РЕЖУЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК B23K7/08 

Изобретение относится к обработке металлов, а именно к устройствам для резки металлов или неметаллов, в частности к подводным режущим устройствам.

Для резки материалов, в частности, под водой, было разработано кислородное копье, которое представляет собой трубу из низкоуглеродистой стали, заполненную стержнями из стали и некоторых цветных металлов. Если по копью пропустить кислород и разогреть его рабочий конец, из которого выходит кислород, то при определенной температуре разогрева материал копья воспламеняется и сгорает в кислороде с образованием струи продуктов горения с высокой температурой, которая позволяет резать практически любые материалы [1]. Возбуждение процесса горения копья в указанном выше источнике осуществлялось путем разогрева рабочего конца копья электрической дугой, что требует дополнительно громоздкого оборудования.

В дальнейшем было предложено осуществлять зажигание копья от горящей таблетки из магниевого порошка или стружки [2].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является конструкция подводного режущего устройства, содержащего трубчатое кислородное копье с рукояткой и источник кислорода [3]. На рабочем конце копья установлена пробка из легковоспламеняющегося вещества, например из железоалюминиевого термита, покрытого оболочкой. На нерабочем конце кислородного копья размещена водонепроницаемая оболочка, с которой взаимодействует трубчатая игла, размещенная в рукоятке с возможностью осевого перемещения. Трубчатая игла соединена с источником кислорода. Устройство также содержит управляющий рычаг, закрепленный на рукоятке с возможностью поворота и взаимодействия с трубчатой иглой, и запальное средство в виде источника питания, например батареи, и соединенной с его полюсами нити накаливания. В рукоятке установлен выключатель, связанный с запальным средством, а управляющий рычаг установлен с возможностью взаимодействия с выключателем.

Недостатком известного устройства является необходимость герметизации внутренней полости копья с целью исключения попадания в нее воды. Герметизация осуществляется со стороны рабочего копья пробкой из легковоспламеняющегося вещества, покрытого оболочкой, а со стороны нерабочего конца - водонепроницаемой оболочкой.

В случае нарушения герметизации и попадания во внутреннюю полость воды копье становится неработоспособным из-за тушения водой очага горения, созданного инициирующим пиротехническим средством.

Задача изобретения - обеспечение надежного задействования режущего устройства с одновременным упрощением конструкции.

Технический результат, полученный при использовании изобретения, заключается в следующем:
- обеспечено надежное задействование копья с негерметичной внутренней полостью;
- обеспечена замена использованного копья на новое под водой;
- упрощена технология изготовления копья из-за отсутствия требования по герметичности его внутренней полости;
- повышена поджигающая способность инициирующего пиротехнического средства за счет использования для корпуса инициирующего пиротехнического средства материала, горящего в кислороде, и выбора пиротехнического состава, шлаки которого также горят в кислороде;
- обеспечена подготовка к работе режущего устройства под водой за счет применения однопроводной схемы задействования электровоспламенителя.

Для решения поставленной задачи в известном режущем устройстве, содержащем источник кислорода, держатель с рукояткой, трубчатое кислородное копье, на рабочем конце которого установлено инициирующее пиротехническое средство с электровоспламенителем, согласно изобретению в корпусе кислородного копья со стороны инициирующего пиротехнического средства выполнены отверстия, расположенные на расстоянии, равном 0,5-2 внешних диаметров корпуса копья от его торцевой поверхности.

Для обеспечения повышенной поджигающей способности инициирующего средства его корпус выполнен из металлов, способных к горению в кислороде, например из низкоуглеродистой стали, а пиротехнический состав выбран таким, чтобы его шлаки были способны гореть в кислороде.

В предлагаемом устройстве один электрод воспламенителя соединен с одним полюсом источника питания соединительным проводом, а второй - соединяется с вторым полюсом источника питания через корпус инициирующего средства, корпус копья и корпус держателя. Отверстия, выполненные вблизи рабочего конца копья, позволяют произвести продувку внутренней полости копья, освобождая ее от воздуха (при работе в наземных условиях) или от воды (при работе под водой). Расположение отверстий на боковой поверхности корпуса копья в некотором удалении от его торца обеспечивает возникновение потока кислорода, омывающего донную стенку инициирующего пиротехнического средства и далее выходящего вдоль стенок корпуса копья через отверстия. За счет этого очаг горения, возникающий на донной стенке инициирующего пиротехнического средства, разгорается преимущественно по направлению потока кислорода, чем обеспечивается надежное воспламенение рабочего конца копья.

Расстояние, на которое удалены отверстия от торца копья, не должно превышать двух диаметров корпуса копья, так как при этом во внутренней полости копья, прилегающей к инициирующему средству, останется вода, которая будет тушить очаг горения в инициирующем средстве и препятствовать подходу к нему кислорода. Если отверстия расположить слишком близко к рабочему торцу копья (менее половины диаметра корпуса), то отгорание рабочего конца копья за счет сгорания перемычек между отверстиями происходит прежде, чем сформируется устойчивый очаг горения на стержнях копья.

Выполнение корпуса инициирующего средства из металла, способного к горению в кислороде, приводит к тому, что после начального прогрева пиротехническим составом корпус инициирующего средства горит в потоке подводящего кислорода, тем самым увеличивая интенсивность и длительность воздействия инициирующего средства на рабочий конец копья.

Пиротехнический состав инициирующего средства выбран таким, чтобы продукты его сгорания были способны к горению в кислороде. Это увеличивает интенсивность и длительность горения инициирующего средства, что повышает надежность задействования режущего устройства.

Таким образом, использование для корпуса инициирующего средства металла, способного к горению в кислороде, и пиротехнического состава, шлаки которого горят в кислороде, позволяет повысить поджигающую способность инициирующего средства и тем самым обеспечить надежное зажигание копья в разных условиях. Использование однопроводной схемы задействования инициирующего средства позволило упростить подготовку режущего устройства к работе под водой.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое режущее устройство; на фиг. 2 - схематически инициирующее пиротехническое средство.

На фиг. 1 и 2 приняты следующие обозначения: 1 - источник кислорода; 2 - трубчатое кислородное копье; 3 - инициирующее пиротехническое средство; 4 - корпус инициирующего пиротехнического средства; 5 - электровоспламенитель; 6 - пиротехнический состав; 7 - кнопка; 8 - источник питания; 9 - корпус рукоятки; 10 - газоподводящая трубка; 11 - шланг; 12 - редуктор; 13 - клапан; 14 - шток клапана; 15 - рычаг; 16 - отверстия; 17 - герметичная перегородка.

Режущее устройство содержит источник кислорода 1, трубчатое кислородное копье 2, на рабочем конце которого смонтировано инициирующее пиротехническое средство 3, корпус 4 которого изготовлен из металла, способного к горению в кислороде. В корпусе 4 размещен электровоспламенитель 5 и пиротехнический состав 6, продукты сгорания которого способны к горению в кислороде, например бор и титан в атомном соотношении (1:1) - (3:1). Пиротехнический состав 6 прикрыт герметичной перегородкой 17, которая может быть выполнена заодно с корпусом 4. Один вывод электровоспламенителя 5 соединен с корпусом 4 поджигающего устройства 3, а второй - соединен через кнопку 7 с полюсом источника питания 8, размещенного в корпусе рукоятки. Второй полюс источника питания 8 соединен с металлическим корпусом держателя 9. Выход выводов электровоспламенителя 5 из корпуса 4 герметизируется. Кроме того, в корпусе держателя размещена газоподводящая трубка 10, соединяющая внутреннюю полость копья с источником кислорода 1 через шланг 11 с размещенным в нем редукционным клапаном 12. К металлической трубке 10 подсоединен клапан 13 со штоком 14. Устройство также содержит рычаг 15, закрепленный на корпусе держателя 9 с возможностью поворота и взаимодействия со штоком 14. Трубчатое кислородное копье 2 подсоединяется к держателю 9 с помощью резьбового или цангового соединения с уплотнением. Поджигающее устройство 3 подсоединяется к трубчатому кислородному копью 3 резьбовым соединением.

На рабочем конце трубчатого кислородного копья 2 выполнены отверстия 16 произвольной формы (фиг. 2) на расстоянии (0,5-2) диаметра трубы от торца, при этом суммарная площадь отверстий должна быть соизмерима с площадью проходного сечения трубчатого кислородного копья 2. К количеству отверстий требований не предъявляется.

Устройство работает следующим образом.

При перемещении рычага 15 по направлению к рукоятке держателя 9 его второй конец выдвигает шток клапана 14, открывая его. В результате этого кислород проникает в полость копья 2 и втесняет из него воду (если работа с копьем ведется под водой) через отверстия 16. После появления пузырьков газа (если работа ведется под водой) из отверстий 16 или появления шума выходящего через отверстия 16 газа (при работе на воздухе) нажатием кнопки 7 подается напряжение от источника 8 на электровоспламенитель 5 инициирующего пиротехнического средства 3. Воспламенитель 5 срабатывает, зажигая пиротехнический состав 6. Высокая температура и давление выделяющихся газов горящего состава 6 разрушают перегородку 17. Остатки воды, находящейся в пространстве между отверстиями 16 и торцем копья, потоком газов, выходящих из полости, в которой размещен состав 6, отбрасываются с частичным выходом через отверстия 16. Часть воды при этом может испаряться в результате контакта с раскаленными шлаками состава 6. В результате разрушения перегородки 17 горячие шлаки состава 6 приходят в контакт с кислородом и начинают интенсивно в нем гореть, разогревая и затем зажигая материал корпуса 4 инициирующего пиротехнического средства 3 и рабочий торец копья 2. После перехода горения на корпус копья 2 остатки инициирующего пиротехнического средства 3 отваливаются и горение копья 2 переходит в рабочий режим с образованием режущего форса продуктов горения, направленных вдоль оси копья.

Как было показано, применение изобретения позволяет:
- обеспечить надежное зажигание копья с негерметичной внутренней полостью, что особенно важно при работе под водой;
- упростить технологию изготовления копьев;
- упростить подготовку к работе режущего устройства под водой.

Режущее устройство предназначено для резки металлов и неметаллов под водой и на воздухе. Инициирующее пиротехническое средство с электровоспламенителем установлено на рабочем конце копья трубчатого кислородного копья. В корпусе копья со стороны инициирующего средства на расстояния, равном 0,5-2 внешним диаметрам корпуса копья, от его торца выполнены отверстия. Инициирующее средство содержит пиротехнический состав, шлаки которого горят в кислороде. Корпус инициирующего средства выполнен из материала, горящего в кислороде. Обеспечено надежное задействование копья с негерметичной внутренней полостью и замена использованного копья на новое под водой. Упрощена технология изготовления копья. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Режущее устройство, содержащее источник кислорода, трубчатое кислородное копье с рукояткой, установленное на рабочем конце копья инициирующее пиротехническое средство с электровоспламенителем, отличающееся тем, что в корпусе кислородного копья со стороны инициирующего средства на расстоянии, равном 0,5 2 внешним диаметрам корпуса копья от его торца, выполнены отверстия. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что инициирующее средство содержит пиротехнический состав, шлаки которого горят в кислороде. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что корпус инициирующего средства выполнен из материала, горящего в кислороде. 4. Устройство по любому из пп. 1 3, отличающееся тем, что один электрод электровоспламенения соединен с одним полюсом источника питания, а другой соединен с другим полюсом источника питания через корпус инициирующего средства, корпус копья и корпус рукоятки.