Ударная машина

Ударная машина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения и, в частности, к ручным машинам ударного и ударно-вращательного действия, а именно к электромолоткам и электроперфораторам, применяемым в строительстве, геологоразведочных и буровзрывных работах для образования отверстий в различных строительных материалах и горных породах, а также их разрушения.

Известны ударные машины, содержащие корпус, держатель рабочего инструмента, направляющий цилиндр, в котором размещен ударный механизм с ударником, устройство удержания ударника в переднем положении, вблизи держателя рабочего инструмента при холостом ходе машины, содержащее эластичное кольцо.

Патент ФРГ №1283769 от 15.05.63 г., кл. B 25 D или 87b-3/05 - аналог.

Недостатком устройства является его низкая надежность, проявляющаяся в быстром износе резинового эластичного кольца. Внутренний диаметр эластичного кольца меньше внешнего диаметра буртика заходной части ударника. При выходе ударной машины на холостой безударный режим буртик заходной части ударника проходит через внутренний диаметр эластичного кольца с большой скоростью, что воспринимается резиновым эластичным кольцом как ударная нагрузка. Вследствие чего происходит быстрое разрушение эластичного кольца, а надежность устройства удержания ударника в переднем положении снижается.

Ближайшая по своей технической сущности является ударная машина, содержащая корпус, держатель рабочего инструмента, направляющий цилиндр, в котором размещен ударный механизм с ударником, устройство удержания ударника в переднем положении, вблизи держателя рабочего инструмента при холостом ходе ударной машины, содержащее разрезное пружинное кольцо.

Патент Англии №2085795 от 12.10.80 г., кл. B 25 D 17/24 - прототип.

В такой машине удержание ударника в переднем положении происходит с помощью разрезного пружинного кольца, зафиксированного от осевых перемещений относительно направляющего цилиндра и имеющего внутренний диаметр меньше внешнего диаметра заходной части ударника. При смещении ударника в переднее положение, в процессе вывода ударной машины на холостой ход, он своей заходной частью, преодолевая сопротивление пружинного кольца, разжимает его и занимает место внутри него. При этом напряжение, с которым пружинное кольцо охватывает заходную часть ударника, с учетом коэффициента трения между ними, не дает ударнику в случае возможного отскока смещаться в сторону поршня.

Не обладая недостатком аналога, такая машина тем не менее обладает низкой надежностью. Происходит это вследствие того, что внешний и внутренний диаметры пружинного кольца являются концентрическими окружностями, а площадь поперечного сечения пружинного кольца по всему его периметру является величиной постоянной. При этом каждую половину пружинного кольца, если его выпрямить, можно рассматривать как балку с местом заделки в середине пружинного кольца напротив разреза. Действующая на концы разрезного пружинного кольца разжимная сила при взаимодействии заходной части ударника с внутренней поверхностью пружинного кольца создает максимальный изгибной момент и соответственно максимальную деформацию в месте заделки балки, то есть в середине пружинного кольца. Сосредоточение, таким образом, максимальных напряжений в одной точке, в середине пружинного кольца, снижает его надежность.

Неравномерность изгибных деформаций по периметру пружинного кольца приводит также к неравномерности контакта пружинного кольца с заходной частью ударника. Контакт происходит в середине пружинного кольца и на его концах, в месте разреза. Отсутствие прилегания пружинного кольца по всему диаметру заходной части ударника снижает надежность удержания ударника в переднем положении. Кроме того, сосредоточение максимальных напряжений при деформации пружинного кольца в одной точке снижает надежность самого пружинного кольца.

Вместе взятое приводит к уменьшению как функциональной, так и ресурсной надежности ударной машины в целом.

В основу изобретения поставлена задача повышения надежности устройства удержания ударника в переднем положении, что обеспечивает увеличение надежности ударной машины в целом.

Поставленная задача решается тем, что в ударной машине, содержащей корпус, держатель рабочего инструмента, направляющий цилиндр, в котором размещен ударный механизм с ударником, устройство удержания ударника в переднем положении, вблизи держателя рабочего инструмента при холостом ходе ударной машины, содержащее разрезное пружинное кольцо, пружинное кольцо имеет неравномерное по своему периметру поперечное сечение, площадь которого уменьшается в направлении разреза.

В такой машине удержание ударника в переднем положении осуществляется также с помощью разрезного пружинного кольца, зафиксированного от осевых перемещений относительно направляющего цилиндра. Внутренний диаметр пружинного кольца меньше диаметра заходной части ударника. При этом площадь поперечного сечения пружинного кольца уменьшается по его периметру в направлении от середины к разрезу преимущественно так, что его деформация распределяется равномерно по периметру каждого полукольца. Этим достигается усреднение величины изгибных деформаций по периметру пружинного кольца и снижение тем самым его пиковых значений. Распределение указанных деформаций по периметру пружинного кольца преимущественно равномерное, позволяет сохранить геометрическую форму окружности внутреннего диаметра пружинного кольца в его деформированном состоянии, когда произойдет контакт с внешним диаметром заходной части ударника. Это, в свою очередь, обеспечит равномерное по силе обжатие внешнего диаметра заходной части ударника и увеличение взаимной площади контакта обеих деталей, что увеличивает надежность удержания ударника в переднем положении.

В другом варианте ударной машины пружинное кольцо охватывает эластичная втулка, имеющая неравномерную по своему периметру площадь поперечного сечения, так, что внешний диаметр эластичной втулки и внутренний диаметр пружинного кольца являются концентричными окружностями.

В отсутствии эластичной втулки пружинное кольцо имеет значительный радиальный люфт относительно втулки и может сдвигаться в пределах этого люфта. При этом между внутренним диаметром пружинного кольца и внешним диаметром заходной части ударника появляется значительная несоосность, которая может привести к ударному контакту торца заходной части ударника с пружинным кольцом и выходу последнего из строя. Размещение вокруг пружинного кольца эластичной втулки так, чтобы внешний диаметр эластичной втулки и внутренний диаметр пружинного кольца были концентричными окружностями, позволяет исключить радиальный люфт пружинного кольца и сохранить соосность его внутреннего диаметра с внешним диаметром заходной части ударника, что увеличивает надежность устройства. При этом эластичная втулка, имея неравномерную по своему периметру площадь поперечного сечения, устанавливается так, что минимальная площадь его поперечного сечения находится в одной продольной плоскости с максимальной площадью поперечного сечения пружинного кольца. В этом случае достигается соосность внешнего диаметра эластичного втулки, внутреннего диаметра пружинного кольца и внешнего диаметра заходной части ударника.

В следующем варианте ударной машины изменение площади поперечного сечения пружинного кольца выполнено ступенчатым.

Ступенчатость выполнена с помощью пазов со стороны внешнего диаметра пружинного кольца. Глубина пазов ступенчато увеличивается в направлении к разрезу, начиная с середины пружинного кольца так, что площадь поперечного сечения против каждого паза у пружинного кольца уменьшается. При этом диаметр описанной вокруг перемычек между пазами окружности и внутренний диаметр пружинного кольца являются концентрическими окружностями. Такая форма пружинного кольца позволяет уменьшить люфт между ним и втулкой, в которой он располагается, и исключить ударное взаимодействие с торцом заходной части ударника, что, в конечном итоге, увеличивает надежность устройства и ударной машины в целом.

Наряду с этим в ударной машине форма внутренней поверхности эластичной втулки соответствует форме внешней поверхности пружинного кольца.

В такой ударной машине, например, на внутренней поверхности эластичной втулки выполнен внутренний выступ, соответствующий форме разреза пружинного кольца. Такое выполнение устройства исключает поворот пружинного кольца относительно эластичной втулки в процессе работы ударной машины. В свою очередь это исключает ударное взаимодействие пружинного кольца с торцом заходной части ударника, так как всегда сохраняется соосность диаметра заходной части ударника, внутреннего диаметра пружинного кольца и внешнего диаметра эластичной втулки.

Все вместе увеличивает надежность ударной машины.

Конкретное выполнение предлагаемого изобретения поясняется описанием и чертежами, на которых:

Фиг.1 изображает ударную машину в продольном разрезе, в положении ударного режима;

Фиг.2 изображает ударную машину в продольном разрезе, в положении холостого хода, когда ударник находится в переднем положении;

Фиг.3 изображает ударную машину в поперечном разрезе, в положении холостого хода, в момент удержания ударника пружинным кольцом;

Фиг.4 изображает ударную машину в поперечном разрезе, в положении холостого хода, в момент удержания ударника пружинным кольцом, охваченным эластичной втулкой;

Фиг.5 изображает ударную машину в поперечном разрезе, в положении холостого хода, в момент удержания ударника пружинным кольцом, имеющим ступенчатое изменение площади поперечного сечения по периметру;

Фиг.6 изображает ударную машину в поперечном разрезе, в положении холостого хода, в момент удержания ударника пружинным кольцом, охваченным эластичной втулкой, имеющей внутренний выступ, соответствующий форме разреза пружинного кольца.

Ударная машина содержит, Фиг.1, корпус 1, в котором установлен направляющий цилиндр 2, и в направляющем цилиндре 2 размещен ударный механизм 3 компрессионно-вакуумного типа, содержащий поршень 4, совершающий возвратно-поступательные движения, ударник 5, соединенный с поршнем 4 воздушной подушкой 6. Ударник 5, повторяющий движения поршня 4, наносит периодические удары по хвостовику 7 рабочего инструмента 8 через промежуточный элемент 9. От выпадения из ударной машины рабочий инструмент 8 удерживается держателем 10, состоящим из запорного элемента 11, размещенного в сквозном пазу 12 направляющего цилиндра 2. С внешней стороны запорный элемент 11 охватывает запорная втулка 13, подпружиненная в осевом направлении относительно направляющего цилиндра 2 пружиной 14. С противоположной стороны запорный элемент 11 частью своего поперечного сечения размещается в полукруглом закрытом пазу 15, имеющем кромку 16, хвостовика 7. Для ручных манипуляций с держателем 10 запорная втулка 13 охвачена втулкой управления 17, прижимаемой пружиной 14 через запорную втулку 13 к упорной втулке 18, установленной на направляющем цилиндре 2.

Устройство 19, Фиг.2, удержания ударника 5 в переднем положении расположено внутри направляющего цилиндра 2 и представляет собой разрезное пружинное кольцо 20, расположенное между шайбой 21 и втулкой 22. Шайба 21 опирается на эластичный амортизатор 23, а через него на опорную шайбу 24. Элементы 20, 21, 22, 23 и 24 закреплены в направляющем цилиндре 2 кольцом 25. При этом разрезное пружинное кольцо 20 имеет внутренний диаметр, несколько меньший внешнего диаметра заходной части 26 ударника 5. Площадь поперечного сечения пружинного кольца 20, Фиг.3, уменьшается в направлении от его середины к разрезу преимущественно так, что деформация разрезного пружинного кольца 20, равно как и напряжения в его поперечных сечениях, распределяются равномерно по периметру каждого полукольца.

Наряду с этим пружинное кольцо 20, Фиг.4, охвачено эластичной втулкой 28 так, что внешний диаметр эластичной втулки 28 и внутренний диаметр пружинного кольца 20 являются концентрическими окружностями. При этом сохраняется соосность внутреннего диаметра пружинного кольца 20 и внешнего диаметра заходной части 26 ударника 5 в процессе работы ударной машины.

В следующем варианте ударной машины, Фиг.5, уменьшение площади поперечного сечения пружинного кольца 29 выполнено ступенчатым с помощью пазов 30, 30', 30", расположенных со стороны внешнего диаметра пружинного кольца 29 и глубина которых увеличивается в направлении к разрезу от его середины. Внутренний диаметр такого пружинного кольца 29 и диаметр, описанный по внешним выступам 31, 31', 31", 31'" окружности, являются соосными, что ограничивает осевой сдвиг пружинного кольца 29 во втулке 22.

В другом варианте ударной машины, Фиг.6, разрезное пружинное кольцо 20 или 29 охвачено эластичной втулкой 32, форма внутренней поверхности которой соответствует форме внешней поверхности пружинного кольца 20 или 29. При этом, например, на внутренней стороне эластичной втулки 32 выполнен внутренний выступ 33, соответствующий по форме разрезу пружинного кольца 20 или 29, так, что внешний диаметр эластичной втулки 32 и внутренний диаметр пружинного кольца 20 или 29 являются концентрическими окружностями.

Ударная машина работает следующим образом.

В положении ударного режима, Фиг.1, возвратно-поступательные движения поршня 4 через воздушную подушку 6 передаются ударнику 5, который наносит при этом удары по рабочему инструменту 8 через промежуточный элемент 9. При отводе ударной машины от забоя ударник 5 вместе с рабочим инструментом 8 и промежуточным элементом 9 смещаются в сторону от поршня 4 к забою. Фиг.2. Смещение рабочего инструмента 8 ограничено запорным элементом 11, контактирующим с кромкой 16 полукруглого закрытого паза 15 хвостовика 7 рабочего инструмента 8. Осевое смещение ударника 5 в сторону держателя 10 рабочего инструмента 8 ограничено втулкой 22 устройства 19 удержания ударника 5 в переднем положении. При этом отверстия 27 открывают сообщение воздушной подушки с атмосферой, а возвратно-поступательные движения поршня 6 не приводят к созданию ударного режима. В тоже время удар ударника 5 о втулку 22 может привести к отскоку ударника 5 и перекрытию отверстия 27, после чего может возникнуть ударный режим. Чтобы этого не произошло, во втулке 22 размещено, неподвижно в осевом направлении, разрезное пружинное кольцо 20, Фиг.3, охватывающее заходную часть 26 ударника 5 и удерживающее его в переднем положении. Внутренний диаметр пружинного кольца 20 меньше внешнего диаметра заходной части 26 ударника 5. Под действием заходной части 26 ударника 5 пружинное кольцо 20, разжимаясь, создает усилие обжатия, которое с учетом коэффициента трения между ними удерживает ударник 5 в переднем положении. Площадь поперечного сечения пружинного кольца 20 уменьшается в направлении от середины к разрезу преимущественно так, что деформация разрезного пружинного кольца 20, равно как и напряжения в его поперечных сечениях, распределяются равномерно по периметру каждого полукольца. Этим достигается снижение максимальной величины изгибных напряжений, а надежность пружинного кольца 20 увеличивается. Равномерное распределение деформаций по периметру пружинного кольца 20 позволяет обеспечить контакт его внутреннего диаметра по всей длине внешнего диаметра заходной части 26 ударника 5, что увеличивает надежность удержания ударника 5 в переднем положении.

В другом варианте ударной машины, Фиг.4, пружинное кольцо 20 охватывает эластичная втулка 28, имеющая неравномерную по своему периметру площадь поперечного сечения так, что внешний диаметр эластичной втулки 28 и внутренний диаметр пружинного кольца 20 являются концентрическими окружностями. В этом случае исключается сдвиг пружинного кольца 20 относительно втулки 22, так как боковой зазор между ними заполнен эластичной втулкой 28. При этом сохраняющаяся соосность внутреннего диаметра пружинного кольца 20, внешнего диаметра эластичной втулки 28 и внешнего диаметра заходной части 26 ударника 5 исключает возможность соударения пружинного кольца 20 и торца ударника 5, а изгибные деформации пружинного кольца 20 компенсируются деформациями сжатия эластичной втулки 28. Вместе взятое увеличивает надежность устройства 19 и ударной машины в целом.

В следующем варианте ударной машины, Фиг.5, устройство 19 содержит пружинное кольцо 29, изменение площади поперечного сечения по периметру которого выполнено ступенчатым с помощью пазов 30, 30', 30", со стороны внешнего диаметра, глубина которых увеличивается в направлении к разрезу, начиная от середины пружинного кольца.29. В таком пружинном кольце 29 его внутренний диаметр и диаметр, описанный по внешним выступам 31, 31', 31", 31'" окружности, являются соосными. Это не позволяет пружинному кольцу 29 сдвигаться от положения соосности с внешним диаметром заходной части 26 ударника 5 и исключает ударный контакт с ним, повышая надежность устройства 19 и ударной машины в целом.

В другом варианте ударной машины, Фиг.6, разрезное пружинное кольцо 20 или 29 охвачено эластичной втулкой 32, форма внутренней поверхности которой соответствует форме внешней поверхности пружинного кольца 20 или 29. При этом, например, на внутренней поверхности эластичной втулки 32 выполнен внутренний выступ 33, соответствующий по форме разрезу пружинного кольца 20 или 29 так, что внешний диаметр эластичной втулки 32 и внутренний диаметр пружинного кольца 20 или 29 являются концентрическими окружностями. Внутренний выступ 33 препятствует провороту пружинного кольца 20 или 29 относительно эластичной втулки 32, что обеспечивает постоянство соосности внешнего диаметра эластичной втулки 32 и внутреннего диаметра пружинного кольца 20 или 29 и соответственно внешнего диаметра заходной части 26 ударника 5. Вместе взятое исключает ударное взаимодействие торца заходной части 26 ударника 5 с пружинным кольцом 20 или 29 и повышает надежность устройства 19 удержания ударника 5 в переднем положении и ударной машины в целом.

1. Ударная машина, содержащая корпус, держатель рабочего инструмента, направляющий цилиндр, в котором размещен ударный механизм с ударником, устройство удержания ударника в переднем положении, вблизи держателя рабочего инструмента при холостом ходе ударной машины, содержащее разрезное пружинное кольцо, отличающаяся тем, что пружинное кольцо имеет неравномерное по своему периметру поперечное сечение, площадь которого уменьшается в направлении разреза.

2. Ударная машина по п.1, отличающаяся тем, что пружинное кольцо охватывает эластичная втулка, имеющая неравномерную по своему периметру площадь поперечного сечения, так что внешний диаметр эластичной втулки и внутренний диаметр пружинного кольца являются концентрическими окружностями.

3. Ударная машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что изменение площади поперечного сечения пружинного кольца выполнено ступенчатым.

4. Ударная машина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что форма внутренней поверхности эластичной втулки соответствует форме внешней поверхности пружинного кольца.