Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением

 

Изобретение относится к области горных и строительных машин ударного действия. Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением имеет корпус и рабочий инструмент. Ударник разделяет центральный канал на камеры рабочего и холостого ходов. Стакан, расположенный в рукоятке, имеет промежуточный радиальный кольцевой буртик. Буртик разделяет стакан на аккумуляционную и кольцевую камеры. Впускной радиальный дроссельный канал камеры рабочего хода сообщает камеру рабочего хода с кольцевой камерой сетевого воздуха. Впускной радиальный дроссельный канал камеры холостого хода сообщен с продольным воздухопроводящим каналом. Оба канала выполнены в стенке корпуса, постоянно сообщают камеры холостого хода и сетевого воздуха. Радиальные выпускные каналы и разрезное воздухоотбойное кольцо с выпускным каналом образуют с корпусом выпускную проточную камеру. В промежуточном радиальном кольцевом буртике выполнен дополнительный дроссельный канал запуска. Канал запуска постоянно сообщает между собой аккумуляционную камеру и кольцевую камеру сетевого воздуха и обеспечивает формирование силового импульса при расположении ударника в аккумуляционной камере. Задача изобретения - уменьшение расхода сжатого воздуха и повышение КПД. 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

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

Известен пневматический молоток (см., например, а.с. СССР N 404323, Кл. B 25 D 9/04, E 21 C 3/24, 1977), содержащий цилиндр, разделенный ударником на камеры холостого и рабочего ходов, основное выхлопное отверстие и систему каналов, постоянно сообщающих камеры с сетью сжатого воздуха и периодически с атмосферой, в цилиндре выполнены выхлопные дроссели, расположенные ниже и выше основного выхлопного отверстия.

Указанное техническое решение обладает недостатком: впускной дроссельный канал постоянно открыт со стороны рабочего хода. В начале и в течение всего рабочего хода ударника натекаемое количество сжатого воздуха из сети способствует повышению ударного импульса, однако в конце холостого хода возникает импульс повышенного противодавления, что приводит к преждевременному торможению ударника и снижению его потенциальной энергии, обусловленной меньшим ходом и меньшим участком разгона при рабочем ходе.

Известен также пневматический молоток (см. , например, а.с. СССР N 1201123, Мкл. B 25 D 9/04, 1985), содержащий цилиндрический корпус с размещенными в нем камерами рабочего и холостого ходов, камерами аккумуляционной и амортизационной, сообщающимися с сетью сжатого воздуха, и ударник, размещенный в цилиндрическом корпусе, причем камера рабочего хода выполнена с кольцевым выступом и дроссельным отверстием, разделяющим аккумуляционную и амортизационную камеры.

Указанное техническое решение обладает недостатком: дроссельный канал запуска выполнен в кольцевом выступе, разделяющем аккумуляционную и амортизационную камеры.

Таким образом, сжатый воздух отбирается из камеры аккумуляционной, чем понижается импульс давления с ее стороны при рабочем ходе, когда осуществляется сообщение обеих камер. Т.е. для реализации расчетной ударной мощности необходимо увеличение расхода сжатого воздуха через впускной дроссель в аккумуляционную камеру, что может быть достигнуто его проходного сечения. Однако такое обстоятельство приведет к большему расходу воздуха и противодавлению в аккумуляционной камере в конце холостого хода, обусловит преждевременное торможение ударника, уменьшение его хода и участка разгона при рабочем ходе.

Известен пневматический молоток (см., например, а.с. СССР N 682643, Мкл. E 21 C 3/24, B 25 D 17/24, 1979), содержащий рабочий инструмент с устройством для его удержания, цилиндр с центральным каналом, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения размещен ударник, разделяющий центральный канал на полости холостого и рабочего ходов, рукоятку со стаканом и пусковым устройством, аккумуляционную камеру полости рабочего хода и кольцевую камеру сетевого воздуха, выполненные в стакане рукоятки и разделенные выпускающим кольцевым буртиком со стороны внутренней полости стакана с опиранием его уплотненно на торец цилиндра, впускной радиальный дроссельный канал с его продолжением в виде продольного впускного канала, постоянно сообщающихся полость холостого хода в цилиндре с кольцевой камерой сетевого воздуха, впускной канал в цилиндре и разрезное воздухоотбойное кольцо с впускными каналами, образующее с цилиндром выпускную проточную камеру.

Указанный молоток, как содержащий наибольшее количество существенных (и второстепенных) признаков по отношению к предлагаемому, принят в качестве прототипа.

Основные недостатки прототипа: невозможность запуска в работу при положении ударника, перекрывающем впускной радиальный дроссельный канал в камеру рабочего хода и наличие перегородки между амортизационной камерой и камерой рабочего хода, ограничивающей ход ударника, а следовательно, и участок его разгона, что приводит к снижению энергетических параметров молотка. Указанные недостатки можно исключить, если убрать перегородку и сообщить постоянно кольцевую камеру сетевого воздуха и аккумуляционную камеру дополнительным дроссельным каналом запуска. Отмеченное позволяет ударнику увеличить ход и участок разгона, поскольку он будет в объем аккумуляционной камеры, в которой благодаря дополнительному дроссельному каналу запуска будет формироваться силовой импульс. Отсутствие дополнительного объема накопительной камеры и дополнительного постоянно открытого впускного дроссельного канала позволит реализовать расчетный рабочий цикл при меньшем расходе сжатого воздуха и повысить КПД его использования. Сущность предлагаемого изобретения сводится к следующему.

Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением, содержащий корпус с центральным каналом, рабочий инструмент с устройством для его удержания в центральном канале корпуса, ударник, размещенный уплотненно с возможностью возвратно-поступательного движения в центральном канале, и разделяющий его на камеры рабочего и холостого хода, рукоятку с пусковым устройством и стаканом, имеющим промежуточный радиальный кольцевой буртик, уплотненно опирающийся на участок торца корпуса и разделяющий стакан на аккумуляционную камеру и кольцевую камеру сетевого воздуха, образованную между корпусом и стаканом, впускной радиальный дроссельный канал камеры рабочего хода в стенке корпуса, сообщающей камеру рабочего хода с кольцевой камерой сетевого воздуха, впускной радиальный дроссельный канал камеры холостого хода, сообщенный с продольным воздухопроводящим каналом, выполненный в стенке корпуса и постоянно сообщающим камеру холостого хода и кольцевую камеру сетевого воздуха, радиальные впускные каналы в корпусе и разрезное воздухоотбойное кольцо с впускными каналами, образующее с корпусом впускную проточную камеру, причем в промежуточном радиальном кольцевом буртике выполнен дополнительный дроссельный канал запуска, постоянно сообщающий между собой аккумуляционную камеру и кольцевую сетевого воздуха и обеспечивающий формирование силового импульса при расположении ударника в аккумуляционной камере.

Целесообразно дополнительный дроссельный канал запуска выполнить в виде прямого канала, параллельного или под углом к продольной оси стакана.

Целесообразно дополнительный дроссельный канал запуска выполнить в виде коленчатого канала с выходом на внутреннюю боковую поверхность промежуточного радиального кольцевого буртика.

Целесообразно дополнительный дроссельный канал запуска выполнить в виде сквозной щели или паза, или лыски с выходом на внутреннюю поверхность промежуточного радиального кольцевого буртика.

Для доказательства промышленной полезности, новизны и существенных отличий, указывающих на достаточность изобретательного уровня предложенного технического решения, был выполнен дополнительный поиск и анализ аналогов в патентных материалах и научно-технической литературе. Известно выполнение каналов без ссылки на их наличие, раскрытия функций и особенностей. Так, известно решение пневматического молотка (см., например, Молотки рубильные пневматические М-4 (ИП-4112), М-5 (ИР-4113), М-6 (ИП-4114). Инструкция по эксплуатации. - Томск, ТЭМЗ им. В.В. Вахрушева, 1971, 8 с.), содержащего корпус с ударником и крышкой, рукоятку с резьбовым соединением с корпусом, микрозолотниковое воздухораспределение, золотники которого размещены в отдельных каналах в корпусе. В крышке размещена камера с каналом наддува в стенке. Кольцевая камера сетевого воздуха образована стенками стакана рукоятки, корпусом и крышкой. Так, канал наддува выполнен в отдельной крышке, неподвижно установленной на торце корпуса и поджатой к нему днищем стакана рукоятки. Диаметральный размер крышки и корпуса одинаков и может быть только меньшим, т.к. проходным сборочным размером является размер резьбового соединения. Такое техническое решение предопределило недостатки: ослабление сечения цилиндра золотниковыми каналами и разрушение его ослабленной части виброударными нагрузками, что приводит к обязательной преждевременной замене всего цилиндра и увеличению металлоемкости; удлиненный стакан рукоятки, требующий усиления размеров резьбового соединения, днище стакана и самих стенок стакана ребрами жесткости от растягивающих-сжимающих импульсных нагрузок, что приводит к нарушению герметичности между днищем стакана, крышкой и торцом корпуса, нарушению рабочего процесса и ухудшению энергетических параметров молотка, а также утяжелит саму конструкцию рукоятки и в целом молоток, отрицательно скажется на физическом состоянии оператора, снизит производительность и качество работ; представляет конструктивную сложность - реализация увеличенного объема камеры, выполняющей функции аккумулятора, т. к. имеются ограничения по диаметру цилиндра, что для реализации расчетных энергетических параметров потребует увеличение габаритов и массы ручной машины. Сложность золотникового распределения и размещения их в каналах корпуса делает его малопроточным и недолговечным. Затем, поскольку молоток имеет микрозолотниковое воздухораспределительное устройство, то канал в крышке выполняет функции канала наддува для камеры в крышке.

Также известно техническое решение канала наддува без каких-либо напоминаний на это, кроме изображения на рисунке. Так, канал выполнен в стенке трехступенчатого золотника, т.е. в молотке с золотниковой системой воздухораспределения. Такое техническое решение, например, упоминается в источниках: 1) пневматические отбойные молотки типа ОМСП-5, "Руководство по эксплуатации пневматических отбойных молотков типа ОМСП". - М.-Л.: Каталогиздат НКОМ СССР, 1939, 32 с.; 2) Горбунов В.Ф., Бабуров В.И. и др. "Ручные пневматические молотки". - М.: Машиностроение, 1967, 184 с. (на стр. 32-33, рис. 10 канал К). По мнению автора, канал К в стенке золотника не порочит предложения выполнения собственно канала запуска вариантом оригинального его выполнения в пневматическом молотке с дроссельной системой воздухораспределения, где канал запуска функционально применен впервые. В системах ДВС, гидравлических и газовых двигателях, устройствах управления и регулирования каналы запуска нами не обнаружены.

Проведенный поиск по научно-техническим и патентным источникам информации (см. перечень аналогов и прототип) позволил выявить отличительные признаки в заявляемом техническом решении, а именно постоянное сообщение дополнительным дроссельным каналом запуска аккумуляционной камеры и камеры сетевого воздуха между собой. Совокупность существенных признаков как известных, так и предложенных обусловливает возможность промышленного применения предлагаемого изобретения. Оригинальность всех предложенных конструктивных решений выполнения дополнительного - сквозного дроссельного канала запуска в виде отдельных прямых наклонных и коленчатых каналов, щелей, пазов или лысок позволяет считать, что заявляемый пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением удовлетворяет критерию изобретения - "новизна". Проведенный дополнительный поиск известных технических решений с целью обнаружения в них признаков, сходных с признаками отличительной части формулы заявляемого изобретения и сравнения свойств заявляемого и известных технических решений, обусловленных наличием в них указанных признаков, показал, что, во-первых, не все признаки отличительной части формулы найдены в известных технических решениях (дополнительный дроссельный канал запуска выполнен в буртике стакана в виде отдельных от основного впускного радиального канала щелей, пазов, лысок, либо наклонных, прямых и коленчатых каналов с выходом в аккумуляционную камеру), во-вторых, сопоставительный анализ свойств, обусловленных наличием некоторых отличительных признаков в известных решениях, показал, что в заявляемом решении появляются свойства, не совпадающие со свойствами, проявляемыми признаками в известных технических решениях (в период запуска при расположении ударника в аккумуляционной камере воздух в нее поступает только непосредственно из камеры сетевого воздуха и никакими другими нежелательными проявлениями процесса впуска со стороны основного радиального дроссельного канала впуска не подвергается, а следовательно, дополнительный дроссельный канал запуска работает в расчетном режиме и процесс запуска является вполне управляемым), чем обусловливается достижение заявляемого положительного эффекта. Следовательно, заявляемое техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "существенные отличия", а новая предложенная совокупность существенных признаков подтверждает их достаточность для признания изобретательного уровня. Возможность промышленной реализации предлагаемого изобретения поясняется чертежами. Обозначения на чертежах приняты одинаковыми для одинаковых функциональных признаков и деталей. На фиг. 1 представлен продольный разрез пневматического молотка с дополнительным дроссельным каналом запуска, выполненным в промежуточном выступающем радиальном кольцевом буртике в виде отдельного прямого канала под углом к продольной оси стакана; на фиг. 2 - фрагмент с дополнительным дроссельным каналом запуска, выполненным в промежуточном выступающем кольцевом буртике в виде отдельного коленчатого канала с выходом на внутреннюю боковую поверхность промежуточного выступающего радиального кольцевого буртика; на фиг. 3 и 4 - фрагменты с дополнительным дроссельным каналом запуска в промежуточном выступающем радиальном кольцевом буртике, выполненном в виде отдельной сквозной щели; на фиг. 5 - фрагмент с дополнительным дроссельным каналом запуска в виде паза либо лыски с выходом на внутреннюю боковую поверхность промежуточного выступающего радиального кольцевого буртика.

Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением содержит корпус 1 с центральным каналом 2, рабочий инструмент 3 с устройством 4 для его удержания относительно корпуса, ударник 5, размещенный уплотненно с возможностью возвратно-поступательного движения в центральном канале и разделяющий его на камеры рабочего 6 и холостого 7 ходов, рукоятку 8 со стаканом 9 и пусковым устройством (может быть различным по конструктивному исполнению). В стакане 9 рукоятки 8 соосно центральному каналу 2 расположена аккумуляционная камера 10. На внутренней полости стакана 9 выполнен промежуточный радиальный кольцевой буртик 11. Кольцевая камера 12 сетевого воздуха образована стаканом 9 и корпусом 1 и отделена от аккумуляционной камеры 10 промежуточным радиальным кольцевым буртиком 11, посредством которого стакан уплотненно упирается на наружный кольцевой участок торца 13 корпуса, оставляя внутренний кольцевой участок торца корпуса открытым. В корпусе 1 выполнен впускной радиальный дроссельный канал 14, сообщающий камеру 6 рабочего хода и кольцевую камеру сетевого воздуха 12 между собой в зависимости от положения ударника 5. В промежуточном радиальном кольцевом буртике 11 выполнен дополнительный дроссельный канал запуска 15 в виде: прямого канала, параллельного или под углом к продольной оси стакана (см. фиг. 1); коленчатого канала с выходом на внутреннюю боковую поверхность промежуточного радиального кольцевого буртика 11 (см. фиг. 2); сквозной щели или паза (см. фиг. 3, 4), или лыски с выходом на боковую поверхность промежуточного радиального буртика 11 (см. фиг. 5). Также в корпусе 1 выполнен впускной радиальный дроссельный канал 17 с его продолжением в виде продольного воздухопроводящего канала 18, сообщающих постоянно камеры холостого хода 7 и кольцевую камеру сетевого воздуха 12 между собой. Также в корпусе 1 выполнены радиальные выпускные каналы 19 - 21 в виде ярусов, на уровне которых установлено разрезное воздухоотбойное кольцо 22 с выпускным отверстием 23. Воздухоотбойное кольцо 22, образующее с корпусом выпускную проточную камеру 24. В канале 18 со стороны торца 13 корпуса 1 установлена уплотнительная заглушка 25, частично перекрываемая промежуточным выступающим радиальным кольцевым буртиком 11 стакана 9.

Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением работает следующим образом.

После включения пускового устройства рукоятки 8 сетевой воздух поступает в кольцевую камеру сетевого воздуха 12 и по впускному радиальному дроссельному каналу 14 - в камеру 6 рабочего хода. Камера 6 рабочего хода и аккумуляционная камера 10 соединены в это время выпускными каналами 19 и 20, проходное сечение которых существенно больше суммарного проходного сечения основного впускного дроссельного канала 14 и дополнительного дроссельного канала запуска 15, с впускной проточной камеры 24 и посредством выпускных отверстий 23 разрезного воздухоотбойного кольца 22 с атмосферой. Вследствие отмеченного давление воздуха в камере 6 рабочего хода понизится до атмосферного и будет поддерживаться на таком уровне до перекрытия выпускного канала 19 ударником 5. В то же время камера 7 холостого хода замкнута, и давление воздуха в ней повышается по мере натекания сетевого воздуха посредством продольного воздухоподводящего канала 18 из кольцевой камеры 12. За счет разности давления воздуха на торце ударника 5 со стороны камеры 6 рабочего хода и камеры 7 холостого хода ударник начнет движение в сторону камеры 6 рабочего хода и аккумуляционной камеры 10, совершая холостой ход. После последовательного перекрытия выпускных каналов 20 и 19 ударник 5 откроет выпускной канал 21 и из камеры 7 холостого хода произойдет выпуск отработавшего в ней воздуха. В связи со значительно большим проходным сечением выпускного канала 21 в сравнении с проходным сечением впускного радиального дроссельного канала 17 и продольного канала 18 давление воздуха в камере 7 резко понизится до атмосферного и будет поддерживаться близким к атмосферному благодаря также выпускным каналам 19 и 20 до момента перекрытия канала 21 ударником 5. Продолжая движение, ударник 5 после перекрытия выпускного канала 19 начнет сжимать отсеченный воздух в камере 6 рабочего хода и камере аккумуляционной 10 и воздух, натекаемый в них посредством дополнительного дроссельного канала запуска 15 и впускного радиального дроссельного канала 14. После перекрытия боковой поверхности ударника 5 впускного радиального дроссельного канала 14 воздух будет натекать в аккумуляционную камеру 10 только посредством постоянно открытого дополнительного дроссельного канала запуска 15, выполненного в промежуточном радиальном кольцевом буртике 11 в виде: канала прямого или под углом (см. фиг. 1); канала коленчатого (см. фиг. 2); щели, паза (см. фиг. 3, 4); лыски (см. фиг. 5). Таким образом, дополнительный дроссельный канал запуска исполняет функции по обеспечению более интенсивного торможения ударника 5 в конце холостого хода и более интенсивного разгона его вначале рабочего хода 6 за счет сформированного силового импульса в аккумуляционной камере 10. В случае же расположения ударника 5 в крайнем положении в аккумуляционной камере 10 при отсутствии дополнительного дроссельного канала 15 запуска запуск был бы невозможен. После полного открытия ударником 5 впускного радиального дроссельного канала 14 количество поступающего сетевого воздуха в камеру 6 рабочего хода и аккумуляционную камеру 10 увеличивается, что обусловит дополнительное увеличение импульса рабочего хода и скорость ударника 5. После последовательного перекрытия ударником 5 выпускных каналов 19 - 21 в камере 7 холостого хода начинается сжатие отсеченного в ней воздуха, поступающего посредством продольного канала 18 и впускного радиального дроссельного канала 17 из кольцевой камеры 12 сетевого воздуха. При этом ударник 5 последовательно открывает выпускные каналы 19 и 20, в результате чего начинается выпуск отработавшего воздуха из камеры 6 рабочего хода и аккумуляционной камеры 10. Из-за малого проходного сечения выпускного канала 19 и большой скорости ударника 5 снижения давления воздуха в камере 6 рабочего хода практически не происходит. Резкое снижение давления воздуха соответствует только открытию выпускного канала 20 и сообщению посредством его камеры 6 рабочего хода и аккумуляционной камеры 10 с выпускной проточной камерой 26 и атмосферой. Ввиду значительно превышающего суммарного сечения выпускных каналов 19 и 20 в сравнение с суммарным проходным сечением дополнительного дроссельного канала запуска 15 любого из отмеченных вариантов исполнения и основного впускного радиального дроссельного канала 14 давление сжатого воздуха в камере 6 рабочего хода и аккумуляционной камере 10 понизится до атмосферного и будет поддерживаться на таком уровне до очередного перекрытия ударником 5 каналов 19 и 20. Преодолевая противодавление воздуха со стороны камеры 7 холостого хода, ударник 5 нанесет удар по хвостовику рабочего инструмента 3 и вышеописанный процесс будет повторяться с той лишь разницей, что импульс холостого хода дополнится импульсом отскока ударника от рабочего инструмента.

Таким образом, выполнение молотка с дросселем запуска по предложенным вариантам позволяет увеличить ход ударника и участок разгона, поскольку он входит в объем аккумуляционной камеры, в которой благодаря дополнительному дроссельному каналу запуска формируется силовой импульс даже при перекрытом основном впускном радиальном дроссельном канале, а также позволяет реализовать расчетный рабочий цикл при меньшем расходе сжатого воздуха из сети и повысит КПД его использования.

Формула изобретения

1. Пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением, содержащий корпус с центральным каналом, рабочий инструмент с устройством для его удержания в центральном канале корпуса, ударник, размещенный уплотненно с возможностью возвратно-поступательного движения в центральном канале и разделяющий его на камеры рабочего и холостого ходов, рукоятку с пусковым устройством и стаканом, имеющим промежуточный радиальный кольцевой буртик, уплотненно опирающийся на участок торца корпуса и разделяющий стакан на аккумуляционную камеру и кольцевую камеру сетевого воздуха, образованную между корпусом и стаканом, впускной радиальный дроссельный канал камеры рабочего хода в стенке корпуса, сообщающий камеру рабочего хода с кольцевой камерой сетевого воздуха, впускной радиальный дроссельный канал камеры холостого хода, сообщенный с продольным воздухопроводящим каналом, выполненные в стенке корпуса и постоянно сообщающие камеру холостого хода и кольцевую камеру сетевого воздуха, радиальные впускные каналы в корпусе и разрезное воздухоотбойное кольцо с выпускным каналом, образующее с корпусом выпускную проточную камеру, отличающийся тем, что в промежуточном радиальном кольцевом буртике выполнен дополнительный дроссельный канал запуска, постоянно сообщающий между собой аккумуляционную камеру и кольцевую камеру сетевого воздуха и обеспечивающий формирование силового импульса при расположении ударника в аккумуляционной камере.

2. Молоток по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный дроссельный канал запуска выполнен в виде прямого канала, параллельно или под углом к продольной оси стакана.

3. Молоток по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный дроссельный канал запуска выполнен в виде коленчатого канала с выходом на внутреннюю боковую поверхность промежуточного радиального кольцевого буртика.

4. Молоток по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный дроссельный канал запуска выполнен в виде сквозной щели, или паза, или лыски с выходом на внутреннюю боковую поверхность промежуточного радиального кольцевого буртика.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5