Вибровозбудитель направленного действия

Изобретение относится к вибротехнике и может быть использовано для получения механических колебаний практически любой частоты при строго определенном направлении возмущающей силы. Сущность изобретения: вибровозбудитель содержит корпус с замкнутой круговой беговой дорожкой, два приводных вала с несколькими диаметральными прорезями, оси которых повернуты к осям соседних прорезей на расчетный угол, и дебалансные массы, выполненные в виде стержней, которые размещены в прорезях с возможностью свободного перемещения. Количество дебалансных масс равно общему числу диаметральных прорезей. Технический результат: создание вибровозбудителя, позволяющего увеличить частоту полезных импульсов возмущающей силы, не изменяя при этом числа оборотов приводного вала, и исключить нежелательные колебания в горизонтальной плоскости. 2 ил.

 

Изобретение относится к вибротехнике и может быть использовано для получения механических колебаний практически любой частоты при строго определенном направлении возмущающей силы.

Известны вибровозбудители высокочастотные, у которых возмущающая сила проявляется строго по прямой и у которых возможно повышение частоты колебаний, например вибровозбудитель (В.А.Бауман и др. Вибрационные машины и процессы в строительстве. М., Высшая школа, 1977, стр.184-186, рис. 90, 91), который состоит из корпуса, приводных валов с дебалансными массами, пригруза, электродвигателя и передачи вращения от последнего к приводным валам.

Недостатки известного решения заключаются в следующем.

Возмущающая сила за один оборот приводного вала проявляется в двух точках, находящихся на одной прямой, но только одно из двух этих проявлений выполняет полезную работу (вариант вибропогружателя или наоборот выдергивателя), а другое является бесполезной потерей энергии.

Второй недостаток. Возможность получения высокой частоты полезных импульсов возмущающей силы в известном решении может быть достигнуто только путем наращивания числа оборотов приводного вала с дебалансной массой, что усложняет конструкцию подшипниковых узлов и отрицательно влияет на срок их службы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является вибровозбудитель по а.с. СССР №795577 М. кл.³ В 06 В 1/16, который принят в качестве прототипа. Он содержит корпус с замкнутой беговой дорожкой, приводной вал, диаметральную прорезь, выполненную в приводном валу, дебалансную массу, эксцентрично установленную относительно беговой дорожки и выполненную в виде стержня, размещенного в диаметральной прорези приводного вала с возможностью перемещения.

Известный вибровозбудитель позволяет за один оборот вала реализовать на полезную работу два одинаковых импульса в одном требуемом направлении.

Однако он обладает двумя недостатками. Первый - возбуждающая сила достигает своего максимума в момент, когда ось стержня (дебалансной массы) совпадает с вертикальной осью беговой дорожки, и равна нулю, когда ось стержня выставляется параллельно горизонтальной оси беговой дорожки, а в период между вышеозначенными положениями стержня возмущающая сила изменяет свое значение от нуля до максимума и проявляется попеременно в обе стороны от вертикальной оси беговой дорожки, что является причиной нежелательных колебаний в горизонтальной плоскости.

Второй недостаток. Повышение частоты импульсов возмущающей силы в данном варианте устройства возможно только за счет повышения числа оборотов приводного вала, что проблематично.

Задачей предлагаемого решения является создание вибровозбудителя, позволяющего увеличить частоту полезных импульсов возмущающей силы, не изменяя при этом числа оборотов приводного вала, и исключить нежелательные колебания в горизонтальной плоскости.

Для решения поставленной задачи в известное устройство, содержащее корпус с замкнутой круговой беговой дорожкой, приводной вал, диаметральную прорезь, выполненную в приводном валу, дебалансную массу, выполненную в виде стержня, размещенного в диаметральной прорези приводного вала с возможностью перемещения в ней, дополнительно введены второй приводной вал, установленный параллельно первому и вращающийся в направлении, противоположном направлению вращения первого приводного вала, несколько диаметральных прорезей, расположенных на каждом валу и оси которых повернуты к осям соседних прорезей на расчетный углом, дополнительные дебалансные массы, число которых равно общему числу диаметральных прорезей.

Отличительными признаками предлагаемого вибровозбудителя от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, являются наличие второго приводного вала, расположенного параллельно первому, нескольких диаметральных прорезей, оси которых повернуты к осям соседних прорезей на расчетный угол, расположенных на каждом валу, и дополнительные дебалансные массы, общее число которых равно числу диаметральных прорезей.

Благодаря наличию этих признаков при работе вибровозбудителя исключается проявление горизонтальной составляющей возмущающей силы на корпус устройства, чем достигается фиксация последнего в горизонтальной плоскости, за счет наличия дополнительных диаметральных прорезей в обоих валах и расположенных в каждой из них дебалансных масс достигается возможность повысить частоту импульсов возмущающей силы, не повышается число оборотов приводного вала двигателя, возможность получения высокой частоты импульсов возмущающей силы, например, в свайных вибропогружателях позволяет снизить электрозатраты на процесс погружения свай при условии, что при работе вибровозбудителя отрезок времени между импульсами возмущающей силы будет короче того отрезка времени, в течение которого под действием предыдущего импульса возмущающей силы свая все еще погружается. При таком раскладе свая воспринимает импульсы, находясь в состоянии скольжения в грунтовой среде безостановочно, что исключает затраты энергии на преодоление инерции покоя, если бы свая после каждого импульса силы останавливалась.

Таким образом, частота полезных импульсов вибровозбудителя по предлагаемому варианту определяется по формуле

С=2n·m,

где n - число оборотов вала двигателя, m - число рабочих пар дебалансных масс (стержней).

Примечание:

1. Рабочая пара - два стержня на разных валах, оси которых одновременно выставляются в одну прямую линию, параллельную горизонтальной оси симметрии беговой дорожки. Число рабочих пар может быть ограничено только условиями габарита вибровозбудителя.

На фиг.1 схематично показан общий вид вибровозбудителя, на фиг.2 - разрез I-I на фиг.1.

Вибровозбудитель содержит корпус 1, беговые дорожки 2, приводные валы 3, установленные внутри корпуса 1 параллельно друг другу, зубчатую передачу 4, соединяющую выходной вал 5 двигателя (не показан) с приводными валами, обеспечивая их вращение в разные стороны, при этом в каждом из валов 3 устроены диаметральные прорези 6, оси которых развернуты относительно друг друга на расчетный угол, и дебалансные массы по числу прорезей 6 в виде стержней 7 и 8, установленные с возможностью свободного перемещения в прорезях 6.

Вибровозбудитель работает следующим образом.

При вращении приводных валов 3 (вращение синхронное) все дебалансные массы 7, 8 перемещаются в прорезях 6 и упираются своими концами в беговую дорожку 2. Поскольку дебалансные массы 7 и 8 расположены в прорезях 6, выставленых под углом друг к другу, они в разное время достигают крайних нижних точек беговой дорожки 2. В этот момент возмущающая сила достигает максимального импульса.

Такое выполнение вибровозбудитель позволяет использовать его в той области техники, где требуется очень высокая частота колебаний и строгая направленность линий действия возмущающей силы, не редуцируя при этом число оборотов выходного вала двигателя с помощью мультипликатора, нагружая и усложняя подшипниковые узлы приводных валов вибровозбудителя, например, в свайных вибропогружателях.

При воздействии, например, на сваю с достаточно высокой частотой возмущающая сила практически воспринимается системой свая-грунт как сила статическая и при строго линейной лучевой направленности этой силы процесс вибропогружения становится идентичен погружению свай способом вдавливания, как наиболее перспективному по удельной энергоемкости.

Применение вибровозбудителя в предлагаемом исполнении позволяет достаточно точно и оперативно оценивать несущую способность сваи в процессе ее погружения, а также достаточно точно установить предельную нагрузку на сваю в процессе расчета свайного фундамента по формуле

Q_max=P₁+P₂+P₃+P₄, (1)

где P₁ - вес сваи, Р₂ - вес вибропогружателя, Р₃ - вес пригруза, Р₄ - возмущающая сила вибропогружателя.

С целью наиболее полного использования возможностей базовой машины-крана вес пригруза назначается в зависимости от его грузоподъемности:

Р₃=Q_к-(Р₁+Р₂), (2)

где Q_к - паспортная грузоподъемность крана.

На практике достигнутая предельная несущая способность сваи фиксируется "отказом", равным нулю, это когда при работающем вибропогружателе свая остается неподвижной.

Вибровозбудитель направленного действия, содержащий корпус с замкнутой круговой беговой дорожкой, приводной вал, диаметральную прорезь, расположенную в приводном валу, дебалансную массу, выполненную в виде стержня, размещенного в диаметральной прорези приводного вала с возможностью перемещения в ней, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен вторым приводным валом, установленным параллельно первому и вращающимся в направлении, противоположном направлению вращения первого приводного вала, несколькими диаметральными прорезями, расположенными на каждом валу и оси которых повернуты к осям соседних прорезей на расчетный угол, дополнительными дебалансными массами, число которых равно общему числу диаметральных прорезей.