Пневматический ударный механизм
PNEUMATIC SHOCK MECHANISM

Изобретение относится к строительству, горному делу и машиностроению, в частности к пневматическим устройствам ударного действия.
Известно устройство - пневматический ударный механизм (патент РФ №2432442, 2010 г., Е21В 4/14), содержащий цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью, постоянно находящийся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера (она же камера рабочего хода), втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части и образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника, закрепленный относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом для подвода воздуха, кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса. Стержень установлен в центральном отверстии кольцевого фланца с расчетным калиброванным зазором относительно поверхности штоковой части стержня, снабженного со стороны камеры сетевого воздуха буртиком со сквозными отверстиями с проходным сечением не менее проходного сечения калиброванного зазора и проходного сечения сквозных отверстий впуска в камеру сетевого воздуха, образованную кольцевым фланцем и установленной крышкой со стопором, ограничивающим величину осевого перемещения стержня, опертой и закрепленной стаканом относительно кольцевого фланца и цилиндрического корпуса, а канал, соединяющий периодически камеру холостого хода и кольцевую распределительную камеру, выполнен на поршневой части стержня. Канал выполнен в виде канала-паза с постоянным геометрическим сечением.
Недостатком описанной конструкции является постоянное геометрическое сечение канал-паза на поршневой части стержня, которое обуславливает одинаковое количество воздуха, подаваемого в камеру холостого хода в зависимости от разницы давлений воздуха до входа в канал-паз и после его выхода из канал-паза, а также одинаковое его количество в начале и окончании впуска при рабочем ходе ступенчатого ударника, чем создается значительное противодавление воздуха и торможение ступенчатого ударника со снижением его скорости перед соударением с хвостовиком инструмента, а следовательно, снижение энергии удара и частоты ударов из-за увеличения времени цикла.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству, выбранному в качестве прототипа, является устройство - пневматический ударный механизм (патент РФ №2547195, 2015 г., Е21В 1/30, Е21С 37/22), содержащий цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца, стержень с поршневой частью, постоянно находящийся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера рабочего хода, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части ударника и образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера рабочего хода кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника, закрепленный относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом для подачи воздуха, кольцевую распределительную камеру, образованную во втулке цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса. Канал-пазы на боковой поверхности поршневой части стержня, взаимодействующей со сквозным осевым отверстием в ступенчатом ударнике, выполнены с изменяющимися длинами с суммарной площадью поперечных сечений, увеличивающихся на участке от полного диаметрального сечения торцевой части стержня до окончания торцевой части, установленной в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника.
Недостатком этого устройства является: выполнение нескольких канал-пазов на поршневой части стержня различных по длине, что увеличивает местные сопротивления общего потока воздуха, уменьшает количество воздуха, поступающего в сквозное осевое отверстие ступенчатого ударника и камеру холостого хода, что в свою очередь требует увеличения времени ее наполнения до образования достаточного по величине импульса холостого хода, увеличивает время цикла и снижает частоту ударов; увеличение местных сопротивлений потока воздуха в канал-пазах, как правило, приводит к потерям внутренней энергии воздуха и требует увеличения удельного расхода воздуха, что снижает экономичность пневматического ударного механизма; выполнение канал-пазов различных по длине при симметричном их расположении по окружности поршневой части стержня является достаточно сложной по технологии их изготовления.
Задачей заявляемого изобретения является выполнение на боковой поверхности поршневой части стержня, находящегося в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, наклонной канал-лыски с кривизной поверхности не ниже второго порядка, обеспечивающей изменяющуюся площадь поперечного сечения, увеличивающуюся от полного диаметрального сечения поршневой части стержня до торцевой части стрежня, установленной в сквозном осевом канале ступенчатого ударника, что уменьшает сопротивление общего потока воздуха, снижает время цикла, увеличивает частоту удара.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве пневматического ударного механизма, содержащем цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью, постоянно находящейся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера (рабочего хода), втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части ударника и образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера (рабочего хода) кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника, закрепленный относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом подвода воздуха, кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса, согласно изобретению на боковой поверхности поршневой части стержня выполнен наклонный канал-лыска с кривизной поверхности не ниже второго порядка, образующий изменяющееся проходное поперечное сечение, увеличивающееся от полного диаметрального сечения поршневой части стержня до его окончания на торцевой части, установленной в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника.
Наличие наклонной канал-лыски с кривизной поверхности не ниже второго порядка, обеспечивающей изменяющуюся проходную площадь, позволит в начале впуска воздуха в камеру холостого хода плавно впустить меньшее количество воздуха, что позволит уменьшить количество воздуха в камере холостого хода перед соударением, снизить противодавление воздуха в ней и торможение ступенчатого ударника, обеспечив увеличение его скорости перед соударением с хвостовиком рабочего инструмента, а следовательно, способствовать увеличению энергии удара, а также частоты ударов за счет сокращения времени цикла. После удара ступенчатый ударник приобретает импульс отскока, который совместно с силовым импульсом давления воздуха используется при холостом ходе, что позволяет к окончанию холостого хода уменьшить количество впускаемого воздуха в камеру холостого хода за счет уменьшенного геометрического сечения канал-лыски с кривизной поверхности не ниже второго порядка. Техническое решение обуславливает также впуск меньшего количества воздуха в камеру холостого хода в начале рабочего хода. Как следствие, предлагаемое техническое решение позволяет снизить расход воздуха пневмоударным механизмом.
Исполнение пневматического ударного механизма поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен продольный разрез общего вида устройства пневматического ударного механизма. На фиг. 2 - фрагмент исполнения поршневой части стержня. На фиг. 3 - фрагмент исполнения поршневой части стержня в соответствии вида А (фиг. 2)
Устройство пневматического ударного механизма (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1, установленный в нем с возможностью перемещения ступенчатый ударник 2 со штоковой частью 3 и поршневой частью 4, имеющий сквозное осевое отверстие 5, частично входящий в него стержень 6 своей поршневой частью 7 с буртиком 8 в камере сетевого воздуха 9. На боковой поверхности поршневой части 7 стержня 6 (фиг. 1, 2, 3) выполнен наклонный канал-лыска 10 с кривизной поверхности не ниже второго порядка с образованием изменяющегося проходного поперечного сечения, увеличивающегося от полного диаметрального размера поршневой части 7 стержня 6 до его окончания на торце, что обеспечивает впуск воздуха из кольцевой распределительной камеры 11 в сквозное осевое отверстие 5 ступенчатого ударника 2 и далее посредством радиальных каналов 12 в камеру холостого хода 13. Осевое перемещения стержня 6 с буртиком 8 ограничивает стопор 14 с крышкой 15. Стакан 16 закрепляет крышку 15 относительно кольцевого фланца 17 и корпуса 1. В кольцевом фланце 17 выполнено центральное отверстие 18 для пропуска стержня 6 и перепускные каналы 19. Калиброванный кольцевой зазор 20 между стержнем 6 и стенкой центрального отверстия 18 фланца 17 сохраняет площадь сечения при любом положении стержня 6. Перепускные каналы 19 во фланце 17 постоянно сообщают распределительную камеру 11 и камеру сетевого воздуха 9 между собой. Канал-лыска 10 с кривизной поверхности не ниже второго порядка, обеспечивает впуск воздуха в камеру холостого хода 13 и, следовательно, запуск механизма в любом положении. Кольцевая распределительная камера 11 содержит втулку 21 цилиндрического корпуса 1 с отверстием 22 для пропуска штоковой части 3 ударника 2 и образующую со стороны кольцевой камеры 24 пневматического буфера (рабочего хода) кольцевой перешеек 23, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника 2. Камера 24 сообщается выпускным каналом 25 в цилиндрическом корпусе 1 с атмосферой. Камера холостого хода 13 периодически, в зависимости от положения ступенчатого ударника 2, сообщается с атмосферой посредством выпускного канала 26 в цилиндрическом корпусе 1. Кольцевой фланец 17 и крышка 15 образуют камеру сетевого воздуха 9, куда поступает сетевой воздух через канал 27 в стакане 16 и канал 28 в крышке 15, далее из камеры сетевого воздуха 9 посредством каналов 19 в кольцевом фланце 17 воздух поступает в распределительную камеру 11, являющуюся камерой рабочего хода. Рабочий инструмент 29 установлен своим хвостовиком 30 в камере холостого хода 13 и удерживается относительно корпуса 1, например, пружиной 31.
Устройство пневматического ударного механизма работает следующим образом. После включения пускового устройства (на фиг.1 не показано и может быть любым известным) воздух из сети поступает по каналу 27 в стакане 16 и каналу 28 крышки 15 в камеру сетевого воздуха 9. Из кольцевой распределительной камеры 11 по канал-лыске 10 с кривизной поверхности не ниже второго порядка, обеспечивающей изменяющуюся площадь поперечного сеченя, увеличивающегося от полного диаметрального сечения поршневой части стержня 6 до его окончания на торцевой части, воздух поступает по сквозному отверстию 5 и радиальным каналам 12 ступенчатого ударника 2 в камеру холостого хода 13. Исполнение канал-лыски 10, изменяющей проходную площадь поперечного сечения, позволяет снизить противодавление воздуха в камере холостого хода 13 за счет меньшего количества воздуха в начальный период пуска через меньшее проходное сечение канал-лыски 10 и обеспечивает снижение сопротивления движению ступенчатого ударника 2, сохраняет его предударную скорость к моменту удара по хвостовику 30 рабочего инструмента 29. В положении, показанном на фиг.1, кольцевая камера пневматического буфера (рабочего хода) 24 сообщена с атмосферой посредством выпускного канала 25. В начале движения ступенчатого ударника 2, когда канал-лыска 10 обеспечивает наполнение воздухом камеры холостого хода 13, давление воздуха в камере холостого хода 13 плавно повышается, и под действием импульса давления с ее стороны ступенчатый ударник 2 начнет движение в сторону кольцевой распределительной камеры 11, совершая холостой ход. При последующем движении ступенчатый ударник 2 перекрывает последовательно канал-лыску 10, обеспечивающую изменяющееся проходное сечение впуска в камеру холостого хода 13. После открытия выпускного канала 26 в корпусе 1 и давление воздуха в камере холостого хода 13 выравнивается до атмосферного. Перемещаясь, ступенчатый ударник 2 перекроет выпускной канал 25 и в камере 24 после разобщения ее с атмосферой начнется сжатие отсеченного в ней воздуха. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 11 увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый ударник 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 11, камеры пневматического буфера (рабочего хода) 24 и камеры холостого хода 13, ступенчатый ударник 2 затормаживается и остановится без соударения с перешейком 23 втулки 21 в расчетном положении. Сразу же после остановки под действием импульса давлений со стороны кольцевой распределительной камеры 11 и камеры пневматического буфера (рабочего хода) 24, ступенчатый ударник 2 начнет движение в сторону хвостовика 30 рабочего инструмента 29, совершая рабочий ход. При этом ступенчатый ударник 2 откроет выпускной канал 25 и камера пневматического буфера (рабочего хода) 24 сообщится с атмосферой.
Далее ступенчатый ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 26, откроет последовательно канал-лыску 10, вследствие чего в камере холостого хода 13 начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего в меньшем количестве из кольцевой распределительной камеры 11 из-за последовательного открывания канал-лыски 10. Так как рабочая диаметральная площадь поршневой основной части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры холостого хода 13 больше диаметральной площади штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха ступенчатый ударник 2, преодолевая противодавление со стороны камеры холостого хода 13, наносит удар по хвостовику 30 рабочего инструмента 29. Под действием импульса отскока и силового импульса давления воздуха, поступающего из распределительной камеры 11 в камеру холостого хода 13 ступенчатый ударник 2 начинает холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.
Выполнение канал-лыски 10 с кривизной поверхности не ниже второго порядка, обеспечивающей изменение проходного поперечного сечения впуска воздуха в камеру холостого хода 13, позволяет понизить противодавление воздуха, уменьшить сопротивление движению ступенчатого ударника 2 перед ударом, сократить время цикла, чем повысить частоту ударов, энергию удара и снизить удельный расход воздуха пневматическим ударным механизмом.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение местных сопротивлений потока воздуха на впуске, сокращение времени цикла, повышение коэффициента использования внутренней энергии воздуха и экономичности пневматического ударного механизма.