ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ
PNEUMATIC IMPACT MECHANISM

Пневматический ударный механизм относится к механизмам, применяемым в машинах ударного действия различного назначения.
Известен пневматический ударный механизм (а.с. СССР №275931, МКл E21C 3/24, 1970 г.), включающий ступенчатый цилиндр, управляющий стержень, закрепленный относительно цилиндра, ударник с центральным каналом, периодически взаимодействующим со стержнем и разделяющим ступенчатый цилиндр на камеры: сетевого воздуха со стороны стержня, промежуточную кольцевую рабочего хода и холостого хода со стороны хвостовика рабочего хода, выпускные каналы в стенке цилиндра для периодического выпуска отработавшего воздуха из кольцевой камеры рабочего хода и камеры холостого хода. Пневматический ударный механизм обладает недостатком, так как в камере холостого хода пневматического ударного механизма стержень жестко закреплен относительно цилиндра и периодически взаимодействующего с устьем центрального канала ударника, в результате чего при колебаниях стержня и его несоосности относительно канала разбивается штоковая часть ударника, а стержень приобретает остаточные деформации изгиба, вызывающие его излом и остановку ударного механизма.
Также известен пневматический ударный механизм (а. с. СССР №359382, МКл E21C 3/24, 1972 г. - прототип), включающий цилиндрический корпус с втулкой и выпускными каналами, рабочий инструмент с хвостовиком. Ступенчатый поршень со штоковой и основной частями с центральным каналом и втулкой с продольным каналом-пазом и отверстием в штоковой части поршня, разделяющий полость цилиндрического корпуса на кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса со стороны штоковой части поршня и камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента. Кольцевой фланец с отверстиями подвода воздуха в кольцевую распределительную камеру и сквозным осевым каналом для пропуска стержня с запорным клапаном, крепежный стакан, закрепленный относительно цилиндрического корпуса. Камеру сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом с воздухоподводящим каналом и кольцевым фланцем, закрепленный в сквозном осевом канале кольцевого фланца стержень с запорным клапаном, постоянно взаимодействующим с продольным каналом-пазом в отверстии втулки, находящейся в центральном канале ступенчатого поршня, соединяющий периодически в зависимости от положения ступенчатого поршня кольцевую распределительную камеру и камеру холостого хода между собой. Пневматический ударный механизм как содержащий наибольшее количество существенных признаков, включенных в предполагаемое техническое решение, принят в качестве прототипа.
Прототип обладает основными недостатками: кольцевая камера атмосферного давления, образованная цилиндрическим корпусом и штоковой частью поршня, не участвует в образовании силового импульса давления воздуха с ее стороны, что препятствует повышению энергии удара; выполнение штоковой части поршня должно обеспечивать посадку с установленной в цилиндре втулкой, обеспечивая ее соосность со стержнем, что практически невозможно и, как правило, приводит к перекосам стержня во втулке, торможению ступенчатого поршня и снижению надежности стержня.
Задача заявляемого изобретения: повысить суммарный силовой импульс давления воздуха при рабочем ходе, таким образом повысить энергию единичного удара.
Техническое решение пневматического ударного механизма заключается в следующем: пневматический ударный механизм, включающий цилиндрический корпус с втулкой и выпускными каналами, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый поршень со штоковой и основной частями с центральным каналом и втулкой с продольным каналом-пазом и отверстием в штоковой части поршня, разделяющий полость цилиндрического корпуса на кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса со стороны штоковой части поршня и камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, кольцевой фланец с отверстиями подвода воздуха в кольцевую распределительную камеру и сквозным осевым каналом для пропуска стержня с запорным клапаном, крепежный стакан, закрепленный относительно цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом с воздухоподводящим каналом и кольцевым фланцем, закрепленный в сквозном осевом канале кольцевого фланца стержень с запорным клапаном, постоянно взаимодействующим с продольным каналом-пазом в отверстии втулки, находящейся в центральном канале ступенчатого поршня, соединяющий периодически в зависимости от положения ступенчатого поршня кольцевую распределительную камеру и камеру холостого хода между собой, причем на участке взаимодействия кольцевой ступени втулки цилиндрического корпуса со штоковой частью поршня выполнен кольцевой зазор с расчетным проходным сечением, а на внутренней боковой поверхности втулки выполнен по всей ее длине дроссельный перепускной винтовой канал-паз, постоянно сообщающий распределительную камеру с кольцевой камерой. Дроссельный перепускной винтовой канал-паз в поперечном его сечении может быть выполнен либо прямоугольной, либо квадратной, либо трапецеидальной, либо овальной, либо треугольной формы.
Исполнение пневматического ударного механизма поясняется чертежом продольного разреза.
Пневматический ударный механизм содержит цилиндрический корпус 1, ступенчатый поршень 2 со штоковой частью 3 и основной частью 4, втулку 5, являющуюся ограничением хода ступенчатого поршня 2. Ступенчатый поршень 2 снабжен центральным каналом 6 с радиальными каналами 7 и разделяет полость цилиндрического корпуса 1 на распределительную камеру 8, образованную цилиндрическим корпусом 1 и втулкой 5, со стороны штоковой части 3 ступенчатого поршня 2, кольцевую камеру 9 рабочего хода, образованную цилиндрическим корпусом 1, штоковой частью 3 и основной частью 4 ступенчатого поршня 2, сообщенную постоянно с распределительной камерой 8 дроссельным перепускным винтовым каналом-пазом 10, выполненным в поперечном сечении прямоугольной (см. чертеж), или квадратной (не показан), или трапецеидальной (не показан), или овальной (не показан), или треугольной (не показан) формы, на внутренней боковой поверхности втулки 5 цилиндрического корпуса 1, и камеру 11 холостого хода, образованную цилиндрическим корпусом 1, ступенчатым поршнем 2 и хвостовиком 12 рабочего инструмента 13, который удерживается относительно цилиндрического корпуса 1, например, концевой пружиной 14 от произвольного выпадания. Центральный канал 6 ступенчатого поршня 2 посредством радиальных каналов 7 сообщен постоянно с камерой 11 холостого хода. Цилиндрический корпус 1 снабжен с противоположного хвостовику 12 торца крепежным стаканом 15 с воздухоподводящим каналом 16 для подвода сжатого воздуха в камеру 17 сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом 15 и кольцевым фланцем 18, в котором выполнены отверстия 19 подвода воздуха, соединяющие постоянно камеру 17 сетевого воздуха и распределительную камеру 8 между собой. В кольцевом фланце 18 закреплен, например, болтовым соединением 20 стержень 21 с запорным клапаном 22, взаимодействующим постоянно с втулкой 23, установленной в центральном канале 6 штоковой части 3 ступенчатого поршня 2. Втулка 23 снабжена продольным каналом-пазом 24 для периодического сообщения в зависимости от положения ступенчатого поршня 2 кольцевой распределительной камеры 8 и камеры 11 холостого хода посредством центрального канала 6 и радиальных каналов 7 ступенчатого поршня 2. Цилиндрический корпус 1 снабжен выпускными каналами 25 и 26, периодически сообщающими в зависимости от положения ступенчатого поршня 2 кольцевую камеру 9 рабочего хода и камеру 11 холостого хода с атмосферой с целью выпуска из них отработавшего воздуха. Величина возможных радиальных перемещений, исключающая защемление запорного клапана 22 стержня 21 в отверстии 27 втулки 23 и центрального канала 6 ступенчатого поршня 2, должна быть не меньшей возможных радиальных перемещений штоковой части 3 ступенчатого поршня 2 в отверстии кольцевого зазора 28, образованного между штоковой частью 3 ступенчатого поршня 2 и втулкой 5.
Пневматический ударный механизм работает следующим образом.
После включения пускового устройства (не показано и может быть любым известным) воздух из сети поступает по воздухоподводящему каналу 16 в крепежном стакане 15 в камеру 17 сетевого воздуха. Далее через отверстия 19 подвода воздуха в кольцевом фланце 18 воздух поступает в кольцевую распределительную камеру 8. Из кольцевой распределительной камеры 8 по продольному каналу-пазу 24 и отверстию 27 втулки 23 в штоковой части 3 ступенчатого поршня 2 воздух поступает по центральному каналу 6 ступенчатого поршня 2 и его радиальным каналам 7 в камеру 11 холостого хода. Одновременно по кольцевому зазору 28 и дроссельному перепускному винтовому каналу-пазу 10 воздух из кольцевой распределительной камеры 8 поступает в кольцевую камеру 9 рабочего хода, соединенную с атмосферой через выпускной канал 25. В начале движения ступенчатого поршня 2 продолжается наполнение воздухом камеры 11 холостого хода, обеспечивая расчетную величину импульса холостого хода. Под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 11 холостого хода ступенчатый поршень 2 продолжает движение в сторону кольцевой распределительной камеры 8, совершая холостой ход. При последующем движении ступенчатый поршень 2 перекрывает выпускной канал 25 в цилиндрическом корпусе 1, а отверстие 27 и продольный канал-паз 24 втулки 23 штоковой части 3 ступенчатого поршня 2 перекрывается запорным клапаном 22 стержня 21 и поступление воздуха в камеру 11 холостого хода прекращается. После открытия основной частью 4 ступенчатого поршня 2 выпускного канала 26 давление воздуха в камере 11 холостого хода выравнивается до атмосферного. В кольцевой камере 9 рабочего хода после разобщения ее с атмосферой начнется сжатие воздуха, отсеченного в ней, и воздуха, поступающего из кольцевой распределительной камеры 8 через кольцевой зазор 28 и дроссельный перепускной винтовой канал-паз 10 до некоторой расчетной величины. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 8, кольцевой камере 9 рабочего хода увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый поршень 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 8, кольцевой камеры 9 рабочего хода и камеры 11 холостого хода, ступенчатый поршень 2 затормаживается и остановится в расчетной точке. Сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 8 и кольцевой камеры 9 рабочего хода ступенчатый поршень 2 начинает движение в сторону хвостовика 12 рабочего инструмента 13, совершая рабочий ход. При этом ступенчатый поршень 2 откроет выпускной канал 25 и кольцевая камера 9 рабочего хода сообщается с атмосферой. Далее ступенчатый поршень 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 26, откроет отверстие 27 и продольный канал-паз 24 втулки 23 штоковой части 3 ступенчатого поршня 2, вследствие чего в камере 11 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего по продольному каналу-пазу 24, отверстию 27, центральному каналу 6 и радиальному каналу 7 из кольцевой распределительной камеры 8. После открытия выпускного канала 25 давление в кольцевой камере 9 рабочего хода понизится до величины атмосферного.
Так как рабочая площадь основной части 4 ступенчатого поршня 2 со стороны камеры 11 холостого хода больше торцевой площади штоковой части 3 ступенчатого поршня 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха со стороны этих камер ступенчатый поршень 2, преодолевая противодавление со стороны камеры 11 холостого хода, наносит удар по хвостовику 12 рабочего инструмента 13. Под действием импульсов отскока и давления воздуха со стороны камеры 11 холостого хода ступенчатый поршень 2 начинает холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.