ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ, ОБРАБОТКИ И СВАРКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2001 года по МПК B23K5/00 B23K7/00 B28D1/00 

Изобретение относится к технологии резки, разделки, обработки и сварки различных материалов: металлов, неметаллов, композиционных материалов на основе металлов и минеральных материалов.

В настоящее время известны направления развития конструкций инструментов для этих работ, наиболее представительным из которых можно считать рабочий инструмент для резки и разделки (дезинтеграции) минерального материала, который (инструмент) содержит газогенератор на основе расхода горючего и окислителя (керосин + кислород) и рабочее сопло, ориентируемое на разрушаемый материал /1/.

Существенными и очевидными недостатками такого рабочего инструмента являются высокие удельные энергозатраты и низкая удельная разрушающая способность вырабатываемой им струи, воздействующей на материал; значительная инерционность инструмента при его запуске в работу и высокие расходы топлива и окислителя на процесс разрушения материала; высокая токсичность вырабатываемой струи. Эти недостатки требуют специальных камер для возможности использования данного инструмента, что усложняет и удорожает процесс дезинтеграции или обработки материала.

Наиболее близким по технической сущности является инструмент для дезинтеграции, обработки и сварки материалов, содержащий корпус с рукоятью для руки оператора, камеру рабочего агента, рабочее сопло, воспламенитель в виде разрядных электродов, соединенных с источником их питания через пусковое приспособление в виде кнопки, встроенной в рукоять, и направляющий ролик для ориентирования корпуса и рабочего сопла под необходимым углом к материалу и для опоры на материал /2/.

Обладая определенными преимуществами перед другими аналогами этот инструмент имеет и существенный недостаток, заключающийся в отсутствии возможности оперативно регулировать его физико-механические и тактико-технические характеристики в зависимости от вида и типа обрабатываемого материала; для изменения этих характеристик требуется перенастройка его конструкции и режимов, при этом возникает необходимость в использовании дополнительного технического оснащения инструмента, что снижает мобильность, эффективность и общую культуру использования известного инструмента.

Технический результат данного изобретения заключается в повышении мобильности инструмента, оперативности смены режимов и операций воздействия на материал в зависимости от его рода и заданных режимов технологического процесса, что делает инструмент более удобным в использовании.

Этот технический результат в изобретении достигают за счет того, что инструмент для дезинтеграции, обработки и сварки материалов, содержащий корпус с рукоятью для руки оператора, камеру рабочего агента, рабочее сопло, воспламенитель в виде разрядных электродов, соединенных с источником их питания через пусковое приспособление в виде кнопки, встроенной в рукоять, и направляющий ролик для ориентирования корпуса и рабочего сопла под необходимым углом к материалу и для опоры на материал, расположенный на торце корпуса, снабжен контейнером для заполнения термитным порошком, закрепленным на корпусе, отражателем газа и частиц материала, шарнирно закрепленным на торце корпуса в районе сопла, и еще одним направляющим роликом, при этом направляющие ролики ориентированы по оси корпуса и имеют общую ось вращения, камера рабочего агента разделена на несколько секций газонепроницаемыми перегородками, за каждой из которых по направлению от рабочего сопла установлен воспламенитель, в рабочем сопле выполнена выборка, соединенная с его проходным сечением и снабженная винтом для ее перекрытия и регулирования емкости ее полости, и канал, ось которого наклонена под острым углом к оси рабочего сопла по направлению выхода из него газового потока - рабочего агента, соединенный с контейнером и снабженный винтом для регулирования его сечения и для его перекрытия.

При этом газонепроницаемые перегородки имеют встроенные трубки со сквозными полостями для заполнения медленно расходуемой смесью со скоростью расхода значительно меньше скорости расхода рабочего агента.

Инструмент для дезинтеграции, обработки и сварки материалов далее раскрывается на чертежах, где:
- на фиг. 1 показан общий вид инструмента, комплектуемого для решения поставленной изобретением технической задачи;
- на фиг. 2 - общий вид инструмента, укомплектованного всеми описываемыми далее узлами и деталями;
- на фиг. 3 - конструкция захватной рукояти инструмента;
- на фиг. 4 - рабочий орган инструмента с сечением по оси;
- на фиг. 5 и фиг. 6 - рабочее сопло инструмента.

Инструмент, как он изображен на указанных фигурах, выполнен в виде автономного, в энергетическом отношении, устройства, оперативно готового для использования в указанных (в его названии) технологических операциях. Для этого инструмент содержит корпус 1, в котором размещена камера рабочего агента, соединенный с корпусом наконечник 2 с рабочим соплом 3; рукоять 4 для руки оператора, а также, при необходимости, например при значительных габаритах и массе, содержит дополнительную рукоять 5 (по принципу автомата Калашникова). Корпус 1 посредством оси 6 (фиг. 1, 3) соединен с рукоятью 4, а фиксирование рабочего состояния производят за счет винтового узла 7, затягиванием которого уплотняют стук 8.

Инструмент оснащен также элементом электропитания 9, размещенным в полости его рукояти 4 (фиг. 2), и соединенным с ним программированным узлом 10, имеющим реле раздачи разрядного напряжения и разрядный конденсатор (или катушку Румкорфа - по выбору пользователя), от которого электроэнергия поступает по проводникам 11 на разрядные узлы 12, расположенные в полости 13 корпуса 1, при этом замыкание электролинии производят нажатием на контактную кнопку 14, удобно расположенную на рукояти, которой замыкают контакты 15.

Герметизация полости рукояти осуществляется за счет нижней уплотняющей крышки 16 и закрытия кнопки 14 эластичной пленкой.

Инструмент снабжен также контейнером 17, заполненным термитным порошком. На корпусе 1 и контейнере 17 закреплена струбцинами 18, а для обслуживания контейнера 17 имеется откидной люк 19, через который производят заправку и техническую очистку. Из полости контейнера 17 термитный порошок поступает по патрубку 20 через регулируемое винтом 21 отверстие и по каналу 22 (фиг. 6) - в полость сопла, причем ось канала 22 и его срез 23 наклонены под острым углом к оси сопла 3, это выполнено для того, чтобы порошок эжектировался (всасывался), под разрежением в канале 22, в сечение сопла при подаче сквозь него рабочего агента. Каналов 22 может быть несколько - в зависимости от производительности инструмента.

Для более производительной, многофункциональной и эффективной работы инструмента его сопло 3 (фиг. 5) в своем теле имеет также выборку 24 в виде кольцевого тора, сечение этой выборки соединено с проходным сечением сопла, при этом полость выборки имеет винт 25, которым возможно регулирование емкости полости выборки 24 и перекрытие ее полости - при выборе режима работы инструмента.

Корпус 1 является одновременно камерой для рабочего агента и выработки истекающего, из сопла, рабочего агента, который представляет собой блоки твердой топливной смеси - 26, 27, 28 и 29 (возможно и более блоков), размещенные в полости в полости удлиненной (фиг. 4) камеры корпуса 1. Срабатывание (и последующий расход) топливной смеси осуществляется за счет электрозапала при подаче разрядного напряжения на разрядные электроды 30, причем разрядное напряжение подают последовательно: сначала на электроды 30 топливной смеси 26 в первом от сопла 3 блоке; затем - на электроды (при продолжении цикла операции использования) следующего блока 27 топливной смеси и т.д. до полного использования топливной смеси. Такую последовательность расхода топливных смесей (26...29) легко осуществить за счет программированного узла 10: от многожильного проводника (кабеля) 11 - по персональным проводникам (фиг. 4 - показано снизу корпуса), подходящим к каждым персональным электродам топливных смесей.

Блоки топливных смесей возможно последовательно расходовать, если задан такой режим работы, и путем соединения их посредством трубок 31, встроенных в перегородки 32, герметично и газонепроницаемо разделяющих блоки топливных смесей 26. . .29 между собой. Трубки 31 заполнены медленно расходуемой топливной смесью, скорость расхода которой значительно меньше скорости расхода топливных смесей 26...28, например, при скорости горения (расхода) смеси 26 1-3 мм/сек скорость расхода смеси в трубках 31 выбирают 0,2-0,5 мм/сек.

Передняя часть корпуса, на его торце, оснащена направляющими роликами 33, ориентированными своей единой линией опоры по оси корпуса (фиг. 2) за счет закрепления их на общей оси 34, при этом ролики подпружинены амортизатором 35, что позволяет им мягко опираться и перекатываться по неоднородной поверхности материала 36 во время его обработки инструментом (или резки, или сварки).

Такое оригинальное выполнение конструкции инструмента позволяет и высокопроизводительно использовать его в работе, излагаемой далее на примерах выполнения указанных технологических операций.

В режиме дезинтеграции (резки, разделки, разрушения) инструмент используют следующим образом. Рабочее сопло 3 ориентируют на линию реза материала, опирая корпус 1 на ролики 33 по этой же линии реза; включают в работу электрическую и топливную часть инструмента за счет нажатия на кнопку 14 и включения в расходный процесс (как подробно описано выше) топливной смеси в блоке 26, истекающая при этом струя, проходя по полости (сечению) сопла 3, существенно усиливает свои физико-механические характеристики за счет захода потока рабочего агента в полость тора (фиг. 5) закручивания его в торе и удара, при выходе из тора, по проходящему по оси сопла потоку поступающего рабочего агента, что приводит к генерированию акустических, преимущественно ультразвукового диапазона, волн в истекающей из сопла струе и резко повышает ее разрушающий эффект. Этот эффект еще более усиливается за счет введения в струю термитного порошка, который методом эжекции втягивается в каналы 22 и из срезов 23 (фиг. 6) выбрасывается струей на поверхность разрушаемого (дезинтегрируемого) материала, осуществляя микровзрывное разрушение материала совместно со струей, обладающей указанным акустическими характеристиками.

В режиме обработки материала инструмент используют для снятия неровностей, срезки выступов, термической полировки поверхности материала, при этом термитный порошок можно не использовать, перекрыв его выход винтом 21 или уменьшив его расход.

В режиме сварки металлов инструмент используют при начальной подаче сложной струи (как в примере дезинтеграции) для более быстрого прогрева стыков свариваемых кусков металла, затем перекрывают подачу термитного порошка и сварку ведут как обычно - за счет истекающей струи, полученной от сгорания топливной смеси. Температуру струи задают типом используемой топливной смеси и видом свариваемого металла (для стали - в пределах 1700 - 3000^oC), для других металлов - соответственно их термохарактеристикам).

В каждом режиме использования место реза, обработки, сварки прикрывают откидывающимся отражателем 37, имеющим шарнирное закрепление на корпусе и шарнир для регулирования угла его поворота.

Т. о. , как лаконично и полно показано описанием выше, разработанный инструмент является оригинальным и универсальным техническим средством, предназначенным для выполнения основных технологических операций на рабочей площадке.

Источники информации
1. Боженов Е.П., Термогазодинамическая обработка строительных материалов, М., СИ, 1985, с. 110-114.

2. RU, 2047490, B 28 D 1/00, 1992. - (прототип).

Инструмент предназначен для резки и разделки металлических, неметаллических и композиционных материалов, а также для их сварки и может быть использован в различных отраслях промышленности. Контейнер (17) для заполнения термитным порошком закреплен на корпусе (1) инструмента. Отражатель (37) газа и частиц материала шарнирно закреплен на торце корпуса (1) в районе сопла (3). Направляющие ролики (33) ориентированы по оси корпуса (1) и имеют общую ось вращения. Камера рабочего агента разделена на несколько секций газонепроницаемыми перегородками, за каждой из которых по направлению от рабочего сопла установлен воспламенитель. В рабочем сопле (3) выполнена выборка и канал. Выборка соединена с его проходным сечением и имеет винт для ее перекрытия и регулирования емкости ее полости. Ось канала наклонена под острым углом к оси рабочего сопла по направлению выхода из него газового потока. Канал соединен с контейнером и имеет винт для регулирования его сечения и для его перекрытия. Инструмент имеет высокий КПД, обладает повышенной мобильностью и оперативностью смены режима работы в зависимости от рода материала и заданных технологических процессов. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Инструмент для дезинтеграции, обработки и сварки материалов, содержащий корпус с рукоятью для руки оператора, камеру рабочего агента, рабочее сопло, воспламенитель в виде разрядных электродов, соединенных с источником их питания через пусковое приспособление в виде кнопки, встроенной в рукоять, и направляющий ролик для ориентирования корпуса и рабочего сопла под необходимым углом к материалу и для опоры на материал, расположенный на торце корпуса, отличающийся тем, что он снабжен контейнером для заполнения термитным порошком, закрепленным на корпусе, отражателем газа и частиц материала, шарнирно закрепленным на торце корпуса в районе сопла, и еще одним направляющим роликом, при этом направляющие ролики ориентированы по оси корпуса и имеют общую ось вращения, камера рабочего агента разделена на несколько секций газонепроницаемыми перегородками, за каждой из которых по направлению от рабочего сопла установлен воспламенитель, в рабочем сопле выполнена выборка, соединенная с его проходным сечением и снабженная винтом для ее перекрытия и регулирования емкости ее полости, и канал, ось которого наклонена под острым углом к оси рабочего сопла по направлению выхода из него газового потока - рабочего агента, соединенный с контейнером и снабженный винтом для регулирования его сечения и для его перекрытия. 2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что газонепроницаемые перегородки имеют встроенные трубки со сквозными полостями для заполнения медленно расходуемой смесью со скоростью расхода значительно меньше скорости расхода рабочего агента.