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PATENTANSPRÜCHE
1. Schlagend arbeitende Maschine, die ein Gehäuse enthält, in dem ein feststehender Zylinder untergebracht ist, dessen Wände mit dem Gehäuse einen Raum bilden, wobei im Zylinder ein Schlagorgan und ein hin- und hergehender Antriebskolben angeordnet sind, die durch ein Luftpolster voneinander getrennt sind, wobei zum Druckausgleich im Luftpolster in der Zone des oberen und unteren Totpunktes des Antriehskolbens ein System zum Ablassen und Zuführen der Luftpolsterluft durch die Bohrungen in den Seitenwänden deh Antriebskolbens vorgesehen ist, dadurch gekennzeicllalet, dass in der Wand des feststehenden Zylinders (2) unmittelbar unter der Stirnfläche (15) des Antriebskolbens (6) in der Zone des oberen Totpunktes desselben eine Bohrung (14 vorhanden ist,
die das Luftpolster (9) mit dem zwischen dem feststehenden Zylinder (2) und dem Gehäuse (I) liegenden Raum verbindet.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Fläche der Bohrung in der Wand zur Fläche der Bohrung im Antriebskolben 0,14 bis 0,33 beträgt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine schlagend arbeitende Maschine, insbesondere auf elektromechanische Hammer und Bohrhammer, die im Bau, in der Bergbauindustrie und bei geologischen Erkundungsarbeiten verwendet werden.
Bekannt sind schlagend arbeitende Maschinen, die ein Gehäuse und einen in diesem untergebrachten feststehenden Zylinder enthalten, in dem aufeinanderfolgend ein Schlagorgan und ein hin- und hergehender Antriebskolben angeordnet sind, die durch ein Luftpolster voneinander getrennt sind. Zum Druckausgleich in der Zone des unteren Antriebskolbentotpunktes ist ein System zum Ablassen und Zuführen der Luftpolsterluft durch die Kanäle in den Seitenwänden des Antriebskolbens und Segmentrillen an der Innenwand des Zylinders vorgesehen.
Ein Nachteil dieser Einrichtung ist die Vibrationssteigerung bei hoher Rückprallgrösse des Schlagorgans wegen zunehmender Grösse des Luftpolsters infolge des Luftausstosses aus demselben beim Durchlaufen des Antriebskolbens durch den unteren Totpunkt. Die Anwendung der genannten Einrichtung in gemeinsamer Arbeit mit einem Kommutatormotor führt zur Entstehung von Zusammenstössen von Schlagorgan und Antriebskolben in Übergangszuständen.
Dies geschieht deswegen, weil in den Kommutatormaschinen, die eine weiche Drehmomentkennlinie besitzen, der Unterschied zwischen den Leerlaufdrehzahlen und den Arbeitszustanddrehzahlen recht gross ist.
Beim Überführen der Maschine aus dem Leerlauf in den Arbeitszustand arbeitet sie innerhalb einer geringen Zeitspanne im schlagenden Betrieb mit einer Drehzahl, die der Kurbeldrehzahl beim Leerlauf gleich ist.
Die erhöhten Geschwindigkeiten des Antriebskolbens führen dabei zum instabilen Arbeitszustand des Schlagwerks und Annähern von Schlagorgan und Antriebskolben, was einen Zusammenstoss zwischen ihnen ergibt, insbesondere in der Zone des Durchlaufs des Antriebskolbens durch den unteren Totpunkt, wenn in einem Abschnitt des Hubs des Antriebskolbens durch die Kanäle in seinen Seitenwänden der Innenraum des Luftpolsters ausgeschlossen wird. All dies verringert die Zuverlässigkeit der Maschine insgesamt und ist dadurch bedingt, dass Ein- und Ablassen der Luftpolsterluft im unteren Totpunkt des Antriebskolbens erfolgt. Im weiteren wurden Maschinen entwickelt, in denen Ein- und Ablassen der Luftpolsterluft sowohl im oberen wie im unteren Totpunkt vorgesehen ist.
Eine dieser schlagend arbeitenden Maschinen enthält ein Gehäuse, in dem ein feststehender Zylinder untergebracht ist, dessen Wände mit dem Gehäuse einen Raum bilden, und im Zylinder sind aufeinanderfolgend ein Schlagorgan und ein hin- und hergehender Antriebskolben angeordnet, die durch ein Luftpolster voneinander getrennt sind. Zum Druckausgleich im Luftpolster ist in der Zone des oberen und unteren Totpunktes des Antriebskolbens ein System zum Ablassen und Zuführen der Luftpolsterluft durch die Bohrungen in den Seitenwänden des Antriebskolbens vorhanden (siehe z.B.
die DE-PS Nr. 1 057 028).
Ein wesentlicher Nachteil dieser Einrichtung ist deren niedrige Zuverlässigkeit und niedrige energetische Ausgangsparameter, die durch konstante Querschnittsfläche der Antriebskolbenrillen bedingt sind, mit deren Hilfe Zuführen und Ablassen der Luft in der Zone des unteren und oberen Totpunktes des Antriebskolbens erfolgt und die die Luftmenge bestimmen, die im Luftpolster enthalten ist. Die Prüfungen derartiger Einrichtungen zeigten eine recht niedrige Stabilität des Schlagvorgangs bei niedriger Schlagenergie des Schlagorgans.
Weisen die Antriebskolbenbohrungen eine grosse Fläche auf, so verringert ein schnelles Füllen des Luftpolsters mit Luft in der Zone des oberen Totpunktes des Antriebskolbens die Wirkungszeit des Vakuums und vermindert die Hubhöhe des Schlagorgans, was zur Reduzierung seiner Vorschlagge schwindigkeit führt und im Endergebnis keine hohe Schlagenergie des Schlagorgans erzielen lässt.
Weisen die Antriebskolbenbohrungen eine geringere Fläche aul, so gelingt es nicht, das Luftvolumen des Luftpolsters, nachgefüllt bei der Lage des Antriebskolbens im oberen Totpunkt, während der Zeit abzulassen, wo sich der Antriebskolben im unteren Totpunkt befindet. Infolgedessen findet die Nachschlagbewegung des Schlagorgans hinter dem Antriebskolben im geschlossenen Luftpolster statt, wobei in diesem ein Überdruck entsteht, und zwar ein um so grösserer, je geringer die Fläche der Bohrungen im Antriebskolben ist.
Der erwähnte Überdruck im Luftpolster bremst die Bewegung des Schlagorgans, wobei dessen Hubhöhe und Vorschlaggeschwindigkeit während des Arbeitstaktes vermindert werden, was letzten Endes die Schlagenergie des Schlagorgans herabsetzt. Im letzteren Fall ist auch ein erschwertes Anlassen der Maschine aus dem Leerlaufzustand in den Arbeitszustand zu verzeichnen, insbesondere bei Maschinen mit einem Kommutatorantrieb, die eine weiche Drehmomentkennlinie besitzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ein- und Ablassen der Luftpolsterluft so auszuführen, dass ohne zusätzliche Verluste die Menge der in das Luftpolster in der Zone des oberen Totpunktes des Antriebskolbens eingelassenen Luft mit der Menge der aus dem Luftpolster in der Zone des unteren Totpunktes des Antriebskolbens abgelassenen Luft ausgeglichen werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der schlagend arbeitenden Maschine, die ein Gehäuse enthält, in dem ein feststehender Zylinder untergebracht ist, dessen Wände mit dem Gehäuse einen Raum bilden, wobei im Zylinder ein Schlagorgan und ein hin- und hergehender Antriebskolben angeordnet sind, die durch ein Luftpolster voneinander getrennt sind, wobei zum Druckausgleich im Luftpolster in der Zone des oberen und des unteren Totpunktes des Antriebskolbens ein System zum Ablassen und Zuführen der Luftpolsterluft durch die Bohrungen in den Seitenwänden des Antriebskolbens vorgesehen ist, erfindungsgemäss in der Wand des feststehenden Zylinders unmittelbar unter der Stirnfläche des Antriebskolbens in der Zone des
oberen Totpunktes desselben eine Bohrung vorhanden ist, die das Luftpolster mit dem Raum zwischen dem feststehenden Zylinder und dem Gehäuse verbindet. Zweckmässigerweise beträgt das Verhältnis der Fläche der in der Wand ausgeführten Bohrung zur Fläche der Bohrung im Antriebskolben 0,14 bis 0,33.
In dieser Weise wird erreicht, dass das Einlassen der Luft in das Luftpolster in der Zone des oberen Totpunktes des Antriebskolbens durch eine Bohrung im Zylinder geschieht, dessen Fläche so berechnet ist, dass vom Augenblick der Aufschliessung dieser Bohrung durch den Antriebskolben der Druck im Luftpolster anzusteigen beginnt und im Moment des Schliessens dem Druck im Raum zwischen dem feststehenden Zylinder und dem Gehäuse gleich wird. Hierbei zwingt der Unterdruck, der zur Wirkung gelangt, während die Bohrung im Zylinder aufgeschlossen wird, das Schlagorgan zum Aufwärtsgang bis zu einer grossen Höhe, wodurch es beim Arbeitsgang des Antriebskolbens zum Ausführen des Schlages eine hohe Vorschlaggeschwindigkeit und folglich eine hohe Schlagenergie gewinnt.
Im folgenden wird die Erfindung in der Beschreibung einer Ausführungsvariante der erfindungsgemässen schlagend arbeitenden Maschine sowie durch die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schlagend arbeitende Maschine im Schnitt mit dem Antriebskolben im unteren Totpunkt.
Fig. 2 eine schlagend arbeitende Maschine im Schnitt mit dem Antriebskolben im oberen Totpunkt.
Fig. 3 Antriebskolben, Zylinder und Gehäuse im Querschnitt, wobei der Antriebskolben sich im unteren Totpunkt befindet.
Fig. 4 ein vereinigtes Diagramm des Arbeitsschlagzyklus, in dem es bedeutet: Sp - Bewegungsweg des Antriebskolbens; S6 - Bewegungsweg des Schlagorgans in der erfindungsgemässen Maschine; So - Bewegungsweg des Schlagorgans in der bekannten Maschine.
Fig. 5 ist das Diagramm des Arbeitsschlagzyklus bei erhöhter Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens, in dem es bedeutet: 5 - Bewegungsweg des Antriebskolbens; S63 - Bewegungsweg des Schlagorgans der bekannten Maschine; S8'3 - mit dem Antriebskolben vereinigte Bewegung des Schlagorgans der bekannten Maschine; S64 - Bewegungsweg des Schlagorgans der erfindungsge- mässen Maschine; S6'4 - mit dem Antriebskolben vereinigte Bewegung des Schlagorgans der bekannten Maschine; - - Länge des Luftpolsters im Augenblick der Überführung der Maschine aus dem Leerlaufzustand in den Arbeitszustand; R - Halbmesser der Kurbel des für die Bewegungsumwandlung sorgenden Kurbelgetriebes.
Die schlagend arbeitende Maschine enthält ein Gehäuse 1, in dem ein feststehender Zylinder 2 untergebracht ist. Zwischen der Aussenfläche des Zylinders und der Innenfläche des Gehäuses list ein bestimmter Spalt vorhanden, der einen Raum 3 bildet. Der Raum 3 steht mit einem Raum 4 in Verbindung, der einen Hohlraum zur Aufnahme eines Kurbelgetriebes 5 bildet. Der Hohlraum wird auf der Seite eines Antriebskolbens 6 durch dessen Innenfläche 7 begrenzt. Der Kolben 6 ist mit dem Kurbelgetriebe 5 verbunden und im Zylinder 2 untergebracht. Der Raum 3 ist mit demselben Medium wie das Luftpolster gefüllt, das im folgenden eingehend beschrieben werden soll. Im Zylinder 2 ist ferner ein Schlagorgan 8 angeordnet, das vom Antriebskolben 5 durch ein Luftpolster 9 getrennt ist.
Bemessung und Wahl von Luftpolsterparametern (Länge Ho und Querschnittsfläche K)je nach der erforderlichen Frequenz und Energie der vom Schlagorgan ausgeführten Schläge sind zur Zeit zur Genüge erforscht und bereiten keinerlei Schwierigkeiten.
Das Schlagorgan 8 wirkt über eine Stirnfläche 10 auf der zum Luftpolster 9 entgegengesetzten Seite mit einem Arbeitswerkzeug 11 zusammen. Das Überströmen der Luft im unteren Totpunkt des Antriebskolbens erfolgt über Bohrungen 12 in den Wänden des Antriebskolbens 6 und Segmentrillen 13, die an der Innenfläche des Zylinders 2 (Fig. 1 und 3) ausgeführt sind. Das Überströmen der Luft im oberen Totpunkt des Antriebskolbens geschieht durch eine Bohrung 14, die in der Wand des Zylinders 2 ausgeführt ist und unmittelbar unter einer Stirnfläche 15 des Antriebskolbens 6 liegt.
Die Maschine arbeitet folgenderweise: Bei der Aufwärtsbewegung des Antriebskolbens 6 aus der unteren Totpunktlage wird durch das im Luftpolster 9 zwischen dem Antriebskolben 6 und dem Schlagorgan 8 entstehende Vakuum das Schlagorgan 8 hinter dem Antriebskolben 6 in der Aufwärtsrichtung bewegt. Beim Herannahen des Antriebskolbens 6 (Kurve Spin Fig. 4) an die obere Totpunktlage wird die Bohrung 14 im Zylinder 2 allmählich geöffnet. Dabei strömt Luft aus dem Raum 3 in den Innenraum des Luftpolsters 9, und der Druck im letzteren fängt zu steigen an. Die Fläche der Bohrung 14 ist dabei so gewählt, dass der Druckanstieg im Luftpolster während der ganzen Zeit stattfindet, während der Antriebskolben 6 die Bohrung 14 freigibt, und zwar von der Stelle a bis zur Stelle b auf der Kurve Sp (siehe Fig. 4).
Der Druck wird im Augenblick der Überdeckung der Bohrung 14 durch den Antriebskolben 6 dem Druck im Raum 3 entsprechen, und zwar an der Stelle b auf der Kurve Sp (siehe Fig. 4). Dadurch, dass nach der Überdeckung der Bohrung 14 durch den Antriebskolben 6 das Luftpolster 9 eingeschlossen ist und das Schlagorgan 8 sich entgegen dem Antriebskolben 6 bewegt, setzt eine Druckzunahme im Luftpolster 9 ein. Die Druckzunahme vermindert die Hubgeschwindigkeit des Schlagorgans 8 bis auf Null und kehrt dessen Bewegungsrichtung zu einer entgegengesetzten um (Kurve Sö3 in Fig. 4), wodurch dem Schlagorgan 8 bei dessen Herannahen an das Arbeitswerkzeug 11 eine bestimmte Vorschlaggeschwindigkeit und eine entsprechende Schlagenergie erteilt wird.
Die maximale Zuverlässigkeit und Stabilisierung der Schlagenergie unter Sicherstellung von hohen energetischen Kennwerten erreicht die Maschine bei einem Verhältnis der Fläche der Bohrung 14 im Zylinder 2 zur Fläche der Bohrung 12 im Antriebskolben 6 von 0,14-0,33.
Wenn das erwähnte Verhältnis grösser als 0,33 ist, so steigt der Druck im Luftpolster 9 nach der Freigabe der Bohrung 14 durch den Antriebskolben 6 in dessen oberem Totpunkt (Stelle a auf der Kurve Sp Fig. 4) rasch an. Hierbei wirkt während der Freigabe der Bohrung 14 auf das Schlagorgan 8 meistens kein Unterdruck ein. Dies verringert die Hubhöhe des Schlagorgans 8, dessen Bewegungsbahn S61 in Fig. 4 dargestellt ist. Dadurch wird infolge der geringeren Beschleunigungshöhe des Schlagorgans bei dessen Arbeitsgang auch seine Vorschlaggeschwindigkeit herabgesetzt, die dem Tangens des Steigungswinkels tg ssl proportional ist, die zur Bewegungsbahn Sol des Schlagorgans 8 an der Schlagstelle C' (siehe Fig. 4) gelegt ist.
Die Herabsetzung der Vorschlaggeschwindigkeit des Schlagorgans 8 führt zur geringeren Schlagenergie desselben.
Wenn das erwähnte Verhältnis kleiner als 0,14 ist, stellen sich in den Übergangszuständen, beispielsweise beim Übergang vom Leerlaufzustand zum Arbeitszustand (Schlagbetrieb) Zusammenstösse von Schlagorgan 8 und Antriebskolben 6 ein. Dieser Nachteil tritt bei Maschinen mit Kommutatorantrieb auf, die eine weiche Drehmomentkennlinie besitzen. Hierbei arbeitet die Maschine, indem sie im ersten Zeitmoment zum Schlagbetrieb übergeht, mit einer Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens 6, welche seiner Leerlauffrequenz gleich ist und die um 1,5-2fach grösser als die Arbeitshubfrequenz sein kann. Wie aus der Berechnungstheorie der schlagend arbeitenden Mechanismen bekannt ist, nimmt mit der zunehmenden Bewegungsfrequenz des Kolbens die Steilheit der Hubbewegung des Schlagorgans, d.h.
die Kurve S' 03 in Fig, 5, ab. Beim erwähnten Verhältnis, das kleiner als 0,14 ist (zur grösseren Anschaulichkeit der Erläuterung wird die Fläche der Bohrung 14 gleich Null angenommen), besteht während der meisten Zyklusdauer zwischen dem Schlagorgan 8 und dem Antriebskolben 6 ein Vakuum, und die Zone, in der sich ein Druck aufbaut, d.h.
beginnend mit der Stelle din Fig. 5, tritt bereits beim Herannahen des Antriebskolbens 6 an den unteren Totpunkt (von der Stelle e bis zur Stelle fin Fig. 5) ein. Wenn der Innenraum des Luftpolsters 9 durch die Bohrung 12 im Antriebskolben 6 aufgeschlossen wird, fällt der Druck in ihm bis auf den Druck im Raum 3 ab. Hierbei ist die Wirkungszeit des Druckes auf das Schlagorgan 8 zwar gering, aber es gelingt trotzdem nicht, während es abgebremst wird, seine Bewegungsrichtung umzukehren. Nach der Überdeckung der Bohrungen 12 des Antriebskolbens 6 an der Stelle f(Fig. 5) bildet sich bei dessen Aufwärtsgang zwischen dem Schlagorgan 8 und dem Antriebskolben 6 ein Vakuum, wodurch das Schlagorgan 8 erneut hinter dem Antriebskolben 6 bewegt wird.
Hierbei setzt die Bewegung des Schlagorgans 8 bereits bei einer Länge des Luftpolsters 9 ein, welche nicht H0, sondern Hl beträgt (Fig. 5), die kleiner als Ho ist. Also findet bei jedem Bewegungszyklus des Antriebskolbens 6 eine Abnahme der Länge des Luftpolsters 9 bis zur vollständigen Annäherung des Schlagorgans 8 an den Antriebskolben 6 in dessen unterem Totpunkt statt. Dabei erfolgt diese Annäherung schlagend, was sich auf die Zuverlässigkeit der Maschine insgesamt sehr nachteilig auswirkt.
Zusammenstösse des Schlagorgans 8 mit dem Antriebskolben 6 im Übergangszustand der Maschine werden vermieden, wenn das erwähnte Verhältnis grösser als 0,14 ist.
Hierbei erfolgt die Aufwärtsbewegung des Antriebskolbens mit dem Freigeben des Innenraums des Luftpolsters 9 durch die Bohrung 14. In diesem Fall steigt der Druck im Luftpolster 9 bis auf den Druck im Raum 3 im Augenblick der Überdeckung der Bohrung 14 durch den Antriebskolben 6 (Stelle b auf der Kurve Sp, Fig. 5). Da der Antriebskolben 6 und das Schlagorgan 8 nach Durchlauf der Stelle bin Fig. 5 sich gegenläufig bewegen, setzt eine Druckzunahme im Luftpolster 9 ein. Die Wirkzeit dieses Druckes ist bis zum Augenblick des Freigebens des Luftpolsters 9 durch die Bohrungen 12 des Antriebskolbens 6 in diesem Fall viel grösser (von der Stelle b bis zur Stelle ender Kurve Sp, Fig. 5), so dass das Schlagorgan 8 seine Bewegungsrichtung ändern kann (siehe die Bewegungsbahn So4 in Fig. 5).
Hierbei endet der Arbeitszyklus mit einem Schlag des Schlagorgans 8 gegen das Arbeitswerkzeug 11 an der Stelle g von Fig. 5. Nach Zurückprallen beim nächsten Zyklus steigt das Schlagorgan 8, dem Antriebskolben 6 folgend, auf eine noch grössere Höhe, wodurch eine grössere Vorschlaggeschwindigkeit und dementsprechend grössere Schlagenergie des Schlagorgans 8 gewährleistet wird. Mit der von einem Zyklus zum anderen zunehmenden Schlagenergie des Schlagorgans 8 und somit zunehmenden Belastung des Antriebes nimmt die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens ab. Dies dauert so lange an, bis die Bewegungsfrequenz des Antriebskolbens 6 und die Schlagenergie des Schlagorgans 8 ihre Nennwerte erreichen, die im stationären Betriebszustand auftreten. Hierbei erfolgen keine Zusammenstösse des Schlagorgans 8 und des Antriebskolbens 6 beim Anlassen der Maschine.
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PATENT CLAIMS
1. Striking machine, which contains a housing in which a fixed cylinder is housed, the walls of which form a space with the housing, wherein a striking element and a reciprocating drive piston are arranged in the cylinder, which are separated from one another by an air cushion , whereby to equalize the pressure in the air cushion in the zone of the top and bottom dead center of the drive piston, a system for releasing and supplying the air cushion air through the holes in the side walls of the drive piston is provided, characterized in that in the wall of the fixed cylinder (2) immediately below a bore (14) is provided in the end face (15) of the drive piston (6) in the zone of the top dead center thereof,
which connects the air cushion (9) with the space between the fixed cylinder (2) and the housing (I).
2. Machine according to claim 1, characterized in that the ratio of the area of the bore in the wall to the area of the bore in the drive piston is 0.14 to 0.33.
The invention relates to a striking machine, in particular to electromechanical hammers and hammer drills used in construction, in the mining industry and in geological exploration.
Knocking machines are known which contain a housing and a fixed cylinder housed therein, in which a striking element and a reciprocating drive piston are arranged in succession, which are separated from one another by an air cushion. A system for releasing and supplying the air cushion air through the channels in the side walls of the drive piston and segment grooves on the inner wall of the cylinder is provided for pressure equalization in the zone of the lower drive piston dead center.
A disadvantage of this device is the increase in vibration with a high rebound size of the impact member because of the increasing size of the air cushion as a result of the air ejection from the same when the drive piston passes through bottom dead center. The use of the above-mentioned device in cooperation with a commutator motor leads to collisions between the striking element and the drive piston in transitional states.
This happens because in commutator machines, which have a soft torque characteristic, the difference between the idling speeds and the working state speeds is quite large.
When the machine is transferred from idle to working mode, it works within a short period of time in beating operation at a speed that is the same as the crank speed when idling.
The increased speeds of the drive piston lead to the unstable working state of the striking mechanism and the striking element and drive piston approaching, which results in a collision between them, in particular in the zone of the drive piston passing through bottom dead center, if in a section of the stroke of the drive piston through the channels the interior of the air cushion is excluded in its side walls. All this reduces the reliability of the machine as a whole and is due to the fact that the air cushion air is let in and out at the bottom dead center of the drive piston. Furthermore, machines were developed in which the air cushion air is introduced and released both at the top and at the bottom dead center.
One of these striking machines contains a housing in which a stationary cylinder is housed, the walls of which form a space with the housing, and a striking element and a reciprocating drive piston are arranged in succession in the cylinder, which are separated from one another by an air cushion. To equalize the pressure in the air cushion, there is a system in the top and bottom dead center zone of the drive piston for releasing and supplying the air cushion air through the holes in the side walls of the drive piston (see e.g.
DE-PS No. 1 057 028).
A major disadvantage of this device is its low reliability and low energy output parameters, which are due to the constant cross-sectional area of the drive piston grooves, with the aid of which air is supplied and discharged in the zone of the top and bottom dead center of the drive piston and which determine the amount of air in the Air cushion is included. The tests of such devices showed a rather low stability of the impact process with low impact energy of the impact organ.
If the drive piston bores have a large area, then quickly filling the air cushion with air in the area of the top dead center of the drive piston reduces the action time of the vacuum and reduces the stroke height of the impactor, which leads to a reduction in its speed and, in the end, does not result in high impact energy Percussion organ.
If the drive piston bores have a smaller area, the air volume of the air cushion, refilled with the position of the drive piston in top dead center, cannot be released during the time when the drive piston is in bottom dead center. As a result, the impact movement of the striking member takes place behind the drive piston in the closed air cushion, an overpressure being created in this, and the greater the smaller the area of the bores in the drive piston.
The above-mentioned overpressure in the air cushion slows down the movement of the striking element, its lifting height and proposal speed being reduced during the working cycle, which ultimately reduces the impact energy of the striking element. In the latter case, it is also difficult to start the machine from the idle state to the working state, particularly in the case of machines with a commutator drive which have a soft torque characteristic.
The invention has for its object to carry out the inlet and outlet of the air cushion air so that the amount of air admitted into the air cushion in the top dead center zone of the drive piston with the amount of air from the air cushion in the bottom dead center zone without additional losses air discharged from the drive piston can be compensated.
The object is achieved in that in the striking machine, which contains a housing in which a fixed cylinder is housed, the walls of which form a space with the housing, with a striking element and a reciprocating drive piston being arranged in the cylinder , which are separated from each other by an air cushion, whereby a system for discharging and supplying the air cushion air through the holes in the side walls of the drive piston is provided, according to the invention in the wall of the fixed one, for pressure compensation in the air cushion in the zone of the top and bottom dead center of the drive piston Cylinder directly under the end face of the drive piston in the zone of
top dead center there is a hole that connects the air cushion with the space between the fixed cylinder and the housing. The ratio of the area of the bore in the wall to the area of the bore in the drive piston is expediently from 0.14 to 0.33.
In this way it is achieved that the air is admitted into the air cushion in the area of the top dead center of the drive piston through a bore in the cylinder, the area of which is calculated such that the pressure in the air cushion increases from the moment this bore is opened by the drive piston begins and at the moment of closing it becomes equal to the pressure in the space between the fixed cylinder and the housing. Here, the negative pressure that comes into effect while the bore in the cylinder is being opened forces the striking element to move upwards to a great height, as a result of which it gains a high suggested speed and consequently a high impact energy during the operation of the drive piston to execute the impact.
The invention is explained below in the description of an embodiment variant of the striking machine according to the invention and by the drawings. Show it:
Fig. 1 is a striking machine on average with the drive piston at bottom dead center.
Fig. 2 is a striking machine in section with the drive piston at top dead center.
Fig. 3 drive piston, cylinder and housing in cross section, the drive piston being at bottom dead center.
4 is a unified diagram of the work stroke cycle, in which it means: Sp - movement path of the drive piston; S6 - path of movement of the impact member in the machine according to the invention; So - path of movement of the impact organ in the known machine.
Fig. 5 is a diagram of the working stroke cycle at increased frequency of movement of the drive piston, in which it means: 5 - movement path of the drive piston; S63 - movement path of the striking member of the known machine; S8'3 - movement of the striking member of the known machine combined with the drive piston; S64 - movement path of the striking element of the machine according to the invention; S6'4 - movement of the striking member of the known machine combined with the drive piston; - - Length of the air cushion at the moment the machine is transferred from the idle state to the working state; R - radius of the crank of the crank mechanism providing the conversion of motion.
The striking machine contains a housing 1 in which a fixed cylinder 2 is housed. There is a certain gap between the outer surface of the cylinder and the inner surface of the housing, which forms a space 3. The space 3 communicates with a space 4, which forms a cavity for receiving a crank mechanism 5. The cavity is delimited on the side of a drive piston 6 by its inner surface 7. The piston 6 is connected to the crank mechanism 5 and accommodated in the cylinder 2. The room 3 is filled with the same medium as the air cushion, which will be described in detail below. In the cylinder 2 there is also a striking element 8, which is separated from the drive piston 5 by an air cushion 9.
The design and selection of air cushion parameters (length Ho and cross-sectional area K) depending on the required frequency and energy of the blows carried out by the striking organ have been sufficiently researched at the moment and pose no difficulties.
The striking element 8 interacts with a working tool 11 via an end face 10 on the side opposite the air cushion 9. The air flows over at the bottom dead center of the drive piston via bores 12 in the walls of the drive piston 6 and segment grooves 13, which are designed on the inner surface of the cylinder 2 (FIGS. 1 and 3). The air overflows at the top dead center of the drive piston through a bore 14 which is made in the wall of the cylinder 2 and is located directly below an end face 15 of the drive piston 6.
The machine works as follows: during the upward movement of the drive piston 6 from the bottom dead center position, the blow member 8 is moved behind the drive piston 6 in the upward direction by the vacuum created in the air cushion 9 between the drive piston 6 and the striking element 8. When the drive piston 6 (curve spin FIG. 4) approaches the top dead center position, the bore 14 in the cylinder 2 is gradually opened. Air flows from the space 3 into the interior of the air cushion 9, and the pressure in the latter begins to rise. The area of the bore 14 is selected so that the pressure increase in the air cushion takes place all the time, while the drive piston 6 releases the bore 14, namely from point a to point b on the curve Sp (see FIG. 4) .
At the moment the bore 14 is covered by the drive piston 6, the pressure will correspond to the pressure in the space 3, specifically at point b on the curve Sp (see FIG. 4). As a result of the fact that after the bore 14 is covered by the drive piston 6, the air cushion 9 is enclosed and the striking element 8 moves counter to the drive piston 6, a pressure increase in the air cushion 9 begins. The pressure increase reduces the stroke speed of the striking element 8 to zero and reverses its direction of movement to an opposite direction (curve Sö3 in FIG. 4), as a result of which the striking element 8 is given a certain suggested speed and a corresponding impact energy when it approaches the working tool 11.
The machine achieves maximum reliability and stabilization of the impact energy while ensuring high energetic parameters with a ratio of the area of the bore 14 in the cylinder 2 to the area of the bore 12 in the drive piston 6 of 0.14-0.33.
If the ratio mentioned is greater than 0.33, the pressure in the air cushion 9 increases rapidly after the bore 14 has been released by the drive piston 6 in its top dead center (point a on the curve Sp in FIG. 4). In this case, no negative pressure usually acts on the striking element 8 during the opening of the bore 14. This reduces the lifting height of the striking element 8, the movement path S61 of which is shown in FIG. 4. As a result, due to the lower acceleration height of the striking member during its operation, its proposed speed is also reduced, which is proportional to the tangent of the pitch angle tg ssl, which is placed on the movement path Sol of the striking member 8 at the striking point C '(see FIG. 4).
The reduction in the proposed speed of the impact member 8 leads to the lower impact energy of the same.
If the ratio mentioned is less than 0.14, collisions of the striking element 8 and the drive piston 6 occur in the transition states, for example during the transition from the idle state to the working state (impact operation). This disadvantage occurs in machines with a commutator drive that have a soft torque characteristic. Here, the machine works by moving to the striking mode at the first moment, with a movement frequency of the drive piston 6 which is the same as its idling frequency and which can be 1.5-2 times greater than the working stroke frequency. As is known from the calculation theory of the striking mechanisms, the steepness of the stroke movement of the striking element increases with the increasing frequency of movement of the piston, i.e.
curve S '03 in FIG. 5. With the mentioned ratio, which is less than 0.14 (for the sake of clarity, the area of the bore 14 is assumed to be zero), there is a vacuum between the striking element 8 and the drive piston 6 during most of the cycle, and the zone in which a pressure builds up, ie
starting with the point din Fig. 5, occurs already when the drive piston 6 approaches the bottom dead center (from the point e to the point fin Fig. 5). When the interior of the air cushion 9 is opened up through the bore 12 in the drive piston 6, the pressure in it drops to the pressure in the space 3. In this case, the time of action of the pressure on the striking element 8 is short, but it is still not possible to reverse its direction of movement while it is being braked. After the bores 12 of the drive piston 6 have been covered at the point f (FIG. 5), a vacuum is formed between the striking element 8 and the drive piston 6 as it moves upward, as a result of which the striking element 8 is moved again behind the drive piston 6.
Here, the movement of the striking element 8 begins at a length of the air cushion 9 which is not H0 but H1 (FIG. 5), which is less than Ho. Thus, with each movement cycle of the drive piston 6 there is a decrease in the length of the air cushion 9 until the impact member 8 approaches the drive piston 6 at its bottom dead center. This approach is striking, which has a very negative effect on the overall reliability of the machine.
Collisions of the striking element 8 with the drive piston 6 in the transitional state of the machine are avoided if the ratio mentioned is greater than 0.14.
Here, the upward movement of the drive piston takes place with the release of the interior of the air cushion 9 through the bore 14. In this case, the pressure in the air cushion 9 rises to the pressure in the space 3 at the moment the bore 14 is covered by the drive piston 6 (point b) curve Sp, Fig. 5). Since the drive piston 6 and the striking element 8 move in opposite directions after passing through the position in FIG. 5, an increase in pressure in the air cushion 9 begins. The effective time of this pressure is much greater in this case until the air cushion 9 is released through the bores 12 of the drive piston 6 (from point b to the end of curve Sp, FIG. 5), so that the striking element 8 change its direction of movement can (see the movement path So4 in Fig. 5).
Here, the working cycle ends with a stroke of the striking element 8 against the working tool 11 at point g in FIG greater impact energy of the impact member 8 is ensured. With the impact energy of the impact member 8 increasing from one cycle to another and thus increasing load on the drive, the frequency of movement of the drive piston decreases. This continues until the movement frequency of the drive piston 6 and the impact energy of the impact member 8 reach their nominal values which occur in the stationary operating state. There is no collision between the striking element 8 and the drive piston 6 when the engine is started.