пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением

Формула изобретения

Пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением, включающее камеру сетевого воздуха, устройство включения подачи сжатого воздуха в камеру сетевого воздуха, полый цилиндр, размещенный в нем ударник, разделяющий полость цилиндра на камеры холостого и рабочего ходов, установленную на одном торце цилиндра со стороны камеры рабочего хода крышку с буртиком, на которую опирается стакан с образованием камеры сетевого воздуха между его днищем и крышкой, установленную в отверстии крышки трубку с постоянно открытым в камеру холостого хода впускным дроссельным каналом, соединяющим камеру сетевого воздуха с камерой холостого хода, кольцевой дроссельный канал впуска в камеру рабочего хода, образованный между боковой поверхностью трубки и отверстием в крышке, аккумуляционную камеру, постоянно сообщенную с камерой рабочего хода посредством радиального перепускного канала в цилиндре, выпускные каналы, выполненные в боковой стенке цилиндра, и рабочий инструмент с хвостовиком, отличающееся тем, что устройство снабжено размещенной в стенке цилиндра со стороны камеры холостого хода непроточной камерой форсажа, сообщенной соответственно постоянно с камерой сетевого воздуха посредством дроссельного канала в крышке, кольцевой проточки и продольного канала в цилиндре, и периодически с камерой холостого хода посредством радиального канала форсажа в стенке цилиндра, при этом расстояние от отсеченной кромки среза канала форсажа до выпускного канала выполнено меньшим длины ударника, а стакан выполнен с кольцевым буртиком, опирающимся на буртик крышки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительных и горных машин ударного действия и может быть использовано при создании ручных пневматических молотков для машиностроения, а также тяжелых пневмоударных машин для разрушения скальных пород и мерзлых грунтов.

Известен пневматический молоток (см., например, а.с. СССР №787632, М Кл. Е21С 3/24, 1980 г.), содержащий рабочий инструмент, ударник с каналом, вскрытым со стороны камеры рабочего хода, расположенный со стороны торца цилиндра, противоположного рабочему инструменту, и со стороны боковой поверхности, каналы впуска и выпуска с кольцевой выточкой в цилиндре и камерой холостого хода со стороны рабочего инструмента, сообщенные между собой каналом в цилиндре, причем кольцевая выточка (камера) со стороны канала выпуска сообщена постоянно с сетью сжатого воздуха и перекрывается ударником периодически.

Указанное и подобные ему технические решения обладают недостатками: кольцевая выточка (камера) и камера холостого хода сообщены постоянно между собой, что обусловливает значительное противодавление со стороны камеры холостого хода и тормозит ударник, снижая его предударную скорость, а следовательно, и кинетическую энергию удара, передаваемую инструменту; канал в ударнике посредством радиального выхода на его боковую поверхность перед ударом перепускает часть воздуха со значительным давлением из камеры рабочего в кольцевую выточку и посредством канала в цилиндре в камеру холостого хода, что также способствует повышению противодавления в камере холостого хода перед соударением ударника с инструментом; канал в ударнике после соударения за счет радиального выхода перепускает часть воздуха из кольцевой камеры, а следовательно, и камеры холостого хода в камеру рабочего хода с более низким давлением воздуха в ней, что существенно снижает импульс давления со стороны камеры холостого хода и не обеспечивает расчетную величину хода ударника, увеличивает время холостого хода, снижает частоту и энергию удара.

Известен также пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением (см., например, патент РФ №2062692, М Кл. В25D 9/04, 1996 г.), содержащий сетевую камеру, рукоятку с устройством включения подачи сжатого воздуха, полый цилиндр, ударник с центральным каналом, камеры холостого и рабочего ходов, пропущенную через центральный канал ударника трубку, крышку с буртиком и центральным сквозным отверстием для проведения через нее трубки, впускной в камеру рабочего хода дроссельный канал, кольцевую аккумуляционную камеру сообщенную с камерой рабочего хода посредством перепускных каналов, выпускные каналы выполненные в боковой стенке цилиндра и рабочий инструмент с хвостовиком.

Указанное пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением принято в качестве прототипа как содержащее наибольшее количество существенных признаков, используемых в предлагаемом техническом решении.

Прототип обладает недостатками: увеличение аккумуляционного объема камеры холостого хода, который должен быть заполнен воздухом из сети через дроссельный канал впуска в трубке, приводит к торможению ударника за счет создания значительного противодавления в камере холостого хода в конце рабочего хода и, следовательно, к потере кинетической энергии ударника, а в начале холостого хода после соударения и увеличения объема камеры холостого хода импульс давления воздуха со стороны камеры холостого хода оказывается недостаточным для обеспечения расчетной величины хода ударника, в результате чего увеличивается время холостого хода и снижается частота ударов при значительном нерациональном расходе воздуха из сети.

Отмеченные недостатки прототипа в целом снижают эффект ударного взаимодействия с обрабатываемой средой.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение эффекта ударного воздействия на обрабатываемую среду путем уменьшения объема собственно камеры холостого хода и закрепления за каналом впуска в трубке функций запуска, чем удается существенно понизить расход воздуха из сети и понизить противодавление в камере в конце холостого хода; выполнение кольцевой непроточной камеры форсажа и сообщения ее объема постоянно дросселем впуска с камерой сетевого воздуха исключает противодавление в камере холостого хода и повышает импульс давления холостого хода, который после сообщения камеры холостого хода и непроточной камеры форсажа увеличится существенно за счет присоединения накопленного в ней воздуха с давлением, близким к сетевому.

При этом необходимо на некотором участке движения ударника перекрыть канал форсажа, сообщающий камеры холостого хода и непроточную камеру форсажа при рабочем ходе и открыть сообщение при холостом ходе. Отмеченное позволит не создавать значительного по величине противодавления воздуха в камере холостого хода перед ударом, а следовательно, увеличить скорость соударения. При разгоне ударника в начальный период холостого хода давление воздуха в камере холостого хода благодаря поступлению его из сетевой камеры по каналу запуска в трубке понизится незначительно, а при открытии форсажного канала давление в камере холостого хода повысится, и ударник, получив дополнительный импульс давления, увеличит скорость своего движения в сторону крышки. Отмеченное позволит сократить время движения ударника при холостом ходе.

Таким образом, для достижения эффекта необходимо изменить координату форсажного канала и непроточную камеру форсажа постоянно сообщить с сетью сжатого воздуха посредством камеры сетевого воздуха.

Поставленная задача решается тем, что пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением включает камеру сетевого воздуха, устройство включения подачи сжатого воздуха в камеру сетевого воздуха, полый цилиндр, размещенный в нем ударник, разделяющий полость цилиндра на камеры холостого и рабочего ходов, установленную на одном торце цилиндра со стороны камеры рабочего хода крышку с буртиком, на которую опирается стакан с образованием камеры сетевого воздуха между его днищем и крышкой, установленную в отверстии крышки трубку с постоянно открытым в камеру холостого хода впускным дроссельным каналом, соединяющим камеру сетевого воздуха с камерой холостого хода, кольцевой дроссельный канал впуска в камеру рабочего хода, образованный между боковой поверхностью трубки и отверстием в крышке, аккумуляционную камеру, постоянно сообщенную с камерой рабочего хода посредством радиального перепускного канала в цилиндре, выпускные каналы, выполненные в боковой стенке цилиндра, и рабочий инструмент с хвостовиком, причем устройство снабжено размещенной в стенке цилиндра со стороны камеры холостого хода непроточной камерой форсажа, сообщенной соответственно постоянно с камерой сетевого воздуха посредством дроссельного канала в крышке, кольцевой проточки и продольного канала в цилиндре, и периодически с камерой холостого хода посредством радиального канала форсажа в стенке цилиндра, при этом расстояние от отсеченной кромки среза канала форсажа до выпускного канала выполнено меньшим длины ударника, а стакан выполнен с кольцевым буртиком, опирающимся на буртик крышки.

На чертеже показано пневматическое устройство ударного действия с частичным продольным разрезом с непроточной камерой форсажа.

Пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением (см. чертеж) содержит полый цилиндр 1 с размещенным в нем ударником 2, разделяющим полость цилиндра на камеры рабочего 3 и холостого 4 ходов, со стороны камеры 3 цилиндр перекрыт крышкой 5 с центральным отверстием 6 для пропуска трубки 7 с дроссельным каналом 8 запуска в камеру 4. Крышка 5 снабжена фланцевым буртиком 9 и уплотнительным буртиком 10, посредством которых она опирается на торец 11 цилиндра 1 и стакан 12, который снабжен кольцевым буртиком 13, обращенным к буртику 10. Крышка 5 снабжена также впускным кольцевым дросселем 14 впуска в камеру 3, образованным боковыми поверхностями отверстия 6 и трубки 7 в виде зазора. Стакан 12 уплотненно и разъемно, например посредством резьбового соединения, закреплен на цилиндре 1 и снабжен каналом 15 от съемного воздухопроводящего устройства 16 включения подачи сжатого воздуха любого известного типа. Между стаканом 12 и крышкой 5 образована камера 17 сетевого воздуха. Внутренняя боковая поверхность стакана 12, буртик 10 крышки 5 и наружная боковая поверхность цилиндра 1 образуют аккумуляционную камеру 18 постоянно сообщенную с камерой 3 посредством радиального перепускного канала 19. Цилиндр 1 снабжен со стороны камеры 4 кольцевой непроточной камерой 20 форсажа, периодически сообщающейся посредством радиального форсажного канала 21 в цилиндре с камерой 4. Радиальный выпускной канал 22, на уровне которого установлено воздухоотбойное кольцо 23 с выпускным каналом, например, в виде щели 24. Камера 17 и камера 4 сообщены постоянно между собой открытой системой каналов: продольным дроссельным каналом 25 в крышке 5, кольцевым каналом 26 на торце цилиндра 1 (или крышки 5), продольным каналом 27 в стенке цилиндра. Между кольцом 23 и цилиндром 1 образована выпускная камера 28. Хвостовик 29 рабочего инструмента 30 установлен в цилиндре со стороны камеры 4 и удерживается от выпадения устройством для его удержания, например в виде обрезиненного металлического колпака 31, закрепленного разъемно относительно цилиндра посредством резьбового или другого известного соединения.

Пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением работает следующим образом.

При включении устройства подачи сжатый воздух поступает по каналу 15 в стакане 12 в камеру 17 сетевого воздуха. Из камеры 17 сетевой воздух поступает в камеру 3 рабочего хода по кольцевому дроссельному каналу 14. Одновременно из камеры 17 сетевой воздух поступает в камеру 4 холостого хода по дроссельному каналу 8 в трубке 7, а также в непроточную камеру 20 форсажа через постоянно открытую систему каналов: продольный дроссельный канал 25, кольцевой канал 26 и продольный канал 27.

По мере перемещения ударника 2 давление в камере 4 холостого хода будет уменьшаться. Это объясняется быстро увеличивающимся объемом камеры 4 при холостом ходе, и она не успевает заполниться сетевым воздухом, поступающим из камеры 17 через дроссельный канал 8 запуска в трубке 7.

При дальнейшем перемещении ударника 2 его боковая поверхность откроет форсажный канал 21, и накопленный в непроточной камере 20 форсажа воздух резко наполнит объем камеры 4, что существенно повысит импульс давления воздуха холостого хода и скорость перемещения ударника.

При дальнейшем перемещении ударника 2 его боковая поверхность откроет выпускной каналы 22. Поскольку выпуск отработавшего воздуха из камеры 4 происходит через выпускной канал определенного проходного сечения, то резкого снижения давления воздуха в камерах 4 и 20 не произойдет, и давление в камере 4 будет поддерживаться расчетным.

Одновременно в камере 3 рабочего хода и сообщенной с ней камере 18 посредством канала 19 начнется процесс сжатия воздуха, отсеченного в них, и воздуха сетевого, вновь поступающего из камеры 17 посредством кольцевого дроссельного канала 14 впуска.

После открытия боковой поверхностью ударника 2 выпускного канала 22 и некоторого последующего его движения давление воздуха в камере 4 холостого хода и сообщенной с ней непроточной камере 20 форсажа плавно понизится до величины атмосферного. Под действием разницы импульсов давлений воздуха в камерах 3 и 4 ударник 2 будет затормаживать свое перемещение. Перемещаясь под действием импульса давление воздуха со стороны камеры 4 и преодолевая некоторое противодавление со стороны камеры 3, ударник продолжает сжимать воздух в камере 3 и сообщенной посредством канала 19 с ней камере 18, включая воздух, поступающий из камеры 17 посредством кольцевого канала 14. При выравнивании силовых импульсов, действующих на ударник со стороны камер 3 и 4, он остановится в расчетной точке. Сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 3 ударник начнет ускоренно перемещаться в сторону хвостовика 29, совершая рабочий ход. При этом в конце холостого и начале рабочего хода ударника давление в камерах 4 и 20 будет оставаться практически равным атмосферному, так как выпускной канал 22 имеет площадь проходного сечения, существенно превышающую площадь канала 27 впуска и дросселя 8 запуска в трубке 7.

При последующем перемещении ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 22, в результате чего начнется повышение давления воздуха, отсеченного в камерах 4 и 20, а также воздуха, вновь нагнетаемого в эти камеры через дроссель 8 запуска в трубке 7 и через дроссельный канал 27 впуска.

При последующем движении ударник 2 перекроет форсажный канал 21 и благодаря натеканию воздуха из камеры 17 через канал 27 давление воздуха в непроточной камере 20 форсажа начнет повышаться до уровня сетевого. После открытия ударником канала 22 давление воздуха в камере 3 рабочего хода и сообщенной с ней камере 18 посредством канала 19 будет снижаться до значения атмосферного давления, несмотря на поступление сетевого воздуха через кольцевой дроссельный канал 14 впуска из камеры 17, так как проходное сечение выпускного канала 22 существенно больше проходного сечения канала 14. Таким образом, отработавший воздух из камер 3 и 18 выпускается в выпускную камеру 28 и через щелевой канал 24 в воздухоотбойном кольце 23 в атмосферу.

По мере совершения ударником рабочего хода давление воздуха в камере 4 и сообщенной с ней посредством форсажного канала 21 камере 20 будет повышаться. При последующем перекрытии ударником 2 форсажного канала 21 камера 4 и камера 20 разобщаются, и давление воздуха в камере 20 начнет повышаться до уровня сетевого посредством натекания его из камеры 17 по открытой системе каналов: продольного канала 25 в крышке 5, кольцевого канала 26 и продольного канала 27 в цилиндре. Однако повышение давления воздуха в камере 20 не будет сказываться на повышении противодавления воздуха в камере 4, поскольку они разобщены. Под действием разницы импульсов давлений в камерах 3 и 4 ударник 2 наносит удар по хвостовику 29 инструмента 30, и описанный рабочий процесс будет повторяться с той лишь разницей, что последующий холостой ход ударника будет формироваться также при участии импульса отскока ударника от хвостовика инструмента.

Выполнение дроссельного канала впуска 25 калиброванным позволяет обеспечивать расчетное давление воздуха в непроточной камере 20 форсажа при перекрытом канале 21 форсажа ударником 2, а при сообщении камеры 4 с атмосферой посредством канала 22 расход воздуха калиброванным каналом 25 впуска и каналом 8 запуска не будет превышать расчетного. Указанное позволяет без увеличения общего расхода воздуха, за счет реализации форсажа при холостом ходе со стороны камеры 4, в совокупности с размещением форсажного канала 21 по отношению к каналу 22 выпуска в стенке цилиндра 1 на участке длиной не более длины ударника 2 снизить противодавление в камере 4 за счет уменьшения проходного сечения канала 8 запуска в трубке 7, переадресовав уменьшенную часть воздуха непроточной камере 20 форсажа посредством дроссельного канала 25 впуска. Снижение противодавления в камере 4 позволит также увеличить длину участка разгона при холостом ходе без увеличения времени цикла, поскольку скорость ударника увеличивается, а время холостого хода его уменьшится за счет действия импульса форсажа, что будет способствовать увеличению участка разгона при рабочем ходе без увеличения его времени, а именно увеличению ударной мощности пневматического устройства ударного действия с дроссельным воздухораспределением и в конечном счете повышению эффективности ударного воздействия на обрабатываемую среду.