Пневматический ударный механизм
PNEUMATIC IMPACT MECHANISM

Изобретение относится к строительству и горной промышленности, в частности к пневматическим устройствам ударного действия.
Известно устройство, пневматический ударный механизм (патент РФ №359382, 1972 г. Е21С 3/24), 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 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 части 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.
Недостатком описанной конструкции является: кольцевая камера, образованная цилиндром корпуса и штоковой частью ударника, не участвует в образовании силового импульса давления воздуха с ее стороны, что препятствует повышению энергии единичного удара; выполнение штоковой части ударника должно обеспечивать посадку с установленной в цилиндре втулкой, обеспечивая ее соосность со стержнем, что приводит к возрастанию сил сопротивления перемещению поршневой части стержня во втулке, торможению ударника и снижению надежности стержня, жесткое болтовое крепление которого усиливает снижение его надежности
Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является пневматический ударный механизм (патент РФ №2555172, 2015 г. Е21В 1/30, Е21 37/22), 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 винтовым каналом-пазом, постоянно находящимся в сквозном отверстии ступенчатого ударника. Кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части ступенчатого ударника, образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера 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 со сквозными каналами перепуска воздуха в распределительную камеру, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса.
Недостатки этого устройства: постоянное геометрическое сечение кольцевого канала между штоковой частью ступенчатого ударника и втулкой корпуса цилиндра обуславливает одинаковое количество воздуха, поступающего в кольцевую камеру рабочего хода в начале и конце впуска при холостом ходе ступенчатого ударника, чем создается значительное противодавление и торможение ступенчатого ударника, со снижением его скорости, а при рабочем ходе с увеличением объема кольцевой камеры рабочего хода снижается давление воздуха в ней и его силовое воздействие на рабочую площадь, что приводит к снижению предударной скорости, а следовательно, снижению энергии единичного удара и частоты ударов из-за увеличения времени рабочего цикла.
Задачей заявляемого изобретения является выполнение кольцевого дроссельного канала между наружной боковой поверхностью штоковой части ступенчатого ударника и внутренней боковой поверхностью втулки корпуса в виде поверхностей усеченных конусов, взаимодействующих между собой при наличии минимально возможного зазора, исключающего их взаимное заклинивание. Отмеченное позволяет в конце впуска воздуха в камеру рабочего хода плавно впустить меньшее количество воздуха, чем уменьшить его количество в камере и снизить противодавление воздуха и торможение ступенчатого ударника, а в конце рабочего хода обеспечить увеличение подачи воздуха и скорости ступенчатого ударника перед ударом, чем увеличить энергию единичного удара и частоту ударов за счет сокращения времени рабочего цикла. После удара ступенчатый ударник приобретает импульс отскока, который используется им при холостом ходе, что позволяет уменьшить количество впускаемого воздуха в камеру холостого хода. Как следствие, предполагаемое техническое решение позволяет снизить расход воздуха пневматическим ударным механизмом. При варьировании углом конусности можно существенно изменять значение энергетических параметров пневматического ударного механизма.
Поставленная задача решается тем, что пневматический ударный механизм, содержащий цилиндрический корпус с выпускными клапанами, кольцевой фланец с сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью, установленный в центральной отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью с винтовым канал-пазом; постоянно находящимся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера (она же кольцевая камера рабочего хода), втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части, образующую со стороны кольцевой камеры 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 с каналами, сообщающими постоянно ее с распределительной камерой, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса, причем наружная боковая поверхность штоковой части ступенчатого ударника и внутренняя боковая поверхность втулки цилиндрического корпуса выполнены в виде усеченных конусов с сопрягаемыми поверхностями с минимально возможным зазором, исключающим взаимное заклинивание.
Исполнение пневматического ударного механизма поясняется фиг. 1, на которой представлен продольный разрез общего вида пневматического ударного механизма. На фиг. 2 представлен фрагмент поперечного разреза пневматического ударного механизма.
Устройство пневматического ударного механизма (фиг. 1, 2) содержит цилиндрический корпус 1, установленный в нем с возможностью перемещения ступенчатый ударник 2 со штоковой частью 3 в виде усеченного конуса с основанием на поршневой части 4 ступенчатого ударника, имеющего сквозное осевое отверстие 5, частично входящий в него стержень 6 своей поршневой частью 7 с буртиком 8 в камере 9 сетевого воздуха. Втулка 10 корпуса 1 выполнена в виде усеченного конуса со стороны внутренней боковой поверхности, обращенной в сторону кольцевого фланца 11 и так, что между боковой поверхностью усеченного конуса штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 и внутренней боковой поверхностью втулки 10 корпуса 1 образован минимальный зазор, исключающий их заклинивание в конце холостого и начале рабочего хода.
Поршневая часть 7 стержня 6 выполнена с винтовым канал-пазом 12, 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 13 и стопор 14 крышки. Стакан 15 закрепляет крышку 13 относительно кольцевого фланца 11 и корпуса 1. В кольцевом фланце 11 центральное отверстие выполнено так, что в любом положении стержня 6 его буртик 8 не перекрывал перепускные каналы 16 при перепуске сетевого воздуха из камеры 9 в кольцевую распределительную камеру 17. Винтовой канал-паз 12 на поршневой части 7 стержня 6 обеспечивает периодический впуск воздуха в камеру 18 холостого хода.
Кольцевая камера 19 пневматического буфера образована в цилиндрическом корпусе 1 со стороны поршневой части 4 ступенчатого ударника 2 и сообщается выпускным каналом 20 в цилиндрическом корпусе 1 с атмосферой. Камера 18 холостого хода периодически в зависимости от положения ступенчатого ударника 2 сообщается с атмосферой посредством выпускного канала 21 в цилиндрическом корпусе 1. Кольцевой фланец 11 и крышка 13 образуют камеру 9 сетевого воздуха, куда поступает сетевой воздух через канал 22 в стакане 15 и канал 23 в крышке 13 и далее в камеру 9 сетевого воздуха посредством перепускных каналов 16 в кольцевом фланце 11 в кольцевую распределительную камеру 17, являющуюся камерой рабочего хода. Рабочий инструмент 24 установлен хвостовиком 25 в камере 18 холостого хода и удерживается относительно корпуса 1, например, 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 22 в стакане 15 и каналу 23 крышки 13 в камеру 9 сетевого воздуха. Далее через перепускные каналы 16 в кольцевом фланце 11 в кольцевую распределительную камеру 17. Из кольцевой распределительной камеры 17 по винтовому канал-пазу 12 воздух поступает по сквозному осевому отверстию 5 ступенчатого ударника 2 в камеру 18 холостого хода. Исполнение винтового канала-паза 12 с изменяющейся длиной позволяет снизить противодавление воздуха в камере холостого хода за счет малого изменяющегося количества воздуха в начальный период впуска через меньшую длину винтового канала-паза 12, что снижает сопротивление движению, сохраняет предударную скорость ступенчатого ударника 2 к моменту удара по хвостовику 25 инструмента 24. В положении, показанном на чертеже, камера 18 сообщена с атмосферой посредством выпускного канала 21. В начале движения ступенчатого ударника 2, когда винтовой канал-паз 12 на поршневой части 7 стержня 6 открыт, продолжается наполнение воздухом камеры 18 холостого хода, обеспечивая расчетную величину импульса холостого хода. Давление воздуха в камере 18 холостого хода плавно повышается и под действием импульса давления ее стороны ступенчатый ударник 2 начнет движение в сторону кольцевой распределительной камеры 17, совершая холостой ход. При последующем движении ступенчатый ударник 2 открывает канал 21 в корпусе 1, перекрывает винтовой канал-паз 12 поршневой части 7 стержня 6, после чего давление воздуха в камере 18 холостого хода выравнивается до атмосферного. Перемещаясь ступенчатый ударник 2 перекроет выпускной канал 20, и в камерах 19 и 17, после разобщения их с атмосферой, начнется сжатие отсеченного в них воздуха до некоторой расчетной величины. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 17 увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый ударник 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 17, камеры 19 и камеры 18 холостого хода, ступенчатый ударник 2 затормаживается и остановится в расчетной точке. Сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 17, камеры 19 пневматического буфера ступенчатый ударник 2 начинает движение в сторону хвостовика 25 рабочего инструмента 24, совершая рабочий ход. При этом ступенчатый ударник 2 откроет выпускной канал 20 и камера 19 пневматического буфера сообщается с атмосферой. Далее ступенчатый ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 21, откроет винтовой канал-паз 12 на поршневой части 7 стержня 6, вследствие чего в камере 18 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего в малом количестве из кольцевой распределительной камеры 17. Так как рабочая диаметральная площадь поршневой части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры 18 холостого хода больше средней (приведенной) диаметральной площади штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха ступенчатый ударник 2 преодолевает противодавление со стороны камеры 18 холостого хода, наносит удар по хвостовику 25 инструмента 24. Под действием импульса отскока и давления воздуха, поступающего из распределительной камеры 17 в камеру 18 холостого хода, ступенчатый ударник 2 начинает холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.