привод для механизированных инструментов

Формула изобретения

1. Привод для механического устройства, содержащий приемную камеру, ряд стволов, причем каждый ствол содержит множество отдельных метательных зарядов для выборочного взрыва, в котором газы, возникающие в результате выборочного взрыва, расширяясь, проходят в приемную камеру, которая включает реактивный затвор, расположенный в приемной камере, который динамически реагирует на изменения давления в приемной камере, и соединительный элемент, связанный с реактивным затвором для передачи энергии от динамического срабатывания реактивного затвора к механическому устройству.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что отдельные метательные заряды заключены в один или несколько патронов, включающих гильзу, множество отдельных снарядов, расположенных по оси внутри гильзы для создания рабочего плотного контакта с каналом трубчатой гильзы.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что метательный заряд выполнен в виде цельного блока.

4. Привод по п.1, отличающийся тем, что воспламенение управляется электронным устройством, причем соответствующие метательные заряды связаны с капсюлями, которые включаются специальными сигналами воспламенения.

5. Привод по п.1, отличающийся тем, что реактивный затвор является диафрагмой или поршнем, герметично соединенным с приемной камерой.

6. Привод по п.5, отличающийся тем, что диафрагма или поршень смещается в заданное положение.

7. Привод по п.1, отличающийся тем, что приемная камера съемно прикреплена к сборке патронов или стволов, содержащих метательные заряды.

8. Привод по п.1, отличающийся тем, что соединительное средство выбирается из группы, состоящей из плунжера, шатуна, жидкостного наноса и преобразователя.

9. Привод по п.1, отличающийся тем, что метательный заряд заключен в жесткий корпус.

10. Привод по п.7, отличающийся тем, что патрон содержит сборку стволов, каждый из которых включает множество раздельных зарядов, отделенных друг от друга соответствующими снарядами.

11. Привод по п.10, отличающийся тем, что каждый из снарядов содержит разделитель из двух частей, содержащий капсюль.

12. Привод по п.1, отличающийся тем, что взрыв метательного заряда служит для перемещения реактивного затвора из втянутого положения в расширенное положение.

13. Привод по п.12, отличающийся тем, что приемная камера имеет ряд выпускных отверстий, которые позволяют газам выходить из приемной камеры, когда реактивный затвор находится в расширенном положении.

14. Привод по п.13, отличающийся тем, что привод включает пружину для перемещения реактивного затвора из расширенного положения во втянутое положение.

15. Привод по п.1, отличающийся тем, что каждый ствол определяет ось ствола и каждый ствол включает множество отдельных снарядов, расположенных по оси.

16. Привод по п.1, отличающийся тем, что привод содержит управляющий механизм, причем управляющий механизм электрически соединен с капсюлем, который связан с соответствующим метательным зарядом, при этом управляющий механизм выборочно воспламеняет капсюли, таким образом выборочно взрывая метательные заряды.

17. Привод по п.16, отличающийся тем, что управляющий механизм воспламеняет капсюли специальными электронными сигналами.

18. Привод по п.16, отличающийся тем, что управляющий механизм одновременно воспламеняет метательные заряды во множестве стволов.

19. Привод по п.1, отличающийся тем, что метательные заряды разделены разделительными снарядами, при этом разделительные снаряды включают дополнительные клинообразные части, которые формируют уплотнение со стволом при воспламенении предшествующего метательного заряда.

20. Привод по п.1, отличающийся тем, что приемная камера предназначена для приема продуктов взрыва метательных зарядов.

21. Привод по п.20, отличающийся тем, что приемная камера включает сборную камеру и запорный клапан, выполненные таким образом, что продукты взрыва в приемной камере проходят через запорный клапан в сборную камеру.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к источнику питания, который обеспечивает энергией приводы различных механических устройств, например механизированных инструментов, а также к механизированным инструментам и способу обеспечения энергии для привода механизированных инструментов.

Настоящее изобретение, по крайней мере, в том, что относится к источнику питания, будет описано для использования при обеспечении энергией привода механизированных инструментов, хотя этот источник питания может использоваться для обеспечения энергией других механических устройств.

Механизированные инструменты могут приводится в действие различными источниками питания. Например, механическая мощность может обеспечиваться непрерывно электромоторами и пневматическими двигателями. Однако электромоторы и пневматические двигатели должны подключаться к электрическим и воздушным магистралям, соответственно. Хотя батареи и баллоны сжатого воздуха могут обеспечить передвижной источник питания, в целом такие передвижные источники питания не могут обеспечить большое количества энергии в короткое время. Такие двигатели, так же как линейные приводы, могут быть использованы для привода механизированных инструментов, требующих прерывистой подачи мощности, таких как дюбельные пистолеты, механические долота и т.п. Некоторые дюбельные пистолеты могут приводиться в действие взрывными патронами. Однако использование взрывных патронов особенно неудобно там, где требуется длительная повторяющаяся работа, так как требуется частая перезарядка патронов.

Согласно изобретению получен источник питания, который может использоваться для привода различных механических устройств, например механизированных инструментов, который легко перемещается и способен давать достаточно большую мощность. В соответствии с настоящим изобретением разработан источник питания, обеспечивающий мощность для привода механического устройства, включающий приемную камеру и отдельные метательные заряды для выборочного взрыва, в котором газы, возникающие в результате выборочного взрыва, расширяясь, проходят в приемную камеру. Указанная приемная камера включает реактивный затвор, который динамически реагирует на изменения давления в приемной камере, при этом указанный источник питания дополнительно включает соединительный элемент, связанный с реактивным затвором для передачи энергии от динамического срабатывания реактивного затвора к механическому устройству.

Источник питания включает приемную камеру, в которую, расширяясь, могут поступать газы, возникающие при взрыве метательного взрывчатого вещества. Приемная камера принимает расширяющиеся газы и способна выдерживать в ней создаваемое давление. Приемная камера может быть изготовлена из любого подходящего материала, который способен удерживать расширяющиеся газы без существенной деформации, с тем, чтобы энергия, освобождающаяся при взрыве метательного взрывчатого вещества, передавалась к реактивному затвору. Для изготовления приемной камеры могут подойти литейные металлы, включая алюминий и сталь, или армированные пластические материалы.

Отдельные метательные пороховые заряды могут предпочтительно помещаться в одном или более патронах типа, описанного в международных патентных заявках No. PCT/AU94/00124 и PCT/AU96/00459. Такие патроны включают гильзу, множество отдельных снарядов, расположенных по оси внутри гильзы для плотного рабочего сцепления с каналом трубчатой гильзы, и отдельные метательные пороховые заряды.

Отдельные снаряды могут иметь любую подходящую форму, чтобы обеспечивать уплотнение с каналом гильзы и обеспечивать выборочный взрыв метательных пороховых зарядов.

Метательный пороховой заряд может иметь форму цельного блока или он может быть заключен в металлический или другой жесткий корпус, который может включать встроенный капсюль, содержащий внешнее контактное средство, приспособленное для замыкания контакта с установленным перед ним электрическим контактом, связанным с корпусом. Например, капсюль может быть снабжен пружинным контактом, который может быть отведен, чтобы обеспечить вставку заключенного в корпус заряда в гильзу и подпружинить в отверстии при выравнивании с этим каналом для создания рабочего контакта с его ответным контактом гильзы. При желании корпус может быть расходуемым или он может химически содействовать горению метательного взрывчатого вещества.

Каждый разделитель снарядов может включать головку и средство расширения, по меньшей мере, для частичного ограничения пространства взрывчатого вещества. Средство расширения может включать блок прокладки, которым проходит в заднем направлении от головки снаряда и примыкает к соседнему блоку снаряда.

Блок прокладки может проходить через пространство, заполненное зарядом взрывчатого вещества, и головку снаряда, посредством чего сжимающие нагрузки передаются непосредственно через примыкающие соседние блоки прокладок. В такой конфигурации блок прокладки может обеспечивать дополнительную опору средству расширения, которое может представлять собой тонкую цилиндрическую заднюю часть головки снаряда. Более того, средство расширения может создавать плотный рабочий контакт с каналом гильзы, чтобы исключить протечку продуктов горения через головку снаряда.

Блок прокладки может включать жесткое кольцо, расширяющееся наружу для создания плотного контакта между тонкой цилиндрической задней частью мягкой головки снаряда и каналом гильзы, так чтобы осевые сжимающие нагрузки передавались непосредственно между блоками прокладок, исключая, таким образом, деформацию прокладки снаряда.

На блоке прокладки и головке прокладки снаряда, соответственно, могут быть расположены взаимно дополняющие друг друга клинообразные поверхности, посредством чего передняя часть прокладки снаряда входит в контакт с каналом гильзы в ответ на относительное осевое сжатие между средством прокладки и передней частью прокладки снаряда. При такой конструкции передняя часть прокладки снаряда и блок прокладки могут быть заряжены в ствол, и там после осевого смещения должны будут обеспечить хорошее уплотнение между передней частью прокладки снаряда и стволом. Соответственно, средство расширения обеспечивает сцепление с каналом ствола.

Головка снаряда может иметь конусообразное отверстие на своем заднем конце, в которое входит дополнительная коническая центрирующая пробка, расположенная на переднем конце блока прокладки, при этом относительное осевое перемещение между передней частью прокладки снаряда и дополнительной конической пробкой создает радиальное усилие, которое должно быть приложено к передней части прокладки снаряда.

Гильза может быть неметаллической, и стенка гильзы может включать вырезы, которые могут полностью или частично вмещать средство воспламенения заряда. В этой конфигурации в гильзе размещаются электрические провода, которые обеспечивают электрическую связь между устройством управления и средством воспламенения. Эта конфигурация может использоваться для одноразовых гильз в сборе, имеющих ограниченный ресурс стрельбы, средство воспламенения и управляющий провод или провода, которые могут быть изготовлены за одно целое с гильзой.

Альтернативно, гильза патрона может включать отверстия для воспламенения заряда, и средства воспламенения располагаются снаружи гильзы и рядом с указанными отверстиями. Гильза может быть окружена неметаллической внешней оболочкой, которая может образовывать патрубок, включающий вырезы, предназначенные для помещения в них средств воспламенения. Внешняя оболочка может также вмещать электрические провода, которые обеспечивают электрическую связь между устройством управления и средством воспламенения. Внешняя оболочка может быть изготовлена в виде гильзы из многослойного пластика, который может включать слой печатной платы для средства воспламенения.

Патрон может содержать расположенные рядом метательные пороховые заряды, которые отделены друг от друга и расположены на определенном расстоянии друг от друга по оси с помощью установочного средства, отдельно от прокладок снарядов, и каждая прокладка снаряда может включать расширяющееся средство уплотнения для создания рабочего уплотнения со стенкой гильзы. Установочное средство может представлять собой метательный пороховой заряд между соседними прокладками снарядов, а средство уплотнения, соответственно, включает на каждой прокладке снаряда часть, содержащую юбку, которая расширяется наружу при загрузке в гильзу. Загрузка в гильзу может быть применена во время установки прокладки снаряда или после загрузки, например, путем забивки, чтобы объединить столбик прокладок снарядов и метательных пороховых зарядов, или она может быть результатом взрыва внешнего метательного порохового заряда, в частности соседнего внешнего метательного порохового заряда.

Задний конец прокладки снаряда может включать юбку вокруг сужающегося внутрь выреза, например конического выреза или частично сферического выреза, или тому подобного, в который входит часть метательного порохового заряда и вокруг которого при перемещении прокладки снаряда назад происходит радиальное расширение юбки снаряда. Это перемещение назад может произойти путем сжатия, вызванного заклинивающим перемещением назад прокладки снаряда вдоль передней части метательного порохового заряда, оно может произойти в результате тока металла от относительно массивной передней части прокладки снаряда к ее менее массивной части, содержащей юбку.

В качестве альтернативы, прокладка снаряда может быть снабжена расходящимся к задней части периферийным уплотняющим фланцем или кольцом, отклоняющимся наружу для создания плотного контакта с каналом гильзы в ответ на движение прокладки снаряда в заднем направлении. Кроме того, уплотнение может быть создано путем вставления прокладки снаряда в нагретую гильзу, которая при охлаждении плотно обжимает соответствующие уплотняющие части прокладки. Прокладка снаряда может содержать относительно жесткую часть в виде оправки, помещенную около метательного порохового заряда, которая взаимодействует с деформируемой кольцевой частью, которая может быть запрессована вокруг оправки, чтобы сформировать единую прокладку снаряда, которая основана на токе металла между передней частью прокладки снаряда и ее хвостовой частью, для расширения наружу вокруг части с оправкой с созданием плотного контакта с каналом гильзы.

Прокладка снаряда может включать расширяющуюся в заднем направлении поверхность, поддерживающую вокруг нее уплотняющее кольцо и приспособленную для радиального расширения до плотного контакта с каналом гильзы при перемещении прокладки снаряда вперед через гильзу. В такой конфигурации предпочтительно, чтобы метательный пороховой заряд имел цилиндрическую переднюю часть, которая примыкала бы к плоской концевой поверхности прокладки снаряда.

Электрическое воспламенение для последовательного воспламенения метательных пороховых зарядов сборки стволов может предпочтительно включать стадию воспламенения переднего метательного порохового заряда путем посылки сигнала воспламенения через уложенные столбиком снаряды и воспламенения переднего метательного порохового заряда, чтобы установить на боевой взвод следующий пороховой заряд для его приведения в действие следующим сигналом воспламенения. Соответственно, все замыкающие метательные пороховые заряды, расположенные в заряженной гильзе, приведены в безопасное состояние путем вставки соответствующих изолирующих предохранителей между нормально замкнутыми электрическими контактами.

Воспламенение метательного взрывчатого вещества может быть достигнуто электрическим способом. В другом варианте воспламенение управляется электронным устройством, причем соответствующие метательные заряды связаны с капсюлями, которые реагируют на специальные сигналы воспламенения. Например, капсюли в уложенных метательных зарядах могут быть включены последовательно, что позволяет увеличить ширину импульсов воспламенения, при этом электронное устройство управления может выборочно посылать импульсы воспламенения увеличенной ширины, чтобы последовательно воспламенять метательные заряды в выбранном порядке по времени. Однако предпочтительно, чтобы метательные заряды воспламенялись сигналом установленной ширины импульса, а взрыв переднего метательного заряда устанавливает на боевой взвод следующий метательный заряд для его приведения в действие следующим выданным импульсом. Соответственно, в таких вариантах все замыкающие метательные заряды, расположенные в заряженном стволе, приведены в безопасное состояние путем вставки соответствующих изолирующих предохранителей между нормально замкнутыми электрическими контактами, причем предохранители установлены так, чтобы они перегорали при передаче соответствующего сигнала включения, позволяя контактам замкнуться, и таким образом каждый изолирующий предохранитель открыт для воспламенения переднего метательного заряда.

Пороховые заряды взрываются выборочно, чтобы поддерживать давление в приемной камере. В определенных вариантах один взрыв будет соответствовать одному циклу работы механического устройства или механизированного инструмента, как, например, в случае механического долота или ему подобного. В других вариантах приведение в действие механического устройства или механизированного инструмента может происходить, если давление в приемной камере выше предварительно установленной величины, и если давление падает ниже этой предварительно установленной величины, взрывается следующий пороховой заряд, чтобы поддерживать давление выше этой предварительно установленной величины. В таких вариантах механическим устройством или механизированным инструментом управляет спусковой механизм, и пороховые заряды взрываются автоматически.

Реактивный затвор может представлять собой диафрагму или это может быть поршень, плотно вставленный с возможностью скольжения в приемную камеру или ее часть. Диафрагма может быть плоской или диафрагмой гофрированного типа, которая может быть упругой, чтобы она возвращалась в заданное положение после срабатывания. Диафрагма может смещаться в заданное положение любым подходящим средством, таким как пружина или газами газовой камеры.

В приемной камере могут собираться использованные материалы, такие как разделители снарядов или другие отходы, связанные с взрывом взрывчатого метательного заряда, или использованные материалы могут быть удалены другим образом через устройство клапана, которое остается закрытым, пока расширение взрывчатого метательного вещества действует на реактивный затвор. В одном варианте приемная камера съемно соединена со сборкой стволов. Средство включения приспособлено для выборочной стрельбы каждым снарядом или выбранным количеством снарядов одновременно или последовательно, посредством чего рабочее усилие рабочего органа или его длительность действия может выборочно изменяться. Средство включения может быть связано со съемной обоймой или приемной камерой. Патрон может быть перезаряжаемым или одноразовым выбрасываемым патроном.

Соединительное средство может представлять собой плунжер, который передвигается реактивным элементом. Альтернативно, соединительное средство может быть шатуном, или оно может быть жидкостным насосом, или другим преобразователем, приводимым в действие реактивным элементом.

Преобразователь также может непрерывно передавать крутящий момент к механическому устройству или механизированному инструменту или передавать комбинацию линейного усилия и крутящего момента, как в бурильном молотке или ему подобном инструменте.

Преимущественно настоящее изобретение обеспечивает источник питания, который может быть использован в разнообразных механизированных инструментах, таких как молотковые долота, буры, бурильные молотки, пилы, фрезерные машины, угловые шлифовальные машины, шлифовальные машины, включая ленточные и вибрационные машины, дюбельные пистолеты, садовые и сельскохозяйственные машины, такие как цепные пилы, измельчители, садовые плуги, машины для подрезки живой изгороди и другие режущие орудия, смешивающие устройства, планировщики, молоты для обработки бетона, шлифовальные, полировочные станки, гайковерты, гайконарезные станки, молотки, трамбовки и т.д.

Чтобы легче понять и практически использовать это изобретение, далее приводится его описание со ссылками на сопровождающие чертежи, иллюстрирующие типичный вариант изобретения, на которых

фигура 1 - схематический вид поперечного сечения источника питания для механизированного инструмента,

фигура 2 соответствует фигуре 1, но на ней показана головная часть, отделенная от патрона,

фигура 3 - типичный вид в разрезе блока из двух сборок стволов.

Привод 10, показанный на фигуре 1, содержит приемную камеру расширения 11, сформированную с соединением байонетного типа 12 на ее хвостовом конце для соединения с корпусом патрона 13, который содержит сборку стволов 14. Реактивный поршень 15 плотно и с возможностью скольжения поддерживается в передней концевой части приемной расширительной камеры 11. Поршень 15 движется в приемной расширительной камере 11 плунжером 16, совершающим возвратно-поступательное движение в расширительном корпусе 17.

Пружина смещения 18 поддерживается в расширительном корпусе 17 для смещения поршня 15 в отведенное положение, как показано на фигуре 2. В этом положении поршень закрывает выпускные отверстия 20, предусмотренные в приемной расширительной камере 11. Как показано на чертеже, рабочая рукоятка 21 со спусковым механизмом соединена с корпусом патрона 13 вместе с регулируемыми элементами управления, обозначенными общей позицией 22, которые могут устанавливаться вручную, чтобы достичь желаемого режима стрельбы.

Например, устройство управления может быть установлено так, чтобы воспламенить один метательный заряд 30 при каждом нажатии спускового крючка, или оно может одновременно взрывать выбранное количество метательных пороховых зарядов 30 из передних комплектов зарядов 23 в стволах 14. Альтернативно, устройство управления может быть установлено так, чтобы взрывать ряд взрывчатых метательных зарядов 30 из одного или множества стволов и с такой скорострельностью, которая обеспечивает более длительное или повышенное давления в приемной расширительной камере 11. Можно видеть, что задний открытый конец приемной расширительной камеры 11 соединен с открытым передним концом 24 каждого из стволов в сборе 14, которые выпускают газы высокого давления непосредственно в приемную камеру в направлении поршня 15.

У основания камеры 11 имеется коническое отверстие 25, ведущее к контейнеру-сборнику 26 через запорный клапан 27. Использованные разделители снарядов или другие отходы могут проходить в контейнер-сборник 26 через запорный клапан 27, который может управляться вручную, или он может быть соединен с плунжером 16 для автоматического открытия, например, при обратном ходе плунжера 16, как показано на фигуре 2.

При взрыве выбранного заряда 30 давление в приемной камере, возникающее от расширения газов взрывчатого метательного заряда 30, перемещает поршень 15 вперед из положения 28, показанного пунктирными линиями на фигуре 1, до тех пор, пока поршень 15 не пройдет мимо выпускных отверстий 20, разрешая выход отработанных пороховых газов.

На фигуре 3 видно, что каждый ствол в сборе 14 содержит множество разнесенных зарядов 30, состоящих из двух частей с разделителями снарядов 31, каждый из которых содержит капсюль 32. Каждый капсюль 32 электрически соединен с соответствующим проводником 33 системы управления, находящимся в изолированном состоянии в пространстве между соседними стволами в сборе 14, поэтому их воспламенение может управляться электронным средством в устройстве управления 22.

Из фигуры 3 также видно, что все проводники 33 идут от соответствующих контактов 35, расположенных позади и вне закрытого конца 36 каждой сборки стволов и выходят к механизму управления 22 в виде пучка изолированных или разделенных проводов.

Каждый отдельный снаряд 31 включает плоскую носовую часть 50, которая содержит расходящееся назад коническое отверстие 51, предназначенное для приема дополнительной конической передней части 52 хвостовой части 53, в которой смонтирован капсюль 32. Снаряды 31 могут быть изготовлены из алюминия или другого легкого материала, включая пластики или керамические материалы, и, как было описано в нашей ранее поданной международной заявке, действие этого снаряда основано на радиальном расширении носовой части 50 благодаря относительному осевому сцеплению между носовой частью 50 и дополнительной хвостовой частью 43 для создания плотного контакта со стволом 29.

С этой целью каждый метательный заряд 30 выполнен в форме цельного блока с тем, чтобы неподвижно удерживать хвостовую часть 53 в собранном положении в стволе 14.

При использовании, когда заряд 30 воспламеняется в собранном стволе 14, газы выходят из ствола и входят в приемную расширительную камеру 11, и резко повышают давление в этой камере, заставляя поршень 15 двигаться вперед, приводя в движение плунжер 16, пока не откроются выпускные отверстия 20, обеспечивая выход газов порохового заряда в атмосферу, а поршень 15 возвращается в свое отведенное положение под действием возвратной пружины 18.

Движение плунжера 16 используется для приведения в действие соответствующего механизированного инструмента или устройства. С этой целью передний конец привода 10 может быть снабжен соединительным устройством для соединения с механизированным инструментом, чтобы обеспечить необходимый привод. Предусмотрена опорная рукоятка 39. Обычно она расположена в точке равновесия для удобства использования механизированного инструмента с этим приводом.

Можно видеть, что заряды 30 сравнительно велики по сравнению со снарядами 31, которые при работе действуют лишь как уплотнения между метательными пороховыми зарядами 30. Кинетическая энергия каждого снаряда 31 при выстреле не используется для приведения в действие плунжера 16. Размер и тип заряда 30 может изменяться в зависимости от показателя характеристик мощности плунжера 16.

Отдельные снаряды могут удерживаться в нужном положении в стволе с помощью любого подходящего средства, например их можно располагать против внутренних позиционирующих ребер или канавок в стволе, или с помощью стопорных колец или прокладок, размещенных между снарядами 31. Кроме того, может быть также использовано обратное заклинивание, как описано в наших предыдущих патентных заявках.

Обращаясь к стволу в сборе 40, показанному на фигуре 4, можно видеть, что каждый метательный пороховой заряд 42 заключен в пластиковый трубообразный корпус 43, который имеет отверстие в передней стенке 44, через которое пороховые газы проходят вперед через ствол 45 в приемную расширительную камеру 11. В то же время, ограниченная упругость трубчатой стенки 46 корпуса 43 приводит к ее расширению и созданию герметичного уплотнения со стволом 45, предотвращая проход существенного объема газов к хвостовому пороховому заряду, которые могли бы вызвать воспламенение этого заключенного в корпус хвостового заряда 30. Использованный корпус 43 будет сжиматься задней поверхностью поршня или другим затвором расширительной камеры 11. Воспламенение метательных пороховых зарядов 42 может быть осуществлено через установленный снаружи ствола капсюль электрически через разнесенные кольцевые контакты, расположенные вокруг корпуса 43 и контактирующие с соответствующими группами контактов в стволе 45. Как показано на чертеже, передняя стенка 44 корпуса 43 имеет небольшую толщину, так что она будет легко разрушена взрывом метательного взрывчатого вещества 42 для выталкивания находящегося перед ним снаряда 21 из ствола.