Пневматический молот
PNEUMATIC HAMMER

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 устройство пневмоударного механизма дроссельно-клапанного типа (см. журнал «Известия вузов. Строительство» 2014, №8, стр. 47 и 49), содержащего цилиндрический корпус, размещенный в нем ударник со сквозным осевым отверстием, разделяющий полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, фланец с центральным отверстием и установленной в нем стержнем-трубкой, пропущенным через отверстие в стакане и закрепленным относительно его, во фланце выполнен дроссельный канал впуска сжатого воздуха из торцевой предкамеры, образованный между стаканом и кольцевым фланцем, и снабженным в стакане каналом подвода воздуха из сети, со стороны камеры холостого хода выполнена выточка, отсекающая кромка которого взаимодействует с перепускным каналом-пазом, выполненным на боковой поверхности ударника с выходом на его торец со стороны камеры рабочего хода и сообщает камеры холостого и рабочего ходов в положении ударника, опертого на хвостовик рабочего инструмента. Канал в стержне-трубке снабжен радиальным каналом выпуска с выходом его в продольный осевой канал и атмосферу. Радиальный канал выпуска сообщает камеры холостого хода. При вскрытии его торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента с продольным осевым каналом в стержне-трубке и атмосферой.
Недостатком описанной конструкции является:
- камеры рабочего и холостых ходов наполняются резко, чем создаются условия возрастания противодавления воздуха в них, что обуславливает при рабочем ходе резкое торможение ударника, снижение предударной скорости и потерю им кинетической энергии удара перед соударением с хвостовиком;
- при холостом ходе со стороны камеры рабочего хода возрастает противодавление воздуха на торец ударника, что приводит к потере импульса сил давления со стороны камеры холостого хода и, как следствие, преждевременному торможению, уменьшению его перемещения в сторону фланца и уменьшению участка разгона при рабочем ходе, а также уменьшению его кинетической энергии при соударении с хвостовиком рабочего инструмента.
Следствием приведенных недостатков является снижение КПД использования внутренней энергии воздуха в рабочем процессе, поскольку при сохранении количества расхода воздуха снижается энергетический показатель процесса: энергия удара, которая является главным параметром пневмоударного механизма.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству является устройство пневматический молот (патент РФ №2603525, 2016 г., МПК В25D 9/04, Е21С 37/24 прототип) содержащее пневмоударный механизм дроссельно-клапанного типа, рабочий инструмент с хвостовиком, цилиндрический корпус, стакан с центральным отверстием и каналом подвода воздуха из сети, закрепленный разъемно относительно цилиндрического 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 перепуска, выполненный на торце ударника со стороны кольцевого фланца и на боковой поверхности ударника в виде канал-паз и разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, и стержень-трубку, установленную в центральном отверстии кольцевого фланца и пропущенную через центральное отверстие в стакане и закрепленную относительно него, при этом в камере холостого хода выполнена выточка, взаимодействующая с каналом перепуска ударника на его боковой поверхности, а в стержне-трубке выполнен с возможностью открытия торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента радиальный канал выпуска с его продолжением в виде осевого продольного канала, выходящего в атмосферу между стаканом и цилиндрическим корпусом образована кольцевая камера форсажа, кольцевой фланец снабжен боковой стенкой с выполненным в ней радиальным каналом перепуска для постоянного сообщения торцевой предкамеры с кольцевой камерой форсажа, в камере рабочего хода со стороны кольцевого фланца выполнены кольцевая камера торможения и кольцевая распределительная камера в виде кольцевых выточек, разделенных буртиком, в стенке корпуса на уровне кольцевой распределительной камеры выполнены сквозные перепускные каналы для постоянного сообщения ее с кольцевой камерой форсажа, причем камера холостого хода сообщена с кольцевой распределительной камерой и кольцевой камерой торможения, когда ударник оперт на хвостовик рабочего, инструмента.
Недостатком этого устройства является; перепускной канал-паз, имеют постоянную геометрическую площадь сечения, что исключает управление процессом перепуска как при холостом, так и рабочим ходе ударника и следовательно камера холостого хода наполняется резко, чем, создаются условия возрастания преждевременного противодавления и торможения ударника перед соударением с хвостовиком рабочего инструмента, потерей скорости и кинетической энергии единичного удара, что обусловливает снижение импульса отскока, требует большего количества воздуха для создания необходимой величины импульса холостого хода, а также потере скорости ударником при холостом ходе, уменьшения участка разгона ударника при рабочем ходе, обусловливающие потери скорости и кинетической энергии.
Отмеченные недостатки прототипа устраняются полностью или частично, если исключить резкую подачу сжатого воздуха из торцевой предкамеры в камеру рабочего хода, а следовательно, из нее в камеру холостого хода путем более глубокого расширения воздуха со стороны камеры рабочего хода, чем повысить КПД использования его внутренней энергии и энергий единичного удара, и улучшить экономический показатель по удельному расходу воздуха в рабочем процессе пневмоударного механизма молота.
Задачей заявляемого изобретения является увеличение импульса сил давления воздуха для разгона ударника при холостом и рабочем ходе за счет снижения местных сопротивлений перепускного канала и подачи переменного количества воздуха из камеры рабочего хода в камеру холостого хода путем изменения площадей геометрического сечения канала перепуска при холостом и рабочем ходе ударника.
Поставленная задача, решается тем, что в пневматическом молоте, содержащем пневмоударный механизм дроссельно-клапанного типа, рабочий инструмент с хвостовиком, цилиндрический корпус, стакан с каналом подвода воздуха из сети, закрепленный разъемно относительно цилиндрического корпуса, кольцевой фланец с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в цилиндрическом корпусе ударник со сквозным осевым отверстием и каналом перепуска на боковой поверхности с выходом на торец ударника со стороны кольцевого фланца и разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень-трубку, пропущенную через центральное отверстие в стакане и закрепленную относительно его, выточку в камере холостого хода, взаимодействующую с каналом перепуска на боковой поверхности ударника, радиальный канал выпуска в стержне-трубке с его продолжением в виде осевого продольного канала с выходом в атмосферу и открываемый торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, между стаканом и цилиндрическим корпусом образована кольцевая камера форсажа, кольцевой фланец снабжен боковой стенкой и выполненным в ней радиальным каналом перепуска, постоянно сообщающим торцевую предкамеру с кольцевой камерой форсажа, в камере рабочего хода 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 выполнены сквозные перепускные каналы, постоянно сообщающие ее с кольцевой камерой форсажа и так, что при положении ударника, опертого на хвостовик рабочего инструмента, камера холостого хода сообщена с кольцевой распределительной камерой и кольцевой камерой торможения, согласно изобретению, канал-паз перепуска выполнен с уменьшающимся геометрическим сечением в сторону камеры холостого хода.
Предполагаемый порядок перепуска воздуха между кольцевыми камерами позволит увеличить КПД использования внутренней энергии сжатого воздуха в рабочем процессе пневматического молота и реализовать большую по величине кинетическую энергию единичного удара, снизив при этом удельный расход воздуха.
Исполнение пневматического молота поясняется чертежом, где представлен продольный разрез пневматического молота.
Пневматический молот содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2, ударник 3, разделяющий полость 2 на камеру 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, уплотненно 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, образованной между кольцевым фланцем 12 и стаканом 8.
Ударник 3 выполнен с осевым сквозным каналом 18 и канал-пазом 19 перепуска с уменьшающейся геометрической площадью сечения в сторону камеры холостого хода на боковой поверхности ударника 3 с выходом на торец ударника со стороны камеры рабочего хода.
В осевом сквозным канале 18 установлена стержень-трубка 20 с радиальным каналом 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 пропущена 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 радиальным каналом 14 перепуска в боковой стенке 13 кольцевого фланца 12.
Со стороны камеры 4 рабочего хода и кольцевого фланца 12 выполнена кольцевая камера 24 торможения и кольцевая распределительная камера 25 образованные выточкой 26 и выточкой 27 со сквозными перепускными каналами 28 в стенке корпуса 1, разделенные внутренним кольцевым буртиком 29 так, что суммарная длина выточек 26, 27 и буртика 29 не превышает длину канал-паза 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3 по отсекающим кромкам его торцев.
Камера 5 холостого хода со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6 выполнена в виде выточки 30 с отсекающей кольцевой кромкой 31 так, что при положении ударника 3, опертого на хвостовик 7 рабочего инструмента 6, канал-паз 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3, кольцевая распределительная камера 25 и кольцевая камера 24 торможения сообщаются с кольцевой камерой 5 холостого хода. В положении ударника 3 на уровне буртика 29 между кольцевыми распределительными камерой 25 и камерой 24 торможения канал-паз 19 перепуска с уменьшающейся геометрической площадью сечения в сторону камеры холостого хода сообщает их между собой.
Пневматический молот 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.
Из торцевой предкамеры 17 воздух 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 торможения, и кольцевую распределительную камеру 25, выполненные в выточках 26 и 27, а также посредством канал-паза 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3 в камеру 5 холостого хода, выполненную в выточке 30 корпуса 1 со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6.
Одновременно воздух из кольцевой камеры 23 форсажа посредством сквозных перепускных каналов 28 в стенке корпуса 1 поступает в кольцевую распределительную камеру 25 в выточке 27 и сообщенную с ней кольцевую камеру 24 торможения в кольцевой выточке 26, а также посредством канал-паза 19 перепуска на боковой поверхности ударника 3 в кольцевую камеру 5 холостого хода в выточке 30.
За счет динамического напора потоков воздуха со стороны камер 4, 24 и 25 в замкнутом объеме камеры 5 холостого хода давление воздуха повышается.
При этом со стороны камеры 4 рабочего хода давление воздуха будет меньшим 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 камеры 24 торможения, ударник 3 совершает холостой ход.
Перемещаясь в сторону камеры 4 рабочего хода, ударник 3 перекроет цилиндрическую поверхность 2 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 31 выточки 30 в корпусе 1 и откроет канал - паз 19, в результате чего кольцевая камера 24 торможения сообщится с кольцевой распределительной камерой 25, что понизит давление воздуха в камере 24 торможения и снизит противодавление воздуха на ударник 3 со стороны камеры 4 рабочего хода. За счет этого ударник 3 откроет своим торцом со стороны камеры 5 холостого хода выпускной радиальный канал 21 в стержне-трубке 20 посредством продольного осевого канала 22 камера 5 холостого хода сообщится с атмосферой. В результате этого давление воздуха в камере 5 холостого хода понизится до атмосферного.
Перемещаясь по инерции, ударник 3 будет затормаживаться и остановится в расчетном положении, так как сообщение между кольцевой распределительной камерой 25 и камерой 5 холостого хода отсутствует и камера 4 рабочего хода, кольцевая распределительная камера 25 и кольцевая камера 24 торможения не сообщаются 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 посредством дроссельного канала 16 и воздуха из кольцевой камеры 23 форсажа через сквозные перепускные каналы 28, а также воздуха, поступающего из кольцевой распределительной камеры 25, поступающего посредством канал-паза 19 перепуска, обтекая кольцевой буртик 29 воздух поступает в кольцевую камеру 24 торможения. Под действием сил давления со стороны камеры 4 рабочего хода и кольцевой камеры 24 торможения ударник 3 будет перемещаться ускоренно в сторону камеры 5 холостого хода, совершая рабочий ход.
Перемещаясь в сторону камеры 5 холостого хода, ударник 3 перекроет выпускной радиальный канал 21 в трубке 20 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 откроет канал-паз 19 перепуска со стороны буртика 31 выточки 30 камеры 5 холостого хода, чем обеспечивается доступ сжатого воздуха из кольцевой распределительной камеры 25 и кольцевой камеры 24 торможения в камеру 5 холостого хода и повышает в ней количество и давление воздуха.
Преодолевая противодавление воздуха со стороны камеры 5 холостого хода, ударник 3 под действием сил давления со стороны кольцевой распределительной камеры 25 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 движение от хвостовика 7 в сторону камеры 4 рабочего хода, совершая холостой ход. Далее рабочий цикл повторяется.
По отношению к прототипу предлагаемое техническое решение позволяет увеличить КПД использования внутренней энергии сжатого воздуха в рабочем процессе пневматического молота и реализовать большую по величине кинетическую энергию единичного удара, снизив при этом удельный расход воздуха.