УДАРНЫЙ МЕХАНИЗМ
IMPACT MECHANISM

Изобретение относится к технике для производства ремонтно-восстановительных и аварийно-спасательных работ. При проведении данных работ возникает необходимость дистанционного устранения непроходимостей, образованных твердыми породами, бетонными пробками в каналах, трубах, расщелинах, пробития бетонных или кирпичных стен в местах, недоступных для штатного инструмента (отбойных молотков и т.п.).
Известен «Пневматический одноударный молоток», а.с. СССР №1027026, МПК5 B25D 9/04, опубл. 07.07.83, Бюл. №25, содержащий корпус с выхлопными отверстиями и рукояткой с каналом для подвода сжатого воздуха, установленную в нем с возможностью осевого перемещения и уплотненную относительно корпуса гильзу (ствол), размещенные в ней поршень-ударник и рабочий наконечник. Гильза выполнена с наружными уплотнительными цилиндрическими буртиками на переднем и заднем торцах. Корпус выполнен с седлом выпускного клапана на переднем торце и по всей длине гильзы образует полость между ее наружными буртиками, сообщающуюся с ее подпоршневой полостью и каналом для подвода сжатого воздуха. Недостатками данного механизма является невысокая кинетическая энергия разгоняемого поршня-ударника и невозможность дистанционного управления им.
Известен «Пневматический ударный механизм», а.с. СССР №875014, МПК3 Е21С 3/20, опубл. 23.10.81, Бюл. №39 (выбран в качестве прототипа), содержащий полый корпус, ствол, подпружиненную упругую диафрагму с отверстием, крышку корпуса с патрубком, имеющим отверстие, закрываемое подпружиненным шариковым клапаном, транспортную основу. В стволе размещен подпружиненный поршень-боек и выполнено отверстие для стравливания сжатого воздуха. Механизм имеет рукоять, на которой закреплен корпус и в которой образована полость для аккумулирования дополнительного запаса сжатого воздуха, причем рукоять упруго закреплена на шарнире к транспортной основе. К недостаткам данного механизма следует отнести громоздкость его конструкции и невозможность дистанционного управления им.
Решаемой технической задачей является создание ударного механизма для разрушения непроходимостей из твердых пород, бетона, кирпича и т.п. в стесненных условиях и местах, недоступных для штатного инструмента (отбойных молотков).
Ожидаемый технический результат заключается в реализации высокой кинетической энергии разгоняемого ударника при сравнительно небольших габаритах инструмента и возможности дистанционного управления его срабатыванием.
Технический результат достигается за счет создания ударного механизма, содержащего полый герметичный корпус с отверстием для подвода сжатого воздуха, ствол с размещенным в нем ударником и отверстием для стравливания сжатого воздуха, мембрану, закрепленную в корпусе на входе в ствол. В отличие от прототипа в заявляемом устройстве в полости корпуса дополнительно установлен радиатор с нагревательным элементом.
В корпусе за мембраной с возможностью перемещения вдоль ствола может быть установлен узел принудительного вскрытия мембраны, выполненный в виде стакана из теплопроводного материала и расположенного в нем поршня, образующих герметичную полость, заполненную рабочим телом с высоким коэффициентом объемного расширения.
На мембране может быть выполнена кольцевая проточка.
В полости корпуса вокруг узла принудительного вскрытия мембраны может быть установлен дополнительный радиатор.
Ствол может быть выполнен телескопическим, и между его звеньями размещен демпфер.
На выходе ствола могут быть закреплены ограничитель перемещения ударника и демпфер.
Установка в полости корпуса радиатора с нагревательным элементом позволяет увеличить давление аккумулированного в ней сжатого воздуха и тем самым повысить кинетическую энергию разгоняемого ударника.
Снабжение ударного механизма узлом принудительного вскрытия мембраны позволяет использовать мембрану, давление вскрытия которой значительно превышает давление сжатого воздуха в полости корпуса, благодаря чему исключается несанкционированное вскрытие мембраны при заполнении полости корпуса сжатым воздухом, а также осуществлять дистанционное управление срабатыванием ударного механизма.
Расположение узла принудительного вскрытия мембраны в корпусе за мембраной с возможностью перемещения его вдоль ствола позволяет сжатому воздуху после вскрытия мембраны поступать в полость ствола для разгона ударника.
Выполнение узла принудительного вскрытия мембраны в виде стакана из теплопроводного материала и расположенного в нем поршня, образующих герметичную полость, заполненную рабочим телом с высоким коэффициентом объемного расширения, позволяет теплу от нагретого сжатого воздуха в полости корпуса поступать через стенки стакана в рабочее тело, которое, расширяясь внутри замкнутого объема, реализует давление, значительно превосходящее давление в полости корпуса, и через поршень воздействует на мембрану, вскрывая ее.
Выполнение на мембране кольцевой проточки, являющейся концентратором напряжений, повышает надежность срабатывания ударного механизма, обеспечивает равномерное вскрытие мембраны по окружности (кольцевой проточке) заданного диаметра, прохождение через нее узла принудительного вскрытия мембраны и, тем самым, поступление сжатого воздуха в полость ствола для разгона ударника.
Установка в полости корпуса вокруг узла принудительного вскрытия мембраны дополнительного радиатора увеличивает скорость поступления тепла от нагретого сжатого воздуха к рабочему телу, благодаря чему уменьшается время, необходимое для срабатывания механизма.
Выполнение ствола телескопическим позволяет ему при откате всего механизма в сторону, противоположную разгону ударника, быть прижатым к поверхности разрушаемой непроходимости, а размещение демпферов между звеньями телескопического ствола обеспечивает торможение расходящихся звеньев без их повреждения.
Закрепление на выходе ствола ограничителя перемещения ударника обеспечивает торможение последнего в стволе после взаимодействия с разрушаемой непроходимостью, а наличие демпфера обеспечивает сохранение целостности конструкции.
Конструкция и принцип действия предлагаемого ударного механизма поясняются чертежами. На фиг.1 приведен внешний вид ударного механизма; на фиг.2 - узел принудительного вскрытия мембраны; на фиг.3 - дополнительный радиатор узла принудительного вскрытия мембраны; на фиг.4 - телескопический ствол и демпфер; на фиг.5 - ограничитель перемещения ударника и демпфер.
Ударный механизм (фиг.1) состоит из полого герметичного корпуса 1 с отверстием 2 для подвода сжатого воздуха, ствола 3 с размещенным в нем ударником 4 и отверстием 5 для стравливания сжатого воздуха, мембраны 6, закрепленной в корпусе 1 на входе в ствол 3, радиатора 7 с нагревательным элементом (например, электронагревательным) 8, установленного в полости корпуса 1.
Ударный механизм может быть снабжен узлом принудительного вскрытия мембраны 9 (фиг.2), расположенным в корпусе 1 за мембраной 6 с возможностью перемещения вдоль ствола 3 и выполненным в виде стакана 10 из теплопроводного материала и расположенного в нем поршня 11, образующих герметичную полость, заполненную рабочим телом 12 с высоким коэффициентом объемного расширения.
На мембране 6 может быть выполнена кольцевая проточка 13 (фиг.2).
В полости корпуса 1 вокруг узла принудительного вскрытия мембраны 9 может быть установлен дополнительный радиатор 14 (фиг.2, 3).
Ствол 3 может быть выполнен телескопическим, и между его звеньями 15 и 16 размещен демпфер 17 (фиг.4).
На выходе ствола 3 может быть закреплен ограничитель 18 перемещения ударника 4 и демпфер 19 (фиг.5).
Ударный механизм работает следующим образом.
Полость корпуса 1 через отверстие 2 заполняют сжатым воздухом (например, из газового баллона), после чего перекрывают отверстие (например, при помощи вентиля 20). Далее ударный механизм вводят в зону непроходимости с помощью средства доставки (троса, штанги и т.п.) таким образом, чтобы передний торец ствола оказался на ее поверхности (фиг.1). Включают электронагревательный элемент 8, соединенный с внешним источником питания, тепло от которого передается радиатору 7, имеющему большую наружную поверхность, от которой тепло в свою очередь передается сжатому воздуху, аккумулированному в полости корпуса 1, тем самым дополнительно повышая в нем давление. При достижении определенного давления мембрана 6 вскрывается. Сжатый воздух, поступая в полость ствола 3, разгоняет ударник 4. После перемещения ударника 4 в крайнее переднее положение сжатый воздух стравливается через отверстие 5 в стволе 3.
В целях обеспечения безопасности проведения работ необходимо использовать высокопрочную мембрану 6, давление вскрытия которой значительно превышает давление воздуха, нагнетаемого в полость корпуса 1. Для вскрытия высокопрочной мембраны 6 предусмотрена установка за ней в корпусе 1 узла принудительного вскрытия мембраны 9. После включения нагревательного элемента 8 и нагрева в полости корпуса сжатого воздуха тепло от него передается через дно стакана 10 или поверхность дополнительного радиатора 14 рабочему телу 12. Расширяясь внутри герметичной полости, образованной дном стакана 10 и полостью поршня 11, рабочее тело 12 через поршень 11 давит на мембрану 6 и при достижении заданного давления вскрывает ее в месте расположения кольцевой проточки 13. Сжатый воздух поступает в полость ствола 3 и разгоняет ударник 4.
Благодаря тому, что ствол 3 может быть выполнен телескопическим, при откате всего механизма в сторону, противоположную движению ударника 4, передний торец звена 16 ствола все время остается прижатым к поверхности непроходимости. Демпфер 17, расположенный между звеньями 15 и 16 ствола, амортизирует удар расходящихся звеньев. Разогнанный ударник 4 бьет по непроходимости, разрушая ее.
Если ударник 4 не останавливается, его кинетическая энергия гасится расположенным в стволе демпфером 19 и ограничителем перемещения ударника 18.
Таким образом, предложенный ударный механизм, благодаря реализации высокой кинетической энергии ударника при сравнительно небольших габаритах инструмента и возможности дистанционного управления его срабатыванием, позволит разрушать непроходимости из твердых пород, бетона, кирпича и т.п. в стесненных условиях.