Устройство для пневматического механизма ударного действия
DEVICE FOR PNEUMATIC IMPACT MECHANISM

Изобретение относится к области строительной техники и может быть применено в качестве пневматического молота для разрушения карьерных негабаритов, мерзлого грунта, бетонных фундаментов, дорожного покрытия и т.п. материалов и конструкций.
Известно пневматическое устройство молотка (а.с. СССР 1172692, 1985 г., МКл. B25D 9/04), содержащее цилиндрический корпус с рукояткой, выпускными клапанами, проточной камерой, постоянного сообщающимся воздухоотводящим клапаном с сетью сжатого воздуха, ударником, разделяющий полость корпуса на камеру рабочего корпуса, постоянно сообщающийся с проточной камерой попеременно сообщающейся с атмосферой, и дроссель, и перегородку с центральным отверстием, образующей с корпусом и рукояткой проточной камеру, и коаксиально установленным корпусу и закрепленным в центральном отверстии перегородки стержнем. В стержне выполнен дополнительный воздухоподводящий канал к камере холостого хода, постоянно сообщающий ее с проточной камерой, и выпускной канал, на одном из торцов которого установлен дроссель. А другой, сообщен атмосферой. Ударник установлен коаксиально стержню с возможностью перемещения вдоль него.
Недостатками описанной конструкции являются:
- стержень труба является двухканальной, один из каналов является воздухоподводящим в камеру холостого хода, другой канал - воздухоотводящим с существенно большим проходом сечения, чем воздухоотводящий, 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 обусловливает увеличение местных сопротивлений на выпуске и затрудняет полное опорожнение камеры холостого хода.
Наиболее близким по технической сущности, заявляемому устройству, является устройство пневмоударного механизма дроссельно-клапанного типа (патент РФ 2603525, 2016 г. МПК B25D 9/04, Е21С 37/24, прототип), содержащее полость с цилиндрической полостью, рабочий инструмент с хвостовиком; стакан с центральным отверстием и каналом подвода воздуха и сети, закрепленный разъемно относительно корпуса, кольцевой фланец с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в цилиндрическом корпусе ударник, имеющий сквозное осевое отверстие и канал-пазом перепуска, на торце ударника со стороны кольцевого фланца и боковой поверхности ударника размещающий цилиндрическую полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов и стержень-трубку, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца, и пропущенную через центральное осевое отверстие в стакане и закрепленную относительно его, при этом в камере холостого хода выполнена выточка, взаимодействующая с каналом перепуска на его боковой поверхности, и в стержне-трубке выполнен с возможностью открытия торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента радиальный канал выпуска с его продолжением виде осевого продольного канала выпуска в атмосферу, между стаканом и цилиндрическим корпусом образована кольцевая камера форсажа, кольцевой фланец снабжен боковой стенкой с выполненной в ней радиальным каналам перепуска для постоянного сообщения торцевой предкамеры с кольцевой камерой форсажа, в камере рабочего хода со стороны кольцевого фланца выполнены кольцевые камеры торможения и кольцевая распределительная камера в виде выточек, разделенных буртиком, в стенке корпуса на уровне кольцевой распределительной камеры выполнены сквозные перепускные каналы для постоянного сообщения ее кольцевой камерой форсажа. При этом камера холостого хода сообщена с кольцевой распределительной камерой и кольцевой камерой торможения в положении ударника опертого на хвостовик рабочего инструмента.
Недостатком этого устройства является: перепускной канал-паз на боковой поверхности ударника выполнен прямым, параллельно образующей ударника, что обусловливает: при рабочем ходе резко заполнить объем камеры холостого хода при ее сообщении с кольцевой распределительной камерой, и приводит к преждевременному возрастанию противодавления, затормаживанию ударника перед ударом и потери предударной скорости и энергии удара; при холостом ходе быстрое прохождение ударником участка, при котором поступает недостаточно воздуха для формирования силового импульса холостого хода, что затормаживает ударник и приводит к уменьшению его перемещения, которое при рабочем ходе отрицательно влияет на процесс разгона ударника и, как следствие приведет к потере его кинетической энергии.
Следствием приведенного недостатка является снижение КПД использование внутренней энергии воздуха в рабочем процессе формирования силовых импульсов ударника, поскольку снижается энергетический показатель: потери энергии и удара, которая является основным параметром пневмоударного механизма ударного действия
Недостаток прототипа исключается полностью или частично, если исключить резкую и кратковременную подачу воздуха в процессе его перепуска их кольцевой распределительной камеры к камере холостого хода путем удлинения процесса перепуска во времени без изменения габаритных размеров перепускного канал-паза на боковой поверхности ударника. Это удлинит процесс расширения воздуха и позволяет более полно использовать внутреннюю энергию сжатого воздуха со стороны рабочих камер пневмоударного механизма ударного действия.
Задачей заявляемого изобретения является выполнение канал-паза перепуска в виде винтового канал-паза с возможными вариантами конструктивного решения; с образованием площади его поперечного сечения винтового канал-паза в форме треугольника как для выступов, так и впадин канала.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для пневматического механизма ударного действия, содержащее пневмоударный механизм дроссельно-клапанного типа, с корпусом и цилиндрической полостью, рабочий инструмент с хвостовиком, стакан с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, торцевую предкамеру сетевого воздуха, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в цилиндрической полости ударник, имеющий сквозное осевое отверстие и канал паз - перепуска на торце ударника со стороны кольцевого фланца и на боковой поверхности ударника и разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого хода, стержень-трубку установленную в центральном отверстии кольцевого фланца и пропущенную через центральное отверстие в стакане, при этом в камере холостого хода выполнена выточка, взаимодействующая с канал-пазом перепуска ударника, а в стержне-трубке выполнен с возможностью открытия торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента радиальный канал выпуска с его продолжением виде осевого продольного канала выходящего в атмосферу, между стаканом и цилиндрическим корпусом образована кольцевая камерам форсажа, кольцевой фланец снабжен боковой стенкой с выполненным в ней радиальным каналам перепуска для постоянного сообщения торцевой предкамеры сетевого воздуха кольцевой камерой форсажа, а в камере рабочего кода 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 и кольцевой камеры торможения выполнены сквозные перепускные каналы для постоянно сообщающие их с кольцевой камерой форсажа, причем камера холостого хода сообщена с кольцевой распределительной камерой и кольцевой камерой торможения, в положении ударника опертого на хвостовик рабочего инструмента, согласно изобретению, канал-паз перепуска на боковой поверхности ударника выполнен в виде винтового канал-паза с поперечным сечением треугольной формы. Заявленный порядок перепуска воздуха между камерами позволяет более полно использовать внутреннюю энергию сжатого воздуха расширяющегося в рабочем процессе пневматического молота и реализовать большую по величине кинетическую энергию единичного удара, и уменьшить удельный расход воздуха. Устройство для пневматического молота ударного действия поясняется с чертежом (фиг. 1) с продольным разрезом пневматического молота с канал-пазом на боковой поверхности ударника в виде винтового канал-паза с площадью поперечного сечения треугольной формы, образующих впадины и выступы, сопряженные между собой.
Устройство пневматического механизма ударного действия содержит корпус 1 с цилиндрической полностью 2, ударник 3, разделяющий цилиндрическую полость 2 на камере 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, уплотнено 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 сетевого воздуха, образованной между кольцевым фланцем 12 и стаканом 8.
Ударник 3 выполнен с осевым сквозным каналом 18 и винтовым канал-пазом 19 перепуска на его боковой поверхности. Винтовой канал-паз 19 перепуска с выходом на боковую поверхность ударника 3 и его торец со стороны камеры 4 могут быть выполнены в виде винтового канал-паза однозаходного, либо винтового канал-паза многозаходного снова с площадью поперечного сечения треугольной формы с образованием впадины и выступов сопряженные между собой.
В осевом сквозном канале 18 установлен стержень-трубка 20 с радиальным каналам 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-трубки 20.
Между стаканом 8 и корпусом 1, образована кольцевая камера 23 форсажа постоянно сообщенная с торцевой предкамерой 17 сетевого воздуха радиальным каналам 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 радиальными перепускными каналами 28 и 29 в стенке корпуса 1, разделенные внутренним кольцевым буртиком 30 и так, что суммарная длина выточек 26,27, 31 и буртика 30 не превышает длину проекции винтового канал-паза 19 с площадью поперечного сечения образованием впадины и выступов, сопряженных между собой, на боковой поверхности ударника 3, кольцевая распределительная камеры 25 и кольцевая камера 24 торможения сообщаются с кольцевой камерой 5 холостого хода, а в положении ударника 3 на уровне буртика 30, 32 между кольцевыми камерами 25 и 24, винтовой канал-паз 19 перепуска сообщает их между собой.
Устройство для пневматического механизма ударного действия 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. Воздух в торцевые предкамеры 17 сетевого воздуха 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 торможении и кольцевую распределительную камеры 25 выполненные выточкой 26 и 27, а также посредством винтового канал-паза 19 перепуска на боковой поверхности в камеру 5 холостого хода со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6. Одновременно воздух кольцевой камеры 23 форсажа посредством сквозных перепускных каналов 28 и 29 стенки корпуса 1 поступает в кольцевую распределительную камеру 25 выточки 27 и кольцевую камеру 24 торможения кольцевой выточки 26, а так же посредством винтового канал-паза 19 перепуска с площадью поперечного сечения треугольной формы с образованием впадин и выступов, сопряженных между собой, на боковой поверхности ударника 3 в кольцевую камеру 5 холостого хода в выточке 32.
За счет динамического напора потоков воздуха со стороны камер 4, 27 и 28 в замкнутом объеме камеры 5 холостого хода давление воздуха в объеме камеры повышается.
При этом со стороны камеры 4 рабочего хода давление воздуха будет наименьшим 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 кольцевой камеры 24 торможения, ударник 3 совершает холостой ход. Перемещаясь в сторону камеры 4 рабочего хода, ударник 3 перекроет кольцевой буртик 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 32 в выточке 31 корпуса 1 и откроет винтовой канал-паз 19 перепуска с площадью поперечного сечения треугольной формы, образующих впадины и выступы, сопряженных между собой, в результате чего кольцевая камера 24 торможения сообщится с кольцевой распределительной камерой 28, 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 атмосферой. В результате этого давление воздуха. 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 радиального канала 24 выпуска 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 сетевого воздуха посредством дроссельного канала 16 и воздуха из кольцевой камеры 23 форсажа через сквозные перепускные каналы 28 и 29 также воздуха, поступающего из кольцевой распределительной камеры 25, поступающего посредством винтового канал-паза 19 перепуска с площадью поперечного сечения треугольной формы, образующих впадины и выступы сопряженных между собой, на боковой поверхности ударника 3, обтекая кольцевой буртик 30 поступает в кольцевую камеру 24 торможения. Под действием сил давления воздуха со стороны камеры 4 рабочего хода и кольцевой камеры 24, ударник 3 будет перемещаться ускоренно в сторону камеры 5 холостого хода, совершая рабочий ход. Перемещаясь в сторону камеры 5 холостого хода, ударник 3 перекроет радиальный канал 21 выпуска 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 винтовой канал-паз 19 перепуска с площадью поперечного сечения треугольной формы, образующих впадины и выступы сопряженные между собой, со стороны выточки 32 камеры 5 холостого хода, чем обеспечивается доступ сжатого воздуха из кольцевой распределительной камеры 25 и кольцевой камеры 24 торможение в камеру 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. 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 движения от хвостовика 7 в сторону камеры 4 рабочего хода. Далее рабочий цикл повторяется.
Использование заявляемого изобретения позволяет отработавший воздух выпускать только из камеры холостого хода, обеспечить рациональное воздухораспределение и осуществить устойчивый режим работы пневматического молота с повышенной кинетической энергией удара и сниженным расходом воздуха.