Пневматическая машина ударного действия

 

Изобретение относится к машинам ударного действия, в частности к пневматическим ручным молоткам, применяемым в различных отраслях промышленности, преимущественно в строительстве, машиностроении и горном деле. Согласно изобретению в пневматической машине ударного действия на стволе внутри кольцевой камеры выполнена перемычка, которая делит кольцевую камеру на два изолированных ресивера прямого и обратного ходов, вблизи внутреннего торца ствола выполнены радиальные отверстия, сообщающие камеру прямого хода и ресивер прямого хода, и вблизи наружного торца в стволе также выполнены радиальные отверстия, сообщающие камеру обратного хода с ресивером обратного хода, при этом на стволе внутри ресивера прямого хода выполнены по образующей ствола обратные питающие каналы, сообщающие ресивер обратного хода с возвратной кольцевой камерой, надклапанное седло выполнено со сквозной расточкой по центру, образующей прямой питающий канал, сообщающий клапанную камеру с питающей камерой, и в нем со стороны клапанной камеры выполнены по траектории концентрической окружности каналы обратного хода, имеющие радиальные выходы, сообщающие возвратную кольцевую камеру с клапанной камерой, подклапанное седло выполнено с глухой расточкой по центру и сквозным осевым отверстием, образующим подпитывающий канал, сообщающий клапанную камеру с камерой прямого хода, а также в нем выполнены по траектории концентрической окружности сквозные нагнетательные каналы, сообщающие клапанную камеру с камерой прямого хода, при этом клапан выполнен в виде плоского кольца, средний диаметр которого равен диаметру концентрической окружности, по которой расположены нагнетательные каналы подклапанного седла и каналы обратного хода надклапанного седла, а ширина клапана больше диаметров этих каналов. В результате повышается эффективность машины за счет повышения энергии удара и частоты ударного цикла. 5 ил.

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.

Известны пневматические машины, например пневматическая машина ударного действия, включающая корпус с питающим и выхлопными отверстиями, ударник, воздухораспределительное устройство, подвижную в осевом направлении гильзу в виде стакана, обхватывающую ударник, который образует с корпусом и гильзой камеры рабочего и холостого ходов замкнутую камеру в корпусе, соединенную с камерой рабочего хода при помощи отверстий в корпусе и гильзе, а также рабочий инструмент./1/.

Недостатком ее является то, что подвижная гильза, линейные размеры которой соответствуют длине корпуса, есть инерционный золотник, который не может обеспечить высокой частоты ударов, а значит, машина не обеспечит высокую ударную мощность, замкнутая камера в фазе холостого хода ударника не заполняется до величины сетевого давления, и при рабочем ходе ударника часть энергия сетевого сжатого воздуха, поступающего через воздухораспределительное устройство в рабочую камеру, будет поглощена при заполнении этой замкнутой камеры воздухом, пока его давление не достигнет величины среднего давления в рабочей камере, при этом среднее давление будет ниже сетевого и не обеспечит эффективного разгона ударника, что также ведет к снижению энергии удара.

Наиболее близким по своей технической сути к предлагаемому 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, клапанную коробку со сферическим клапаном, соединенную с сетевым каналом и каналами, сообщающимися с полостью ствола, стакан, с одной стороны закрепленный на торце ствола, с противоположной стороны которого размещен, с возможностью осевого перемещения полый плунжер с радиальным отверстием, рукоятку, выполненную соосно со стволом и размещенную со стороны стакана, с образованием демпферной камеры между ними. /2/.

Однако она также имеет недостатки. Например, кольцевая камера, имеющая большой объем, сообщается только с камерой обратного хода, что приводит к увеличению расхода сжатого воздуха при ее наполнении в фазе обратного хода ударника и к понижению частоты ударов. Сферический клапан без увеличения своего диаметра не позволяет увеличить диаметр проходного сечения для наполнения камеры прямого хода сжатым воздухом в фазе прямого хода ударника, что приводит к неэффективному разгону ударника и снижению энергии удара, а клапан большего диаметра приводит к увеличению его массы и снижению частоты ударов.

Целью изобретения является повышение эффективности пневматической машины ударного действия за счет увеличения энергии удара и повышения частоты ударного цикла. Поставленная цель достигается тем, что на стволе внутри кольцевой камеры выполнена перемычка, которая делит кольцевую камеру на два изолированных друг от друга ресивера прямого и обратного ходов, вблизи внутреннего торца на стволе выполнены радиальные отверстия, сообщающие камеру прямого хода с ресивером прямого хода, и вблизи наружного торца на стволе выполнены также радиальные отверстия, сообщающие камеру обратного хода с ресивером обратного хода, кроме этого, внутри ресивера прямого хода выполнены по образующей ствола обратные питающие каналы, сообщающие ресивер обратного хода с возвратной кольцевой камерой, надклапанное седло выполнено со сквозной расточкой по центру, образующей прямой питающий канал, сообщающий клапанную камеру с питающей камерой, и в нем со стороны клапанной камеры выполнены по траектории концентрической окружности каналы обратного хода, имеющие радиальные выходы, сообщающие возвратную кольцевую камеру с клапанной камерой, подклапанное седло выполнено с глухой расточкой по центру и сквозным осевым отверстием, образующим подпитывающий канал, сообщающий клапанную камеру с камерой прямого хода, а также в нем расположены по траектории концентрической окружности сквозные нагнетательные каналы, сообщающие клапанную камеру с камерой прямого хода, при этом клапан выполнен в виде плоского кольца, средний диаметр которого равен диаметру условной концентрической окружности, по которой расположены нагнетательные каналы подклапанного седла и каналы обратного хода надклапанного седла, а ширина клапана больше диаметра этих каналов.

Благодаря тому, что на стволе внутри кольцевой камеры выполнена перемычка в виде буртика, внешний диаметр которой соответствует внутреннему диаметру корпуса, образуются два изолированных друг от друга кольцевых ресивера. Один из них - ресивер прямого хода - благодаря радиальным отверстиям в стволе, выполненным вблизи его внутреннего торца, сообщается постоянно с камерой прямого хода, что увеличивает суммарный объем камеры прямого хода. Увеличение объема камеры прямого хода позволяет ударнику в фазе обратного хода продвигаться ближе к воздухораспределительному механизму, вытесняя воздух в ресивер прямого хода, тем самым увеличивается ход ударника и происходит одновременно накопление энергии сжимаемого воздуха в ресивере прямого хода. Это обеспечивает повышение энергии удара.

Благодаря тому, что перемычкой образован вокруг нижней части ствола другой ресивер - обратного хода, который через радиальные отверстия, выполненные вблизи наружного торца ствола, постоянно сообщается с камерой обратного хода, увеличивается суммарный объем камеры обратного хода. Увеличение объема камеры обратного хода за счет сообщающегося с ней ресивера обратного хода приводит к увеличению энергии удара, так как в предударной фазе и в фазе удара полностью отсутствует воздушная подушка между ударником и инструментом за счет того, что воздух из камеры обратного хода вытесняется ударником через радиальные отверстия в ресивер обратного хода и не происходит торможения ударника перед ударом.

Благодаря тому, что внутри ресивера прямого хода выполнены по образующей ствола обратные питающие каналы, обеспечивается сообщение ресивера обратного хода с возвратной кольцевой камерой для подачи сжатого воздуха под ударник в фазе обратного хода ударника посредством простого конструктивного решения.

Благодаря тому, что надклапанное седло выполнено со сквозной, а подклапанное седло с глухой расточками по центру, образуется клапанная камера, которая увеличивает объем питающей камеры стакана на величину суммарного объема этих расточек, что приводит к увеличение объема энергоносителя непосредственно перед клапаном.

Благодаря тому, что подклапанное седло имеет сквозное осевое отверстие, образующее подпитывающий канал и сообщающее клапанную камеру с камерой прямого хода, в последнюю в любой фазе ударного цикла поступает сжатый воздух, обеспечивающий запуск машины при любом положении ударника в стволе, а также в фазе обратного хода ударника сжатый воздух, поступающий через подпитывающий канал в камеру прямого хода, через радиальные отверстия в стволе наполняет ресивер прямого хода до уровня давления сетевого воздуха, а в фазе прямого хода ударника этот сжатый воздух обеспечивает дополнительное наполнение камеры прямого хода, что увеличивает энергию удара.

Благодаря тому, что в надклапанном и подклапанном седлах расположены по траектории концентрической окружности, для данной конструкции с максимальным радиусом удаления от центра, соответственно каналы обратного хода и нагнетательные каналы, суммарные условные проходы этих каналов максимальны, а поэтому обеспечивается возможность минимального хода клапана без заметной потери энергии сжатого воздуха при проходе его через нагнетательные каналы и каналы обратного хода, что повышает частоту ударов и делает работу машины устойчивой в широком диапазоне давлений энергоносителя.

Благодаря тому, что клапан выполнен в виде плоского кольца, средний диаметр которого равен диаметру окружности, по которой расположены нагнетательные каналы подклапанного седла и каналы обратного хода надклапанного седла, а ширина клапана больше диаметра этих каналов, он обеспечивает при работе полное попеременное закрывание нагнетательных каналов и каналов обратного хода, при этом не испытывает больших изгибающих нагрузок и поэтому является более прочным и надежным.

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 автору выявить технические решения, содержащие сходные признаки, а поэтому заявляемое решение соответствует критерию изобретения "Существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана конструкция заявляемой пневматической машины ударного действия, на фиг.2 - механизм воздухораспределения, на фиг.3 - сечение по Б-Б фиг.1, на фиг.4 - сечение по А-А фиг.1, на фиг.5 - сечение по В-В фиг.1.

Пневматическая машина ударного действия содержит ствол 1 с выхлопными отверстиями 2 в средней его части и радиальными отверстиями 4 и 5 соответственно вблизи внутреннего и наружного торцов его, буксу 3, установленную в стволе с наружного его торца, корпус 6, в котором коаксиально размещен ствол с образованием между ними кольцевых ресиверов 7 и 8 прямого и обратного ходов, разделенных наглухо друг от друга перемычкой 9, и в первом из которых выполнены по образующей ствола обратные питающие каналы 10, сообщающие ресивер обратного хода 8 с возвратной кольцевой камерой 11, ударник 12, размещенный в стволе с возможностью осевого перемещения и делящий его на камеры 13 и 14 прямого и обратного ходов, воздухораспределительный механизм, установленный на внутреннем торце ствола с одной стороны и поджатый тарельчатой пружиной 15 с другой стороны, внутри которого размещен клапан 16, выполненный в виде плоского кольца, установленного в клапанную камеру 17, образованную ограничительной шайбой 18, установленной между надклапанным 19 и подклапанным 20 седлами, соосность которых обеспечивается центрирующим кольцом 36 и надклапанное седло выполнено со сквозной расточкой 21 по центру, сообщающей клапанную камеру 17 с питающей камерой 22 и в котором со стороны клапанной камеры 17 по траектории концентрической окружности расположены каналы обратного хода 23, имеющие радиальные выходы 24, сообщающие возвратную кольцевую камеру 11 с клапанной камерой 17, а подклапанное седло 20 выполнено с глухой расточкой 25 по центру и сквозным осевым отверстием 26, а также расположенными по траектории концентрической окружности сквозными нагнетательными каналами 27, сообщающими клапанную камеру 17 с камерой прямого хода 13, стакан с питающей камерой 22, внутри которого помещен воздухораспределительный механизм с образованием кольцевой возвратной камеры 11 между ними, при этом стакан с одной стороны закреплен на стволе, а с другой в стакане размещен с возможностью осевого перемещения полый плунжер 29 с радиальным отверстием 30 в его стенке, рукоятку 31, в которую соосно помещен стакан 28 и штуцер 32 с шариковым пусковым устройством, радиально установленный в стакане 28 и ограничивающий соосное перемещение рукоятки 31 относительно стакана, а также кожух 33, установленный поверх корпуса 6 с образованием кольцевой дефлекторной камеры 34 между ними, и возвратную пружину 35, помещенную внутри кольцевой дефлекторной камеры.

Работает заявляемая машина ударного действия следующим образом. При нажатии на рукоятку 31 в осевом направлении она перемещает плунжер 29 внутрь питающей камеры 22 стакана 28. Плунжер 29 взаимодействует торцом с шариком штуцера 32, утапливает его в полость штуцера, и сжатый воздух поступает в питающую камеру 22.

Далее воздух по прямому питающему каналу 21, через клапанную камеру 17, каналы обратного хода 23 и их радиальные выходы 24 попадает в возвратную кольцевую камеру 11 и через обратные питающие канаты 10 в ресивер обратного хода 8 и в камеру обратного хода 14, сообщающуюся с ресивером 8 посредством радиальных отверстий 5. В камере обратного хода 14 воздух, расширяясь между стенками ствола 1, рабочим инструментом /на фиг.1 не показан/ и ударником 12, разгоняет последний в камере прямого хода 13 в сторону воздухораспределительного механизма. Воздух из камеры прямого хода 13 вытесняется через радиальные отверстия 4, заполняет ресивер прямого хода 7. Одновременно с этим и постоянно сетевой воздух из питающей камеры 22 через подпитывающий канал 26 поступает в камеру прямого хода 13 и соответственно в ресивер 7 прямого хода. Давление сжатого воздуха в камере прямого хода 13 и ресивере прямого хода 7 выравнивается и становится близким к сетевому. Практически в это же время происходит переброска клапана 16 с подклапанного седла 20 на надклапанное седло 19, который открывает нагнетательные каналы 27 подклапанного седла 20 и закрывает каналы обратного хода 23 надклапанного седла 19. Сжатый воздух из питающей камеры 22 через расточку 21, клапанную камеру 17 и нагнетательные каналы 27 поступает в камеру прямого хода 13 и, расширяясь в ней, придает ускоренное движение ударнику 12 в сторону рабочего инструмента, при этом полезную работу при своем расширении совершает и сжатый воздух, находящийся в ресивере 7 прямого хода. Ударник 12 при своем движении увеличивает объем камеры прямого хода 13, но благодаря сжатому воздуху, поступающему из питающей камеры 22 через подпитывающий 26 и нагнетательные 27 каналы, а также из ресивера 7, его среднее давление продолжает оставаться высоким, поэтому ударник 12 приобретает высокую кинетическую энергию.

Далее при движении ударник 12 своей цилиндрической частью перекрывает выхлопные отверстия 2 и вытесняет оставшийся воздух из камеры обратного хода 14 через радиальные отверстия 4 в ресивер обратного хода 8, при этом не происходит образования воздушной подушки в камере обратного хода 14 и, соответственно, торможения движущегося ударника 12. Далее ударник 12 своей хвостовой частью открывает выхлопные отверстия 2, а своей головной частью наносит удар по хвостовику рабочего инструмента, совершая полезную работу, а отработанный воздух из камеры прямого хода 13 выбрасывается через выхлопные отверстия 2 под кожух 33 и далее в атмосферу. Практически в это же время происходит переброска клапана 16 с надклапанного седла 19 на подклапанное седло 20, который перекрывает нагнетательные каналы 27 подклапанного седла 20 и, наоборот, открывает каналы обратного хода 23 надклапанного седла 19, и цикл повторяется по вышеописанной схеме.

Основным преимуществом заявляемой машины ударного действия по сравнению с прототипом является повышение энергии и частоты ударов. Это достигается тем, что благодаря ресиверу прямого хода, сообщающемуся с камерой прямого хода, увеличен объем камеры прямого хода, а это позволяет увеличить ход ударника, а наличие подпитывающего канала обеспечивает наполнение этого объема сетевым воздухом и при прямом ходе ударника уровень среднего давления в камере прямого хода остается высоким. Все это в совокупности приводит к увеличению энергии удара. Частота ударного цикла увеличивается за счет легкого клапана, выполненного в виде плоского тонкого кольца, имеющего малую амплитуду перемещения между надклапанным и подклапанным седлами, а также благодаря высокой скорости ударника в прямом и обратном направлениях.

Литература 1. Авторское свидетельство СССР N 1199934, Е 21 С 3/24, B 25 D 17/24, 1984 - аналог.

2. Патент RF N 2056998, B 25 D 9/00, 17/24, 1996 - прототип.

Формула изобретения

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, расположенный внутри воздухораспределительного механизма и помещенный в клапанную камеру, образованную надклапанным и подклапанным седлами и ограничительной шайбой, установленной между ними, стакан с питающей камерой, внутри которого помещен воздухораспределительный механизм с образованием кольцевой возвратной камеры между ними, при этом стакан с одной стороны закреплен на стволе, а с другой стороны в стакане размещен с возможностью осевого перемещения плунжер, рукоятку, в которую соосно помещен стакан, и штуцер с шариковым пусковым устройством, радиально установленный в стакане и ограничивающий соосное перемещение рукоятки относительно стакана, шарик которого при пуске машины взаимодействует с торцом плунжера, находящимся в питающей камере стакана, отличающийся тем, что на стволе внутри кольцевой камеры выполнена перемычка, которая делит кольцевую камеру на два изолированных ресивера прямого и обратного ходов, вблизи внутреннего торца ствола выполнены радиальные отверстия, сообщающие камеру прямого хода и ресивер прямого хода, и вблизи наружного торца в стволе также выполнены радиальные отверстия, сообщающие камеру обратного хода с ресивером обратного хода, при этом на стволе внутри ресивера прямого хода выполнены по образующей ствола обратные питающие каналы, сообщающие ресивер обратного хода с возвратной кольцевой камерой, надклапанное седло выполнено со сквозной расточкой по центру, образующей прямой питающий канал, сообщающий клапанную камеру с питающей камерой, и в нем со стороны клапанной камеры выполнены по траектории концентрической окружности каналы обратного хода, имеющие радиальные выходы, сообщающие возвратную кольцевую камеру с клапанной камерой, подклапанное седло выполнено с глухой расточкой по центру и сквозным осевым отверстием, образующим подпитывающий канал, сообщающий клапанную камеру с камерой прямого хода, а также в нем выполнены по траектории концентрической окружности сквозные нагнетательные каналы, сообщающие клапанную камеру с камерой прямого хода, при этом клапан выполнен в виде плоского кольца, средний диаметр которого равен диаметру концентрической окружности, по которой расположены нагнетательные каналы подклапанного седла и каналы обратного хода надклапанного седла, а ширина клапана больше диаметров этих каналов.

РИСУНКИ

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