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.
Известен пневматический молоток (см. а.с. СССР №1172692, МПК B25D9/04, опубл. 15.08.1985), содержащий цилиндрический корпус с рукояткой, выпускными клапанами, проточной камерой, постоянного сообщающимся воздухоотводящим клапаном с сетью сжатого воздуха, ударником, разделяющий полость корпуса на камеру рабочего хода, постоянно сообщающийся с проточной камерой и попеременно сообщающейся с атмосферой, и дроссель, и перегородку с центральным отверстием, образующей с корпусом и рукояткой проточной камеру, и коаксиально установленным корпусу с закрепленным в центральном отверстии перегородки стержнем. В стержне выполнены дополнительные воздухоподводящий канал к камере холостого хода, постоянно сообщающей 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 описанной конструкции являются:
- стержень-трубка является двухканальной, один из каналов является воздухоподводящим в камеру холостого хода, другой канал воздухоотводящим с существенно большим проходом сечения, чем воздухоподводящий, что приводит к увеличению диаметрального сечения стержня и ударника, а, следовательно, 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 пневматический молот с пневмоударным механизмом дроссельно-клапанного типа, (см. патент РФ №2603525, МПК B25D 9/04, Е21С 37/24, опубл. 27.11.2016, Бюл. №33), содержащий корпус с цилиндрической полостью, рабочий инструмент с хвостовиком, стакан с центральным отверстием и каналом подвода воздуха из сети, закрепленный разъемно относительно корпуса, кольцевой фланец с центральным отверстием и дроссельным каналом впуска, торцевую предкамеру, образованную между стаканом и кольцевым фланцем, размещенный в цилиндрической полости корпуса ударник, имеющий сквозное осевое отверстие и канал-пазом перепуска, на торце ударника со стороны кольцевого фланца и боковой поверхности ударника размещающий цилиндрическую полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов и стержень-трубку, установленную в центральном отверстии кольцевого фланца, и пропущенную через центральное осевое отверстие в стакане и закрепленную относительно его, при этом в камере холостого хода выполнена выточка, взаимодействующая с каналом перепуска на его боковой поверхности и в стержне-трубке выполнен с возможностью открытия торцом ударника со стороны хвостовика рабочего инструмента радиальный канал выпуска с его продолжением виде осевого продольного канала выпуска в атмосферу, между стаканом и цилиндрическим корпусом образована кольцевая камера форсажа, кольцевой фланец снабжен боковой стенкой с выполненной в ней радиальным каналам перепуска для постоянного сообщения торцевой предкамеры с кольцевой камерой форсажа, а в камере рабочего хода со стороны кольцевого фланца выполнены кольцевая камера торможения и кольцевая распределительная камера в виде выточек, разделенных буртиком, в стенке корпуса на уровне кольцевой распределительной камеры выполнены сквозные перепускные каналы для постоянного сообщения ее кольцевой камерой форсажа, причем камера холостого хода сообщена с кольцевой распределительной камерой и кольцевой камерой торможения, в положении ударника опертого на хвостовик рабочего инструмента.
Недостатком этого устройства является: канал-паз перепуска на боковой поверхности ударника выполнен прямым, параллельно образующей ударника, что обуславливает при рабочем ходе резкое наполнение объема камеры холостого хода при ее сообщении с распределительной камерой и приводит к преждевременному возрастанию противодавления и затормаживанию ударника перед ударом, потере предударной скорости и энергии удара; при холостом ходе быстрое прохождение ударником участка, при котором поступает недостаточное количество сжатого воздуха для формирования силового импульса холостого хода, что преждевременно затормаживает ударник и приводит к уменьшению его перемещения, которое при рабочем ходе отрицательно влияет на процесс разгона ударника и, как следствие, приводит к потере его кинетической энергии. Следствием приведенного недостатка является снижение КПД пневматического молота из-за потери энергии удара, являющейся его основным параметром.
Недостаток прототипа исключается полностью или частично, если регулировать резкую и кратковременную подачу воздуха в процессе его перепуска из распределительной камеры в камеру холостого хода, путем удлинения процесса перепуска во времени без изменения габаритных размеров канал-паза перепуска на боковой поверхности ударника, что удлинит процесс расширения воздуха и позволит более полно использовать внутреннюю энергию сжатого воздуха со стороны рабочих камер пневматического молота.
Задачей заявляемого изобретения является повышение КПД пневматического молота за счет удлинения процесса расширения воздуха со стороны его рабочих камер.
Поставленная задача решается тем, что пневматический молот с пневмоударным механизмом дроссельно-клапанного типа, содержащий 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 канала-лыски или канала-паза 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 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 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, канал-паз перепуска на боковой поверхности ударника выполнен в виде винтового канал-паза, с образованием впадин с поперечным сечением квадратной формы и выступов сопряженных между собой.
Заявляемый порядок перепуска воздуха между камерами позволит более полно использовать внутреннюю энергию сжатого воздуха в рабочем процессе пневматического молота и реализовать большую по величине кинетическую энергию удара, и уменьшить расход воздуха из сети.
Исполнение пневматического молота поясняется чертежом, где представлен его продольный разрез.
Пневматический молот содержит корпус 1 с цилиндрической полостью 2, ударник 3, разделяющий цилиндрическую полость 2 на камеры рабочего хода 4 и камеру холостого хода 5, рабочий инструмент 6 с хвостовиком 7 со стороны камеры холостого хода, закрепленный относительно корпуса 1 стакан 8 с осевым сквозным каналом 9 и каналом подвода сетевого воздуха 10, уплотнено установленный на торце 11 корпуса 1, кольцевой фланец 12 с боковой стенкой 13, радиальным каналом перепуска 14 и центральным сквозным отверстием 15, дроссельным каналом впуска сетевого воздуха 16 из торцевой предкамеры сетевого воздуха 17, образованной между кольцевым фланцем 12 с боковыми стенками 13 и стаканом 8. Ударник 3 выполнен с осевым сквозным каналом 18 и винтовым канал-пазом перепуска 19 на его боковой поверхности. В осевом сквозном канале 18 установлен стержень-трубка 20 с радиальным каналом выпуска 21 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 пропущен 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 форсажа 23, постоянно сообщенная с торцевой предкамерой сетевого воздуха 17 радиальным каналом перепуска 14 в боковой стенке 13 кольцевого фланца 12. В камере рабочего хода 4 со стороны кольцевого фланца 12 выполнены кольцевая камера торможения 24 и кольцевая распределительная камера 25, образованные выточками 26 и 27 со сквозными радиальными перепускными каналами 28 и 29 в стенке корпуса 1, разделенные внутренним кольцевым буртиком 30 и так, что суммарная длина выточек 26, 27 и буртика 30 не превышает длины проекции винтового канала-паза 19. В камере холостого хода 5 выполнена кольцевая выточка 31 с отсекающим буртиком 32. Кольцевая распределительная камера 25 и кольцевая камера торможения 24 в положении ударника 3, опертого на хвостовик 7, сообщаются с кольцевой камерой холостого хода 5, а в положении ударника 3 на уровне буртика 30 между кольцевыми камерами 25 и 24, винтовой канал-паз перепуска 19 сообщает их между собой. Винтовой канал-паз 19 перепуска с выходом на боковую поверхность ударника 3 и его торец со стороны камеры 4 может быть выполнен в виде винтового канал-паза однозаходного, либо винтового канал-паза многозаходного с поперечным сечением квадратной формы с образованием впадин и выступов, сопряженных между собой. Пневматический молот работает следующим образом. После включения устройства пуска, сжатый воздух посредством пневматического рукава подается через канал 10 в торцевую предкамеру сетевого воздуха 17. Далее воздух из торцевой предкамеры поступает одновременно через радиальный канал перепуска 14 в кольцевую камеру форсажа 28, посредством дроссельного канала 16 в камеру рабочего хода 4 и соединенные с ней кольцевую камеру торможения 24 и кольцевую распределительную камеру 25, а также через винтовой канал-паз перепуска 19 в камеру холостого хода 5 со стороны хвостовика 7 рабочего инструмента 6. Одновременно воздух из кольцевой камеры форсажа 23 посредством сквозных перепускных каналов 28 и 29 поступает в кольцевую распределительную камеру 25 и кольцевую камеру торможения 24, и далее через винтовой канал-паз перепуска 19 в кольцевую камеру холостого хода 5. За счет динамического напора потоков воздуха со стороны камер 4, 24 и 25 в замкнутом объеме камеры холостого хода 5 давление воздуха в объеме камеры повышается. При этом со стороны камеры рабочего хода 4 давление воздуха будет меньшим из-за проточности камер 4, 24 и 25 в значительно большем ее суммарном объеме в сравнении с объемом камеры холостого хода 5. Таким образом, из-за разницы давлений со стороны камеры рабочего хода 4 и камеры холостого хода 5, ударник 3 начнет движение в сторону камеры рабочего хода 4. Преодолевая противодавление воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 25 и кольцевой камеры торможения 24, ударник 3 совершает холостой ход. Перемещаясь в сторону камеры рабочего хода 4, ударник 3 перекроет кольцевой буртик 30 в корпусе 1, и перекроет доступ воздуха в камеру холостого хода 5 из кольцевых камер 25 и 24. Продолжая движение, ударник 3 перекроет буртик 32 в выточке 31 корпуса 1 и откроет винтовой канал-паз перепуска 19, в результате чего кольцевая камера торможения 24 сообщится с кольцевой распределительной камерой 25, что понизит давление воздуха в камере 24 и снизит противодавление воздуха на ударник 3 со стороны камеры рабочего хода 4. С этого момента ударник 3 откроет своим торцом со стороны камеры холостого хода 5 выпускной радиальный канал 21 в стержне-трубке 20 и посредством продольного осевого канала 22 камера холостого хода 5 сообщается с атмосферой. В результате этого давление воздуха в камере холостого хода 5 понизится до атмосферного. Перемещаясь по инерции, ударник 3 будет затормаживаться и остановится в расчетном положении без открытия сообщения между кольцевой распределительной камерой 25 и камерой холостого хода 5. Таким образом, камера рабочего хода 4 и кольцевые камеры 25 и 24 не сообщаются с атмосферой.
После остановки под действием сил давления воздуха со стороны камеры рабочего хода 4 и камеры торможения 24 ударник 3 начнет движение в сторону хвостовика 7 инструмента 6. При отсутствии противодавления воздуха со стороны камеры холостого хода 5 и при поступлении воздуха из торцевой предкамеры сетевого воздуха 17 через дроссельный канал 16 и воздуха из кольцевой камеры форсажа 23 через сквозные перепускные каналы 28 и 29, а также воздуха, поступающего из кольцевой распределительной камеры 25, поступающего через винтовой канал-паз перепуска 19, обтекая кольцевой буртик 30, поступает в кольцевую камеру торможения 24. Под действием сил давления воздуха со стороны камеры рабочего хода 4 и кольцевой камеры торможения 24, ударник 3 будет перемещаться ускоренно в сторону камеры холостого хода 5, совершая рабочий ход. Перемещаясь в сторону камеры холостого хода 5, ударник 3 перекроет радиальный канал выпуска 21 и сообщение с атмосферой кольцевой камеры холостого хода 5 посредством продольного осевого канала 22 прекратится. Перемещаясь далее к хвостовику 7 рабочего инструмента 6, ударник 3 открывает винтовой канал-паз перепуска 19 со стороны выточки 32 камеры холостого хода 5, обеспечивая тем самым доступ сжатого воздуха из кольцевых камер 25 и 24 в камеру холостого хода и повышая в ней количество и давление воздуха. Преодолевая противодавление воздуха со стороны камеры холостого хода 5, ударник 3, под действием сил давления со стороны кольцевых камер 25 и 24, 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 рабочего хода 4. Далее рабочий цикл повторяется.
Использование заявляемого изобретения позволяет отработавший воздух выпускать только из камеры холостого хода, обеспечить рациональное воздухораспределение и осуществить устойчивый режим работы пневматического молота с повышенной кинетической энергией удара и сниженным расходом воздуха.