Трубчатые дизель молоты

Трубчатые дизельные молоты представляют собой прямодействующие двухтактные двигатели внутреннего сгорания, у которых ударная часть — поршень — двигается внутри цилиндра, неподвижно установленного на свае. Конструкция трубчатых молотов более совершенна; они обладают большей (по сравнению со штанговыми) энергией удара, высокой долговечностью. Это объясняется тем, что воспламенение топлива происходит после удара поршня и на сваю действует не только энергия удара, но и давление газов, образующихся при сгорании топлива; кроме того, снижение степени сжатия с 25 до 15 уменьшает затраты энергии на сжатие воздуха в цилиндре. Закрытая конструкция молота практически исключает попадание в его внутренние полости абразивных частиц. Трубчатые молоты конструктивно выполняются в двух вариантах— с воздушным и с водяным охлаждением.

Молоты с воздушным охлаждением (рис. 3.17) состоят из рабочей 3 и направляющей 8 секций цилиндра, поршня 9, топливного насоса 11, шабота 2 со штырем 1 и подъемно-сбрасывающего устройства 6. В верхней части цилиндра в виде кольца расположен топливный бак 5. К насосу топливо поступает через щелевой фильтр по гибкому топливопроводу. Торец цилиндра с шаботом соединяется через резиновый амортизатор 12. Для охлаждения цилиндра вдоль него по периметру приварены ребра охлаждения. На уровне насоса по окружности цилиндра размещены продувочные окна 4. Направляющая секция на внутренней поверхности имеет кольцевые пазы-ловители для предотвращения выскакивания поршня за пределы цилиндра. Для перемещения поршня с помощью подъемно-сбрасывающего устройства в секции имеется продольный паз. Поршень молота выполняет двоякую роль — является поршнем двигателя и ударной частью молота. Головка поршня имеет сферическую (каплевидную) форму, соответствующую форме выемки в шаботе. Такая форма камеры сгорания обеспечивает равномерное распределение топливно-воздушной смеси и обусловливает высокие пусковые качества молота.

Рис. 3.17. Трубчатый дизель-молот. I; II; III; IV – отдельные этапы одного цикла работы.

В нижней части поршня проточены канавки для поршневых колец, одно из которых (верхнее) - стальное, а остальные (4... 7) - чугунные, что обеспечивает необходимую герметичность между стенками цилиндра и поршня. В средней части поршня имеется кольцевая выточка, которая служит для захвата поршня подъемно-сбрасывающим устройством при подъеме и для закрепления его стопорным винтом при транспортировке и хранении молота. В верхней части поршня имеется масляный бак, из которого масло поступает самотеком к трущимся поверхностям поршня и цилиндра. Топливный насос - плунжерного типа низкого давления (0,3... 0,5 МПа) - служит для подачи топлива в камеру сгорания. Управление насосом производится падающим поршнем, нажимающим на приводной рычаг 10.

Шабот молота выполнен из стальной поковки и служит наковальней, через которую удары поршня передаются на голову сваи. Шабот установлен в нижней части цилиндра подвижно (вдоль его оси) на двух чугунных подшипниках, чем достигается его полная неподвижность при ударе. Нижняя опорная поверхность шабота снабжена штырем для центрирования молота на свае. Подъемно-сбрасывающее устройство («кошка») позволяет поднимать дизель-молот на требуемую высоту вдоль стрелы копра, а также поднимать поршень и автоматически сбрасывать его при запуске молота.

Трубчатые молоты с водяным охлаждением в дополнение к рассмотренной конструкции имеют еще систему водяного охлаждения, состоящую из отдельных вертикальных секций, опоясывающих боковую поверхность цилиндра и соединенных в своей нижней части кольцевым баком, расположенным на уровне камеры сгорания. При работе таких молотов в условиях низких температур вода из системы охлаждения сливается и вместо нее в системе начинает циркулировать воздух.

Работа трубчатого дизель-молота происходит следующим образом (см. рис.3.17). Перед пуском молота поршень 9 поднимается лебедкой копра с помощью «кошки» 6, подвешенной к канату 7 в крайнее верхнее положение. После того как поршень открывает продувочные окна 4, рабочая секция 3 цилиндра заполняется атмосферным воздухом. В положении 1 происходит автоматическое расцепление «кошки» и поршня и последний начинает свободное падение вниз. Во время движения в направляющей секции 8 цилиндра поршень, отжимая приводной рычаг 10 топливного насоса 11, включает его в работу. При этом происходит подача топлива из бака 5 в сферическую выемку шабота 2 (положение II). Во время дальнейшего движения вниз поршень перекрывает продувочные окна 4 и начинает сжимать воздух в рабочей секции цилиндра до объема кольцевой полости, образуемой станками цилиндра и сферическими поверхностями поршня и шабота при их соударении. При этом температура сжатого воздуха значительно повышается и становится достаточной для самовоспламенения топлива. В крайнем нижнем положении поршня происходит его удар по шаботу, при этом энергия удара затрачивается на погружение сваи, а также на распыление топлива в камере сгорания, где оно перемешивается с нагретым воздухом и самовоспламеняется (положение III). Часть энергии расширяющихся продуктов сгорания — газов (максимальное давление сгорания — 7... 8 МПа) —передается на сваю, производя ее дополнительное погружение,- а часть расходуется на подброс поршня вверх. Воздействие на сваю двух последовательных ударов (механического и газодинамического) значительно повышает эффективность работы трубчатых дизель-молотов.

При движении поршня вверх (положение IV) расширяющиеся газы по мере открытия продувочных окон выбрасываются в атмосферу, а на их место поступает атмосферный воздух. По достижении крайнего верхнего положения поршень начинает свободно падать вниз, рабочий цикл повторяется и в дальнейшем молот работает автоматически до полного погружения сваи.

Совершенствование конструкций трубчатых дизель-молотов происходит в двух направлениях: повышения долговечности машины и увеличения единичной мощности. Долговечность дизель-молотов может быть повышена путем рационального подбора материалов и геометрии быстроизнашивающихся деталей (поршень, цилиндр). Увеличение единичной мощности произойдет при повышении частоты ударов (с 42 до 65... 72) в минуту за счет совершенствования формы камеры сгорания, что обеспечит лучший распыл топлива по всему объему камеры, а также путем установки пневматического буфера, (см.рис. 3.18).

Схема такого дизель-молота дана на рис. 3.18. Как и в ранее рассмотренном трубчатом молоте, основными деталями являются: рабочий цилиндр 11, направляющая труба 12, поршень 6, шабот 1, насос 7, бак 10 для горючесмазочных материалов, подъемно-сбрасывающее устройство 18. Кроме того, в конструкцию входят пневмобуфер 16, штанга 17 с крышкой. Особенностью данного молота являются торообразная (вихревая) камера сгорания 19, принудительная система смазки, работа которой обеспечивается топливно-масляным насосом 7, и наличие аккумулятора сжатого воздуха (пневмобуфера) 16.

Одним из факторов, определяющих степень совершенства рабочего цикла молота, является качество смесеобразования, которое зависит от тонкости распыла поступившего в камеру сгорания топлива и равномерности распределения его по объему камеры. Исследованиями установлено, что наиболее рациональной является вихревая (рис,3.18, б)) форма, при которой увеличивается длина факела распыления (на 30%), возникают вихревые движения свежего заряда в момент распыления топлива, а также изолированность камеры сгорания от наиболее охлаждаемой наружной стенки рабочего цилиндра. Совместное действие перечисленных факторов способствует ускорению сгорания рабочей смеси. В результате эффективное давление в камере сгорания повышается до 1,0... 1,15 МПа (против 0,7... 0,8 МПа в обычных конструкциях), что благоприятствует условиям погружения свай.

в) г)

Рис. 3.18. Трубчатый дизель молот с пневмобуфером - а), б)-торообразная камера сгорания; в), г) - схема работы пневмобуфера за рабочий цикл: 1 — движение поршия вверх; 11 — поршень в верхней «мертвой» точке; 111 – движение поршня вниз.

Пневмобуфер (рис, 3.18, а), б), в), г) предназначен для повышения частоты ударов по шаботу. При установке пневмобуфера верхняя часть направляющей трубы 2 наглухо закрывается крышкой 5, в которой имеется отверстие с сальниковым уплотнением 6 для движения штока 3, соединенного с поршнем 1. К верхней части направляющей трубы приваривается сварной резервуар коробчатого типа (пневмобуфер) 4. Для сообщения надпоршневого пространства с пневмобуфером просверлено отверстие. При движении поршня вверх воздух из надпоршневого пространства перепускается через это отверстие в пневмобуфер. При этом между поршнем и крышкой возникает «воздушная подушка», которая не допускает их жесткого соударения. Падение поршня происходит под действием собственной массы, а также под действием давления воздуха в пневмобуфере, что повышает частоту ударов о шабот до 70 в минуту.

Топливно-масляный насос (рис. 3.19) предназначен для подачи топлива в камеру сгорания и масла — к трущимся поверхностям штока, поршня, подшипника шабота и рабочего цилиндра. Насос состоит из корпуса 17, внутри которого установлены две плунжерные пары. Плунжерная пара для подачи топлива состоит из втулки 15 и притертого к ней плунжера 14,

Рис. 3.19. Топливно-масляный насос.

а для подачи масла - из втулки 9 и плунжера 10. Уплотнение между втулками плунжерных пар и корпусом достигается резиновыми кольцами 11 и 16. В верхнюю часть ввернута гайка 8, в которой перемещается толкатель 7. Гайка 8 через втулку и гильзу 12 прижимает плунжерные пары к корпусу. Между плунжерными парами установлена возвратная пружина 13. Рычаг 5 привода насоса укреплен на оси 6. Винт 4 с контргайкой 3 служит для регулировки установки рычага 5. Рычаг 2 насоса, укрепленный на оси 1, служит для регулировки подачи топлива.

Рис.3.20. Подъемно-сбрасывающее устройство

Клапан подачи топлива состоит из корпуса 20, пружины 19 и клапана 18; клапан подачи масла состоит из корпуса 21, пружины 23, шарика 24 и штуцера 22, к которому присоединяются два трубопровода для подвода смазки к трущимся поверхностям.

Подъемно-сбрасывающее устройство «кошка» (рис 3.20) служит для зацепа и подъема ударной части молота по направляющей мачте копровой установки. Кошка состоит из валика 3 с приваренным к нему двуплечим рычагом 4, корпуса 7, подвижно соединяющего кошку с направляющей мачты; фиксатора 6 с пружиной 9, препятствующего выходу рычажной системы из мертвого положения; подъемного крюка 1; рычажной системы, состоящей из кулачка 5 и рычага 2, жестко сидящих на валике 3; пальцев 8 и 10. Палец 8 служит для соединения подъемного каната с кошкой. К плечам двуплечего рычага 4 с помощью серег привязаны две веревочные тяги, посредством которых осуществляется переключение подъемного крюка в положение подъема поршня или всего молота.

Работа кошки происходит следующим образом: при переключении рычага 4 в положение для подъема поршня, валик 3 поворачивается вместе с укрепленным на нем кулачком 5, упираясь в фиксатор 6 и преодолевая сопротивление пружины 9, перемещает фиксатор в верхнее положение. При этом кулачок своим нижним выступом упирается в палец 10, перемещает его вместе с подъемным крюком в поднятое горизонтальное положение. Крюк кошки подводится под нижний торец штанги 17 (см. рис. 3.18,а)) и начинает ее подъем. Штанга, упираясь в тарелку 15, осуществляет подъем поршня. При достижений сбрасывающего упора, установленного на направляющей секции, рычаг.2 поворачивает свою рычажную систему и подъемный крюк 1 в опущенное вертикальное положение, обеспечивая этим автоматический сброс поршня молота.

При подъеме поршня заодно со штоком 13 (см. рис. 3.18,а) поршневые кольца открывают всасывающе-выхлопные окна 20, после чего начинается заполнение рабочего цилиндра 11 свежим зарядом воздуха. Поднявшись на высоту, необходимую для пуска молота, поршень отсоединяется от кошки и начинает двигаться вниз. Не доходя до окон 20, поршень отжимает рычаг 9 насоса, приводя его в действие и обеспечивая подачу топлива в камеру сгорания. При дальнейшем движении вниз поршень перекрывает окна 20, после чего происходит сжатие воздуха в подпоршневом пространстве. В конце сжатия температура сжимаемого воздуха возрастает до величины, достаточной для самовоспламенения топлива. В нижней «мертвой» точке происходит удар поршня по шаботу, при этом энергия удара затрачивается на распыление топлива и перемешивание его с нагретым воздухом, а также на погружение сваи. По истечении некоторого времени топливо воспламеняется и сила давления расширяющихся газов подбрасывает поршень вверх. Воздух, находящийся между поршнем и крышкой 14, сжимается и частично переходит в пневмобуфер. Под действием воздушной подушки в надпоршневом пространстве ударная часть останавливается и затем под действием силы тяжести собственной массы начинает падать вниз. Этому движению поршня содействует давление воздуха, находящегося в пневмобуфере. После падения поршня цикл повторяется.

Элементы топливной системы соединяются между собой гибкими шлангами 8, которые благодаря малому восприятию динамических нагрузок отличаются большой долговечностью. Для предотвращения выпадения шабота из рабочего цилиндра предусмотрено стальное кольцо-ловитель 3. Между шаботом и рабочим цилиндром установлен амортизатор 2, а герметичность камеры сгорания со стороны шабота обеспечивается поршневыми кольцами 4. Топливный насос предохраняется от поломок защитным устройством 5.

Рис.3.21. Общий вид работы копров с дизель молотами, на базе крана-экскаватора.

Рис. 3.22. Дизель молоты на копре.

Рис. 3.23. Дизель молоты различной мощности с воздушным охлаждением на выставке.

Дата добавления: 2013-12-12