Пневматическое спусковое устройство со стабилизацией спуска

Полезная модель относится к области транспортирования грузов, а именно к подъемно-спусковым пневматическим устройствам, и может быть применена для стабилизации спуска грузов.
Из уровня техники известны многочисленные решения пневматических подъемно-спусковых устройств, принцип действия которых основан на сжатии-разряжении воздуха в цилиндре (цилиндрах), за счёт чего в цилиндре образуются области повышенного и пониженного давления, что обеспечивает подъем или спуск груза. При этом выпуск и подача воздуха во всех решениях обеспечиваются принудительно с помощью той или иной специальной системы или устройства (вентилятор, насос, воздушный компрессор, нагнетатель воздуха и др.) - например, в решениях по авторскому свидетельству СССР № 874069 (дата приоритета 04.02.1980 г., дата публикации 23.10.1981 г.), российской заявке на изобретение № 2009107645 (дата приоритета 03.03.2009), иностранному патенту на изобретение № JP 2001026384 A (дата приоритета 16.07.1999), иностранному патенту на изобретение № UA 15799 U (дата приоритета 24.01.2006), иностранному патенту на изобретение № US 2014131140 A1 (дата приоритета 10.11.2012). В некоторых решениях в цилиндр вместо воздуха под давлением подаётся газ - например, в российском патенте на изобретение № 94035358 (дата приоритета 22.09.1994), серии российских патентов на изобретения №№ 2012540, 2012535, 2012538, 2040457, 2090490, 2048396, 2040456, 2040458, 2012534, 2012536, 2012537, 2012539, 2092420 (дата приоритета 23.07.1991).
В качестве недостатков перечисленных решений можно выделить достаточно сложную их конструкцию, вызванную, в первую очередь, наличием в них устройства принудительного выпуска и подачи воздуха, что, соответственно, усложняет процесс эксплуатации пневматических подъемно-спусковых устройств, что связано с необходимостью следить за состоянием не только самого устройства, но и за состоянием, соответственно, вентилятора, насоса, воздушного компрессора, нагнетателя воздуха и др. устройств принудительного выпуска и подачи воздуха, а также иных элементов, таких как измеритель массы, регулятор расхода воздуха, приводной барабан и др. Данное обстоятельство, соответственно, усложняет процесс эксплуатации пневматических подъемно-спусковых устройств и делает процесс их изготовления более ресурсно- и время затратным.
Указанные недостатки устранены в техническом решении по российскому патенту на полезную модель № 206635 «Пневматическое спусковое устройство» (дата приоритета 13.07.2021 г., дата публикации 20.09.2021 г.), принятом в качестве ближайшего аналога (прототипа). Данное решение характеризуется тем, что состоит из металлической трубы, расположенного внутри трубы поршня, соединенного с грузом с помощью троса, проходящего через отверстие в заглушке, расположенной в верхней части металлической трубы, и ролики, отличающееся тем, что в заглушке, расположенной в нижней части металлической трубы, выполнено отверстие для поступления и выхода воздуха. Таким образом, указанное пневматическое спусковое устройство обладает предельно простой конструкцией, в нем отсутствует система или устройство принудительной подачи-выпуска воздуха в трубу (например, нагнетатель воздуха, вакуумный компрессор и т.п.), при этом скорость (плавность) спуска груза регулируется только размером диаметра отверстия, расположенного в нижней части металлической трубы устройства. В связи с упрощением конструкции устройства обеспечивается снижение временных и ресурсных затрат на его производство. Также упрощение конструкции предлагаемого пневматического спускового устройства обеспечивает простоту его эксплуатации, так как отсутствует необходимость технического обслуживания, ремонта, замены системы или устройства принудительной подачи-выпуска воздуха в трубу, а также системы регулирования скорости спуска груза.
Однако прототип обладает существенным недостатком, а именно конструкция пневматического спускового устройства обеспечивает спуск груза, но данный спуск будет, особенно если груз тяжёлый, достаточно резким, скорость его будет неравномерной - груз будет быстро набирать скорость из-за силы притяжения земли, которая пропорциональна весу груза и растущему весу разматываемого по мере спуска троса, а затем резко данную скорость сбрасывать по мере того, как поршень в устройстве прототипа будет приближаться к заглушке в верхней части устройства. При этом от диаметра отверстия, расположенного в нижней части металлической трубы устройства, зависит общая, средняя скорость спуска груза, но сам по себе данный диаметр остаётся в конкретном устройстве неизменным и равномерность скорости спуска не обеспечивает.
Целью настоящей полезной модели является устранение вышеуказанного недостатка прототипа, а именно стабилизация скорости спуска груза с тросом, то есть обеспечение плавного и равномерного спуска груза с использованием предлагаемого устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в конструкции предлагаемого пневматического спускового устройства со стабилизацией спуска дополнительно присутствуют устанавливаемые одно в другое сопла специальной конструкции с отверстиями и жесткой пружиной между ними, которые автоматически стабилизируют скорость спуска груза с использованием предлагаемого устройства.
Соответственно, технический результат заявляемого технического решения «Пневматическое спусковое устройство со стабилизацией спуска» состоит в следующем. Устройство обеспечивает автоматическую стабилизацию скорости спуска груза с тросом за счёт того, что в его конструкции в заглушке в нижней части металлической трубы устройства предусмотрены устанавливаемые одно в другое сопла специальной конструкции с жесткой пружиной между ними, осевыми отверстиями различного диаметра и отверстиями на стенке верхнего сопла, через которые проходит втягиваемый в процессе спуска груза с тросом воздух, в результате чего верхнее сопло, преодолевая сопротивление пружины, втягивается, закрывая отверстия в стенке, и воздух начинает проходить через осевое отверстие меньшего диаметра верхнего сопла. В результате воздух начинает затягиваться в металлическую трубу устройства медленнее, поршень поднимается так же медленнее, что обеспечивает более плавный спуск груза с тросом. Также заявляемая полезная модель в целом расширяет арсенал технических решений пневматических подъемно-спусковых устройств.
Технический результат достигается тем, что пневматическое спусковое устройство со стабилизацией спуска характеризуется тем, что состоит из металлической трубы, заглушки в нижней части металлической трубы с выполненным в ней отверстием для поступления и выхода воздуха, расположенного внутри трубы поршня, соединённого с грузом с помощью троса, проходящего через отверстие в заглушке в верхней части металлической трубы, и ролики, отличающееся тем, что в отверстии нижней части металлической трубы установлены вставленные одно в другое сопла, каждое из которых состоит из цилиндрического корпуса с осевым отверстием и шляпки, причём осевое отверстие верхнего сопла выполнено с меньшим, чем у нижнего сопла, диаметром, между шляпками сопел установлена жёсткая пружина, а в стенке части корпуса верхнего сопла, в которую вставлено нижнее сопло, выполнены отверстия. Также в верхнее сопло может быть вставлено сопло идентичной конструкции с меньшим, чем у верхнего сопла, диаметром осевого отверстия, и с жесткой пружиной между шляпками сопел. Также в данное сопло может быть вставлено четвёртое сопло идентичной конструкции с меньшим, чем у предыдущего сопла, диаметром осевого отверстия, и с жесткой пружиной между шляпками сопел.
Заявляемое техническое решение поясняется схематическими изображениями общего устройства предлагаемого пневматического спускового устройства со стабилизацией спуска (фиг. 1) и вставленных одно в другое сопел (фиг. 2), поясняющими один из вариантов осуществления предлагаемой полезной модели в рамках заявленной формулы, где 1 - это металлическая труба, служащая шахтой, 2 - груз, 3 - трос, 4 - поршень, 5 - ролики, 6 - заглушка в верхней части металлической трубы, 7 - отверстие для троса, 8 - заглушка в нижней части металлической трубы, 9 - отверстие для поступления и выхода воздуха, 10 - нижнее сопло, 11 - верхнее сопло, 12 - цилиндрический корпус нижнего сопла, 13 - цилиндрический корпус верхнего сопла, 14 - часть корпуса верхнего сопла, в которую вставлено нижнее сопло, 15 - осевое отверстие нижнего сопла, 16 - осевое отверстие верхнего сопла, 17 - шляпки нижнего и верхнего сопла, 18 - жёсткая пружина, 19 - отверстия в стенке корпуса верхнего сопла.
Для получения технического результата полезная модель может быть осуществлена следующим предпочтительным образом, не исключающим иные способы осуществления в рамках заявленной формулы полезной модели. Пневматическое спусковое устройство со стабилизацией спуска состоит из металлической трубы (1), служащей шахтой для расположенного в ней поршня (4). Поршень (4) соединен с грузом (2) с помощью троса (3), который проходит через отверстие (7) в заглушке (6) в верхней части металлической трубы (1) и ролики (5). В заглушке (8) в нижней части металлической трубы (1) выполнено отверстие (9). В отверстии (9) в нижней части металлической трубы (1) установлены вставленные одно в другое сопла - нижнее (10) и верхнее (11), каждое из которых состоит из цилиндрического корпуса (12, 13) с осевым отверстием (15, 16) и шляпки (17), причём осевое отверстие (16) верхнего сопла (11) выполнено с меньшим, чем у осевого отверстия (15) нижнего сопла (10) диаметром, между шляпками (17) сопел установлена жёсткая пружина (18), а в стенке части корпуса верхнего сопла (14), в которую вставлено нижнее сопло (10), выполнены отверстия (19). Благодаря наличию жёсткой пружины (18) верхнее сопло остаётся приподнятым над нижним, открывая отверстия (19) для прохода через них воздуха.
Устройство работает следующим образом. Когда груз (2) прикрепляется к тросу (3), он начинает под действием своего веса опускаться и тянуть вверх поршень (4). При этом в пространстве металлической трубы (1) между заглушкой (8) и поршнем (4) за счёт увеличения его объема снижается плотность воздуха (иными словами воздух разряжается) и образуется область пониженного давления, в результате чего в данное пространство через отверстие (9) затягивается воздух снаружи. При этом воздух в пространстве между поршнем (4) и заглушкой (6) сжимается, растёт его плотность и давление, в результате чего груз (2) не падает, а постепенно опускается. При этом затягиваемый в процессе опускания груза с тросом через отверстие (9) воздух проходит через установленные в данное отверстие вставленные одно в другое сопла - нижнее (10) и верхнее (11) следующим образом: сначала воздух проходит через осевое отверстие нижнего сопла (15) и выходит из отверстий (19) в стенке части корпуса верхнего сопла (14), в которую вставлено нижнее сопло (10). Однако по мере того, как груз (2) опускается, под действием силы тяжести скорость его падения возрастает, а также возрастает общий вес груза (2) с тросом (3), так как трос разматывается по мере опускания груза (2), что влечёт увеличения силы тяжести согласно формуле F=m·g. В результате давление воздуха в области между заглушкой (8) в нижней части металлической трубы (1) и поршнем (4) снижается, воздух начинает затягиваться через осевое отверстие нижнего сопла (15) быстрее и быстрее выходит через отверстия (19) в стенке части корпуса верхнего сопла (14), что влечёт быстрое снижение давления воздуха в области внутри стенки части корпуса верхнего сопла (14), в результате чего верхнее сопло (11) втягивается в нижнее (10), преодолевая сопротивление жесткой пружины (18), и закрывает отверстия (19). Далее воздух начинает проходить через осевое отверстие верхнего сопла (16), которое имеет меньший, чем у осевого отверстия нижнего сопла (15) диаметр. Через меньший диаметр осевого отверстия (16) воздух затягивается медленнее, в результате чего дольше давление воздуха в пространстве между поршнем (4) и заглушкой (6) превышает давление воздуха в пространстве между поршнем (4) и заглушкой (8), в результате чего груз (2) опускается более медленно (плавно). Таким образом, обеспечивается более плавный спуск груза (2), скорость спуска стабилизируется. При этом скорость спуска груза (2) может регулироваться в предлагаемом устройстве с помощь диаметров осевых отверстий в соплах (15, 16), количеством, формой, диаметром отверстий (19) в стенке части корпуса верхнего сопла (14) и жесткостью (упругостью) пружины (18).
Также для дальнейшей стабилизации скорости спуска в верхнее сопло (11) может быть вставлено сопло идентичной конструкции с меньшим, чем у верхнего сопла (11), диаметром осевого отверстия (16), и с жесткой пружиной между шляпками сопел. В свою очередь, в данное сопло может быть вставлено ещё одно, четвёртое, сопло с ещё меньшим диаметром осевого отверстия.
Новизна представленной полезной модели состоит в том, что совокупность её существенных признаков обеспечивает автоматическую стабилизацию скорости спуска груза с тросом, делает её более равномерной, а опускание более плавным.
Предложенное пневматическое спусковое устройство со стабилизацией спуска в настоящее время готовится к промышленному производству силами заявителя.