ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МОЛОТОК С ДРОССЕЛЬНЫМ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ
PNEUMATIC HAMMER WITH THROTTLE AIR CONTROL VALVE

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, в частности к устройствам ударного действия; предназначено для разрушения крепких материалов искусственного и естественного происхождения.
Известен пневматический молоток (см., например, патент RU 2361724, МПК B25D 9/04, E21C 37/24, 27.07.2009), включающий корпус с радиальным выпускным каналом и центральным каналом, опертую уплотненно на торец корпуса крышку с кольцевым буртиком и центральным отверстием, ударник с осевым сквозным каналом, разделяющий центральный канал корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, трубку с глухим буртиком со стороны крышки, продольным и радиальным каналами, установленную соосно в центральном канале корпуса и размещенную в осевом сквозном канале ударника и центральном отверстии крышки с образованием между трубкой и крышкой кольцевого канала с возможностью перекрытия его глухим буртиком трубки, стакан, установленный уплотненно относительно кольцевого буртика крышки и корпуса с образованием между боковыми поверхностями стакана и корпуса кольцевой аккумуляционной камеры, постоянно сообщенной с камерой рабочего хода радиальным перепускным каналом корпуса, предкамеру, образованную кольцевым буртиком крышки и стаканом с воздухопроводящим каналом, постоянно сообщающим предкамеру с сетью сжатого воздуха посредством воздухопроводного рукава и ниппеля, разъемно соединенных со стаканом, воздухоотбойное кольцо с выпускными отверстиями, камеру выпуска, образованную между корпусом и воздухоотбойным кольцом, рабочий инструмент, имеющий хвостовик, на котором выполнен буртик и установленный с возможностью взаимодействия с ударником и с торцом корпуса посредством упомянутого буртика, колпак с кольцевым амортизатором, удерживающий рабочий инструмент от выпадения из центрального канала корпуса, хвостовик рабочего инструмента выполнен с центральным глухим отверстием, в котором с опорой на его дно размещена трубка с образованием между ее боковой поверхностью и боковой поверхностью глухого отверстия в хвостовике кольцевого канала, проходное сечение которого не менее проходного сечения продольного канала трубки, на трубке коаксиально установлена дополнительная трубка с радиальными каналами с образованием между ними кольцевого зазора в виде канала вытеснения, при этом расстояния между наиболее удаленными кромками радиального выпускного канала и радиального канала дополнительной трубки, расположенного со стороны камеры холостого хода, и между наиболее удаленными кромками радиального канала выпуска и радиального канала дополнительной трубки, расположенного со стороны камеры рабочего ходов, больше длины образующей ударника.
Недостатком такого и подобных ему пневматических молотков является то, что канал вытеснения со стороны камеры рабочего хода обуславливает после открытия ударником канала со стороны камеры холостого хода значительное количественное вытеснение воздуха из камеры рабочего хода, чем снижается необходимый тормозящий импульс и импульс разгона ударника при рабочем ходе, и как следствие, происходит снижение скорости соударения и энергии ударника.
Известен также пневматический молоток (см., например, патент RU 2380214, МПК B25D 9/04, E21C 37/24, 27.10.2010 - прототип), включающий сетевую камеру, рукоятку с устройством включения подачи сжатого воздуха в сетевую камеру с впускным каналом, полый цилиндр, размещенный в нем ударник с центральным каналом, разделяющий полость упомянутого цилиндра на камеры холостого и рабочего ходов, трубку, пропущенную через центральный канал ударника и соединяющую сетевую камеру с камерой холостого хода, неподвижную крышку с центральным сквозным отверстием для проведения через нее трубки, открытый впускной в камеру рабочего хода дроссельный канал, выполненный в виде кольцевого канала с возможностью изменения формы поперечного сечения, образованный боковыми поверхностями трубки и центрального сквозного отверстия в крышке и соединяющий сетевую камеру с камерой рабочего хода, сообщенную с последней посредством перепускного канала кольцевую аккумуляционную камеру, радиальный выпускной канал, выполненный в боковой стенке цилиндра, и рабочий инструмент с хвостовиком, в центральной трубке коаксиально ей с кольцевым зазором установлена дополнительная трубка, выполненная из эластичного материала с закрытым торцом со стороны камеры холостого хода и закрепленная элементами закрепления относительно центральной трубки с обеспечением сообщения сетевой камеры с камерой холостого хода посредством кольцевого зазора. Указанное устройство, как содержащее наибольшее количество существенных признаков по отношению к предлагаемому, принято в качестве прототипа.
Основным недостатком прототипа является то, что в начале запуска для машин с ходом ударника больше его длины при одновременной подаче сжатого воздуха в камеру со стенками из эластичного материала, закрытую торцом со стороны камеры холостого хода, и по сквозным калиброванным отверстиям в кольцевом диске в кольцевой зазор между центральной трубкой и трубкой из эластичного материала возможно перекрытие кольцевого зазора между центральной трубкой и трубкой из эластичного материала, при этом сжатый воздух не будет поступать в камеру холостого хода и запуск не будет произведен.
Техническая задача для предлагаемого пневматического молотка предусматривает усиление необходимого тормозящего импульса и усиление импульса разгона ударника при рабочем ходе и как следствие увеличение скорости соударения и увеличение энергии ударника, а также обеспечение стабильного поступления сжатого воздуха в камеру холостого хода и обеспечение стабильного запуска пневматического молотка.
Сущность предлагаемого технического решения пневматического молотка заключается в следующем. В пневматическом молотке с дроссельным воздухораспределением, содержащем сетевую камеру, рукоятку с устройством включения подачи сжатого воздуха в сетевую камеру с впускным каналом, полый цилиндр, размещенный в нем ударник с центральным каналом, разделяющий полость цилиндра на камеры холостого и рабочего ходов, центральную трубку, пропущенную через центральный канал ударника и соединяющую сетевую камеру с камерой холостого хода, неподвижную крышку с центральным сквозным отверстием для проведения через нее трубки, открытый впускной в камеру рабочего хода дроссельный канал, выполненный в виде кольцевого канала с возможностью изменения формы поперечного сечения, образованный боковыми поверхностями трубки и центрального сквозного отверстия в крышке и соединяющий сетевую камеру с камерой рабочего хода, сообщенную с последней посредством перепускного канала кольцевую аккумуляционную камеру, радиальный выпускной канал, выполненный в боковой стенке цилиндра, и рабочий инструмент с хвостовиком, в центральной трубке коаксиально ей с кольцевым зазором установлена дополнительная трубка, выполненная из эластичного материала с закрытым торцом со стороны камеры холостого хода и закрепленная элементами закрепления относительно центральной трубки с сообщением посредством кольцевого зазора сетевой камеры с камерой холостого хода, элементы закрепления выполнены в виде кольцевых дисков со сквозными калиброванными отверстиями для пропуска воздуха, при этом в центральной трубке выполнено радиальное отверстие в виде щели с выходом на торец трубки со стороны хвостовика рабочего инструмента.
Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами. На фиг.1 показан молоток с частичным продольным разрезом в положении ударника в конце рабочего и начале его холостого хода. На фиг.2 показан молоток с частичным продольным разрезом без рукоятки в положении ударника в конце холостого и начале рабочего хода.
Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением (см. фиг.1, 2) содержит полый цилиндр 1 с центральным сквозным каналом 2, с размещенным в нем ударником 3, разделяющим полость цилиндра 1 на камеры рабочего 4 и холостого 5 ходов, центральную трубку 6 с установленной в ней коаксиально с зазором дополнительной трубкой 7 из эластичного материала с закрытым торцом 8 со стороны камеры 5 холостого хода. Полый цилиндр 1 содержит радиальный выпускной канал 9, радиальный перепускной канал 10, крышку 11 с опирающимся на торец 12 цилиндра кольцевым буртиком 13 и буртиком 14, упирающимся в дно 15 стакана 16. Стакан 16 до упора в буртик 14 навинчивается на цилиндр 1 и образует кольцевую аккумуляционную камеру 17, постоянно сообщенную с камерой 4 посредством радиального перепускного канала 10. Между дном 15 и стаканом 16 и крышкой 11 образована сетевая камера 18, сообщенная с сетью сжатого воздуха посредством впускного канала 19 в рукоятке 20 с устройством включения подачи воздуха. Радиальный выпускной канал 9 сообщает периодически камеры 4 и 5 с выпускной камерой 21, образованной между цилиндром 1 и воздухоотбойным кольцом 22, снабженным выпускным каналом 23, посредством которого выпускная камера 21 сообщена с атмосферой. Дополнительная трубка 7 из эластичного материала закреплена элементами закрепления в виде кольцевых дисков 24 и 25 относительно центральной трубки 6 с выполненными вдоль оси трубки сквозными калиброванными отверстиями 26 и 27 для пропуска воздуха из сетевой камеры 18 посредством кольцевого зазора 28 между трубками 6 и 7 в камеру 5 холостого хода. Рабочий инструмент 29 с хвостовиком 30 удерживается относительно цилиндра 1 колпаком 31. В трубке 7 образована камера 32, постоянно сообщенная каналом 33 с сетевой камерой 18. Трубка 6 со стороны камеры 18 снабжена буртиком 34 с возможностью опирания на крышку 11. Кольцевой дроссельный канал 35 образован зазором между трубкой 6 и стенкой сквозного отверстия 36 в крышке 11 и сообщает постоянно сетевую камеру 18 и камеру 4 рабочего хода между собой. Неплотности при опирании ударника 3 на хвостовик 30 или радиальный паз 37 на ударнике обеспечивает пропуск воздуха в камеру 5. В центральной трубке 6 выполнено радиальное отверстие 38 в виде щели с выходом на торец трубки со стороны хвостовика рабочего инструмента.
Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением работает следующим образом. При нажатии молотком до упора в обрабатываемую среду и рабочий инструмент 29 его хвостовик 30 выталкивает трубки 6 и 7 в сетевую камеру 18 и при подключении рукоятки 20 с устройством включения подачи воздуха, сетевой воздух поступает по впускному каналу 19 в сетевую камеру 18. Из сетевой камеры 18 воздух поступает одновременно: по кольцевому дроссельному каналу 35, образованному зазором между трубкой 6 и стенкой сквозного отверстия 36 в крышке 11, в камеру 4 рабочего хода и сообщенную с ней постоянно перепускным каналом 10, кольцевую аккумуляционную камеру 17; из трубки 6 через радиальное отверстие 38 в камеру 5 холостого хода; по каналу 33 в камеру 32 со стенками из эластичного материала, закрытую торцом 8 со стороны камеры 5 холостого хода; по сквозному калиброванному отверстию 26 в кольцевом диске 24, далее посредством кольцевого зазора 28 между трубками 6 и 7 и сквозным калиброванным отверстием 27 в кольцевом диске 25, и посредством неплотностей прилегания торцов ударника 3 и хвостовика 30 или радиального паза 37 в камеру 5 холостого хода. При этом, поскольку камера 4 рабочего хода сообщена радиальным выпускным каналом 9 с выпускной камерой 21, образованной между цилиндром 1 и воздухоотбойным кольцом 22 с выпускным каналом 23, то давление воздуха в камере 4 рабочего хода будет близко к атмосферному, так как проходное сечение каналов 9 и 23 существенно больше, в сравнении с проходным сечением кольцевого дроссельного канала 35. За счет давления воздуха эластичные стенки камеры 32 начнут раздвигаться, перекрывая кольцевой зазор 28, и натекаемый воздух в камеру 5 холостого хода создает противодавление, что обусловливает большие силы давления на эластичную стенку трубки 7 со стороны кольцевого зазора 28, поскольку наружная площадь трубки больше ее внутренней площади, под действием которых кольцевой зазор 28 остается открытым для пропуска воздуха из камеры 18 в камеру 5 холостого хода. Под действием возрастающего давления воздуха со стороны камеры 5 холостого хода ударник 3 начнет свое движение в сторону крышки 11, совершая холостой ход. Перемещаясь, ударник 3 перекрывает радиальный выпускной канал 9, вследствие чего давление воздуха в камере 4 рабочего хода и сообщенной с ней радиальным перепускным каналом 10 кольцевой аккумуляционной камере 17 будет повышаться за счет сжатия отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего через кольцевой дроссельный канал 35. Давление воздуха в камере 5 понижается, несмотря на его поступление из сетевой камеры 18 посредством сквозного калиброванного отверстия 26, кольцевого зазора 28 и сквозного калиброванного отверстия 27. При перемещении ударник 3 откроет радиальный выпускной канал 9 и из камеры 5 произойдет выпуск отработавшего воздуха в выпускную камеру 21 и далее через выпускной канал 23 в атмосферу. Несмотря на поступление воздуха в камеру 5 холостого хода из камеры 18, давление воздуха в камере 5 холостого хода установится близким атмосферному. При этом давление воздуха на наружную боковую поверхность трубки 7 из эластичного материала с закрытым торцом 8 со стороны камеры 5 холостого хода снизится и, при большем давлении воздуха на внутреннюю боковую поверхность трубки со стороны камеры 32, поперечный кольцевой размер трубки увеличится и перекроет проходное сечение кольцевого зазора 28 между трубками 6 и 7 (см. фиг.2), в результате чего поступление воздуха в камеру 5 прекратится. Ударник 3 под действием импульса, приобретенного со стороны камеры 5 камеры холостого хода, будет продолжать перемещаться, сжимая воздух в камере 4 с одновременным перепуском посредством радиального перепускного канала 10 в аккумуляционную камеру 17. Это будет способствовать более плавному повышению давления в камере 4, большему ходу ударника 3, меньшему давлению на крышку 11 и, как следствие, меньшей силе отдачи и меньшей амплитуде колебания цилиндра 1 и в целом молотка. Исчерпав импульс давления холостого хода, ударник остановится и сразу же под действием давления воздуха со стороны камер 4 и 17 начнет перемещение в сторону хвостовика 30 рабочего инструмента 29, совершая рабочий ход. Давление воздуха в камере 4 будет поддерживаться расчетным благодаря поступлению через кольцевой дроссельный канал 35 из сетевой камеры 18 и его перепуску через каналы 10 из камеры 17. Перемещаясь, ударник 3 перекроет радиальный выпускной канал 9 и в камере 5 начнется процесс сжатия отсеченного в ней воздуха с повышением давления, которое передается через сквозное калиброванное отверстие 27 в кольцевой зазор 28 между трубками 6 и 7. Продолжая перемещение к хвостовику 30, ударник 3 обеспечивает максимально возможное расчетное давление воздуха в камере 5, которое воздействует на большую наружную поверхность трубки 7 из эластичного материала с закрытым торцом 8 со стороны камеры 5 холостого хода, обеспечивая при этом большую силу давления, нежели действующая сила давления на внутреннюю поверхность эластичной трубки со стороны камеры 32. Это обусловливает открытие проходного сечения кольцевого зазора 28 между трубками 6 и 7 и поступление воздуха из сетевой камеры 18 по сквозному калиброванному отверстию 26 кольцевого диска 25 в камеру 5 холостого хода. К этому моменту времени ударник 3, преодолев противодавление воздуха со стороны камеры 5 холостого хода, наносит удар по хвостовику 30 рабочего инструмента 29. После этого описанный процесс будет повторяться с той лишь разницей, что движение ударника при холостом ходе будет осуществляться за счет приобретенного импульса давления и импульса отскока от хвостовика. Таким образом, применение трубки 7 из эластичного материала с закрытым торцом 8 со стороны камеры 5 холостого хода при взаимодействии с центральной трубкой 6 под действием разности сил давлений воздуха со стороны камеры 32 на ее внутреннюю и наружную поверхности со стороны кольцевого зазора 28 позволяет осуществить перекрытие проходного сечения впуска воздуха из сетевой камеры 18 в камеру 5 холостого хода.
Отмеченное обеспечивает усиление необходимого тормозящего импульса и усиление импульса разгона ударника при рабочем ходе и, как следствие, увеличение скорости соударения и увеличение энергии ударника. Выполнение пневматического молотка с радиальным отверстием 38 в центральной трубке 6 в виде щели с выходом на торец центральной трубки со стороны хвостовика рабочего инструмента позволяет обеспечить стабильное поступление сжатого воздуха в камеру холостого хода и обеспечить стабильный запуск пневматического молотка.