RU2170658C2

RU2170658C2 - Compression-vacuum percussion machine

Info

Publication number: RU2170658C2
Application number: RU99118103/28A
Authority: RU
Inventors: Ю.Н. Колган
Original assignee: Колган Юрий Никитович
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-07-20

Abstract

FIELD: machine engineering, namely manual electric hammers and perforators used in building, geological exploration and explosion works at drilling. SUBSTANCE: compression vacuum machine includes housing, drive unit with motor. Machine also includes reduction gear and conversion mechanism, percussion mechanism having guiding cylinder, sleeve type piston arranged in guiding cylinder and joined with conversion mechanism by means of hinge. Inside piston striker is arranged for periodically striking working tool, striker is joined with piston by means of air cushion. Guiding cylinder has inner turning limited by upper and lower edges and having radial opening in its wall. There is flat on outer surface of piston. In wall of piston in zone of flat there is compensation hole that periodically synchronously with piston motion connects air cushion with atmosphere through duct formed by flat and inner surface of guiding cylinder, turning and radial opening. Flat is closed along piston length, it has upper and lower edges. Spacing L from lower edge of flat until upper edge on inner turning of guiding cylinder (when piston is in lower dead point) is in range R <L <2R, where R - half of full stroke of piston from lower dead point until upper dead point. EFFECT: improved design providing high energy and reliability of percussion. 6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и в частности к электрическим ручным молоткам и перфораторам, применяемым в строительстве, геологоразведочных и буровзрывных работах для разрушения строительных материалов и горных пород и образования в них отверстий. The invention relates to the field of engineering and, in particular, to electric hand hammers and perforators used in construction, exploration and drilling and blasting to destroy building materials and rocks and form holes in them.

Известны компрессионно-вакуумные ударные машины, содержание корпус, привод, включающий в себя двигатель, редуктор и преобразовательный механизм, ударный механизм, состоящий из направляющего цилиндра, размещенного в нем стаканообразного поршня, связанного с преобразовательным механизмом, и внутри поршня размещен ударник, наносящий периодические удары по рабочему инструменту и связанный с поршнем воздушной подушкой, и в направляющем цилиндре выполнена проточка, ограниченная верхней и нижней кромками и сообщенная с атмосферой, и в стенке поршня в зоне воздушной подушки выполнено компенсационное отверстие, периодически, в такт с движениями поршня, сообщающее воздушную подушку через проточку с атмосферой (Европатент N 0014760, кл. B 25 D 11/06 от 14.12.79). Known compression-vacuum percussion machines, the contents of the housing, the drive, which includes an engine, a gearbox and a transducer, a percussion mechanism consisting of a guide cylinder, a cup-shaped piston disposed therein connected to the transducer mechanism, and a striking drum is placed inside the piston, causing periodic impacts along the working tool and connected with the piston by an air cushion, and in the guide cylinder, a groove is made, bounded by the upper and lower edges and communicated with the atmosphere, and into the wall a piston in the zone of the air cushion, a compensation hole is made periodically, in time with the movements of the piston, communicating the air cushion through the groove with the atmosphere (Europatent N 0014760, CL B 25 D 11/06 of 12/14/79).

В такой машине конструкция проточки предусматривает направляющий цилиндр неподвижным, исключая его вращение. Данное исполнение имеет недостаток, затрудняющий использование машины в режиме перфоратора, когда направляющий цилиндр должен иметь вращательное движение и использоваться одновременно как шпиндель для закрепления бурового инструмента. In such a machine, the groove design provides a guide cylinder motionless, excluding its rotation. This design has a disadvantage that makes it difficult to use the machine in the mode of a perforator, when the guide cylinder must have a rotational movement and be used simultaneously as a spindle for fixing the drilling tool.

Ближайшей по своей технической сути является компрессионно-вакуумная ударная машина, содержащая корпус, привод, включающий в себя двигатель, редуктор и преобразовательный механизм, ударный механизм, состоящий из направляющего цилиндра, размещенного в нем стаканообразного поршня, связанного с преобразовательным механизмом, и внутри поршня размещен ударник, наносящий периодические удары по рабочему инструменту и связанный с поршнем воздушной подушкой, и в направляющем цилиндре выполнена внутренняя проточка, ограниченная верхней и нижней кромками, и в стенке направляющего цилиндра в зоне проточки имеется радиальное отверстие и на внешней поверхности поршня выполнена лыска и в стенке поршня в зоне расположения лыски выполнено компенсационное отверстие, периодически, в такт с движениями поршня сообщающее воздушную подушку через канал, образованный лыской и внутренней поверхностью направляющего цилиндра, через проточку и радиальное отверстие с атмосферой. Перфоратор UBH 2/20 фирмы "Bosch" - каталог 1983 г. The closest in its technical essence is a compression-vacuum percussion machine, comprising a housing, a drive including an engine, a gearbox and a transducer, a percussion mechanism consisting of a guide cylinder, a cup-shaped piston placed in it, connected to the transducer, and placed inside the piston a striker that inflicts periodic blows on the working tool and connected with the piston by an air cushion, and an internal groove is made in the guide cylinder, bounded by the upper and lower edges, and in the wall of the guide cylinder in the groove zone there is a radial hole and a flange is made on the outer surface of the piston and a compensation hole is made in the piston wall in the flange area, periodically, in time with the piston movements, informs the air cushion through the channel formed by the flat and the inner surface of the guide cylinder, through a groove and a radial hole with the atmosphere. Bosch UBH 2/20 rotary hammer - 1983 catalog

В этой машине отсутствует недостаток аналога, но имеется недостаток, заключающийся в низкой энергии удара. Происходит это из-за того, что лыска на поршне выполнена сквозной с нижней его стороны, а канал, образованный лыской и внутренним диаметром направляющего цилиндра, постоянно сообщается с атмосферой, независимо от положения поршня относительно направляющего цилиндра. There is no lack of analogue in this machine, but there is a disadvantage of low impact energy. This is due to the fact that the flat on the piston is made through from its lower side, and the channel formed by the flat and the inner diameter of the guide cylinder is constantly in communication with the atmosphere, regardless of the position of the piston relative to the guide cylinder.

При этом компенсационное отверстие сообщает воздушную подушку с атмосферой в процессе движения поршня из положения нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ) и обратно, до тех пор пока компенсационное отверстие не перекроется боковой поверхностью ударника. На этом участке перемещения поршня в воздушной подушке образуется разрежение, а полученная разность давлений над ударником и под ним заставляет последний двигаться вслед за поршнем. В процессе перемещения поршня вниз из его положения ВМТ до перекрытия компенсационного отверстия боковой поверхностью ударника, в воздушную подушку поступает воздух из атмосферы, снижая величину разрежения. Разница давлений над ударником и под ним уменьшается, а высота подъема ударника снижается. Уменьшение высоты подъема ударника, при прочих равных условиях, снижает величину энергии удара. In this case, the compensation hole communicates the air cushion with the atmosphere during the movement of the piston from the position of the bottom dead center (BDC) to the top dead center (TDC) and vice versa, until the compensation hole is blocked by the side surface of the striker. A vacuum forms in this section of the piston displacement in the air cushion, and the resulting pressure difference above and below the hammer causes the latter to move after the piston. In the process of moving the piston down from its TDC position until the compensation hole is blocked by the side surface of the striker, air from the atmosphere enters the air cushion, reducing the amount of rarefaction. The pressure difference above and below the drummer decreases, and the elevation of the drummer decreases. Reducing the height of the drummer, ceteris paribus, reduces the value of the impact energy.

Исключить снижение величины разрежения в воздушной подушке на этом участке движения поршня и увеличить таким образом энергию удара ударника возможно в том случае, если перекрыть доступ воздуха в воздушную подушку на участке движения поршня вниз из положения ВМТ до момента перекрытия компенсационного отверстия боковой поверхностью ударника. It is possible to eliminate the decrease in the amount of rarefaction in the air cushion in this section of the piston movement and thus increase the impact energy of the striker if air is blocked from entering the air cushion in the section of piston movement down from the TDC position until the compensation hole is blocked by the side surface of the striker.

Поставленная задача решается тем, что в компрессионно-вакуумной ударной машине, содержащей корпус, привод, включающий в себя двигатель, редуктор и преобразовательный механизм, ударный механизм, состоящий из направляющего цилиндра, размещенного в нем стаканообразного поршня, связанного с преобразовательным механизмом, и внутри поршня размещен ударник, наносящий периодические удары по рабочему инструменту и связанный с поршнем воздушной подушкой, и в направляющем цилиндре выполнена внутренняя проточка, ограниченная верхней и нижней кромками, и в стенке которой имеется радиальное отверстие и на внешней поверхности поршня выполнена лыска и в стенке поршня в зоне расположения лыски выполнено компенсационное отверстие, периодически, в такт с движениями поршня сообщающее воздушную подушку через канал, образованный лыской и внутренней поверхностью направляющего цилиндра, через проточку и радиальное отверстие с атмосферой, лыска по длине поршня является замкнутой, имеющей верхнюю и нижнюю кромки, и расстояние L от нижней кромки лыски до верхней кромки внутренней проточки направляющего цилиндра, при положении поршня в нижней мертвой точке, находится в пределах R < L < 2R, где R - половина полного хода поршня, от положения нижней мертвой точки, до положения верхней мертвой точки. The problem is solved in that in a compression-vacuum percussion machine containing a housing, a drive including an engine, a gearbox and a transducer, a percussion mechanism consisting of a guide cylinder, a cup-shaped piston placed therein connected to the transducer, and inside the piston a drummer is placed that inflicts periodic blows on the working tool and is connected to the piston by an air cushion, and an internal groove is made in the guide cylinder, bounded by the upper and lower edges with flaps, and in the wall of which there is a radial hole and a flange is made on the outer surface of the piston and a compensation hole is made in the piston wall in the flap area, periodically, in time with the movements of the piston, communicates the air cushion through the channel formed by the flat and the inner surface of the guide cylinder, through a groove and a radial hole with an atmosphere, the flat along the length of the piston is closed, having upper and lower edges, and the distance L from the lower edge of the flat to the upper edge of the inner groove n the guide cylinder, with the piston at bottom dead center, is within R <L <2R, where R is half the full stroke of the piston, from the bottom dead center position to the top dead center position.

При таком исполнении машины сообщение воздушной подушки с атмосферой происходит ограниченно по времени и пропорционально величине L. Интервал изменения величины L соответствует такому интервалу изменения конструктивных параметров компрессионно-вакуумного ударного механизма, при котором возможно сохранение его работоспособности и поддержание ударного режима. Конкретная величина значения L выбирается, как расстояние, проходимое поршнем из положения НМТ до момента перекрытия компенсационного отверстия в поршне боковой поверхностью ударника. При этом на участке движения поршня в области ВМТ, равном расстоянию 2R-L, воздушная подушка не сообщается с атмосферой. На этом участке вблизи ВМТ, скорость перемещения поршня уменьшается, происходит выстой поршня в этой области. Учитывая, что до момента перекрытия компенсационного отверстия боковой поверхностью ударника воздушная подушка находится в состоянии разрежения, а в области выстоя поршня на участке его перемещения, равном 2R-L, воздушная подушка не сообщается с атмосферой, уменьшения величины разрежения в воздушной подушке не происходит. Крутизна подъема, а следовательно, высота подъема ударника в этом случае увеличивается и растет его энергия удара. With this design of the machine, the air cushion communicates with the atmosphere for a limited time and is proportional to L. The interval of variation of the value of L corresponds to such an interval of change in the design parameters of the compression-vacuum shock mechanism, at which it is possible to maintain its operability and maintain the shock mode. A specific value of the value of L is selected as the distance traveled by the piston from the BDC position until the compensation hole in the piston is blocked by the side surface of the hammer. At the same time, in the piston movement area in the TDC area equal to the distance 2R-L, the airbag is not in communication with the atmosphere. In this area near TDC, the piston's moving speed decreases, and the piston dwells in this area. Considering that until the compensation hole overlaps with the side surface of the striker, the air cushion is in a rarefied state, and in the region of piston stand-up at the 2R-L portion of its displacement, the airbag does not communicate with the atmosphere, there is no decrease in the amount of rarefaction in the air cushion. In this case, the steepness of the lift, and therefore the lift height of the hammer, increases and its impact energy increases.

Конкретное выполнение предлагаемого изобретения поясняется описанием и чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает компрессионно-вакуумную ударную машину в разрезе (КВУМ);
фиг. 2 - стаканообразный поршень;
фиг. 3 - ударный механизм в поперечном разрезе;
фиг. 4 - ударник;
фиг. 5 - график рабочего цикла КВУМ в привязке к нулевым координатам положения дна поршня и торца ударника в момент нахождения поршня в НМТ.A specific implementation of the invention is illustrated by the description and drawings, in which:
FIG. 1 depicts a compression-vacuum percussion machine in section (KVUM);
FIG. 2 - a glass-shaped piston;
FIG. 3 - percussion mechanism in cross section;
FIG. 4 - drummer;
FIG. 5 is a graph of the KVUM duty cycle in relation to the zero coordinates of the position of the piston bottom and the end face of the striker at the time the piston is in the BDC.

а) Ударный механизм с каналом сообщения воздушной подушки с атмосферой в момент, когда поршень находится в положении НМТ. a) Impact mechanism with a channel for communication of the air cushion with the atmosphere at the moment when the piston is in the BDC position.

б) График взаимных перемещений поршня S_п и ударника Sуд'₁ и Sуд'₂ за время одного оборота кривошипа, а также совмещенный график этих перемещений Sуд₁ и Sуд₂ при граничных значениях параметров ударного механизма, где:
S_п - график перемещения поршня;
Sуд'₁ - графики перемещений ударника, когда параметры ударного механизма находятся на границе срыва ударного процесса;
Sуд'₂ - графики перемещений ударника, когда параметры ударного механизма обеспечивают максимально-возможную связь ударника с поршнем;
Sуд₁ и Sуд₂ - упомянутые выше графики перемещений бойка;
Sуд'₁ и Sуд'₂, но сдвинутые вверх на величину, равную длине начальной воздушной подушки H_о (совмещенные графики).b) Schedule of mutual displacements of the piston S _p and impactor Ssp ' ₁ and Ssp' ₂ during one crank revolution, as well as a combined graph of these movements Ssp ₁ and Ssp ₂ at the boundary values of the parameters of the impact mechanism, where:
S _p - the schedule of movement of the piston;
Ssp ' ₁ - graphs of the movements of the striker, when the parameters of the striking mechanism are on the boundary of the disruption of the striking process;
Soud ' ₂ - graphs of the movements of the hammer, when the parameters of the shock mechanism provide the maximum possible connection between the hammer and the piston;
Soud ₁ and Soud ₂ - the abovementioned movement patterns of the striker;
Ssp ' ₁ and Ssp' ₂ , but shifted upward by an amount equal to the length of the initial air cushion H _o (combined graphs).

т. 1, т. 2 - точки пересечения на совмещенном графике траектории перемещения поршня S_п и траекторий перемещения ударника Sуд₁ и Sуд₂, в которых давление в воздушной подушке равно атмосферному;
т. 1 - точка, в которой прекращается сообщение воздушной подушки с атмосферой через систему компенсации утечек воздуха, для случая траектории перемещения ударника Sуд₁.t. 1, t. 2 - intersection points on the combined graph of the piston trajectory S _p and the projectile trajectories Ssp ₁ and Ssp ₂ , in which the pressure in the air cushion is atmospheric;
t. 1 - the point at which the communication of the air cushion with the atmosphere through the system of compensation for air leaks, for the case of the trajectory of movement of the striker Ssp ₁ .

l₁ - расстояние от НМТ поршня на совмещенном графике до точек т. 1' и т. 1, которое соответствует оптимальному значению L при одном из граничных значений конструктивных параметров ударного механизма, соответствующего траектории перемещения ударника Sуд₁, находящемуся на границе срыва ударного процесса.l ₁ is the distance from the BDC of the piston on the combined graph to points t. 1 'and t. 1, which corresponds to the optimal value of L for one of the boundary values of the design parameters of the percussion mechanism, corresponding to the trajectory of the striker Ssp ₁ , located at the boundary of the disruption of the percussion process.

l₂ - расстояние от НМТ поршня до т.2, которое соответствует оптимальному значению L для случая траектории перемещения ударника Sуд₂.l ₂ - the distance from the BDC of the piston to t.2, which corresponds to the optimal value of L for the case of the trajectory of the striker Sud ₂ .

H_о - расстояние от дна поршня до верхнего торца ударника в момент нахождения поршня в положении НМТ, которое соответствует начальной длине воздушной подушке.H _about - the distance from the bottom of the piston to the upper end of the striker at the time the piston is in the BDC position, which corresponds to the initial length of the air cushion.

α - угол поворота кривошипа в градусах. α is the angle of rotation of the crank in degrees.

R - радиус кривошипа, составляющий половину полного размаха колебаний поршня. R is the radius of the crank, which is half the full range of the oscillations of the piston.

Фиг. 6 изображает график перемещений поршня S_п и ударника Sуд'₃ и Sуд'₄, а также их совмещенные графики перемещений Sуд₃ и Sуд₄, для случая, когда L равно оптимальному значению, соответствующему значению l₃, и для случая, когда L больше, чем l₃ и равно l₄, а также графики силовых импульсов J₃ и J₄, образованные силой давления P₃ и P₄ соответственно в воздушной подушке, где:
l₃, l₄, l₅ - различные расстояния L, проходимые поршнем из положения НМТ вверх, в течение которого воздушная подушка сообщается с атмосферой.FIG. 6 shows a graph of the displacement of the piston S _p and the hammer Ssp ' ₃ and Ssp' ₄ , as well as their combined displacement plots Ssp ₃ and Ssp ₄ , for the case when L is the optimal value corresponding to the value of l ₃ and for the case when L is greater than l ₃ and equal to l ₄ , as well as graphs of power pulses J ₃ and J ₄ formed by the pressure force P ₃ and P _4, respectively, in the air cushion, where:
l ₃ , l ₄ , l ₅ - various distances L traveled by the piston from the BDC upwards, during which the airbag communicates with the atmosphere.

t₃, t₄, t₅ - время, в течение которого воздушная подушка сообщается с атмосферой при движении поршня из положения НМТ вверх и соответствует значениям l₃, l₄, l₅.t ₃ , t ₄ , t ₅ - the time during which the airbag communicates with the atmosphere when the piston moves from the BDC position up and corresponds to the values of l ₃ , l ₄ , l ₅ .

т. 3', т. 4', т.5' - точки, в которых при движении поршня, из положения НМТ вверх, прекращается сообщение воздушной подушки с атмосферой. t. 3 ', t. 4', t. 5 '- points at which, when the piston moves from the position of the BDC up, the air cushion stops communicating with the atmosphere.

P₃, P₄ - графики сил давления в воздушной подушке в случаях, когда L = l₃ и L = l₄ и соответствующих перемещениям ударника Sуд₃ и Sуд₄.P ₃ , P ₄ - graphs of pressure forces in the air cushion in cases where L = l ₃ and L = l ₄ and corresponding to the movements of the striker Ssp ₃ and Ssp ₄ .

J₃, J₄ - графики силовых импульсов, пропорциональные площади, ограниченной осью α и графиком силы P₃ и P₄ соответственно.J ₃ , J ₄ - graphs of power pulses proportional to the area bounded by the axis α and the graph of the forces P ₃ and P _4, respectively.

т. 3, т. 4, т. 5 - точки, в которых поршень, двигаясь из положения верхней мертвой точки (ВМТ) вниз, открывает воздушную подушку для сообщения с атмосферой. t. 3, t. 4, t. 5 - points at which the piston, moving from the top dead center (TDC) position down, opens an air cushion for communication with the atmosphere.

Компрессионно-вакуумная ударная машина содержит корпус 1, фиг. 1, привод 2, включающий в себя двигатель 3, передающий вращение на редуктор 4 и преобразовательный кривошипно-кулисный механизм 5. В корпусе 1 установлен ударный механизм 6, состоящий из направляющего цилиндра 7, размещенного в нем стаканообразного поршня 8, который со стороны закрытого дна 9 связан с преобразовательным механизмом 5 с помощью ползуна 10, и внутри поршня 8 размещен ударник 11, наносящий периодически удары по промежуточному элементу 12, а через него по рабочему инструменту 13, и ударник 11 связан с поршнем 8 воздушной подушкой 14. The compression-vacuum percussion machine comprises a housing 1, FIG. 1, drive 2, which includes an engine 3, which transmits rotation to a gearbox 4 and a converter crank-link mechanism 5. A shock mechanism 6 is installed in the housing 1, consisting of a guide cylinder 7, a glass-like piston 8 placed therein, which is on the closed bottom side 9 is connected to the conversion mechanism 5 by means of a slider 10, and a striker 11 is placed inside the piston 8, periodically striking the intermediate element 12, and through it on the working tool 13, and the striker 11 is connected to the piston 8 by an air cushion 14.

В направляющем цилиндре 7 выполнена внутренняя кольцевая проточка 15, фиг. 5,а, ограниченная верхней и нижней кромками 16 и 17 соответственно, и в стенке 18 проточки 15 выполнено отверстие 19. An inner annular groove 15 is made in the guide cylinder 7, FIG. 5a, bounded by the upper and lower edges 16 and 17, respectively, and a hole 19 is made in the wall 18 of the groove 15.

На внешней поверхности поршня 8 выполнена замкнутая по длине лыска 20, имеющая верхнюю и нижнюю кромки 21 и 22 соответственно, ограничивающие размеры лыски 20. В стенке поршня 8, в месте расположения лыски 20, выполнено компенсационное отверстие 23, периодически, в такт с движениями поршня 8 сообщающее воздушную подушку 14 с атмосферой через канал 24, образованный лыской 20 и внутренней поверхностью 25, фиг.3, направляющего цилиндра 7, проточку 15, фиг. 5а, и отверстие 19. On the outer surface of the piston 8, a flat line 20 is arranged along the length, having upper and lower edges 21 and 22, respectively, restricting the size of the line 20. In the wall of the piston 8, at the location of the line 20, a compensation hole 23 is made, periodically, in time with the movements of the piston 8 communicating an air cushion 14 with the atmosphere through a channel 24 formed by a flat 20 and an inner surface 25, FIG. 3, a guide cylinder 7, a groove 15, FIG. 5a and hole 19.

В определенные моменты рабочего цикла происходит перекрытие компенсационного отверстия 23 боковой поверхностью 26 ударника 11 (фиг.4). At certain moments of the working cycle, the compensation hole 23 is blocked by the lateral surface 26 of the striker 11 (Fig. 4).

Удержание компрессии в воздушной подушке 14 осуществляется с помощью уплотнительного кольца 27 на ударнике 11. The compression is kept in the air cushion 14 by means of a sealing ring 27 on the hammer 11.

Рабочий инструмент 13, фиг. 1, также установлен в направляющем цилиндре 7 и удерживается от выпадения из него с помощью фиксаторов 28, находящихся одновременно частью своего сечения как в глухих проточках 29 рабочего инструмента 13, так и в отверстиях 30 направляющего цилиндра 7. Фиксаторы 28 удерживаются в рабочем положении втулкой 31, установленный вокруг направляющего цилиндра 7 и подпружиненной пружиной 32 относительно корпуса 1, с одной стороны, и контактирующей с эластичным ограничителем 33, установленным на конце направляющего цилиндра 7, с другой. Work tool 13, FIG. 1 is also installed in the guide cylinder 7 and is prevented from falling out of it with the help of latches 28, which are simultaneously part of its cross section both in the blind grooves 29 of the working tool 13 and in the holes 30 of the guiding cylinder 7. The latches 28 are held in position by the sleeve 31 mounted around the guide cylinder 7 and a spring-loaded spring 32 relative to the housing 1, on the one hand, and in contact with an elastic stop 33 mounted on the end of the guide cylinder 7, on the other.

Компрессионно-вакуумная ударная машина работает следующим образом. Энергия двигателя 2, фиг. 1, передается через редуктор 4 на преобразовательный механизм 5 кривошипно-кулисного типа. Вращательное движение преобразовательного механизма 5 через ползун 10 обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня 8. Ударник 11, связанный с поршнем 8 воздушной подушкой 14, повторяет возвратно-поступательные движения поршня 8, нанося периодически удары по промежуточному элементу 12, а через него по рабочему инструменту 13. Compression-vacuum shock machine operates as follows. The energy of the engine 2, FIG. 1, is transmitted through a gearbox 4 to a crank-type converter mechanism 5. The rotational movement of the transducer mechanism 5 through the slider 10 provides reciprocating movement of the piston 8. The hammer 11 connected to the piston 8 by the air cushion 14 repeats the reciprocating movements of the piston 8, periodically striking the intermediate element 12, and through it the working tool 13 .

В положении НМТ поршня 8, когда расстояние между его дном 9 и ударником 11, находящимся в контакте с промежуточным элементом 12, а через него с рабочим инструментом 13, равно H_o, давление в воздушной подушке 14 равно атмосферному. При движении поршня 8 из положения НМТ вверх между ним и ударником 11 происходит увеличение длины воздушной подушки 14, а следовательно, ее объема. При этом давление в воздушной подушке 14 уменьшается, образуя разрежение. Под ударником 11 давление равно атмосферному и оно больше, чем давление в воздушной подушке 14, то есть над ударником 11. Получаемая разность давлений заставляет, преодолевая массу ударника 11, двигаться последней вслед за поршнем 7. При достижении поршнем 8 ВМТ, последний меняет направление своего движения и, перемещаясь навстречу ударнику 8, сжимает воздушную подушку 14. При этом в воздушной подушке 14 образуется избыточное давление, большее, чем атмосферное, которое сначала тормозит движение ударника 11 вверх, а затем меняет его направление, перемещая ударник 11 вниз на удар с промежуточным элементом 12 и рабочим инструментом 13. После достижения поршнем 7 НМТ рабочий цикл повторяется до следующего удара и т.д.In the position of the BDC of the piston 8, when the distance between its bottom 9 and the hammer 11, which is in contact with the intermediate element 12, and through it with the working tool 13, is equal to H _o , the pressure in the air cushion 14 is equal to atmospheric. When the piston 8 moves from the BDC position upward between it and the striker 11, the length of the air cushion 14 increases, and therefore its volume. In this case, the pressure in the air cushion 14 decreases, forming a vacuum. Under the hammer 11, the pressure is equal to atmospheric and it is greater than the pressure in the air cushion 14, that is, above the hammer 11. The resulting pressure difference makes, breaking the mass of the hammer 11, move last after the piston 7. When the piston reaches 8 TDC, the latter changes its direction movement and, moving towards the striker 8, compresses the air cushion 14. In this case, an excess pressure is formed in the air cushion 14, greater than atmospheric, which first inhibits the upward movement of the striker 11, and then changes its direction, per meschaya firing pin 11 downward to strike the intermediate element 12 and the working tool 13. Once the piston reaches BDC 7 operating cycle is repeated until the next pin, etc.

В процессе образования разрежения в воздушную подушку 14 из атмосферы поступает, в процессе взаимного движения ударника 11 и поршня 8, через посадочные зазоры, некоторое количество воздуха. В процессе образования избыточного давления из воздушной подушки 14 удаляется определенное количество воздуха через те же посадочные зазоры. При этом величина избыточного давления по модулю в несколько раз больше разрежения и, как следствие, в процессе образования избыточного давления из воздушной подушки 14 утекает больше воздуха, чем в нее поступает в процессе образования разрежения. В результате в воздушной подушке 14 от цикла к циклу количество воздуха становится все меньше, а ударник 11 все больше сближается с поршнем 8 и ударный процесс между ударником 11 и промежуточным элементом 12 прекращается. Для обеспечения баланса поступающего в воздушную подушку 14 воздуха и удаляемого из нее в процессе образования избыточного давления в машине имеется система компенсации потерь воздуха воздушной подушкой 14 в виде компенсационного отверстия 23 в стенке поршня 8. Отверстие 23 периодически, в такт с движениями поршня 8, сообщает воздушную подушку 14 с атмосферой, через канал 24, образованный лыской 20, фиг. 5а, на поршне 8 и внутренней поверхностью 25 направляющего цилиндра 7, проточку 15 и отверстие 19 в стенке 18 проточки 15. Проточка 15 ограничена верхней и нижней кромками 16 и 17 соответственно, а лыска 20 - верхней и нижней кромками 21 и 22 соответственно. При движении поршня 8 из положения НМТ вверх воздушная подушка 14 сообщается с атмосферой через отверстие 23 до тех пор, пока нижняя кромка 22 лыски 20 не достигнет уровня верхней кромки 16 проточки 15 и не перекроет канал сообщения воздушной подушки 14 с атмосферой. Это расстояние равно L и оно пропорционально времени t, в течение которого через отверстие 23 поступает воздух из атмосферы в воздушную подушку 14, и чем меньше L, тем больше должен быть диаметр отверстия 23 для пополнения одного и того же количества воздуха и наоборот. В то же время для обеспечения надежной работы кольцевого резинового уплотнения 27 на ударнике 11 отверстие 23 должно иметь как можно меньший диаметр. В противном случае при прохождении уплотнительного кольца 27 в зоне отверстия 23 большого диаметра некоторый объем материала уплотнительного кольца 27 заплывает в отверстие 23 и разрушается его острыми кромками. При малом диаметре отверстия 23 расстояние L должно быть большим. В то же время это значение имеет свое оптимальное значение, соответствующее величине l₃ на фиг. 6, и которое равно расстоянию, проходимому поршнем из НМТ до т. 3', расположенной на том же уровне от оси α, что и т. 3. В т. 3 пересекаются графики перемещения поршня 8 S_п и перемещения ударника 11 Sуд₃ (на совмещенном графике). В т. 3 длина воздушной подушки 14 равна H_o и давление в ней равно атмосферному. Слева от т. 3 давление в воздушной подушке 14 ниже атмосферного (разрежение), а справа от т. 3 выше атмосферного (избыточное давление).In the process of rarefaction in the air cushion 14 from the atmosphere enters, in the process of mutual movement of the striker 11 and the piston 8, through the landing gaps, a certain amount of air. In the process of forming excess pressure from the air cushion 14, a certain amount of air is removed through the same landing gaps. Moreover, the magnitude of the overpressure modulo is several times larger than the rarefaction and, as a result, in the process of generating overpressure more air flows out of the air cushion 14 than enters it during the formation of the rarefaction. As a result, in the air cushion 14 from cycle to cycle, the amount of air becomes less and less, and the hammer 11 is getting closer to the piston 8 and the impact process between the hammer 11 and the intermediate element 12 stops. To ensure the balance of the air entering the air cushion 14 and the excess pressure removed from it during the formation of pressure in the machine, there is a system for compensating for air losses by the air cushion 14 in the form of a compensation hole 23 in the piston wall 8. A hole 23 is periodically, in time with the movements of the piston 8, reports an air cushion 14 with atmosphere through a channel 24 formed by a flat 20, FIG. 5a, on the piston 8 and the inner surface 25 of the guide cylinder 7, the groove 15 and the hole 19 in the wall 18 of the groove 15. The groove 15 is bounded by the upper and lower edges 16 and 17, respectively, and the flat 20 is limited to the upper and lower edges 21 and 22, respectively. When the piston 8 moves from the BDC position up, the air cushion 14 communicates with the atmosphere through the hole 23 until the lower edge 22 of the flats 20 reaches the level of the upper edge 16 of the groove 15 and blocks the channel of communication of the air cushion 14 with the atmosphere. This distance is L and it is proportional to the time t during which air from the atmosphere enters the air cushion 14 through the opening 23, and the smaller L is, the larger the diameter of the opening 23 must be for replenishing the same amount of air and vice versa. At the same time, to ensure reliable operation of the annular rubber seal 27 on the striker 11, the hole 23 should have the smallest possible diameter. Otherwise, when the sealing ring 27 passes in the area of the large-diameter hole 23, a certain volume of the material of the sealing ring 27 floats into the hole 23 and is destroyed by its sharp edges. With a small diameter of the hole 23, the distance L should be large. At the same time, this value has its optimum value corresponding to l ₃ in FIG. 6, and which is equal to the distance traveled by the piston from BDC to t. 3 ', located at the same level from the axis α as t. 3. In t. 3 intersect the graphs of the piston 8 S _p and the hammer 11 Sud ₃ ( on the combined schedule). In t. 3, the length of the air cushion 14 is equal to H _o and the pressure in it is equal to atmospheric. To the left of vol. 3, the pressure in the air cushion 14 is below atmospheric (rarefaction), and to the right of vol. 3 is higher than atmospheric (overpressure).

В случае, если расстояние L меньше l₃ и равно l₅, то время, в течение которого воздушная подушка 14 сообщается с атмосферой, равно t₅ и оно меньше чем t₃.If the distance L is less than l ₃ and equal to l ₅ , then the time during which the air cushion 14 communicates with the atmosphere is equal to t ₅ and it is less than t ₃ .

В этом случае диаметр отверстия 23 должен быть больше, чем в случае, когда L = l₃. Увеличение же диаметра отверстия 23, как указывалось выше, снижает надежность уплотнительного кольца 27, а следовательно, и машины в целом.In this case, the diameter of the hole 23 should be larger than in the case when L = l ₃ . The increase in the diameter of the hole 23, as mentioned above, reduces the reliability of the sealing ring 27, and therefore the machine as a whole.

В случае, если расстояние L больше l₃ и равно l₄, то время, в течение которого воздушная подушка 14 сообщается с атмосферой, равно t₄ и оно больше чем t₃.If the distance L is greater than l ₃ and equal to l ₄ , then the time during which the air cushion 14 communicates with the atmosphere is equal to t ₄ and it is greater than t ₃ .

В этом случае диаметр отверстия 23 должен быть меньше, чем в случае, когда L = l₃. Уменьшение диаметра отверстия 23 благоприятно сказывается на надежности уплотнительного кольца 27, но приводит одновременно к снижению энергии удара ударника 11, при одновременном увеличении L больше оптимального значения, например, равного l₄. Происходит это потому, что движение поршня 8 из положения ВМТ вниз до т. 4 происходит при замкнутой воздушной подушке 14. А при дальнейшем движении поршня от т. 4 до т. 3 воздушная подушка 14 через систему компенсации утечек воздуха сообщается с атмосферой. В т. 3 воздушная подушка 14 опять становится замкнутой, так как ударник 11 своей боковой поверхностью 26 закрывает отверстие 23. Учитывая, что воздушная подушка 14 на участке движения поршня 8 от т. 4 до т. 3 находится под разрежением, из атмосферы через отверстие 23, в нее поступает некоторое количество воздуха, снижающего величину разрежения. Разность давлений при этом под ударником 11 и над ним уменьшается, что снижает высоту подъема ударника 11 (траектория перемещения ударника 11 Sуд₄). В этом случае снижается и величина избыточного давления P₄, против P₃, в воздушной подушке 14, и соответственно уменьшается величина избыточного импульса J₄, против J₃, который в свою очередь пропорционален энергии удара ударника 11. Энергия удара ударника 11, таким образом, становится меньше, чем в том случае, если L принимает значение, равное l₃, когда давление поршня от т. 3' до т. 3 происходит при замкнутой воздушной подушке 14, без снижения степени разрежения. При L= l₃ движение поршня 8 от т. 4 до т. 3 не сопровождается вскрытием воздушной подушки 14 и величина разрежения в ней не уменьшается, что увеличивает крутизну и соответственно высоту подъема ударника 11 (траектория Sуд₃ ).In this case, the diameter of the hole 23 should be smaller than in the case when L = l ₃ . A decrease in the diameter of the hole 23 favorably affects the reliability of the sealing ring 27, but at the same time leads to a decrease in the impact energy of the striker 11, while increasing L more than the optimal value, for example, equal to l ₄ . This happens because the movement of the piston 8 from the TDC position down to t. 4 occurs when the air cushion is closed 14. And with the further movement of the piston from t. 4 to t. 3, the air cushion 14 communicates with the atmosphere through the air leakage compensation system. In t. 3, the air cushion 14 again becomes closed, since the striker 11 closes the hole 23 with its lateral surface 26. Given that the air cushion 14 is under vacuum from the atmosphere through the hole in the piston 8 from t. 4 to t. 3 23, it receives a certain amount of air, reducing the amount of vacuum. The pressure difference under this under the hammer 11 and above it decreases, which reduces the height of the hammer 11 (the path of the hammer 11 Sud ₄ ). In this case, the excess pressure P ₄ , against P ₃ , in the air cushion 14 also decreases, and the excess impulse J ₄ , against J ₃ , which in turn is proportional to the impact energy of the striker 11, decreases accordingly. The impact energy of the striker 11, thus , becomes less than if L assumes a value equal to l ₃ when the piston pressure from t. 3 'to t. 3 occurs when the air cushion 14 is closed, without reducing the degree of rarefaction. At L = l _{3, the} movement of the piston 8 from t. 4 to t. 3 is not accompanied by the opening of the air cushion 14 and the rarefaction in it does not decrease, which increases the steepness and, accordingly, the elevation of the striker 11 (trajectory Ssp ₃ ).

При дальнейшем перемещении поршня 8 после прохождения им т. 3, через систему компенсации утечек воздуха воздушная подушка 14 вскрывается, но одновременно ударник 11 своей боковой поверхностью 26 перекрывает компенсационное отверстие 23, и воздушная подушка 14 остается замкнутой. Разница давлений под ударником 11 и над ним при отсутствии утечек из воздушной подушки 14 максимально возможная. Крутизна и высота подъема ударника 11 выше, чем в случае L = l₄, увеличивается и сила давления P₃ в воздушной подушке 14, относительно P₄, что сопровождается увеличением площади силового импульса J₃, относительно J₄. Вместе взятое приводит к росту энергии удара ударника 11, в случае, когда L = l₃.With the further movement of the piston 8 after passing through t. 3 through the air leakage compensation system, the airbag 14 is opened, but at the same time, the striker 11 closes the compensation hole 23 with its lateral surface 26, and the airbag 14 remains closed. The pressure difference under the drummer 11 and above it in the absence of leaks from the air cushion 14 is the maximum possible. The steepness and elevation of the striker 11 is higher than in the case L = l ₄ , the pressure force P ₃ in the air cushion 14, relative to P ₄ , also increases, which is accompanied by an increase in the area of the power pulse J ₃ , relative to J ₄ . Taken together, the impact energy of the striker 11 increases, in the case when L = l ₃ .

Вследствие сказанного, расстояние L от нижней кромки 22 лыски 20 до верхней кромки 16 проточки 15 при положении поршня 8 в нижней мертвой точке имеет оптимальное значение, равное расстоянию l₃ от оси α (на совмещенном графике фиг. 6) до т. 3 пересечения траекторий перемещения S_п поршня 8 и Sуд₃ ударника 11. Здесь при высоком значении энергии удара ударника 8 достигается высокая надежность кольцевого уплотнения 27. Определение т. 3 проводится после проведения расчета ударного механизма, имеющего конкретные конструктивные параметры с определенными траекториями перемещений поршня S_п и ударника S_уд.As a result of this, the distance L from the lower edge 22 of the flat 20 to the upper edge 16 of the groove 15 when the piston 8 is at the bottom dead center has an optimal value equal to the distance l ₃ from the axis α (in the combined graph of Fig. 6) to the point 3 of the intersection of the paths displacement S of the piston 8 and _n Ssp ₃ impactor 11. Here at a high energy impact hammer 8, a high reliability of seal ring 27. Determination vol. 3 is carried out after the calculation of the impact mechanism having a specific design parameters with certain tra Ktorov piston displacements S _n and S drummer _beats.

На практике конструктивные параметры ударного механизма могут иметь самые различные значения, вследствие чего положение т. 3 также может меняться, и, следовательно, меняется значение l₃, а вместе с ним и оптимальное значение L. Из теории расчета компрессионно-вакуумного ударного механизма известно, что крутизна подъема ударника 11 не может быть больше крутизны перемещения поршня 8, а следовательно, в положение т. 2 (ВМТ перемещения поршня 8, S_п) ударник 11 не может переместиться раньше поршня 8, поскольку на ударник 11 при его подъеме действует только сила разрежения в воздушной подушке, создаваемая самим поршнем 8. В этом случае L имеет одно из крайних значений, не превышающее полного размаха перемещения поршня 8, находящегося вблизи 2R, но не превышающее значения 2R. Увеличение L более 2R приводит к такому же результату в работе компрессионно-вакуумной машины как и значение L = 2R.In practice, the design parameters of the shock mechanism can have very different values, as a result of which the position of T. 3 can also change, and therefore the value of l ₃ changes, and with it the optimal value of L. It is known from the theory of calculation of the compression-vacuum shock mechanism that the steepness of the rise of the striker 11 cannot be greater than the steepness of the movement of the piston 8, and therefore, to position 2 (TDC of the movement of the piston 8, S _p ), the striker 11 cannot move earlier than the piston 8, since then only the rarefaction force in the air cushion created by the piston 8. In this case, L has one of the extreme values, not exceeding the full range of movement of the piston 8, located near 2R, but not exceeding the value 2R. An increase in L over 2R leads to the same result in the operation of the compression-vacuum machine as the value L = 2R.

Другому граничному значению L соответствует такой набор конструктивных параметров компрессионно-вакуумной ударной машины, который определяет момент срыва ударных колебаний. Из теории расчета известно, что это происходит в том случае, когда траектория перемещения ударника 11 Sуд₁ на совмещенном графике фиг. 5б пересекается с траекторией перемещения поршня 8, S_п в т. 1, отстоящей от оси α на расстоянии половины хода поршня, в данном случае равного R. Учитывая, что при таком наборе параметров, когда L менее или равно P, работа машины неустойчива, на практике при расчете т. 1 выбирается на расстоянии L всегда больше, чем R, и это определяет другое значение L, большее R.Another boundary value of L corresponds to such a set of design parameters of a compression-vacuum percussion machine, which determines the moment of failure of shock vibrations. From the theory of calculation, it is known that this happens when the path of the projectile 11 Ssp ₁ on the combined graph of FIG. 5b intersects with the trajectory of the piston 8, S _p in t. 1, spaced from the axis α at a distance of half the piston stroke, in this case equal to R. Given that with this set of parameters, when L is less than or equal to P, the operation of the machine is unstable, in practice, when calculating t. 1, it is always chosen at a distance L greater than R, and this determines a different value of L greater than R.

Таким образом выполнение компрессионно-вакуумной ударной машины так, что расстояние от нижней кромки 22 лыски 20 поршня 8 до верхней кромки 16 проточки 15 направляющего цилиндра 7 при положении поршня 8 в НМТ находится в интервале R < L < 2R, что обеспечивает как высокую надежность, поскольку в этом случае размеры компенсационного отверстия 23 малы, так и высокую энергию удара, поскольку отсутствуют дополнительные потери в ударном механизме, возникающие при несвоевременном сообщении воздушной подушки 14 с атмосферой. Thus, the implementation of the compression-vacuum percussion machine so that the distance from the lower edge 22 of the flat 20 of the piston 8 to the upper edge 16 of the groove 15 of the guide cylinder 7 when the piston 8 is in the BDC is in the range R <L <2R, which ensures both high reliability, since in this case, the size of the compensation hole 23 is small, so is the high impact energy, since there are no additional losses in the shock mechanism that occur when the airbag 14 is not in good communication with the atmosphere.

Claims

A vacuum-compression impact machine comprising a housing, a drive including an engine, a gearbox and a transducer, a percussion mechanism consisting of a guide cylinder, a glass-shaped piston disposed therein, connected to the transducer by a hinge, and a striker is placed inside the piston periodic blows to the working tool and an air cushion connected to the piston, and an internal groove is made in the guide cylinder, bounded by the upper and lower edges and in the wall There is a radial hole and a flange is made on the outer surface of the piston, a compensation hole is made in the piston wall, in the flange location zone, periodically, in time with the piston movements, communicating the air cushion through the channel formed by the flat and the inner surface of the guide cylinder, through the groove and a radial hole with an atmosphere, characterized in that the flat along the length of the piston is closed, having upper and lower edges, and a distance L from the lower edge of the flat to the upper edge of the inner groove n the guide cylinder, with the piston at bottom dead center, is within R <L <2R, where R is half the full stroke of the piston, from the bottom dead center position to the top dead center position.