СПОСОБ И КЛАПАННЫЙ МЕХАНИЗМ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОДАЧИ ГАЗА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
METHOD AND VALVE MECHANISM OF SHORT-TIME HIGH PRESSURE GAS SUPPLY

Группа изобретений относится к клапанным механизмам исполнительных устройств, работающих с кратковременной подачей газа высокого давления, преимущественно для пневматического оружия и имитаторов оружия.
Известен клапанный механизм, используемый в различных образцах пневматического оружия по патенту RU 2169331 C1, МПК F41B 11/32, опубл. 20.06.2001, который содержит корпус, клапан со стеблем и пружиной, седло, состоящее из корпуса седла, втулки и уплотнения. После сборки корпуса седла с уплотнением и втулкой у последней конец развальцовывается. Корпус седла, втулка и уплотнение представляют собой жестко собранный элемент. В процессе работы клапанный механизм пневматического оружия кратковременно открывается, отсекая порцию газа для производства выстрела посредством удара по стеблю клапана.
Недостатком данного клапанного механизма является то, что для производства выстрела требуется преодолеть силу давления газа на клапан в газовом баллоне посредством удара по штоку. Так как энергия выстрела прямо пропорциональна затраченной энергии на инициацию выстрела, то для удара по штоку необходимо большое усилие.
Известен способ кратковременной подачи газа высокого давления, реализованный в клапанном механизме по патенту RU 2532011 C1, МПК F41B 11/72, опубл. 27.10.2014, который принят в качестве прототипа для способа и клапанного механизма, соответственно.
Способ кратковременной подачи газа высокого давления, реализованный в клапанном механизме по патенту RU 2532011, 2014 г., заключается в том, что присоединяют к корпусу клапанного механизма, снабженного соединенными между собой сливным отверстием и перепускным отверстием, газовый баллон со сжатым газом, закрывают сливное отверстие клапаном, а проходное сечение между штоком и внутренней поверхностью клапана закрывают штоком, за счет давления газа и давления пружины, связанной со штоком и размещенной во внутренней полости клапана, наносят удар по штоку для сброса давления газа из внутренней полости клапана через проходное сечение в перепускное отверстие, которое приводит к открытию клапаном сливного отверстия за счет замещения силы давления газа, действующей на закрытие клапана, силой давления газа на его открытие, кратковременно выпускают газ через открытое сливное отверстие и перепускное отверстие, возвращают клапан и шток в исходное положение для закрытия перепускного отверстия клапаном, а проходного сечения - штоком, за счет давления газа, поступающего из внутренней полости клапана и давления пружины.
Клапанный механизм содержит корпус с расположенным в нем клапаном, шток, пружину, пробку, винт, кольцо уплотнения. Кольцо уплотнения размещено между корпусом и газовым баллоном, а пружина - между клапаном и пробкой. Шток и клапан выполнены раздельно друг от друга. Шток является запирающим элементом проходного сечения между клапаном и штоком, которое предназначено для перемещения газа из внутренней полости между клапаном и пробкой после удара курка по штоку. После удара по штоку давление во внутренней полости меньше давления в газовом баллоне.
Способ и клапанный механизм по патенту RU 2532011, 2014 г. обеспечивают уменьшение ударной энергии по штоку. Их общим недостатком является возможность работы клапанного механизма только при непосредственном присоединении корпуса к газовому баллону со сжатым газом, что сужает область применения клапанного механизма.
Задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, заключается в разработке способа кратковременной подачи газа высокого давления и клапанного механизма с малой ударной энергией по штоку и возможностью применения клапанного механизма как для пневматического оружия, имитаторов оружия, так и для различного вида пневматических устройств.
Задача с указанным техническим результатом решается тем, что в способе кратковременной подачи газа высокого давления, заключающемся в том, что создают во внутренней полости корпуса, снабженного перепускным отверстием и проходным сечением, высокое давление газа, закрывают перепускное отверстие клапаном, а проходное сечение - штоком, наносят удар по наружному концу штока для сброса давления газа через проходное сечение, которое приводит к замещению силы давления газа, действующей на закрытие клапана, силой давления газа на его открытие, выпускают газ через перепускное отверстие, возвращают клапан и шток в исходное положение, закрывая клапаном перепускное отверстие, а штоком - проходное сечение, согласно изобретению корпус выполняют в виде накопительного цилиндра, который герметизируют снабженной уплотнительным кольцом втулкой, в которую устанавливают клапан с образованием в закрытом положении клапана полости между клапаном и втулкой, внутренний конец штока и пружину устанавливают в отверстие клапана, перепускное отверстие и проходное сечение выполняют раздельно друг от друга, газ высокого давления подают во внутреннюю полость корпуса через отверстие подачи сжатого газа от внешнего источника газа, сброс газа при ударе по штоку производят из полости между клапаном и втулкой и отверстия в клапане через проходное сечение, выполненное в виде зазора между наружным концом штока и втулкой, с возможностью выхода газа в атмосферу, при возвращении клапана в исходное положение заполнение газом полости между клапаном и втулкой производят через зазор между клапаном и стенкой втулки, а заполнение газом отверстия в клапане - через зазор между внутренним концом штока и клапаном.
Кроме того, втулка зафиксирована в корпусе с помощью резьбовой втулки, которая имеет между наружным концом штока и резьбовой втулкой зазор, являющийся продолжением проходного сечения.
Применительно к устройству задача с указанным техническим результатом решается тем, что в клапанном механизме, содержащем корпус, клапан, шток, причем шток является запирающим элементом проходного сечения, которое предназначено для перемещения газа после удара по наружному концу штока, и перепускное отверстие, согласно изобретению корпус выполнен в виде накопительного цилиндра с отверстием для подачи сжатого газа от внешнего источника газа, с одной стороны корпуса установлена снабженная уплотнительным кольцом втулка, в которой установлен клапан с образованием в закрытом положении клапана полости между клапаном и втулкой, перепускное отверстие расположено с другой стороны корпуса, внутренний конец штока и пружина установлены в отверстие клапана, проходное сечение выполнено между наружным концом штока и втулкой с возможностью выхода газа в атмосферу, а между клапаном и стенкой втулки и между клапаном и внутренним концом штока имеются зазоры.
Кроме того, втулка зафиксирована в корпусе с помощью резьбовой втулки с зазором между наружным концом штока и резьбовой втулкой.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены:
на фиг. 1 - продольный разрез клапанного механизма;
на фиг. 2 - продольный разрез клапанного механизма в момент удара по штоку;
на фиг. 3 - продольный разрез клапанного механизма в момент открытия клапана.
На фиг. 1-3 введены обозначения:
1 - корпус;
2 - втулка;
3 - клапан;
4 - резьбовая втулка;
5 - шток;
6 - кольцо уплотнительное;
7 - пружина;
8 - внутренняя полость;
9 - перепускное отверстие;
10 - проходное сечение;
11 - отверстие подачи сжатого газа;
12 - полость между клапаном и втулкой;
13 - поверхность клапана, на которую воздействует сжатый газ при закрытии;
14 - зазор между клапаном и стенкой втулки;
15 - поверхность клапана, на которую воздействует сжатый газ при открытии;
16 - поверхность штока, на которую воздействует сжатый газ при закрытии;
17 - отверстие в клапане;
18 - дно втулки;
19 - стенка втулки;
20 - зазор между клапаном и штоком.
Клапанный механизм (см. фиг. 1) состоит из корпуса 1, в котором с помощью резьбовой втулки 4 закреплена втулка 2, снабженная уплотнительным кольцом 6, которое установлено в паз втулки и обеспечивает герметизацию внутренней полости 8 корпуса. В стенках 19 втулки с воздушным зазором 14 установлен клапан 3, имеющий отверстие 17, в котором установлен внутренний конец штока 5 и пружина 7, с образованием в закрытом положении клапана полости 12 между клапаном и втулкой. Клапан изготавливают преимущественно из пластика. Наружный конец штока 5 проходит через втулку 2 и резьбовую втулку 4 с зазором, образующим проходное сечение 10 с выходом в атмосферу. Перепускное отверстие 9 расположено на противоположной от проходного сечения 10 стороне корпуса.
Корпус имеет отверстие 11 для подачи газа во внутреннюю полость 8 от внешнего источника газа высокого давления.
Описание способа кратковременной подачи газа высокого давления совместим с описанием работы клапанного механизма.
Газ под давлением подается во внутреннюю полость 8 корпуса. Газ заполняет весь объем внутренней полости 8. Через зазор 14 между клапаном и стенкой 19 втулки газ поступает в полость 12 между клапаном и втулкой и через зазор 20 - в отверстие 17 в клапане. Давление, создаваемое газом, действует на поверхность 13 клапана и на поверхность 16 штока. Шток 5 под воздействием пружины 7 и силы давления на площадь 16 прижимается к дну 18 втулки и перекрывает проходное сечение 10. Клапан 3 под действием пружины 7 и силы давления на поверхность 13 перекрывает перепускное отверстие 9. Клапан находится в закрытом состоянии.
После удара шток 5 начинает перемещаться внутри отверстия 17, при этом он сжимает пружину 7 и преодолевает давление газа на поверхность 16. Перемещаясь, шток 5 открывает проходное сечение 10 (см. фиг. 2). Газ из полости 12 начинает просачиваться через проходное сечение 10 в атмосферу. Давление в полости 12 становится равно или немного превышает атмосферное. Образованная давлением газа на поверхность 13 сила, которая прижимала клапан 3 к перепускному отверстию 9, пропадает. Газ не успевает заполнить объем 12 через зазор 14. Давление газа в полости 12 не поднимается. На клапан 3 начинает действовать сила, образованная давления газа на поверхность 15. Под действием этой силы клапан 3 начинает перемешаться в сторону втулки 2, открывая перепускное отверстие 9 (см. фиг. 3). Газ под давлением начинает выходить через перепускное отверстие 9 для совершения работы пневматического механизма или производства выстрела в пневматическом оружии. Далее клапан 3, перемещаясь внутри втулки 2, сжимает пружину 7. Перемещение клапана 3 ограничивается дном 18 втулки. В этот момент шток 5 под действием силы пружины 7 перекрывает проходное сечение 10 и остается прижатым к дну 18 втулки. Пружина 7 начинает разжиматься и толкает клапан 3 к перепускному отверстию 9, перекрывая его. После герметизации перепускного отверстия 9 сжатый газ из внутренней полости 8 начинает заполнять полость 12 через зазор 14 и отверстие 17 в клапане через зазор 20. Клапан и шток возвращаются в исходное состояние.
Для открытия клапана за счет удара по штоку 5, приводящего к открытию клапана 3, не требуется большая ударная сила из-за малой поверхности штока 16, на которую действует сжатый газ при закрытом клапане.
Просачивание газа через проходное сечение 10 в атмосферу после удара по штоку обеспечивает быстрое снижение давления в полости 12, что приводит к уменьшению времени срабатывания клапана 3.
Клапанный механизм может располагаться в непосредственной близости или на значительном удалении от источника газа и быть связан с ним, например, через гибкую подводку. Это расширяет возможности по использованию клапанного механизма для подачи управляющего воздействия на исполнительные устройства различных пневматических механизмов.