устройство ударного действия

Формула изобретения

Устройство ударного действия, содержащее закрытый с обоих торцов цилиндрический корпус, установленный в нем поршень с двусторонним штоком, концы которого размещены в отверстиях торцевых стенок корпуса, при этом шток жестко связан с рабочим инструментом, источник сжатого газа, соединенный с надпоршневым объемом корпуса, узел для удержания поршня в исходном положении и средство для демпфирования, отличающееся тем, что средство для демпфирования образовано перепускной расточкой, выполненной в средней части корпуса, и по крайней мере одним выхлопным пазом на каждом конце штока, при этом ширина расточки A и расстояния от обращенной в надпоршневой объем корпуса кромки боковой поверхности поршня до начала пазов на над- и подпоршневом концах штока B и C соответственно связаны соотношением

A > D,

B A + E + F D,

C C E F,

где D ширина боковой поверхности поршня;

E расстояние от указанной кромки поршня в исходном положении до перепускной расточки;

F расстояние между плоскостью, проходящей через указанную кромку поршня в исходном положении и плоскостью, проходящей через внутреннюю кромку отверстия в торцевой стенке корпуса под надпоршневой конец штока;

C расстояние между плоскостями, проходящими через внутренние кромки отверстий в торцевых стенках корпуса под концы штока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам однократно-периодического действия для обработки материалов ударным воздействием за счет энергии сжатого газа и может быть использовано, в частности, в горной промышленности для разрушения горных пород и дробления негабаритов.

Известны устройства ударного действия, содержащие закрытый цилиндр, установленный в нем поршень, к которому жестко прикреплен посредством штока взаимодействующий с обрабатываемым материалом инструмент, сообщающийся с надпоршневым объемом цилиндра источник сжатого газа, а также средства демпфирования для поглощения избыточной энергии поршня с инструментом и предупреждения разрушения соударяющихся элементов устройства (например, при расколе обрабатываемого куска горной породы). В качестве демпфера в известных устройствах используются эластичная прокладка [5] пружина [1] газовая подушка [2, 3] и гидравлический амортизатор [3]

Недостатками устройств с демпфером, в котором используется эластичная прокладка или пружина, являются сложность конструкции и ограниченная долговечность из-за быстрой изнашиваемости энергопоглощающих элементов. Недостатками устройств с гидравлическим демпфером являются сложность конструкции, недостатком известного устройства [2] с демпфером на газовой подушке сложность конструкции и невысокая надежность из-за малой энергоемкости демпфера.

Известны также пневматические устройства ударного действия, типа шахтерских отбойных молотков, в которых взаимодействующий с обрабатываемым материалом инструмент не связан жестко с поршнем, а установлен свободно или упруго в корпусе устройства. Удары по инструменту наносятся установленным внутри корпуса поршнем-ударником, совершающим частые возвратно-поступательные движения за счет подачи сжатого воздуха то с одной, то с другой стороны. Разрушение обрабатываемого материала, в отличие от устройств однократно периодического действия, производится не за счет одного-двух ударов большой энергии, а за счет накопления микроразрушений в материале под действием серии ударов малой энергии. В таких устройствах проблема демпфирования избыточной энергии удара при включении устройства вхолостую или при расколе обрабатываемого материала также решается путем применения демпферов в виде эластичной прокладки и/или газовой подушки, например устройство [4]

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков является пневмотолкатель [5] который содержит закрытый с обоих торцов цилиндрический корпус, установленный в нем поршень с двухсторонним штоком, концы которого размещены в отверстиях торцовых стенок корпуса, жестко связанный со штоком рабочий инструмент, соединенный с надпоршневым объемом корпуса источник сжатого газа, узел удержания поршня в исходном состоянии и средство для демпфирования, поглощающее избыточную энергию поршня после удара.

Недостатками этого устройства являются сложность конструкции и малая долговечность, вызванные сложностью конструкции и быстрой изнашиваемостью демпфирующего средства, выполненного в виде эластичной прокладки, подвергающейся ударам и трению.

Изобретение направлено на решение технической задачи эффективного (без повреждения каких-либо элементов) демпфирования избыточной энергии поршня при всех возможных случаях срабатывания, вплоть до холостого выстрела, когда необходимо погасить полную энергию поршня путем использования отработавшего газа.

Реализация изобретения позволяет получить технический результат, состоящий в упрощении конструкции устройства и увеличении его долговечности.

Для этого в известном устройстве ударного действия средство для демпфирования образовано перепускной расточкой, выполненной в средней части корпуса, и выхлопными пазами, выполненными на обоих концах штока в количестве один или более. Причем ширина расточки А и расстояния от обращенной в надпоршневой объем корпуса кромки боковой поверхности поршня до начала пазов на над- и подпоршневом концах штока В и С соответственно связаны соотношениями:

А > D

В А + E+ F D;

С G E F, где D ширина боковой поверхности поршня;

Е расстояние от указанной выше кромки поршня в исходном положении до перепускной расточки;

F расстояние между плоскостями, проходящими через указанную выше кромку поршня в исходном положении и через внутреннюю кромку отверстия в торцовой стенке корпуса под надпоршневой конец штока;

G расстояние между плоскостями, проходящими через внутренние кромки отверстий в торцовых стенках корпуса под концы штока.

Это обеспечивает упрощение конструкции, так как устраняется эластичный элемент демпфера и элементы его закрепления, а взамен вводятся легко выполнимые элементы конфигурации имеющегося корпуса и штока; повышается долговечность устройства, так как вновь введенные элементы конфигурации корпуса и штока практически не подвергаются износу.

В предлагаемом устройстве перепад давления газов на поршне, а значит, и усилие торможения образуется сразу в начале пути торможения, а потом возрастает за счет сжатия газа. Это позволяет значительно увеличить энергоемкость демпфера при заданном пути торможения, что повышает надежность устройства за счет повышения запаса по демпфированию.

На чертеже приведена конструктивная схема заявляемого устройства в исходном положении.

Устройство ударного действия содержит закрытый с обоих торцов цилиндрический корпус 1, установленный в нем поршень 2 с двухсторонним штоком 3, концы которого размещены в отверстиях торцовых стенок корпуса, взаимодействующий с обрабатываемым материалом инструмент 4, жестко связанный со штоком 3, узел 5 удержания поршня в исходном состоянии (например, входящий в проточку на штоке подпружиненный конус) и средство для демпфирования, образованное перепускной расточкой корпуса 6 и выполненными на концах штока выхлопными пазами 7 и 8. Устройство содержит также источник сжатого газа (на чертеже не показан), например зарядную камеру с подрываемым при срабатывании устройства зарядом взрывчатого вещества, или воздушный компрессор, или баллон с газом. Источник связан с надпоршневым объемом корпуса 9 и через отверстие 10.

Перепускная расточка выполнена с возможностью сообщения над- и подпоршневых объемов 9 и 11 при движении поршня через расточку, тогда как на участках разгона и торможения поршня эти объемы должны быть разобщены.

Длина участка разгона Е выбирается из условия оптимального сочетания осевого габарита устройства и степени отбора поршнем энергии сжатого газа, так как при увеличении длины Е увеличивается отбор энергии, но при этом увеличивается также и габарит устройства, длина участка торможения Н выбирается из условия неразрушения конструкции при холостом срабатывании, т. е. когда устройство срабатывает при отсутствии обрабатываемого материала и средства демпфирования должны погасить полную энергию поршня.

Выхлопные пазы, выполнены так, чтобы сообщать с окружающей средой подпоршневой объем 11 корпуса на участке разгона поршня, а надпоршневой объем корпуса 9 на участке торможения. При этом на участке перепуска газа через расточку 6 внутренние объемы корпуса должны быть отсечены от окружающей среды. Соблюдение этих условий обеспечивается выполнением приведенных соотношений между размерами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Процесс начинается с подачи порции сжатого газа в надпоршневой объем 9 и от источника через отверстие 10. При этом, если используется источник сжатого газа взрывного типа, то порция газа подается в надпоршневой объем практически мгновенно и движение поршня 2 начинается сразу после этого. В случае использования источника сжатого газа типа компрессор или баллон с запасом газа надпоршневой объем 9 заполняется сравнительно медленно до того момента, когда давление в объеме создает усилие на поршне, превышающее усилие удержания поршня в исходном положении узлом 5. В этот момент поршень срывается с удерживающих его элементов и начинает свое движение. Дальнейший процесс не зависит от типа источника сжатого газа.

Таким образом, поршень разгоняется на участке Е. В процессе разгона подпоршневой объем 11 сообщен с окружающей средой выхлопными пазами 8 для сбрасывания противодавления путем свободного выхода наружу имевшегося в объеме 11 в исходном состоянии газа, а также газа, поступающего туда из объема 9 через зазор между поршнем 2 и корпусом 1.

После разгона поршень выходит в перепускную расточку 6, а пазы 8 выходят из объема 11. В результате, объемы 9 и 11 сообщаются между собой, а объем 11 отсекается от окружающей среды. Газ из объема 9 перепускается в объем 11. На этом участке производится удар по обрабатываемому материалу, скорость поршня резко снижается, и газ успевает равномерно распределиться по объемам 9 и 11.

Далее, если поршень остановится в отскочит назад, то после выхода поршня из перепускной расточки газ в объеме 9 будет заперт поршнем и начнет сжиматься, а из объема 11 газ будет выброшен наружу через вновь открывшиеся выхлопные пазы 8. При этом сразу образуется значительный перепад давления газа на поршне, который затем еще более возрастает и тормозит обратное движение поршня. После того, как поршень остановится, цикл может повториться за счет упругости газа. Но это произойдет уже при значительно меньшем уровне энергии газа вследствие неупругости удара, выхлопа части газа, потерь газа за счет утечек и других потерь энергии. Через 2-3 колебания поршень полностью остановится, и после приведения его в исходное положение, устройство будет готово к очередному срабатыванию.

Если после удара поршень продолжает двигаться вперед вследствие разрушения обрабатываемого материала и избытка энергии поршня, то, как и в первом случае, на участке движения поршня через перепускную расточку газ равномерно распределяется по объемам 9 и 11. Далее газ в объеме 11 запирается поршнем и начинает там сжиматься, а из объема 9 газ сбрасывается наружу через открывшиеся выхлопные пазы 7. В результате сразу образуется значительный перепад давления газа на поршне, который затем еще больше возрастает и тормозит поршень. Так же как и в первом случае вследствие упругости газа, поршень после останова пойдет назад, но уже со значительно меньшей энергией.

После прохождения поршнем перепускной расточки в обратном направлении оставшаяся в объеме 11 часть газа снова перераспределяется между объемами 9 и 11, после чего уже роль тормоза будет играть газ в объеме 9, а из объема 11 газ будет выброшен наружу через пазы 8. После сжатия газа в объеме 9 и останова поршня процесс совершает полный цикл и далее повторяется на значительно меньшем уровне энергии. Через 2-3 колебания поршень полностью остановится, после чего устройство опять может быть приведено в исходное состояние и запущено.