ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ
PNEUMATIC PERCUSSIVE MECHANISM

Изобретение относится к области строительства и может быть применено в качестве пневматического механизма ударного действия для уплотнения грунтовых оснований, разрушения карьерных негабаритов, мерзлого грунта, бетонных фундаментов, дорожного покрытия и подобных материалов конструкций, а также может быть использовано в других областях подобного решения задач.
Известно устройство пневматического молотка (патент РФ 2732515, 2020 г. B25D 9/04, B25D 9/26, B25D 17/02, Е21С 37/24), включающее пневматический ударный механизм дроссельного типа, содержащий цилиндрический корпус, рабочий инструмент, удерживаемый относительно цилиндрического корпуса, рукоять с устройством впуска, перегородку с впускным дросселем, выпускным каналом и осевым отверстием, в котором установлена и закреплена трубка с продольным выпускным каналом и радиальным выпускным каналом, выходящим в ее боковой поверхности, кольцевую выпускную камеру с выпускным отверстием, образованную перегородкой, цилиндрическим корпусом и корпусом рукоятки, предкамеру, образованную корпусом рукоятки и перегородкой и сообщенную посредством воздухоподводящего канала с сетью сжатого воздуха, ударник со сквозным осевым каналом для пропуска упомянутой трубки, разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеру рабочего хода со стороны перегородки, постоянно сообщенную с предкамерой посредством впускного дросселя в перегородке, и камеру холостого хода со стороны рабочего инструмента, периодически сообщенную посредством радиального и продольного выпускных каналов в трубке и выпускного канала в перегородке с выходом в кольцевую выпускную камеру и посредством выпускного отверстия в корпусе рукоятки в атмосферную камеру, образованную корпусом рукоятки и воздухоотбойным кольцом, при этом в цилиндрическом корпусе со стороны камеры холостого хода выполнена выточка, а на боковой поверхности ударника выполнен перепускной канал. Перепускной канал выполнен в виде наклонного паза под углом к образующей поверхности ударника и с постоянно открытым выходом в торце ударника со стороны камеры рабочего хода, наклонный паз ударника выполнен сквозным с переменным поперечным сечением и постоянно открытыми выходами на оба торца ударника со стороны камеры холостого хода с постоянным сообщением обоих камер между собой, при этом площадь поперечного сечения наклонного паза ударника уменьшается в сторону камеры холостого хода.
Недостатками этого устройства являются: ударник с боковой поверхностью, которая содержит наклонный перепускной канал с изменяющимся поперечным сечением с образованием на его границах концентраторов напряжений, которые при соударении с хвостовиком рабочего инструмента, приводят к зарождению трещин в материале ударника, снижают прочностные свойства на границах канала и обуславливают преждевременные разрушение ударника; продолжение продольного канала выпуска в стержне-трубке с образованием в кольцевом фланце коленчатого перехода с последующим выходом в кольцевую выпускную камеру и далее через выпускной канал в стенке стакана рукояти в атмосферу, и обуславливает увеличение гидравлического сопротивления тракта выпуска и снижение работоспособности пневматического ударного механизма, что приводит к необходимости увеличения проходного сечения выпускного тракта, например за счет увеличения диаметральных размеров стержня-трубки, ударника и цилиндрического корпуса, что приводит к увеличению массы конструктивного решения механизма и машины на его основе.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является пневматический молот (патент РФ 2728064, 2020 г., Е21С 37/24, B25D 9/14), включающий пневматический ударный механизм дроссельного 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 дроссельными каналами впуска, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в цилиндрическом корпусе ударник со сквозным осевым отверстием и перепускным глухим каналом на боковой поверхности и разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого хода, установленную в центральном отверстии кольцевого фланца стержень-трубку, пропущенную через центральное отверстие в стакане и закрепленную относительно него, выточку в камере холостого хода, взаимодействующую с перепускным каналом в виде канала-лыски либо канала-паза на боковой поверхности ударника, радиальный канал выпуска в стержне-трубке с его продолжением в виде продольного канала с выходом в атмосферу и открываемый торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, дополнительную кольцевую предкамеру, образованную между стаканом и цилиндрическим корпусом, канал перепуска в боковой стенке кольцевого фланца, постоянно сообщающий торцевую предкамеру с дополнительной кольцевой предкамерой, кольцевую камеру торможения и кольцевую аккумуляционную камеру в виде кольцевых выточек, разделенных кольцевым буртиком, сквозные перепускные каналы в стенках выточек, постоянно сообщающие кольцевую камеру торможения и кольцевую аккумуляционную камеру с дополнительной кольцевой предкамерой, переднюю и заднюю перепускные камеры в виде выточек, разделенных кольцевым перешейком со стороны камеры холостого хода, расположенной со стороны хвостовика рабочего инструмента и так, что при взаимодействии выточек с глухим каналом перепуска на боковой поверхности ударника кольцевая камера торможения сообщается с кольцевой аккумуляционной камерой, а в положении ударника, опертого на хвостовик рабочего инструмента, передняя и задняя кольцевые перепускные камеры сообщаются с кольцевой аккумуляционной камерой и кольцевой камерой торможения, стержень-трубка дополнительно снабжена со стороны торцевой предкамеры радиальным дроссельным каналом впуска воздуха с его продолжением в виде продольного канала с выходом в камеру холостого хода.
Недостатком этого устройства являются несвоевременность и недостаточный перепуск воздуха между камерами холостого и рабочего хода. Причиной отмеченного недостатка является обеспечение рабочего цикла пневматического ударного механизма ступенчатым впуском воздуха в камеры с различными функциями и в зависимости от положения ударника относительно ограничительных кромок кольцевых буртиков ограничивающих размеры камер в полости цилиндрического корпуса. Это обуславливает сложность конструктивного решения и изготовления кольцевых выточек с заданной точностью их размещения в полости цилиндрического корпуса с обеспечением надежности рабочего процесса, заключается в повышении противодавления воздуха в камерах рабочего и холостого хода и преждевременное торможение ударника, что приводит к снижению рабочего хода и энергии единичного удара ударника при соударении с хвостовиком рабочего инструмента.
Задачей заявляемого изобретения является обеспечение надежности рабочего процесса за счет исключения преждевременного торможения ударника со стороны камер рабочего хода в конце холостого хода и со стороны камеры холостого хода в конце рабочего хода, что позволяет реализовать расчетную величину хода ударника и его скорость соударения с хвостовиком рабочего инструмента.
Поставленная задача решается тем, что пневматический ударный механизм, содержащий рабочий инструмент с хвостовиком, цилиндрический корпус, стакан со сквозным центральным отверстием и каналом подвода воздуха из сети, кольцевой фланец с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, закрепленный разъемно относительно цилиндрического корпуса, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, ударник со сквозным осевым каналом, размещенный в цилиндрическом корпусе, разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого хода, стержень-трубку, пропущенную через сквозное центральное отверстие в стакане, закрепленную относительно него и установленную в центральном отверстии кольцевого фланца с выходом в сквозной осевой канал в ударнике со стороны камеры холостого хода, радиальный канал выпуска в стержне-трубке с его продолжением в виде продольного канала с выходом в атмосферу, выполненный с возможностью открывания торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, причем стержень-трубка дополнительно снабжена со стороны торцевой предкамеры радиальным дроссельным каналом впуска воздуха с его продолжением в виде продольного канала с выходом в камеру холостого хода, согласно изобретению наружная боковая поверхность стержня-трубки выполнена со ступенчатым каналом-лыской, причем ступень канала-лыски со стороны камеры холостого хода выполнена в поперечном сечении в виде сегмента с большей площадью, а ступень канала-лыски со стороны камеры рабочего хода выполнена в поперечном сечении в виде сегмента с меньшей площадью, по сравнению с площадью сегмента ступени канала-лыски со стороны камеры холостого хода.
Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1).
Пневматический ударный механизм содержит рабочий инструмент 1 с хвостовиком 2, цилиндрический корпус 3 с выточкой 4 со стороны хвостовика 2, стакан 5 со сквозным центральным отверстием 6, каналом 7 подвода воздуха из сети, кольцевой фланец 8 с центральным отверстием 9 и дроссельным каналом 10 впуска, закрепленный раздельно относительно цилиндрического корпуса 3, торцевую предкамеру 11, образованную между стаканом 5 и кольцевым фланцем 8, ударник 12 со сквозным осевым каналом 13, размещенный в цилиндрическом корпусе 3, разделяющий полость цилиндрического корпуса 3 с выточкой 4, стержень-трубку 15, пропущенную через сквозное центральное отверстие 6 в стакане 5, закрепленную относительно него и установленную в центральном отверстии 9 кольцевого фланца 8 с выходом в сквозной осевой канал 13 ударника 12 со стороны камеры 14 холостого хода с выточкой 4, радиальный канал 16 выпуска в стержне-трубке 15 и его продолжением в виде продольного канала 17 с выходом 18 в атмосферу, стержень-трубка 15 дополнительно снабжена со стороны торцевой предкамеры 11 радиальным дроссельным каналом 19 впуска воздуха и его продолжением в виде продольного канала 20 с выходом в осевой канал ударника 12.
Наружная боковая поверхность стержня-рубки 15 снабжена ступенчатым каналом-лыской 21, причем ступень 22 со стороны камеры 14 холостого хода выполнена с большей площадью сегмента, а ступень 23 со стороны камеры 24 рабочего хода с меньшей площадью сегмента в сравнении с площадью сегмента ступени 22 ступенчатого канала-лыски 21 со стороны камеры 14 холостого хода. Стакан 5 закрепляется относительно корпуса 3 и удерживается фиксатором 25 и разрезным кольцом 26.
Пневматический ударный механизм работает следующим образом.
При включении устройства пуска, которое может быть любым из известных, сжатый воздух посредством пневматического рукава подается через канал 7 в торцевую предкамеру 11, образованную стаканом 5 и кольцевым фланцем 8. Из торцевой предкамеры 11 воздух одновременно подается в камеру 24 рабочего хода и по радиальному дроссельному каналу 19 и его продолжению в виде продольного канала 20 в стержне-трубке 15 в сквозной осевой канал 13 ударника 12 с выходом камеры в камеру 14 холостого хода с выточкой 4 в цилиндрическом корпусе 3 со стороны хвостовика 2 рабочего инструмента 1.
Из камеры 24 рабочего хода осуществляется перетечка воздуха по дренажному ступенчатому каналу-лыске 21, образованному сквозным осевым каналом 13 в ударнике 12, в зависимости от его положения, и ступенями 22 и 23 каналов-лысок на боковой поверхности стержня-трубки 15, чем обеспечивается приращение импульса давления воздуха со стороны камеры 14 холостого хода без резкого возрастания противодавления воздуха со стороны камеры 24 рабочего хода, что исключает преждевременное торможение ударника 12 в конце холостого хода и гарантирует достижение им расчетной величины хода.
Под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 24 рабочего хода ударник 12 затормаживается и останавливается в расчетном положении.
Сразу же после остановки ударника 12 под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 24 рабочего хода начинает ускоренное движение в сторону камеры 14 холостого хода - совершая рабочий ход.
Перемещаясь ускоренно, ударник 12 перекрывает торцом радиальный канал 16 выпуска в стержне-трубке 15, вследствие чего в камере 14 холостого хода и выточке 4 начинается сжатие отсеченного в них воздуха с сетевым давлением воздуха из торцевой предкамеры 11 посредством радиального дроссельного канала 19 впуска и его продолжению в виде продольного канала 20 с выходом в сквозной осевой канал 13 ударника 12. В зависимости от положения ударника 12 поочередно открываются дренажные ступени 22 и 23 каналов-лысок, образованных сквозным осевым каналом 13 ударника 12 и, зависимости от изменения площади сегмента - от меньшего к большему - перепускается воздух между камерами 24 рабочего хода и камерой 14 холостого хода. При таком воздухораспределении давление воздуха в камере 14 холостого хода не превосходит критического противодавления, и ударник 12 не испытывает значительных сил сопротивления воздуха и практически перед соударением с хвостовиком 2 рабочего инструмента 1 преждевременно не теряет предударной скорости, а, следовательно, в более полном ее содержании передает обрабатываемой среде.
После соударения с хвостовиком 2 ударник 12 под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 14 холостого хода и выточки 4, а также импульса отскока с добавлением воздуха перепуска из торцевой предкамеры 11 и в процессе дренажа посредством ступенчатого канала-лыски в виде ступеней 22 и 23 на боковой поверхности стержня-трубки 15, дополнительно увеличивают импульс холостого хода, обеспечивая устойчивый рабочий цикл пневматического ударного механизма. Далее под действием импульса отскока холостого хода и давления воздуха со стороны камеры 14 холостого хода с выточкой 4 ударник 12 резко начинает перемещение в сторону камеры 24 рабочего хода и последовательность рабочего цикла повторяется.
Выполнение пневматического ударного механизма со стержнем-трубкой со ступенчатым каналом-лыской на боковой поверхности и так, что ступень канала-лыски со стороны камеры холостого хода выполнена в поперечном сечении в виде сегмента с большей площадью, а ступень канала-лыски со стороны камеры рабочего хода выполнена в поперечном сечении в виде сегмента с меньшей площадью, по сравнению с площадью сегмента ступени канала-лыски со стороны камеры холостого хода, позволяет понизить величину противодавления воздуха в конце холостого хода и исключить преждевременное торможение, чем гарантировать величину расчетного хода ударника, а в конце рабочего хода повысить скорость соударения ударника с хвостовиком рабочего инструмента.