Устройство для пневматического молота
DEVICE FOR PNEUMATIC HAMMER

Изобретение относится к строительной технике и может быть применено в качестве пневматического молота для разрушения карьерных негабаритов, мерзлого грунта, бетонных фундаментов и дорожного покрытия и т.п.материалов и конструкций.
Известно устройство пневматического молотка (А.с. СССР 1061982, 1983 г., Мкл. B25D 9/04, Е21С 37/24), содержащего корпус с цилиндрической полостью, размещенный в нем ударник со сквозным осевым каналом, разделяющий полостью корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, кольцевой фланец с боковой стенкой и центральным сквозным отверстием, служащие для впуска сжатого воздуха в камеры и систему выпускных дросселей, периодически сообщающих камеры с атмосферой. Система выпускных дросселей выполнена в центральном сквозном отверстии и кольцевом фланце.
Недостатком описанного устройства является система воздухоотвода отработавшего воздуха: канал воздухоотвода в атмосферу имеет коленчатое окончание и разветвленное решение в виде веера каналов меньшего поперечного сечения с кольцевым сборником и отдельными каналами вывода воздуха в атмосферу, что обуславливает ступенчатое сжатие-расширение, увеличение местных сопротивлений и приводит к недовыпуску воздуха из камеры холостого хода, а следовательно повышению противодавлению воздуха в камере и снижению кинетической энергии единичного удара.
Известно также устройство пневматического молотка (А.с. СССР 1172692, 1985 г. Мкл B25D), содержащего цилиндрический корпус с рукояткой, выпускными каналами, проточной камерой, постоянно сообщающейся воздухоотводящим каналом с сетью сжатого воздуха, ударник, разделяющий полость, корпуса на камеру рабочего хода, постоянно сообщающееся с проточной камерой и попеременно сообщающуюся с атмосферой, дроссель, перегородку с центральным отверстием, образующей с корпусом и рукояткой проточную камеру, коаксиально установленным корпусу и закрепленным в центральном отверстии перегородки стержнем. В стержне выполнены дополнительный воздухоподводящий канал к камере холостого хода, постоянно сообщающий ее с проточной камерой, и выпускной канал, на одном из торцов которого установлен дроссель, а другой сообщен с атмосферой. Ударник установлен коаксиально стержню с возможностью перемещения вдоль него.
Недостатками этого устройства являются следующие:
- стержень-трубка является двухканальной, один из каналов является воздухоподводящим в камеру холостого хода, другой каналом воздухоотводящим с большим проходным сечением, чем воздухоподводящий, что приводит к увеличению диаметрального сечения стержня и ударника, следовательно, к увеличению их масс;
- для снижения массы ударника он выполнен с внутренней проточкой, со стороны камеры рабочего хода, что снижает прочность его стенок и устойчивость движения со стороны стержня-трубки;
- канал воздухоотвода в атмосферу имеет коленчатое окончание, что обуславливает увеличение местных сопротивлений на выпуске и затрудняет полное опорожнение камеры холостого хода.
Наиболее близким по технической сущности заявляемому устройству является устройство пневматического механизма дроссельно-клапанного типа (патент РФ №2600581, 2016 г. МПК Е21С 37/24. E25D. 9/04), прототип, содержащее 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 ней стержнем-трубкой, пропущенным через отверстие в стакане и закрепленный относительно него, в кольцевом фланце выполнен дроссельный канал впуска сжатого воздуха из торцевой предкамеры, образованный между стаканом и кольцевым фланцем, снабженным в стакане каналом подвода воздуха из сети, со стороны камер холостого хода выполнена выточка, отсекающая кромка которой взаимодействует с перепускным глухим каналом-пазом или перепускным глухим каналом-лыской, выполненными на боковой поверхности ударника без выхода на его торцы и сообщает камеры холостого и рабочего ходов, в положении ударника опертого на хвостик рабочего инструмента. В стержне-трубке выполнен радиальный канал выпуска с выходом его в продольный осевой канал и атмосферу. Радиальный канал выпуска сообщает камеры холостого хода, с атмосферой при вскрытии его торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента.
Недостатками этого устройства (прототипа) являются:
- камеры рабочего и холостых ходов наполняются резко, чем создаются условия возрастания противодавления воздуха в них, что обуславливает, при рабочем ходе резкое торможение ударника и следовательно ведет к снижению предударной скорости и потере ударником кинетической энергии удара перед соударением с хвостовиком;
- при холостом ходе возрастает противодавления воздуха на торец ударника, что приводит к потере импульса сил давления со стороны холостого хода и как следствие преждевременному торможению, уменьшению перемещения ударника в сторону фланца, уменьшению участка разгона при рабочем ходе, и уменьшению кинетической энергии ударника при соударении с хвостовиком рабочего инструмента.
Следствием приведенных недостатков является снижение КПД использования внутренней энергии воздуха в рабочем процессе.
Отмеченные недостатки прототипа исключаются 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.
Задачей заявляемого изобретения является повышение КПД использования внутренней энергии воздуха, увеличении энергии единичного удара и улучшение экономического показателя по удельному расходу воздуха в рабочем процессе пневматического молота.
Путем снижения местных сопротивлений перепускного глухого канала на боковой поверхности ударника, а так же подачи большего количества воздуха из камеры рабочего хода в камеры холостого хода, за счет наличия в камерах рабочего и холостого ходов кольцевых камер: со стороны камеры рабочего хода, аккумуляционной и камеры торможения с перепуском между ними; со стороны камеры холостого хода задней и передней перепускных камер, которые в зависимости от положения ударника будут сообщаться между собой.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для пневматического молота содержащем пневмоударный механизм дроссельно-клапанного типа, включающее 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 перепускным глухим каналом на боковой поверхности и разделяющий полость цилиндрического корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, установленную в центральном отверстии кольцевого фланца стержень-трубку, пропущенную через центральное отверстие в стакане и закрепленную относительно его, выточку в камере холостого хода, взаимодействующую с перепускным глухим каналом на боковой поверхности ударника, радиальный канал выпуска в стержне-трубке с ее продолжением в виде осевого продольного канала с выходом в атмосферу и открываемый торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента, образованную между стаканам и цилиндрическим корпусом кольцевую дополнительную предкамеру, кольцевой фланец снабжен боковой стенкой и выполненным в нем каналом перепуска постоянно сообщающим торцевую предкамеру с кольцевой дополнительной предкамерой, выполненные со стороны камеры рабочего хода кольцевую камеру торможения и кольцевую аккумуляционную камеру в виде кольцевых выточек, раздельных кольцевым буртиком, выполненные в стенке цилиндрического корпуса, на уровне кольцевых выточек, сквозные перепускные каналы, постоянно сообщающие кольцевую дополнительную предкамеру с кольцевой камерой торможения и кольцевой аккумуляционной камерой, выполненные в камере холостого хода, со стороны хвостовика рабочего инструмента, передняя кольцевая перепускная камера и задняя кольцевая перепускные камеры в виде выточек, разделенных кольцевым буртиком, так что при взаимодействии выточек с глухим каналом перепуска на боковой поверхности ударника, кольцевая камера торможения соединена с кольцевой аккумуляционной камерой, а в положении ударника
опертого на хвостовик рабочего инструмента, передняя кольцевая перепускная камера и задняя кольцевая перепускная камера, сообщены с кольцевой аккумуляционной камерой и кольцевой камерой торможения, согласно изобретению, перепускной глухой канал на боковой поверхности ударника выполнен в виде перепускного глухого канал-паза, или перепускного глухого канал-лыска с изменяющимся продольным сечением, и образован криволинейной поверхностью сегмента обращенной кривизной в сторону сквозного осевого отверстия ударника.
- Для повышения КПД использования внутренней энергии воздуха в перепускном глухом канале выполненном с плавным переходом на участках кольцевого буртика, входа и выхода потока воздуха за счет выполнения канал-паза с изменяющимся продольным сечением образованы криволинейной формой сегмента, обращенной в сторону осевого сквозного отверстия ударника, что позволяет уменьшить местные гидравлические сопротивления канала перепуска при обтекании потоком воздуха кольцевого буртика, разделяющего переднюю и заднюю камеры перепуска со стороны камеры холостого хода.
- Для увеличения частоты и энергии удара за счет существенного уменьшения гидравлических сопротивлений перепускной глухой канал целесообразно выполнить в виде канал-лыски с изменяющимся продольным сечением с криволинейной поверхностью образующей формой сегмента, обращенной кривизной в сторону осевого сквозного отверстия ударника.
Дополнительно такое техническое решение обуславливает существенное уменьшение влияния концентраторов напряжений в материале ударника, увеличение диаметрального площади сечения ударника между плоскостью кривизны сегмента канал-лыски и осевого сквозного отверстия в ударнике, что позволяет увеличить прочность как диаметрального сечения ударника, так и прочности ударника в целом.
Исполнение пневматического молота поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен продольный разрез молота с глухим канал-пазом на боковой поверхности ударника. На фиг. 2 - c перепускным глухим канал-лыской на боковой поверхности ударника.
Устройство для пневматического молота содержит цилиндрический 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 торец 11 корпуса 1, кольцевой фланец 12 с боковой стенкой 13, сквозным отверстием 14 и дроссельным каналом 15 впуска сетевого воздуха из торцевой предкамеры 16, образованной между кольцевым фланцем 12 и стаканом 8. Ударник 3 выполнен с осевым сквозным отверстием 17 и перепускным глухим канал-пазом 18 перепуска (фиг. 1), либо канал-лыской 19 перепуска (фиг. 2) на боковой поверхности ударника 3 без выхода на его торцы. Глухой канал-паз 18 (фиг. 1), или перепускным глухим канал-лыской 19 (фиг. 2) выполнены с изменяющимся продольным сечением и образован криволинейной поверхностью 20 сегмента обращенных кривизной в сторону осевого сквозного отверстия 17 ударника 3. В осевом отверстии 17 ударника 3 установлена стержень-трубка 21 с радиальным каналом 22 выпуска и его продолжением в виде продольного осевого канала 23 с выходом в атмосферу. Стержень-трубка 21 установлена уплотненно в осевом сквозном канале 9 стакана 8, пропущена в сквозном отверстии 14 кольцевого фланца 12 и в осевом сквозном отверстии 17 ударника 3 с возможностью его перемещения относительно стержня-трубки 21.
Между стаканом 8 и корпусом 1 образована дополнительная кольцевая предкамера 24 постоянно сообщенная с торцевой предкамерой 16 радиальным каналом 25 перепуска в боковой стенке 13 кольцевого фланца 12. В камере 4 рабочего хода со стороны кольцевого фланца 12 выполнена кольцевая камера 26 торможения и кольцевая аккумуляционная камера 27 образованные выточкой 28 и выточкой 29 со сквозными радиальными перепускными каналами 30 и 31 в стенке корпуса 1, разделенные внутренним кольцевым буртиком 32 и так, что суммарная длина выточек 28, 29 и буртика 32 не превышает длину перепускного глухого канал-паза 18 (фиг. 1), или перепускного глухого канал-лыски 19 (фиг. 2), на боковой поверхности ударника 3. В камере 5 холостого хода со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6 выполнены передняя перепускная камера 33 и задняя перепускная камера 34 в виде выточек 35 и 36, раздельных между собой внутренним кольцевым буртиком 37 так, что при положении ударника 3 опертом на хвостовик 7 рабочего инструмента 6, через перепускной глухой глухой канал-паз 18 (фиг. 1), или перепускной глухой канал-лыску 19 (фиг. 2) на боковой поверхности ударника 3, передняя перепускная камера 33 камеры 5 холостого хода сообщается с камерой 4 рабочего хода. Кольцевая аккумуляционная камера 27 разобщена, в зависимости от положения ударника 3, с кольцевой камерой 26 торможения кольцевым буртиком 32 и кольцевой задней перепускной камерой 34 кольцевым буртиком 38.
Таким образом, в положении ударника 3, опертом на хвостовик 7 рабочего инструмента 6, сообщаются одновременно камеры 4, 26, 27 и камеры 5, 33, 34 между собой.
Устройство для пневматического молота работает следующим образом.
После включения устройства пуска сжатый воздух посредством пневматического рукава подается через канал 10 в торцевую предкамеру 16, образованную стаканом 8 и кольцевым фланцем 12 с боковой стенкой 13. Из торцевой предкамеры 16 воздух поступает одновременно посредством радиального канала 25 перепуска в дополнительную кольцевую предкамеру 24 и посредством дроссельного канала 15 впуска в кольцевом фланце 12 в камеру 4 рабочего хода и соединенные с ней кольцевую камеру 26 торможения и кольцевую аккумуляционную камеру 27 выполненные в выточках 28 и 29, а также в кольцевую заднюю перепускную камеру 34 в выточке 36 и посредством перепускного глухого канал-паза 18 (фиг. 1), или перепускного глухого канал-лыски 19 (фиг. 2) на боковой поверхности ударника 3 в переднюю перепускную камеру 33 в выточке 35 и собственно в камеру 5 холостого хода со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6. Одновременно воздух из дополнительной кольцевой предкамеры 24 посредством радиального перепускного канала 30 в стенке корпуса 1 поступает в кольцевую камеру 26 торможения в выточке 28 и посредством радиального перепускного канала 31 в кольцевую аккумуляционную камеру 27 в выточке 29, а так же кольцевую заднюю перепускную камеру 34 в выточке 36 и далее посредством перепускного глухого канал-паза 18 (фиг. 1), или перепускного глухого канал-лыски 19 на боковой поверхности ударника 3 в кольцевую переднюю перепускную камеру 33 и камеру 5 холостого хода. За счет динамического напора двух потоков воздуха со стороны камеры 4 рабочего хода в замкнутом объеме камеры 5 холостого хода давление воздуха увеличивается из-за образования более уплотненного объема воздуха. При этом со стороны камеры 4 рабочего хода давление воздуха будет уменьшаться из-за большего объема 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 аккумуляционной камеры 27 и кольцевой камеры 26 торможения, ударник 3 совершает холостой ход. Перемещаясь в сторону камеры 4 рабочего хода ударник 3 перекроет кольцевой буртик 38 и кольцевой буртик 32 корпуса 1, далее откроет доступ воздуха в кольцевую заднюю камеру 34 и кольцевую переднюю камеру 33 со стороны камеры 5 холостого хода в результате чего камера 5 холостого хода подзарядится и ударник 3 получит добавочный импульс давления и продолжит перемещение в сторону камеры 4 рабочего хода. Продолжая движение, ударник 3 перекроет буртик 38 корпуса 1 и откроет буртик 32 в результате чего посредством перепускного глухого канал-паза 18 или перепускного глухого канал-лыски 19 камера 26 торможения сообщится с аккумуляционной камерой 27, что понизит давление воздуха в камере 26 торможения и снизит противодавление воздуха на ударник 3, который к этому моменту откроет своим торцом со стороны осевого сквозного канала 17 выпускной радиальный канал 22 выпуска в стержне-трубке 21 и посредством продольного осевого канала 23 сообщится с атмосферой в результате чего давление воздуха в камере 5 холостого хода понизится до атмосферного. Перемещаясь по инерции, ударник 3 будет затормаживаться и остановится в расчетном положении без открытия ударником 3 буртика 38 корпуса 1 и без сообщения аккумуляционной камеры 27 с кольцевой задней камерой 36. Таким образом кольцевая аккумуляционная камера 27 и кольцевая камера 26 торможения не сообщается посредством выпускного радиального канала 22 и продольного осевого канала 23 в стержне-трубке 21 с атмосферой. Сразу же после остановки, под действием сил давления воздуха со стороны камеры 4 рабочего хода и камеры 26 торможения ударник 3 начнет движение в сторону хвостовика 7 инструмента 6. При отсутствии противодавления воздуха со стороны кольцевой задней камеры 34, кольцевой передней камеры 33 и камеры 5 холостого хода и при одновременном поступлении воздуха из торцевой предкамеры 16 посредством дроссельного канала 15 выпуска и воздуха, из дополнительной предкамеры 24 через радиальный перепускной канал 29, а также воздуха из кольцевой аккумуляционной камеры 27, поступающего через радиальный перепускной канал 31 и посредством перепускного глухого канал-паза 18 (фиг. 1), или перепускного глухого канал-лыски 19 (фиг. 2) на боковой поверхности ударника 3 воздух, обтекая кольцевой буртик 32, наполняет кольцевую камеру 26 торможения. Под действием сил давления со стороны кольцевой камеры 26 торможения ударник 3 будет перемещаться ускоренно и после перекрытия кольцевого буртика 32 до начала открытия кольцевого буртика 3 7 и сообщения кольцевой аккумуляционной камеры 27 с кольцевой задней перепускной камерой 34. Перемещаясь далее, ударник 3 перекроет выпускной радиальный канал 22 и сообщение с атмосферой кольцевой задней перепускной камеры 34 кольцевой передней перепускной камеры 33 и собственно камеры 5 холостого хода посредством продольного осевого канала 23 в стержне-трубке 21 прекратится. С этого момента воздух из кольцевой аккумуляционной камеры 27 начнет перетекать в кольцевую заднюю камеру 34, кольцевую переднюю камеру 33 и камеру 5 холостого хода, и создавать противодавление и затормаживающее воздействие на ударник 3, которое будет преодолеваться силами давления воздуха на торец ударника 3 со стороны кольцевой аккумуляционной камеры 27 кольцевой камеры 26 торможения, при одновременном поступлении воздуха в них через дроссельный канал 15 во фланце 12 из торцевой предкамеры 16 посредством радиальных перепускных каналов 30 и 31 воздуха из кольцевой дополнительной предкамеры 24. После перекрытия ударником 3 кольцевых буртиков 38 и 37 поступление воздуха в кольцевую переднюю перепускную камеру 33 и камеру 5 холостого хода прекратится, что позволит уменьшить силы противодавления и торможение ударника 3 и сохранить его скорость движения к хвостовику 7 рабочего инструмента 6. При последующем движении ударник 3 откроет кольцевой буртик 37 и часть воздуха перетечет из кольцевой задней перепускной камеры 34 посредством перепускного глухого канал-паза 18 (фиг. 1), или перепускного глухого канал-лыски 19 (фиг. 2) на боковой поверхности ударника 3, в кольцевую переднюю перепускную камеру 33 и камеру 5 холостого хода, чем повысится количество и давление воздуха со стороны камеры 5 холостого хода. Перемещаясь к хвостовику 7 рабочего инструмента 6, ударник 3 верхним торцом откроет доступ сжатого воздуха из кольцевой аккумуляционной камеры 27 и кольцевой камеры 26 торможения, что повысит количество и давление воздуха со стороны кольцевой передней перепускной камеры 33 и камеры 5 холостого хода. Преодолевая противодавление воздуха, со стороны камеры 5 холостого хода ударник 3 под действием сил давления со стороны кольцевой аккумуляционной камеры 27 и кольцевой камеры 26 торможения наносит удар по хвостовику 7 рабочего инструмента 6. В результате соударения ударник 3 приобретает импульс от давления воздуха и дополнительный импульс отскока, что позволяет ему начать движение от хвостовика 7 в сторону камеры 4 рабочего хода. Далее рабочий цикл повторяется.
Таким образом, камеры 4, 26, 27 формируют силовой импульс движения ударника 3 при его рабочем ходе, а камеры 5, 33, 34 формируют силовой импульс от давления воздуха с добавлением импульса отскока ударника 3 после его соударения с хвостовиком 7 рабочего инструмента 6, при холостом ходе ударника 3.