выполнены в виде охватывающих ударник колец с выемкой на торце, обращенном в сторону выступа близлежащего инерционного кольца. Инерционные кольца снабжены пластинчатыми пружинами-ловителями для их периодической фиксации в окружном направлении относительно колец.
Существенным недостатком известного пневматического гайковерта является невозможность его повторного запуска, так как после прекращения подачи сжатого воздуха (выключении гайковерта) ударник под действием оставшегося воздуха совершает затухающие колебания, а вместе с ударником и инерционные кольца совершают колебания с уменьшающейся амплитудой относительно ударника и в конце концов инерционные кольца останавливаются в нейтральном положении, когда все воздухоподводящие и выхлопные каналы перекрыты. При повторном запуске гайковерта сжатый воздух не может поступить в рабочие камеры, приходится вручную поворачивать шпиндель-наковальню для вывода инерционных колец системы воздухораспределения из нейтрального положения, т.е. для открывания воздухоподводящих и выхлопных каналов, чтобы сжатый воздух мог поступать в рабочие камеры и выхлопываться из смежных камер в атмосферу. Недостатком пневматического гайковерта также является сложность системы воздухораспределения в виде индивидуальных инерционных колец с каналами и проточками для подачи сжатого воздуха в каждую рабочую камеру и выхлопа отработанного воздуха в атмосферу и, как следствие, низкая эффективность и ненадежность работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является пневмоинструмент по патенту РФ на изобретение №2018433, B25B 21/02, опубл. 13.08.1994, Бюл. №16, содержащий корпус, размещенный в нем ротор с лопастями, установленный коаксиально ротору с возможностью вращения ударник с лопастями, образующими с лопастями ротора рабочие камеры, наковальню с головкой под инструмент и воздухораспределительное устройство для периодического сообщения рабочих камер с воздухоподводящей магистралью и атмосферой. Ротор выполнен в виде двух соосных втулок с воздухоподводящими и выхлопными окнами, соединенных диаметрально расположенными лопастями, а воздухораспределительное устройство расположено во втулках между лопастями.
Основным недостатком пневмоинструмента является ненадежность работы устройства при его повторном запуске, так как после прекращения подачи сжатого воздуха (выключении пневмоинструмента) ударник под действием оставшегося воздуха совершает затухающие колебания, а вместе с ударником и воздухораспределительное устройство совершают колебания с уменьшающейся амплитудой и в конце концов оно останавливается в нейтральном положении, когда все воздухоподводящие и выхлопные окна закрыты. При повторном запуске гайковерта сжатый воздух не может поступить в рабочие камеры, приходится вручную поворачивать ротор для вывода воздухораспределителя из нейтрального положения, т.е. для открывания воздухоподводящих и выхлопных каналов, чтобы сжатый воздух мог поступать в рабочие камеры и выходить из смежных рабочих камер в атмосферу. К недостаткам описанного пневмоинструмента следует также отнести сложность реверсирования, заключающаяся в необходимости частичной разборки устройства и последующей сборки с поворотом звездочки обгонной муфты и инерционного кольца, управляющего воздухораспределителем, на 180° относительно диаметральных осей. Указанные недостатки приводят к низкой эффективности и ненадежности работы пневмоинструмента.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности и надежности его работы за счет усовершенствования системы воздухораспределения для обеспечения надежного повторного запуска и упрощения реверсирования устройства.
Поставленная задача достигается за счет того, что в пневматическом гайковерте, содержащем корпус с торцовыми крышками, расположенные в нем ротор с кулачками, двумя соосными втулками, соединенными лопастями, и воздухоподводящими и выхлопными окнами, ударник с кулачками, охватывающий втулки ротора и установленный с возможностью возвратно-вращательного движения и взаимодействия его кулачков с кулачками ротора, при этом ударник снабжен лопастями, образующими с лопастями ротора рабочие камеры, воздухораспределитель с воздухоподводящими и выхлопными окнами соосными указанным окнам ротора соответственно, установленный в осевом отверстии ротора с возможностью периодического сообщения рабочих камер с воздухоподводящей магистралью и атмосферой и взаимодействия его рычага с ударником, головку под ключ и муфту свободного хода для обеспечения кинематической связи ротора с корпусом, согласно техническому решению в воздухораспределителе коаксиально установлен золотник запуска с возможностью совместного с ним вращения, поджатый пружиной в осевом направлении, при этом в нем выполнены воздухоподводящие и выхлопные окна, расположенные по оси воздухоподводящих и выхлопных окон воздухораспределителя соответственно, и предусмотрены дополнительные воздухоподводящие и выхлопные окна, причем в воздухораспределителе и роторе также предусмотрены дополнительные воздухоподводящие и выхлопные окна, выполненные с возможностью совмещения с дополнительными воздухоподводящими и выхлопными окнами золотника запуска соответственно.
Указанная совокупность признаков, делая систему воздухораспределения более совершенной, обеспечивает подготовку устройства к его надежному повторному запуску и устойчивому режиму работы, что приводит к повышению эффективности и надежности его работы при выполнении технологических операций по сборке и разборке резьбовых соединений.
Целесообразно при этом внутри золотника запуска коаксиально расположить шпиндель, жестко связать его одним концом с ротором, а другим установить цапфой в опоре, закрепленной на торцовой крышке, причем головку под ключ выполнить на конце шпинделя, связанном с ротором, а на другом его конце выполнить дополнительную головку под ключ. Это упрощает реверсирование, не нарушая характера работы кинематических пар пневматического гайковерта и, как следствие, приводит к повышению эффективности и надежности его работы.
Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения пневматического гайковерта и чертежами фиг.1-13. На фиг.1 представлен пневматический гайковерт в исходном положении - продольное сечение А-А на фиг.2; на фиг.2 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - сечение В-В на фиг.1; на фиг.4 - сечение Г-Г на фиг.1; на фиг.5 - сечение Д-Д на фиг.1; на фиг.6 - сечение Е-Е на фиг.1; на фиг.7 представлен пневматический гайковерт в рабочем положении - продольное сечение Ж-Ж на фиг.8; на фиг.8 - сечение 3-3 на фиг.7 и на фиг.9 - сечения И-И на фиг.7, когда ударник повернут по часовой стрелке в крайнее положение; на фиг.10 - сечение К-К на фиг.7; на фиг.11 - сечения Л-Л на фиг.7; на фиг.12 - сечение М-М на фиг.7; на фиг.13 - сечение Н-Н на фиг.7. На фиг.10-13 ударник повернут против часовой стрелки в крайнее положение.
Пневматический гайковерт содержит корпус 1 (фиг.1) с торцовыми крышками 2 и 3, имеющими осевые отверстия 4 и 5 соответственно, расположенный в нем ротор 6 с кулачками 7 (фиг.4) и двумя соосными втулками 8 и 9, соединенными лопастями 10 (фиг.2, 3). Ротор 6 имеет осевое отверстие 11 (фиг.1) и сообщенные с ним воздухоподводящие окна 12, 13 и выхлопные окна 14, 15, расположенные между втулками 8, 9. Ударник 16 с кулачками 17 охватывает втулки 8 и 9 ротора 6 и установлен с возможностью возвратно-вращательного движения и взаимодействия его кулачков 17 с кулачками 7 ротора 6 (фиг.4). При этом ударник 16 снабжен лопастями 18 (фиг.2, 3), образующими с лопастями 10 ротора 6 рабочие камеры 19 и 20.
Пневматический гайковерт содержит также установленный в осевом отверстии 11 ротора 6 воздухораспределитель 21 (фиг.1) с воздухоподводящими окнами 22 и выхлопными окнами 23 (фиг.7, 8, 9), расположенными по оси воздухоподводящих окон 12, 13 и выхлопных окон 14, 15 ротора 6 соответственно. Воздухораспределитель 21 установлен с возможностью периодического сообщения рабочих камер 19 и 20 (фиг.2, 3) с воздухоподводящей магистралью и атмосферой и взаимодействия его рычага 24 с ударником 16 в его круговом пазу 25 (фиг.5). В центральном отверстии 26 (фиг.1, 3) воздухораспределителя 21 с возможностью совместного с ним вращения коаксиально установлен золотник 27 запуска (фиг.1, 7), поджатый в осевом направлении пружиной 28 и взаимодействующий выступом 29 в окружном и осевом направлениях через продольный паз 30 с воздухораспределителем 21. В золотнике 27 запуска имеются дополнительные воздухоподводящие окна 31, воздухоподводящие окна 32 и выхлопные окна 33 (фиг.1, 2, 7, 8, 9), выполненные по оси дополнительных воздухоподводящих окон 34, воздухоподводящих окон 22 и выхлопных окон 23 воздухораспределителя 21 соответственно. Имеется муфта 35 (фиг.6) свободного хода с роликами 36, поджатыми подпружиненными толкателями 37, звездочка которой выполнена за одно целое с ротором 6 для обеспечения его кинематической связи с корпусом 1.
Внутри золотника 27 запуска (фиг.1) коаксиально ему расположен шпиндель 38, который одним концом жестко связан с ротором 6, а другим установлен цапфой 39 в опоре 40, закрепленной на торцовой крышке 3 корпуса 1. При этом головка 41 под ключ выполнена на конце шпинделя 38, связанном с ротором 6, а на другом его конце выполнена дополнительная головка 42 под ключ. На внутренней поверхности золотника 27 запуска предусмотрен кольцевой буртик 43, который охватывает шпиндель 38 и образует камеру 44 подвода сжатого воздуха и полость 45 выхлопа.
В роторе 6 выполнены дополнительные воздухоподводящие окна 46 (фиг.1, 2) для сообщения рабочих камер 19 перед запуском пневматического гайковерта с воздухоподводящей магистралью через дополнительные воздухоподводящие окна 34, 31, камеру 44 подвода сжатого воздуха, осевое отверстие 5, кольцевой канал 47 и воздухоподводящий патрубок 48. Для сообщения рабочих камер 20 с атмосферой в роторе 6 выполнены дополнительные выхлопные окна 49 (фиг.1, 3), в воздухораспределителе 21 предусмотрены дополнительные выхлопные окна 50, в роторе 6 выполнена кольцевая расточка 51, выхлопные каналы 52, а в корпусе 1 имеются выхлопные отверстия 53. На головке 41 шпинделя 38 установлен ключ 54 для выполнения операции по завинчиванию, например гайки.
Пневматический гайковерт работает следующим образом.
Для включения пневматического гайковерта по воздухоподводящему патрубку 48 (фиг.1) подают сжатый воздух, который поступает в кольцевой канал 47, осевое отверстие 5, камеру 44 подвода сжатого воздуха, а затем через дополнительные воздухоподводящие окна 31, 34, 46 - в рабочие камеры 19 (фиг.2) и, воздействуя на рабочие поверхности лопастей 18 ударника 16, поворачивает его по часовой стрелке в исходное положение до соударения его кулачков 17 с кулачками 7 ротора 6 (фиг.4). При этом ударник 16, взаимодействуя в его круговом пазу 25 (фиг.5) с рычагом 24 воздухораспределителя 21, перекидывает его по часовой стрелке в крайнее положение. Из рабочих камер 20 (фиг.3) воздух выходит в атмосферу через дополнительные выхлопные окна 49, 50, центральное отверстие 26 воздухораспределителя 21, осевое отверстие 11 ротора 6, его кольцевую расточку 51, выхлопные каналы 52 ротора 6 и выхлопные отверстия 53 корпуса 1. Одновременно сжатый воздух в камере 44 подвода сжатого воздуха, воздействуя на верхний торец кольцевого буртика 43 золотника 27 запуска, перемещает его вниз до упора выступом 29 в кромку продольного паза 30 воздухораспределителя 21, сжимая пружину 28 (фиг.7). При этом дополнительные воздухоподводящие окна 46, 34 и дополнительные выхлопные окна 49, 50 перекрываются, а воздухоподводящие окна 32 и выхлопные окна 33 золотника 27 запуска совмещаются с воздухоподводящими окнами 22 (фиг.7, 8) и выхлопными окнами 23 (фиг.7, 9) воздухораспределителя 21 соответственно. Сжатый воздух из камеры 44 подвода сжатого воздуха через воздухоподводящие окна 32, 22, 13 (фиг.7, 8) поступает в рабочие камеры 20, а из рабочих камер 19 отработанный сжатый воздух через выхлопные окна 14, 23, 33 (фиг.7, 9), полость 45 выхлопа, кольцевую расточку 51, выхлопные каналы 52 и выхлопные отверстия 53 выбрасывается в атмосферу. Сжатый воздух в рабочих камерах 20, воздействуя на рабочие поверхности лопастей 18 и 10, останавливает ударник 16 и затем поворачивает его против часовой стрелки, а ротор 6, если сопротивление на шпинделе 38 с ключом 54 меньше движущих сил, будет вращаться по часовой стрелке и завинчивать гайку, в противном случае ротор 6 останется неподвижным. Ударник 16, движущийся против часовой стрелки и взаимодействующий в своем круговом пазу 25 с рычагом 24 воздухораспределителя 21 (фиг.5), поворачивает его (фиг.8, 9). При этом воздухораспределитель 21 сначала займет нейтральное положение, т.е. перекроются воздухоподводящие окна 13 и выхлопные окна 14, а затем начинают открываться воздухоподводящие окна 12 и выхлопные окна 15. Воздух из рабочих камер 20 через открывшиеся выхлопные окна 15, 23, 33, полость 45 выхлопа, кольцевую расточку 51, выхлопные каналы 52 и выхлопные отверстия 53 выбрасывается в атмосферу. Одновременно через открывшиеся воздухоподводящие окна 12, 22, 32 сжатый воздух из камеры 44 подвода сжатого воздуха поступает в рабочие камеры 19 и, воздействуя на рабочие поверхности лопастей 10, 18, останавливает ротор 6 со шпинделем 38 и ключом 54 (если они вращались по часовой стрелке). При этом происходит заклинивание роликов 36 (фиг.6), поджатых подпружиненными толкателями 37, муфты 35 свободного хода между ее звездочкой и корпусом 1, что предотвращает обратное отвинчивание гайки, а ударник 16 начинает тормозиться. К этому моменту ударник 16 с воздухораспределителем 21, разгоняемые сжатым воздухом против часовой стрелки, приобретают запас кинетической энергии. Ударник 16 под действием сжатого воздуха, поступающего в рабочие камеры 19, остановится, а затем начинает поворачиваться по часовой стрелке, тогда как воздухораспределитель 21 за счет свободного хода своего рычага 24 в круговом пазу 25 ударника 16 (фиг.12) продолжает двигаться по инерции против часовой стрелки, преодолевая силы трения, действующие на него. При этом полностью открываются воздухоподводящие окна 12, 22, 32 (фиг.10) и выхлопные окна 15, 23, 33 (фиг.11). Т.е. на первом этапе разгона ударника 16 по часовой стрелке обеспечивается беспрепятственное поступление сжатого воздуха в рабочие камеры 19 и свободный выхлоп отработанного воздуха из рабочих камер 20, что способствует значительному накоплению кинетической энергии ударником 16.
При дальнейшем повороте ударника 16 по часовой стрелке он в круговом пазу 25 взаимодействует с рычагом 24 (фиг.12) и поворачивает воздухораспределитель 21 по часовой стрелке, постепенно перекрывая воздухоподводящие окна 12 и 22 (фиг.10), а также выхлопные окна 15 и 23 (фиг.11). При этом не успевает воздухораспределитель 21 занять нейтральное положение, как происходит соударение кулачков 17 и кулачков 7 соответственно ударника 16 и ротора 6 (фиг.4). Последний от ударного импульса начинает вращаться по часовой стрелке вместе со шпинделем 38 и ключом 54 и завинчивать, а затем затягивать гайку резьбового соединения. Рычаг 24 вместе с воздухораспределителем 21 после соударения кулачков 17 ударника 16 и кулачков 7 ротора 6, преодолевая силы трения, продолжает вращаться по инерции по часовой стрелке, выбирая свободный ход в круговом пазу 25 ударника 16 (фиг.5) - происходит открывание воздухоподводящих окон 13 и 22 (фиг.8), а также выхлопных окон 14 и 23 (фиг.9).
Сжатый воздух из камеры 44 подвода сжатого воздуха через воздухоподводящие окна 32, 22, 13 поступает в рабочие камеры 20 (фиг.7, 8), а из рабочих камер 19 отработанный сжатый воздух через выхлопные окна 14, 23, 33, полость 45 выхлопа (фиг.7, 9), кольцевую расточку 51, выхлопные каналы 52 и выхлопные отверстия 53 выбрасывается в атмосферу.
До полной затяжки резьбового соединения цикл работы пневматического гайковерта повторяется.
При выключении подачи сжатого воздуха золотник 27 запуска силами упругости пружины 28 возвращается в исходное положение (фиг.1), а воздухораспределитель 21 после остановки ударника 16 занимает любое угловое положение, например, как показано на фиг.2, 3, не влияющее на последующее включение привода пневматического гайковерта.
Для реверсирования привода пневматического гайковерта, т.е. для отвинчивания гайки, ключ 54 следует снять с головки 41 и установить его на дополнительную головку 42.
Реализация ударного момента на кулачках 7 ротора 6 при затяжке или оттяжке гайки, т.е. в конце прямого хода ударника 16, вращающегося по часовой стрелке (фиг.4), и отсутствие ударного момента на роторе 6 в конце обратного хода ударника 16 (фиг.13) осуществляется соблюдением соотношения величин углов α больше β рычага 24 воздухораспределителя 21 (фиг.5), ориентируемого, например, относительно оси симметрии его воздухоподводящих окон 22 (фиг.5). При таком соотношении углов α и β в пневматическом гайковерте реализуется асимметричный режим работы, а именно в конце прямого хода ударника 16 (движение по часовой стрелке) вся его накопленная кинетическая энергия расходуется на ударное вращение ротора 6 вместе со шпинделем 38 и ключом 54 и, следовательно, на завинчивание и затяжку гайки. В конце же обратного хода ударника 16 (движение против часовой стрелки) сжатый воздух, поступивший в рабочие камеры 19, воздействуя на рабочие поверхности лопастей 18, плавно останавливает его, а затем начинает разгонять по часовой стрелке, накапливая в нем следующую порцию кинетической энергии, используемую для завинчивания гайки. Сжатый воздух в рабочих камерах 19 воздействует также на лопасти 10, что приводит к остановке ротора 6 и заклиниванию роликов 36 (фиг.6) между звездочкой муфты 35 свободного хода и корпусом 1 и передаче ему плавного (безударного) реактивного момента.
Величиной же углов α и β можно ступенчато регулировать величину завинчивающего момента на шпинделе 38, а бесступенчатая регулировка завинчивающего момента осуществляется плавным изменением объема или давления сжатого воздуха, подаваемого в пневматический гайковерт.