ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОЕ УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель к области обработки или разрушения материалов с использованием энергии электрического разряда в конденсированных средах и касается, в частности, разрушения горных пород, выполнения отверстий в стенных панелях, перфорации металлических изделий и т.д.
На сегодняшний день известны различные ударные устройства, в частности патент RU №1786878, МПК Е21С 3/20, опубл. 18.06.97, заявка на изобретение RU № 96124469, МПК Е21С 3/20, опубликов. 10.07.99, патент RU № 2162383, МПК B21J 9/06, F15B 21/12, опубл. 27.01.2001.
Рассматриваемые устройства требуют больших энергетических затрат, они обладают большой металлоемкостью, громоздки, сложны в техническом исполнении и ограничены в технологических возможностях.
Также известны ударные устройства, в которых в качестве активного элемента используются взрывчатые вещества. Применение таких устройств во многих случаях не желательно, вследствие повышенных требований к технике безопасности при их эксплуатации, они дорогостоящие и ограничены в использовании.
Известно ударное устройство - электроразрядный пистолет, состоящее из направляющего цилиндра с рукоятками управления манипулирования, внутри которого размещен с возможностью поступательно-возвратного движения закрытый баллон, внутри которого установлен с возможностью свободного скольжения поршень с разрядником, соединенным с источником электропитания посредством формирователя разрядов в виде электрода в цепи управления тиристороной схемы электропитания, между поршнем и торцевой стенкой баллона полость заполнена электролитом, причем полость выполнена закрытой, на поршне, свободно скользящем, размещены электроразрядник с формирователем разрядов, баллон расположен в направляющем цилиндре (заявка на изобретение RU № 92006414, МПК Е21С 37/18, опубликована 27.02.1995).
Эффективная работоспособность данного устройства вызывает сомнение, технические возможности при решении ряда задач ограничены, при работе устройства возникают большие энергетические потери, что отрицательно сказывается на КПД и соответственно на конкурентной составляющей использования данного устройства. Вследствие того, что ударные волны, генерируемые электрическим разрядом в конденсированной среде предлагаемой геометрии, являются цилиндрически-симметричными, основное воздействие оказывается на боковые стенки баллона и направляющего цилиндра, а не на ударный элемент, что вызывает потерю энергии воздействия неоправданных механических нагрузок на элементы устройства. Использование в качестве рабочей среды агрессивного электролита всегда сопровождается с повышенными требованиями к технике безопасности, вызывает интенсивную коррозию металла, что приводит к недолговечности работы, к неудобству и ограничению применения устройства.
Наиболее близким к заявленному изобретению является электроразрядное ударное устройство, содержащее направляющий цилиндр с рукоятками управления манипулирования, внутри которого размещен с возможностью поступательно-возвратного движения баллон, а также поршень с разрядником, соединенным с источником электропитания посредством формирователя разрядов, при этом баллон состоит из выполненных за одно целое цилиндрического поршня и стержневого ударника, имеющих участок в виде усеченного конуса, поверхность которого описывается функцией экспоненциального вида, в поршне имеется заполненная жидкостью полость, профиль которой определяется телом вращения функции вида ,
на торце цилиндрического поршня выполнено сквозное отверстие, в котором соосно с зазором расположен электрод, представляющий собой металлический стержень, установленный в механически прочных диэлектрических втулках и закрепленный на торцевой стенке направляющего цилиндра, на противоположной стороне в полости имеется электрод в виде конуса, при этом длина разрядного промежутка меньше, чем величина аргумента x, соответствующего максимуму функции y(x), определяющей профиль полости, кроме того, поршень снабжен компрессионными и гидроизоляционными кольцами (патент RU № 2339814, МПК Е21С 37/18, опубл.: 27.11.2008).
Недостатком данного устройства является образование газового пузыря в разрядной полости вследствие протекания электрического разряда и выдавливание рабочей жидкости через технические зазоры сопрягаемых деталей (цилиндр, поршень, компрессионные кольца) под действием ударной нагрузки, что уменьшает эффективность работы устройства и ограничивает время его работоспособности.
Задачей данного технического решения является разработка электроразрядного ударного устройства, позволяющего уменьшить влияние образования газового пузыря на формирование ударного воздействия и расширить временной интервал его работоспособности.
Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности работы устройства и увеличение стабильности генерации электрического разряда и длительности бесперебойной работы.
Заявленный технический результат достигается чем, что электроразрядное ударное устройство содержит направляющий цилиндр с рукоятками манипулирования, внутри которого размещен с возможностью поступательно-возвратного движения баллон, состоящий из выполненных за одно целое цилиндрического поршня с незамкнутой полостью, заполняемой жидкостью, и стержневого ударника, имеющего участок в виде усеченного конуса, и электродную систему, содержащую металлический стержневой электрод, установленный в механически прочных диэлектрических втулках, при этом электроразрядное ударное устройство дополнительно снабжено перевернутым металлическим стаканом с внутренней поверхностью дна, выполненной в виде полусферы, установленным внутри цилиндрического поршня с образованием разрядной камеры, незамкнутая полость баллона выполнена в виде цилиндра, при этом электродная система расположена на полусферической внутренней поверхности перевернутого стакана и снабжена тремя катодами, симметрично расположенными вокруг стержневого металлического электрода - анода, разрядная камера снабжена разгрузочными клапанами, установленными на дне перевернутого стакана, кроме того, перевернутый стакан снабжен компрессионными и гидроизоляционными кольцами, внешняя цилиндрическая поверхность баллона прецизионно сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра, а внутренняя цилиндрическая поверхность баллона прецизионно сопряжена с внешней поверхностью перевернутого стакана, направляющий цилиндр и поршень соединены между собой посредством гофрированного сильфона.
Электродная система, выполненная с применением трех катодов (мультикатода), позволяет обеспечить стабильность возбуждения электрического разряда и генерации эквивалентных ударных волн и увеличение длительности бесперебойной работы вследствие уменьшения разрушительного воздействия на катодную систему.
Выполнение перевернутого стакана в виде цилиндрического тела, торцевая внутренняя поверхность которого представляется полусферой, позволяет создать направленное ударное воздействие на поршень вследствие отражения волнового фронта ударной волны электрического разряда от торцевой внутренней полусферической поверхности.
Наличие соосно-расположенного направляющему цилиндру цилиндрического поршня, внешняя цилиндрическая поверхность которого прецизионно сопряжена с внутренней поверхностью направляющего цилиндра, а внутренняя цилиндрическая поверхность прецизионно сопряжена с внешней поверхностью перевернутого стакана, обеспечивает условие эффективной трансформации энергии электрического разряда в механическую энергию ударного воздействия на обрабатываемый объект.
Соединение направляющего цилиндра и поршня между собой посредством гофрированного сильфона позволяет дополнительно к основной пружине обеспечить поступательно-возвратное движение поршня и образовать дополнительный объем для передающей жидкой среды, которая проникает из полости баллона через технические зазоры и разрезы компрессионных и гидроизоляционных колец в процессе движения поршня и его ударного воздействия посредством ударника на обрабатываемый объект.
Разгрузочные клапаны, установленные на торцевой внутренней полусферической поверхности баллона, обеспечивают удаление газового пузыря, возникающего при электрическом разряде, в полость, расположенную над баллоном, и заполнение высвободившегося объема рабочей жидкостью, протекающей самотеком через посадочные гнезда разгрузочных клапанов.
Компрессионные и гидроизоляционные кольца обеспечивают герметичность в зазоре между перевернутым стаканом и внутренней цилиндрической поверхностью баллона.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция ударного устройства, на фиг. 2 изображена электродная система с мультикатодом.
Электроразрядное ударное устройство (фиг. 1) содержит направляющий цилиндр 1 с рукоятками управления манипулирования (на рисунке не показано), баллон 2, состоящий из выполненных за одно целое цилиндрического поршня 3 с незамкнутой полостью, заполненной жидкостью, и стержневого ударника 4, имеющего участок в виде усеченного конуса 5. Соосно направляющему цилиндру 1 и баллону 2 установлен перевернутый металлический стакан 6, внешняя цилиндрическая поверхность которого прецизионно сопряжена с внутренней поверхностью цилиндрического поршня 3. В донной части перевернутого стакана 6 установлена электродная система (фиг. 2), выполненная с применением мультикатода 7, состоящего из трех электродов, и стержневого электрода анода 8, установленного посредством высокопрочной диэлектрической втулки 9. На внешней цилиндрической поверхности перевернутого стакана 6 установлены компрессионное кольцо 10 и гидроизоляционное кольцо 11, в донной части расположены разгрузочные клапаны 12. Направляющий цилиндр 1 и поршень 3 соединены между собой посредством гофрированного сильфона 13. Баллон 2 опирается на дно направляющего цилиндра 1 посредством возвратной пружины 14. Между верхним наружным торцом перевернутого стакана 6 и верхним внутренним торцом направляющего цилиндра 1 имеется полость 15. В верхнем торце направляющего цилиндра 1 имеется сквозное отверстие, обеспечивающее доступ в полость 15, которое закрывается пробкой 16.
Устройство работает следующим образом.
Пробка 16 выкручивается из сквозного отверстия в верхнем торце направляющего цилиндра 1. Затем заполняется передающей жидкостью полость 15, при этом через разгрузочные клапаны 12 вода поступает внутрь баллона 2. После заполнения устройства водой пробка 16 ввинчивается на место. При подаче высокого напряжения с ГИТ на электродную систему, состоящую из мультикатода 7 и стержневого электрода-анода 9, в межэлектродном пространстве происходит электрический разряд в жидкости, в результате чего происходит резкое возрастание давления, которое передается баллону 2 и соответственно ударнику 4, при этом разгрузочные клапаны 12 переходят в закрытое состояние. После завершения электрического разряда и остановки ударника 4 и соответственно баллона 2 пружина 14 возвращает баллон 2 в первоначальное верхнее положение. Образовавшиеся в процессе электрического разряда в жидкости газовые пузыри через разгрузочные клапаны 12 естественным образом попадают в полость 15. Наличие гофрированного сильфона 13, соединяющего между собой направляющий цилиндр 1 и поршень 3, обеспечивает герметичность стыка между ними и предотвращает протекание жидкости, а также позволяет образовать дополнительный объем для передающей жидкости, которая проникает из полости баллона 2 через технические зазоры и разрезы компрессионных и гидроизоляционных колец 11. Процесс ударного воздействия повторяется и может осуществляться в непрерывном автоматическом режиме.
Таким образом, представленное электроразрядное ударное устройство позволяет повысить эффективность работоспособности, стабильность генерации электрического разряда и длительность бесперебойной работы.