УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 1996 года по МПК E21C37/16 

Предлагаемое изобретение относится к области строительства, а именно, к устройствам ударного действия используемым для перемещения грунта.

Известно устройство ударного действия, включающее корпус, в котором установлен цилиндр и ударник, образующий с корпусом буферную камеру обратного хода, а с цилиндром камеру сгорания, между корпусом и цилиндром образованы подводящий и выхлопной каналы, сообщающие камеру сгорания с продольными сквозными каналами, выполненными в торце цилиндра, а буферная камера обратного хода имеет возможность соединения с атмосферой посредством пазов, выполненных в боковых поверхностях корпуса и цилиндра (А.с. СССР N 496353, E 0o2 F 5/18, E 21 C 3/18, 1975).

К недостаткам известного устройства ударного действия можно отнести необходимость подвода внешних источников энергии для его запуска, что затрудняет использование устройства в труднодоступных местах.

Наиболее близким предлагаемому изобретению по конструктивному исполнению является устройство ударного действия, включающее корпус, в котором подвижно установлен двухступенчатый основной поршень, ограничивающий в пространстве цилиндра своей первой рабочей ступенью камеру сгорания, а второй компрессорной ступенью компрессорную камеру, которые выполнены с возможностью периодического сообщения между собой посредством продувочного канала, всасывающий канал для периодического сообщения компрессорной камеры с атмосферой, ударную головку и дополнительный поршень, сопряженный с рабочей ступенью основного поршня (А.с. СССР N 972017, Е 02 F 5/18, 1982).

К недостаткам известного устройства ударного действия также можно отнести необходимость использования внешнего источника энергии для его запуска - источник сжатого воздуха требующего дополнительных затрат энергии и увеличивающего его габариты и массу. Кроме того, необходимо использование внешнего источника образования горючей смеси, что также затрудняет эксплуатацию устройства.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание конструкции автономного переносного устройства ударного действия, удобного для эксплуатации в труднодоступных местах.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является конструктивное решение, обеспечивающее запуск устройства ударного действия факельным зажиганием горючей смеси в результате ее компрессионного воспламенения, без использования внешних источников энергии.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве ударного действия, включающем подвижно установленный в корпусе цилиндра двухступенчатый основной поршень, ограничивающий в пространстве цилиндра своей первой рабочей ступенью камеру сгорания, а второй компрессорной ступенью - компрессорную камеру, которые выполнены с возможностью периодического сообщения между собой посредством продувочного канала, всасывающий канал для периодического сообщения компрессорной камеры с атмосферой, ударную головку и дополнительный поршень, сопряженный с рабочей ступенью основного поршня, согласно изобретению, устройство снабжено картером горючей смеси, который расположен между первой рабочей и второй компрессорной ступенями основного поршня и ограничен со стороны компрессорной ступени посредством диафрагмы, при этом дополнительный поршень установлен неподвижно в камере сгорания с возможностью его охвата рабочей ступенью основного поршня, в которой выполнена запальная камера с возможностью периодического сообщения с камерой сгорания посредством газораспределительных каналов, выполненных в рабочей ступени основного поршня и в дополнительном поршне, а картер горючей смеси имеет возможность сообщения с камерой сгорания и запальной камерой посредством каналов, выполненных в рабочей ступени основного поршня и газопровода, выполненного в корпусе при положении рабочей ступени основного поршня вблизи ее нижней мертвой точки, а компрессорная ступень основного поршня имеет буферную пружину, размещенную в компрессорной камере, и соединена с ударной головкой, выведенной за пределы цилиндра.

Предлагаемое конструктивное выполнение и взаимное расположение основного и дополнительного поршней и запальной камеры, при соответствующих соотношениях их размеров, позволяет использовать ручной стартер для сжатия горючей смеси в запальной камере до степени необходимой для ее компрессионного воспламенения, т.е. осуществить запуск устройства без использования мощных источников энергии, обеспечивая возможность эксплуатации устройства в автономном режиме. При этом, конструктивное размещение картера горючей смеси внутри цилиндра, т.е. приготовление смеси непосредственно в устройстве, по сравнению с прототипом, позволяет также обеспечить возможность автономной работы, так как не требует использования газовых баллонов и т.п. средств для приготовления горючей смеси. Кроме того, использование буферной пружины взамен воздушного буфера наряду с вышеназванными преимуществами представляется также более надежным, так как не предъявляет повышенных требований к герметичности буферной камеры. Предлагаемое конструктивное выполнение устройства ударного действия помимо возможности ручного запуска, обеспечивает также расширение области его применения за счет возможности установки сменных насадок различного функционального назначения на ударную головку.

Предлагаемое устройство иллюстрируется следующими чертежами:
фиг. 1 общий вид устройства, разрез;
фиг. 2а схематическое изображение устройства в исходном положении;
фиг. 2б то же, при перемещении основного поршня (его рабочей ступени) к своей нижней мертвой точке;
фиг. 2в то же, при перемещении рабочей ступени основного поршня к своей верхней мертвой точке.

Предлагаемое устройство включает находящийся в корпусе 1 цилиндр 2 с подвижно установленным в нем двухступенчатым поршнем 3. Первая рабочая ступень 4 основного поршня 3 ограничивает в пространстве цилиндра 2 объем камеры сгорания 5, а вторая компрессорная ступень 6 объем компрессорной камеры 7. Камеры 5 и 7 периодически сообщаются между собой посредством продувочного канала 8. В камере сгорания 5 неподвижно установлен дополнительный поршень 9, сопряженный с рабочей ступенью 4 основного поршня 8, в которой выполнены запальная камера 10 и газораспределительные каналы 11. Камера сгорания 5 периодически соединяется с запальной камерой 10 посредством каналов 11 и каналов 12, выполненных в дополнительном поршне 9. Диафрагма 13 ограничивает со стороны компрессорной ступени 6 картер горючей смеси 14, который расположен между первой рабочей ступенью 4 и компрессорной ступенью 6. Картер 14 также соединяется с камерой сгорания 5 и запальной камерой 10 посредством каналов 15, выполненных в рабочей ступени 4 основного поршня 3 и посредством газопровода 16, размещенного в корпусе 1. Компрессорная ступень 6 снабжена штоком 17, соединенным с ударной головкой 18, выведенной за пределы цилиндра 2, и снабжена буферной пружиной 19, размещенной в компрессорной камере 7. При этом компрессорная камера 7 снабжена патрубком 20 всасывающего канала и патрубком 21 для воздушного охлаждения устройства, а картер 14 и камера сгорания 5 снабжены, соответственно, окнами для подачи топлива 22 и удаления продуктов сгорания 23. Для запуска устройства используется ручной стартер 24.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении (фиг. 2а) рабочая ступень 4 основного поршня 3 находится в своей верхней мертвой точке (ВМТ). Движением стартера 24 захватывается фланец ударной головки 18 и рабочая ступень 4 поршня 3 перемещается в сторону своей нижней мертвой точки (НМТ). При этом сначала происходит продувка камеры сгорания 5 воздухом из компрессорной камеры 7 по продувочному каналу 8 и удаление продуктов сгорания через окно 23. При дальнейшем движении рабочей ступени 4 к своей НМТ горючая смесь из картера 14 попадает по газопроводу 16 в камеру сгорания 5, а также по каналам 15 в запальную камеру 10, при одновременной продувке последней через каналы 11. При этом рычаг стартера 24 сходит с фланца ударной головки 18 и под действием буферной пружины 19 рабочая ступень 4 начинает движение к своей ВМТ (фиг. 2в), сжимая горючую смесь сначала в запальной камере 10, а потом и в камере сгорания 5. Одновременно через окно 22 в картер 14 поступает очередной заряд топлива. При этом в результате значительного сжатия горючей смеси в запальной камере 10 происходит ее компрессорное воспламенение. При подходе рабочей ступени 4 к своей ВМТ каналы 12 дополнительного поршня 9 и каналы 11 рабочей ступени 4 совпадают и огненный факел выходит по каналам 11 в камеру сгорания 5 и воспламеняет находящуюся там горючую смесь. Начинается рабочий ход.

Рабочая ступень 4 перемещается к своей НМТ (фиг. 2б). При этом происходят следующие процессы. Буферная пружина 19 сжимается, накапливая потенциальную энергию для следующего цикла, воздух в компрессорной камере 7 сжимается компрессорной ступенью 6 для дальнейшего перехода в камеру сгорания 5 и ее продувки, горючая смесь в картере 14 также сжимается, что обеспечивает ее последующее после воздушной продувки поступление в камеру сгорания 5 после закрытия продувочного канала 8 компрессорной ступенью 6. При этом производится полезная работа (посредством ударной головки 18). Далее цикл повторяется. Воздух, находящийся в компрессорной камере 7 между диафрагмой 13 и компрессорной ступенью 6 при любом направлении движения ступени 6 может быть использован для воздушного охлаждения устройства (на чертежах система воздушного охлаждения условно не показана).

Рассмотрим энергетический баланс за 1 цикл работы устройства.

Энергия воспламенения горючей смеси в камере сгорания 5, воспринимаемая рабочей ступенью 4 поршня 3 передается при прямом ходе единой инерционной системе рабочая ступень 4 компрессорная ступень 6 шток 17 ударная головка 18 и расходуется на следующие процессы:
совершение полезной работы;
продувка камеры сгорания 5 воздухом из компрессорной камеры 7;
заполнение камеры сгорания 5 горючей смесью;
продувка и заполнение горючей смесью запальной камеры 10;
сжатие буферной пружины 19.

При обратном ходе указанной инерционной системы потенциальная энергия сжатия буферной пружины 19 расходуется на следующие процессы:
образование заряда горючей смеси в картере 14;
всасывание воздуха в компрессорную камеру 7;
сжатие горючей смеси в запальной камере 10;
сжатие горючей смеси в камере сгорания 5.

При изготовлении предлагаемого устройства ударного действия габариты рабочей ступени 4 основного поршня 3 и дополнительного поршня 9, компрессорной ступени 6, а также камеры сгорания 5 и запальной камеры 10 и компрессорной камеры 7 выбираются из условия создания степени сжатия горючей смеси в камере сгорания 5 в пределах 3 6, а в запальной камере 10 не менее 20, что необходимо для компрессионного воспламенения горючей смеси, находящейся в запальной камере 10. Например, при объеме запальной камеры 10 1 2 см³ и объеме камеры сгорания 50 см³ не требуется создания значительных усилий для компрессионного воспламенения горючей смеси в запальной камере 10, т.е. возможен ручной запуск устройства. В рукоятке устройства можно разместить емкость для запаса горючей смеси (бензин, моторное масло), не превышающую 70
80 см³, что обеспечивает 15 20 минут работы.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения обеспечивает простоту эксплуатации, так как запуск устройства посредством компрессионного воспламенения горючей смеси придает ему все преимущества факельного зажигания и данное техническое решение может быть использовано для двигателей внутреннего сгорания любого объема и назначения, а также обеспечивает возможность использования устройства в качестве автономного ручного инструмента в труднодоступных местах. При этом возможность смены насадок на ударной головке значительно расширяет область применения устройства, например, оно может быть использовано в качестве отбойного молотка, пилы, ножниц по металлу и так далее.

Область применения - изобретение относится к области горного дела и строительства, в частности, к устройствам ударного действия для разрушения и перемещения грунта. Сущность изобретения: устройство ударного действия включает размещенный в корпусе цилиндр с подвижно установленным двухступенчатым основным поршнем, ограничивающим первой ступенью камеру сгорания, а второй компрессорной ступенью компрессорную камеру, между первой рабочей и компрессорной ступенями основного поршня расположен картер горючей смеси, который ограничен со стороны компрессорной ступени диафрагмой, сопряженный с рабочей ступенью основного поршня дополнительный поршень, который установлен неподвижно в камере сгорания, при этом картер горючей смеси имеет возможность сообщения с камерой сгорания и запальной камерой посредством каналов, выполненных в рабочей ступени основного поршня и газопровода, выполненного в корпусе, а компрессорная ступень основного поршня имеет буферную пружину, размещенную в компрессорной камере, и соединена с ударной головкой, выведенной за пределы цилиндра. 2 ил.

Устройство ударного действия, включающее размещенный в корпусе цилиндр с подвижно установленным в нем двухступенчатым основным поршнем, ограничивающим в пространстве цилиндра первой рабочей ступенью камеру сгорания, а второй компрессорной ступенью компрессорную камеру, которые выполнены с возможностью периодического сообщения между собой посредством продувочного канала, всасывающий канал для периодического сообщения компрессорной камеры с атмосферой, ударную головку и дополнительный поршень, сопряженный с рабочей ступенью основного поршня, отличающееся тем, что оно снабжено картером горючей смеси, который расположен между первой рабочей и компрессорной ступенями основного поршня и ограничен со стороны компрессорной ступени посредством диафрагмы, при этом дополнительный поршень установлен неподвижно в камере сгорания, с возможностью его охвата рабочей ступенью основного поршня, в которой выполнена запальная камера с возможностью периодического сообщения с камерой сгорания посредством газораспределительных каналов, выполненных в рабочей ступени основного поршня и в дополнительном поршне, при этом картер горючей смеси имеет возможность сообщения с камерой сгорания и запальной камерой посредством каналов, выполненных в рабочей ступени основного поршня и газопровода, выполненного в корпусе, при положении рабочей ступени основного поршня вблизи ее нижней мертвой точки, а компрессорная ступень основного поршня имеет буферную пружину, размещенную в компрессорной камере, и соединена с ударной головкой, выведенной за пределы цилиндра.