РУЧНАЯ ГИЛЬОТИНА ДЛЯ РУБКИ АРМАТУРЫ (ПИРОГИЛЬОТИНА)

При проведении аварийно-спасательных работ, связанных с природными или техногенными катастрофами, взрывами в результате террористических актов приходится иметь дело с нештатными ситуациями, когда требуется быстро, в очень короткие, сжатые сроки произвести разборку завалов, в частности, рубку арматуры - скелета бетонных конструкций.
Предлагаемая полезная модель относится к области металлорежущего инструмента, которые в технике обозначены классом гильотин (механизмов подвижного ножа), и предназначена для рубки, быстрого разъединения элементов конструкций из стальной арматуры, проволоки, прутков, а также рубки кабелей, тросов и прочих гибких и жестких стержневых соединений; преимущественно как средство, способное производить оперативную работу по разборке завалов, возникших в результате катастроф и в других чрезвычайных ситуациях, связанных с аварийно-спасательными работами.
Известны несколько переносных технических средств в ручном исполнении, способные выполнять работы по рубке стержневых конструкций.
Известны, например, механизированные кусачки (Патент РФ №93002861, опубл. 09.10.1995 г.), содержащие корпус с рукояткой, в котором установлен поршень, перемещаемый давлением текучей среды, подаваемой через штуцер, и нагруженный пружиной. Полый шток поршня через шарнирные соединения с серьгами связан с челюстями, каждая из которых выполнена в виде двуплечного рычага. Основными недостатками кусачек являются: зависимость их от внешнего источника текучей среды, подаваемой через штуцер, периодичности поддержания нужного давления в поршневой
системе конструкции, на что требуются большие затраты времени; наличие в конструкции слабого звена - принципа шарнирно-шатунной передачи энергии давления текущей среды к челюстям кусачек; использование в качестве рабочего тела текучей среды, требующей наличия в конструкции сальников и других уплотнителей, снижающих надежность, механический ресурс и К.П.Д. устройства. Отмеченные недостатки конструкции механизированных кусачек накладывают большие ограничения на применении их в экстремальных ситуациях.
Известны также ножницы универсальные переносные (Патент РФ №2116872, опубл. 08.10.1998 г.), выполненные в виде пары ножей, гидроцилиндра, блока управления гидроцилиндром с дополнительными конструктивными элементами, упрочняющими режущие кромки ножей. Привод энергии давления к ножам-челюстям ножниц, как и у известных кусачек, основан на принципе шарнирно-шатунной передачи. Основными недостатками ножниц, не позволяющих их оперативно использовать для аварийно-спасательных работ на завалах, возникших в результате катастроф, является то, что внешний источник текучей среды (рабочее тело) подается шлангами от емкости через штуцер в гидроцилиндры, при этом затрачивается значительное время на один цикл резки (сжатие - разжатие ножей); периодичность поддержания нужного давления в гидроцилиндрах; необходимость качать гидравлическую жидкость по принципу домкрата; ограниченная длина шлангов делает невозможным перенос на большие расстояния, что накладывает ограничения на работу с переносными универсальными ножницами в экстремальных ситуациях в труднодоступных местах; наличие принципа шарнирно-шатунной передачи рабочего давления к челюстям снижает их К.П.Д.
Известны ножницы комбинированные МНКГ-80, производитель (поставщик) ОАО «Агрегат», принятые на вооружение в сфере МЧС РФ (см. описание, журнал «Средства спасения. Противопожарная защита», изд. РИА Индустрия Безопасности, 2006), выполненные в виде пары ножей с
гидроцилиндрами в одном корпусе, имеющим шланговые приводы к гидроцилиндрам, через которые подается рабочая жидкость от компрессора. Основными недостатками являются те же, что и в аналоге (Патент РФ №2116872, опубл. 08.10.1998 г.).
Известны комби-ножницы ручные КНР-80, производитель (поставщик) ОАО «Агрегат», принятые на вооружение в сфере МЧС РФ (см. описание, журнал «Средства спасения. Противопожарная защита», изд. РИА Индустрия Безопасности, 2006), которые выполнены в виде пары ножей с гидроцилиндрами и емкостью для рабочей гидравлической жидкости, из которой рукояткой для нагнетания гидрожидкости в гидроцилиндрах создается нужное рабочее давление для резания материалов при проведении ремонтных, монтажных и аварийно-спасательных работ. В отличие от описанных выше аналогов, ножницы КНР-80 автономны, в остальном обладают теми же недостатками.
Наиболее близким к заявленной пирогильотине по технической сущности и достигаемому результату являются переносные пиротехнические ножницы, описанные в заявке на патент РФ №94037614, опубл. 08.10.1996 г. Переносные пиротехнические ножницы содержат шарнирно соединенные оси верхнего и нижнего ножей; подпружиненный толкатель с ползуном и поршнем, размещенные в корпусе и взаимодействующие посредством осей, и двух серег с ножами; патронник, связанный с надпоршневой полостью и взаимодействующий с курковым механизмом, размещенным в корпусе рукоятки и имеющим спусковой крючок с подпружиненным ударником, боек и затвор с подпружиненным запором в них; между патронником и надпоршневой полостью выполнена камера предварительного сгорания, размещенная с патронником в отдельном корпусе и снабженная калибровочным отверстием дюзы, соединенной через рассекатель газов с атмосферой, а подпружиненный толкатель с ползуном снабжен упором, взаимодействующим после свершения процесса резки с опорной площадкой демпфера, выполненного в виде кольцевых конических пружин. Это
устройство лишено ряда недостатков, принадлежащих вышеуказанным аналогам. Оно автономно и не зависит от внешних источников энергии, необходимой для резки, рубки прутков; может быть использовано во многих ситуациях при проведении аварийно-спасательных работ. Однако оно содержит ряд существенных недостатков, которые накладывают большие ограничения на производство и применение известных пиротехнических ножниц по назначению.
В известных пиротехнических ножницах принцип резки образцов материала, как и в выше указанных аналогах, основан на принципе предельно двустороннего сдавливания сечений образца, что требует значительной энергии для разрушения структуры образца. Режущая губка ножниц приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом, в котором роль шатуна выполняет серьга, а роль кривошипа - двуплечный рычаг (коромысло), одно плечо которого режущая челюсть ножниц. Такая конструкция не позволяет эффективно использовать явления удара при деформации сдвигом сечения образца, которое может в кратчайшие промежутки времени концентрировать кинетическую энергию на точечном сечении образца. Поэтому такие ножницы не способны в краткие промежутки времени перерубать прутки, арматуру, а тем более, троса достаточно большого стандартного диаметра, используемые при изготовлении железобетонных блоков и других конструкций в строительной технике.
Известно, что кривошипно-шатунные механизмы весьма чувствительны и неустойчивы на явления удара в мертвой точке: разрушаются шарнирные опоры, рвутся шатуны, кривошипы и пр. Поэтому конструкция пиротехнических ножниц, взятая за прототип, обладает малой надежностью и малым механическим ресурсом. Кроме того, конструктивные элементы рукоятки и демпфирующих деталей, проецируют виброудар на руки рабочего во время резки материала пиротехническим способом, что снижает состояние здоровья суставов рук рабочего.
После выстрела по мере прохождения горючих пороховых газов через камеру предварительного сгорания калибровочное отверстие первой дюзы надпоршневой полости, калибровочное отверстие второй дюзы, пороховые газы за счет расширения и отдачи тепла корпусу теряют значительную часть своей кинетической энергии, что приводит к быстрому падению давления газов на рабочие элементы конструкции ножниц. Кроме того, рабочее давление пороховых газов, достигнутое после сложной траектории заднего упора подпружиненного толкателя, часть своей энергии расходует еще на сжатие пружины толкателя, и только после этого толкатель приводит в движение ползун, который через шарнир разлагает основное давление пороховых газов на две составляющие давления: одна - по оси серьги (шатуна), а вторая - перпендикулярно к оси серьги; серьга через шарнир на втором ее конце передает проекцию давления на ось двуплечного рычага (коромысло), после чего рабочее плечо-челюсть ножниц совершает работу резания. Такая длинная цепочка передачи энергии взрыва пороховых газов к рабочим частям ножниц приводит к большой потере энергии, что непременно должно сказаться на низком КПД прототипа.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является: создать конструкцию ручной пирогильотины, осуществляющую расчленение стержневых конструкций эффективным видом деформации - сдвигом сечений образца в плоскости, перпендикулярной его оси путем приложения к сечению практически мгновенно точечно сконцентрированного удара пороховых газов; сократить до минимума цепочку передачи пороховых газов к челюстям гильотины; повысить КПД полезной модели; построить демпфирующие элементы конструкции, уменьшающие отдачу при выстреле без снижения КПД устройства; создать устройство с ударно-спусковым механизмом, надежность и безопасность которого проверена длительным опытом применения стрелкового оружия; упростить и повысить безотказность, безопасность и механический ресурс при эксплуатации гильотины;
Для решения поставленной задачи предлагаемое в заявке полезное устройство включает ствол, состоящий из 2-х частей, одна из которых служит основанием и продолжением неподвижного ножа, вторая - гладкоствольный дульный канал прохождения горючих пороховых газов и шток подвижного ножа, который при возвратно-поступательном движении совершает рубку арматуры.
Рабочие челюсти, обеспечивающие практически мгновенное перераспределение ударных реакций на конкретное сечение образца и деформацией сдвига сечения расчленяют арматуру по сечению, реализующие по-минимуму технологическую цепочку передачи энергии пороховых газов напрямую: заряд-пыж-шток с подвижным ножом (челюстью), что способствует повышению КПД.
Буфер-компенсатор на конце неподвижного ножа и приклад на шаровой шарнирной опоре, имеющей пружинно-демпфирующее устройство, которые после выстрела снижает силу отдачи удара на плечо рабочего и позволяет полезному устройству принимать при работе необходимое положение в пространстве.
Корпус, состоящей из деталей: казенной части, ударно-спускового и замково-затворного механизмов, механизма предохранителя, гильзы с зарядом пороха, капсюль-детонатора, гильзоприемника, спускового крючка, действия которых проверены длительным опытом их применения, и которые упрощают конструкцию пирогильотины, повышая надежность, безотказность, безопасность и механический ресурс при ее эксплуатации.
Технический результат заключается в простоте конструкции предлагаемой пирогильотины, ее надежности и удобстве при использовании в чрезвычайных ситуациях, позволяющей в короткие сроки производить рубку арматуры стандартных диаметров, расчленять бетонные блоки, сваи, что способствует ускорению разборки завалов, возникших в результате аварий и катастроф.
Между признаками и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Конструкция устройства выполнена так, что к корпусу стрелкового оружия прикреплен ствол, состоящий из 2-х параллельных частей: одна служит продолжением и основанием неподвижного ножа, вторая - гладкоствольным дульным каналом ствола, в котором имеется казенная часть с патронником, гильзой с зарядом пороха, находящихся в прямой связи с затвором, курково-спусковым механизмом в корпусе; на пыж (уплотнитель патрона с зарядом пороха) опирается шток, выполненный заодно с конструкцией подвижного ножа, позволяющей после взрыва пороха в весьма короткий промежуток времени напрямую передать большой импульс кинетической энергии подвижному ножу и перерубить ударом арматуру, расположенную в зеве подвижной и неподвижной челюстей; наличие на конце неподвижной челюсти упругого буфера позволяет гасить избыток кинетической энергии после рубки образца арматуры.
Комфорт использования устройства достигается тем, что оно имеет подвижный приклад на шаровом шарнире с демпфером, которые позволяют регулировать силу и направление проекции отдачи при выстреле на плечо рабочего.
Выполнение активной детали пирогильотины в виде гладкого ствола с камерой возвратно-поступательного механизма движения штока, напрямую связанного с пороховым зарядом, позволяет в весьма малые промежутки времени ударом создавать нужное давление для передвижки штока, находящегося в тесном контакте в зеве с образцом арматуры и ударом расчленить образец.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фигуре представлен общий вид устройства.
Устройство пирогильотины для рубки арматуры состоит из корпуса с предохранителем 21, затвором с замковым механизмом 22 (на рисунке ударно-спусковой и замково-затворный механизмы, а также механизм
предохранителя в деталях не показаны), ствола 13, который выполнен в виде неподвижного ножа (челюсти) 5 с буфером-компенсатором 1 и гладкоствольным каналом-дулом с казенной частью 14, в которой имеется патронник-гильзоприемник 20, вырез для дна гильзы 19; при зарядке устройства в гильзоприемник 20 вставляется гильза патрона 16 с зарядом пороха 17, пыжом-уплотнителем 15 и капсюлем-детонатором 18; в гладкоствольном дульном отверстии канала ствола 13 имеется камера 10 возвратно-поступательного механизма движения штока 7 с пружиной возвратного механизма 9, которая запирается путем ввинчивания в зев дула дульной чашки 8 упора пружины возвратного механизма 9; шток 7 выполнен в виде цельного стержня заодно с конструкцией подвижного ножа (челюсти); на штоке имеется упор-седло 11 для пружины 9 возвратного механизма; дульное отверстие соединено с атмосферой трубкой отвода отработанных пороховых газов с надульным глушителем 12; шток 7, он же толкатель, в зарядной фазе опирается на пыж-уплотнитель 15, который после выстрела удаляется вместе с патроном 16; на продолжении неподвижного ножа, начиная от его прилива-присоединения 6 к телу ствола 13 устройства имеется плоскость 2, 31 возвратно-поступательного движения подвижной челюсти 4 по неподвижной 5, которая заканчивается упором-буфером 1 из упругого материала (имеющего упругую конструкцию); зев подвижного и зев неподвижного ножей 3, в которые помещается образец арматуры 3 для рубки в холостой фазе совмещены; корпус пирогильотины заканчивается прикладом 30 на шаровом шарнире 28 в обойме 29; шаровой шарнир является головкой штока 27 амортизатора отдачи, который в камере 23 пружинного амортизатора отдачи заканчивается упором-седлом 25, опирающимся на пружину 24, упирающейся вторым концом в дно камеры 23; камера 23 запирается крышкой 26, скрепленной болтами с затылком корпуса пирогильотины; для удобства удерживания пирогильотины в нужном положении во время работы, пирогильотина снабжена двумя рукоятками: первая рукоятка 33 - съемная, она скрепляется со стволом с
помощью винта 32, выполненного в виде выступа с резьбой на стволе 13, вторая рукоятка 36 - стационарная, выполнена заодно с корпусом; между рукоятками в корпусе пирогильотины имеется канал, куда выходит спусковой крючок 35, прикрытый предохранительной скобой 34; к корпусу пирогильотины крепится ремень для ее переноса к месту работы (на рисунке не показан); механизм удаления гильзы после выстрела и механизм перезарядки пирогильотины на рисунке не показаны.
Устройство пирогильотины для рубки арматуры используется следующим образом: в случае необходимости произвести расчленение арматуры открывается затвор зарядного устройства 22; в патронник 20 досылается снаряженный заряд в виде патрона 16 с пыжом-уплотнителем 15, порохом 17, капсюлем-детонатором 18; затвор закрывается на замок 22 и ставится на предохранитель 21; образец арматуры для расчленения вставляется в зев 3 челюстей устройства, и после снятия с предохранителя нажатием на спусковой крючок производится выстрел. Пороховые газы практически мгновенно сжимают пыж и передают давление на затылок штока 7, который своим вторым концом - подвижной челюстью 4 ударом, за счет запредельной деформации сдвига сечения образца, рубит арматуру. Избыточная кинетическая энергия удара штока 7 по арматуре 3 рассеивается частично в камере 10 возвратно-поступательного движения штока 7 и при инерционном ударе подвижного ножа 4 о буфер 1. После выхода отработанных пороховых газов через глушитель 12 пружина 9 возвращает шток 7 вместе с пыжом 15 в гильзу 16, гильза с пыжом удаляется выбрасывателем из патронника 20 и производится повторная при необходимости зарядка пирогильотины. Энергия отдачи при выстреле рассеивается частично в амортизаторе 23 приклада, частично в плече и руках рабочего.
Прямая передача энергии пороховых газов от патрона к месту рубки арматуры обеспечивает высокий КПД пирогильотины.