ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ МОЛОТ
PNEUMATIC HAMMER

Изобретение относится к области строительства, в частности к пневматическим машинам ударного действия и может быть использовано при разрушении крепких материалов, в строительстве, горном деле и машиностроении.
Известно техническое решение пневматического молотка (а. с. СССР №1172692, МПК B25D 9/04, 1986 г.) содержащего цилиндрический корпус с рукояткой выпускным каналом, проточной камерой, постоянно сообщающейся воздухопроводящим каналом с сетью сжатого воздуха, ударник, разделяющий полость корпуса на камеру рабочего хода, постоянно сообщающийся с проточной камерой и попеременно с атмосферой, камеру холостого хода попеременно сообщающуюся с атмосферой и дроссель, причем, в корпусе между камерой рабочего хода и проточной камерой установлена перегородка с центральным отверстием, с установленной и закрепленной в отверстии коаксиально корпусу трубку, в которой выполнены дополнительные воздухоподводящие каналы к камере холостого хода, постоянно сообщающие ее с проточной камерой, и выпускной канал. На одном из торцов которого установлен дроссель, а другой сообщен с атмосферой. Ударник установлен коаксиально трубке с возможностью перемещения вдоль центральной оси.
Недостатком описанной конструкции является:
- в рабочем цикле камер рабочего и холостого хода осуществляется выпуск воздуха в каждую из камер и выпуск отработавшего воздуха также из каждой камеры, что приводит к значительному непроизводительному расходу воздуха из сети при сообщении каждой из камер с атмосферой, чем снижается экономичность рабочего цикла и молотка в целом;
- канал впуска в камеру холостого хода и канал выпуска из камер рабочего и холостого ходов выполнены в одной трубке воздухоподвода и воздухоотвода отработавшего воздуха, что приводит к увеличению поперечных размеров;
- канал выпуска в трубке для камер рабочего и холостого ходов обуславливает увеличение поперечных размеров канала для обеспечения выпуска отработавшего воздуха в течение одного цикла, что требует дополнительного увеличения поперечных размеров трубки и массы молотка в целом.
Наиболее близким, по технической сущности, заявляемому (выбранного в качестве прототипа) является пневматический молот (пат. РФ №2583575, МПК B25D 9/04, B25D 9/08, 2016 г.), содержащий цилиндрический корпус, рабочий инструмент, удерживаемый относительно цилиндрического корпуса, рукоятку с устройством впуска и корпусом с воздухоподводящим и выпускным каналами, перегородку с впускным дросселем, выпускным каналом и осевым отверстием, в котором установлена и закреплена трубка с продольным выпускным каналом и радиальным выпускным каналом, выходящим в ее боковой поверхности, кольцевую выпускную камеру с выпускным отверстием, образованную перегородкой, цилиндрическим корпусом и корпусом рукоятки, проточную камеру, образованную корпусом рукоятки и перегородкой и сообщенную посредством воздухоподводящего канала с сетью сжатого воздуха, ударник со сквозным осевым каналом для пропуска упомянутой трубки, разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеру рабочего хода со стороны перегородки, постоянно сообщенную с проточной камерой посредством впускного дросселя в перегородке, и камеру холостого хода со стороны рабочего инструмента, периодически сообщенную посредством радиального и продольного выпускных каналов в трубке и выпускного канала в перегородке с выходом в кольцевую выпускную камеру и посредством выпускного отверстия в корпусе рукоятки в атмосферную камеру, образованную корпусом рукоятки и воздухоотбойным кольцом, при этом в цилиндрическом корпусе со стороны камеры холостого хода выполнена выточка, а на боковой поверхности ударника выполнен перепускной канал в виде прямого паза, или наклонного паза, выполненного под углом к образующей поверхности ударника, или винтового паза, причем перепускной канал выполнен с постоянно открытым выходом в торце ударника со стороны камеры рабочего хода и радиальным выходом в его боковой поверхности в упомянутую выточку камеры холостого хода с возможностью периодического сообщения камер рабочего и холостого ходов между собой в положении закрытого радиального выпускного канала трубки торцом ударника со стороны камеры холостого хода.
Недостатком прототипа является значительное противодавление воздуха со стороны камера рабочего хода в конце холостого хода, за счет сжатия воздуха движущемся ударником, которое усиливается при постоянном впуске сетевого воздуха из предкамеры посредством дроссельного канала в перегородке, в результате чего ударник преждевременно начинает торможение и не достигает расчетной величины хода; значительное противодавление воздуха в камере холостого хода в конце рабочего хода перед соударением ударника с хвостовиком инструмента, за счет сжатия отсеченного в камере воздуха и воздуха поступающего через канал перепуска, выполненный на боковой поверхности ударника при выходе его радиального канала в кольцевую выточку и камеры холостого хода с резким перепуском в ее объем воздуха из камеры рабочего хода, в результате чего ударник затормаживается с потерей скорости соударения, а следовательно, потерей им ударного импульса передаваемого хвостовику рабочего инструмента, в связи с чем снижается ресурс работы ударника за счет отрицательного влияния концентраторов напряжений в материале ударника.
Задачей заявляемого изобретения является: снижение противодавления воздуха в камерах рабочего и холостого хода, в период окончания рабочего и холостого хода ударника, образования канала перепуска воздуха между камерами рабочего и холостого хода, постоянно сообщающим указанные камеры между собой, повышение ресурса работы ударника за счет снижения отрицательного влияния концентраторов напряжений в материале ударника.
Поставленная задача решается тем, что пневматический молот, содержащий цилиндрический корпус, рабочий инструмент с хвостовиком, удерживаемый относительно цилиндрического корпуса, рукоять с устройством впуска, перегородку с впускным дроссельным каналом и осевым отверстием, в котором установлена и закреплен трубка с продольным выпускным каналом и радиальным выпускным каналом, выходящим в ее боковой поверхности, кольцевую выпускную камеру с выпускным отверстием, образованную перегородкой, цилиндрическим корпусом и корпусом рукояти, предкамеру образованную перегородкой и корпусом рукояти, сообщенную посредством воздухоподводящего канала впуска с сетью сжатого воздуха, ударник со сквозным осевым каналом для пропуска упомянутой трубки, разделяющей полость цилиндрического корпуса на камеру рабочего хода со стороны перегородки, постоянно сообщенную с предкамерой посредством впускного дроссельного канала в перегородке, и камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, периодически сообщаемую посредством радиального и продольного выпускных каналов в трубке и выпускного канала в перегородке с выходом в кольцевую выпускную камеру и посредством выпускного отверстия в корпусе рукояти в атмосферную камеру, образованную корпусом рукояти воздухоотбойным кольцом, кольцевую выточку в цилиндрическом корпусе со стороны камеры холостого хода, канал-паз перепуска на боковой поверхности ударника и в положении его контакта с хвостовиком рабочего инструмента с выходом в камеру рабочего хода, канал-паз перепуска выполнен с площадью поперечного сечения в форме равнобедренного треугольника, или равнобедренной трапеции, или дуги окружности, обращенной от боковой поверхности ударника и параллельно его образующей.
Указанный канал-паз с заявленными формами поперечного сечения, за счет увеличения периметра поперечного сечения канал-пазов под углом более 90° между сопряжением плоскостей канал-паза, что позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление потока воздуха на плоскостях образующих канал-паз перепуска и обеспечить плавность путем перехода с турбулентного режима движения потока на переходной и ламинарный. При этом уменьшаются силовые воздействия потока на плоскости канал-паза и напряжения в зонах концентрации в материале ударника.
Пневматический молот поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен его продольный разрез, на фиг. 2 представлен ударник с канал-пазом в виде равнобедренного треугольника с поперечным разрезом по А-А, на фиг. 3 представлен ударник с канал-пазом в виде равнобедренной трапеции с поперечным разрезом по А-А, на фиг. 4 представлен ударник с канал-пазом в виде дуги окружности на боковой поверхности с поперечным разрезом по А-А.
Пневматический молот содержит цилиндрический корпус 1 с кольцевой выточкой 2, рабочий инструмент 3 с хвостовиком 4, удерживаемый пружиной 5 относительно корпуса 1, перегородку 6 с впускным дроссельным каналом 7, выпускным каналом 8, и осевым отверстием, в котором установлена и закреплена трубка 9 с продольным выпускным каналом 10, сообщающим постоянно каналы 8 и 10 между собой. На боковой поверхности трубки 9 выполнен радиальный выпускной канал 11, сообщенный постоянно с продольным выпускным каналом 10, ударник 12, разделяющий полость цилиндрического корпуса 1 на камеру холостого хода 13 с выточкой 2 со стороны хвостовика 4 рабочего инструмента 3 и камеру рабочего хода 14 со стороны перегородки 6. На боковой поверхности ударника 12 выполнен перепускной канал-паз 15, в виде равнобедренного треугольника (фиг. 2) или равнобедренной трапеции (фиг. 3) или в виде дуги окружности (фиг. 4) с выпускным радиальным каналом 16, которые образуют на всей протяженности канал-паза сопряженности углов более 90°. Ударник 12 снабжен осевым сквозным каналом 17 для пропуска трубки 9. Рукоять 18 содержит корпус 19 с впускным каналом 20 для подачи сетевого воздуха в предкамеру 21, между корпусом рукояти 19 и цилиндрическим корпусом 1 образована выпускная камера 22, сообщенная посредством выпускных каналов 23 в цилиндрическом корпусе 1 с атмосферной камерой 24 с воздухоотбойным кольцом 25, имеющим отверстия 26 для отвода отработавшего воздуха. Цилиндрический корпус 1 посредством резьбового соединения уплотненно фиксируется относительно корпуса 19 рукояти 18 фиксатором 27, удерживаемым съемным кольцевым кожухом 28. Пневматический молот работает следующим образом.
После включения устройства подачи сетевого воздуха (на чертеже не показано и может быть известным конструктивным решением) воздух поступает по впускному каналу 20 в рукояти 18 в предкамеру 21, откуда по впускному дроссельному каналу 7 в перегородке 6 в камеру рабочего хода 14 в цилиндрическом корпусе 1. Далее воздух из камеры рабочего хода 14 по перепускному канал-пазу 15, выполненному на боковой поверхности ударника 12, поступает в камеру холостого хода 13, образованную выточкой 2 в цилиндрическом корпусе 1. При сообщении камеры холостого хода 13 и камеры рабочего хода 14 меняются функции камер: камера рабочего хода 14 приобретает функции камеры с частичным вытеснением воздуха, камера холостого хода 13 функции проточной камеры наддува. Вследствие этого в камере рабочего хода 14 давление воздуха повышается медленно, а давление воздуха в камере холостого хода 13 будет поддерживаться более высоким за счет его натекания из камеры 14. Под действием давления воздуха на торец ударника 12 со стороны камеры холостого хода 13, ударник перемещается в сторону камеры рабочего хода 14, совершая холостой ход. Продолжая движение, ударник 12 торцом со стороны камеры холостого хода откроет радиальный выпускной канал 11, посредством продольного выпускного канала 10 в трубке 9, а также впускного канала 8 в перегородке 6 выпускной кольцевой камеры 22 выпускного канала 23 в корпусе 19 рукояти 18 и атмосферной камеры 24 с воздухоотбойным кольцом 25, воздух из камеры холостого хода 13 будет выпускаться в атмосферу, и давление воздуха в ней выравнивается до величины атмосферного давления. Продолжая движение, ударник 12 под действием силы инерции преодолевает сопротивление воздуха со стороны камеры рабочего хода 14, затормаживается и останавливается в расчетном положении. После остановки ударника 12 под действием давления воздуха со стороны камеры рабочего хода 14, начинается его ускоренное движение в сторону камеры холостого хода 13, совершая рабочий ход. Одновременно с поступлением воздуха в камеру рабочего хода через впускной дроссельный канал 7 перегородки 6 из предкамеры 21 воздух в ней будет интенсивно расширяться и ударник 12 продолжая движение, перекроет радиальный выпускной канал 11 в трубке 9, после чего камера холостого хода 13 разобщится с атмосферой и в ней будет осуществляться процесс замедленного сжатия отсеченного в ней воздуха и воздуха, перетекаемого из камеры рабочего хода 14 через перепускной канал-паз 15, который образуя на всей своей протяженности сопряженности углов более 90°, обеспечивает меньшие гидравлические сопротивления потоку воздуха, сохраняет его внутреннюю энергию при перепуске между камерами рабочего и холостого ходов, снижает отрицательное влияние концентраторов напряжений в материале ударника, что существенно не повлияет на рост противодавления и преждевременное торможение ударника 12, но существенно повысит импульс давления воздуха на ударник при холостом ходе и обеспечит величину его расчетного хода и соответствующие величины энергетических параметров рабочего процесса.
В результате такого воздухораспределения в камере холостого хода 13 будет продолжаться процесс сжатия отсеченного воздуха и воздуха, поступающего из камеры рабочего хода 14 с меньшим противодавлением воздуха со стороны камеры холостого хода 13. Преодолевая сопротивление воздуха со стороны камеры холостого хода 13, ударник 12 наносит удар по хвостовику 4 рабочего инструмента 3.
Рабочий процесс пневматического молота будет повторяться и очередной холостой ход ударника 12 осуществляется за счет добавления импульса давления воздуха со стороны камеры холостого хода 13 и импульса отскока ударника 12 от хвостовика 4 рабочего инструмента 3.
Использование заявляемого изобретения позволяет осуществить частично перепуск воздуха между камерами рабочего и холостого хода с меньшим значением противодавления воздуха и за счет этого в конце рабочего хода ударником обеспечивается частичное вытеснение воздуха из камеры холостого хода в предударный период, за счет чего повышается скорость ударника при соударении с хвостовиком инструмента и увеличивается энергия удара при снижении расхода воздуха из сети за счет перепуска его из камеры рабочего хода. При холостом ходе ударника частичное вытеснение воздуха из камеры рабочего хода обусловливает снижение противодавление воздуха с ее стороны и препятствуют преждевременному торможению ударника, чем обеспечивается гарантированная величина расчетного хода ударника. В конце рабочего хода часть воздуха перепускается из камеры холостого хода в камеру рабочего хода, чем увеличивается импульс давления воздуха со стороны камеры рабочего хода и повышается скорость соударения без потребления воздуха из сети.
Таким образом, предложенная конструкция пневматического молота, с частичным перепуском воздуха между камерами по канал-пазу указанных форм их поперечного сечения, обеспечивающих уменьшенные гидравлические сопротивления, позволяет уменьшить отрицательное влияние концентраторов напряжений в материале ударника, снизить расход воздуха из сети и повысить энергию удара, передаваемого хвостовику рабочего инструмента, и повысить, тем самым, рабочий ресурс ударника пневматического молота.