RU2015322C1

RU2015322C1 - Air-operated hammer with throttling aid distribution

Info

Publication number: RU2015322C1
Authority: RU
Inventors: Д.Э. Абраменков; Э.А. Абраменков
Original assignee: Новосибирский инженерно-строительный институт
Priority date: 1991-01-30
Filing date: 1991-01-30
Publication date: 1994-06-30

Abstract

FIELD: drilling equipment. SUBSTANCE: air-operated hammer has handle, working tool, body with outlet channel and central channel accommodating striker separating central channel into flow chamber, working stroke chamber and idle stroke chamber, which communicate periodically with atmosphere by means of outlet channel, inlet throttling channels in cover and body constantly communicating the chambers of working and idle stokes with compressed air system, and channel for forcing out air from working stroke chamber with cutting-off edge. To increase impact energy, frequency of impacts and to reduce specific air flow rate due to reduction of time of braking of striker at the end of idle stroke and increased speed of acceleration at the beginning of working stroke, the forcing out channel has cutting-off edge in body central channel. Length of forcing out channel between cutting-off edge is larger than length of side landing surface of striker. EFFECT: higher efficiency. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области горных и строительных машин и может быть использовано при конструировании отбойных, бурильных и других молотков. The invention relates to the field of mining and construction machinery and can be used in the design of jack, drill and other hammers.

Известны пневматические машины ударного действия [1], включающие цилиндр, разделенный ударником на камеры рабочего и холостого ходов, постоянно через калибровочные каналы сообщающиеся с сетью сжатого воздуха и периодически с атмосферой. Known pneumatic impact machines [1], including a cylinder divided by a drummer into the chambers of working and idling, constantly through calibration channels communicating with the compressed air network and periodically with the atmosphere.

Достоинствами данных машин являются простота и надежность в работе. Однако есть следующий недостаток: в период холостого хода после прохождения верхним торцом ударника уровня выпускного отверстия имеет место быстрое повышение давления на ударник со стороны камеры рабочего хода, что обусловливает наличие значительного импульса противодействия в период, предшествующий остановке ударника. Это приводит к уменьшению импульса холостого хода, и следовательно ударник имеет меньший ход от инструмента. В период рабочего хода это обусловливает уменьшение энергии единичного удара. The advantages of these machines are simplicity and reliability. However, there is the following drawback: during idling, after the upper end of the striker passes through the level of the outlet, there is a rapid increase in pressure on the striker from the side of the working chamber, which causes a significant counteraction pulse in the period preceding the stop of the striker. This leads to a decrease in the idle impulse, and therefore the drummer has a smaller stroke from the tool. During the stroke, this leads to a decrease in the energy of a single impact.

Известен также пневматический молоток [2], включающий корпус с центральным каналом, каналы впуска и выпуска, ударник, разделяющий центральный канал на каналы рабочего и холостого ходов, рабочий инструмент. Камера рабочего хода снабжена дополнительной камерой-проточкой, которая снабжена каналом вытеснения с выходом его в центральный канал корпуса на участке между ступенью камеры-проточки в камере рабочего хода и отсечной кромкой канала выпуска из этой камеры. Also known is a pneumatic hammer [2], which includes a housing with a central channel, intake and exhaust channels, a hammer that divides the central channel into working and idle channels, a working tool. The working chamber is equipped with an additional chamber-groove, which is equipped with a displacement channel with its exit to the central channel of the housing in the area between the step of the grooving chamber in the working chamber and the cut-off edge of the outlet channel from this chamber.

Достоинством приведенного технического решения является увеличенный (по сравнению с предыдущим решением) тормозной путь ударника при холостом ходе. Это осуществляется за счет снижения противодавления на ударник в период холостого хода путем вытеснения части воздуха из камеры рабочего хода посредством канала вытеснения. The advantage of the technical solution is the increased (compared to the previous solution) braking distance of the striker at idle. This is done by reducing the back pressure on the hammer during the idle period by displacing part of the air from the working chamber through the displacement channel.

Однако приведенное техническое решение имеет недостаток: увеличенное время торможения ударника в конце холостого хода, уменьшение его скорости разгона в начале рабочего хода, что влечет за собой снижение энергии удара, частоты удара и увеличение удельного расхода воздуха. Это объясняется тем, что канал вытеснения в конце холостого и в начале рабочего ходов сообщает камеру-проточку и камеру рабочего хода с атмосферой посредством выпускного канала и давление в камере уменьшается, что снижает скорость разгона ударника в начале рабочего хода. Эффект вытеснения части воздуха из камеры рабочего хода будет более рациональным, если время вытеснения в конце холостого хода ограничить посредством перекрытия канала вытеснения. За счет втекания сетевого воздуха в камеру рабочего хода давление в ней будет повышаться, что обеспечит более эффективное торможение в конце холостого и разгон в начале рабочего ходов. Перекрытие канала вытеснения обеспечивает также сохранение части воздуха в камере рабочего хода, что предопределяет экономичность машины. However, the above technical solution has a drawback: increased braking time of the striker at the end of idle, a decrease in its acceleration speed at the beginning of the stroke, which entails a reduction in impact energy, impact frequency and an increase in specific air consumption. This is because the displacement channel at the end of the idle and at the beginning of the working strokes communicates the bore chamber and the working chamber with the atmosphere through the exhaust channel and the pressure in the chamber decreases, which reduces the accelerator acceleration speed at the beginning of the working stroke. The effect of displacing part of the air from the working chamber will be more rational if the time of displacement at the end of idling is limited by blocking the displacement channel. Due to the inflow of the supply air into the chamber of the stroke, the pressure in it will increase, which will provide more effective braking at the end of idle and acceleration at the beginning of the stroke. Overlapping the displacement channel also ensures the preservation of part of the air in the working chamber, which determines the efficiency of the machine.

Цель изобретения - повышение энергии единичного удара, частоты ударов и снижения удельного расхода сжатого воздуха за счет сокращения времени торможения ударника в конце холостого хода и увеличения скорости разгона в начале рабочего хода. The purpose of the invention is to increase the energy of a single impact, the frequency of impacts and reduce the specific consumption of compressed air by reducing the braking time of the striker at the end of idling and increasing the acceleration speed at the beginning of the working stroke.

Поставленная цель достигается тем, что пневматический молоток с дроссельным воздухораспределением, включающий рукоятку, рабочий инструмент, корпус с впускным, выпускным каналами и центральным каналом, внутри которого размещен ударник, разделяющий центральный канал на камеры рабочего и холостого ходов, сообщающиеся периодически выпускным каналом с атмосферой, камеру-проточку, дополняющую камеру рабочего хода, впускные дроссельные каналы в крышке и корпусе, постоянно соединяющие камеру рабочего и холостого ходов с сетью сжатого воздуха, и канал вытеснения из камеры рабочего хода в корпусе с ограничительной кромкой со стороны камеры холостого хода, канал вытеснения имеет отсекающую кромку в центральном канале корпуса со стороны камеры-проточки. Длина канала вытеснения между отсекающими кромками больше длины боковой просадочной поверхности ударника. This goal is achieved by the fact that a pneumatic hammer with a throttle air distribution, including a handle, a working tool, a housing with an inlet, outlet and a central channel, inside of which there is a hammer that separates the central channel into the working and idle chambers, which periodically communicate with the exhaust channel with the atmosphere, a bore chamber, supplementing the working chamber, inlet throttle channels in the lid and housing, constantly connecting the working and idle chamber to the compressed air network a, and the channel of displacement from the chamber of the stroke in the housing with a restrictive edge from the side of the idle chamber, the displacement channel has a cutting edge in the central channel of the housing from the side of the grooved chamber. The length of the displacement channel between the cutting edges is greater than the length of the lateral subsidence surface of the striker.

Целесообразно выполнить канал вытеснения в виде вскрытого на боковой поверхности центрального канала корпуса паза с отсекающими кромками в виде ограничительных кромок длины паза вдоль образующей центрального канала. Целесообразно также канал вытеснения выполнить в виде трубки, вынесенной за пределы корпуса с отсекающими кромками в виде радиальных вводов концов трубки в центральный канал корпуса. It is advisable to perform the displacement channel in the form of a groove opened on the side surface of the central channel of the groove body with cutting edges in the form of restrictive edges of the groove length along the generatrix of the central channel. It is also advisable to perform the displacement channel in the form of a tube extended outside the housing with cutting edges in the form of radial bushings of the ends of the tube into the central channel of the housing.

На фиг. 1 показан пневматический молоток с частичным продольным разрезом; на фиг. 2 - фрагмент варианта молотка с каналом вытеснения в виде закрытого канала в корпусе, разрез; на фиг. 3 - фрагмент молотка с каналом в трубке, вынесенной за пределы корпуса. In FIG. 1 shows a pneumatic hammer with a partial longitudinal section; in FIG. 2 is a fragment of a variant of a hammer with a displacement channel in the form of a closed channel in the housing, section; in FIG. 3 - a fragment of a hammer with a channel in the tube, carried outside the housing.

Пневматический молоток состоит из корпуса 1, центральный канал которого разделен ударником 2 на камеру-проточку 3 и камеру рабочего 4 и холостого 5 ходов. Рукоятка 6 выполнена с впускным устройством 7. В корпусе 1 выполнены впускные каналы 8 и 9, постоянно сообщающие сеть сжатого воздуха соответственно с камерой-проточкой 3, камерами рабочего 4 и холостого 5 ходов. Для выхода в камеру холостого хода впускной канал 9 продлен каналом 10, расположенным в корпусе 1. The pneumatic hammer consists of a housing 1, the central channel of which is divided by a drummer 2 into a groove chamber 3 and a working chamber 4 and idle 5 moves. The handle 6 is made with an inlet device 7. In the housing 1, inlet channels 8 and 9 are made, constantly communicating a compressed air network with a groove chamber 3, working 4 and idle 5 strokes, respectively. To exit to the idling chamber, the inlet channel 9 is extended by the channel 10 located in the housing 1.

Камера-проточка 3 камеры 4 и 5 периодически посредством выпускного канала 11 в корпусе 1 и камеры 12, образованной выпускным кольцом 13 и корпусом 1, сообщаются через каналы 14 с атмосферой. Для уменьшения сил торможения ударника импульсом холостого хода при сохранении импульса рабочего хода, камера 4 в центральном канале корпуса снабжена каналом вытеснения 15, с отсекающими кромками 16 и 17, имеющими выходы на боковую поверхность центрального канала. Канал вытеснения может быть выполнен в виде канала-паза 15 (фиг. 1) или канала 15 круглого сечения (фиг. 2), или канала 15 в трубке, вынесенной за пределы корпуса (фиг. 3), с отсекающими кромками в виде радиальных концов трубки в центральном канале корпуса 1. Дополнительно молоток содержит предкамеру 18, образованную рукояткой 6 ограничением крышкой 19, разделяющей предкамеру 18 с камерой-проточкой 3 камерой 4 рабочего хода и рабочий инструмент 20 с концевой пружиной 21. The camera groove 3 of the chamber 4 and 5 periodically through the outlet channel 11 in the housing 1 and the chamber 12, formed by the exhaust ring 13 and the housing 1, communicate through the channels 14 with the atmosphere. To reduce the braking forces of the striker with an idle pulse while maintaining the impulse of the stroke, the chamber 4 in the central channel of the housing is equipped with a displacement channel 15, with cutting edges 16 and 17 having exits to the side surface of the central channel. The displacement channel can be made in the form of a channel-groove 15 (Fig. 1) or a channel 15 of circular cross-section (Fig. 2), or a channel 15 in a tube extended outside the housing (Fig. 3), with cutting edges in the form of radial ends the tube in the Central channel of the housing 1. Additionally, the hammer contains a pre-chamber 18, formed by the handle 6 by the restriction of the cover 19, separating the pre-chamber 18 with the camera-groove 3 camera 4 working stroke and the working tool 20 with the end spring 21.

Варианты исполнения канала вытеснения на рабочий процесс молотка существенного влияния не оказывают и предназначены для удовлетворения технологических требований по изготовлению и эксплуатации. Конструктивное исполнение, предложенное вариантами для указанных целей, может быть практически весьма существенным. The options for the execution of the displacement channel do not have a significant impact on the hammer workflow and are intended to meet the technological requirements for manufacturing and operation. The design proposed by the options for these purposes can be almost very significant.

Пневматический молоток работает следующим образом. Air hammer works as follows.

Воздух из сети поступает в камеру 18, откуда подается по впускному каналу 8 в камеру-проточку 3 и далее в камеру рабочего хода 4 и одновременно по впускному каналу 9 и его продолжению, каналу 10, в камеру холостого хода 5. Air from the network enters the chamber 18, from where it is supplied through the inlet channel 8 to the groove chamber 3 and then to the working chamber 4 and simultaneously through the inlet channel 9 and its extension, channel 10, to the idling chamber 5.

Давление воздуха в камере-проточке 3 и камере 4 практически равно атмосферному, т. к. выпускной канал 11 (имеющий площадь проходного сечения, существенно превышающую площадь сечения каналов 8 и 9) открыт и посредством выпускной камеры 12 и каналов 14 камера-проточка 3 и камера 4 сообщены атмосферой. В камере 5, поскольку она с атмосферой разобщена, давление воздуха увеличивается и ударник 2 начнет перемещаться от инструмента 20, удерживаемого относительно корпуса 1 концевой пружиной 21, совершая холостой ход. При последующем движении ударник 2 своей боковой поверхностью перекроет выпускной канал 11, вследствие чего камера-проточка 3 и камера 4 с атмосферой разобщится и в них начнется повышение давления. Ударник 2, продолжая свое движение от инструмента, начнет последовательное перекрытие канала 15. Преодолевая увеличивающееся противодавление со стороны камеры-проточки 3 и камеры 4 рабочего хода, ударник 2 вскроет своей боковой поверхностью выпускной канал 11, вследствие чего начнется выпуск отработавшего воздуха из камеры 5 холостого хода, давление воздуха в ней понизится до величины атмосферного. В последующий момент времени ударник 2 вскроет своей боковой поверхностью отсекающую кромку 16 канала 15, сообщая, таким образом, камеру 4 рабочего хода с камерой 5 холостого хода и с атмосферой. Вследствие отмеченного часть воздуха из камеры-проточки 3 и камеры 4 будет вытесняться через канал 15 и дальнейшее резкое повышение давления в камере-проточке 3 и камере 4 рабочего хода прекратится. The air pressure in the chamber groove 3 and chamber 4 is almost equal to atmospheric, since the exhaust channel 11 (having a passage section area significantly exceeding the cross-sectional area of channels 8 and 9) is open and through the exhaust chamber 12 and channels 14 of the chamber groove 3 and chamber 4 communicated by the atmosphere. In the chamber 5, since it is disconnected from the atmosphere, the air pressure increases and the striker 2 begins to move from the tool 20, held relative to the housing 1 by the end spring 21, making idle. During the subsequent movement, the firing pin 2 will block the outlet channel 11 with its lateral surface, as a result of which the grooved chamber 3 and the chamber 4 with the atmosphere will be disconnected and an increase in pressure will begin in them. Drummer 2, continuing its movement from the tool, will start sequentially blocking channel 15. Overcoming the increasing back pressure from the side of the grooving chamber 3 and the working chamber 4, the drummer 2 will open the exhaust channel 11 with its lateral surface, as a result of which the exhaust air will begin to discharge from the empty chamber 5 stroke, the air pressure in it drops to atmospheric. At a subsequent point in time, the firing pin 2 will open with its lateral surface the cutting edge 16 of the channel 15, thus communicating the working chamber 4 with the idle chamber 5 and with the atmosphere. Due to the above, part of the air from the groove chamber 3 and the chamber 4 will be forced out through the channel 15 and a further sharp increase in pressure in the groove chamber 3 and the working chamber 4 will stop.

Таким образом, силы сопротивления воздуха со стороны камеры-проточки 3 и камеры 4, несмотря на уменьшающийся их объем, уменьшаются и ударник за счет того же по величине импульса со стороны камеры холостого хода будет двигаться с большей скоростью и пройдет большой путь, что предопределяет увеличение его потенциальной энергии. Thus, the air resistance forces from the side of the groove chamber 3 and the chamber 4, despite their decreasing volume, decrease and the firing pin will move at a higher speed due to the same momentum from the side of the idle chamber and will go a long way, which determines the increase its potential energy.

При дальнейшем движении ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью отсекающую кромку 17 канала 15 и вытеснение воздуха из камеры-проточки 3 и камеры 4 прекратится. С этого момента за счет сжатия воздуха, отсеченного в камере-проточке 3 и поступающего из сети по каналу 8, давление воздуха будет возрастать, оказывая возрастающее сопротивление движению ударника и он начнет более интенсивное торможение. Преодолевая сопротивление со стороны камеры-проточки 3, ударник исчерпает импульс холостого хода и остановится в расчетном положении. После остановки ударник 2 сразу же под действием импульса давления воздуха со стороны камеры-проточки 3 и камеры 4 начнет ускоренное движение в сторону инструмента 20, совершая рабочий ход. Перекрытие канала вытеснения в конце холостого хода позволяет сохранить воздух, постоянно поступающий по каналу 8 впуска из сети, и отсеченную часть воздуха в камере-проточке 3 и камере 4 рабочего хода, чем повысит в них давление воздуха. Отмеченное предопределяет сокращение расхода воздуха из сети за указанный период времени перекрытия и в целом за цикл, что при сохранении ударной мощности обеспечивает снижение удельного расхода воздуха и более высокую удельную экономичность молотка. With further movement, the striker 2 will block the cutting edge 17 of the channel 15 with its lateral surface and the displacement of air from the groove chamber 3 and the chamber 4 will stop. From this moment, due to the compression of the air cut off in the groove chamber 3 and coming from the network through the channel 8, the air pressure will increase, providing increasing resistance to the movement of the striker and it will begin more intensive braking. Overcoming the resistance from the side of the camera groove 3, the drummer will exhaust the idle pulse and stop in the calculated position. After stopping, the hammer 2 immediately under the influence of an air pressure pulse from the side of the groove-chamber 3 and the chamber 4 will begin accelerated movement towards the tool 20, making a working stroke. Overlapping the displacement channel at the end of idling allows you to save the air constantly flowing through the inlet channel 8 from the network, and the cut off part of the air in the groove chamber 3 and the working chamber 4, which will increase the air pressure in them. The aforementioned determines the reduction of air flow from the network for the specified period of time of overlap and in general per cycle, which, while maintaining the impact power, ensures a decrease in the specific air flow and higher specific profitability of the hammer.

Поскольку закрытый объем камеры-проточки 3 и камеры 4 рабочего хода будут обладать повышенным давлением, то это приведет к сокращению времени торможения и разгона ударника, сохранению большого запаса воздуха для организации импульса рабочего хода, увеличению скорости ударника, сокращению времени рабочего хода. Отмеченное будет обусловливать увеличение частоты ударов, энергии удара, а следовательно, увеличение ударной мощности и существенное снижение удельного расхода воздуха. Since the closed volume of the chamber groove 3 and the chamber 4 of the working stroke will have increased pressure, this will lead to a reduction in the braking and acceleration of the striker, a large air supply for organizing the pulse of the working stroke, an increase in the speed of the striker, and a reduction in the time of the working stroke. The aforementioned will determine an increase in the frequency of impacts, impact energy, and, consequently, an increase in impact power and a significant decrease in specific air consumption.

После открытия боковой поверхностью ударника отсекающей кромки 17 канала 15 некоторое количество воздуха из камеры 3 перетечет в камеру холостого хода и атмосферу. Однако поскольку на участке канала 15 вытеснения (между кромками 16 и 17) в конце холостого хода ударник 2 двигается с меньшей скоростью, чем на этом же участке в начале рабочего хода, то количество вытесненного воздуха из камеры-проточки 3 и камеры 4 за соответствующий период рабочего хода на участке той же длины будет меньшим. Это позволит сохранить импульс рабочего хода несмотря на некоторые временные утечки воздуха через канал 15 и тем самым обеспечить приращение (учитывая предыдущее перемещение потенциальной энергии при холостом ходе) кинетической энергии ударника. При дальнейшем своем движении ударник 2 перекроет отсекающую кромку 16 и вытекание воздуха из камеры-проточки 3 и камеры 4 прекратится. After the lateral surface of the striker opens the cutting edge 17 of the channel 15, a certain amount of air from the chamber 3 will flow into the idle chamber and the atmosphere. However, since in the section of the displacement channel 15 (between the edges 16 and 17) at the end of idle, the hammer 2 moves at a lower speed than in the same section at the beginning of the stroke, the amount of displaced air from the groove chamber 3 and the chamber 4 for the corresponding period the working stroke on the site of the same length will be less. This will allow to maintain the impulse of the working stroke despite some temporary air leaks through the channel 15 and thereby ensure the increment (taking into account the previous movement of potential energy at idle) of the kinetic energy of the projectile. With further movement, the striker 2 will block the cutting edge 16 and the flow of air from the chamber groove 3 and the chamber 4 will stop.

Совершая рабочий ход, ударник своей боковой поверхностью перекроет канал 11, и в камере 5 начнется процесс сжатия отсеченного в ней воздуха и воздуха, поступающего из сети через каналы 9 и 10. Обладая приобретенным во время холостого хода некоторым запасом хода, ударник 2 приобретает так же и запас по скорости, что обусловливается сохранением импульса давления воздуха со стороны камеры-проточки 3 и камеры 4 за период рабочего хода. Making a working stroke, the drummer will block channel 11 with its lateral surface, and in the chamber 5 the process of compression of the air cut off in it and the air coming from the network through channels 9 and 10 will begin. Having some reserve of reserve acquired during idling, the drummer 2 acquires the same and a margin of speed, which is due to the preservation of the air pressure impulse from the side of the chamber groove 3 and chamber 4 for the period of the stroke.

Продолжая движение к инструменту ударник 2 откроет выпускной канал 11, сообщающий камеру-проточку 3 и камеру 4 с атмосферой. Давление воздуха в камере 4 и камере-проточке 3 будет понижаться до величины атмосферного, так как проходное сечение впускного канала 8 весьма мало в сравнении с сечением выпускного канала 11 и поэтому не сможет полностью компенсировать выпускаемое количество воздуха. Задержка выпуска отработавшего воздуха из камеры 4 и камеры-проточки 3, обусловленная некоторым постоянным натеканием воздуха из сети, несколько поддерживает импульс рабочего хода, чем частично компенсируется возрастающее противодавление со стороны камеры 5 и ударник более полно сохраняет свою кинетическую энергию. Continuing the movement to the instrument, the drummer 2 will open the exhaust channel 11, which communicates the groove chamber 3 and the chamber 4 with the atmosphere. The air pressure in the chamber 4 and the chamber groove 3 will decrease to atmospheric, since the passage section of the inlet channel 8 is very small in comparison with the cross section of the outlet channel 11 and therefore cannot fully compensate for the amount of air discharged. The delay in the exhaust air discharge from the chamber 4 and the groove chamber 3, due to some constant air leakage from the network, somewhat supports the impulse of the stroke, which partially compensates for the increasing back pressure from the side of the chamber 5 and the drummer more fully retains its kinetic energy.

Преодолевая противодавление со стороны камеры 5 холостого хода, ударник наносит удар по хвостовику инструмента 20, и процесс повторяется. Overcoming the backpressure from the side of the idle chamber 5, the hammer strikes the shank of the tool 20, and the process repeats.

Claims

1. PNEUMATIC HAMMER WITH A THROTTLE AIR DISTRIBUTION, including a handle, a working tool, a housing with an inlet, outlet channels and a central channel, inside of which there is a hammer that divides the central channel into the working and idle chambers, which periodically communicate with the exhaust channel with the atmosphere, a groove chamber, supplementing the working chamber, inlet throttle channels in the cover and housing, constantly connecting the working and idling chamber to the compressed air network, and the channel for displacing from the working chamber stroke in the housing with a bounding edge on the side of the idling chamber, characterized in that, in order to increase the impact energy, the frequency of impacts and reduce the specific air consumption by reducing the braking time of the striker at the end of idling and increasing the acceleration speed at the beginning of the stroke, the displacement channel has a cutting edge in the central channel of the housing from the side of the grooved chamber, and the length of the displacement channel between the cutting edges is greater than the length of the side seating surface of the striker.

2. The hammer according to claim 1, characterized in that the displacement channel is made in the form of a closed longitudinal channel with cutting edges in the form of radial exits into the central channel of the housing.

3. The hammer according to claim 1, characterized in that the displacement channel is made in the form of a groove open on the side surface of the central channel of the housing with cutting edges in the form of restrictive edges of the groove length along the generatrix of the central channel.

4. The hammer according to claim 1, characterized in that the displacement channel is made in the form of a tube extended outside the housing with cutting edges in the form of radial bushings of the ends of the tube into the central channel of the housing.