Результат интеллектуальной деятельности: ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ

Пневматический ударный механизм относится к механизмам, применяемым в строительном и горном деле в машинах ударного действия различного назначения.

Известен пневматический ударный механизм (а.с. СССР №275931, М. кл. Е21С 3/24, 1970 г.), включающий ступенчатый цилиндр, управляющий стержень, закрепленный во фланце относительно цилиндра, ударник с центральным каналом, периодически взаимодействующим со стержнем и разделяющим ступенчатый цилиндр на камеры: сетевого воздуха, образованную крышкой, сменной втулкой и фланцем, промежуточную кольцевую рабочего хода и холостого хода со стороны хвостовика рабочего хода, выпускные каналы в стенке цилиндра для постоянного выпуска отработавшего воздуха из кольцевой камеры атмосферного давления и периодического выпуска из камеры сетевого воздуха.

Пневматический ударный механизм обладает недостатком: камера, образованная на участке взаимодействия ударника цилиндра и втулки, постоянно сообщена с атмосферой, что исключает ее участие в образовании силового импульса и, как следствие, уменьшение энергии удара, а также стержень во фланце жестко закреплен относительно цилиндра и периодически взаимодействует с устьем центрального канала ударника, в результате чего при колебаниях стержня и его несоосности относительно канала разбивается штоковая часть ударника, а стержень приобретает остаточные деформации изгиба, вызывающие его излом и остановку ударного механизма.

Также известен пневматический ударный механизм (патент РФ №2477778, М. кл. Е21В 1/38, 2012 г.), включающий цилиндрический корпус с втулкой и выпускными каналами, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой и основной частями с центральным каналом и втулкой с дроссельным перепускным винтовым каналом-пазом и отверстием в штоковой части ступенчатого ударника, разделяющий полость цилиндрического корпуса на кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса со стороны штоковой части ступенчатого ударника и камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, кольцевой фланец с отверстиями подвода воздуха в кольцевую распределительную камеру и сквозным осевым каналом для пропуска стержня с запорным клапаном, крепежный стакан, закрепленный относительно цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом с воздухоподводящим каналом и кольцевым фланцем, закрепленный в сквозном осевом канале кольцевого фланца стержень с запорным клапаном, постоянно взаимодействующим с продольным каналом-пазом в отверстии втулки, находящейся в центральном канале ступенчатого ударника, соединяющий периодически, в зависимости от положения ступенчатого ударника, кольцевую распределительную камеру и камеру холостого хода между собой.

Недостатком данного пневматического механизма является постоянно открытый дроссельный перепускной винтовой канал-паз, что приводит к увеличенному расходу воздуха, и как следствие к уменьшению энергии единичного удара и КПД механизма.

Известен пневматический ударный механизм (патент РФ №2504635, М. кл. Е21В 1/30, 2014 г.), относящийся к машинам ударного действия различного назначения включающий цилиндрический корпус с втулкой и выпускными каналами, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой и основной частями с центральным каналом и втулкой с продольным каналом-пазом и отверстием в штоковой части ступенчатого ударника, разделяющий полость цилиндрического корпуса на кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса со стороны штоковой части ступенчатого ударника и камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, кольцевой фланец с отверстиями подвода воздуха в кольцевую распределительную камеру и сквозным осевым каналом для пропуска стержня с запорным клапаном, крепежный стакан, закрепленный относительно цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом с воздухоподводящим каналом и кольцевым фланцем, закрепленный в сквозном осевом канале кольцевого фланца стержень с запорным клапаном, постоянно взаимодействующим с продольным каналом-пазом в отверстии втулки, находящейся в центральном канале ступенчатого ударника, соединяющим периодически в зависимости от положения ступенчатого ударника кольцевую распределительную камеру и камеру холостого хода между собой.

Недостатком данного пневматического механизма является постоянно открытый канал-паз, что приводит к увеличенному расходу воздуха и, как следствие, к уменьшению энергии единичного удара.

Известен пневматический ударный механизм (патент РФ №2432442, М. кл. Е21В 4/14, 2006 г. - прототип), относящийся к строительству и горной промышленности, в частности к пневматическим устройствам ударного действия, включающий цилиндрический корпус с выпускными каналами, кольцевой фланец со сквозным центральным отверстием, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой частью, установленный в центральном отверстии кольцевого фланца стержень с поршневой частью, постоянно находящейся в сквозном осевом отверстии ступенчатого ударника, кольцевую камеру пневматического буфера, втулку цилиндрического корпуса с отверстием для пропуска штоковой части и образующую со стороны кольцевой камеры пневматического буфера кольцевой перешеек, ограничивающий величину перемещения ступенчатого ударника, закрепленный относительно цилиндрического корпуса стакан с каналом подвода воздуха, кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха со стороны кольцевого фланца, камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, удерживаемого пружиной относительно цилиндрического корпуса.

Пневматический ударный механизм, как содержащий наибольшее количество существенных признаков, включенных в предлагаемое техническое решение, принят в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является наличие кольцевой камеры пневматического буфера, не участвующей в образовании силового импульса, что приводит к увеличению расхода воздуха и как следствие снижению КПД механизма.

Задачей заявляемого изобретения является перекрытие подачи воздуха в кольцевую камеру в момент ее сообщения с атмосферой, что повышает суммарный силовой импульс давления воздуха кольцевой и распределительной камеры при рабочем ходе и исключает непроизводительный расход кольцевой камеры рабочего хода и повышает кинетическую энергию единичного удара.

Техническое решение пневматического ударного механизма заключается в следующем: пневматический ударный механизм, включающий цилиндрический корпус с втулкой и выпускными каналами, рабочий инструмент с хвостовиком, ступенчатый ударник со штоковой и основной частями с центральным каналом и отверстием в штоковой части ступенчатого ударника, разделяющий полость цилиндрического корпуса на кольцевую распределительную камеру во втулке цилиндрического корпуса со стороны штоковой части ступенчатого ударника и кольцевую камеру холостого хода со стороны хвостовика рабочего инструмента, кольцевой фланец с отверстиями подвода воздуха в кольцевую распределительную камеру и сквозным осевым каналом для пропуска стержня с поршневой частью и выполненным на ее боковой поверхности каналом-пазом, крепежный стакан, закрепленный относительно цилиндрического корпуса, камеру сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом с воздухоподводящим каналом и кольцевым фланцем, согласно изобретению внутренняя поверхность втулки цилиндрического корпуса снабжена дроссельным перепускным винтовым канал-пазом без выхода его на торец втулки цилиндрического корпуса со стороны кольцевой камеры рабочего хода, а на штоковой части ступенчатого ударника со стороны кольцевой камеры рабочего хода выполнен перепускной канал без выхода на торец штоковой части ступенчатого ударника и так, что дроссельный перепускной винтовой канал-паз втулки цилиндрического корпуса и перепускной канал при сообщении кольцевой камеры рабочего хода посредством выпускного канала с атмосферой между собой разобщены.

Исполнение пневматического ударного механизма поясняется чертежом продольного разреза.

Пневматический ударный механизм содержит цилиндрический корпус 1, ступенчатый ударник 2 со штоковой частью 3 и основной частью 4, втулку 5, являющуюся ограничением хода ступенчатого ударника 2. Ступенчатый ударник 2 снабжен центральным каналом 6 с радиальными каналами 7 и разделяет полость цилиндрического корпуса 1 на распределительную камеру 8, образованную цилиндрическим корпусом 1 и втулкой 5, со стороны штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, кольцевую камеру 9 рабочего хода, образованную цилиндрическим корпусом 1, штоковой частью 3 и основной частью 4 ступенчатого ударника 2, сообщенную, в зависимости от положения ступенчатого ударника 2, с распределительной камерой 8 через перепускной канал 24, выполненный в виде или паза, или лыски, или выточки на штоковой части 3 и дроссельный перепускной винтовой канал-паз 10, на внутренней боковой поверхности втулки 5 цилиндрического корпуса 1 и камеру 11 холостого хода, образованную цилиндрическим корпусом 1, ступенчатым ударником 2 и хвостовиком 12 рабочего инструмента 13, который удерживается относительно цилиндрического корпуса 1, например, концевой пружиной 14 от произвольного выпадания. Центральный канал 6 ступенчатого ударника 2 посредством радиальных каналов 7 сообщен постоянно с камерой 11 холостого хода. Цилиндрический корпус 1 снабжен с противоположного хвостовику 12 торца крепежным стаканом 15 с воздухоподводящим каналом 16 для подвода сжатого воздуха в камеру 17 сетевого воздуха, образованную крепежным стаканом 15 и кольцевым фланцем 18, в котором выполнены отверстия 19 подвода воздуха, соединяющие постоянно камеру 17 сетевого воздуха и распределительную камеру 8 между собой. В кольцевом фланце 18 установлен в отверстии 20 стержень 21 с поршневой частью 22 и выполненным на ее боковой поверхности каналом-пазом 23, взаимодействующим постоянно со штоковой частью 3 ступенчатого ударника 2, включающую перепускной канал 24, выполненный в виде или паза, или лыски, или выточки и буртик 25. Перепускной канал 24, выполненный в виде или паза, или лыски, или выточки, в зависимости от положения ступенчатого ударника 2, при взаимодействии с дроссельным перепускным винтовым каналом-пазом 10 на внутренней боковой поверхности втулки 5 цилиндрического корпуса 1 сообщает кольцевую распределительную камеру 8 и кольцевую камеру 9 рабочего хода между собой. Цилиндрический корпус 1 снабжен выпускными каналами 26 и 27, периодически сообщающих, в зависимости от положения ступенчатого ударника 2, кольцевую камеру 9 рабочего хода и камеру 11 холостого хода с атмосферой с целью выпуска из них отработавшего воздуха. Величина возможных радиальных перемещений, исключающая защемление поршневой части 22 стержня 21 в сквозном осевом отверстии 6, выполнена больше возможных радиальных перемещений штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 в отверстии, образованного между штоковой частью 3 ступенчатого ударника 2 и втулкой 5.

Пневматический ударный механизм работает следующим образом.

После включения пускового устройства (на чертеже не показано и может быть любым известным) воздух из сети поступает по воздухоподводящему каналу 16 в крепежном стакане 15 в камеру 17 сетевого воздуха. Далее через отверстия 19 подвода воздуха в кольцевом фланце 18 воздух поступает в кольцевую распределительную камеру 8. Из кольцевой распределительной камеры 8 по канал-пазу 23, выполненному на поршневой части 22 стержня 21 и стенкой сквозного осевого отверстия 6 штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 воздух поступает по радиальным каналам 7 в камеру 11 холостого хода. В начале движения ступенчатого ударника 2, продолжается наполнение воздухом камеры 11 холостого хода, обеспечивая расчетную величину импульса холостого хода. Под действием импульса давления воздуха со стороны камеры 11 холостого хода ступенчатый ударник 2 продолжает движение в сторону кольцевой распределительной камеры 8, совершая холостой ход. При последующем движении ступенчатый ударник 2 перекрывает выпускной канал 26 в цилиндрическом корпусе 1 и в кольцевой камере 9 рабочего хода начинается процесс сжатия отсеченного в ней воздуха. Далее буртик 25 штоковой части 3 ступенчатого ударника 2 открывает, посредством сообщения дроссельного перепускного винтового канала-паза 10 и перепускного канала 24, выполненного в виде или паза, или лыски, или выточки, подачу сжатого воздуха в кольцевую камеру 9 рабочего хода. Одновременно поршневой частью 22 стержня 21 поступление воздуха по канал-пазу 23 в камеру 11 холостого хода прекращается. После открытия основной частью 4 ступенчатого ударника 2 выпускного канала 27 давление воздуха в камере 11 холостого хода выравнивается до атмосферного. В кольцевой камере 9 рабочего хода после разобщения ее с атмосферой начнется сжатие воздуха, отсеченного в ней, и воздуха, поступающего из кольцевой распределительной камеры 8 через перепускной канал 24, выполненный в виде или паза, или лыски, или выточки, до некоторой расчетной величины. Давление воздуха в кольцевой распределительной камере 8, кольцевой камере 9 рабочего хода увеличивается и под действием разности импульсов давлений, действующих на ступенчатый ударник 2 со стороны кольцевой распределительной камеры 8, кольцевой камеры 9 рабочего хода и камеры 11 холостого хода, ступенчатый ударник 2 затормаживается и остановится в расчетной точке. Сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны кольцевой распределительной камеры 8 и кольцевой камеры 9 рабочего хода ступенчатый ударник 2 начинает движение в сторону хвостовика 12 рабочего инструмента 13, совершая рабочий ход. При этом дроссельный перепускной винтовой канал-паз 10 разобщается с перепускным каналом 24, выполненным в виде или паза, или лыски, или выточки. Ступенчатый ударник 2 откроет выпускной канал 26 и кольцевая камера 9 рабочего хода сообщается с атмосферой. Далее ступенчатый ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью выпускной канал 27, откроет канал-паз 23, выполненный на поршневой части 22 стержня 21, вследствие чего в камере 11 холостого хода начнется сжатие отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего по центральному каналу 6 и радиальному каналу 7 из кольцевой распределительной камеры 8. После открытия выпускного канала 26 давление в кольцевой камере 9 рабочего хода понизится до величины атмосферного.

Так как рабочая площадь основной части 4 ступенчатого ударника 2 со стороны камеры 11 холостого хода больше торцевой площади штоковой части 3 ступенчатого ударника 2, то под действием разности импульсов давлений воздуха со стороны этих камер ступенчатый ударник 2, преодолевая противодавление со стороны камеры 11 холостого хода, наносит удар по хвостовику 12 рабочего инструмента 13. Под действием импульсов отскока и давления воздуха со стороны камеры 11 холостого хода ступенчатый ударник 2 начинает холостой ход. Далее рабочий цикл пневматического ударного механизма повторяется.