способ многоступенчатого взвода, разгона, удара и установка ударного действия для его реализации при разрушении горных пород

Формула изобретения

1. Способ многоступенчатого взвода, разгона, удара снаряда в установке ударного действия, включающей ствол, размещенный в стволе снаряд, захват снаряда с тормозными колодками и привод захвата, свободно расположенные относительно друг друга в нерабочем состоянии, которые при взводе взаимно соединяют и перемещают внутри ствола под действием гидравлического потока двигателя, приводом которого служит гидравлический поток насоса базовой машины, а при разгоне - последовательно ступенчато разъединяют, исключая реактивные силы между ними, при этом приводные потоки всех узлов осуществляют преобразованием потенциальной энергии гидравлического потока двигателя в кинетические, которые в момент начала разгона снаряда полностью разделяют, отличающийся тем, что при взводе, одновременно с перемещением снаряда, перемещают ствол относительно стойки установки с помощью общего приводного энергетического потока, при этом скорость перемещения ствола при взводе превышает скорость перемещения поршня двигателя привода ствола в не менее чем два раза, в зависимости от кратности мультипликатора, а при разгоне скорость перемещения снаряда увеличивают путем суммирования перемещений всех узлов, причем скорость перемещения снаряда к моменту остановки ствола пропорциональна отношению массы ствола и массы снаряда и ее увеличивают еще за счет энергии собственного аккумулятора снаряда.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для управления снарядом используют логический контроллер или электромеханическую релейную схему.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве аккумулятора снаряда, образованного внутренним приводным источником, используют пневмомеханический, или пневматический, или гидромеханический источник.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в конструкциях, устанавливаемых на маломощных базовых машинах в качестве аккумулятора снаряда, образованного внешним энергетическим источником, используют пневматические, пороховые источники или двигатели внутреннего сгорания.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что увеличение среднеквадратичной скорости снаряда осуществляют оптимизацией инерционной силы, создаваемой массой внутренней подпружиненной болванки - при изготовлении и величиной ее зазора внутри снаряда, который должен быть равным половине хода поршня двигателя снаряда.

6. Установка ударного действия для реализации этого способа по п.1, включающая двигатель ствола, установленный на рукояти, соединенной со стойкой с опорным шипом, жестко соединенный с переходником ствол цилиндрической формы, имеющий верхнюю и нижнюю крышку с отверстием для инструмента, гидропривод, состоящий из двигателя, поршневая полость которого соединена с гидравлическим мультипликатором, а штоковая - с магистралью насоса и поршневой полостью захвата, выполненного в виде тормозного цилиндра одностороннего действия с двумя поршнями, штоки которых жестко соединены с тормозными колодками, и установленного внутри хвостовика бойка, глубина отверстия которого должна быть не менее суммы высоты захвата и хода штока двигателя, причем боек жестко соединен с инструментом, имеющим глухую внутреннюю полость, в которой свободно уложена свинцовая дробь, и, вместе с пружинами, аккумулирующими энергию, образует снаряд, систему управления движением снаряда, состоящую из гидравлического золотникового распределителя, управляемого электрогидравлическим пилотом, индукционные катушки которого соединены с электронно-электрическим блоком усиления и подачи сигнала на них при помощи датчиков положения на торце захвата и на нижней крышке двигателя и соединенных с блоком управления и источником питания проводами, отличающаяся тем, что в проушине штока поршня ствола установлена ось, на которой на подшипниках качения расположены параллельно друг другу звездочки, связанные с помощью пластинчатых цепей со звездочками, установленными на концах щита, боковые поверхности которого являются направляющими для проушин ствола, а сам щит жестко соединен с переходником и снабжен двумя, перпендикулярно установленными кронштейнами, верхний из которых жестко соединен с двумя парами проушин, одна из которых для фиксации щита на рукояти, другая - для присоединения толкателя гидромеханической кнопки, состоящей из вилки, выполненной в виде нижней и верхней полок, установленных подвижно на одной из боковых сторон щита, и проушины с наружной стороны продольной пластины, соединенной при помощи пальца с проушиной штока толкателя, вторая проушина которого шарнирно соединена с кронштейном щита.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что система управления дополнительно содержит два двухпозиционных распределителя для двигателя ствола, раздельно соединенных с его поршневой и штоковой полостями, и два двухпозиционных распределителя, аналогично соединенных с полостями толкателя гидромеханической кнопки, при этом датчик верхнего положения установлен на верхней полке вилки и соединен через блок управления с катушкой распределителя штоковой полости двигателя ствола и последовательно с катушкой распределителя поршневой его полости, а датчик нижнего положения соединен через блок управления, выполненный в виде логического контроллера и бортового компьютера, с катушкой распределителя штоковой полости толкателя и через таймер - последовательно со второй катушкой этого же распределителя, а на нижней полке установлен дополнительный датчик, который попарно соединен через блок управления при его замыкании - с катушкой распределителя штоковой полости двигателя ствола и последовательно с катушкой распределителя штоковой полости двигателя снаряда, а при его размыкании - с катушкой распределителя штоковой полости двигателя ствола и одновременно с катушкой распределителя штоковой полости снаряда.

8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что система автоматического управления снарядом выполнена в виде электромеханической релейной схемы, при этом на нижней полке гидромеханической кнопки установлено три клеммы, центральная из которых соединена с источником питания и выполнена в виде опоры с шарнирно подпружиненной планкой, концы которой снабжены контактами, один из которых соединен проводами с катушкой распределителя штоковой полости двигателя снаряда и одновременно с катушкой распределителя штоковой полости двигателя ствола, а другой соединен проводами с катушкой этого же распределителя и последовательно - с катушкой распределителя штоковой полости двигателя снаряда.

9. Установка по п.6, отличающаяся тем, что аккумулятор энергии снаряда выполнен в виде нескольких рядов пружин, установленных параллельными рядами по окружности внутри бойка.

10. Установка по п.6, отличающаяся тем, что соединение нижней крышки со стволом и верхней крышкой осуществляют с помощью шпилек, зафиксированных гайками, подпружиненными тарельчатыми шайбами на нижней и верхней крышках.

11. Установка по п.6, отличающаяся тем, что внутренние полости всех гидравлических узлов могут быть выполнены одинакового диаметра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аккумуляторам энергии машин ударного действия и системам управления снарядом при ударе. Установка может применяться для разрушения, дробления и уплотнения различных материалов в горной, строительно-дорожной, металлургической и оборонной отрасли промышленности. Способ может быть реализован на экскаваторах, кранах, погрузчиках, имеющих гидравлическую систему управления, на мобильных машинах для проходки туннелей в скалистых породах, при разрушении покрытий на машинах разграждения типа ИМР-2,3 на базе танков Т-72, Т-90 на стационарных машинах типа дробилок, кузнечных молотах и многих других.

Машины ударного действия широко представлены в вышеперечисленных отраслях. По способу аккумулирования энергии они разделяются на гравитационные, механические, пневматические, гидравлические, гидропневматические, электрические, вакуумные и взрывомеханические, а по способу нагружения инструмента на две группы - с забиваемым и падающим инструментом. Гравитационный способ аккумулирования энергии позволяет достигать больших значений энергии единичного удара порядка нескольких сотен КДж, но частота его нанесения незначительна. В конструкциях молотов модели Д-500 фирмы «Эрроу» взвод осуществляется гидроцилиндром через мультипликатор, позволяющим увеличить частоту и уменьшить габаритные размеры, но разгон снаряда - только под прямым углом к объекту разрушения и при разрыве кинематической связи снаряда с приводом - появляются реактивные усилия. При механическом способе взвода и разгона снаряда с помощью шатунно-кривошипых механизмов частота нанесения ударов может достигать 10 Гц, но энергия единичного удара мала и реактивная сила удара передается на привод. При механическом способе взвода и гравитационно-механическом способе разгона бойка (1) частота ударов может достигать 12 Гц, реактивные силы при отрыве снаряда от привода и при ударе по объекту обработки любой прочности полностью отсутствуют, но энергия единичного удара незначительна. При взрывном способе взвода и гравитационном способе разгона или гравитационно-пневматическом в конструкциях трубчатых дизельных молотов (2) энергия единичного удара может достигать 150 КДж, но ее дальнейшее форсирование за счет повышения давления невозможно. Пневматический способ взвода и разгона бойка получил большое распространение. Рабочее тело, сжатый воздух, воздействуя на поверхность бойка, перемещает его либо к инструменту, либо отводит от него, при этом он подготавливается в компрессоре и ресивере. Наиболее мощные навесные пневматические молоты имеют энергию единичного удара не более 3 кДж. Для ее увеличения требуется создание мощных компрессоров. Энергоносителем при взрывомеханическом способе разгона бойка могут быть как твердые ВВ, так и жидкое топливо (3). Они позволяют получать энергию единичного удара до 30 КДж, при этом взвод производится пневматическим энергетическим потоком. Из-за сложности конструктивного исполнения этот способ не получил широкого внедрения в промышленности. В настоящее время доминирующее положение занимают гидропневматические способы аккумулирования энергии. Конструкции молотов отечественного и зарубежного машиностроения позволяют развить энергии единичного удара в пределах до 15 КДж и частоте их нанесения до (3-10) Гц. Все молоты с гидравлическими и гидропневматическими аккумуляторами энергии строятся по схеме с забиваемым инструментом, который для улучшения контакта с объектом разрушения подвергается статическому прижиму за счет приведенной массы базовой машины. Это усилие снижает напряжение в породе под инструментом и увеличивает среднюю скорость его проникновения. Теоретические обобщения этого изложены в докторской диссертации Галдина Н.С. (4). На основании ее положений разработаны ГОСТы на гидравлические молоты строительных экскаваторов. Известно большое разнообразие конструкций этого способа, например гидравлический механизм ударного действия (5), гидроударник для экскаваторов (6). В конструкциях этого способа взвод производится энергетическим потоком гидравлического насоса, а разгон бойка - двумя динамическими потоками: гидравлическим, пневматическим, газовым и одним статическим потоком усилия прижима постоянного значения от веса экскаватора, действующим совместно с низкочастотной вибрацией в пределах от 3 до 10 Гц. Благодаря этому происходит увеличение работы удара за счет увеличения средней скорости статико-динамического внедрения клина в грунт благодаря изменению пластичности грунта. Однако теоретически доказано, что оптимальными параметрами такого процесса является частота порядка не менее тысячи Гц при соответствующей возмущающей силе привода, т.е. главным фактором является частота, а наращивание энергии единичного удара является неэффективным. Диапазон частот порядка 10 Гц имеет незначительное влияние на процессы перевода грунтов (пород) в пластическое состояние в точке удара. Значительное влияние на эффективность удара оказывает энергия единичного удара, входящая в нее в квадратичной зависимости, а частота входит в линейной зависимости. Поэтому в молотах этих конструкций повышение эффективности ударного процесса не имеет никаких перспектив. Существующие инженерные конструкции с гидравлическими и гидропневматическими аккумуляторами энергии, кроме этого, имеют следующие недостатки. 1. Реакция от усилия в точке контакта инструмента с породой передается через рукоять, стрелу на опорные катки экскаватора и разрушает соединительные пальцы, опоры и металлоконструкции. Это происходит из-за того, что данная реактивная сила зависит от времени прохождения ударной волны в горном массиве, которое может колебаться в пределах нескольких порядков. Поэтому прочностные расчеты этих конструкций являются некорректными, а сроки службы молота и экскаватора ограничиваются одним, двумя сезонами работы. 2. Использование гидравлического потока насоса экскаватора для разгона бойка снижает вязкость масла и приводит к преждевременному износу гидроаппаратуры. 3. Высокая стоимость молота составляет в пределах до половины стоимости экскаватора. 4. Полное отсутствие ремонтопригодности основных деталей молота, так как боек и ствол притираются друг к другу совместно на специальных прецизионных станках. Из анализа работы различных машин ударного действия установлено, что коэффициент использования установленной мощности базовой машины достигает наибольших значений в конструкциях с падающим рабочим органом (3, стр.46). Они позволяют увеличивать скорости удара до (30-50) м/с, при которых в горных породах изменяются упругие свойства, приводящие к резкому увеличению эффективности разрушения. Эти конструкции более долговечны. Срок службы, например, кузнечных молотов, имеющих схему с падающим бойком, исчисляется десятилетиями из-за отсутствия связи бойка со стволом в момент удара по заготовке. Изнашиваются только верхний и нижний бойки, замена которых не вызывает трудностей. Прочностные расчеты конструкций кузнечных молотов являются корректными.

Обобщая анализ существующих способов аккумулирования энергии, следует отметить, что наилучшим аккумулятором для взвода снаряда или бойка является гидравлический поток базового насоса, а для разгона - все аккумуляторы имеют один общий и весьма существенный недостаток. Он заключается в том, что во всех конструкциях энергия аккумулятора (или нескольких аккумуляторов) направлена на увеличение скорости всей ударной массы сразу при величине ее перемещения, равной величине перемещения приводного потока. Если всю взводимую массу разбить на внутреннюю и наружную и взводить их одновременно, а разгонять разными энергетическими потоками, то общая величина перемещения внутренней массы увеличивается за счет суммирования ее собственного и относительного перемещений. Причем величину перемещения наружной массы можно дополнительно увеличить за счет применения скоростного полистпаста - пропорционально его кратности (7, стр.92). При разгоне внешняя масса вначале перемещается на суммарную величину ее взвода и за счет этого увеличивается ее начальная скорость. Далее на среднем участке она останавливается при одновременном отсоединении внутренней массы, скорость которой по закону сохранения количества движения увеличивается пропорционально отношению массы остановившегося наружного тела к массе продолжающего движение тела (8, стр.106-113). При одинаковых энергетических затратах предлагаемый способ аккумулирования энергии являются наиболее дешевым и эффективным, позволяющим постепенно увеличивать скорость разгоняемых масс. Кроме этого появляется возможность одновременного применения на разных стадиях разгона: и на внешней траектории снаряда, до встречи с объектом разрушения, и для движения снаряда по внутренней, после удара, внутри объекта обработки, траектории, других типов аккумуляторов. Необходимость форсировать значения энергетических потоков самого снаряда на начальной стадии разгона отпадает.

Известен способ взвода, разгона и удара снарядом, заложенный в конструкцию «Молот МАА для разрушения негабаритов горных пород» (9), принятый за прототип. Он заключается в том, что комплектующие узлы: тормозные колодки, захват, привод захвата, снаряд, ударная масса снаряда, свободно расположены относительно друг друга - один в другом в нерабочем состоянии. При взводе узлы взаимно соединяют и двигают внутри ствола, а при разгоне - последовательно ступенчато разъединяют без создания реактивных сил между ними. При этом приводные потоки всех узлов осуществляют за счет преобразования потенциальной энергии гидравлического потока насоса, создаваемого двигателем экскаватора. В момент начала разгона снаряда их полностью отделяют от приводного и, преобразуя потенциальную энергию в кинетическую, двигают снаряд внутри ствола. Этот способ взвода, в отличие от аналогов, имеет следующие преимущества. 1. Параметры каждого узла: масса, величина перемещения, его время, скорости движения и потребляемая энергия, строго рассчитаны в зависимости от его функциональной потребности. 2. Взвод снаряда осуществлен «рукой робота», обеспечивающей передачу многотонных усилий двигателя аккумулятору энергии, а режим работы энергоносителя полностью подчинен паспортным требованиям базовой машины. 3. Надежность и долговечность конструкции обеспечивается тем, что при разделении масс не возникают реактивные усилия между ними. 4. Устойчивая последовательность соединения и разъединения узлов создается благодаря применению системы управления движением снаряда. 5. После встречи снаряда с объектом обработки внутри него происходит движение свободно уложенной свинцовой дроби на величину внутреннего зазора за счет инерционной возмущающей силы, увеличивающей среднюю скорость снаряда внутри объекта разрушения. Тем не менее, способ прототипа не лишен следующих недостатков. 1. Количество разгоняемых узлов ограничено, ствол не движется при разгоне снаряда, из-за чего начальная скорость снаряда мала и его перемещение равно перемещению поршня двигателя. 2. Система управления снарядом при разгоне не имеет автоматической корректировки окончания внешней траектории снаряда в зависимости от его заглубления. 3. Величина энергетического потока аккумулятора ограничена из-за механической природы его происхождения. 4. Способ создания энергетического потока аккумулятора ограничен использованием только внутреннего потока базовой машины и не использует внешних источников. 5. Параметры возмущающей.инерционной силы, создаваемые внутренней ударной массой снаряда, не оптимизированы по геометрически возможным размерам конструкции.

1. В предлагаемом способе многоступенчатого взвода разгона и удара в установке ударного действия, включающей ствол, размещенный в стволе снаряд, захват снаряда с тормозными колодками и привод захвата, свободно расположенные относительно друг друга в, нерабочем состоянии, которые при взводе взаимно соединяют и перемещают внутри ствола под действием гидравлического потока двигателя, приводом которого служит гидравлический поток насоса базовой машины, а при разгоне - последовательно ступенчато разъединяют, исключая реактивные силы между ними, при этом приводные потоки всех узлов осуществляют преобразованием потенциальной энергии гидравлического потока двигателя в кинетические, которые в момент начала разгона снаряда полностью разделяют с целью дополнительного повышения скорости снаряда, при взводе, одновременно с перемещением снаряда, перемещают ствол относительно стойки установки с помощью общего приводного энергетического потока, при этом скорость перемещения ствола при взводе превышает скорость перемещения поршня двигателя привода ствола в не менее чем два раза в зависимости от кратности мультипликатора, а при разгоне скорость перемещения снаряда увеличивают путем суммирования перемещений всех узлов, причем скорость перемещения снаряда к моменту остановки ствола пропорциональна отношению массы ствола и массы снаряда, и ее увеличивают еще за счет энергии собственного аккумулятора снаряда.

2. В предлагаемом способе с целью управления снарядом на его внешней траектории движения и внутренней, после встречи с объектом обработки, используют логический контроллер или электромеханическую релейную схему.

3. Целью изобретения способа также является повышение эффективности работы аккумулятора энергии за счет того, что в качестве аккумулятора снаряда, образованного внутренним приводным источником, используют пневмомеханический, или пневматический, или гидромеханический источник.

4. Целью изобретения способа также является повышение эффективности его работы в конструкциях, устанавливаемых на маломощных базовых машинах в качестве аккумулятора снаряда, образованного внешним энергетическим источником, используют пневматические, пороховые источники или двигателей внутреннего сгорания.

5. Целью изобретения способа также является увеличение среднеквадратичной скорости снаряда, которое осуществляют оптимизацией инерционной силы, создаваемой массой внутренней подпружиненной болванки - при изготовлении - и величиной ее зазора внутри снаряда, который должен быть равным половине хода поршня двигателя снаряда.

6. В установке ударного действия для реализации этого способа по п.1, включающей двигатель ствола, установленный на рукояти, соединенной со стойкой с опорным шипом, жестко соединенный с передходником, ствол цилиндрической формы, имеющий верхнюю и нижнюю крышку с отверстием для инструмента, гидропривод, состоящий из двигателя, поршневая полость которого соединена с гидравлическим мультипликатором, а штоковая - с магистралью насоса и поршневой полостью захвата, выполненного в виде тормозного цилиндра одностороннего действия с двумя поршнями, штоки которых жестко соединены с тормозными колодками, и установленного внутри хвостовика бойка, глубина отверстия которого должна быть не менее суммы высоты захвата и хода штока двигателя, причем боек жестко соединен с инструментом, имеющим глухую внутреннею полость, в которой свободно уложена свинцовая дробь, и, вместе с пружинами аккумулирующими энергию, образует снаряд, систему управления движением снаряда, состоящую из гидравлического золотникового распределителя, управляемого электрогидравлическим пилотом, индукционные катушки которого соединены с электронно-электрическим блоком усиления и подачи сигнала на них при помощи датчиков положения на торце захвата и на нижней крышке двигателя и соединенных с блоком управления и источником питания проводами с целью создания скорости перемещения ствола в не менее чем два раза, в зависимости от кратности мультипликатора, превышающую скорость перемещения приводного потока при взводе, в проушине штока поршня ствола установлена ось, на которой на подшипниках качения расположены параллельно друг другу звездочки, связанные с помощью пластинчатых цепей со звездочками, установленными на концах щита, боковые поверхности которого являются направляющими для проушин ствола, а сам щит жестко соединен с переходником и снабжен двумя перпендикулярно установленными кронштейнами, верхний из которых жестко соединен с двумя парами проушин, одна из которых для фиксации щита на рукояти, другая - для присоединения толкателя гидромеханической кнопки, состоящей из вилки, выполненной в виде нижней и верхней полок, установленных подвижно на одной из боковых сторон щита, и проушины с наружной стороны продольной пластины, соединенной при помощи пальца с проушиной штока толкателя, вторая проушина которого шарнирно соединена с кронштейном щита.

Эта конструкция в сравнении с аналогами имеет следующие преимущества: 1. Соединение снаряда с приводом при взводе может осуществляться с усилиями от нескольких тс до сотен тс, в зависимости от требований конструкции, легко рассчитывается и реализуется. 2. Узлы привода разъединяются от снаряда без создания реактивных усилий. 3. Высокая надежность и эффективность работы деталей внутреннего узла захвата (тормозных колодок, поршней, пружин) определяются тем, что параметры прижимных усилий не изменяются при износе тормозных колодок в пределах четырех мм на радиус (восемь мм на диаметре) захвата, а время отсоединения при этом находится в пределах от 0,002 до 0,008 секунды. Эти значения создают мгновенность перехода от взвода к разгону. Продолжительность периода износа (до 4 мм) определяет время эксплуатации до замены тормозных колодок (которая производится элементарно просто, надежно и быстро). 4.Энергоноситель привода (масло) не испытывает при работе вредных воздействий, так как его скорость не превышает 2,5 м/с, которая является предельно допустимой для гидравлических масел по ГОСТам. Скорость масла в мультипликаторе двигателя - около 6 м/с и развивается в объеме поршневой полости (2 л), который можно менять независимо от объема бака экскаватора (200 л) в процессе эксплуатации. 5. Простота конструкции установки обеспечивает следующее: низкую стоимость изготовления (примерно в сто раз меньшую, чем стоимость аналогов), высокую степень ремонтопригодности узлов и деталей, низкие затраты на техническое обслуживание и ремонт и значительную продолжительность периода эксплуатации, превышающую на два, три порядка период работы молотов аналогов. 6. Надежность работы электронно-электрической системы управления, обусловленная тем, что прецизионные узлы и детали системы изготовлены на специализированных предприятиях по созданию гидравлической аппаратуры. Они сертифицированы и показали свою надежность во многих отраслях промышленности. Но, вместе с тем, конструкция не лишена следующих недостатков:

1. Скорость снаряда при его разгоне мала из-за того, что он разгоняется относительно неподвижного ствола только энергией аккумулятора, а величина внешней траектории разгона определяется только ходом поршня его двигателя. Траекторию можно увеличить за счет одновременного движения снаряда со стволом, а также и за счет увеличения перемещения ствола и его скорости с помощью механического мультипликатора. При этом согласованность их движений и остановок осуществить с помощью гидромеханической кнопки (образующей вместе с системой управления вторую руку робота).

2. Управление перемещением молота при каждом ударе осуществляется вручную машинистом при помощи рукоятки, управления или электрической кнопкой. Это неудобно, так как трудно визуально адаптироваться к изменениям заглубления инструмента.

3. Масса свободно уложенной свинцовой дроби внутри ствола не оптимизирована с геометрическими размерами снаряда и с технологией ударной обработки. Поэтому ее влияние на увеличение скорости снаряда внутри объекта обработки незначительно.

4. Большие размеры пружины аккумулятора энергии снаряда (диаметр прутка 30-50 мм, наружный диаметр 240-340 мм) обуславливают применение специализированных станков для их изготовления, а при эксплуатации сложно обеспечивать их применение с аккумуляторами другого энергетического происхождения.

5. Крепление нижней крышки не рассчитано на возможный случай передачи на нее удара при работе на слабых грунтах, когда заглубление инструмента может превысить установленную величину его перемещения на внутренней траектории снаряда.

7. Целью изобретения также является создание последовательных автоматических перемещений ствола, снаряда и ударной массы с гарантированными их остановками на внешней траектории движения снаряда за счет того, что система управления дополнительно содержит два двухпозиционных распределителя, аналогично соединенными с полостями толкателя гидромеханической кнопки, при этом датчик верхнего положения установлен на верхней полке вилки и соединен через блок управления с катушкой распределителя штоковой полости двигателя ствола и последовательно с катушкой распределителя поршневой его полости, а датчик нижнего положения соединен через блок управления, выполненный в виде логического контроллера и бортового компьютера, с катушкой распределителя штоковой полости толкателя и через таймер последовательно со второй катушкой этого же распределителя, а на нижней полке установлен дополнительный датчик, который попарно соединен через блок управления при его замыкании с катушкой распределителя штоковой полости двигателя ствола и последовательно с катушкой распределителя штоковой полости двигателя снаряда, а при его размыкании - с катушкой распределителя штоковой полости двигателя ствола и одновременно с катушкой распределителя штоковой полости снаряда.

8. Целью изобретения также является альтернативно возможное выполнение системы управления снарядом за счет того, что система автоматического управления снарядом выполнена в виде электромеханической релейной схемы, при этом на нижней полке гидромеханической кнопки установлены три клеммы, центральная из которых, соединенная с источником питания и выполненная в виде опоры с шарнирно подпружиненной планкой, концы которой снабжены контактами, один из них соединен проводами с катушкой распределителя штоковой полости двигателя снаряда и одновременно с катушкой распределителя штоковой полости, двигателя ствола, а другой соединен проводами с катушкой этого же распределителя и последовательно - с катушкой распределителя штоковой полости двигателя снаряда.

9. Целью изобретения также является упрощение изготовления аккумулятора энергии снаряда за счет того, что он выполнен в виде нескольких рядов пружин, установленных параллельными рядами по окружности внутри бойка.

10. Целью изобретения является также предохранение крепежных болтов нижней крышки за счет того, что соединение нижней крышки со стволом и верхней крышкой осуществляют с помощью шпилек, зафиксированных гайками, подпружиненными тарельчатыми шайбами на нижней и верхней крышках.

11. Целью изобретения также является максимальное удешевление конструкции за счет того, что внутренние полости всех гидравлических узлов могут быть выполнены одинакового диаметра.

Далее мы хотели бы несколько подробнее объяснить преимущества предлагаемого способа. В настоящее время широко известны преимущества разгона тел с переменной, непрерывно уменьшающейся массой (10) и выведены формулы К.Э.Циолковского для определения скорости ракеты. До реализации этого способа в инженерных разработках в сороковых годах прошлого века для разгона снарядов массой несколько тонн строились стволы пушек с массой более сотни тонн с целью увеличения дальности стрельбы до 20-50 км. Например, немецкие пушки на Ленинградском фронте. Нами предложен способ и один из вариантов его инженерного воплощения на самой универсальной базовой машине, отличие которого от ракет только в том, что снаряд не выходит за пределы ствола, а уменьшение разгоняемых масс - ступенчатое. Способ аналогов и их конструкции, таких фирм как Раммера, Круппа, Ниппона и других, молотов подобны вышеупомянутым немецким пушкам в том, что имеют низкую эффективность ударного действия в сравнении с потенциальными возможностями гидравлического привода, потолком которой является энергия единичного удара 15 КДж и большая масса - около 6000 кг, 90% которой - «мертвая». Для подтверждения реальности воплощения нашего способа приводим графики перемещений и скоростей основных движущихся элементов установки в период одного цикла удара снаряда и цикла заглубления ствола на максимальную величину. Анализ первого графика показывает, что перемещение ствола (молота) при взводе и разгоне равно перемещению поршня его двигателя, умноженному на кратность полистпаста, а перемещение снаряда - сумме перемещений ствола и цилиндра двигателя снаряда. Из анализа графика скоростей видно, что при малых скоростях поршней гидравлической системы привода (в пределах допустимых 2,5 м/с) скорость снаряда увеличивается на внешней траектории до 31 м/с, а на внутренней скорость его ударной массы (болванки) - до 310 м/с.

Устройство предлагаемой установки поясняется чертежами. На фиг.1, 2 представлены графики перемещений и скоростей основных узлов установки, на фиг.3 - схема установки в момент одновременного начала взвода снаряда и ствола (молота), на фиг.4 - схема установки в момент окончания взвода ствола и снаряда и начало их совместного разгона, на фиг.5 - схема установки в момент окончания разгона ствола и его остановки и продолжающегося движения снаряда перед первым ударом, на фиг.6 - схема установки в момент встречи с объектом обработки снаряда и в момент начала его движения по внутренней траектории при одновременном перемещении подпружиненной болванки внутри его после первого удара, на фиг.7 - схема установки в момент начала разгона перед последним ударом при заглублении инструмента снаряда, близком к максимальному, на фиг.8 - схема установки в момент последнего удара снаряда при максимальном заглублении ствола (молота), на фиг.9 - продольный разрез ствола молота по А-А на фиг.3, на фиг.10 - вид сверху установки с вырывом по оси штока двигателя ствола, на фиг.11 - гидравлическая схема установки МАА, на фиг.12 - схема управления снарядом с помощью логического контроллера, поставляемого с дисплеем (бортовым компьютером), на фиг.13 - альтернативная релейная электромеханическая схема автоматического управления снарядом, на фиг.14 - продольный разрез снаряда с внутренней подпружиненной массой.

Установка ударного действия для осуществления способа многоступенчатого взвода, разгона и удара снаряда состоит из следующих узлов: ствола 1 с проушинами 2, включающего нижнюю крышку 3 с отверстием в центре и верхнюю крышку 4 с цилиндрическим отверстием, соединенные между собой шпильками 5, с гайками 6, подпружиненными тарельчатыми шайбами 7, а проушины 2 жестко соединены с осями 8, выставленными внутри них параллельными рядами и снабженных подвижными роликами 9, снаряда 10 в виде стальной отливки, имеющего хвостовик с центральным отверстием 11, направляющий боек 12, с которым снизу соединен инструмент 13 с внутренней полостью заполненной подпружиненной болванкой 14, а на среднем диаметре бойка выполнены глухие отверстия, в которых расположены параллельными рядами пружины 15, аккумулирующие энергию снаряда при взводе; привода, состоящего из: основного двигателя 16 (для снаряда), установленного на верхней крышке с гидравлическим мультипликатором 17, захвата 18, соединенного со штоком двигателя 16, второго двигателя 19 (для перемещения ствола), установленного с помощью пальца 20 на рукояти 21 экскаватора (вместо цилиндра ковша) и в проушине штока 22 которого запрессована ось 23, на которой на подшипниках качения 24 установлены звездочки 25, соединенные с помощью пластинчатых цепей 26 со звездочками 27, подвижно установленные на неподвижных осях 28 но концам щита 29, жестко соединенного переходником 30 (для навесного съемного оборудования экскаватора) в средней части и имеющего кронштейн 31 снизу и кронштейн 32 (сверху) с консольной полкой, на которой жестко установлены сверху две проушины 33 для соединения через палец 34 с рукоятью и две проушины 35 снизу, соединенные пальцем 36 с толкателем 37, проушина штока 38 которого соединена пальнем 39 с проушинами 40 вилки 41, имеющей верхнюю полку 42 и нижнюю полку 43, при этом к боковым сторонам щита приварены направляющие полосы 44, а крепление концов пластинчатых цепей в кронштейнах 31 и 32 щита осуществлено с помощью жестко с ними соединенных шпилек 45 и гаек 46 (подтягиванием которых устраняется вытяжка цепей), а крепление концов цепей с проушинами ствола - фиксаторами 47. Переходник 30 жестко соединен со стойкой 48, снабженной сменным шипом 49, с помощью которой рукоять 21 экскаватора упирается в объект обработки и неподвижно поджимается его гидроцилиндрами. Система автоматического управления гидродвигателями включает пять двухпозиционных распределителей: 50 - для штоковой полости двигателя снаряда, 51 - для штоковой полости двигателя ствола, 52 - для поршневой полости двигателя ствола, 53 - для штоковой полости толкателя, 54 - для поршневой полости толкателя, три датчика положения - 55 (Д1) - на торце захвата 17, 56 (Д2) - на внутренней стороне нижней полки 43, 57 (Д3) - на внутренней стороне верхней полки 42. Схема системы автоматического управления выполнена в двух вариантах: с логическим контроллером и дисплеем (фиг.12) и релейная с бесконтактными датчиками, в которой выдержки времени задаются в момент окончания взвода - катушкой реле времени 58 (фиг.13), а время отхода нижней полки 43 кнопки - катушкой реле времени 59. Обе схемы снабжены переключателем 60 с ручного режима работы на автоматический, кнопкой включения 61 и отключения 62, кнопками 63 для ручного включения двигателей и толкателя.

Работает предложенная конструкция следующим образом. Экскаватор подъезжает к объекту разрушения и с помощью гидросистемы управления машинист устанавливает рукоять 21 на опорный шип 49, а затем переключатель 60 - в положение ручного режима работы, при помощи электрических кнопок 63 ручного управления: поднимает ствол 1 и ставит инструмент 13 снаряда 10 на объект обработки, толкателем 37 снизу подводит нижнюю полку 43 до упора со стволом 1. Установка МАА готова к работе в автоматическом режиме. После переключения тумблера 60 в положение автоматического режима, датчик положения 55 (Д1) захвата, находящийся в контакте с днищем хвостовика 11 снаряда 10 подает сигнал на катушку пилота распределителя 53 для штоковой полости толкателя, его золотник переключается, штоковая полость соединяется со сливом, поршень, находящийся под давлением, движется вниз и отводит от ствола нижнюю полку 43 вилки 41. Время отхода вилки 41 устанавливается таймером 59, и величина ее отхода (У1) определяет заглубление снаряда при ударе. В зависимости от крепости породы (грунта или покрытия) машинист может вручную переключать время таймера перед и в процессе автоматической работы установки и этим корректировать перемещение снаряда на внутренней траектории. При установке первого варианта с логическим контроллером все вышеперечисленные операции и выдержки времени вносятся с помощью алгоритма программы в дисплей и в процессе работы автоматически корректируется. После отхода полки 43 от ствола 1 контакт с датчиком 56 (Д2) разрывается и этим одновременно подаются сигналы на катушки распределителя 50 (для штоковой полости двигателя 16 снаряда 10) и распределителя 52 (для поршневой полости двигателя 19 ствола 1), с помощью которых масло под давлением одновременно нагнетается в эти полости (при этом штоковая полость двигателя ствола соединена со сливом). При подаче масла под давлением в штоковую полость двигателя 16 снаряда тормозные колодки захвата 17 прижимаются к внутренней поверхности хвостовика 11 снаряда 10 и вместе с поршнем двигателя 16, его штоком и с захватом 18 и снарядом 10 движутся вверх, сжимая пружины 15 аккумулятора энергии. Одновременно при выдвижении штока 22 с осью 23 и звездочками 25, свободно установленными на подшипниках 24, они начинают вращаться и через цепи 26, вращая звездочки 27, перемешают ствол молота вверх. Цепь 26 имеет две ветви, которые запасованы с двух сторон оси 23 на звездочках 25 и звездочках 27, и концы их закреплены на стволе 1 и на щите 29. Такая компоновка образует скоростной двойной полистпаст, кратность которого равна двум. Поэтому скорость перемещения ствола при взводе превышает скорость поршня двигателя 19 в два раза. Поршень двигателя 16 в верхнем положении останавливается, находясь под давлением, за счет особенностей примененной гидравлической схемы распределителей, позволяющей автоматически сливать масло в распределителе (выполняет функции предохранительного клапана, Фиг.4). Поршень двигателя 19, двигаясь вниз, поднимает ствол 1 до тех пор, пока он не упрется в верхнюю полку 42 и в датчик 57 (Д3). В момент контакта вначале включается распределитель 51 (положение нагнетания) и поршень двигателя 19 останавливается, затем датчик 57 (Д3) включает распределитель 52 в положение слива и поршень вдвигается в цилиндр, разгоняя при этом ствол (молот) со скоростью, в два раза превышающей собственную (Фиг.5). Разгон молота продолжается до встречи ствола 1 с нижней полкой 43 и датчиком 55. В момент контакта включается в положение нагнетания распределитель 52 и одновременно распределитель 50 устанавливается в положение слива (Фиг.6). Благодаря этому штоковая и поршневая полости двигателя 19, находясь под давлением, останавливают его поршень вместе со стволом, а снаряд 10 под действием сил аккумулятора 15, изменения (уменьшения) общей движущейся массы, силы инерции увеличивает скорость своего движения на внешней (воздушной) траектории. Движение на ней заканчивается при встречи снаряда 10 с объектом обработки (Фиг.7). При ударе снаряд перемешается на величину У2 по внутренней траектории под действием его кинетической энергии и энергии болванки 14, масса которой в десять раз меньше массы снаряда 10 и она перемещается под действием сил инерции на величину, равную половине хода поршня двигателя 16. Поршень двигателя 16 под действием мультипликатора 17 одновременно с движением снаряда начинает двигаться параллельно ему внутри отверстия 11 хвостовика снаряда до тех пор, пока захват 18 с датчиком 55 не упрется в днище хвостовика снаряда 10. Далее процесс автоматически повторяется до полного заглубления инструмента 13 снаряда 10 в объект обработки (Фиг.7, 8). Поршень толкателя в этом положении выдвинут на максимальную величину и отвести полку 43 не может. Машинист должен перейти на ручной режим управления и переустановить рукоять 33 на другую точку обработки и повторить все операции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мельников А.В. а.с. №2041791 «Ударный механизм» с кривошипным приводом, БИ, №23, 1995 г.,

2. Сергеев В.П. «Строительные машины и оборудование», М., Высшая школа, 1987 г., стр.244-248.

3. Лобанов Д.П., Горобец В.Б. и другие «Машины ударного действия для разрушения горных пород», разработки МГРИ и ИГД им. А.А.Скочинского. - М.: Недра, 1983 г., стр.14, 15, 16 и стр.46.

4. Галдин Н.С. «Основы теории многоцелевых гидроударных рабочих органов дорожно-строительных машин», автореферат докторской диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук», Омск, 2000 г.).

5. «Гидравлический механизм ударного действия» (а.с. №629324, Е21С 3/20, от 09.06.78 г., Б.И., №4)

6. Специализированный журнал по гидроударникам, №2, 1989 г., издательство Раммер А.О., Тайвалкату В., п/я 2015171, Лахти.

7. Вайсон А.А., «Подъемно-транспортные машины». - М., «Машиностроение», 1989 г., стр.92.

8. Лойцянский Л.Г., Лурье А.И. стр.106-113, «Курс теоретической механики», т.2, М. «Наука», 1983 г., стр.106-113.

9. Мельников А.В. «Молот МАА для разрушения негабаритов горных пород» (Патент RU 2237808 С2, БИ №28 от 10.10.04 г.), прототип.

10. Яворский Б.М. и А.А.Детлаф А.А. Справочник по физике, для инженеров и студентов вузов, издательство «Наука», М., 1971 г., стр.43-45.