РУЧНОЙ ЗАЖИМАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ (ВАРИАНТЫ)
CLAMPING HAND-HELD TOOL (VERSIONS)

Изобретение относится к ручным зажимающим и комбинированным инструментам. Известны универсальные инструменты типа пассатиж, см. пат. России 2085360 или заявку 95110441. Они имеют 3 недостатка: малое усилие сжатия, большой угол клина между рабочими губками при их разведении на максимальное расстояние, и это максимальное расстояние сравнительно невелико. Известны также эксцентриковые быстрозажимные ключи, имеющее большее усилие сжатия, но они требуют длительной настройки на нужный размер. А также имеют два последних из вышеупомянутых недостатков.
Задача изобретения - возможность быстрого (без предварительной настройки) сжатия с повышенным усилием предметов увеличенного размера, причем с почти параллельным движением рабочих губок (то есть с малым углом клина между ними).
Для этого использован принцип двухступенчатого сжатия: сначала рабочие губки свободно сходятся до соприкосновения с нужным предметом, а затем производится действие одновременного исключения обратного хода губок и включение в работу механизма усиленного сжатия, использующего рычаг с большим передаточным отношением или треугольник сил.
Для реализации этого принципа инструмент имеет два одноплечих рычага на общей оси, на концах которых имеются рабочие губки, причем на первом рычаге имеется дугообразная зубчатая рейка или рейки, проходящая сквозь или по бокам второго рычага, а на втором рычаге имеется шарнирно закрепленная и подпружиненная в направлении открытия рукоятка в виде двуплечего рычага, второй конец которого при повороте рукоятки взаимодействует с зубчатой рейкой через шарнирно закрепленное на нем и подпружиненное звено или толкатель, причем ось вращения двуплечего рычага находится между зубчатой рейкой и осью инструмента.
При этом возможны два подварианта такой кинематики: звено работает на растяжение и подпружинено в направлении к зубчатой рейке (см. фиг.1) или звено, или толкатель работают на сжатие и подпружинены в направлении от зубчатой рейки (см. фиг.2). Зубья зубчатой рейки при этом обращены к рукоятке.
Звено может иметь конструкцию, сходную с конструкцией звена велосипедной цепи. Так как звено испытывает большие нагрузки, то оно может быть двух- или многорядным (см. фиг.4).
Раскрытие инструмента (то есть разведение одноплечих рычагов) может осуществляться пальцами, как в пассатижах. Но для повышения производительности труда одноплечие рычаги подпружинены в направлении раскрытия, причем усилие от этого на рукоятке меньше усилия от подпружинивания самой рукоятки.
Для разгрузки зубчатой рейки от изгибающего усилия возможен вариант, когда она крепится к первому рычагу шарнирно и опирается обратной стороной на ролик, закрепленный на втором рычаге.
Так как зацепление звена с зубчатой рейкой происходит не в любом положении, а в периодических положениях, определяемых шагом зубьев зубчатой рейки, то для осуществления зажимания какого-либо предмета необходимо, чтобы рабочий ход конца звена или толкателя не менее чем в 1,5 раза, больше шага зубьев зубчатой рейки.
В нерабочем положении звено или толкатель должны находиться на минимальном расстоянии от зубчатой рейки, поэтому для фиксации в этом положении звено или толкатель имеют ограничитель хода в направлении подпружинивания.
Возможен более простой вариант кинематики, когда инструмент имеет два одноплечих рычага на общей оси, на концах которых имеются рабочие губки, причем на первом рычаге имеется дугообразная зубчатая рейка или рейки, проходящая сквозь или по бокам второго рычага, а на втором рычаге имеется шарнирно закрепленная и подпружиненная в направлении открытия рукоятка в виде двуплечего рычага, второй конец которого при повороте рукоятки взаимодействует с зубчатой рейкой непосредственно (см. фиг.6). Однако в этом варианте в начальный момент двуплечий рычаг взаимодействует с зубчатой рейкой только кончиком, и поэтому допустимые нагрузки в этом варианте ограничены.
Исправить этот недостаток можно, закрепив двуплечий рычаг на втором одноплечем рычаге с помощью промежуточного рычага, наклоненного в сторону зубчатой рейки (см. фиг.7). При нажатии на рукоятку промежуточный рычаг стремится еще более наклониться в сторону зубчатой рейки, и при это конец двуплечего рычага входит в зуб зубчатой рейки до упора. Однако в этом случае рукоятка относительно инструмента будет несколько болтаться вследствие неизбежных люфтов, и это снизит четкость ощущений при работе с инструментом.
Оптимальным представляется вариант, когда инструмент имеет два одноплечих рычага на общей оси, на концах которых имеются рабочие губки, причем на первом рычаге имеется дугообразная зубчатая рейка или рейки, проходящая сквозь или по бокам второго рычага, а на втором рычаге имеется шарнирно закрепленная и подпружиненная в направлении открытия рукоятка в виде двуплечего рычага, второй конец которого при повороте рукоятки взаимодействует с зубчатой рейкой через шарнирно закрепленное на нем и подпружиненное в направлении к зубчатой рейке звено или толкатель, причем ось вращения двуплечего рычага находится между зубчатой рейкой и рабочими губками (см. фиг.3, 8). Зубья зубчатой рейки при этом обращены к рабочим губкам.
В этом случае по мере зажимания предмета, а значит, по мере выбирания люфтов и по мере упругой деформации инструмента и зажимаемого предмета, передаточное отношение инструмента от усилия на рукоятке до усилия на рабочих губках будет увеличиваться вследствие распрямления треугольника сил «второй конец двуплечего рычага - толкатель - зубчатая рейка». Причем возможно даже самоторможение инструмента, и это явление при желании можно полезно использовать, выбирая уменьшенный ход толкателя.
Следует отметить, что двуплечий рычаг, являющийся таковым с кинематической точки зрения, с конструктивной точки зрения может иметь вид одноплечего Г-образного рычага (см. фиг.3, 8).
Чтобы выдержать сравнительно большие усилия, толкатель и зубчатая рейка должны взаимодействовать по поверхности достаточной площади. Для этого профиль рабочей поверхности зуба зубчатой рейки имеет в основании зуба форму части окружности, причем профиль толкателя имеет обращенный к зубчатой рейке выступ в форме части окружности того же диаметра, что и на зубчатой рейке.
Все варианты инструмента могут на одноплечих рычагах вокруг их общей оси иметь дополнительные рабочие органы, например дополнительные пассатижные губки, разжимающие губки, кусачки, гильотинные кусачки.
На фиг.1, 2, 3, 6, 7 показаны пять основных кинематических вариантов инструмента, где 1 - первый одноплечий рычаг с зубчатой рейкой 2, 3 - второй одноплечий рычаг, на котором закреплена рукоятка в виде двуплечего рычага 4, в варианте на фиг.7 она закреплена с помощью промежуточного рычага 5, рукоятка подпружинена пружиной 6. В вариантах на фиг.1, 2, 3 на рукоятке имеется звено или толкатель 7. Его пружина не показана вследствие незначительности размеров.
На фиг.4 оказана зубчатая рейка 2 П-образного профиля и звено 7 Е-образного профиля, сваренного из двух швеллеров, со штифтом 8.
На фиг.5 показаны толкатель 7 и зубчатая рейка 2.
На фиг.8 показан инструмент примерно в натуральную величину. На концах одноплечих рычагов 1 и 3 имеются основные рабочие губки 9. Вблизи оси инструмента, соединяющей одноплечие рычаги, имеются дополнительные рабочие органы: дополнительные пассатижные губки 10 для особо сильного (до нескольких тонн) сжатия нужного предмета, разжимающие губки 11 для демонтажа и для снятия пружинных колец, кусачки 12, гильотинные кусачки 13.
Работает инструмент так: при сжимании его в руке сначала сходятся одноплечие рычаги 1 и 3. Если между ними есть пружина, более слабая, чем пружина 6, то она сжимается. После соприкосновения рабочих губок с зажимаемым предметом усилие на рукоятке ступенчато возрастает и, преодолевая усилие пружины 6, начинает двигаться рукоятка 4. При этом она непосредственно входит в зубья зубчатой рейки 2 (на фиг.6, 7) или в зубья входит звено или толкатель 7. За счет большой разницы плеч двуплечего рычага, а на фиг.3, 8 и за счет треугольника сил, на зубчатую рейку действует увеличенное усилие, которое передается основным рабочим губкам 9 и дополнительным рабочим органам.
При раскрывании инструмента после отпускания зажимаемого предмета инструмент на какое-то время зависает в полураскрытом положении, сохраняя зацепление с зубчатой рейкой. Это можно использовать при последовательном зажатии нескольких однотипных предметов, для чего следует не отпускать рукоятку полностью. При полном отпускании рукоятки инструмент раскрывается на всю ширину, определяемую, например, ограничителем 14 на зубчатой рейке.