Результат интеллектуальной деятельности: Ручной ударный инструмент с бойком и направляющей

Изобретение относится к ручным ударным инструментам, в частности, к инструментам с разделением ударной динамической части-бойка и статической части, содержащей рабочий орган. И может быть использовано в качестве молотка, кувалды, топора, колуна, ледоруба и т.п.

Подобный инструмент необходим для обеспечения строгой фиксации и повторных ударов в определенное место.

Известен ручной ударный инструмент (https://kolundrov.ru/catalog/drovokol-stilet/), содержащий ударную динамическую часть с осевым отверстием, направляющий вал и рабочий орган в виде клина. Направляющий вал размещен в отверстии ударной части. Статическая часть инструмента объединяет в себе направляющий вал и клин.

Недостатком устройства является недостаточная эффективность ударного воздействия из-за включения в статическую массу, кроме необходимого для колки дров клина, направляющего вала. Увеличение массы статической части инструмента затрудняет передачу энергии от динамической части.

Известен универсальный ручной ударный инструмент (Патент РФ №2572941, B25B 31/00, B25D 17/00 опубл. 20.01.2016), содержащий ударный элемент-боек с осевым отверстием, направляющий стержень и рабочий орган. Направляющий стержень размещен в осевом отверстии бойка и жестко соединен с рабочим органом. Рабочий орган содержит универсальную плиту для закрепления на ней различных сменных инструментов.

Недостатком известного технического решения является недостаточная эффективность ударного воздействия из-за включения в статическую массу трех частей: направляющего стержня, универсальной плиты и сменных инструментов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является ручной ударный инструмент для разрушения льда (Патент РФ №2517843, E01H 6/00, B25D 3/00, опубл. 10.06.2014), содержащий ударный элемент-боек с осевым отверстием, направляющий стержень и рабочий орган с заостренной частью. Направляющий стержень размещен в осевом отверстии бойка и жестко соединен с рабочим органом.

Недостатком устройства является недостаточная эффективность разрушения льда вследствие большой массы статической части инструмента, составляющей сумму масс направляющего стержня и рабочего органа.

Таким образом, в результате анализа уровня техники установлено, что все рассмотренные аналоги и прототип имеют общий недостаток в виде значительной массы статической части за счет жесткой связи направляющего стержня и рабочего органа.

При работе инструмента боек после удара продолжает движение, соединившись с рабочим органом. Взаимодействие такого типа можно рассматривать как абсолютно неупругий удар. В результате удара бойка о статическую часть инструмента вся его кинетическая энергия расходуется на деформацию обрабатываемого материала и по закону сохранения импульса:

где:

масса динамической части;

масса статической части;

скорость до удара;

скорость после удара.

Соответственно, коэффициент полезного действия (КПД) передачи энергии при работе инструмента имеет вид:

Из последнего выражения следует, что для повышения КПД необходимо минимизировать массу статической части инструмента .

Задачей изобретения является повышение КПД ручного ударного инструмента.

Технический результат изобретения состоит в снижении массы статической части инструмента путем освобождения рабочего органа от жесткой связи с направляющим стержнем.

Результат достигается тем, что у ручного ударного инструмента, содержащего боек с осевым отверстием, в котором размещен направляющий стержень, соединенный с рабочим органом, согласно изобретению, соединение направляющего стержня с рабочим органом выполнено подвижным, с возможностью осевого линейного перемещения относительно рабочего органа.

В частности, подвижное соединение направляющего стержня выполнено путем размещения его конца в глухом отверстии рабочего органа.

В частности, подвижное соединение направляющего стержня и рабочего органа содержит ограничитель их взаимного перемещения.

В частности, для ограничения взаимного линейного перемещения часть глухого отверстия рабочего органа выполнена ступенчатой расширяющейся формы в сторону основания и на конце направляющего стержня выполнено утолщение препятствующее отсоединению его от рабочего органа.

Выполнение соединения направляющего стержня с рабочим органом подвижным позволяет исключить массу направляющего стержня из процесса взаимодействия динамической и статической частей инструмента. Функция направляющего стержня в предлагаемом устройстве ограничена его прямым назначением и не оказывает влияния на КПД.

Ограничитель взаимного перемещения направляющего стержня и рабочего органа создает удобство при работе с инструментом. Диапазон перемещения выбирается в соответствии с назначением инструмента и возможным перемещением рабочего органа под действием бойка.

Сущность изобретения поясняется чертежом фиг.1 на котором представлен ручной ударный инструмент с бойком и направляющей.

Ручной ударный инструмент содержит боек 1 с осевым отверстием 2, в котором размещен направляющий стержень 3, соединенный с рабочим органом 4. Боек 1 перемещается по всей длине направляющего стержня 3. Направляющий стержень 3 перемещается относительно рабочего органа 4 в соответствии с размером замкнутой полости ступенчатого отверстия 5. Диапазон перемещения составляет (a-b), где a-длина отверстия 5; b - длина утолщения 6 на конце направляющего стержня 3.

В процессе работы инструмента рабочий орган 4 устанавливается в необходимом для удара месте 8, и затем боек 1 перемещают вверх по направляющему стержню 3 расположенному вертикально. При этом конец 6 направляющего стержня 3 лежит на основании 7 отверстия 5 под действием собственного веса. После падения бойка 1 на рабочий орган 4 происходит удар, кинетическая энергия передается от бойка 1 рабочему органу 4 и последний перемещается в направлении удара. Вследствие отсутствия жесткой связи направляющего стержня 3 и рабочего органа 4, направляющий стержень 3 не оказывает влияния на процесс передачи кинетической энергии. Следовательно, массу направляющего стержня 3 можно не учитывать при определении массы статической части инструмента и она не оказывает отрицательного влияния на КПД.

Изготовление предлагаемого инструмента возможно резанием, ковкой или литьем с использованием типового технологического процесса.

Проведенные испытания опытного образца топора-колуна с массой бойка 3 кг и массой рабочего органа 1 кг подтвердили успешное решение поставленной задачи. Направляющий стержень из трубы массой 0,68 кг не снижал эффективность работы инструмента. По формуле (2) для опытного образца изобретения и прототипа:

КПД_И=3/(3+1)=0,75; (3)

где КПД_И - КПД опытного образца изобретения.

КПД_П=3/(3+1+0,68)=0,64, (4)

где КПД_П - КПД прототипа изобретения.

Таким образом, из выражений (3) и (4) следует, что у опытного образца изобретения КПД_И выше, чем у прототипа КПД_П на 17%.

Применение изобретения экономит время и силы рабочего.