Высокоскоростной молот

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(73) Патентообладатели Качанов Игорь Владимирович, Ивашечкин Владимир Васильевич,Кондратович Александр Николаевич, Павлович Александр Эдуардович, Степашко Михаил Васильевич(57) 1. 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 подачи энергоносителя через впускной клапан, причем поршень снабжен уплотнителем окна разделительной перегородки, расположенной между камерой сгорания и расширительным цилиндром, в котором выполнен атмосферный канал с клапаном сброса, отличающийся тем, что в донной части расширительного цилиндра расположены дополнительные свечи поджига и выполнен дополнительный канал зарядки, сообщенный через регулируемый дроссель и первый дополнительный впускной клапан с 24 источником подачи энергоносителя, а камера сгорания сообщена с расширительным цилиндром посредством выполненных в поршне и/или в штоке, и/или в уплотнителе окна разделительной перегородки как минимум двух соединительных каналов, в одном из которых расположена полость сбора конденсата и выпускной клапан, а во втором - второй дополнительный впускной клапан, при этом клапан сброса сообщен с источником подачи энергоносителя,который снабжен регулируемым задатчиком давления, сообщенным с камерой сгорания, и в расширительном цилиндре установлен дополнительный задатчик давления, электрически связанный со свечей поджига. 2. Молот по п.1, отличающийся тем, что упомянутые впускные и выпускные клапаны выполнены обратными. 3. Молот по п.1, отличающийся тем, что впускной клапан сообщен с камерой сгорания через электроклапан ввода. 4. Молот по п.1 или 3, отличающийся тем, что электроклапан ввода, клапан сброса, регулируемый дроссель и задатчики давления связаны через контроллер с интерфейсом компьютера..-.1970, 37. - 5. -.137-144. 2. Высокоэнергетические импульсные методы обработки металлов. - Л-д. Машиностроение, 1975. - С. 251 (прототип). Полезная модель относится к машиностроению. Она также может использоваться в строительстве и для техники производства подводных работ, например, при создании кузнечно-штамповочного оборудования,машин для разрушения горных пород, для разработки дна континентального шельфа, для сваебойных и ремонтно-подводных работ. Известен высокоскоростной молот, содержащий пневмоцилиндр, жестко связанный со станиной, на которой установлена наковальня, причем станина установлена на амортизаторах 1. Недостаток такого молота - малая скорость, невозможность варьировать энергию удара, сложность и громоздкость гидропневмосистемы, сложность обеспечения возврата ударника в исходное положение и сложность подготовки пуска на рабочий ход. Известен также наиболее близкий по своей сущности к полезной модели 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. Причем поршень снабжен уплотнителем окна разделительной перегородки, расположенной между камерой сгорания и расширительным цилиндром, в котором выполнен атмосферный канал с клапанами сброса 2. Недостатком известной конструкции такого молота является его большая инерционность из-за того, что сброс противодавления из штоковой полости расширительного цилиндра большого объема происходит через клапан сброса и атмосферный канал. Это сопровождается большим сопротивлением со стороны вытесняемого поршнем сжатого воздуха, что и обуславливает нежелательную инерционность. При этом часть энергии, выделившаяся при взрыве энергоносителя затрачивается на преодоление сопротивления воздуха в штоковой полости, что приводит к снижению КПД машины. Кроме того, оптимальное противодавление в упомянутой штоковой полости, необходимое для герметичного закрытия окна неподвижной разделительной перегородки во многом зависит от герметичности уплотнения поршня и штока со стенками расширительного цилиндра и герметичности закрытия атмосферного канала в его штоковой полости клапаном сброса. Если в результате разгерметизации хотя бы одного из упомянутых соединений фактическое противодавление окажется меньше оптимального, то поршень преждевременно опускается и мощность молота теряется. В свою очередь, величина рабочего давления, также влияющая на оптимальный режим технологического процесса, в большей степени зависит от продолжительности продувки камеры сгорания через ее атмосферный канал. Так при низких давлениях зарядки через канал, сообщенный с источником подачи энергоносителя, величина рабочего давления снизится, что уменьшит КПД молота. К недостаткам конструкции следует отнести неблагоприятное воздействие на окружающую среду сброс давления из штоковой полости сопровождается мощным выхлопом продувка камеры приводит к попаданию в атмосферу двуокиси углерода СО и прочих продуктов неполного сгорания топлива. Кроме того нерациональные потери сжатого воздуха, вызванные продувкой камеры сгорания и сбросом противодавления из штоковой полости,также являются недостатками данной конструкции высокоскоростного молота. Задачей полезной модели является снижение инерционности и повышение коэффициента полезного действия высокоскоростного молота, а также устранение нерациональных затрат сжатого воздуха, повышение экологичности конструкции. 24 Поставленная задача решается тем, что 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 подачи энергоносителя через впускной клапан, причем поршень снабжен уплотнителем окна разделительной перегородки, расположенной между камерой сгорания и расширительным цилиндром, в котором выполнен атмосферный канал с клапаном сброса, имеет следующие отличительные признаки в данной части расширительного цилиндра расположены дополнительные свечи поджига и выполнен дополнительный канал зарядки, сообщенный через регулируемый дроссель и первый дополнительный впускной клапан с источником подачи энергоносителя, а камера сгорания сообщена с расширительным цилиндром посредством выполненных в поршне и/или в штоке, и/или в уплотнителе окна разделительной перегородки как минимум двух соединительных каналов, в одном из которых расположена полость сбора конденсата и выпускной клапан, а во втором второй дополнительный впускной клапан, при этом клапан сброса сообщен с источником подачи энергоносителя, который снабжен регулируемым задатчиком давления сообщенным с камерой сгорания, и в расширительном цилиндре установлен дополнительный задатчик давления, электрически связанный со свечой поджига,кроме того, упомянутые и выпускные клапаны выполнены обратными, а впускной клапан сообщен с камерой сгорания через электроклапан ввода, который также как и клапан сброса, упомянутые задатчики давления и регулируемый дроссель может быть электрически связанным через контроллер и интерфейсом компьютера. Выполнение в расширительном цилиндре дополнительного канала зарядки, сообщенного через регулируемый дроссель и первый дополнительный впускной клапан с источником подачи энергоносителя, позволяет с помощью газового энергоносителя поднять поршень в исходное верхнее положение и обеспечить перекрытие и герметизацию окна в разделительной перегородке о помощью конического уплотнителя (выполнен в верхней части поршня). Расположение в донной части расширительного цилиндра дополнительных свечей поджига позволяет после поджига энергоносителя удерживать поршень в исходном верхнем положении (взведенное положение) до начала рабочего хода. Сообщение камеры сгорания с расширительным цилиндром посредством выполненных в поршне и/или в штоке, и/или в уплотнителе окна разделительной перегородки как минимум двух соединительных каналов, в одном из которых расположена полость сбора конденсата и впускной клапан, а во втором - второй дополнительный впускной клапан, направлено, во-первых, на вытеснение в определенный момент времени несгоревших частей энергоносителя из расширительного цилиндра в камеру сгорания для обеспечения повышения начального давления в ней во-вторых - на повышение качества конденсации газовых продуктов в расширительном цилиндре для получения глубокого вакуума за счет поступления конденсата сгоревшего энергоносителя из камеры сгорания, в расширительный цилиндр. Сообщение клапана сброса с источником подачи энергоносителя позволит восполнять этот источник скопившимся конденсатом в расширительном цилиндре для обеспечения производства новой порции энергоносителя. Этим, а также упомянутым сообщением камеры сгорания и расширительного цилиндра, обеспечивается безотходная, экологически чистая технология создания и использования энергоносителя для приведения в действие высокоскоростного молота. Снабжение источника подачи энергоносителя задатчиком давления, сообщенного с камерой сгорания, и установка в расширительном цилиндре дополнительного задатчика давления, электрически связанного со свечой поджига в камере сгорания позволит, при достижении определенного давления в этих узлах, в нужный момент производить энергоноситель и обеспечивать его поджиг в камере сгорания. Этим достигается оптимальное соотношение продолжительности процессов в источнике подачи энергоносителя, в расширительном цилиндре и в камере сгорания. Выполнение впускных и выпускных клапанов обратными позволит обеспечить надежную герметизацию друг от друга упомянутых частей молота и источника подачи энергоносителя. Сообщение впускного клапана с камерой сгорания через электроклапан ввода, который также как и клапан сброса, упомянутые задатчик давления и регулируемый дроссель может быть связан электрически через контроллер с интерфейсом компьютера, позволит задействовать проблемно-ориентированное программное обеспечение компьютера для автоматического контроля и управления оптимальным режимом работы высокоскоростного молота. Сущность полезной модели поясняется принципиальной схемой высокоскоростного молота, сообщенного с источником подачи энергоносителя. Высокоскоростной молот содержит станину 1, расположенную на амортизаторах 2 фундамента. Станина 1 включает в себя расширительный цилиндр 3 и камеру 4, разделенную перегородкой 5. В цилиндре 3 расположен поршень 6 со штоком 7. На конце штока 7 закреплена баба 8, установленная в направляющие 9. Объектом ударной деформации является заготовка 10. В камере сгорания 4 расположена свеча поджига 11 и выполнен канал 12 зарядки, сообщенный с источником 13 подачи энергоносителя через впускной обратный клапан 14. 24 В качестве источника 13 подачи энергоносителя может использоваться электролизер-емкость с электродами 15 (запитываются через цепь постоянного тока), заполненная электролитом 16 на основе дистиллированной воды, входящей, например, в раствор гидроокиси (25-ный раствор КОН). Поршень 6 снабжен уплотнителем 17, который предназначен для герметизации окна 18 разделительной перегородки 5. В денной части расширительного цилиндра 3 выполнен атмосферный канал 19 с электроклапаном 20 сброса, а также расположены дополнительные свечи 21 поджига и выполнен дополнительный канал 22 зарядки, сообщенный через электрически регулируемый дроссель 23 и первый дополнительный впускной клапан 24 с источником 13 подачи энергоносителя. Камера 4 сгорания также сообщена с расширительным цилиндром 3 посредством выполненных в поршне 6,в уплотнителе 17 и в штоке 7 соединительных каналов 25 и 26, полостей 27 сбора конденсата, каналов 28 в перегородке 5 и расположенных в канале 2 выпускных клапанов 29. В канале 26 расположены вторые дополнительные обратные впускные клапаны 30. При этом клапан 20 сброса сообщен с источником 13 подачи энергоносителя, который снабжен регулируемым задатчиком 31 давления, сообщенным с камерой 4 сгорания. Задатчик 31 снабжен контактором 32 для замыкания электроцепи электродов 15. В расширительном цилиндре 3 установлен дополнительный регулируемый задатчик 33 давления, связанный с электроцепью свечи 11 поджига посредством контактора 34. Обратный клапан 14 сообщен с каналом 12 зарядки посредством электроклапана 35 ввода. Все электроуправляемые элементы 20, 23, 31, 33 и 35 могут электрически быть связаны через контроллер 36 с интерфейсом компьютера 37, имеющего проблемно-ориентированное программное обеспечение. Высокоскоростной молот работает следующим образом. При подаче на электроды 15 постоянного тока происходит процесс электролиза электролита. В результате на катодевыделяется водород, а на аноде (-) - кислород. Этот процесс протекает в соответствии с уравнением 22222 Выделяемые водород и кислород в виде газовой смеси накапливаются в верхней части источника 13 и образуют рабочее тело энергоносителя. Так как давление газовой смеси постоянно возрастает, то и возрастает запас энергии данного объема газа. Следовательно, таким образом нарастает количество энергоносителя. В процессе производства энергоносителя открывается обратный клапан 24, через который подается энергоноситель в штоковую полость цилиндра 3. За счет давления поступившей газовой смеси на полезную площадь поршня 6 обеспечивается его подъем со штоком 7 и бабой 8 в крайнее верхнее (взведенное) положение. При этом уплотнитель 17 герметично закроет окно 18 в перегородке 5, разъединив сообщение расширительного цилиндра 3 с камерой 4 сгорания. После этой изоляции и возрастания давления в штоковой полости цилиндра 3 до заданной величины по команде с контроллера 36 закрывается дроссель 23, открывается обратный клапан 14 и объем камеры 4 сгорания начинает заполняться энергоносителем через предварительно открытый электроклапан 35 и канал 12. Давление в камере 4 возрастает до заданного, контролируемого задатчиком 31. При этом он своим контактором 32 разомкнет электроцепь электродов 15. Тем самым прекращается производство энергоносителя и его закачка в камеру 4 сгорания. Одновременно контактор 32 замыкает электроцепь свечей 21 поджига. В результате происходит возгорание энергоносителя в штоковой полости цилиндра 3, сопровождающееся распространением вверх волны повышенного давления. При этом открываются обратные клапаны 30, настроенные на повышение давления и несгоревшая часть энергоносителя вытесняется в камеру 4 сгорания, способствуя повышению начального давления в ней. Когда взрывная волна давления, распространяющаяся снизу вверх достигает место подключения задатчика 33, то последний срабатывает и своим контактором 34 замыкает электроцепь свечи поджига 11. В результате происходит поджиг и взрыв энергоносителя в камере 4 сгорания. Причем начальная фаза взрыва в камере 4 (фаза нарастания давления до максимального значения) совпадает с завершающей фазой распространения фронта повышенного давления в расширительном цилиндре 3. Это совпадение обеспечивает удержание штока 7 с поршнем 6 во взведенном крайнем верхнем положении до момента достижения максимального давления в камере 4 сгорания. На конечном этапе совпадения фаз завершается закачка энергоносителя из цилиндра 3 в камеру сгорания 4. Это объясняется тем, что в камере 4 сгорания давление достигло максимальной величины, а в расширительном цилиндре 3 пик давления уже миновал и оно начинает снижаться. В результате, значение перепада давления между расширительным цилиндром 3 и камерой 4 сгорания изменяет свой знак (давление в камере 4 прогрессивно возрастает и превышает прогрессивно убывающее давление в расширительном цилиндре 3). Однако высокое давление в камере 4 сгорания действует только на малую торцевую поверхность уплотнителя 17, а снижающееся давление в расширительном цилиндре 3 действует на значительно большую кольцевую площадь поршня 7. В результате, несмотря на имеющийся пере 4 24 пад давления в направлении камера 4 сгорания - расширительный цилиндр 3, поршень 7 находится в верхнем взведенном положении. Однако под действием указанного перепада давления конденсат (дистиллированная вода), накопившийся на внешней поверхности разделительной перегородки 5 и в полостях 27 (указанные объемы воды связаны между собой каналами 28), впрыскивается через обратные клапаны 29 в виде мелкодисперсных струй в расширительный цилиндр. Аналогичным образом происходит впрыск конденсата в расширительный цилиндр и,полости 27 через осевой канал и клапан 29, расположенный в штоке 7. Впрыск конденсата в расширительный цилиндр 3, заполненный после горения гремучей смеси водяным паром, приводит к быстрой конденсации последнего, сопровождающейся импульсивным формированием вакууметрического давления под поршнем 7. Поэтому под действием высокого давления в камере 4 сгорания и вакуума в расширительном цилиндре шток 7 с поршнем 6 и бабой 8 практически беспрепятственно разгоняются с повышенным ускорением и,ударяя по заготовке 10, осуществляют ее деформирование. При этом демпферы 2 смягчают ударную нагрузку на фундамент. В момент завершения деформации заготовки 10 по команде с контроллера 36 замыкается электроцепь электродов 15 в электролизере 13 и возобновляется подача гремучей смеси в расширительный цилиндр 4. В результате шток 7 с поршнем 6 возвращается давлением газа в исходное положение. При этом во время подъема ударных частей поступает с контроллера 36 управляющий электрический сигнал на клапан 20, что приводит к его открытию и, как следствие, к сливу конденсата из расширительного цилиндра 4 в электролизер 13. В момент завершения подъема ударных частей слив конденсата заканчивается клапан 20 по команде с контроллера 36 отключается. Далее цикл работы молота повторяется. При этом обеспечивается ускоренная и практически безынерционная работа высокоскоростного молота и безотходная экологически чистая технология получения энергоносителя. Оптимальный режим работы высокоскоростного молота обеспечивается за счет выбора рационального режима включения и выключения элементов 20, 23, 31, 33 и 35 с помощью проблемноориентированного обеспечения компьютера 37 через контроллер 36. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.