Способ динамического уравновешивания рабочего органа машины с виброприводом

Изобретение относится к области вибрационной обработки поверхностей в машиностроении, сельском хозяйстве, в частности уплотнении земляного полотна на объектах строительства. Техническим результатом изобретения является снижение энергоемкости и повышение качества обработки путем исключения динамического воздействия возмущающей силы на корпус устройства при однородности и изотропности обрабатываемого материала. Колебания возможны только от изменения взаимодействия с обрабатываемым материалом. Способ динамического уравновешивания рабочего органа машин, при котором рабочий орган устройства разделен на части, вибраторы крутильных колебаний частей расположены на одной оси, а силы возмущения колебаний действуют у каждой части в противоположные стороны. Устройство, привод вращения и оператор не подвержены вибрационному воздействию при однородности и изотропности обрабатываемого материала. Допускается увеличение интенсивности вибровоздействия на обрабатываемый материал, который ограничивается прочностью узлов и деталей устройства. Сила вибровоздействия направлена параллельно поверхности обрабатываемого материала, например, при уплотнении поверхности катком, и исключено влияние критической силы трения в области «конуса трения» при перпендикулярности вибровоздействия в устройстве прототипа. 1 ил.

 

Изобретение относится к области вибрационной обработки поверхностей в машиностроении (например, шлифовании), сельском хозяйстве (например, молотильный аппарат зернового комбайна), в частности уплотнении земляного полотна на объектах строительства.

Известен способ динамического уравновешивания импульсного вращателя (ИВ) путем использования автоматического выхода в режим минимальных усилий на рабочем инструменте (Авт.св. СССР №1368705 А1, G01N 3/00// E21С 39/00, 23.01.88. Бюл. №3; авт.св. СССР №1509667 А1, G01N 3/40, 23.09.39. Бюл. №35); замыканием составляющей силы возбуждения на неподвижный корпус (авт.св. СССР №339474, В65С 33/38, 24.05.1972, Бюл. №17), добавлением возмущающей силы перпендикулярно оси вращения (авт.св. СССР №1458178 А1, В24В 23/04, 15.02.89, Бюл. №6), а также при вибровозбуждении направленного действия применением многопанельного уплотнителя (Рекламный проспект, "Boschung", многопанельный уплотнитель. Марсель Бошунг АГ, 3185-Швейцария Шмиттел/Ф_р тел. [phone]. Факс [phone]).

Наиболее близким способом динамического уравновешивания, выбранным за прототип, является многопанельный уплотнитель (Рекламный проспект, "Boschung", многопанельный уплотнитель. Марсель Бошунг АГ, 3185-Швейцария), где гашение колебаний достигается применением трех панелей, валы возбудителей колебаний у которых соединены карданными валами с заданным углом установки эксцентрично расположенных масс.

Недостатком этого способа является необходимость сохранения на одной прямой положения осей вращения возбудителей колебаний для наибольшего гашения колебаний при совмещении трех синусоид возмущающей силы. Независимое изменение положения оси вращения возбудителей колебаний вызывает смещение синусоид и дополнительные возмущения за счет изменения угла наклона прицепного устройства. В устройствах этого типа смещения осей вращения возбудителей колебаний предусмотрены конструкции для обеспечения вибрационного воздействия на обрабатываемую поверхность.

Составляющая сила воздействия на транспортирующее средство зависит от косинуса угла наклона и изменяется как от величины возмущения, так и от положения оси вращения возбудителей колебаний.

Техническим результатом, достигаемым в процессе реализации предлагаемого изобретения, является снижение энергоемкости и повышение качества обработки, путем исключения динамического воздействия возмущающей силы на корпус устройства при однородности и изотропности обрабатываемого материала. Колебания возможны только от изменения взаимодействия с обрабатываемым материалом.

Указанный технический результат достигается тем, что крутильные колебания частей рабочего органа осуществляются на одной общей оси, при этом на центральную часть рабочего органа действует возмущающая сила, равная по модулю двум силам крайних частей, симметрично расположена, действует одновременно и противоположна им по направлению.

В способе динамического уравновешивания рабочего органа машин используются импульсные вращатели, у которых возбудители крутильных колебаний имеют общую ось вращения и расположены в частях рабочего органа таким образом, что главный вектор и главный момент сил инерции относительно корпуса устройства равен нулю. Возмущающие силы равны и противоположно направлены в частях рабочего органа в проекциях на любую ось.

Схема действия сил показана на чертеже на примере уплотнительного катка, имеющего три части на одном валу 1, связанные упругими элементами 2. Возбудители крутильных колебаний установлены на каждой части. Главный вектор пар сил равен нулю. Главный момент складывается из моментов трех частей катка. Крайние части 3 и 5 и центральная часть 9 имеют возбудители крутильных колебаний, например, планетарного типа.

Эксцентрично расположенные массы 4 и 6, 14 и 15 на сателлитах 7 и 8, 16 и 17 создают крутящий момент в одну сторону, который относительно оси Z в любой момент времени равен нулю. Крутящий момент относительно оси у уравновешивается расположенными в центральной части 9 возбудителями крутильных колебаний. Положение сателлитов 10 и 11 относительно оси у согласовано с положением сателлитов в крайних частях, а эксцентрично расположенные массы 12 и 13 находятся на противоположной стороне от оси вращения сателлитов. Тем самым уравновешивают момент возбудителей колебаний относительно оси у.

Сумма моментов возбудителей крутильных колебаний относительно оси х всегда равна нулю, т.к. сумма проекций сил каждой пары возмущения на плоскость yoz равна нулю. Таким образом, главный момент возбудителей крутильных колебаний относительно корпуса устройства всегда равен нулю. Ось вращения уплотнительного катка, опоры оси и корпус защищены от колебаний.

Заявленный способ отличается от прототипа тем, что вибрационные воздействия направлены в противоположные стороны центральной и крайних частей, согласуются по расположению сил возмущения в каждой части при осуществлении их действия на общей оси вращения. В любом положении сумма моментов возмущающих сил и воздействия на корпус устройства равна нулю, энергия динамического воздействия полностью передается обрабатываемому материалу через каждую часть устройства в направлении относительного вращения, что увеличивает производительность и допускает интенсификацию вибрационного воздействия без вредного воздействия на остальные узлы устройства и на оператора. Сателлиты центральных и крайних частей уплотнительного катка, например, кинематически связаны с валом, относительное положение сателлитов обеспечивает уравновешивание возмущающих моментов и устраняет воздействие на корпус устройства. Синусоидальное возмущение находится в противофазе, и график равнодействующей возмущения всех возбудителей крутильных колебаний представляет прямую линию, совпадающую с осью координат.

Динамическое уравновешивание устройства предлагаемым способом осуществляется следующим образом на примере возбудителя колебаний планетарного типа. На стадии сборки предусматривается упругая связь между тремя частями 3, 5 и 9, допуская их относительное вращение, устройства. Положения осей вращения сателлитов крайних частей 7 и 8 эксцентрично расположенных на них масс 4 и 6 обеспечивают в каждый момент времени равные и противоположно направленные силы вибровоздействия на обрабатываемый материал. Момент сил вращения крайних частей уравновешивается противоположным по направлению моментом сил от эксцентрично расположенных (под углом 180° относительно крайних частей) масс 10 сателлитов 11. Импульс вращательного момента сил инерции возбудителей колебаний передается обрабатываемому материалу за счет сил трения (что малоэффективно) или внедренного в материал элемента катка (зуб, ребро и др.). Конструкция возбудителей крутильных колебаний обеспечивает передачу возмущающей силы по касательной к траектории движения катка и параллельно обрабатываемой поверхности. Следует отметить, что такое направление возмущающей силы исключает влияние конуса трения при давлении на поверхность, уменьшает энергозатраты на относительное перемещение частиц уплотняемого материала и увеличивает объем уплотнения за счет подвижности частиц. Уплотняемый слой приобретает свойство псевдожидкости.

Эффективность способа динамического уравновешивания рабочего органа машин обусловлено тремя принципиально новыми возможностями импульсного вращателя.

1. Крутящий момент на валу вибропривода не изменяет своего значения от возбудителей крутильных колебаний за счет симметричного расположения дебаллансов возмущающих сил при любом их положении.

2. Вибровоздействие на обрабатываемый материал уравновешивается противоположным направлением возмущающих сил крайних и центральной части и не передается на устройство и оператора.

3. Направление возмущающей силы параллельно поверхности уплотнения снижает энергозатраты на единицу уплотняемого материала.

Использование предлагаемого способа позволяет увеличить возмущающую силу до значительных величин и повысить производительность и эффективность рабочего процесса без изменения влияния вибрации на механизмы и оператора.

Способ динамического уравновешивания рабочего органа машины с виброприводом, заключающийся в воздействии подвижно соединенных частей - панелей устройства - на обрабатываемый материал, отличающийся тем, что три части связывают друг с другом при помощи упругих элементов, крутильные колебания частей рабочего органа осуществляют на одной общей оси, при этом на каждой части устанавливают массы, расположенные на сателлитах, такие, что на центральную часть рабочего органа действует симметричная по отношению к двум силам крайних частей возмущающая сила, равная им по модулю и противоположная им по направлению.