Наверняка многим из наших читателей отравлял жизнь работающий неподалеку сваебойный молот, с оглушительным грохотом забивающий сваи в фундамент строящегося здания. Но у наиболее любознательных помимо раздражения молот вызывал неподдельный интерес — как он устроен? Большинство современных молотов действительно имеют очень остроумную конструкцию, представляя собой, по сути, элементарный дизель. Они так и называются — дизель-молоты

История вопроса

Исстари для того, чтобы забить сваю, ее ставили вертикально и «роняли» на нее сверху тяжелый груз. На всех языках этот груз называется по‑разному: боек, ударник, а у нас чаще всего «баба». Происхождение этого странного названия неясно, но, судя по всему, оно имеет отношение к древним языческим каменным изваяниям, которые славяне также называли «бабами» и, вполне возможно, использовали для забивания деревянных свай.

Для забивания сваи служил копер, специализированный подъемный кран, пригодный лишь для подъема и сбрасывания бабы. Мощность требовалась небольшая, всего 2−3 л.с. Поэтому изначально для привода использовались люди и лошади, а лишь потом появились паровые копры.

Тогда-то и додумались до простой мысли. Бабу совершенно не обязательно поднимать с помощью какого-то крана. Достаточно подвести к ней энергию пара и заставить самостоятельно прыгать, отталкиваясь от верхушки сваи. При этом первый толчок свая получает, когда механическая баба совершает прыжок, а второй — когда она падает на сваю. Паровые копры-молоты оказались очень эффективными, но собственно паровой котел сильно усложнял конструкцию. Решить проблему смогли молоты внутреннего сгорания.

Как бросить бабу

В принципе такой копр-молот является обычным поршневым двигателем, только без кривошипно-шатунного механизма. Да он и не нужен: возвратно-поступательное движение поршня непосредственно используется для подъема и бросания бабы.

Первоначально эти двигатели работали на легком топливе, так же как обычные бензиновые моторы. Но оказалось, что выгоднее применять цикл Дизеля — и топливо можно использовать низкосортное, включая мазут, и расход его гораздо ниже. Так появился и дизель-молот.

Раньше почти в каждой школе можно было увидеть прекрасную демонстрационную модель такого дизель-молота. Она состояла из двух тяжелых болванок со штангами. Верхняя болванка имела расточку, служившую цилиндром. На нижней болванке был выступ, исполнявший роль поршня. Учитель поднимал верхнюю болванку, бабу, и ставил ее на запор. После этого он клал в углубление поршня ватку, смоченную эфиром, и поворотом рукоятки запора сбрасывал бабу. При ее падении цилиндр надвигался на поршень. Там сжимался воздух, температура его повышалась, эфир вспыхивал. От этой вспышки давление в цилиндре резко возрастало, и баба подпрыгивала. До полного выгорания эфира модель успевала сделать 5−10 прыжков. Опыт был очень эффектен. В классе звенели стекла, после каждого взлета бабы из цилиндра вырывалось пламя и слышался громкий звук выхлопа продуктов сгорания эфира.

Нешкольный молот

А как устроен настоящий дизель-молот в простейшем варианте? Здесь все почти так же, как на школьной модели, только много сложнее. Баба ходит по направляющим копра. Поршень снабжен уплотнительными кольцами и имеет форсунку для распыления топлива. Подается оно насосом под давлением в несколько сотен атмосфер, как в обычном дизеле.

Перед началом работы дизель-молот поднимают и устанавливают на верхушку сваи. При этом баба подвешивается на автоматически запирающемся крючке. Рабочий дергает за канат, чтобы привести устройство в действие, крючок отцепляет бабу, и та начинает падать. Здесь, как и на школьной модели, движется не поршень, а цилиндр. Как только поршень окажется в цилиндре, начинается сжатие воздуха. На боку бабы расположен специальный штырь, который по мере ее движения толкает рычаг плунжерного насоса, и в цилиндр через форсунку впрыскивается порция топлива. К этому моменту температура сжатого воздуха превышает 700оС, и распыленное топливо вспыхивает. Повышается давление в цилиндре, баба подпрыгивает, и процесс повторяется до тех пор, пока свая не будет забита.

Самая совершенная тепловая машина

Работает дизель-молот по двухтактному циклу, и за один цикл свая получает два толчка. Первый — при падении бабы на поршень, второй — после вспышки топлива в цилиндре. Толчки передаются на сваю через шаровую опору, которая компенсирует неточность изготовления головки сваи. Масса ударной части дизель-молотов разной конструкции находится в пределах от 500 кг до 2 т. Средняя частота работы дизель-молота — 50−60 ударов в минуту.

Дизель-молот, несмотря на свою простоту, устройство весьма совершенное. Поскольку в нем нет кривошипно-шатунного механизма, его механический КПД может достигать 95−98%. А применение очень высоких (до 30) степеней сжатия значительно повышает термический КПД. Поэтому лучшие современные дизель-молоты являются едва ли не самыми совершенными тепловыми машинами и имеют КПД более 50%.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№3, Март 2005).