Высокоскоростной молот

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Белорусская государственная политехническая академия(73) Патентообладатель Белорусская государственная политехническая академия(57) 1. Высокоскоростной молот, содержащий раму, в верхней части которой размещен энергоузел со свечой зажигания, соединенный началом с рабочим цилиндром, в котором размещен ударник, а также узел подачи горючей смеси, выполненный в виде источника постоянного тока, емкости с электролитом и электродов,смонтированных в емкости, причем последние электрически соединены с источником постоянного тока, отличающийся тем, что энергоузел со свечой зажигания расположен под узлом подачи горючей смеси и сообщается с ним посредством газоотводной трубки, на входе и на выходе которой смонтированы обратные клапаны с возможностью нагнетания горючей смеси в направлении от узла подачи к энергоузлу, кроме этого в нижней части рабочего цилиндра выполнены отверстия для слива конденсата. 2. Высокоскоростной молот по п. 1, отличающийся тем, что ударник в исходном верхнем положении удерживается фиксаторами, содержащими регулировочные пружины.(56) 1. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л-д. Машиностроение, 1975. - С. 251. 2. А. с. СССР 1394546, МПК В 21 7/26, 1988 (прототип). Полезная модель относится к машиностроению, например к созданию кузнечно-штампового оборудования. Она также может использоваться в строительстве для сваебойных, ремонтно-восстановительных работ,344 в машинах для разрушения горных пород, в оборудовании для разработки дна континентального шельфа и т.д. Известен высокоскоростной молот, содержащий установленный на станине расширительный цилиндр, в котором расположен поршень со штоком, на котором закреплена баба, а также камеру сгорания, в которой расположена свеча поджига и выполнен канал зарядки, сообщенный с источником энергоносителя через впускной клапан 1. К недостаткам конструкции следует отнести неблагоприятное воздействие на окружающую среду из-за выброса в атмосферу продуктов сгорания топлива (жидкого - бензин, керосин, солярка или газообразного - пропан-бутановые смеси, метан). Известен также наиболее близкий по своей сущности к полезной модели высокоскоростной молот, содержащий раму, в верхней части которой размещен энергоузел со свечой зажигания, соединенный началом с рабочим цилиндром, в котором размещен ударник, а также узел подачи горючей смеси, выполненный в виде источника постоянного тока, емкости с электролитом и электродов, смонтированных в емкости, причем последние электрически соединены с источником постоянного тока 2. Недостатком конструкции 2 является низкий кпд за счет рассеивания энергии рабочего тела (перегретый водяной пар) на нагрев и разгон электролита, через который оно (рабочее тело) действует на ударник. Кроме того, для известной конструкции характерна низкая надежность из-за того, что давление взрыва при опорожнении электролизера (опорожнение происходит при рабочем ходе из-за перетекания электролита из полости электролизера в полость рабочего цилиндра), воздействуя на электроды, вызывает их разрушение. К недостаткам известной конструкции следует отнести ее повышенную себестоимость из-за необходимости использования дорогостоящих, нержавеющих сталей для изготовления рабочего цилиндра. Применение таких сталей вызвано необходимостью устранения коррозии на внутренней поверхности цилиндра, находящейся в контакте с электролитом при рабочем ходе ударника. Задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении кпд, надежности, а также в снижении себестоимости конструкции. Поставленная задача решается тем, что в высокоскоростном молоте, содержащем раму, в верхней части которой размешен энергоузел со свечой зажигания, соединенный началом с рабочим цилиндром, в котором размещен ударник, а также узел подачи горючей смеси, выполненный в виде источника постоянного тока,емкости с электролитом и электродов, смонтированных в емкости и электрически связанных с источником постоянного тока, имеются следующие отличительные признаки энергоузел со свечой зажигания расположен под узлом подачи горючей смеси и сообщается с ним посредством газоотводной трубки, на входе и на выходе которой смонтированы обратные клапаны с возможностью нагнетания горючей смеси в направлении от узла подачи к энергоузлу, кроме этого в нижней части рабочего цилиндра выполнены отверстия для слива конденсата к вышеизложенному следует добавить также, что ударник в исходном верхнем положении удерживается фиксаторами, содержащими регулировочные пружины. Сущность полезной модели поясняется чертежом. Высокоскоростной молот содержит раму 1, жестко связанную с основанием - шаботом 2. В верней части рамы 1 смонтированы оси 3, на которых установлен энергоузел 4. В свою очередь энергоузел 4 через промежуточные фланцы 5, 6 (5 - верхний промежуточный фланец 6 - нижний промежуточный фланец) соединен с узлом 7 подачи горючей смеси и рабочим цилиндром 8. В узле 7 подачи горючей смеси, заполненном электролитом (20 р-р КОН), смонтирована газоотводная трубка 9 с электродами 10. Изоляция электродов 10 друг от друга и от газоотводной трубки 9 обеспечивается с помощью диэлектрической трубки 11. Для пропуска горючей смеси из узла 7 в энергоузел 4 в верхнем фланце 5 выполнено отверстие 12, в котором смонтирован обратный клапан 13. В нижнем фланце 6 также выполнено отверстие 14, которое служит для сообщения полостей энергоузла 4 и рабочего цилиндра 8 при разгоне ударника 15. Ударник 15 выполнен ступенчатым. При этом его меньшая ступень А предназначена для разобщения полостей энергоузла 4 и рабочего цилиндра 8 (при условии установки ударника 15 в крайнем верхнем положении) путем перекрытия отверстия 14, связывающего эти полости. В свою очередь для фиксации ударника 15 в исходном верхнем положении используются шарики 16, которые под действием регулировочных пружин 17 защелкиваются в кольцевую проточку Б, выполненную на его большей ступени В. Для подачи напряжения на электроды 10 используется центральный токоввод 18. Для поджига горючей смеси в энергоузле 4 смонтирована свеча 19 зажигания, подключенная к источнику электропитания (на чертеже не показан). Для предотвращения попадания электролита (при его, например, закипании) в газоотводную трубку 9 на входе в нее смонтирован обратный клапан 20. Для фиксации рабочего цилиндра 4 в раме 1 используются упоры 21. В нижней части рабочего цилиндра 4 выполнены отверстия 22 для слива конденсата. Объектом приложения ударной нагрузки со стороны ударника 15 является заготовка 23, установленная в экспериментальный штамп. Основными элементами штампа являются бандажированный корпус 24, прижимное кольцо 25, промежуточный мастер-боек 26, сменные полуматрицы 27. 2 344 Высокоскоростной молот работает следующим образом. При подаче постоянного напряжения через токоввод 18 на электроды 10 в узле 7 подачи горючей смеси начинается процесс разложения воды, протекающий по уравнению 2 Н 22 Н 22 . Горючая смесь (2 Н 22) накапливается в верхней части узла 7 над поверхностью электролита. При достижении в полости узла 7 давления открытия клапанов 13, 20 горючая смесь через газоотводную трубку 9 поступает в полость энергоузла 4. Продолжительность электролиза определяется количеством гремучей смеси, необходимой для придания заданной кинетической энергии ударнику 15. В момент достижения заданного давления, которое контролируется по манометру (на чертеже не показан), узел 7 подачи горючей смеси отключается от источника напряжения. После отключения узла 7 напряжение подается на свечу 19 зажигания, с помощью которой обеспечивается поджиг горючей смеси в энергоузле 4. Образующийся в результате горения горючей смеси в энергоузле 4 перегретый водяной пар воздействует вначале на малую площадь А ударника 15. При этом за счет высокого давления перегретого пара на малую площадь А создается сила, достаточная для преодоления сопротивления регулировочных пружин 17. В результате чего кромка кольцевой проточки Б, воздействуя на шарики 16, раздвигает их, при этом ударник 15 смещается вниз и его малая ступень А выходит за пределы отверстия 14. При этом открывается сообщение между полостями энергоузла 4 и рабочего цилиндра 8. В результате разгерметизации энергоузла 4 перегретый пар высокого давления врывается в полость рабочего цилиндра 8 и, воздействуя на всю площадь поперечного сечения (площадь сечения В), создает значительную импульсную нагрузку, приводящую к резкому разгону ударника 15 внутри рабочего цилиндра 8. При этом практически вся энергия рабочего тела (перегретый водяной пар) в результате его адиабатического расширения преобразуется в кинетическую энергию ударника 15. Ударник 15, обладающий на выходе из рабочего цилиндра 8 максимальным запасом кинетической энергии, соударяясь с промежуточным мастер-бойком 26, передает ударный импульс на деформируемую заготовку 23. При этом заготовка 23 выдавливается в полость, выполненную в полуматрицах 27, заполняет ее, что в итоге приводит к образованию готового изделия 28 стержневого типа. На завершающей стадии протекания процесса деформации ударник 15, перемещаясь внутри рабочего цилиндра 8,открывает окна 22, через которые образовавшийся в результате охлаждения перегретого пара конденсат сливается в накопительный резервуар (на чертеже не показан). После осуществления процесса деформации ударник 15 перемещается пневмоцилиндром (на чертеже не показан) в рабочем цилиндре 8 и фиксируется в исходном положении шариками 16, которые защелкиваются в кольцевую впадину Б под действием регулировочных пружин 17. При этом ступень А (ступень малого сечения) ударника 15 заходит в отверстие 14 и, перекрывая его, герметизирует полость энергоузла 4. Одновременно с установкой ударника 15 в исходное верхнее положение с помощью пневмоцилиндра (на чертеже не показан) из штампа удаляется готовое изделие 28. После этого в штамп помещается заготовка 23, не нее устанавливается мастер-боек 26, на электроды 10 по токовводу 18 подается напряжение питания и в высокоскоростном молоте начинается очередной цикл по созданию ударной нагрузки. Возвращаясь к процессам герметизации (разгерметизации) энергоузла, отметим следующее. Перед поджигом результирующая нагрузка, действующая на ударник 15 со стороны горючей смеси (давление горючей смеси перед поджигом действует на малое сечение А ударника 15), будет незначительная. Поэтому шарики 16 под действием регулировочных пружин 17, входящих в кольцевую проточку Б, легко удерживают ударник 15 во взведенном состоянии. В то же время усилие регулировочных пружин 17 не рассчитано на нагрузки, действующие на ударник 15 в процессе взрыва горючей смеси в энергоузле 4. Поэтому, когда давление в энергоузле 4 резко повышается в 9-10 раз, то ударник 15 легко разжимает блокирующие его движение подпружиненные шарики 16 и, беспрепятственно разгоняясь в рабочем цилиндре 8, наносит удар по мастербойку 26 и заготовке 23. Анализ предлагаемой полезной модели показывает, что ее работа характеризуется повышенным кпд за счет того, что рабочее тело действует в процессе разгона непосредственно на ударник 15. При этом ударная нагрузка не воздействует на электроды 10, что повышает надежность работы узла 7 подачи горючей смеси. При разгоне ударника 15 в рабочий цилиндр 8 не поступает электролит, в результате чего снимается проблема протекания на его внутренней поверхности процесса коррозии и, как следствие, отпадает необходимость в использовании для его изготовления дорогостоящих, нержавеющих сталей. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.