пневматическая машина ударного действия

Формула изобретения

Пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол с выхлопными и перепускными отверстиями, ударный механизм, размещенный в стволе с возможностью осевого перемещения и делящий его на камеры прямого и обратного хода, корпус, в котором размещен ствол, воздухораспределительный механизм, содержащий крышку ствола, установленную на торце ствола, прилегающую к ней коробку клапана и клапан, помещенный в клапанную камеру, стакан, в который помещен воздухораспределительный механизм с образованием между ними кольцевой камеры и питающей камеры, при этом в коробке клапана выполнены каналы обратного хода, сообщающие кольцевую камеру с клапанной камерой, а в крышке ствола выполнены нагнетательные каналы, сообщающие клапанную камеру с камерой прямого хода, пусковое устройство, состоящее из штуцера с клапанным механизмом и плунжера, а также сменный инструмент, имеющий кольцевой буртик и делящий его на шейку и хвостовик, крышку держателя сменного инструмента, выполненную в виде стакана, и держатель сменного инструмента, помещенный внутри крышки между ее основанием и буртиком сменного инструмента, для удержания его от выпадения из ствола, отличающаяся тем, что ствол выполнен из статического и ударного звеньев, установленных телескопически одно в другом с возможностью осевого перемещения, например ударное в статическом, исключающее осевое соударение их между собой, при этом оба звена размещены в упругом корпусе, выполненном из ударопрочного эластичного полимера, который имеет внутренний буртик, образованный соосными расточками большего и меньшего диаметров, и ударное звено установлено в расточке корпуса меньшего диаметра, а статическое звено установлено в расточке корпуса большего диаметра и имеет наружный буртик для взаимодействия с соответствующим буртиком корпуса, а также имеет на наружной цилиндрической поверхности продольные пазы, выполненные по образующим, часть из которых посредством радиальных перепускных отверстий соединена с камерой прямого хода, а другая часть соединена с камерой обратного хода, подклапанное и надклапанное седла, соответственно крышки ствола и коробки клапана выполнены в виде прямого и обратного конусов, а клапан выполнен из эластичного полимера в виде двухлепестковой конструкции, лепестки которой состоят из двух полых усеченных конусов, соединенных неразъемно основаниями друг с другом с образованием внутри конической с обеих сторон камеры, а наружные конические поверхности лепестков соответствуют коническим поверхностям соответственно надклапанного и подклапанного седел и взаимодействуют попеременно с ними, ударный механизм выполнен из двух последовательно расположенных в стволе масс бойка и поршня, имеющих сферические торцы для взаимодействия между собой с образованием между ними промежуточной камеры, крышка держателя сменного инструмента, закрепленная на наружном конце корпуса, выполнена из ударопрочного эластичного полимера в виде полого стакана с внутренней конической расточкой для взаимодействия с соответствующим наружным конусом на корпусе и имеет в основании проходное отверстие, диаметр которого соответствует диаметру буртика на сменном инструменте, держатель сменного инструмента выполнен также из ударопрочного эластичного полимера в виде разрезной втулки, имеющей снаружи буртик для взаимодействия внутри крышки с ее дном и цилиндрическую часть, диаметр которой соответствует диаметру проходного отверстия в основании крышки, в которое он установлен, а внутренний диаметр держателя сменного инструмента соответствует диаметру шейки сменного инструмента, которую он обхватывает.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, более конкретно к пневматическим машинам ударного действия, которые могут быть использованы в строительстве при обработке железобетонных конструкций, скальных пород, твердых и мерзлых грунтов, а также в горном деле и машиностроении.

Известны пневматические машины, например пневматический молоток, содержащий ствол, ударный поршень, размещенный в стволе, держатель рабочего инструмента, также размещенный в стволе с возможностью ограниченного осевого перемещения, крышку держателя рабочего инструмента, навинченную на ствол и удерживающую держатель от выпадания /1/.

Недостатком ее является то, что при работе молотка держатель инструмента, перемещаясь возвратно-поступательно в стволе, контактирует с одной стороны с упором ствола, а с другой стороны с крышкой, что является дополнительным источником вибрации.

Известна также пневматическая машина ударного действия, содержащая корпус с полостью и с впускными и выпускными каналами, ударник, размещенный в полости и делящий ее на камеры рабочего и холостого ходов, с последней из которых сообщается канал вытеснения, а также рабочий инструмент, на котором установлена плавающая букса, поджатая пружиной, при этой в корпусе выполнены буферные аккумулирующие каналы, соединенные с камерой рабочего хода /2/.

Ее недостатком является то, что при движении ударника вниз в камере холостого хода образуется воздушная подушка, давление в которой должно превышать усилие предварительно поджатой пружины. На дальнейшее сжатие этой пружины через воздушную подушку тратится часть кинетической энергии ударника и он тормозится перед ударом. Далее при перемещении плавающей буксы в сторону инструмента открываются выхлопные каналы и весь воздух из камеры холостого хода выбрасывается в атмосферу, поэтому в последующей фазе холостого хода для наполнения камеры холостого хода, чтобы обеспечить быстрый подъем ударника, требуется большее количество сжатого воздуха, что увеличивает расход энергоносителя. Плавающая ограниченно букса, соударяясь с упорами, генерирует дополнительные импульсы вибрации. Кроме того, известно, что все пружины имеют предельную скорость деформации, а при ударе скорости сжатия и растяжения пружин значительно выше предельных, поэтому они быстро разрушаются, что снижает надежность машины.

Наиболее близкой к предлагаемой по своей технической сути является пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол с выхлопными отверстиями, корпус, в котором коаксиально размещен этот ствол с образованием кольцевой камеры между ними, ударник, размещенный в стволе с возможностью осевого перемещения и делящий его на камеры прямого и обратного ходов, воздухораспределительный механизм, установленный на внутреннем торце ствола с одной стороны и поджатый тарельчатой пружиной с другой стороны, клапан, помещенный в клапанной камере внутри воздухораспределительного механизма, стакан с питающей камерой, внутри которого помещен воздухораспределительный механизм с образованием кольцевой возвратной камеры между ними, закрепленный на стволе с одной стороны и помещенный в рукоятку с другой стороны, а также пусковой механизм, содержащий плунжер и шариковый клапан, размещенные в стакане /3/.

Однако она также имеет недостатки, а именно жесткая кинематическая связь буксы со стволом не гасит энергию реактивного удара инструмента по торцу ствола, поэтому он воспринимает ударные колебания во всем спектре частот. Обеспечить плотное сопряжение металлических корпуса и ствола между собой с целью избежать перетечки воздуха между кольцевыми полостями - технически трудоемкий процесс, а плоский металлический клапан и соответствующие ему плоские надклапанное и подклапанное седла в процессе работы могут забиваться пылью, грязью и т.д., что требует дополнительного технического обслуживания в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является снижение уровня вибрации и увеличение эффективности машины за счет увеличения энергии ударов, уменьшения расхода энергоносителя, повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в пневматической машине ударного действия, содержащей ствол с выхлопными и перепускными отверстиями, ударный механизм, размещенный в стволе с возможностью осевого перемещения и делящий его на камеры прямого и обратного ходов, корпус, в котором размещен ствол, воздухораспределительный механизм, содержащий крышку ствола, установленную на торце ствола, прилегающую к ней коробку клапана и клапан, помещенный в клапанную камеру, стакан, в который помещен воздухораспределительный механизм с образованием между ними кольцевой и питающей камер, при этом в коробке клапана выполнены каналы обратного хода, сообщающие кольцевую камеру с клапанной камерой, а в крышке ствола выполнены нагнетательные каналы, сообщающие клапанную камеру с камерой прямого хода, пусковое устройство, состоящее из штуцера с клапанным механизмом и плунжера, а также сменный инструмент, имеющий кольцевой буртик, делящий его на шейку и хвостовик, крышку держателя сменного инструмента, выполненную в виде стакана и держатель сменного инструмента, помещенный внутри крышки между ее основанием и буртиком сменного инструмента для удержания его от выпадения из ствола, ствол выполнен из статического и ударного звеньев, установленных телескопически одно в другом с возможностью осевого перемещения, например ударное в статическом, при этом оба звена размещены в упругом корпусе, выполненном из ударопрочного эластичного полимера, который имеет внутренний буртик, образованный соосными расточками большего и меньшего диаметров, и ударное звено установлено в расточке корпуса меньшего диаметра, а статическое звено установлено в расточке корпуса большего диаметра и имеет наружный буртик для взаимодействия с соответствующим буртиком корпуса, а также имеет на наружной цилиндрической поверхности продольные пазы, выполненные по образующим, часть из которых посредством радиальных перепускных отверстий соединена с камерой прямого хода, а другая часть соединена с камерой обратного хода, подклапанное и надклапанное седла, соответственно крышки ствола и коробки клапана, выполнены в виде прямого и обратного конусов, а клапан выполнен из эластичного полимера в виде двухлепестковой конструкции, лепестки которой состоят из двух полых усеченных конусов, соединенных неразъемно основаниями друг с другом с образованием внутри конической с обеих сторон камеры, а наружные конические поверхности лепестков соответствуют коническим поверхностям надклапанного и подклапанного седел и взаимодействуют попеременно с ними, ударный механизм выполнен из двух последовательно расположенных в стволе масс - бойка и поршня, имеющих сферические торцы для взаимодействия между собой с образованием между ними промежуточной камеры, крышка держателя сменного инструмента, закрепленная на наружном конце корпуса, выполнена из ударопрочного эластичного полимера в виде полого стакана с внутренней конической расточкой для взаимодействия с соответствующим наружным конусом на корпусе и имеет в основании проходное отверстие, диаметр которого соответствует диаметру буртика на сменном инструменте, держатель сменного инструмента выполнен также из ударопрочного эластичного полимера в виде разрезной втулки, имеющей снаружи буртик для взаимодействия внутри крышки с ее дном и цилиндрическую часть, диаметр которой соответствует диаметру проходного отверстия в основании крышки, в которое он установлен, а внутренний диаметр держателя сменного инструмента соответствует диаметру шейки сменного инструмента, которую он обхватывает.

Благодаря тому, что ствол выполнен из двух звеньев - статического и ударного, установленных телескопически одно в другом с возможностью взаимного осевого перемещения без соударения друг с другом, при реактивном ударе инструмента по наружному торцу ударного звена оно перемещается возвратно-поступательно в статическом звене, не передавая ему удар.

Благодаря тому, что ударное звено закреплено в расточке корпуса меньшего диаметра с наружного его конца, а статическое звено, установленное в расточке корпуса большего диаметра, своим внешним буртиком упирается в соответствующий внутренний буртик корпуса, во время реактивного удара инструмента статическое звено в силу инерции остается на месте и вектор силы инерции направлен навстречу ударной волне, поэтому последняя частично гасится в упругом теле корпуса на длине между наружным торцом корпуса и его внутренним буртиком. Это в совокупности приводит к снижению виброактивности машины.

Благодаря тому что на наружной поверхности статического звена ствола по образующим выполнены продольные пазы, часть из которых сообщается через перепускные радиальные отверстия с камерой прямого хода и является ресивером прямого хода, а другая часть пазов является возвратными питающими каналами и сообщается с одной стороны через перепускные радиальные отверстия с камерой холостого хода, а с другой стороны с кольцевым ресивером обратного хода, увеличивается литраж камер прямого и обратного ходов на сумму объемов соответствующих пазов, а ствол приобретает форму полого шлицевого вала, который имеет большую жесткость и прочность, чем простой цилиндр, тем самым увеличивая ресурс машины.

Благодаря тому что подклапанное и надклапанное седла соответственно крышки ствола и коробки клапана выполнены в виде прямого и обратного конусов, они рассекают питающие каналы, которые расположены по траектории концентрической окружности симметрично оси как в крышке ствола, так и в коробке клапана под углом, образуя в сечении овал, длина периметра которого больше, чем длина окружности круга, это позволяет сделать ход клапана меньшим при неизменной условной площади зазора между клапаном и овальными отверстиями, что обеспечивает устойчивый цикл работы машины в широком диапазоне сетевого давления.

Благодаря тому, что клапан выполнен из эластомера в виде двухлепестковой конструкции, лепестки которой состоят из двух полых усеченных конусов, соединенных неразъемно в основании, а конические поверхности первого и второго лепестков соответствуют коническим поверхностям соответственно подклапанного и надклапанного седел и попеременно взаимодействуют с ними, а отверстия, образованные в сечении конусов клапана, обеспечивают питающий канал, то в клапанной камере всегда присутствует сетевой воздух соответствующего давления и каждый из лепестков клапана работает независимо в пределах упругости данной конструкции клапана, тем самым обеспечивая адаптивную работу клапана к камерам прямого и обратного ходов. Осуществляется опережающая отсечка сжатого воздуха при выхлопе и, напротив, соответствующее запаздывание при сжатии воздуха в камере прямого хода, что уменьшает расход энергоносителя, в зазорах между коническими лепестками клапана и соответствующими коническими седлами не задерживается случайно попавшая пыль и грязь, а выдувается по коническим поверхностям в ствол.

Благодаря тому что ударный механизм выполнен из двух последовательно расположенных в стволе масс - бойка и поршня, имеющих сферические торцы для взаимодействия между собой, в фазе холостого хода под воздействием реактивного удара инструмента через боек поршень отскакивает первым вверх, образуя между собой и бойком промежуточную камеру, и далее тормозится, сжимая воздух в камере прямого хода и в сообщающемся с ней ресивере прямого хода, а боек, получивший разгонный импульс сжатым воздухом в камере холостого хода, поднимаясь вверх тормозится воздушной подушкой, образованной в промежуточной камере между ним и поршнем, таким образом, толчок в сторону рукоятки ослабляется двумя воздушными подушками и разделенными массами. В фазе прямого хода поршень движется под действием силы сжатого воздуха в камере прямого хода, а боек получает дополнительное ускорение за счет сжатого воздуха в промежуточной камере, однако при пересечении выхлопных отверстий воздух из промежуточной камеры вытесняется в атмосферу и далее происходит синхронное движение сдвоенных масс поршня и бойка и сдвоенный удар, который эффективен для разрушений как воздействие силовых импульсов высокой частоты.

Благодаря тому что на внутренней стороне кольцевой кромки крышки держателя сменного инструмента, имеющей вид полого стакана, выполнена расточка в виде внутреннего конуса, а на корпусе в месте сопряжения его с крышкой выполнен встречный конус, соответствующий по геометрии внутреннему конусу крышки, обеспечивается высокая сила трения между сопрягающимися с натягом коническими поверхностями, что препятствует отворачиванию крышки при работе в колебательном режиме и нет необходимости в дополнительном фиксаторе, кроме этого, проходное отверстие, выполненное в основании крышки, диаметр которого соответствует диаметру буртика на сменном инструменте, позволяет пропускать через него инструмент в направлении хвостовой части вместе с буртиком, благодаря тому, что держатель инструмента выполнен из эластомера в виде разрезной втулки с наружным буртиком и цилиндрической частью, а внутренний диаметр его соответствует диаметру шейки сменного инструмента, он легко устанавливается на шейке инструмента путем разжимания руками с последующим обхватыванием ее, затем держатель вместе с инструментом своей цилиндрической частью устанавливается в проходное отверстие крышки, а инструмент своим хвостовиком - в ударное звено ствола и крышка навинчивается на корпус. В совокупности это обеспечивает установку и крепление инструмента с любой конфигурацией режущей части, дополнительное глушение инструментальных шумов и герметичность места посадки хвостовика инструмента от пыли и грязи.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая машина соответствует критерию изобретения "Новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в смежных областях техники не позволили авторам выявить технические решения, содержащие сходные признаки, а поэтому заявляемое решение соответствует критерию изобретения "Существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструктивная схема заявляемой машины ударного действия при расположении бойка и поршня в фазе удара, на фиг.2 показана схема машины и взаимное расположение бойка и поршня в фазе холостого хода, на фиг.3 показана схема машины и взаимное расположение бойка и поршня в фазе прямого хода, на фиг.4 и 5 - сечение фиг.2 по Б-Б и по А-А соответственно, на фиг.6 показан механизм воздухораспределения и, наконец, на фиг.7 показан механизм крепления сменного рабочего инструмента от выпадания.

Пневматическая машина ударного действия содержит ствол, состоящий из ударного 1 и статического 2 звеньев, имеющий выхлопные 3 и перепускные 4 отверстия, внешний буртик 5 и наружные, выполненные продольно по образующим пазы, одни из которых 6 образуют ресивер прямого хода, вторые 7 образуют питающие каналы обратного хода, третьи 46 образуют совместно с выхлопными 3 отверстиями выхлопные каналы, упругий корпус 8, выполненный, например, из полиуретана, в котором с натягом установлены /залиты/ ударное и статическое звенья ствола и который имеет внутренний буртик 9 для взаимодействия с буртиком 5 статического звена ствола, воздухораспределительный механизм, помещенный в стакан 10 с образованием кольцевого ресивера 11 между ними и состоящий из крышки 12 ствола, коробки 13 клапана и самого клапана 14, помещенного между ними, при этом в крышке ствола выполнены нагнетательные 15 каналы, осевой подпитывающий 16 канал и подклапанное седло 17 конической формы, а в клапанной коробке выполнены соответствующие каналы 18 обратного хода, имеющие выходы в кольцевую камеру для сообщения ее с клапанной камерой, питающий канал 19 и надклапанное седло 20 конической формы, а клапан выполнен из эластичного полимера в виде двух полых усеченных конических лепестков - верхнего 21 и нижнего 22 согласно фиг.6, неразъемно соединенных между собой основаниями с образованием клапанной камеры 23 между ними, ударный механизм, выполненный из последовательно размещенных в стволе масс - бойка 24 и поршня 25, делящий его на камеры прямого 26 и обратного 27 ходов и промежуточную 28 камеру, пусковой механизм, содержащий плунжер 29 и штуцер 30 с шариковым клапаном 31, размещенные в питающей камере 32 стакана 10, помещенного в рукоятку 33, сменный инструмент 34 с кольцевым буртиком 35, делящим его на шейку 36 и хвостовик 37, помещенный в ударное звено 1 ствола, разрезной держатель 38 сменного инструмента, имеющий снаружи буртик 39 и цилиндрическую часть 40, а внутри круглое осевое отверстие 41 для размещения в нем шейки сменного инструмента, а также крышку 42 держателя сменного инструмента, выполненную в виде полого стакана с осевым проходным отверстием 43 в дне, в которое устанавливается цилиндрическая часть держателя инструмента, а внутри стакана на кольцевой кромке выполнена расточка в виде внутреннего конуса 44 для взаимодействия с соответствующим конусом 45 на корпусе 8 машины.

Работает заявляемая машина следующим образом. Устанавливают сменный инструмент 34, например лопату, в проходное отверстие 43 в крышке 42 держателя, протаскивают его на длину дальше буртика 35, затем разжимают эластичный разрезной держатель 38 и устанавливают его в обхват на шейку 36 инструмента. Далее держатель 38 вместе с инструментом 34 помещают цилиндрической частью 40 в проходное отверстие 43 крышки до упора буртиком 39 в дно крышки, а хвостовик 37 инструмента - в ударное звено 1 ствола и навинчивают крышку 42 на корпус 8 до взаимодействия в натяг прямого конуса 45 на корпусе и обратного конуса 44 на крышке 42. Затем устанавливают машину инструментом 34 на обрабатываемую поверхность и нажимают на рукоятку 33 в осевом направлении. Рукоятка перемещает плунжер 29 внутрь питающей камеры 32 стакана 10. Плунжер 29 взаимодействует с шариковым клапаном 31, утапливая его внутрь штуцера 30, и сжатый воздух поступает в питающую камеру 32. Далее сжатый воздух по питающему каналу 19 через зазор между надклапанным седлом 20 и верхним коническим лепестком 21 попадает в кольцевой ресивер 11 обратного хода, через каналы 18 обратного хода, затем по продольным питающим каналам 7 и по перепускным отверстиям 4 воздух попадает в камеру 27 обратного хода. Боек 24 и поршень 25 начинают подниматься вверх в сторону камеры 26 прямого хода. Воздух, отсеченный в камере 26 прямого хода, после перекрытия ударным механизмом выхлопных отверстий 3 вытесняется через перепускные отверстия 4 в продольные пазы 6, образующие в совокупности ресивер прямого хода, сжимается в камере 26 прямого хода и ресивере до величины, равной величине давления сжатого воздуха в клапанной камере 23. После того как ударный механизм откроет выхлопные отверстия 3, воздух из камеры 27 обратного хода и сообщающихся с ней коммуникаций вытечет наружу, верхний лепесток 21 клапана 14 в силу разности давлений в клапанной камере 23 и кольцевом ресивере 11 обратного хода, а также в силу податливости материала клапана и малого хода его перебросится на надклапанное седло 20, а нижний лепесток 22 будет оставаться на подклапанном седле 17 до тех пор, пока давление воздуха в камере 26 прямого хода и соответствующем ресивере не превысит величину давления сжатого воздуха в клапанной камере 23. После переброски нижнего лепестка 22 и остановки ударного механизма в верхней точке начинается рабочая фаза ударного цикла. Сжатый воздух через питающие каналы 19, проходя клапанную камеру 23, попадает в щелевой зазор между нижним лепестком 22 клапана 14 и подклапанным седлом 17 и далее по нагнетательным каналам 15 в камеру 26 прямого хода. В камере прямого хода сжатый воздух, расширяясь, начинает ускоренно разгонять ударный механизм. В фазе холостого хода и в фазе прямого хода боек 24 и поршень 25 расходятся между собой, образуя промежуточную камеру 28, но перед ударом при пересечении ударным механизмом выхлопных отверстий 3 воздух из нее вытесняется, а поршень и боек смыкаются и совершают по торцу хвостовика 37 инструмента 34 сдвоенный удар. Структура удара получается высокочастотной с растянутым во времени воздействием на объект обработки. При отскоке инструмента реактивный удар его воздействует через боек 24 на поршень 25 и последний, получив ускорение, отскакивает от бойка и начинает движение в сторону камеры 26 прямого хода, а перебросившийся вверх лепесток 21 клапана 14 открывает путь сжатому воздуху через вышеописанные коммуникации обратного хода под боек 24 в камеру 27 обратного хода. Далее продолжается циклическая работа машины по описанному алгоритму.

Основным преимуществом заявляемой машины ударного действия по сравнению с прототипом является снижение вибрации на рукоятке и повышение эффективности за счет изменения структуры удара, снижения расхода сжатого воздуха и увеличения надежности ее.

Это достигается тем, что ствол состоит из телескопически установленных и кинематически не связанных в осевом направлении друг с другом ударного и статического звеньев, при этом статическое звено не испытывает непосредственный торцевой удар, что ослабляет вибрацию, продольные по образующей снаружи статического звена пазы обеспечивают, кроме ресивера прямого хода и питающих каналов обратного хода, жесткость при изгибающих и ударных нагрузках, что увеличивает надежность ствола в целом, удар сдвоенной массой бойка и поршня обеспечивает высокочастотное воздействие на объект обработки и более продолжительное, чем при жестком ударе, при этом поршень при реактивном ударе инструмента принимает часть реактивной энергии, уменьшая воздействие инструмента на ствол, двухлепестковый полый и эластичный клапан, выполненный в виде конических разнонаправленных лепестков с образованием клапанной камеры между ними, обеспечивает гистерезис в срабатывании лепестков на открывание и закрывание каналов для выполнения обратного и прямого ходов, что обеспечивает снижение расхода сжатого воздуха, конические надклапанное и подклапанное седла позволяют уменьшить ход клапана при неизменном условном диаметре в сечении нагнетательных и питающих каналов, что обеспечивает устойчивую работу машины, при этом случайно попавшие в клапанное пространство пыль и грязь не задерживаются на конических поверхностях, а выдуваются сжатым воздухом, разрезной эластичный держатель инструмента, установленный в проходное отверстие крышки, позволяет удерживать от выпадения инструмент с любой конфигурацией режущей части, а внутренний конус на крышке и встречный конус на корпусе при взаимодействии обеспечивают высокую силу трения, стопорящую крышку от отворачивания при тряске.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1390011, В 25 D 17/08, В 25 D 17/28, 1988 г. - аналог.

2. Авторское свидетельство СССР №1402423, В 25 D 9/26, 1988 г. - аналог.

3. Патент РФ №2175909, В 25 D 9/00, 1999 г. - прототип.