пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением

Формула изобретения

Пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением, включающее камеру сетевого воздуха, предкамеру, 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, трубку с постоянно открытым впускным каналом, соединяющим предкамеру с камерой холостого хода, стакан с кольцевым буртиком, обращенным к буртику крышки, кольцевую непроточную камеру форсажа, размещенную в стенке цилиндра со стороны камеры холостого хода, канал форсажа, сообщающий периодически непроточную камеру форсажа с камерой холостого хода, выполненный в стенке цилиндра в виде радиального канала, выпускные каналы, выполненные в боковой стенке цилиндра, и рабочий инструмент с хвостовиком, отличающееся тем, что ударник выполнен с внутренней и внешней камерами-выточками, сообщенными между собой постоянно посредством канала перепуска, и расстояние от отсеченной кромки среза канала форсажа до выпускного канала выполнено большим длины внешней камеры-выточки на ударнике, а на боковой поверхности трубки выполнен радиальный канал, периодически сообщающий внутреннюю камеру-выточку в ударнике с продольным каналом трубки, и продольный канал трубки со стороны инструмента снабжен каналом-дросселем запуска.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое 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, МКл Е21С 3/24, 1980 г.), содержащий рабочий инструмент, ударник с каналом, вскрытым со стороны камеры рабочего хода, расположенной 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 хода 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.

Известно также пневматичекое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением (см., например, а.с. СССР №1235719, МКл В25D 9/14, 1986 г. - прототип), содержащее камеру сетевого воздуха, предкамеру, устройство включения подачи сжатого воздуха в камеру сетевого воздуха, полый цилиндр, размещенный в нем ударник, разделяющий полость цилиндра на камеры холостого и рабочего ходов, кольцевую выточку, расположенную со стороны камеры холостого хода и соединенную с ней постоянно перепускным каналом, установленную на одном торце цилиндра со стороны камеры рабочего хода крышку с буртиком, трубку с каналом-лыской на боковой поверхности и постоянно открытым впускным каналом, соединяющим предкамеру с камерой холостого хода, стакан с кольцевым буртиком, обращенным к буртику крышки, 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: жестко закрепленная относительно корпуса трубка подвода воздуха в камеру холостого хода, что требует исполнения цилиндра, трубки и ударника с одной установки, чтобы обеспечить соосность перечисленных деталей, что сделать практически невозможно, а три посадки этих деталей относительно друг друга приводят их к перекосам, торможению ударника и поломке трубки; сообщение кольцевой выточки и камеры холостого хода посредством канала перепуска в перешейке между камерами увеличивает аккумуляционный объем, который должен быть заполнен воздухом из сети через дроссельный канал впуска в трубке, однако это приводит к торможению ударника за счет создания значительного противодавления в камере холостого хода и сообщенной с ней кольцевой выточке в конце рабочего хода, что приводит 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; наличие канала-паза (или лыски) на боковой поверхности трубки приводит в данном техническом решении к отбору воздуха из камеры холостого хода и перепускает его в камеру рабочего хода, что приводит к снижению импульса давления воздуха со стороны камеры холостого хода и, как следствие, к увеличению времени холостого хода и уменьшению хода ударника, а в итоге к снижению частоты и энергии удара.

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 закреплением за каналом впуска в трубке функций запуска, чем существенно понизить расход воздуха из сети и понизить противодавление в камере холостого хода; закрепление за кольцевой выточкой (камерой) функций непроточной камеры форсажа и сообщения ее объема постоянно дросселем впуска с камерой сетевого воздуха, чем исключить противодавление в камере холостого хода; исключение канала перепуска между камерами холостого и рабочего ходов в виде паза (или лыски), что сохранит 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 канала форсажа 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 непроточную камеру форсажа со стороны камеры холостого хода сообщить посредством канала впуска в трубке с камерой сетевого воздуха.

Поставленная задача решается тем, что пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением включает камеру сетевого воздуха, предкамеру, 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, трубку с постоянно открытым впускным каналом, соединяющим предкамеру с камерой холостого хода, стакан с кольцевым буртиком, обращенным к буртику крышки, кольцевую непроточную камеру форсажа, размещенную в стенке цилиндра со стороны камеры холостого хода, канал форсажа, сообщающий периодически непроточную камеру форсажа с камерой холостого хода, выполненный в стенке цилиндра в виде радиального канала, выпускные каналы, выполненные в боковой стенке цилиндра, и рабочий инструмент с хвостовиком, причем ударник выполнен с внутренней и внешней камерами-выточками, сообщенными между собой постоянно посредством канала перепуска и так, что расстояние от отсеченной кромки среза канала форсажа до выпускного канала выполнено большим длины внешней камеры выточки на ударнике, а на боковой поверхности трубки выполнен радиальный канал, периодически сообщающий внутреннюю камеру-выточку в ударнике с продольным каналом трубки, и продольный канал трубки со стороны инструмента снабжен каналом-дросселем запуска.

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. В ударнике 2 выполнена внутренняя 5 и внешняя 6 камеры-выточки, сообщенные между собой каналом перепуска 7. Со стороны камеры 3 цилиндр перекрыт крышкой 8 с центральным отверстием 9 для пропуска трубки 10 с дроссельным каналом 11, снабженным каналом-дросселем 12 запуска в камеру 4 и радиальным каналом 13 для периодического сообщения с камерой-выточкой 5. Крышка 8 снабжена фланцевым буртиком 14 и уплотнительным буртиком 15, посредством которых она опирается на торец 16 цилиндра 1 и стакан 17, который снабжен кольцевым ступенчатым буртиком 18, обращенным к буртику 15. Крышка 8 снабжена также кольцевым дросселем 19 впуска в камеру 3, образованным боковыми поверхностями отверстия 9 и трубки 10 в виде зазора. Стакан 17 уплотненно и разъемно, например посредством резьбового соединения, закреплен на цилиндре 1 и снабжен каналом 20, постоянно сообщающим камеру 21 сетевого воздуха, образованную торцевой площадкой воздухораспределительного устройства 22 любого известного типа со стаканом 17, разъемно соединенных между собой. Крышка 8 с торцем стакана 17 со стороны буртика 18 образует предкамеру 23, постоянно сообщенную каналом 20 с камерой 21 сетевого воздуха, соединенную каналом 24 с сетью сжатого воздуха посредством воздухораспределительного устройства 22. Внутренняя боковая поверхность стакана 17 и наружная боковая поверхность цилиндра 1 образуют аккумуляционную камеру 25, постоянно сообщенную с камерой 3 посредством радиального перепускного канала 26. Цилиндр 1 снабжен со стороны камеры 4 кольцевой непроточной камерой 27 форсажа, периодически сообщающейся посредством радиального канала 28 форсажа в цилиндре с камерой 4. Радиальный выпускной канал 29, на уровне которого установлено воздухоотбойное кольцо 30 с выпускным каналом, например, в виде щели 31. Между кольцом 30 и цилиндром 1 образована выпускная камера 32. Хвостовик 33 рабочего инструмента 34 установлен в цилиндре со стороны камеры 4 и удерживается от выпадения устройством для его удержания, например, в виде обрезиненного металлического колпака 35, закрепленного разъемно относительно цилиндра посредством резьбового или другого известного соединения.

Пневматическое устройство ударного действия с дроссельным воздухораспределением работает следующим образом.

При включении устройства 22 подачи сжатый воздух поступает по каналу 24 в камеру 21 сетевого воздуха, откуда через канал 20 в предкамеру 23 и далее сетевой воздух поступает в камеру 3 рабочего хода по кольцевому дроссельному каналу 19. Одновременно из предкамеры 23 сетевой воздух поступает в камеру 4 холостого хода по дроссельному каналу 11 в трубке 10 через канал-дроссель 12 запуска, а также в непроточную камеру 27 форсажа через проточную систему каналов: продольный канал 11 и радиальный канал 13 в трубке 10, внутреннюю кольцевую камеру-выточку 5 ударника, перепускной канал 7, внешнюю кольцевую камеру-выточку 6 ударника и радиальный канал 28. Благодаря отмеченной проточной системе непроточная камера 27 форсажа заполняется воздухом с давлением, близким к сетевому.

По мере перемещения ударника 2 перекроется радиальный канал 28, сохранив давление воздуха, равное сетевому в камере 27 форсажа.

По мере дальнейшего 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 24 через канал-дроссель 12 запуска в трубке 10, а при открытии радиального канала 13 камера 4 будет наполнятся воздухом более интенсивно, что повысит импульс давления в ней.

При дальнейшем перемещении ударника 2 его боковая поверхность откроет канал 28 форсажа и накопленный в непроточной камере 27 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 канал 29. Поскольку выпуск отработавшего воздуха из камеры 4 происходит через выпускной канал определенного проходного сечения, то резкого снижения давления воздуха в камерах 4 и 27 не произойдет, и давление в камере 4 будет поддерживаться расчетным.

Одновременно в камере 3 рабочего хода и сообщенной с ней камерой 25 посредством канала 26 начнется процесс сжатия воздуха, отсеченного в них, и воздуха сетевого, вновь поступающего из камеры 23 посредством кольцевого дроссельного канала 19 впуска.

После открытия боковой поверхностью ударника 2 выпускного канала 29 и некоторого последующего его движения давление воздуха в камере 4 холостого хода и сообщенной с ней непроточной камере 27 форсажа плавно, за счет поступления из камеры 23 воздуха посредством каналов 11, 13 и 12 трубки, понизится до величины атмосферного. Под действием разницы импульсов давлений воздуха в камерах 3 и 4 ударник 2 будет затормаживать свое движение. 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 сообщенную посредством канала 26 с ней камеру 25, включая воздух, поступающий из камеры 23 посредством кольцевого канала 19. После перекрытия канала 26 ударником 2 и 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 33, совершая рабочий ход. Ударник 2 открывает канал 26 и камеры 3 и 25 сообщаются между собой и давления воздуха в них выравниваются, при этом в конце холостого и начале рабочего хода ударника давление в камерах 4 и 27 будет оставаться практически равным атмосферному, так как выпускной канал 29 имеет площадь проходного сечения, существенно превышающую площади канала-дросселя 12 запуска и радиального канала 13 в трубке 10.

При последующем перемещении ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 29, в результате чего начнется повышение давления воздуха, отсеченного в камере 4 и 27, а также воздуха, вновь натекаемого в эти камеры через канал-дроссель 12 запуска и радиальный канал 13 трубке 10. После перекрытия ударником 2 каналов 13 и 28 воздух в камеру 4 будет поступать только через канал дроссель 12, не создавая со стороны камеры 4 существенного противодавления и сил торможения ударника.

По мере перемещения ударник 2 перекроет канал 28 и разобщит камеры 4 и 27, далее откроет проточную систему каналов: радиальный канал 13 в трубке 10, внутреннюю кольцевую камеру-выточку 5 ударника, перепускной канал 7, внешнюю кольцевую камеру-выточку 6, радиальный канал 28 форсажа. Благодаря проточной системе каналов непроточная камера 27 форсажа будет заполняться воздухом посредством поступления его по каналу 11 трубки 10 до давления, близкого по величине давлению его в камере 23. После открытия ударником 2 канала 29 давление воздуха в камере 3 рабочего хода и сообщенной с ней камере 25 посредством канала 26 будет снижаться до значения атмосферного давления, несмотря на поступление сетевого воздуха через кольцевой дроссельный канал 19 впуска из камеры 23, так как проходное сечение выпускного канала 29 существенно больше проходного сечения канала 19. Таким образом, отработавший воздух из камер 3 и 25 выпускается посредством канала 29 в выпускную камеру 32 и через щелевой канал 31 в воздухоотбойном кольце 30 в атмосферу.

Под действием разницы импульсов давлений в камерах 3 и 4 ударник 2, преодолевая противодавление со стороны камеры 4, наносит удар по хвостовику 33 инструмента 34 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 высоты внешней камеры-выточки 6 меньшей расстояния от отсеченной кромки среза форсажного канала 28 до выпускного канала 29 и выполнение дроссельного канала впуска 7 калиброванным позволяет обеспечить расчетное давление воздуха в непроточной камере 27 форсажа при нахождении ударника 2 в камере 4 между хвостовиком 33 и выпускным отверстием 29, а при сообщении камеры 4 с атмосферой посредством канала 29 расход воздуха каналами 12 и 13 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 канала 28 форсажа по отношению к каналу 29 выпуска в стенке цилиндра 1 на участке длиной не более длины ударника 2 снизить противодавление в камере 4 за счет уменьшения проходного сечения канала 12 в трубке 10.

Снижение противодавления в камере 4 позволит увеличить длину участка разгона при холостом ходе без увеличения времени холостого хода за счет действия импульса форсажа, а при рабочем ходе на этом же участке разгона ударника за счет снижения противодавления со стороны камеры 4 также сократить время цикла, чем повысить частоту ударов пневматического устройства ударного действия с дроссельным воздухораспределением, а при достаточной энергии единичного удара повысить эффективность ударного воздействия на обрабатываемую среду.