ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ
PNEUMATIC IMPACT MECHANISM

Изобретение относится к строительству и горной промышленности, в частности к пневматическим устройствам ударного действия.
Известен пневматический ударный механизм (а.с. СССР 275931, Мкл. Е21С 3/24, 1970 г.), включающий ступенчатый цилиндр, управляющий стержень, закрепленный во фланце относительно цилиндра, ударник с центральным каналом, периодически взаимодействующим со стержнем и разделяющим ступенчатый цилиндр на камеры: сетевого воздуха, образованную крышкой, сменной втулкой и фланцем, промежуточную кольцевую рабочего хода и холостого хода со стороны хвостовика рабочего хода, выпускные каналы в стенке цилиндра для постоянного выпуска отработавшего воздуха из кольцевой камеры атмосферного давления и периодического выпуска из камеры сетевого воздуха.
Пневматический ударный механизм обладает недостатком: камера, образованная на участке взаимодействия ударника цилиндра и втулки, постоянно сообщена с атмосферой, что исключает ее участие в образовании силового импульса и, как следствие к уменьшению энергии удара, а также стержень во фланце жестко закреплен относительно цилиндра и периодически взаимодействует с устьем центрального канала ударника, в результате чего при колебаниях стержня и его несоосности относительно канала разбивается штоковая часть ударника, а стержень приобретает остаточные деформации изгиба, вызывающие его излом и остановку ударного механизма.
Известен пневматический ударный механизм (патент РФ 2477362, Мкл. Е21В 4/14, 2011 г.), включающий цилиндрический корпус с втулкой и выпускными каналами, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый поршень со штоковой и основной частями с центральным каналом и втулкой с продольным каналом-пазом и отверстием в штоковой части поршня, разделяющий полость цилиндрического корпуса на кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса со стороны штоковой части поршня и камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, кольцевой фланец с отверстиями подвода воздуха в кольцевую распределительную камеру и сквозным осевым каналом для пропуска стержня с запорным клапаном, крепежный стакан, закрепленный относительно цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом с воздухоподводящим каналом и кольцевым фланцем, закрепленный в сквозном осевом канале кольцевого фланца стержень с запорным клапаном, постоянно взаимодействующим с продольным каналом-пазом в отверстии втулки, находящейся в центральном канале ступенчатого поршня, соединяющем периодически в зависимости от положения ступенчатого поршня кольцевую распределительную камеру и камеру холостого хода между собой.
Недостатком данного пневматического механизма является постоянно открытый дроссельный перепускной винтовой канал-паз, что приводит к увеличенному расходу воздуха и, как следствие, - к уменьшению энергии единичного удара и КПД механизма.
Известен пневматический ударный механизм (патент РФ №2504634, Мкл. Е21В 1/30, 2014 г.), включающий цилиндрический корпус с втулкой и выпускными каналами, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый поршень со штоковой и основной частями с центральным каналом и втулкой с продольным каналом-пазом и отверстием в штоковой части поршня, разделяющим полость цилиндрического корпуса на кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса со стороны штоковой части поршня и камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, кольцевой фланец с отверстиями подвода воздуха в кольцевую распределительную камеру и сквозным осевым каналом для пропуска стержня с запорным клапаном, крепежный стакан, закрепленный относительно цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом с воздухоподводящим каналом и кольцевым фланцем, закрепленный в сквозном осевом канале кольцевого фланца стержень с запорным клапаном, постоянно взаимодействующим с продольным каналом-пазом в отверстии втулки, находящейся в центральном канале ступенчатого поршня, соединяющем периодически в зависимости от положения ступенчатого поршня кольцевую распределительную камеру и камеру холостого хода между собой.
Недостатком данного пневматического механизма является постоянно открытый канал-паз, что приводит к увеличенному расходу воздуха и, как следствие, - к уменьшению энергии единичного удара.
Известен пневматический ударный механизм (патент РФ 2432442, Мкл. Е21В 4/14, 2009 г., прототип), относящийся к строительству и горной промышленности, в частности к пневматическим устройствам ударного действия, 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 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.
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 камерухолостого 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. Также кольцевая камера пневматического буфера не участвует в образовании силового импульса, что приводит к увеличению расхода воздуха и, как следствие, - снижению КПД механизма.
Задача заявляемого изобретения: перекрыть подачу воздуха в кольцевую камеру в момент ее сообщения с атмосферой, что позволяет повысить суммарный силовой импульс давления воздуха кольцевой и распределительной камер при рабочем ходе, исключить непроизводительный расход кольцевой камеры рабочего хода и повысить кинетическую энергию единичного удара.
Техническая решение пневматического ударного механизма заключается в следующем. В пневматическом ударном механизме, включающем цилиндрический корпус с втулкой и выпускными каналами, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой и основной частями с центральным каналом и винтовым канал-пазом в штоковой части ударника, разделяющий полость цилиндрического корпуса на кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса со стороны штоковой части ударника, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента и кольцевую камеру рабочего хода со стороны втулки, кольцевой фланец с отверстиями подвода воздуха в кольцевую распределительную камеру и сквозным осевым каналом для пропуска стержня с поршневой частью, выполненной в виде канал-паза, крепежный стакан, закрепленный относительно цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом с воздухоподводящим каналом и кольцевым фланцем, согласно изобретению внутренняя поверхность втулки цилиндрического корпуса снабжена перепускным каналом в виде паза без выхода на торец втулки со стороны кольцевой камеры рабочего хода, а на боковой поверхности штоковой части ступенчатого ударника со стороны кольцевой камеры рабочего хода выполнен винтовой канал без выхода на торец штоковой части ступенчатого ударника и так, что перепускной канал втулки и винтовой канал при сообщении кольцевой камеры рабочего хода с атмосферой посредством выпускного канала между собой разобщены.
Исполнение пневматического ударного механизма поясняется чертежом продольного разреза.
Пневматический ударный механизм содержит цилиндрический корпус 1, ступенчатый ударник 2 со штоковой частью 3 и основной частью 4, втулку 5, являющуюся ограничением хода ступенчатого ударника 2. Ступенчатый ударник 2 снабжен центральным каналом 6 с радиальными каналами 7 и разделяет полость цилиндрического корпуса 1 на распределительную камеру 8, образованную цилиндрическим корпусом 1 и втулкой 5 со стороны штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, кольцевую камеру 9 рабочего хода, образованную цилиндрическим корпусом 1, штоковой частью 3 и основной частью 4 ступенчатого ударника 2, сообщенную в зависимости от положения ступенчатого ударника 2 с распределительной камерой 8 через перепускной канал 24, выполненный в виде паза, или лыски, или выточки на внутренней боковой поверхности втулки 5, и винтовой канал-паз 10 на штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 цилиндрического корпуса 1, и камеру 11 холостого хода, образованную цилиндрическим корпусом 1, ступенчатым ударником 2 и хвостовиком 12 рабочего инструмента 13, который удерживается относительно цилиндрического корпуса 1, например концевой пружиной 14, от произвольного выпадения. Центральный канал 6 ступенчатого ударника 2 посредством радиальных каналов 7 сообщен постоянно с камерой 11 холостого хода. Цилиндрический корпус 1 снабжен с противоположного хвостовику 12 торца крепежным стаканом 15 с воздухоподводящим каналом 16 для подвода сжатого воздуха в камеру 17 сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом 15 и кольцевым фланцем 18, в котором выполнены отверстия 19 подвода воздуха, соединяющие постоянно камеру 17 сетевого воздуха и распределительную камеру 8 между собой. В кольцевом фланце 18 установлен в отверстии 20 стержень 21 с поршневой частью 22, выполненной в виде канал-паза 23, взаимодействующего постоянно со штоковой частью 3 ступенчатого ударника 2, включающей перепускной канал 24 и буртик 25. Винтовой канал-паз 10 в зависимости от положения ступенчатого ударника 2 при взаимодействии с перепускным каналом 24, выполненным в виде или паза, или лыски, или выточки на внутренней боковой поверхности втулки 5 цилиндрического корпуса 1, сообщает кольцевую распределительную камеру 8 и кольцевую камеру 9 рабочего хода между собой. Цилиндрический корпус 1 снабжен выпускными каналами 26 и 27 периодически сообщающих в зависимости от положения ступенчатого ударника 2 кольцевую камеру 9 рабочего хода и камеру 11 холостого хода с атмосферой с целью выпуска из них отработавшего воздуха. Величина возможных радиальных перемещений, исключающая защемление поршневой части 22 стержня 21 в сквозном осевом отверстии 6, выполнена больше возможных радиальных перемещений штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 в отверстии, образованном между штоковой частью 3 ступенчатого ударника 2 и втулкой 5.
Пневматический ударный механизм работает следующим образом.
После включения пускового устройства (на чертеже не показано и может быть любым известным) воздух из сети поступает по воздухоподводящему каналу 16 в крепежном стакане 15 в камеру 17 сетевого воздуха. Далее через отверстия 19 подвода воздуха в кольцевом фланце 18 воздух поступает в кольцевую распределительную камеру 8. Из кольцевой распределительной камеры 8 по канал-пазу 23, выполненному между поршневой частью 22 стержня 21 и стенкой сквозного осевого отверстия 6 штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, воздух поступает по радиальным каналам 7 в камеру 11 холостого хода. В начале движения ступенчатого ударника 2 продолжается наполнение воздухом камеры 11 холостого хода, обеспечивая расчетную величину импульса холостого хода. Под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 11 холостого хода ступенчатый поршень 2 продолжает движение в сторону кольцевой распределительной камеры 8, совершая холостой ход. При последующем движении ступенчатый поршень 2 перекрывает выпускной канал 26 в цилиндрическом корпусе 1 и в кольцевой камере 9 начинается процесс сжатия отсеченного в ней воздуха. Далее поршневая часть 4 штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 открывает посредством сообщения винтового канала-паза 10 и перепускного канала 24, выполненного в виде паза, или лыски, или выточки, подачу сжатого воздуха в кольцевую камеру 9 рабочего хода. Одновременно поршневой частью 22 стержня 21 поступление воздуха по канал-пазу 23 в камеру 11 холостого хода прекращается. После открытия основной частью 4 ступенчатого ударника 2 выпускного канала 27 давление воздуха в камере 11 холостого хода выравнивается до атмосферного. В кольцевой камере 9 рабочего хода после разобщения ее с атмосферой начнется сжатие воздуха, отсеченного в ней, и воздуха, поступающего из кольцевой распределительной камеры 8 через винтовой канал-паз 10, выполненный на штоковой части 3 ступенчатого ударника 2. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 8, кольцевой камере 9 рабочего хода увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый поршень 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 8, кольцевой камеры 9 рабочего хода и камеры 11 холостого хода, ступенчатый поршень 2 затормаживается и остановится в расчетной точке. Сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 8 и кольцевой камеры 9 рабочего хода ступенчатый поршень 2 начинает движение в сторону хвостовика 12 рабочего инструмента 13, совершая рабочий ход. При этом винтовой канал-паз 10 разобщается с перепускным каналом 24, выполненным в виде или паза, или лыски, или выточки. Ступенчатый поршень 2 откроет выпускной канал 26 и кольцевая камера 9 рабочего хода сообщается с атмосферой. Далее ступенчатый поршень 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 27, откроет канал-паз 23 выполненный на поршневой части 22 стержня 21, вследствие чего в камере 11 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего по центральному каналу 6 и радиальному каналу 7 из кольцевой распределительной камеры 8. После открытия выпускного канала 26 давление в кольцевой камере 9 рабочего хода понизится до величины атмосферного.
Так как рабочая площадь основной части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры 11 холостого хода больше торцевой площади штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха со стороны этих камер ступенчатый поршень 2, преодолевая противодавление со стороны камеры 11 холостого хода, наносит удар по хвостовику 12 рабочего инструмента 13. Под действием импульсов отскока и давления воздуха со стороны камеры 11 холостого хода ступенчатый поршень 2 начинает холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.