УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО УДАРНОГО МЕХАНИЗМА С ДРОССЕЛЬНЫМ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
DEVICE FOR PNEUMATIC IMPACT MECHANISM WITH THROTTLING AIR DISTRIBUTION

Изобретение относится к области строительной техники для разрушения крепких материалов искусственного и естественного происхождения, в частности в пневматических машинах ударного действия для разрушения бетонных и кирпичных строительных конструкций, а также может быть использовано в горном деле для разрушения карьерных негабаритов и скальных пород и других областях, использующих машины ударного действия с пневматическим приводом.
Известно устройство Pneumatic rotory drill hammer (патент США N2887989, 1959 г., кл. 173-59, 173-64, 173-73), содержащее воздухоподводящую трубку с двумя ярусами радиальных каналов, выходящих в кольцевые выточки ударника с продольными каналами выходящие на торцы со стороны камеры рабочего и холостого хода. Поступление воздуха в камеры и выпуск отработанного воздуха из них осуществляется попеременно в зависимости от положения ударника посредством каналов выпуска выполненных в боковых стенках цилиндра. Трубка установлена неподвижно в сквозном осевом канале ударника с выходом в осевой канал хвостовика инструмента для продувки, выполняя таким образом функции распределения воздуха на впуске в камеры рабочего и холостого хода, и функции подачи воздуха на продувки.
Недостатками устройства являются: подача воздуха на продувку осуществляется трубкой, что предопределяет увеличение ее внутреннего диаметра и повышает расход воздуха, а также увеличивает кольцевые площади торцов ударника и, следовательно, диаметральные размеры и массы цилиндра устройства; наличие выточек и каналов впуска в ударнике увеличивает количество концентраторов напряжений в материале и снижает прочность ударника.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является устройство «Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением» (а.с. СССР №1239303, 1986 г., Е21Е 3/24), содержащее цилиндрический корпус, размещенный в нем ударник со сквозным осевым отверстием, разделяющий цилиндрический корпус на камеры рабочего и холостого ходов, кольцевой фланец с размещенным вдоль оси молотка стержнем, пропущенным в сквозное отверстие ударника, дроссельный канал, с выходом для впуска воздуха в камеру холостого хода, выполненный в стержне, выпускные каналы, дроссельный канал, с выходом для впуска воздуха в камеру рабочего хода и рабочий инструмент с хвостовиком, выходящим в камеру холостого хода, причем дроссельный канал для выпуска воздуха в камеру холостого хода выполнен в стержне, на боковой поверхности которого размещены выходы каналов для впуска воздуха в камеры холостого и рабочего ходов, при этом радиальное, относительно продольной оси молотка проходное сечение выходов дроссельных каналов выполнено переменным, а полное проходное сечение каждого из выходов дроссельных каналов больше проходного сечения соответствующего ему дроссельного канала и сквозное осевое отверстие в ударнике имеет расширенное коническое сечение со стороны торцов ударника, а расстояние между расширенными коническими сечениями сквозного осевого отверстия в ударнике меньше, чем длина осевой проекции выхода каждого из дроссельных каналов для выпуска воздуха в камеры рабочего и холостого ходов.
Недостатком этого устройства является раздельное выполнение дроссельных каналов впуска воздуха в стержне с ограниченными площадями их проходных сечений с превышающими площадями сечений их выходов в стенке стержня, что приводит к потере эффективности применения их переменности проходных сечений при выпуске воздуха в рабочие камеры.
Задачей заявляемого изобретения является увеличение количества подаваемого воздуха путем увеличения проходного сечения дроссельного канала впуска при сохранении диаметрального сечения стержня за счет выполнения его в виде полости-канала общего для впуска воздуха в камеру рабочего и камеру холостого хода.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением содержащем стакан с каналом для впуска воздуха из сети, цилиндрический корпус, размещенный в нем ударник со сквозным осевым отверстием, разделяющий цилиндрический корпус на камеры рабочего и холостого ходов, кольцевой фланец с размещенным вдоль продольной оси стержнем, пропущенным в сквозное отверстие ударника, дроссельный канал с выходом для впуска воздуха в камеру холостого хода, выполненный в стержне, выпускные каналы в стенке цилиндрического корпуса, дроссельный канал с выходом впуска воздуха в камеру рабочего хода, рабочий инструмент с хвостовиком выходящим в камеру холостого хода и удерживаемый относительно цилиндрического корпуса колпаком и пружиной, дроссельный канал для выпуска воздуха в камеру холостого хода выполненный в стержне, на боковой поверхности которого размещены выходы каналов для впуска воздуха в камеры холостого и рабочего ходов, при этом радиальные, относительно продольной оси проходные сечения выходов дроссельных каналов выполнены переменными, а сквозное осевое отверстие в ударнике имеет расширенное коническое сечение со стороны торцов ударника, а расстояние между расширенными коническими сечениями сквозного осевого отверстия в ударнике меньше длины осевой проекции выхода каждого из дроссельных каналов для выпуска воздуха в камеры холостого и рабочего ходов, согласно изобретению, в стержне выполнена глухая полость-камера с впускным каналом для впуска сетевого воздуха и с закрытым торцом со стороны камеры холостого хода, выходы дроссельных каналов впуска на боковой поверхности стержня выполнены в виде ярусов радиальных дроссельных каналов впуска и радиальных дроссельных каналов запуска раздельно для камеры рабочего хода и камеры холостого хода и так, что ярусы дроссельных каналов впуска выполнены на участке перемещения ударника меньшим расстояние между обтекающими кромками со стороны торцов ударника, а радиальные дроссельные каналы запуска для камеры рабочего хода выполнены на уровне отсекающей кромки торца ударника со стороны камеры рабочего хода в положении ударника опертого на кольцевой фланец, а радиальные дроссельные каналы запуска для камеры холостого хода выполнены на уровне отсекающей кромки торца ударника со стороны камеры холостого хода в положении ударника опертого на хвостовик рабочего инструмента.
Увеличение проходного сечения дроссельного канала впуска при сохранении диаметрального сечения стержня за счет выполнения его в виде полости-канала общего для впуска воздуха в камеры, что позволит увеличить внутреннюю энергию воздуха и эффективность применения переменных площадей сечений дроссельных каналов на выпуске в рабочие камеры, что позволит повысить КПД использования воздуха при его расширении и обеспечит повышение энергии единичного удара, передаваемой рабочему инструменту.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства для пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением.
Устройство для пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением содержит цилиндрический корпус 1, стакан 2 с осевым каналом 3, закрепленный относительно стакана 2 стержень 4 с каналом 5 впуска и глухой полостью-камерой 6 сообщенной посредством канала 5 впуска с сетью сжатого воздуха. В цилиндрическом корпусе 1 размещен с возможностью перемещения ударник 7 со сквозным осевым отверстием 8, через которое пропущен стержень 4. Сквозное осевое отверстие 8 выполнено с коническими расширениями 9 и 10 со стороны обоих торцов ударника 7. В цилиндрическом корпусе 1 со стороны стакана 2 установлен кольцевой фланец 11 с центральным отверстием 12 для пропуска стержня 4. Назначение кольцевого фланца 11 - предохранение от возможных прямых ударов ударника 7 по стакану 2. Ударник 7 разделяет полость цилиндрического корпуса 1 на камеру 13 рабочего хода и камеру 14 холостого хода. В стенках стержня 4 со стороны глухой полости-камеры 6 выполнены ярусы дроссельных каналов 15 впуска в камеру 13 рабочего хода и ярусы дроссельных каналов 16 впуска в камеру 14 холостого хода.
Цилиндрический корпус 1 снабжен рабочим инструментом 17 с хвостовиком 18 входящим в камеру 14 холостого хода, которые установлены разъемно и удерживается колпаком 19 и пружиной 20 относительно цилиндрического корпуса 1. Камера 13 рабочего хода и камера 14 холостого хода периодически, в зависимости от положения ударника 7, сообщаются с атмосферой посредством каналов 21 выпуска в стенке цилиндрического корпуса 1, который огражден разрезным кольцом 22. Со стороны глухой полости-камеры 6 в стенке стержня выполнены радиальный дроссельный канал 23 запуска в камеру 13 рабочего хода и радиальный дроссельный канал 24 запуска в камеру 14 холостого хода. Радиальный дроссельный канал 23 запуска в камеру 13 рабочего хода выполнен на уровне отсекающей кромки торца ударника 7 в положении, опертом на кольцевой фланец 11, а радиальный дроссельный канал 24 запуска в камеру 14 холостого хода, выполненного на уровне отсекающей кромки ударника 7 в положении, опертом на хвостовик 18 рабочего инструмента 17. При таком расположении радиальных дроссельных каналов 23 и 24 запуска и ярусов дроссельных каналов 15 и 16 впуска воздуха обеспечивается гарантированный запуск пневматического ударного механизма при любом взаимном положении ударника 7 и цилиндрического корпуса 1.
Выполнение глухой полости-камеры 6 в виде одного совмещенного канала в стержне 4 позволяет, при сохранении размера наружного диаметра стержня, увеличить размер внутреннего диаметра полости-камеры 6 и толщину стенок стержня 4, чем повысить его жесткость и прочность.
Устройство пневматического ударного механизма с дроссельным воздухораспределением работает следующим образом.
После включения пускового приспособления (не показано) воздух из сети поступает по каналу 5 впуска в полость-камеру 6 в стержне 4, установленном в центральном отверстии 12 кольцевого фланца 11 и в осевом сквозном канале 3 стакана 2 уплотненно закрепленного резьбовым соединением относительно цилиндрического корпуса 1. Одновременно воздух поступает по радиальному дроссельному каналу 23 запуска в камеру 13 рабочего хода и ярусу радиальных дроссельных каналов 15 впуска в камеру 13 рабочего хода и по радиальному дроссельному каналу 24 запуска в камеру 14 холостого хода и посредством расширяющемуся коническому каналу 10 в торцевой части ударника 7 в камеру 13 рабочего хода. Поскольку камера 13 рабочего хода сообщена посредством канала 21 выпуска и посредством разрезного кольца 22 с атмосферой, а проходное сечение канала 21 выпуска значительно превышает суммарное проходное сечение радиального дроссельного канала 24 запуска и яруса радиальных дроссельных каналов 15 впуска давление воздуха в камере 13 рабочего хода будет близким по величине атмосферному давлению. Под действием давления воздуха со стороны камеры 14 холостого хода на кольцевую площадь торца ударника 7 он начнет движение от хвостовика 18 рабочего инструмента 17 закрепленного относительно цилиндрического корпуса 1 колпаком 19 и удерживаемого разъемно пружиной 20, в сторону кольцевого фланца 11, начиная холостой ход. Перемещаясь ударник 7 перекрывает боковой поверхностью канал 21 выпуска после чего в камере 13 рабочего хода начнется сжатие обеспеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего из сети посредством канала 5 впуска в полость-камеру 6 и через радиальный дроссельный канал 23 запуска в камеру 13 рабочего хода и ярусы радиальных дроссельных каналов 15 впуска в стенке стержня 4 в камеру 13 рабочего хода. Одновременно с перекрытием канала 21 выпуска в боковой стенке цилиндрического корпуса 1 начинают последовательно открываться ярусы радикальных дроссельных каналов 16 впуска в камеру 14 холостого хода, создавая повышающееся давление воздуха в камере 14 холостого хода, которое поддерживается, благодаря расширению воздуха и его поступлению из полости-камеры 6, достаточным для преодоления противодавления воздуха, действующего на кольцевую поверхность торца ударника 7 со стороны камеры 13 рабочего хода.
Перемещаясь в сторону кольцевого фланца 11 ударник 7 открывает своим торцом со стороны камеры 14 холостого хода канал 21 выпуска в стенке цилиндрического корпуса 1 и давление воздуха в камере 14 начнет понижаться до величины атмосферного давления, поскольку площадь проходного сечения канала 21 выпуска существенно больше суммарной площади ярусов радиальных дроссельных каналов 16 и радиального дроссельного канала 24.
Последующее перемещение ударника 7 обусловлено снижением импульса давления воздуха со стороны камеры 14 холостого хода и возрастанием импульса противодавления от сжатия воздуха в камере 13 рабочего хода, несмотря на последовательное перекрытие ярусов радиальных дроссельных каналов 15 впуска в камеру 13 рабочего хода при поступлении воздуха из полости-камеры 6 через радиальный дроссельный канал 23 запуска в камеру 13 рабочего хода. Исчерпав импульс от давления воздуха со стороны камеры 14 холостого хода ударник 7 будет затормаживать свое движение и остановится в расчетном положении, которое предусматривает положение радиального дроссельного канала 23 открытым со стороны полости-камеры 6 в стержне 4.
В случае движения ударника 7 далее расчетного положения он остановится после соударения с кольцевым фланцем 11. При этом сила соударения ударника 7 с кольцевым фланцем 11 будет гаситься разъемным соединением, например, резьбовым соединением 12 удерживающим стакан 2 относительно цилиндрического корпуса 1.
Под действием дополнительного впуска воздуха из полости-камеры 6 через радиальный дроссельный канал 23 запуска ударник 7 начнет свое движение в сторону хвостовика 18 рабочего инструмента 17, совершая рабочий ход. Аналогичная ситуация может повториться при запуске если ударник 7 опирается на кольцевой фланец, что соответствует положению устройства, развернутого на 180° по отношению к рассматриваемому. При этом воздух из полости-камеры 6 будет поступать через радиальный дроссельный канал 23 запуска в стенке стержня 4 и коническое расширение 9 сквозного осевого канала 8 на торце ударника 7 в камеру 13 рабочего хода.
Таким образом обеспечивается гарантированный запуск устройства в работу при любом его положении в пространстве.
В начале рабочего хода ударник 7 своей боковой поверхностью сквозного осевого отверстия 8 последовательно открывает ярусы радиальных дроссельных каналов 15 впуска в камеру 13 рабочего хода. Это обеспечивает поступление необходимого количества воздуха через радиальный дроссельный канал 23 и последующие открывающиеся ярусы радиальных дроссельных каналов 15 впуска в камеру 13 рабочего хода и обусловить последовательное расширение поступающего воздуха с более высоким КПД использование его внутренней энергии.
Далее перемещаясь ударник 7 торцом и боковой поверхностью начинает перекрывать канал 21 выпуска, после чего в камере 14 холостого хода начинается сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, продолжающего поступать из полости камеры 6 в стержне 4 через последовательно перекрываемые ярусы радиальных дроссельных каналов 16 впуска и постоянно открытого радиального дроссельного канала 24 запуска в камеру 14 холостого хода.
Перемещаясь ударник 7 своей боковой поверхностью и торцом со стороны камеры 13 рабочего хода откроет канал 21 выпуска в стенке цилиндрического корпуса 1. После этого камера 13 рабочего хода сообщается с атмосферой через ограждающее разрезное кольцо 22 и поскольку проходное сечение канала 21 выпуска значительно больше суммарной площади сечения радиального дроссельного канала 23 запуска и ярусов радиальных дроссельных каналов 15 впуска, то давление воздуха в камере 13 рабочего хода несмотря на его поступление из полости-камеры 6 в стержне 4, установится близким по величине атмосферному давлению.
После полного перекрытия ярусов радиальных дроссельных каналов 16 впуска ударник 7 преодолевая силы противодавления воздуха включая количество воздуха, поступившего в камеру 14 холостого хода и воздуха, продолжающего поступать через радиальный дроссельный канал 24 запуска и коническое расширенное сечение 19 на торце ударник 7, наносит удар по хвостовику 18 рабочего инструмента 17 удерживаемого колпаком 19 и пружиной 20.
После соударения с хвостовиком 18 ударник 7 приобретает импульс отскока и импульс давления воздуха со стороны камеры 14 холостого хода, под действием которых ударник 7 начнет свое движение в сторону камеры 13 рабочего хода и рабочий цикл устройства будет повторяться.
Использование заявленного изобретения позволяет увеличить внутреннюю энергию воздуха и эффективность применения переменных площадей сечений дроссельных каналов на выпуске в рабочие камеры, что повышает КПД использования воздуха при его расширении и обеспечивает повышение энергии единичного удара, передаваемой рабочему инструменту.