Устройство ударного действия Советский патент 1992 года по МПК E02D7/12 

5, две камеры сгорания в верхней и в нижней частях рабочего цилиндра. Каждая камера сгорания разделена выступами на торцовых поверхностях цилиндра и поршня на полости, одна из которых соединена с топливной системой, а другая - с сжатым

воздухом, В верхней части цилиндра размещено средство для смазки цилиндрической части поршня. Устройство содержит датчики положения поршня, каждый из которых выполнен из соосно установленных щупа и подпружиненного штыря. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится х устройствам для дробления льда. Цель изобретения - повышение надежности работы. Устройство содержит корпус из концентрично установленных цилиндров 2 и 3 с полостью между их верхними частями, в которой размещены эластичные оболочки со сжатым воздухом, газообразным топливом и маслом. В цилиндре 3 расположены поршень 4с жестко присоединенным к нему рабочим инструментом125^\Фиъ.1-Я-г 'feXIоЮ Ою>&

Изобретение относится к устройствам для дробления льда и предназначено, преимущественно, для использования на ледокольных судах, но может быть применено для забивки в грунт свай, для разрушения горных пород, а также для осуществления ковки и штамповки.

Цель изобретения - повышение надежности работы.

Нафиг.1 и 2 дано устройство, разрез; на фиг.З - разрез А-А на Фиг.2: на фиг.4 - узел I нафиг.1; нафиг.5- узел II на фиг.4; нафиг.6 -узел III на фиг.4, на фиг.7-сечение по Б-Б.

Устройство ударного действия содержит установленный с возможностью перемещения относительно несущей конструкции 1 ледокола корпус, выполненный составнь1м из концентрично установленных цилиндров 2, 3, размещенный а последнем рабочий цилиндр с поршнем 4, с которым жёстко соединен рабочий инструмент 5. Между днищами цилиндров 2 и 3 имеется полость б, в которой размещен бак со сжатым природным газом, кольцевая эластичная оболочка 7 со сжатымвоздухом и эластичная оболочка 8|Для автомобильного чартерного масла.На конструкции 1 установлены два компрессора 9, связанные воздуховодом 10 с оболочкой 7. Полость б связана с баллоном 11 через газопровод 12.

Вдоль газопровода 12 смонтирован кабель электропитания 13. Полость 6 связана с компрессором 14, Цилиндр 2 корпуса имеет опорное кольцо 15, которым опирается на кольцевой уступ несущей конструкции 1.

В головке 16 цилиндра 3 находится конусообразная камера 17 и отверстия 19 и 20 соответственно к центральной 21 и периферийной 22 частями плоскостей нижней поверхности головки 16, имеющей выступы 23, находящиеся против выступов 24, выполненных на верхнем торце поршня 4. Эти выступы 23 и 24 разделяют камеру сгорания на полость, заполняемую горючей смесью 25 и кольцевую полость 26. заполняемую сжатым воздухом из отверстий 20.

От полости 6 к конусообразной камере 17 подходит газопроводная трубка 27, которая связывает камеру 17 с баком 7 и камерами 17 и 18 посредством трубок 28. Трубки 27 и 28 имеют клапаны 29, перекрывающие их с помощью электрических исполнительных устройств по электрическим сигналам, которые формируются специальным распределительным устройством 30 с компьютером, управляющим работой всех механизмов, клапанов 29 и свечей зажигания31.

Между нижним торцом поршня 4 и дном цилиндра 3 имеется камера 32 для возврата рабочего инструмента - ударника, которая представляет собой камеру внутреннего

сгорания. В дне цилиндра 3 выполнены кольцевые камеры 33 и 34. соединенные с оболочками для сжатого воздуха газообразного топлива посредством трубок 35 и 36 с клапанами 29, камеры 33 и 34 сообщены

посредством радиальных отверстий с камерой сгорания 32 и полостями 37, отделенными от нее выступами 38. затрудняющими возможность перемешивания горючей смеси и сжатого воздуха этих камер до воспламенения горючей смеси от свечей зажигания 31. В средней части корпуса цилиндра 3 имеются выхлопные отверстия 39 с клапанами 29 для выпуска в атмосферу проду тов сгорания в смеси с избытком воздуха.

На торцовых частях цилиндра 3 в районе полостей 26 и 37 камер сгорания имеются датчики 40 положения поршня 4 в момент егоподхода к верхней и нижней торцовым

поверхностям цилиндра 3.

Датчик 40 имеет щуп 41. контактные

пластины 42 и 43 электросигнала открытия

клапанов 29 трубок 27 и 28. контактный

штырь 44 включения свечей зажигания 31.

контактное кольцо 45, пружинный контакт 46, изолятор 47 контактной пластины 43 и контактного кольца 45, изолятор 48 контактного щтыря 44, пружину 49, изолированные электрические провода 50.

Аналогичный датчик установлен на торцовой поверхности дна цилиндра 3, но его ориентировка (верх-низ)отличаетсй на 180° от ориентировки датчика 40.

Датчик 40 позволяет определить момент открытия клапанов 29, трубок 27 и 28. а также включения свечей зажигания 31.

При прохождении ледяных полей различной толщины для работы устройства ударного действия в оптимальном режиме требуется различное количество природного газа, для автоматического определения толщины льда в устройстве установлена зубчатая рейка 51, установленная рядом с трубкой 52 подачи природного газа, и зубчатая шестерня 53, входящая в зацепление с рейкой 51. Шестерня 53 связана с датчиком электрических сигналов (например, электрических импульсов).

Для подъема корпуса на конструкции 1 установлена электрическая лебедка 54 с тросом 55.

В устройстве ударного действия для работы поршня 4 предусмотрено устройство смазки поршня, соединенное с эластичной оболочкой 8 с постоянным давлением масла, равным давлению воздуха в баке 7 и имеющим штыревой маслопровод 56.

Устройство для смазки поршня содержит маслопровод 57, соединяющий оболочку 8 с цилиндром 58, перекрываемый подпружиненным клапаном 59. препятствующим перетеканию масла из цилиндра 58 в бак 8; поршень 60 со штоком 61 и пружиной 62, камерой 63 и подпружиненным клапаном 64, имеющим пружину 65, ограничительные выступы 66, конические кймеры 67 и 68; маслопровод 69; подпружиненный поршень со штоком 70 с маслопроводом 71 и пружиной 72, сжатую давлением подпружиненного штока 61; маслопровод 73, идущий от маслопровода 71 к центральной камере 74 с шарообразной эластичной камерой 75, наполненной газом или воздухом; радиальный маслопровод 76, идущий от камеры 74 к маслосьемному кольцу 77.

Устройство работает следующим образом.

Устройство под действием силы тяжести опускается на ледяную полосу и скользит по ней, природный газ поступает в .конусообразную распределительную камеру 17 по газовой трубке 27 из бака 6, в которой с помощью компрессора 14 поддерживается постоянное давление.

Из камеры 17 природный газ поступает в полость 25 верхней камеры сгорания вместе с воздухом радиальным отверстиям 19, а из кольцевой камеры 18 сжатый воздух одновременно поступает в дополнительную кольцевую полость 26. В последний момент заполнения полостей 25 и 26 трубка с газом перекрывается клапаном 29 и в полость 25, поступает только сжатый воздух с целью

продувки и устранения из камеры 17 и трубок 19 горючей смеси. По окончании продувки клапаны 29 трубок 27 и 28 закрываются и горючая смесь в полости 25 камеры сгорания воспламеняется включением свечей сжигания 31. При этом в полости 25 в начальный момент воспламенения горючей смеси возникает температура продуктов сгорания более 2000° и давление более 1000 атм. Однако в следующий момент уже через тысячную долю секунды удельное давление и температура газов в полости 25 снижается вдвое за счет прохода почти половины продуктов сгорания из полости 25 в полость 26, в результате удельное давле чие в последней повышается на столько, на сколько оно

снижается в полости 25, а общее давление на поршень 4 остается почти неизменным до тех пор, пока под действием этого давления поршень 4 вместе с рабочим инструментом - ударником 5 не начнет двигаться вниз,

0 совершая удар по ледяной глыбе и раскалывая ее. При проходе продуктов горения из полости 25, где была создана обогащенная горючая смесь для лучшего ее воспламенения в полость 26 со сжатым воздухом, будет

5 происходить дожигание воепламененной смеси с наиболее полным выгоранием природного газа в конечные продукты горения. Толщина льда определяется автоматически с помощью шестерни 53, находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой 51, которая поднимается или опускается при увеличении или уменьшении толщины льда вместе с элементом 2 корпуса. Соответствующие электрические импульсы от шестерни

5 53 поступают по кабелю 13 в компьютер распределительного устройства 30, определяющего поправку во времени открытия и закрытия клапана 29 на трубке 27 подачи природного газа в полость 25. Моменты времени открытия и закрытия всех клапанов 29 и зажигания горючей смеси с помощью свечей зажигания 31 определяются с помощью датчиков 40 положения поршня 4. Поршень 4 при движении вверх толкает щуп 41 датчика 40 и поднимает его до соприкосновения контактной пластины 42 с контактной пластиной 43 штыря 44. При этом возникает электрический сигнал, поступающий по проводу 50 в распределительное устройство

0 30, которое выдает команду на исполнительные механизмы клапанов 29 на трубках 27, 28 и 41 и откроет их. Затем, с учетом поправки компьютера на толщину льда, устройство 30 выдает вначале команду на перекрытие

5 клапаном 29 трубки 27 подачи газа, а затем (через тысячную долю секунды) на перекрытие клапанами 29 трубок 28 подачи воздуха, Дальнейшее движение поршня 4 вверх (до

уровня Н) и вместе с ним движение щупа 41 вверх сожмет пружину 49 и замкнет контакт 46 зажигания свечей 31, которые воспламенят горючую смесь в полости 25. Поршень 4 начнет движение вниз, а пружины вернут детали 42,43. 44 и 41 датчика 40 в исходное положение.

После открытия клапана 29 на трубке 39 из объема цилиндра ниже поршня 4 будут выходить продукты сгорания - выхлопные газы, ранее толкавшие поршень вверх. Истечениювыхлопных газов будет содействовать движение поршня 4 вниз до тех пор, пока поршень 4 не перекроет выходные отверстия трубок 39. В этот момент, определяемый распределительным устройством 30 по расчетному времени, подается команда наперекрытие клапаном 29 выхлопных трубок 39. Для лучшего удаления выхлопных газов до команды на перекрытие трубок 39 производится кратковременное открытие трубок со сжатым воздухом в нижней части цилиндра для его продувки по командам распределительного устройства 30. Дальнейшее движение поршня 4 вниз будет производить сжатие воздуха в нижней части цилиндра и замедляться из-за возрастающего давления сжимаемого поршнем 4 воздуха в нижней части цилиндра 3 и из-за сопротивления льда, раскалываемого ударником 5. После удара о льдину, поршень 4 с ударником 5 возвращаются в исходное положение, при этом поршень 4 контактирует с таким же датчиком, что и датчик 40, установленном в дне цилиндра 3 и, дойдя до соответствующего нижнего уровня, после заполнения камер 32 и 37 соответственно сжатым воздухом и орючей смесью и воспламенения горючей смеси свечами зажигания 31 устремится вверх с повторением всех этапов, рассмотренных до этого положения.

При работе устройства ударного действия сущестбенное значение имеет устройство смазки поршня. Масло в устройство смазки поступает по маслопроводу 57 из эластичного бака 8 с маслом, находящегося внутри бака 7 с воздухом, сжатым до 200 атм. В результате такого устройства масло в баке 8 также будет иметь постоянное давление в 200 атм.

В исходном положении, когда поршень 4 движется снизу вверх, давление масла преодолевает сопротивление пружины клапана 59 и масло заполняет весь объем цилиндра 58, отжимая поршень 60 вниз до упора давлением масла и пружины 62. При этом пружинный клапан 64 под действием пружины 65 плотно закрывает горловину конусной камеры 63.

Пружинный шток 70 поршня 4 пружиной 72 поднят до упора в крайнее верхнее положение. При этом маслопровод 71 штока 70 и маслопровод 73 перекрыты соответственно поршнем 4 и штоком 70.

При дальнейшем движении оверх поршня 4 пружинные штоки 61 и 7U придут в соприкосновение своими торцами друг с другом, а затем вначале шток 70 будет утоплен в крайнее нижнее положение штоком 61, при этом маслопроводы 71, 73 и 69 соединятся между собой. Далее движением поршня 4 вверх поршень 60, сжимая пружину 62, откроет увеличивающимся давлением

масла верхнюю конусную камеру 67, утопив клапан 64 и масло из .цилиндра 58 через конусную камеру 63, камеру 67 маслопроводы 69, 70 и 73 устремится Q центральную камеру 74. При этом шарообразная емкость

75, наполненная газом или воздухом, уменьшит свой объем под возросшим давлением масла, которое заполнит расчетный порцией масла камеру 74. В последующее время всего цикла работы поршня 4 между

двумя его верхними положениями, масло будет равномерно поступать через радиальные маслопроводы 76 к маслосъемному кольцу 77 поршня 4.

На ледокольном судне устройство ударного действия рекомендуется устанавливать с наклоном в сторону носа судна под углом в 30 от отвесной линии. Благодаря этому наклону во время удара рабочего инструмента 5 по полосе льда лед получает

продольную составляющую импульса силы удара направленную в сторону слипа, а конструкция 1 - продольную составляющую импульса реактивной силы в направлении носа судна, т.е. в направлении его движения.

Кроме того, при обратном - холостом ходе рабочего инструмента 5 горизонтальная составляющая Скорости движения будет близка скорости движения льда и следовательно не будет тормозить движение льда, т.е. не будет иметь горизонтальной составляющей силы, направленной против хода судна.

При движении поршня 4 вниз после воспламенения горючей смеси в полости 25 в

результате давления газов подвижные цилиндры 2 и 3 начнут двигаться вверх со скоростью меньшей скорости движения рабочего инструмента 5 вниз. т.к. они имеют большую массу и их движение противоположно направлению силы тяжести. При движении поршня 4 вверх движение вниз корпуса будет ограничено тросом 55 и давлением нижнего торца корпуса на поверхность льда. Уменьшению скорости

реактивного движения корпуса будет содействовать также вязкая смаэка.

При движении судна во вспомогательном режиме (во время шторма) корпуса поднимается лебедкой 54 с помощью троса 55 и закрепляется в таком положении.

Формула изобретения 1. Устройство ударного действия, включающее корпус с рабочим цилиндром, имеющим выхлопные отверстия, размещенный в нем поршень, камеры сгорания, расположенные в верхней и нижней частях цилиндра, систему для подачи и воспламенения топлива с блоком управления, рабочий инструмент, о т л и ч а ю щ е е с я.- тем, что, с целью повышения надежности в работе, оно снабжено размещенным в верхней части цилиндра средством для подачи смазки цилиндрической части поршня, а блок управпения оснащен расположенными в верхней и нижних частях цилиндра.датчиками поло жения поршня, каждый из которых в полнен из соосно установленных щупа и подпружиненного штыря, при этом корпус устройства выполнен составным из концом

Ш(1.2

трично установленных цилиндров с полостью между их верхними торцами и размещенными в ней эластичными оболочками со сжатым воздухом, газообразным топливом и маслом, а каждая камера сгорания разделена на полости образованными на торцовых поверхностях цилиндра и поршня выступами, расположенными друг напротив друга, причем одна полость соединена с топливной системой, а другая - со сжатым воздухом, при этом выхлопные отверстия выполнены в средней части цилиндра, а рабочий инструмент жестко связан с поршнем.

К-А

37

38

35

35

ШгЗ 21 7lf 7531 252ff 26 J 29 27 /7 Ю A..J-J. Фиг. 4 73

Фиг.5

Фигб

Фиг 7