КЛАПАННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ (ВАРИАНТЫ)
VALVE MECHANISM FOR AIRGUNS (VERSIONS)

Изобретение относится к клапанным механизмам исполнительных устройств, работающих с кратковременной подачей газа высокого давления, преимущественно для пневматического оружия и имитаторов оружия.
Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.
Известен клапанный механизм для пневматического оружия по патенту РФ №2169331, содержащий корпус, клапан со стеблем и седло с уплотнением, который характеризуется тем, что седло выполнено в виде корпуса и втулки, между которыми размещено уплотнение, и представляет собой жестко собранный элемент. В данном клапанном механизме втулка со стороны уплотнения имеет жесткий упор в корпус седла и развальцована с другой, а поверхности корпуса седла и втулки, соприкасающиеся с уплотнением, выполнены с профилем, идентичным профилю уплотнения. Корпус седла, втулка и уплотнение представляют собой жестко собранный элемент. В процессе работы клапанный механизм пневматического оружия кратко-временно открывается, отсекая порцию газа для производства выстрела посредством удара по стеблю клапана. Недостатком данного клапанного механизма является то, что для производства выстрела требуется преодолеть силу давления газа на клапан в газовом баллоне посредством удара по штоку. Так как энергия выстрела прямо пропорциональна затраченной энергии на инициацию выстрела, то для удара по штоку необходимо большое усилие.
Известен клапанный механизм пневматического оружия по патенту РФ №2532011, содержащий корпус с расположенным в нем клапаном, шток, пружину, пробку, винт, кольцо уплотнения, размещенное между корпусом и газовым баллоном, который характеризуется тем, что шток и клапан выполнены раздельно друг от друга, при этом шток контактирует с клапаном и является запирающим элементом проходного сечения, выполненного между клапаном и штоком для перемещения газа из внутренней полости между клапаном и пробкой после удара курка по штоку. В данном клапанном механизме после удара по штоку давление во внутренней полости меньше давления в газовом баллоне. Способ кратковременной подачи газа высокого давления, реализованный в данном клапанном механизме заключается в том, что присоединяют к корпусу клапанного механизма, снабженного соединенными между собой сливным отверстием и перепускным отверстием, газовый баллон со сжатым газом, закрывают сливное отверстие клапаном, а проходное сечение между штоком и внутренней поверхностью клапана закрывают штоком, за счет давления газа и давления пружины, связанной со штоком и размещенной во внутренней полости клапана, наносят удар по штоку для сброса давления газа из внутренней полости клапана через проходное сечение в перепускное отверстие, которое приводит к открытию клапаном сливного отверстия за счет замещения силы давления газа, действующей на закрытие клапана, силой давления газа на его открытие, кратко-временно выпускают газ через открытое сливное отверстие и перепускное отверстие, возвращают клапан и шток в исходное положение для закрытия перепускного отверстия клапаном, а проходного сечения - штоком, за счет давления газа, поступающего из внутренней полости клапана и давления пружины. Данное техническое решение обеспечивает уменьшение ударной энергии по штоку, однако его недостатком является возможность работы клапанного механизма только при непосредственном присоединении корпуса к газовому баллону со сжатым газом, что сужает область применения клапанного механизма.
Известен клапанный механизм для подачи газа высокого давления в пневматическом оружии по патенту РФ №2646967, содержащий корпус, клапан, шток, причем шток является запирающим элементом проходного сечения, которое предназначено для перемещения газа после удара по наружному концу штока, и перепускное отверстие, который характеризуется тем, что корпус выполнен в виде накопительного цилиндра с отверстием для подачи сжатого газа от внешнего источника газа, с одной стороны корпуса установлена снабженная уплотнительным кольцом втулка, в которой установлен клапан с образованием в закрытом положении клапана полости между клапаном и втулкой, перепускное отверстие расположено с другой стороны корпуса, внутренний конец штока и пружина установлены в отверстие клапана, проходное сечение выполнено между наружным концом штока и втулкой с возможностью выхода газа в атмосферу, а между клапаном и стенкой втулки и между клапаном и внутренним концом штока имеются зазоры. В данном клапанном механизме втулка зафиксирована в корпусе с помощью резьбовой втулки с зазором между наружным концом штока и резьбовой втулкой. Способ работы данного клапанного механизма заключается в том, что во внутренней полости корпуса, снабженного перепускным отверстием и проходным сечением, создают высокое давление газа, закрывают перепускное отверстие клапаном, а проходное сечение - штоком, наносят удар по наружному концу штока для сброса давления газа через проходное сечение, которое приводит к замещению силы давления газа, действующей на закрытие клапана, силой давления газа на его открытие, выпускают газ через перепускное отверстие, возвращают клапан и шток в исходное положение, закрывая клапаном перепускное отверстие, а штоком - проходное сечение. Корпус выполняют в виде накопительного цилиндра, который герметизируют снабженной уплотнительным кольцом втулкой, в которую устанавливают клапан с образованием в закрытом положении клапана полости между клапаном и втулкой, внутренний конец штока и пружину устанавливают в отверстие клапана, перепускное отверстие и проходное сечение выполняют раздельно друг от друга, газ высокого давления подают во внутреннюю полость корпуса через отверстие подачи сжатого газа от внешнего источника газа, сброс газа при ударе по штоку производят из полости между клапаном и втулкой и отверстия в клапане через проходное сечение, выполненное в виде зазора между наружным концом штока и втулкой, с возможностью выхода газа в атмосферу, при возвращении клапана в исходное положение заполнение газом полости между клапаном и втулкой производят через зазор между клапаном и стенкой втулки, а заполнение газом отверстия в клапане - через зазор между внутренним концом штока и клапаном. Втулку фиксируют в корпусе с помощью резьбовой втулки, которая имеет между наружным концом штока и резьбовой втулкой зазор, являющийся продолжением проходного сечения.
Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа
Недостатком данного устройства, равно как и всех других известных клапанов аналогичного назначения, обусловлены их особенностью, которая заключается в том, что пропускная способность клапана в первую очередь определяется его диаметром. Чем выше диаметр клапана, тем большая сила постоянно действует на его закрытие и тем больший импульс нужно передать на шток клапана ударнику. Таким образом, с увеличением диаметра клапана необходимо увеличивать вес ударника и/или силу пружины клапана. С превышением определенного диаметра вес ударника и усилие взвода пружины становятся чрезмерными. Такую пружину трудно, порой невозможно, взводить, чрезмерный вес ударника разрушает конструкцию клапана, удар ударника передает чрезмерные колебания на всю систему, в которой установлен клапан
Задача изобретения состоит преодолении этого технического противоречия за счет того, что в заявленном устройстве сила, которую нужно приложить к клапану для его открытия, не зависит от его диаметра, а выбирается произвольно. Таким образом, снимается основное ограничение на мощность устройства, в котором установлен данный клапан.
Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения указанной заявителем технической проблемы и получения обеспечиваемого изобретением технического результата.
Согласно первому независимому объекту изобретения клапанный механизм для пневматического оружия, содержащий корпус, внутри которого размещен клапан с элементом, запирающим проходное отверстие, и перепускное отверстие, характеризуется тем, что клапан имеет шток, свободный конец которого выходит за пределы корпуса, головную часть, которая запирает проходное сечение, которое предназначено для перемещения газа после удара по наружному концу штока, и разделяет клапанный механизм в его закрытом положении на зону низкого давления, которая через канал перепуска воздуха связано со стволом винтовки, и зону высокого давления, которая через перепускной канал сообщена с источников высокого давления, кроме того, клапан имеет хвостовую часть, свободный конец которой взаимодействует с пружиной, подпираемой герметичной пробкой, при этом сквозная полость хвостовой части сообщена с зоной низкого давления, при этом хвостовая часть охвачена подвижной втулкой, один торец которой размещен в зоне высокого давления, а противоположный торец взаимодействует с неподвижно укрепленным уплотнительным кольцом, обеспечивающим герметизацию этой зоны относительно разгружающей втулки, укрепленной на хвостовой части клапана с возможностью перемещения относительно нее, при этом подвижная втулка снабжена охватывающим ее неподвижно укрепленным уплотнением, обеспечивающим ее герметизацию относительно корпуса.
Согласно второму независимому объекту изобретения клапанный механизм для пневматического оружия, содержащий корпус, внутри которого размещен клапан с элементом, запирающим проходное отверстие, и перепускное отверстие, характеризуется тем, что клапан имеет шток, свободный конец которого выходит за пределы корпуса, головную часть, которая запирает проходное сечение, которое предназначено для перемещения газа после удара по наружному концу штока, и разделяет клапанный механизм в его закрытом положении на зону низкого давления, которая через канал перепуска воздуха связано со стволом винтовки, и зону высокого давления, которая через перепускной канал сообщена с источников высокого давления, кроме того, клапан имеет подпружиненную относительно корпуса хвостовую часть, сквозная полость которой сообщена с зоной низкого давления, а канал перепуска воздуха выполнен в виде втулки, сквозное отверстие которой сообщено со сквозной полостью хвостовой части клапана, при этом хвостовая часть охвачена подвижной втулкой, один торец которой размещен в зоне высокого давления, а противоположный торец взаимодействует с неподвижно укрепленным уплотнительным кольцом, обеспечивающим герметизацию этой зоны относительно разгружающей втулки, укрепленной на хвостовой части клапана с возможностью перемещения относительно нее, при этом подвижная втулка снабжена охватывающим ее неподвижно укрепленным уплотнением, обеспечивающим ее герметизацию относительно корпуса.
Согласно третьему независимому объекту изобретения клапанный механизм для пневматического оружия, содержащий корпус, внутри которого размещен клапан с элементом, запирающим проходное отверстие, и перепускное отверстие, характеризуется тем, что клапан имеет шток, свободный конец которого выходит за пределы корпуса, головную часть, которая запирает проходное сечение, которое предназначено для перемещения газа после удара по наружному концу штока, и разделяет клапанный механизм в его закрытом положении на зону низкого давления, которая через перепускное отверстие связано со стволом винтовки, и зону высокого давления, которая через канал перепуска воздуха сообщена с источников высокого давления, кроме того, клапан имеет подпружиненную относительно корпуса хвостовую часть, сквозная полость которой сообщена с зоной низкого давления, при этом хвостовая часть охвачена подвижной втулкой, которая выполнена из упругого материала, один торец которой размещен в зоне высокого давления, а противоположный торец взаимодействует с торцом разгружающей втулки, укрепленной на хвостовой части клапана с возможностью перемещения относительно нее, при этом подвижная втулка снабжена охватывающим ее неподвижно укрепленным уплотнением, обеспечивающим ее герметизацию относительно корпуса.
Заявленная совокупность существенных признаков изобретения во всех трех его вариантах, объединенных единым изобретательским замыслом, обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что в заявленной конструкции на клапан действуют разнонаправленные силы. Клапан прижимается к уплотнительному элементу проходного сечения с усилием прямо пропорциональным площади поверхности головной части клапана и обратно пропорциональным суммарной площади тела клапана и расширительной втулки клапана. Изменяя соотношение площадей этих площадей можно получать произвольное усилие открытия клапана при любом диаметре проходного отверстия клапана.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, на котором на фиг. 1 представлен разрез по клапану в первом варианте его исполнения в закрытом состоянии, на фиг. 2 тоже в открытом состоянии в момент выстрела, на физ. 3 - клапан по второму варианту его исполнения в закрытом состоянии, на фиг. 4 - тоже в открытом состоянии в момент выстрела, на фиг. 5 -разрез по клапану в третьем варианте его исполнения в закрытом состоянии, на фиг. 6 - тоже в открытом состоянии в момент выстрела,.
На фигурах позициями обозначены:
1. Шток клапана
2. Канал перепуска воздуха в ствол винтовки.
3. Уплотнительный элемент из полимера, выполненный в виде кольца
4. Головная часть клапана
5. Зона низкого давления
6. Зона высокого давления
7. Перепускной канал, по которому воздух из резервуара высокого давления поступает в клапанный механизм 8. Подвижное втулка
9. Резиновое кольцо уплотнения
10. Зазор
11. Разгрузочная втулка клапана
12. Отверстие перепуска полости клапана
13. Пружина клапана
14. Резиновое кольцо уплотнения
15. Корпус клапанного механизма
16. Тело клапана
17. Проходное отверстие клапана
18. Полость в хвостовой части клапана
19. Пробка.
Заявленный клапанный механизм работает следующим образом.
В закрытом состоянии клапанного механизма воздух из резервуара высокого давления (на чертежа х условно не показан) через перепускной канал 7 попадает в зону высокого давления 6. Под действием высокого давления воздуха подвижная втулка 8 смещается вправо от головной части клапана 4, выбирая зазор 10 и ее прижимает к резиновому кольцу уплотнения 14, обеспечивая герметичность соединения между подвижной втулкой 8 и разгружающей втулкой 11. При этом резиновое кольцо уплотнения 9 обеспечивает герметичность соединения между телом клапана 16 и подвижной втулкой 8.
Преимуществом данной схемы уплотнения клапанного механизма является отсутствие силы трения между телом клапана и резиновыми кольцами 9 и 14, которое резко увеличивается при увеличении давления и снижает скорости открытия клапана и нарушает единообразие работы нашего клапанного механизма.
В момент выстрела ударник винтовки бьет по штоку клапана 1, при этом клапан движется вправо, герметичность между узлами 4 и 3 нарушается и воздух через отверстие 17 начинает поступать в зону низкого давления 5 и далее в ствол винтовки через канал перепуска 2. При выстреле также нарушается герметичность соединения элементов 8 и 11, вследствие чего сжатый воздух начитает поступать в полость клапана 18 и одновременно с этим через отверстие 12 в ствол винтовки.
Наличие полости клапана 18 приводит к выравниванию давлений и уменьшает действие сил, приложенных к клапану, вызванных давлением воздуха на площадь сечения тела клапана 16 и площадь сечения рагрузочной втулки 11. Таким образом, ускоряется процесс закрытия клапана и устраняются ударные нагрузки между деталями телом клапана 16, пружиной 13 и пробкой 10, чего не удается избежать в известных клапанных механизмах других компоновок
После открытия клапана под действием воздуха на площадь сечения головной части 4, а также воздействия пружины 13 клапан закрывается и готов к следующему выстрелу. Пружина 13 позволяет настроить работу клапанного механизма, обеспечивая постоянный объем воздуха, поступающий в ствол винтовки при постепенном при каждом выстреле снижении давления в резервуаре высокого давления.
Отличием второго варианта заявленного механизма является расположение канала перепуска воздуха в ствол винтовки 2.
Пружина клапана 13 находится в зоне низкого давления, что обеспечивает возможность тонкой ее регулировки через поджим втулки 10. Данная регулировка влияет на динамику работы клапана, регулируя скорость его открытия и закрытия и, как следствие, скорость выстрела. Любая регулировка в заявленной конструкции может осуществляться без разборки механизма, что невозможно в известных конструкциях. Наличие разгружающей втулки 11 позволяет менять соотношение площадей и соответствующих им разнонаправленных сил, действующих на клапан и, как следствие, добиваться произвольного усилия открытия клапана при заданном диаметре проходного отверстия 17.
Отличием третьего варианта заявленного механизма является то, что хвостовая часть охвачена подвижной втулкой 8, которая выполнена из упругого материала, один торец которой размещен в зоне высокого давления, а противоположный торец взаимодействует с торцом разгружающей втулки 11. Под действием высокого давления воздуха подвижная втулка 8 из эластичного материала (капролон, фторопласт и пр) смещается вправо от головной части клапана 4, выбирая зазор 10 и ее прижимает непосредственно к разгружающей втулке, обеспечивая герметичность соединения между подвижной втулкой 8 и разгружающей втулкой. В данном варианте не требуется применения резинового кольца уплотнения 14, что повышает надежность и долговечность изделия.
Заявленное устройство может быть реализовано с использованием известного оборудования, технических и технологических средств и предназначено для пневматического оружия и имитаторов оружия.