ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ
PNEUMATIC IMPACTING MACHINE

Изобретение относится к пневматическим машинам ударного действия и может быть использовано в машиностроении, строительстве, при ремонтных работах на автосервисах и в других самых различных отраслях промышленности.
Известна пневматическая машина ударного действия, содержащая корпус пневмоцилиндра, снабженный отверстиями для выпуска воздуха в атмосферу, в котором расположен полый поршень, имеющий торцовые крышку и днище, полость которого сообщена через осевой проходной канал воздухоподводящего стержня в днище поршня с источником сжатого воздуха, при этом в крышке и днище поршня выполнены соосно по одному или несколько сквозных отверстий для сообщения полости поршня, соответственно, с надпоршневой частью и подпоршневой частью полости корпуса пневмоцилиндра, которые снабжены средствами для их открытия или закрытия при перемещении поршня (см. патент РФ на изобретение №2296666, МПК B25D 9/18, публ. 2013 г.). К недостаткам известной машины можно отнести возможность функционирования ее в одном режиме при одной направленности эффективного ударного воздействия, а также невысокую величину ударного эффекта за счет демпфирования воздухом перемещения поршня в надпоршневой или подпоршневой частях полости корпуса пневмоцилиндра.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является пневматическая машина ударного действия, содержащая корпус пневмоцилиндра с выполненными на его верхнем и нижнем торцах отверстиями для сообщения полости корпуса с атмосферой, в котором расположен полый поршень, имеющий торцовые крышку и днище, полость которого сообщена через осевой проходной канал воздухоподводящего стержня в днище поршня с источником сжатого воздуха, при этом в крышке и днище поршня напротив друг друга выполнены несколько сквозных отверстий, которые снабжены средствами для их открытия или закрытия при перемещении поршня с возможностью сообщения при этом полости поршня, соответственно, с надпоршневой частью или подпоршневой частью полости корпуса пневмоцилиндра, содержащими уплотнительный элемент и толкатели, снабженные направляющими стержнями, выполненными с возможностью осевого перемещения в отверстиях крышки и днища поршня (см. патент РФ на изобретение №2596568, МПК B25D 9/18, публ. 2016 г.). К недостаткам известной пневматической машины ударного действия также можно отнести ее ограниченные функциональные возможности ввиду того, что известная машина может работать только при одной направленности эффективного ударного воздействия, в то время как на практике часто имеется необходимость в изменении направленности. Кроме того, в известном устройстве каждый толкатель снабжен двумя направляющими стержнями, выполненными с возможностью осевого перемещения в отверстиях как крышки, так и днища поршня, что требует, во избежание заклинивания клапана, большой точности выполнения данных элементов конструкции и, соответственно, больших трудозатрат на их изготовление.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи и достижение технического результата, состоящего в расширении функциональных возможностей за счет возможности осуществления в одном устройстве эффективного ударного воздействия в двух направлениях, а также в повышении надежности за счет уменьшения вероятности заклинивания толкателей при небольших трудозатратах на изготовление устройства в целом.
Данная задача и технический результат достигается тем, что пневматическая машина ударного действия, содержащая корпус пневмоцилиндра с выполненными на его верхнем и нижнем торцах отверстиями для сообщения полости корпуса с атмосферой, в котором расположен полый поршень, имеющий торцовые крышку и днище, полость которого сообщена через осевой проходной канал воздухоподводящего стержня в днище поршня с источником сжатого воздуха, при этом в крышке и днище поршня напротив друг друга выполнены несколько сквозных отверстий, которые снабжены средствами для их открытия или закрытия при перемещении поршня с возможностью сообщения при этом полости поршня, соответственно, с надпоршневой частью или подпоршневой частью полости корпуса пневмоцилиндра, содержащими уплотнительный элемент и толкатели, снабженные направляющими стержнями, выполненными с возможностью осевого перемещения в отверстиях крышки и днища поршня, дополнительно снабжена плотно прилегающими к верхнему и нижнему торцам корпуса пневмоцилиндра и выполненными с возможностью поворота относительно него верхней и нижней заслонками, в которых соосно отверстиям для сообщения полости корпуса с атмосферой выполнены сквозные каналы/канал таким образом, что при одном положении заслонок друг относительно друга суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала верхней заслонки меньше суммарного проходного сечения отверстий верхнего торца корпуса, а суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала нижней заслонки равно или больше суммарного проходного сечения отверстий нижнего торца корпуса, а при другом положении заслонок друг относительно друга суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала верхней заслонки равно или больше суммарного проходного сечения отверстий верхнего торца корпуса, а суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала нижней заслонки меньше суммарного проходного сечения отверстий нижнего торца корпуса.
При этом целесообразно, чтобы в пневматической машине ударного действия средства для открытия или закрытия сквозных отверстий в крышке и днище поршня были выполнены в виде кольца из уплотнительного материала и толкателей, каждый из которых содержит один направляющий стержень, выполненный с возможностью осевого перемещения в отверстии крышки поршня или в отверстии днища поршня таким образом, что направляющий стержень одного толкателя расположен в отверстии крышки поршня, а направляющий стержень соседнего толкателя - в отверстии днища поршня.
Снабжение пневматической машины плотно прилегающими к верхнему и нижнему торцам корпуса пневмоцилиндра и выполненными с возможностью поворота относительно него верхней и нижней заслонками, в которых соосно отверстиям для сообщения полости корпуса с атмосферой выполнены сквозные каналы/канал таким образом, что при одном положении заслонок друг относительно друга суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала верхней заслонки меньше суммарного проходного сечения отверстий верхнего торца корпуса, а суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала нижней заслонки равно или больше суммарного проходного сечения отверстий нижнего торца корпуса, а при другом положении заслонок друг относительно друга суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала верхней заслонки равно или больше суммарного проходного сечения отверстий верхнего торца корпуса, а суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала нижней заслонки меньше суммарного проходного сечения отверстий нижнего торца корпуса, обеспечивает расширение функциональных возможностей за счет того, что в одном устройстве изменением положения верхней и нижней заслонок обеспечивается изменение направленности эффективного ударного воздействия. Так при одном положении заслонок обеспечивается дросселирование отверстий одного торца корпуса пневмоцилиндра и, соответственно, создание буферного эффекта в этой части корпуса, а в другой части такое дросселирование отсутствует, и, соответственно, обеспечивается одна направленность эффективного ударное воздействия, При другом положении заслонок обеспечивается противоположная направленность эффективного ударного воздействия.
Выполнение средств для открытия или закрытия сквозных отверстий в крышке и днище поршня в виде кольца из уплотнительного материала и толкателей, каждый из которых содержит один направляющий стержень, выполненный с возможностью осевого перемещения в отверстии крышки поршня или в отверстии днища поршня таким образом, что направляющий стержень одного толкателя расположен в отверстии крышки поршня, а направляющий стержень соседнего толкателя - в отверстии днища поршня, обеспечивает повышение надежности за счет уменьшения вероятности заклинивания толкателя, так как толкатель взаимодействует только с одним отверстием и только одним направляющим стержнем, а не с двумя отверстиями двумя направляющими стержнями, как в прототипе. Очевидно, что чем меньше в любом устройстве взаимодействующих между собой элементов конструкции, тем меньше вероятность заклинивания этого устройства. Кроме того, при использовании описанных выше признаков отсутствует необходимость точного выполнения отверстий крышки поршня относительно отверстий днища поршня, так как отверстие, в котором установлен направляющий стержень, и противоположное отверстие могут быть смещены друг относительно друга, а отверстие без направляющего стержня будет уплотняться кольцом из уплотнительного материала. Данное обстоятельство позволяет уменьшить трудозатраты на изготовление толкателей, отверстий в крышке и днище поршня, и, соответственно, всего устройства в целом.
На фиг. 1 представлена предлагаемая пневматическая машина при расположении поршня в верхней части корпуса пневмоцилиндра; на фиг. 2 - пневматическая машина при расположении поршня в нижней части корпуса пневмоцилиндра; на фиг. 3 и фиг. 4 поршень в положениях, что и на фиг. 1 и фиг. 2, но в аксонометрической проекции; на фиг. 5 - пневматическая машина при положении заслонок друг относительно друга, когда суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала верхней заслонки меньше суммарного проходного сечения отверстий верхнего торца корпуса, а суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала нижней заслонки равно или больше суммарного проходного сечения отверстий нижнего торца корпуса; на фиг. 6 - при другом противоположном по отношении к фиг. 5 положении заслонок друг относительно друга.
Пневматическая машина ударного действия содержит корпус 1 пневмоцилиндра, в котором расположен полый поршень 2, имеющий торцовые крышку 3 и днище 4, полость которого сообщена через осевой проходной канал воздухоподводящего стержня 5, соединенного с поршнем, в данном случае, например, с днищем 4 поршня, с источником сжатого воздуха (не показан). В обоих противоположных торцах корпуса 1 пневмоцилиндра выполнены отверстия 6 (верхний торец), 7 (нижний торец) для сообщения полости пневмоцилиндра с атмосферой. В крышке 3 и днище 4 поршня выполнены по одному или несколько сквозных отверстий 8 для сообщения полости поршня 2 с надпоршневой частью 9 и по одному или несколько сквозных отверстий 10 для сообщения полости поршня 2 с подпоршневой частью 11 полости корпуса 1 пневмоцилиндра, которые снабжены средствами для их открытия или закрытия при перемещении поршня. Предпочтительно, чтобы каждое средство для открытия или закрытия сквозных отверстий 8 в крышке и сквозных отверстий 10 в днище поршня содержало уплотнительный элемент в виде кольца из уплотнительного материала 12 и толкателей, каждый из которых содержит один направляющий стержень 13,
выполненный с возможностью осевого перемещения в отверстии 8 крышки поршня или в отверстии 10 днища поршня таким образом, что направляющий стержень одного толкателя расположен в отверстии 8 крышки поршня, а направляющий стержень соседнего толкателя - в отверстии 10 днища поршня (см. фиг. 3, 4).
При этом направляющие стержни 13 имеет такую длину и уплотняющий элемент 12 выполнен таким образом, что при расположении наружного торца направляющего стержня 13 заподлицо с наружной поверхностью крышки 3 или днища 4 поршня кольцо из уплотнительного материала 12 герметично прилегает к внутренней поверхности, соответственно, противоположных днища 4 или крышки 3 поршня, обеспечивая при этом, соответственно, сообщение полости поршня 2 с надпоршневой частью 9 полости корпуса пневмоцилиндра или с подпоршневой частью 11 полости корпуса пневмоцилиндра.
Предлагаемая пневматическая машина ударного действия дополнительно снабжена плотно прилегающими к верхнему 14 и нижнему 15 торцам корпуса пневмоцилиндра и выполненными с возможностью поворота относительно него верхней 16 и нижней 17 заслонками. В верхней заслонке 16 соосно отверстиям 6 для сообщения полости корпуса с атмосферой выполнены сквозные каналы/канал 18, а в нижней заслонке 17 - сквозные каналы/канал 19. При этом сквозные каналы/канал 18, 19 располагаются таким образом, что при одном положении (см. фиг. 5) заслонок 16, 17 друг относительно друга суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала 18 верхней заслонки меньше суммарного проходного сечения отверстий 6 верхнего торца корпуса, а суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала 19 нижней заслонки равно или больше суммарного проходного сечения отверстий 7 нижнего торца корпуса, а при другом положении заслонок друг относительно друга (см. фиг. 6) наоборот. Очевидно, что описанное выше техническое решение, в части выполнения сквозных каналов/канала 18, 19 в верхней и нижней заслонках, конструктивно может быть просто реализовано, например, поочередным размещением по окружности каналов (отверстий) с большим и малым диаметром таким образом, чтобы при одном положении заслонок (фиг. 5) сквозные каналы/канал 18 малого диаметра располагались напротив отверстий 6 в верхнем торце корпуса пневмоцилиндра 1, а сквозные каналы/канал 19 большого диаметра располагались напротив отверстий 7 в нижнем торце корпуса пневмоцилиндра 1. После поворота заслонок 16, 17 (фиг. 6) сквозные каналы/канал 18 большого диаметра располагаются напротив отверстий 6 в верхнем торце корпуса пневмоцилиндра 1, а сквозные каналы/канал 19 малого диаметра располагаются напротив отверстий 7 в нижнем торце корпуса пневмоцилиндра 1.
Предлагаемая пневматическая машина ударного действия работает следующим образом.
Ниже представлено описание функционирования пневматической машины при ее использовании для осуществления ударного воздействия при извлечении (вверх) защемленной детали 20, которая прикрепляется к воздухоподводящему стержню 5, а именно, когда верхняя 16 и нижняя 17 заслонки находятся в положении как показано на фиг. 5, и суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала 18 верхней заслонки меньше суммарного проходного сечения отверстий 6 верхнего торца корпуса, а суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала 19 нижней заслонки равно или больше суммарного проходного сечения отверстий 7 нижнего торца корпуса.
После прикрепления извлекаемой детали 20 к воздухоподводящему стержню 5, к его осевому каналу подводится сжатый воздух, который поступает в полость поршня 2. Как правило, в начальный момент времени корпус 1 пневмоцилиндра под собственной тяжестью находится в нижнем положении, как показано на фиг. 1, нажимая на верхний торец направляющего стержня 13 и перемещая его заподлицо с наружной поверхностью крышки 3 поршня. При этом кольцевой уплотняющий элемент 12 прижимается в полости поршня 2 к внутренней торцевой поверхности днища 4, а давление поступающего сжатого воздуха только дополнительно герметизирует этот стык, препятствуя прохождению сжатого воздуха в подпоршневую часть 11 полости корпуса пневмоцилиндра. Воздух беспрепятственно через отверстия 8 поступает в надпоршневую часть 9 полости корпуса пневмоцилиндра. Сжатый воздух, оставшийся от предыдущего цикла в подпоршневой части 11 полости корпуса пневмоцилиндра, выходит в атмосферу через отверстие 7. Таким образом корпус 1 пневмоцилиндра начинает рабочий ход, увеличивая объем надпоршневой части 9 полости и уменьшая объем подпоршневой части 11 полости корпуса пневмоцилиндра (воздух через сквозные каналы/канал 19 нижней заслонки беспрепятственно из подпоршневой полости 11 выходит в атмосферу) вплоть до соударения нижнего торца корпуса 1 пневмоцилиндра с днищем 4 поршня, сообщая при этом полезный ударный импульс защемленной детали 20 (фиг. 2).
При соприкосновении днища 4 поршня с нижним торцем корпуса 1 пневмоцилиндра он нажимает на наружный торец направляющего стержня 13, перемещая стержень 13 таким образом, что кольцо из уплотнительного материала 12 прижимается в полости поршня 2 к крышке 3 поршня, перекрывая при этом доступ сжатого воздуха в надпоршневую часть 9 полости корпуса пневмоцилиндра и открывая его через отверстия 10 в подпоршневую часть 11 полости корпуса пневмоцилиндра. Корпус 1 начинает двигаться в обратном направлении, совершая нерабочий ход, а оставшийся в надпоршневой части 9 полости корпуса пневмоцилиндра воздух выходит в атмосферу через отверстия 6 в верхнем торце корпуса пневмоцилиндра и сквозные каналы/канала 18. При этом интенсивность ударного воздействия в нерабочем ходе ослаблена за счет того, что выходящий из надпоршневой части 9 полости корпуса пневмоцилиндра создает буферный эффект, смягчающий нежелательный ударный импульс вниз. Таким образом, при подводе сжатого воздуха корпус 1 пневмоцилиндра начинает совершать циклические возвратно-поступательные движения, извлекая защемленную деталь за счет ударного импульса.
Часто для извлечения защемленной детали приходится поочередно изменять направленность полезного ударного импульса. В этом случае путем поворота верхней 16 и нижней 17 заслонок друг относительно друга они устанавливаются таким образом, что суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала 18 верхней заслонки равно или больше суммарного проходного сечения отверстий 6 верхнего торца корпуса, а суммарное проходное сечение сквозных каналов/канала 19 нижней заслонки меньше суммарного проходного сечения отверстий 7 нижнего торца корпуса (см. фиг. 6). При этом поршень 2 и средства для открытия или закрытия отверстий 8, 10 при перемещении поршня в целом функционирует аналогичным образом, как и описано выше для другого расположения заслонок 16, 17. Только в этом случае выходящий из подпоршневой части 11 полости корпуса пневмоцилиндра создает буферный эффект, смягчающий нежелательный ударный импульс вверх, в отличие от буферного эффекта в надпоршневой части 9 полости корпуса пневмоцилиндра, в описанном выше случае. Предлагаемая пневматическая машина ударного действия обладает широкими функциональными возможностями за счет возможности осуществления в одном устройстве эффективного ударного воздействия в двух направлениях, а также имеет большую надежность за счет уменьшения вероятности заклинивания толкателей.