Патент на изобретение №2309038

(54) ВИБРОБЕЗОПАСНАЯ ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ МАШИНА УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к пневматическим машинам ударного действия. Пневматическая машина содержит корпус с размещенным в нем металлическим стволом, ударник, размещенный в стволе с возможностью осевого перемещения и разделяющий его на камеры прямого и обратного хода, стакан, механизм воздухораспределения, рукоятку и установленный внутри рукоятки амортизатор из мягкого эластомера. Механизм воздухораспределения выполнен с питающим, нагнетающими прямыми и нагнетающими обратными каналами. На корпусе установлен защитный кожух с образованием между ними кольцевой полости. Ствол выполнен по меньшей мере из трех звеньев, телескопически установленных с возможностью относительного осевого перемещения без соударения и залитых ударопрочным эластомером, образующим корпус. В стенках корпуса выполнены каналы. Одни каналы выполнены для сообщения с камерой прямого хода. Другие каналы выполнены для сообщения с одной стороны с камерой обратного хода, а с другой стороны с нагнетающими обратными каналами механизма воздухораспределения. Третьи каналы предназначены для сообщения с упомянутой кольцевой полостью. Стакан, механизм воздухораспределения, защитный кожух и рукоятка выполнены из ударопрочного эластомера разной твердости. В результате чего обеспечивается вибробезопасность, снижается уровень шума, повышается эффективность работы и уменьшается вес пневматической машины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, более конкретно к пневматическим машинам ударного действия, которые используются в строительстве, энергетике, коммунальном хозяйстве и т.д. для обработки железобетонных конструкций, разрушения полускальных пород, твердых и мерзлых грунтов.

Известны пневматические машины, например бетонолом, содержащий ствол в виде двух труб внешней и внутренней, зазор между которыми заполнен упругим материалом таким образом, что полости между трубами являются воздуховодами для возврата бойка в верхнее положение, соединяющими камеру обратного хода с впускным каналом (1).

Недостатком его является то, что внутренняя труба, в которой перемещяется ударник, целиковая, вибрация от реактивного удара рабочего инструмента сразу передается по металлу на рукоятку и в ней присутствует весь спектр октавных частот виброскорости, кроме этого, наружная труба работает в противофазе, что увеличивает разрывающую силу в упругом материале между внутренней и наружной трубой.

Также известен пневматический молоток, содержащий металлический ствол с перемещающимся в нем ударником и корпус. При этом между стволом и корпусом размещена пластмассовая вставка с продольными каналами для подачи воздуха в камеру обратного хода, которая зажата тремя осевыми вставками, проходящими через весь корпус машины (2).

Недостатком является то, что целиковый металлический ствол, а также осевые винты не снижают вибрацию от реактивного удара рабочего инструмента по торцу ствола и передают ее на рукоятку.

Наиболее близкой к предлагаемой по своей технической сути является пневматическая машина ударного действия, содержащая ствол, состоящий из двух телескопически установленных звеньев, имеющий выхлопные и перепускные отверстия, ударный механизм, размещенный в стволе с возможностью осевого перемещения и делящий его на камеры прямого и обратного хода, корпус из эластичного полимера, в котором размещен с натягом ствол и который взаимодействует со стволом посредством соответсвующих буртиков, стакан, установленный на торце ствола, с размещенным в нем механизмом воздухораспределения, пусковое устройство, состоящее из штуцера с клапанным механизмом и плунжера, держатель сменного инструмента, выполненный в виде пластмассового стакана, установленного на конце пластмассового корпуса с размещенной в нем разрезной втулкой (3).

Однако она также имеет недостатки, а именно ствол, установленный с натягом в пластмассовым корпусе, не исключает возможности его поворота и может происходить смещение радиальных отверстий ствола относительно радиальных отверстий корпуса, сжатый воздух присутствует в продольных каналах между двух сред, а именно между металлическим стволом с одной стороны и пластмассовым корпусом с другой стороны и раздувает корпус, не обеспечивая герметичность каналов, происходит перетечка сжатого воздуха из камеры прямого хода в камеру обратного хода и наоборот. Один внешний буртик ствола, взаимодействуя с внутренним буртиком корпуса, вызывает вместе контакта локальное напряжение и уменьшает ресурс.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение вибробезопасности, снижение уровня шума и повышение эффективности за счет повышения комфортности работы и возможности использования машины в любых средах, в том числе во взрывоопасных при чрезвычайных ситуациях, а также уменьшение веса пневматической машины.

Поставленный технический результат достигается тем, что пневматическая машина ударного действия содержит корпус с размещенным в нем металлическим стволом, в котором выполнены выхлопные, перепускные прямые и перепускные обратные отверстия, ударник, размещенный в стволе с возможностью осевого перемещения и разделяющий его на камеры прямого и обратного хода, стакан, механизм воздухораспределения с питающим, нагнетающими прямыми и нагнетающими обратными каналами, размещенный в стакане и закрепленный на торце ствола, штуцер с запорным шариком и быстросъемным механизмом и рукоятку, при этом согласно изобретению она снабжена амортизатором из мягкого эластомера, выполненным в виде тора и установленным внутри рукоятки под стаканом, и защитным кожухом, установленным на корпусе с образованием между ними кольцевой полости, на корпусе под кожухом выполнены концентрические буртики, делящие упомянутую кольцевую полость на кольцевые камеры, ствол выполнен по меньшей мере из трех звеньев с кольцевыми или винтовыми буртиками или с накаткой на наружной поверхности, телескопически установленных с возможностью относительного осевого перемещения без соударения и залитых ударопрочным эластомером, образующим корпус, в стенках которого выполнены каналы для сообщения с камерой прямого хода через перепускные прямые отверстия ствола, для сообщения с одной стороны с камерой обратного хода через обратные перепускные отверстия ствола, а с другой стороны с нагнетающими обратными каналами механизма воздухораспределения, а также для сообщения с упомянутыми кольцевыми камерами через выхлопные отверстия, указанные каналы делят корпус на внутреннюю и наружную оболочки, соединенные упругими перемычками, наружная оболочка выполнена обеспечивающей удерживание рукой оператора, а стакан, механизм воздухораспределения, защитный кожух и рукоятка выполнены из ударопрочного эластомера разной твердости.

Кроме того, в частном случае выполнения пневматической машины ударного действия, быстросъемный механизм выполнен в виде размещенного внутри штуцера полого эластичного ниппеля с кольцевыми буртиками и прижима, штуцер выполнен с кольцевыми канавками для взаимодействия с буртиками ниппеля, с радиальными дренажными отверстиями для сообщения кольцевых канавок ниппеля с атмосферой и с канавками на наружной поверхности, ниппель выполнен с лепестками с храповыми собачками для взаимодействия с канавками штуцера, а прижим установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения для фиксации ниппеля относительно штуцера при отсутствии сжатого воздуха в ниппеле, а в качестве эластомера использован полиуретан.

Благодаря тому, что ствол выполнен из нескольких, например трех, звеньев, установленных телескопически одно в другом с возможностью осевого перемещения относительно друг друга, исключающей осевое соударения их, при этом звенья залиты ударопрочным эластомером, например полиуретаном, который образует корпус и удерживает эти звенья, обеспечивается практически полная дисепация реактивной энергии от удара рабочего инструмента по торцу ствола.

Благодаря тому, что каждое звено имеет свою собственную постоянную времени, определяемую его массой и упругостью полимера, они колеблются в противофазе, что снижает вибрацию, а наличие буртиков на внешних поверхностях звеньев, залитых эластомером, не создает концентрированного действия инерционной силы, и она распределяется по всей длине ствола и воздействует на упругий эластомер в месте контакта его с буртиками, при этом дисепации реактивной энергии рабочего инструмента способствуют разные скорости распространения ударной волны в корпусе из упругого эластомера и с одной стороны связанных с ним, а с другой стороны не связанных между собой металлических звеньях ствола. Таким образом, чем больше звеньев в стволе, тем меньше вибрация.

Благодаря тому, что внутри стенок корпуса выполнены каналы на всю его длину, часть из которых сообщается с одной стороны через обратные перепускные отверстия ствола с камерой обратного хода, а с другой стороны с нагнетающими каналами обратного хода механизма воздухораспределения, они выполняют функцию воздуховодов обратного хода, а другая часть продольных каналов сообщается с камерой прямого хода через прямые перепускные отверстия ствола, они являются дополнительным ресивером, увеличивающим объем камеры прямого хода, при этом увеличивается амплитуда хода ударника и соответственно энергия удара.

Благодаря тому, что каналы разделяют корпус на две оболочки, внутренняя из которых обволакивает ствол, а внешняя помещается в руке оператора, которые соединяются упругими перемычками, образованными теми же каналами, при управлении молотком обеспечивается возможность смещения оболочек относительно друг друга как в круговом, так и в продольном направлении, что понижает действие вибрации на руки оператора, а присутствие воздуха в каналах корпуса обеспечивает воздушную подушку в корпусе, что снижает вибрацию в радиальном направлении.

Благодаря тому, что снаружи на корпусе в области, охватываемой защитным кожухом, выполнены концентрические буртики, диаметр которых соответствует внутреннему диаметру кожуха и которые делят кольцевую полость на соответствующие кольцевые камеры, отработанный воздух, проходя из выхлопных отверстий ствола, перетекает через буртики и дросселируется в каждой камере, теряя свою остаточную энергию, что приводит к снижению уровня шума при выхлопе.

Благодаря тому, что стакан и размещенный в нем механизм воздухораспределения выполнены из ударопрочного эластомера и имеют разную твердость, при навинчивании стакана на внутренний конец корпуса, с одной стороны, обеспечивается плотное поджатие механизма воздухораспределения к торцу ствола, не требующее тарельчатых пружин и т.д., а с другой стороны, благодаря фрикционным свойствам эластомера обеспечивается защищенность винтового соединения от самоотворачивания при ударном воздействии и не требуется контрящих шпилек, при этом еще два эластичных звена препятствуют передаче вибрации в продольном и поперечном направлениях.

Благодаря тому, что защитный кожух, амортизатор и рукоятка выполнены из эластичного полимера и твердость их подобрана с учетом энергетики машины, веса, ее назначения, удобства управления и тактильного восприятия, обеспечивается виброзащита обеих рук во всех направлениях и возможность использовать ее в любой агрессивной и взрывоопасной среде, так как в машине нет сопрягаемых или взаимодействующих (кроме ударник-пика) между собой металлических деталей, способных генерировать искру, а пара ударник-пика, работающие в режиме удара и генерирующие искры, находится внутри ствола, где всегда присутствует сжатый чистый воздух от компрессора, а внешний окружающий воздух, содержащий газы, способный воспламениться от искры, попасть внутрь ствола не может.

Благодаря амортизатору, помещенному в рукоятку и выполненному также из упругого эластомера в форме тора, уменьшается воздействие толчков на рукоятку, так как ударная энергия тратится на упругие деформации изгиба, сжатия и растяжения элементов тора, одновременно он работает как возвратная пружина.

Благодаря вышеперечисленным отличительным признакам в заявляемой машине изменилась структура вибрации, а именно удар в математике описывается как дельта-функция, физическое толкование ее – это амплитуда воздействия силы без продолжительности во времени. В заявляемой машине орган управления – рукоятка испытывает реакцию от обратного удара инструмента по стволу в течение некоторого времени, а это уже не удар, а толчок. В заявляемой машине во время ее работы при контакте руки оператора с рукояткой не происходит тремора пальцев руки и ладони, поэтому машина вибробезопасна

Благодаря тому, что быстросъемный механизм выполнен в виде полого эластичного ниппеля, помещенного внутрь штуцера, и при этом на нем выполнены кольцевые буртики, а внутри штуцера выполнены соответствующие кольцевые канавки и дренажные радиальные отверстия, сообщающие эти канавки с атмосферой, сжатый воздух, поступая по ниппелю внутрь штуцера, раздувает ниппель и прижымает его к внутренним стенкам штуцера, при этом буртики ниппеля входят в соответсвующие канавки штуцера и, таки образом, обеспечивается зацепление. Площадь внутренней поверхности ниппеля, на которую действует сжатый воздух, раздувая его, на порядок выше площади поперечного сечения его, на которую действует выталкивающая сила. Отсюда прижимающая сила также на порядок превосходит выталкивающую силу и обеспечивает надежное зацепление буртиков в канавках штуцера.

Благодаря тому, что снаружи на ниппеле по окружности выполнены лепестки с храповыми собачками и там же размещен манипулятор, выполненный в виде цилиндрической втулки, обхватывающий корпус ниппеля и имеющий возможность возвратно-поступательного перемещения, а на наружной поверхности штуцера выполнена соответствующая канавка, обеспечивается возможность фиксации быстросъемного соединения при отсутствии сжатого воздуха, когда храповые собачки лепестков помещаются в канавку штуцера, а манипулятор сдвигается на лепестки, прижимая их к канавке.

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 позволило авторам выявить технические решения, содержащие сходные признаки, а поэтому заявляемое решение соответствует критерию изобретения «Существенные отличия».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 показана конструктивная схема заявляемой пневматической вибробезопасной машины ударного действия, на Фиг.2 – сечения Фиг.1 по А-А, Б-Б и В-В, на Фиг.3 показан штуцер с быстросъемным механизмом в статическом состоянии.

Пневматическая вибробезопасная машина ударного действия содержит ствол, состоящий из нескольких, например трех, 1, 2 и 3 звеньев, имеющих выхлопные 4 и перепускные прямые 5 и обратные 6 отверстия, ударник 7, делящий ствол на камеры прямого 8 и обратного 9 хода, корпус 10 с продольными каналами 20, 21 и 22, которые разделяют корпус 10 на две оболочки – внутреннюю 23 и наружную 24, которые соединяются перемычками 25, кольцевые буртики 26 в кольцевой полости, делящие ее на соответствующие кольцевые камеры, стакан 15 с размещенным в нем механизмом воздухораспределения 11, защитный кожух 17 с выпускными отверстиями 40, рукоятку 18, в которую помещен амортизатор 19, а стакан 15 закреплен в ней радиально установленным штуцером 16 с быстросъемным механизмом, состоящим из полого эластичного ниппеля 27 с кольцевыми буртиками 28 на внешней стороне, размещенного в штуцере 16, внутри которого выполнены соответствующие кольцевые канавки 29 для взаимодействия с буртиками 28 ниппеля, которые сообщаются с атмосферой через дренажные радиальные отверстия 30, а снаружи выполнены по окружности удерживающие лепестки 31 с храповыми собачками 32 и установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения цилиндрический манипулятор 33, диаметр которого соответствует диаметру посадочного места наружного фиксатора ниппеля, и кольцевая канавка 34 выполнена на штуцере 16, в которую соответственно помещаются храповые собачки 32 и фиксируются манипулятором 33, кроме этого машина содержит плунжер 35 для запуска ее в действие, колпак 36 для удержания рабочего инструмента 37 и разрезную втулку 38 для установки инструмента с широким лезвием, например зубило, лопата и т.д.

Работает заявляемая машина следующим образом. Устанавливают машину рабочей частью инструмента 37 на обрабатываемую поверхность и нажимают на рукоятку 18 в осевом направлении. Плунжер 35, перемещаясь вместе с рукояткой, утапливает шарик штуцера 16 и сжатый воздух из магистрали поступает в питающую камеру 39 и далее через питающий канал 12 в механизм воздухораспределения, где попеременно, в зависимости от положения ударника 7, подается в нагнетающие прямой 13 или обратный 14 каналы. Например, как показано на Фиг.1, подается в обратный 14 канал и далее по продольному каналу 20 корпуса 10 в камеру обратного хода 9 через перепускные отверстия 6, где, расширяясь, воздействует на ударник 7 и забрасывает его в камеру 8 прямого хода, где происходит сжатие оставшегося воздуха и его накопление в каналах 21 как в дополнительных ресиверах. При своем движении ударник 7 открывает выхлопные отверстия 4, через которые камера обратного хода 9 сообщается по каналам 22 и выпускными отверстиями 40 с атмосферой. Происходит выхлоп отработавшего холостой ход воздуха. Механизм воздухораспределения 11 закрывает обратный нагнетающий канал 14 и открывает прямой нагнетающий канал 13. Сжатый воздух по нему попадает в камеру 8 прямого хода и, расширяясь, в ней заставляет ударник 7 ускоренно двигаться в направлении рабочего инструмента и набирать кинетическую энергию. При контакте ударника 7 с инструментом 37 последний производит полезную работу по обрубке, при этом отработанный воздух из камеры 8 прямого хода через открытые выхлопные 4 отверстия, через каналы 22 и выпускные отверстия 40 защитного кожуха 17 выбрасывается в атмосферу. Таким образом завершается ударный цикл. Далее работа машины повторяется по вышеописанному алгоритму.

Основным преимуществом заявляемой машины по сравнению с прототипом является вибробезопасность, обусловленная снижением степени вибрации, а также изменением ее структуры и повышением эффективности за счет увеличения продолжительности работы и комфортного тактильного восприятия рукоятки и корпуса машины при работе ею.

Это достигается тем, что ствол состоит из нескольких звеньев, установленных телескопически одно в другом с возможностью осевого перемещения относительно друг друга. Все звенья ствола снаружи имеют профиль в виде кольцевых или винтовых буртиков или шероховатости в виде накатки и залиты ударопрочным эластомером, который образует корпус, удерживающий эти звенья. Таким образом общая масса ствола рассредоточена пропорционально звеньям, каждое из которых образует собственную колебательную систему со своей постоянной времени, а все вместе они колеблются в противофазах, что способствует дисепации колебательной энергии и уменьшает вибрацию. Каналы, выполненные в стенках корпуса, обеспечивают коммуникации для прохода воздуха и его перераспределения, а также делят корпус на две оболочки – внутреннюю и наружную, первая из которых обволакивает ствол, а вторая удерживается рукой оператора, которые соединяются между собой упругими перемычками, образованными вышеупомянутыми каналами, также способствуют уменьшению вибрации за счет возможности оболочек смещаться на упругих перемычках одна относительно другой во всех направлениях.

Концентрические буртики на наружной поверхности корпуса в кольцевой полости между корпусом и защитным кожухом образуют соответствующие кольцевые камеры, в которых отработавший воздух дросселируется и теряет остаточную энергию перед выхлопом. Это снижает уровень шума от выхлопа.

Стакан с установленным в нем механизмом воздухораспределения, плотно прижатым к торцу ствола, благодаря тому, что оба выполнены из ударопрочного эластомера, обеспечивают надежную фиксацию винтового соединения от самоотворачивания за счет фрикционных свойств материала и еще раз демпфируют продольные и поперечные колебания при работе на отвал породы, когда к рукоятке и стакану приложены поперечные силы.

Защитный кожух и рукоятка, также выполненные из ударопрочного эластомера, обеспечивают комфортное тактильное восприятие рукам оператора и возможность работать молотком во взрывоопасной среде, так как нет перемещающихся и сопрягающихся между собой металлических деталей, способных вызвать искрение, а амортизатор, выполненный из упругого эластомера в виде тора и помещенный внутрь рукоятки под стакан, уменьшает толчки корпуса в рукоятку благодаря тому, что он испытывает упругие деформации как сжатия, так и растяжения и изгиба одновременно.

Удобство в работе достигается еще и тем, что быстросъемный механизм выполнен в виде полого эластичного ниппеля, помещенного внутрь штуцера, при этом снаружи ниппеля выполнены кольцевые буртики, а в штуцере выполнены соответствующие кольцевые канавки, сообщающиеся с атмосферой, в которые западают буртики ниппеля, когда в нем присутствует сжатый воздух, который раздувает его, прижимая к внутреннем стенкам штуцера, при этом обеспечивается надежное соединение.

В статическом состоянии, при отсутствии воздуха, эффективность соединения достигается тем, что снаружи на ниппеле по окружности выполнены лепестки с храповыми собачками и там же размещен прижимной манипулятор, выполненный в виде цилиндрической втулки, обхватывающий корпус ниппеля и имеющий возможность возвратно-поступательного перемещения, а на наружной поверхности штуцера выполнена соответствующая канавка, в которую западают храповые собачки и удерживаются надвинутым манипулятором.

Источники информации

1. Патент США №4483402, НКИ 173-134, 01.12.81 г.

2. Патент США №4673042, НКИ 173-134, 29.05.89 г.

3. Патент РФ №2244827, Е21С 37/24, В25D 9/00, 17/00, 02.06.03 г.

Формула изобретения

1. Пневматическая машина ударного действия, содержащая корпус с размещенным в нем металлическим стволом, в котором выполнены выхлопные, перепускные прямые и перепускные обратные отверстия, ударник, размещенный в стволе с возможностью осевого перемещения и разделяющий его на камеры прямого и обратного хода, стакан, механизм воздухораспределения с питающим, нагнетающими прямыми и нагнетающими обратными каналами, размещенный в стакане и закрепленный на торце ствола, штуцер с запорным шариком и быстросъемным механизмом и рукоятку, отличающаяся тем, что она снабжена амортизатором из мягкого эластомера, выполненным в виде тора и установленным внутри рукоятки под стаканом, и защитным кожухом, установленным на корпусе с образованием между ними кольцевой полости, на корпусе под кожухом выполнены кольцевые буртики, делящие упомянутую кольцевую полость на кольцевые камеры, ствол выполнен по меньшей мере из трех звеньев с кольцевыми или винтовыми буртиками, или с накаткой на наружной поверхности, телескопически установленных с возможностью относительного осевого перемещения без соударения и залитых ударопрочным эластомером, образующим корпус, в стенках которого выполнены каналы для сообщения с камерой прямого хода через перепускные прямые отверстия ствола, для сообщения с одной стороны с камерой обратного хода через обратные перепускные отверстия ствола, а с другой стороны – с нагнетающими обратными каналами механизма воздухораспределения, а также для сообщения с упомянутыми кольцевыми камерами через выхлопные отверстия, указанные каналы делят корпус на внутреннюю и наружную оболочки, соединенные упругими перемычками, наружная оболочка выполнена обеспечивающей удерживание рукой оператора, а стакан, механизм воздухораспределения, защитный кожух и рукоятка выполнены из ударопрочного эластомера разной твердости.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что быстросъемный механизм выполнен в виде размещенного внутри штуцера полого эластичного ниппеля с кольцевыми буртиками и прижима, штуцер выполнен с кольцевыми канавками для взаимодействия с буртиками ниппеля, с радиальными дренажными отверстиями для сообщения кольцевых канавок ниппеля с атмосферой и с канавками на наружной поверхности, ниппель выполнен с лепестками с храповыми собачками для взаимодействия с канавками штуцера, а прижим установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения для фиксации ниппеля относительно штуцера при отсутствии сжатого воздуха в ниппеле.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что в качестве эластомера использован полиуретан.

РИСУНКИ