Вибромашина

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к эксцентриковым устройствам возбудителей механических колебаний в строительстве и сейсмотехнике. Вибромашина содержит корпус, излучающую плиту с направляющими, приводные двигатели и пригрузочную массу, установленную в верхней части направляющих через амортизаторы и пружины, рабочий орган, выполненный в виде приводного вала с подшипниковыми опорами, установленными в этих направляющих. При этом указанный приводной вал рабочего органа в своей средней части между подшипниковыми опорами имеет участок большего диаметра со смещенной осью вращения относительно оси вращения приводного вала вибромашины. Причем участок вала большего диаметра через подшипник и толкатель подвижно связан с инертной массой вибромашины. Кроме того, в вибромашину введена третья подшипниковая опора, установленная между упомянутыми выше, и второй эксцентриковый возбудитель колебаний, установленный в этих двух подшипниковых опорах и смещенный относительно первого на угол (π/2). Причем направление создания суммарного усилия обеими вибровозбудителями имеет угол, равный (±π/4), соответственно по отношению к направлениям создаваемых усилий каждого из указанных вибровозбудигелей, а каждая инертная масса вибровозбудителей разбита на две равные части, которые размещены по обе стороны от эксцентриковых вибровозбудителей по линиям создаваемых ими усилий. Предложенная вибромашина имеет коэффициент мощности, практически равный единице, что обеспечивает высокие погружающие и сейсмические характеристики. 1 ил.

 

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к эксцентриковым устройствам возбудителей колебаний, и может быть использовано в качестве мощного источника вибросейсмических колебаний или машины для погружения и извлечения свай, шпунта, оболочек, трамбования грунта.

Известна вибромашина с регулируемой величиной статического момента дебаланса и соответственно амплитуды колебаний, содержащая корпус и дебаланс, снабженный каналом, в котором размещена пружина, взаимодействующая с упором и втулкой, оснащенными регулировочными винтами (Авторское свидетельство № 232075, кл. В06В 1/16, 1967). В этой вибромашине при вращении дебаланса между ним и приводным электродвигателем циркулирует большая величина кинетической энергии, что усложняет ее работу.

Известна также вибромашина (Патент на полезную модель № 31113. Вибросейсмоисточник. Малахов А.П., Аносов В.Н., Чичинин И.С. Бюл. № 20. 20.07.2003), являющаяся прототипом и содержащая корпус, установленную на грунт излучающую плиту с направляющими, пригрузочную массу, установленную в верхней части направляющих через амортизаторы и пружины, рабочий орган, выполненный в виде приводного вала с подшипниковыми опорами, при этом указанный приводной вал рабочего органа в средней его части между подшипниковыми опорами имеет участок большего диаметра со смещенной осью вращения относительно оси вращения приводного вала, причем участок вала большего диаметра через подшипник и толкатель подвижно связан с инертной массой вибромашины.

В этой вибромашине из-за возвратно-поступательного движения инертной массы с частотой создаваемых вибраций между этой массой и приводным двигателем циркулирует значительная по величине нескомпенсированная кинетическая энергия с двойной частотой. В такой вибромашине также вследствие циркуляции очень низок ее коэффициент мощности из-за сдвига фазового угла между создаваемой силой вибраций и виброскоростью практически до угла, равного π/2 (cosπ/2=0).

Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности создаваемых вибромашиной колебаний.

Указанная задача достигается тем, что в вибромашину, содержащую корпус, излучающую плиту с направляющими, приводные двигатели и пригрузочную массу, установленную в верхней части направляющих через амортизаторы и пружины, рабочий орган, выполненный в виде приводного вала с подшипниковыми опорами в этих направляющих, при этом указанный приводной вал рабочего органа в своей средней части между подшипниковыми опорами имеет участок большего диаметра со смещенной осью вращения относительно оси вращения приводного вала вибромашины, причем участок вала большего диаметра через подшипник и толкатель подвижно связан с инертной массой вибромашины, введена третья подшипниковая опора, установленная между упомянутыми выше, и второй эксцентриковый возбудитель колебаний, смещенный относительно первого в двух подшипниковых опорах на угол (π/2), причем направление создания суммарного усилия обоими вибровозбудителями имеет угол, равный (±π/4), соответственно по отношению к направлениям создаваемых усилий каждого из указанных вибровозбудителей, а каждая инертная масса вибровозбудителей разбита на две равные части, которые размещены по обе стороны от эксцентриковых вибровозбудителей по линиям создаваемых ими усилий.

На чертеже дан продольный разрез вибромашины, содержащей излучающую плиту 1 с корпусом 2, в котором в подшипниковых щитах установлены подшипники 3, 4, 5, в которых размещен силовой вал вибромашины 6 с осью вращения 7, между подшипниками 3, 4 и 4, 5 на валу выполнены эксцентрики 8, 9 со смещенными на величины 12, 13 (δ) осями вращения 10, 11 соответственно. Причем угол между центрами вращения эксцентриков и центром вращения приводного вала выполнен равным (π/2), что соответствует углу между этими направлениями и направлением создаваемых вибраций, равном (±π/4). Внешние кольца 14, 15 подшипников 8, 9 эксцентриков подвижно связаны с инертными массами 16, 17 и 18, 19, установленными с возможностью перемещения в корпусе 2 в его направляющих. Верх 20 корпуса 2 с помощью пружин и амортизаторов 21, 22 связан с уложенной на них пригрузочной массой 23. К этой инертной массе также через пружины 24, 26 и амортизаторы 25, 27 закреплены приводные электродвигатели 28, 29, которые своими валами через подвижные соединительные муфты связаны с силовым приводным валом 6 вибромашины. Излучающая платформа 1 в режиме сейсмоисточника устанавливается на исследуемый грунт, а для погружения свай и шпунта вибромашина дополнительно снабжена связанным с платформой 1 наголовником 30 с гидрозажимами 31, 32, которыми наголовник 30 связан со сваей 33 при ее погружении или извлечении.

Вибромашина работает следующим образом.

При установке вибромашины на сваю 33 она зажимами 31, 32 жестко связывается с наголовником 30, который, в свою очередь, жестко связан с платформой 1 и корпусом 2 вибромашины. Затем со специальной станции управления включаются приводные электродвигатели 28, 29, которые вместе с приводным валом 6, установленным в подшипниках 3, 4, 5, раскручивают эксцентрики с подшипниками эксцентриков 8, 9. Ось 7 приводного вала 6 смещена к осям 10, 11 вращения эксцентриков на величины δ 12, 13 и на угол (+π/4) одного эксцентрика 8 и угол (-π/4) второго эксцентрика 9. На подшипники эксцентриков напрессованы кольца-толкатели 14, 15, которые подвижно связаны сверху и снизу с соответствующими инертными массами 16, 17 и 18, 19.

При вращении эксцентриков 8, 9 за счет их смещения на величину δ (12, 13) по отношению к оси 7 вращения приводного вала 6 и угол (π/2) между собой в пространстве каждым создается усилие в соответствии с соотношением: F_в=m·δ·ω²·sinωt, где m - суммарная масса инертных масс 16, 17 и 18, 19 для соответствующих эксцентриков, кг; δ - эксцентриситет эксцентриков, м; ω - круговая частота вращения вала, рад/с.

Суммарная сила обеих эксцентриков в соответствии с тем, что они сдвинуты в пространстве на угол (π/2) будет равна .

При работе каждый эксцентрик генерирует (потребляет от приводного вала 6) кинетическую энергию в соответствии с выражением , где m - инертные массы (16+17), (18+19) эксцентриков 8 и 9; V - виброскорость инертных масс.

То есть каждый эксцентрик кроме полезной энергии вибрации обладает очень большой по величине кинетической энергией двойной частоты в соответствии с тем, что выше приведенная степенная функция

Анализ этого выражения и многочисленные практические работы говорят о том, что выполнение вибромашин на одном эксцентрике или одном центробежном вибровозбудителе очень сильно загружает приводной электродвигатель этой нескомпенсированной кинетической энергией.

Выполнение вибромашины на двух эксцентриковых вибровозбудителях приводит к тому, что этот второй вибровозбудитель, сдвинутый в пространстве на угол (π/2), будет генерировать кинетическую энергию по закону ,

что приводит к полной компенсации этой кинетической энергии между двумя эксцентриковыми вибровозбудителями 8 и 9.

Вибровозбудитель на этих двух эксцентриках, смещенных в пространстве на угол (π/2), получает через приводной вал 6 от двигателей 28, 29 только активную мощность. Также и отдается к виброплатформе или забиваемой свае активная мощность, когда и генерируемая сила, и виброскорость совпадают по фазе, т.е. cosϕ=cos0°=1. При этом вибромощность максимальна и равна P_в=1/2·F·V, где F и V - амплитудные значения виброусилия и виброскорости, а величина 1/2=(1/√2)·(1/√2).

В случае выполнения вибромашин на одном эксцентрике Р_в=1/2·F·V·cosϕ при большом угле ϕ, достигающем (π/2), эта вибромощность практически равна нулю.

Созданное суммарное усилие двумя эксцентриками через подшипниковые опоры 3, 4, 5 передается через корпус 2 к излучающей платформе 1 и через верх корпуса 20 через виброизоляторы, состоящие из пружин и амортизаторов 21, 22, связанных с пригрузочной массой 23, к которой также через амортизаторы и пружины 24, 25 и 26, 27 закреплены приводные электродвигатели 28, 29, валы которых через упругие муфты связаны с силовым валом 6 вибромашины.

В режиме сейсмоисточника вибромашина излучающей платформой 1 устанавливается непосредственно на исследуемый грунт, а в случае погружения свай и шпунта эта платформа жестко скрепляется с наголовником 30, который снабжен дополнительными гидравлическими зацепами 31, 32, в свою очередь жестко скрепляющими этот наголовник с погружаемой сваей 33.

То есть поставленная задача повышения коэффициента мощности (cosϕ) до единицы между создаваемой вибросилой и виброскоростью выполняется полностью, что позволяет создать вибромашину, работающую в вибрационном режиме с cosϕ, практически равным единице, что приводит и к значительно большей скорости погружения строительных элементов или значительному увеличению излучаемой сейсмической мощности.

Вибромашина, содержащая корпус, излучающую плиту с направляющими, приводные двигатели и пригрузочную массу, установленную в верхней части направляющих через амортизаторы и пружины, рабочий орган, выполненный в виде приводного вала с подшипниковыми опорами, установленными в этих направляющих, при этом указанный приводной вал рабочего органа в своей средней части между подшипниковыми опорами имеет участок большего диаметра со смещенной осью вращения относительно оси вращения приводного вала вибромашины, причем участок вала большего диаметра через подшипник и толкатель подвижно связан с инертной массой вибромашины, отличающаяся тем, что в вибромашину введена третья подшипниковая опора, установленная между упомянутыми выше, и второй эксцентриковый возбудитель колебаний, установленный в этих двух подшипниковых опорах и смещенный относительно первого на угол (π/2), причем направление создания суммарного усилия обоими вибровозбудителями имеет угол, равный (±π/4), соответственно по отношению к направлениям создаваемых усилий каждого из указанных вибровозбудителей, а каждая инертная масса вибровозбудителей разбита на две равные части, которые размещены по обе стороны от эксцентриковых вибровозбудителей по линиям создаваемых ими усилий.