СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТ
PLUNGER-FREE DIESEL-HAMMER

Изобретение относится к строительной технике, в частности к средствам механизации сваебойных работ, и может быть использовано при забивании в грунт свай, шпунтов и металлических труб для строительства оснований фундаментов, мостов и прочих сваебойных работ.
Одним из серийных изготовителей дизельных молотов (сваебоев) является ОАО «Мехневский ремонтно-механический завод», который изготавливает:
Штанговые дизельные молоты - Сваебой СП-4; Сваебой СП-5; Сваебой СП-6В; Сваебой СП-7; Сваебой СП-60 и Сваебой СП-60А.
Трубчатые дизельные молоты - Сваебой СП-75А; Сваебой СП-76А; Сваебой СП-77А; Сваебой СП-78А и Сваебой СП-79.
Эти дизель-молоты состоят из шабота с закрепленным на нем поршнем дизеля и ударной части, движущейся по направляющим и имеющей встроенный цилиндр дизеля с камерой сгорания и форсункой для впрыска в цилиндр дизельного топлива.
2
Недостатками этих дизель-молотов являются низкая производительность из-за того, что ударная часть молота движется вверх под давлением продуктов сгорания топлива в цилиндре двигателя, а вниз - под действием силы тяжести с ускорением g=9.81 M/сек. Кроме того, они создают много шума и имеют низкое качество продувки цилиндра дизеля воздухом.
Известен дизель-молот (заявка России №2002131239, 7 E02D 7/12, 2004 г.), содержащий цилиндр, головку, поршень со свечами накаливания и продувочный клапан с механизмом привода в герметичном корпусе.
Недостатками этого дизель-молота являются низкая производительность из-за того, что ударная часть молота движется вниз под действием силы тяжести, большой шум во время работы и низкое качество продувки цилиндра дизеля воздухом.
Известен дизель-молот трубчатый (Патент России №2232230, 7 E02D 7/12, 2004 г.), который содержит направляющий цилиндр, сочлененный с ним рабочий цилиндр, на котором закреплены топливный бак и топливный насос с гибкими шлангами, ударную часть в виде поршня, камеру сгорания и шабот.
Недостатками дизель-молота трубчатого являются низкая производительность из-за того, что ударная часть молота движется вниз под действием силы тяжести, большой шум во время работы и низкое качество продувки цилиндра дизеля воздухом.
Наиболее близким по технической сущности является дизель-молот (Патент России №2164981, 7 E02D 7/12, 2001 г.), который содержит цилиндр с газообменными окнами и поршнем, шабот с камерой сгорания в верхней части, ползун, связывающий цилиндр с копром. В цилиндре выполнен продольный паз, в верхней части поршня размещена камера сгорания, а на боковой поверхности поршня установлен крюк, входящий в продольный паз цилиндра. Дополнительно введена направляющая цилиндра с упором, которая жестко связана с шаботом, а между упором и ползуном установлена пружина, причем ползун подвижно связан с направляющей и копром.
Недостатками дизель-молота являются:
- низкая производительность из-за несовершенства продувки цилиндра дизеля;
- большой шум, обусловленный выхлопом цилиндра двигателя через окна прямо в атмосферу.
Задачей настоящего изобретения является повышение производительности дизель-молота и снижение шума во время работы молота.
Поставленная задача достигается тем, что корпус дизель-молота состоит из двух цилиндров двухтактного дизеля, расположенных головками наружу, и цилиндра продувочного насоса, находящегося посередине и скрепленного через перегородки соосно с цилиндрами дизеля, в которых имеются выхлопные окна, соединенные с глушителями, и продувочные окна, которые соединены каналами с продувочными окнами продувочного насоса, имеющего впускные окна, в головках цилиндров дизеля помещены форсунки для впрыска дизельного топлива и клапаны для подачи сжатого воздуха при запуске дизеля, к головке нижнего цилиндра дизеля присоединен шабот, к головке верхнего цилиндра дизеля - серьга для подъема молота, а ударной частью дизель-молота являются два поршня дизеля и поршень продувочного насоса, которые скреплены штоком, проходящим через уплотнения в перегородках.
Дизель-молот может работать под водой при присоединении шлангов к выхлопам глушителей и впускным окнам продувочного насоса.
Для увеличения массы ударной части молота поршни выполнены из сплошных болванок. Длина поршня продувочного насоса равна длине хода поршня дизеля за вычетом высоты впускных окон цилиндра продувочного насоса.
Отличительными признаками предложенной конструкции свободнопоршневого дизель-молота являются:
- введение в конструкцию двух цилиндров двухтактного дизеля и одного цилиндра продувочного насоса, соединенных соосно через перегородки;
- расположение головок цилиндров дизеля наружу;
- соединение продувочных окон цилиндров дизеля и продувочного насоса каналами;
- использование в качестве ударной части молота поршней дизеля и продувочного насоса, которые соединены между собой штоком через перегородки с уплотнениями;
- прикрепление шабота к головке нижнего цилиндра дизеля и серьги - к головке верхнего цилиндра дизеля;
- присоединение глушителей к выхлопным окнам цилиндров дизеля.
Поршни совершают движение вверх и вниз под действием давления продуктов сгорания в цилиндрах дизеля с ускорением, в десять и более раз превышающим ускорение свободного падения. В процессе погружения в грунт сваи, трубы или шпунта можно изменять в широком диапазоне энергию ударов, регулируя подачу топлива в цилиндр дизеля.
Шум дизель-молота уменьшается за счет присоединения глушителей к выхлопным окнам цилиндров дизеля.
На чертеже изображен свободнопоршневой дизель-молот, корпус которого состоит из двух цилиндров двухтактного дизеля 1 и 2 и одного цилиндра продувочного насоса 3, соединенных соосно через перегородки 4, головками 5 цилиндров дизеля наружу. Каждый цилиндр дизеля имеет выхлопные окна 6 и продувочные окна 7 и 8. В головках 5 цилиндров дизеля размещены форсунка 9 для впрыска в цилиндр дизельного топлива и клапан 10 для подачи сжатого воздуха при запуске дизеля.
Цилиндр продувочного насоса 3 имеет впускные окна 11 и продувочные окна 12. Продувочные окна 7, 8 и 12 соединены для каждого цилиндра дизеля каналами 13.
Ударную часть молота составляют поршни 14 и 15 дизеля и поршень 16 продувочного насоса, соединенные штоком 17, который в перегородках имеет уплотнение 18.
К головке нижнего цилиндра дизеля присоединен шабот 19, а к головке верхнего цилиндра дизеля - серьга 20 для подъема молота.
К выхлопным окнам цилиндров дизеля присоединены глушители 21.
Свободнопоршневой дизель-молот работает следующим образом:
- при вертикальном положении молота поршни под действием силы тяжести опускаются в нижнюю мертвую точку;
- через впускные окна 11 и продувочные окна 8 и 12 по каналу 13 полости А и Б заполняются свежим воздухом;
- в нижний цилиндр дизеля подается сжатый воздух - поршни движутся вверх;
- в полостях А и Б происходит сжатие свежего воздуха и при открытии выхлопного окна 6 происходит выхлоп, а при открытии продувочного окна 7 происходит продувка нижнего цилиндра дизеля.
При достижении поршнями верхней мертвой точки в верхний цилиндр дизеля подается сжатый воздух, и поршни движутся вниз.
Продувка верхнего цилиндра дизеля происходит аналогично описанной выше.
При движении поршней вниз в нижнем цилиндре дизеля происходит сжатие воздуха.
При подходе поршней к нижней мертвой точке в нижний цилиндр дизеля впрыскивается дизельное топливо. Происходит вспышка. Под давлением продуктов сгорания поршни движутся вверх, а цилиндры через шабот передают удар на сваю (трубу, шпунт). При движении поршней вверх в верхнем цилиндре дизеля происходит сжатие воздуха. При подходе поршней к верхней мертвой точке в верхний цилиндр дизеля впрыскивается дизельное топливо. Происходит вспышка.
Под давлением продуктов сгорания поршни движутся вниз, а цилиндры с шаботом - вверх. При следующей вспышке в нижнем цилиндре дизеля под действием давления продуктов сгорания поршни движутся вверх, а цилиндры с шаботом - вниз и передают удар на сваю.
При присоединении шлангов к выхлопам глушителей и впускным окнам продувочного насоса для подведения свежего воздуха и отведения выхлопных газов свободнопоршневой дизель-молот сможет работать под водой.
Таким образом, предложенный свободнопоршневой дизель-молот работает при значительном снижении уровня шума в окружающей среде за счет глушителей, прикрепленных к выхлопным окнам дизеля. Он имеет более совершенную продувку цилиндров дизеля за счет введения в конструкцию дизель-молота продувочного насоса, соединенного соосно через перегородки с цилиндрами дизеля, а продувочные окна продувочного насоса соединены с продувочными окнами цилиндров дизеля через перегородки каналами. Предложенный свободнопоршневой дизель-молот имеет высокую производительность за счет увеличения силы удара, так как среднее ускорение движения поршней и вверх и вниз более чем в десять раз превышает ускорение свободного падения.
Для подтверждения этого приведен расчет среднего ускорения поршней при их движении вверх и вниз.
Принимаем:
- диаметр цилиндра дизеля D=355 мм;
- ход поршня h=356 мм;
ср.
2
- среднее эффективное давление в цилиндрах двухтактного дизеля Р=8 кг/см;
- вес поршней G=650 кг.
Площадь поршня равна:
p
π
2
2
F=D/4=989.8 см
Средняя поршневая сила равна:
ср.
р
cр.
П=FР=7918 кг
При движении вверх:
вверх
ср.
П=П-G=7268 кг
При движении вниз:
вниз
ср
П=П+G=8568 кг
Масса поршней:
2
m=G/g=66,3 кг·с/м
Среднее ускорение движения поршней вверх равно:
верх
вверх
2
U=П/m=109,6 м/с
При движении поршней вниз:
вниз
вниз
2
U=П/m=129 м/с
Энергия ударов:
вверх
вверх
А=П·h=2527 кгм (25382 Дж)
вниз
вниз
А=П·h=3050 кгм (29923 Дж)
Применение предложенного свободнопоршневого дизель-молота позволит повысить производительность за счет увеличения энергии единичного удара о сваю в 3,56 раза больше, чем в прототипе (2587 кгм против 725 кгм). Эти показатели в зависимости от природы грунта можно корректировать путем изменения количества топлива, подаваемого в цилиндр дизеля. В результате присоединения глушителей к дизель-молоту резко снижается шум в окружающей среде. Кроме того, следует отметить компактную и удобную в эксплуатации конструкцию предложенного свободнопоршневого дизель-молота и возможность его работы под водой.