дизель-молот

Формула изобретения

Дизель-молот, содержащий цилиндр с газообменными окнами и поршнем, шабот с камерой сгорания в верхней части, ползун, связывающий цилиндр с копром, отличающийся тем, что в цилиндре выполнен продольный паз, в верхней части поршня выполнена камера сгорания, а на боковой поверхности поршня крюк, входящий в продольный паз цилиндра, с шаботом жестко связана дополнительно введенная направляющая цилиндра с упором, между упором и ползуном установлена пружина, причем ползун подвижно связан с направляющей и копром.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области свободнопоршневых двигателей, комбинированных с молотами, которые могут быть использованы для погружения свай в грунт.

Известен сваебойный молот - трубчатый дизель-молот (Каракулев А.В. Дизель-молоты, М.: Машгиз, 1963 г., фиг. 52), содержащий шабот, опирающийся на него рабочий цилиндр, направляющий цилиндр, который крепится к верхнему фланцу рабочего цилиндра, и поршень, свободно перемещающийся внутри рабочего и направляющего цилиндров. Основным недостатком данного молота является низкая частота ударов по свае - 48-50 ударов/мин.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является трубчатый дизель-молот с пневмобуфером (Б.Г. Лызо, Г.И. Червякова. Исследование быстроходных трубчатых дизель-молотов, рис. 1, Труды ВНИИстройдомаш, вып. 71), содержащий рабочий цилиндр с газообменными окнами и специальный ползун, связывающий цилиндр с копром, шабот с камерой сгорания в верхней части, который крепится к нижнему фланцу рабочего цилиндра, направляющий цилиндр, в котором выполнены окна для наполнения камеры сжатия, камеру сжатия, поршень, свободно перемещающийся внутри рабочего и направляющего цилиндров.

Устройство позволяет при прочих неизменных характеристиках, по сравнению с трубчатым дизель-молотом, повысить частоту ударов по свае до 70 ударов/мин. Однако из-за жесткой связи шабота с цилиндром и цилиндра с копром (через ползун) при сжатии воздуха в камере сжатия часть аккумулируемой энергии, которая идет на отрыв молота от сваи, рассеивается. Кроме того, передача усилия на копер приводит к возможности разрушения копра в результате резонанса при совпадении частоты ударов молота и частоты собственных колебаний копра, а аккумулирование энергии при помощи камеры сжатия приводит к ограничению возможности дальнейшего повышения частоты ударов по свае.

Задачей изобретения является повышение производительности дизель-молота.

Поставленная задача достигается тем, что в дизель-молоте, содержащем цилиндр с газообменными окнами и поршнем, шабот с камерой сгорания в верхней части, ползун, связывающий цилиндр с копром, в цилиндре выполнен продольный паз, в верхней части поршня выполнена камера сгорания, а на боковой поверхности поршня крюк, входящий в продольный паз цилиндра, с шаботом жестко связана дополнительно введенная направляющая цилиндра с упором, между упором и ползуном установлена пружина, причем ползун подвижно связан с направляющей и копром.

На фиг. 1 изображен общий вид дизель-молота.

На фиг. 2 изображен дизель-молот в конце процесса сжатия в полости Б.

На фиг. 3 изображен дизель-молот в конце процесса смесеобразования в полости Б.

На фиг. 4 изображен дизель-молот в момент максимального отрыва цилиндра от шабота после удара поршнем.

На фиг. 5 изображен дизель-молот в момент посадки цилиндра на шабот после удара поршнем.

На фиг. 6 изображен дизель-молот в начале процесса выпуска в полости Б.

На фиг. 7 изображен дизель-молот в конце процесса сжатия в полости А.

На фиг. 8 изображен дизель-молот в конце подготовки к рабочему ходу.

Дизель-молот содержит цилиндр 1, в котором выполнены газообменные окна 2, 3 и продольный паз 4, в котором размещен крюк 5 поршня 6 с камерой сгорания 7. К средней части цилиндра 1 жестко прикреплен ползун 8, который подвижно соединен с копром 9. В нижней части цилиндра 1 расположен шабот 10, неподвижно закрепленный на свае 11, с камерой сгорания 12 и заплечиками 13. К шаботу 10 жестко прикреплена направляющая 14 цилиндра 1, подвижно соединенная с ползуном 8. Между ползуном 8 и упором 15, который расположен в верхней части направляющей 14, установлена пружина 16.

Дизель-молот работает следующим образом.

1. Запуск:

а) поршень 6 поднимается за крюк 5 (при помощи лебедки, которая входит в состав копра 9 как стандартное оборудование) сначала до упора в дно цилиндра 1, а затем совместно с цилиндром 1 до момента, когда начинается движение сваи 11 вверх, после чего движение поршня прекращается;

б) в момент начала движения сваи 11 вверх поршень 6 сбрасывается (лебедка отцепляется от поршня) - поршень 6 и цилиндр 1 двигаются вниз под действием собственной силы тяжести и силы упругости пружины 16 и приходят в соприкосновение с шаботом 10;

в) в момент соприкосновения цилиндра 1 (масса которого, например, равна 500 кг) и заплечиков 13 шабота 10 происходит удар (при этом сила упругости пружины 16 равна нулю, что обеспечивается соответствующей ее установкой), в результате которого свая 11 заглубляется, цилиндр 1 перемещается вместе с шаботом 10, а поршень 6 продолжает движение вниз по инерции;

г) одновременно с этим в полости А, образованной верхним основанием поршня 6, камерой сгорания 7, боковой поверхностью и дном цилиндра 1 происходит медленное расширение (давление внутри полости мало отличается от атмосферного), а в полости Б, образованной верхним основанием шабота 10, камерой сгорания 12, боковой поверхностью цилиндра 1 и нижним основанием поршня 6, происходит продувка-наполнение, по окончании которой начинается процесс сжатия;

д) в конце процесса сжатия в полости Б (фиг. 2), когда расстояние между нижней кромкой поршня 6 и верхней кромкой шабота 10 составляет, например, 0,001-0,002 м, в камеру сгорания 12 подается порция топлива и начинается процесс смесеобразования;

е) в конце процесса смесеобразования (фиг. 3) происходит соприкосновение поршня 6 (масса поршня должна быть сопоставима с массой цилиндра) и шабота 10, в результате чего следует удар, обеспечивающий заглубление сваи 11, одновременно с этим начинается горение топливо-воздушной смеси, а сила давления образовавшихся продуктов сгорания обеспечивает подъем поршня 6 и дополнительное заглубление сваи 11, при этом цилиндр 1 двигается вниз под действием силы собственного веса и силы упругости пружины 16, которая деформируется через упор 15 и направляющую 14 в результате отрыва цилиндра 1 от заплечиков 13 шабота 10;

ж) движение цилиндра 1 прекращается (фиг. 4) (под действием пружины 16) после того как расстояние от нижнего среза цилиндра до верхней кромки шабота 10 достигнет минимального значения (например, 0,25-0,35 м), после чего цилиндр 1 опускается на заплечики 13 шабота 10 (фиг. 5) до того как поршень 6 откроет газообменное окно 2.

Таким образом, дизель-молот запущен.

2. Подготовка к рабочему ходу:

а) после открытия газообменного окна 2 (фиг. 6) в полости Б протекают процессы выпуска и продувки-наполнения, а в полости А продолжается процесс продувки-наполнения, по окончании которой начинается процесс сжатия, при этом поршень 6 движется вверх по инерции, цилиндр 1 покоится;

б) в ходе процесса сжатия в полости А (например, когда расстояние между поршнем 6 и дном цилиндра 1 станет меньше, чем 0,03-0,04 м) цилиндр 1 под действием силы давления сжимаемого воздуха начинает перемещаться вверх;

в) в конце процесса сжатия в полость А (см. фиг. 7) (например, когда расстояние между поршнем 6 и дном цилиндра 1 уменьшится до 0,006-0,008 м, а расстояние от нижнего среза цилиндра 1 до верхней кромки шабота 10 будет ориентировочно 0,36-0,38 м) подается порция топлива и осуществляются процессы смесеобразования и сгорания топливо-воздушной смеси, а в полости Б продолжается процессы выпуска и продувки-наполнения, при этом под действием силы давления образующихся продуктов сгорания скорость движения поршня 6 резко замедляется и меняет свое направление, а скорость движения цилиндра 1 резко увеличивается, причем свая 11 покоится, удерживаемая на месте силой трения боковой поверхности о грунт;

г) после открытия газообменного окна 3 в полости А начинаются процессы выпуска и продувки-наполнения, а в полости Б продолжается продувка-наполнение, при этом по инерции поршень 6 движется вниз, а цилиндр 1 вверх;

д) движение цилиндра 1 прекращается (фиг. 8) (под действием пружины 16), когда расстояние от нижнего среза цилиндра до верхней кромки шабота 10 достигнет минимального значения (например, 0,20-0,22 м), после чего цилиндр 1 начинает двигаться вниз (под действием пружины 16), поршень 6 продолжает двигаться вниз по инерции, при этом свая 11 покоится, удерживаемая на месте силой трения боковой поверхности о грунт.

Таким образом, система готова к рабочему ходу.

3. Рабочий ход:

а) поршень 6, двигаясь вниз по инерции, и цилиндр 1, двигаясь вниз под действием силы упругости пружины 16, приходят в соприкосновение с шаботом 10;

б) момент соприкосновения цилиндра 1 и шабота 10 см. п. 1.в;

в) одновременно с этим в полости А и Б продолжается продувка-наполнение, после окончания продувки-наполнения в полости Б в ней начинается процесс сжатия;

г) далее работа дизель-молота осуществляется в соответствии с пп. 1.д-1. ж.

Таким образом, заканчивается рабочий ход и начинается обратный ход.

Применение предложенного устройства позволит повысить производительность за счет увеличения средней скорости движения поршня, а также за счет воздействия на сваю не только ударом поршня, но и цилиндра, масса которого сопоставима с массой поршня. Этот эффект достигается применением шабота с заплечиками и жестко прикрепленной направляющей с упором в верхней части, ползуна, который жестко связан с цилиндром и подвижно с копром и дополнительно введенной направляющей, пружины, установленной между упором и ползуном, которая подвижно связывает цилиндр через ползун, упор и направляющую с шаботом, поршня с камерой сгорания в верхней части. Повышение производительности обеспечивает увеличение интенсивности погружения сваи на 20-25% в связи с увеличением частоты ударов по свае до 100 ударов/мин, (против 70 ударов/мин, у прототипа) при почти неизменной энергии единичного удара 725 кгм (против 800 кгм) и возможностью воздействия на сваю не только ударом поршня (371 кгм), но и цилиндра (725 кгм).