ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МОЛОТ
PNEUMATIC HAMMER

Изобретение относится к строительной технике и может быть применено в качестве пневматического молота для разрушения карьерных негабаритов, мерзлого грунта, бетонных фундаментов, дорожного покрытия и т.п.материалов и конструкций.
Известен пневматический молоток (см., например, а.с. СССР 1061982, Мкл. B25D 9/04, E21C 3/24, 1983 г.), содержащий цилиндрический корпус, размещенный в нем ударник со сквозным осевым отверстием, разделяющем полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, крышку с осевой многоканальной трубкой, служащей для впуска сжатого воздуха в камеры, и систему выпускных дросселей, периодически сообщающих камеры с атмосферой. Система выпускных дросселей выполнена в трубке и крышке.
Недостатком технического решения по а.с. 1061982 является система воздухоотвода отработавшего воздуха: канал воздухоотвода в атмосферу имеет коленчатое окончание и разветвленное решение в виде веера каналов меньшего поперечного сечения с кольцевым сборником и отдельными каналами вывода воздуха в атмосферу, что обуславливает ступенчатое сжатие-расширение, увеличение местных сопротивлений и приводит к недовыпуску воздуха из камеры холостого хода, а следовательно, повышению противодавления воздуха в камере и снижению кинетической энергии единичного удара.
Известен пневматический молоток (см., например, а.с. СССР 1172692, Мкл. B25D 9/04, 1985 г.), содержащий цилиндрический корпус с рукояткой, выпускными каналами, проточной камерой, постоянно сообщающимся воздухоотводящим каналом с сетью сжатого воздуха, ударник, разделяющий полость корпуса на камеру рабочего хода, постоянно сообщающуюся с проточной камерой и попеременно сообщающуюся с атмосферой, и дроссель, и перегородку с центральным отверстием, образующую с корпусом и рукояткой проточную камеру, и коаксиально установленным корпусу и закрепленным в центральном отверстии перегородки стержнем. В стержне выполнены дополнительные воздухоподводящий канал к камере холостого хода, постоянно сообщающей ее с проточной камерой, и выпускной канал, на одном из торцов которого установлен дроссель, а другой сообщен с атмосферой. Ударник установлен коаксиально стержню с возможностью перемещения вдоль него.
Недостатками технического решения по а.с. 1172692 являются следующие:
- стержень-трубка является двухканальной, один из каналов является воздухоподводящим в камеру холостого хода, другой канал воздухоотводящим с существенно большим проходным сечением, чем воздухоподводящий, что приводит к увеличению диаметрального сечения стержня и ударника, а следовательно, их масс;
- для снижения массы ударника он выполнен с внутренней проточкой со стороны камеры рабочего хода, что снижает прочность его стенок и устойчивость движения со стороны стержня-трубки;
- канал воздухоотвода в атмосферу имеет коленчатое окончание, что обуславливает увеличение местных сопротивлений на выпуске и затрудняет полное опорожнение камеры холостого хода.
Известно техническое решение пневмоударного механизма дроссельно-клапанного типа (см. журнал «Известия вузов. Строительство.» 2014, №8, стр. 47 и 49, прототип), содержащего цилиндрический корпус, размещенный в нем ударник со сквозным осевым отверстием, разделяющий полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, фланец с центральным отверстием и установленной в нем стержнем-трубкой, пропущенным через отверстие в стакане и закрепленным относительно его, во фланце выполнен дроссельный канал впуска сжатого воздуха из торцевой предкамеры, образованный между стаканом и кольцевым фланцем, и снабженным в стакане каналом подвода воздуха из сети, со стороны камеры холостого хода выполнена выточка, отсекающая кромка которого взаимодействует с перепускным каналом-лыской либо каналом-пазом, выполненным на боковой поверхности ударника с выходом на его торец со стороны камеры рабочего хода и сообщает камеры холостого и рабочего ходов в положении ударника, опертого на хвостовик рабочего инструмента. Канал в стержне-трубке снабжен радиальным каналом выпуска с выходом его в продольный осевой канал и атмосферу. Радиальный канал выпуска сообщает камеры холостого хода при вскрытии его торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента с продольным осевым каналом в стержне-трубке и атмосферой.
Прототипу свойственны следующие недостатки:
- камеры рабочего и холостых ходов наполняются резко, чем создаются условия возрастания противодавления воздуха в них, что обуславливает при рабочем ходе резкое торможение ударника, снижение предударной скорости и потерю им кинетической энергии удара перед соударением с хвостовиком;
- при холостом ходе со стороны камеры рабочего хода возрастает противодавление воздуха на торец ударника, что приводит к потере импульса сил давления со стороны камеры холостого хода и, как следствие, преждевременному торможению, уменьшению его перемещения в сторону фланца и уменьшению участка разгона при рабочем ходе, и уменьшению его кинетической энергии при соударении с хвостовиком рабочего инструмента.
Следствием приведенных недостатков является снижение КПД использования внутренней энергии воздуха в рабочем процессе, поскольку при сохранении количества расхода воздуха снижается энергетический показатель процесса: энергия удара, которая является главным параметром пневмоударного механизма.
Отмеченные недостатки прототипа исключаются полностью или частично, если исключить резкую подачу сжатого воздуха из торцевой предкамеры в камеру рабочего хода, а следовательно, из нее в камеру холостого хода путем более глубокого расширения воздуха со стороны камеры рабочего хода, чем повысить КПД использования его внутренней энергии и энергию единичного удара, и улучшить экономический показатель по удельному расходу воздуха в рабочем процессе пневмоударного механизма молота.
Технической задачей заявляемого пневматического молота является увеличение импульса сил давления воздуха для разгона ударника при холостом и рабочем ходе за счет снижения местных сопротивлений перепускного канала и подачи большего количества воздуха из камеры рабочего хода в камеру холостого хода путем образования в камере рабочего хода кольцевых камер с конкретным назначением: камеры торможения с функциями повышения давления воздуха и торможения ударника в конце холостого хода; распределительной камеры с функциями выравнивания давления в конце холостого хода и начале рабочего хода ударника посредством канала перепуска на его боковой поверхности.
Поставленная задача решается тем, что пневматический молот включает пневмоударный механизм дроссельно-клапанного типа, содержащий рабочий инструмент с хвостовиком, цилиндрический корпус, стакан с каналом подвода воздуха из сети, закрепленный разъемно относительно цилиндрического корпуса, кольцевой фланец с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в цилиндрическом корпусе ударник со сквозным осевым отверстием и каналом перепуска с выходом на боковую поверхность и на торец ударника со стороны кольцевого фланца и разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень-трубку, пропущенный через центральное отверстие в стакане и закрепленный относительно его, выточку в камере холостого хода, взаимодействующую с каналом перепуска в виде канала-лыски, либо канала-паза на боковой поверхности ударника, радиальный канал выпуска в стержне-трубке с его продолжением в виде осевого продольного канала с выходом в атмосферу и открываемый торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, согласно изобретению между стаканом и цилиндрическим корпусом образована кольцевая камера форсажа, кольцевой фланец снабжен боковой стенкой и выполненным в ней радиальным каналом перепуска, постоянно сообщающим торцевую предкамеру с кольцевой камерой форсажа, в камере рабочего хода со стороны кольцевого фланца выполнены кольцевые камеры торможения и кольцевая распределительная камера в виде кольцевых выточек, разделенных буртиком, в стенке корпуса на уровне кольцевой распределительной камеры выполнены сквозные перепускные каналы, постоянно сообщающие ее с кольцевой камерой форсажа и так, что при положении ударника, опертого на хвостовик рабочего инструмента, камера холостого хода сообщена с кольцевой распределительной камерой и кольцевой камерой торможения.
Предлагаемый порядок перепуска воздуха между кольцевыми камерами позволит увеличить внутреннюю энергию сжатого воздуха, расширяющегося воздуха в рабочем процессе пневматического молота и реализовать большую по величине кинетическую энергию единичного удара и уменьшить удельный расход воздуха.
Исполнение пневматического молота поясняется фиг. 1.
Пневматический молот содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2, ударник 3, разделяющий полость 2 на камеру 4 рабочего хода и камеру 5 холостого хода, рабочий инструмент 6 с хвостовиком 7 со стороны камеры 5 холостого хода, закрепленный относительно корпуса 1 стакан 8 с осевым сквозным каналом 9 и каналом 10 подвода сетевого воздуха, уплотненно установленный на торце 11 корпуса 1, кольцевой фланец 12 с боковой стенкой 13 и радиальным каналом 14 перепуска, и центральным сквозным отверстием 15, и дроссельным каналом 16 впуска сетевого воздуха из торцевой предкамеры 17, образованной между кольцевым фланцем 12 и стаканом 8.
Ударник 3 выполнен с осевым сквозным каналом 18 и каналом 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3. Каналы 19 перепуска с выходом на боковую поверхность ударника 3 и его торец со стороны камеры 4 могут быть выполнены в виде пазов прямых вдоль образующей ударника, либо пазов наклонных, либо лысок, либо винтового паза однозаходного, либо винтового паза многозаходного.
В осевом сквозном канале 18 установлен стержень-трубка 20 с радиальным каналом 21 выпуска и его продолжением в виде продольного осевого канала 22 с выходом в атмосферу. Стержень-трубка 20 установлен уплотненно в осевом сквозном канале 9 стакана 8 и пропущен в сквозном отверстии 15 кольцевого фланца 12 и в осевом сквозном канале 18 ударника 3 с возможностью его перемещения относительно стержня-трубка 20.
Между стаканом 8 и корпусом 1 образована кольцевая камера 23 форсажа, постоянно сообщенная с торцевой предкамерой 17 радиальным каналом 14 перепуска в боковой стенке 13 кольцевого фланца 12.
В камере 4 рабочего хода со стороны кольцевого фланца 12 выполнена кольцевая камера 24 торможения и кольцевая распределительная камера 25, образованные выточкой 26 и выточкой 27 со сквозными перепускными каналами 28 в стенке корпуса 1, разделенные внутренним кольцевым буртиком 29 и так, что суммарная длина выточек 26, 27 и буртика 29 не превышает длину канала 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3 по отсекающим кромкам его торцев.
Камера 5 холостого хода со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6 выполнена в виде выточки 30 с отсекающей кольцевой кромкой 31 и так, что при положении ударника 3, опертого на хвостовик 7 рабочего инструмента 6, канал 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3, кольцевая распределительная камера 25 и кольцевая камера 24 торможения сообщаются с кольцевой камерой 5 холостого хода, а в положении ударника 3 на уровне буртика 29 между кольцевыми камерами 25 и 24 канал 19 перепуска сообщает их между собой.
Пневматический молот работает следующим образом.
После включения устройства пуска сжатый воздух посредством пневматического рукава подается через канал 10 в торцевую предкамеру 17, образованную стаканом 8 и фланцем 12 с боковыми стенками 13.
Из торцевой предкамеры 17 воздух поступает одновременно посредством радиального канала 14 перепуска в кольцевую камеру 23 форсажа, посредством дроссельного канала 16 в камеру 4 рабочего хода и соединенные с ней кольцевую камеру 24 торможения и кольцевую распределительную камеру 25, выполненные в выточках 26 и 28, а также посредством канала 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3 в камеру 5 холостого хода со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6.
Одновременно воздух из кольцевой камеры 23 форсажа посредством сквозных перепускных каналов 28 в стенке корпуса 1 поступает в кольцевую распределительную камеру 25 в выточке 27 и кольцевую камеру 24 в кольцевой выточке 26, а также посредством канала 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3 в кольцевую камеру 5 холостого хода в выточке 30.
За счет динамического напора потоков воздуха со стороны камер 4, 24 и 25 в замкнутом объеме камеры 5 холостого хода давление воздуха в объеме камеры повышается.
При этом со стороны камеры 4 рабочего хода давление воздуха будет меньшим из-за проточности камер 4, 24 и 25 в значительно большем ее суммарном объеме в сравнении с объемом камеры 5 холостого хода.
Таким образом из-за разницы давлений со стороны камеры 4 рабочего хода и камеры 5 холостого хода ударник 3 начнет движение в сторону камеры 4 рабочего хода. Преодолевая противодавление воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 25 и камеры 24 торможения, ударник 3 совершает холостой ход.
Перемещаясь в сторону камеры 4 рабочего хода, ударник 3 перекроет кольцевой буртик 31 выточкой 30 в корпусе 1, чем перекроет доступ воздуха в камеру 5 холостого хода из кольцевой распределительной камеры 25 и кольцевой камеры 24 торможения.
Продолжая движение, ударник 3 перекроет буртик 29 корпуса 1 и откроет канал 19 перепуска, в результате чего кольцевая камера 24 торможения сообщится с кольцевой распределительной камерой 25, что понизит давление воздуха в камере 24 торможения и снизит противодавление воздуха на ударник 3 со стороны камеры 4 рабочего хода. С этого момента ударник 3 откроет своим торцом со стороны камеры 5 холостого хода выпускной радиальный канал 21 в стержне-трубке 20 и посредством продольного осевого канала 22 камера 5 холостого хода сообщится с атмосферой. В результате этого давление воздуха в камере 5 холостого хода понизится до атмосферного.
Перемещаясь по инерции, ударник 3 будет затормаживаться и остановится в расчетном положении без открытия сообщения между кольцевой распределительной камерой 25 и камерой 5 холостого хода. Таким образом камера 4 рабочего хода, кольцевая распределительная камера 25 и кольцевая камера 24 торможения не сообщаются посредством выпускного радиального канала 21 и продольного осевого канала 22 в стержне-трубке 20 с атмосферой.
Сразу же после остановки под действием сил давления воздуха со стороны камеры 4 рабочего хода и камеры 24 торможения ударник 3 начнет движение в сторону хвостовика 7 инструмента 6. При отсутствии противодавления воздуха со стороны камеры 5 холостого хода и при поступлении воздуха из торцевой предкамеры 17 посредством дроссельного канала 16 и воздуха из кольцевой камеры 23 форсажа через сквозные перепускные каналы 28, а также воздуха, поступающего из кольцевой распределительной камеры 25, поступающего посредством канала 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3, обтекая кольцевой буртик 29, поступает в кольцевую камеру 24 торможения. Под действием сил давления со стороны камеры 4 рабочего хода и кольцевой камеры 24 торможения ударник 3 будет перемещаться ускоренно в сторону камеры 5 холостого хода, совершая рабочий ход.
Перемещаясь в сторону камеры 5 холостого хода, ударник 3 перекроет выпускной радиальный канал 21 и сообщение с атмосферой кольцевой камеры 5 холостого хода посредством продольного осевого канала 22 в стержне-трубке 20 прекратится.
Перемещаясь далее к хвостовику 7 рабочего инструмента 6, ударник 3 открывает канал 19 перепуска со стороны выточки 30 камеры 5 холостого хода, чем обеспечивается доступ сжатого воздуха из кольцевой распределительной камеры 25 и кольцевой камеры 24 торможения в камеру 5 холостого хода и повышает в ней количество и давление воздуха.
Преодолевая противодавление воздуха со стороны камеры 5 холостого хода, ударник 3 под действием сил давления со стороны кольцевой распределительной камеры 25 и кольцевой камеры 24 торможения наносит удар по хвостовику 7 рабочего инструмента 6.
В результате соударения ударник 3 дополнительно к импульсу давления воздуха приобретает импульс отскока, что позволяет ему начать движение от хвостовика 7 в сторону камеры 4 рабочего хода. Далее рабочий цикл повторяется.
Особенностью рабочего цикла является то, что отработавший воздух выпускается только из камеры 5 холостого хода, а воздух камеры 4 рабочего хода перепускается в камеру 5 холостого хода для повторного его использования в следующем цикле в камере 5 холостого хода. Функции канала 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3 с выходом на торец со стороны камеры 4 рабочего хода и кольцевой камерой 5 холостого хода позволяют обеспечить рациональное воздухораспределение и осуществить устойчивый режим работы пневматического молота с повышенной кинетической энергией удара и сниженным непроизводительным расходом воздуха.