Способ направленного инерционного вибровозбуждения и дебалансный вибровозбудитель направленного действия для его осуществления



Способ направленного инерционного вибровозбуждения и дебалансный вибровозбудитель направленного действия для его осуществления
Способ направленного инерционного вибровозбуждения и дебалансный вибровозбудитель направленного действия для его осуществления
Способ направленного инерционного вибровозбуждения и дебалансный вибровозбудитель направленного действия для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2523045:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" (RU)

Изобретения относятся к строительному мультивибрационному оборудованию для погружения в грунт свай, свай-оболочек, шпунтов. Способ включает получение результирующей асимметричной вертикальной вынуждающей силы, составляющие которой одновременно генерируют с помощью n элементарных вибровозбудитей направленного действия при кратном в виде натурального ряда чисел от 1 до n отношении угловых скоростей вращения валов элементарных вибровозбудителей к угловой скорости 1-го вала при уменьшении статических моментов их дебалансов с увеличением угловых скоростей. Режим генерирования составляющих вынуждающей силы осуществляют по закону ее изменения, определяемому зависимостью, разложение которой в ряд Фурье содержит гармоники, определяющие составляющие вынуждающей силы и обеспечивающие задаваемый коэффициент ее асимметрии как отношение размеров максимальных модулей вдавливающей силы к минимальной подъемной при приемлемом количестве элементарных вибровозбудителей. Реализующий способ вибровозбудитель имеет корпус, в котором размещены с образованием двух вертикальных рядов n пар горизонтальных параллельных валов с дебалансами. Валы в рядах кинематически связаны зубчатой внешнего зацепления передачей с оговоренным в способе передаточным отношением. Передача связана с асинхронным с частотным преобразователем двигателем, размещенным внутри корпуса. Торцы корпуса имеют резьбовые гнезда под болты съемного свайного наголовника. С боковыми частями корпуса соосными шарнирами связана подъемная П-образная рама с захватным элементом под крюк подъемного крана и в одном из крайних положений зафиксирована винтами. Геометрическая ось шарниров проходит предпочтительно через центр Ц массы поворотной несъемной части вибровозбудителя. Технический результат заключается в получении коэффициента силовой асимметрии значительных размеров при меньшем количестве элементарных вибровозбудителей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Группа изобретений относится к строительному мультивибрационному оборудованию для погружения в грунт строительных элементов (свай, свай-оболочек, шпунтов и т.п.) и может найти применение в строительстве - гражданском, промышленном, энергетическом и дорожном.

Мультивибрационные устройства дебалансного типа известны.

Например, известно вибрационное устройство по патенту Великобритании (GB 88293; B06B 1/16, E02D 7/00; 1961). Оно включает три узла из пар синхронно вращающихся в противоположных направлениях неуравновешенных масс (дебалансов), смонтированных на валах, взаимно соединенных зубчатыми колесами и цепной передачей с двигателем. Компоновка узлов такова, что их силовые векторы направлены вдоль одной и той же линии действия. Такое устройство и аналогичные другие известные устройства при относительно небольших габаритах и массе и к тому же еще и простыми средствами (изменением массы дебалансов, их эксцентриситета и частоты вращения) дают возможность получать различные и значительные по размеру инерционные силы, изменяемые во времени по гармоничному закону. Недостатком таких широко применяемых устройств в силу симметричности изменения возмущающей силы является их непригодность для использования в качестве силовых, например вдавливающих, так как для создания односторонне направленных сил требуются значительные по массе привесы, чтобы компенсировать периодически возникающие направленные вверх возмущающие силы.

Известен также вибровозбудитель по патенту США (US 7804211; B06B 1/16, E02D 7/18; 2010). Одна из его модификаций включает связанные с приводом через зубчатые колеса четыре группы валов с дебалансами, причем отношение скоростей вращения группы валов относительно друг друга составляет 1:2:3:4 при соотношении статических моментов их дебалансов 100:18,72:5.8:1,38. Недостатком этого известного вибровозбудителя является невозможность получения коэффициента асимметрии вынуждающей силы значительных размеров.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому является универсальное вдавливающее устройство по патенту РФ (RU 2388868; E02D 7/00; 2010). Оно представляет собой зубчатый инерционный самобалансный полигармонический вибратор, который имеет корпус, несущий снаружи грузовую траверсу, направляющие и сменный свайный наголовник и содержащий внутри пары дебалансных зубчатых колес и валов, валы смонтированы в подшипниках единого корпуса в два равнозначных вертикальных ряда, зубчатые колеса в мультиплицирующем порядке связаны между собой в вертикальных рядах и между рядами через начальную пару, верхние зубчатые колеса кинематически связаны с равнозначным приводом вращательного движения в виде двух двигателей (асинхронных с частотным преобразователями или серводвигателей с сервоприводами), причем количество дебалансных зубчатых колес и валов, присоединенных к начальной паре, выбрано из диапазона 2…6, порядок угловых скоростей вращения каждого из них по отношению к начальной паре выбран кратным и целочисленным из диапазона 1…7, углы сдвига фаз каждой дополнительной пары относительно начальной установлены равными нулю, а компоновка всего механизма выполнена с обеспечением размещения его центра масс на одной вертикали с продольной осью погружаемого элемента при обеспечении собственного веса, превышающего размер наименьшего сопротивления срыву погружаемого элемента. Этот известный дебалансный вибровозбудитель направленного действия позволяет при семикратной асимметрии возбуждающей силы обеспечить в плавном (безударном) режиме погружение свай в грунт (например, железобетонных в крупный песок). Недостатком прототипа является невозможность получения значительных размеров коэффициента асимметрии возбуждающей силы при уменьшении количества элементарных вибровозбудителей направленного действия.

Известен способ направленного инерционного вибровозбуждения, который по своей сути реализуется устройством по патенту RU 2388868. Он включает получение результирующей асимметричной вертикально направленной вынуждающей силы, составляющие которой одновременно генерируют с помощью до семи элементарных вибровозбудителей направленного действия, предварительно обеспечив кратное увеличение частоты вращения валов элементарных вибровозбудителей и уменьшение размеров статических моментов их неуравновешенных масс. Недостаток известного способа таков, как и реализующее его устройства.

Задачей группы изобретений является создание такого способа вибровозбуждения и реализующего его устройства, которые позволяли получать коэффициент силовой асимметрии значительных размеров при меньшем количестве элементарных вибровозбудителей за счет получения и использования релевантного решаемой задачи закона изменения возбуждающей силы.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата патентуемый способ направленного инерционного вибровозбуждения включает получение результирующей асимметричной вертикально направленной вынуждающей силы F, составляющие Fi которой одновременно генерируют с помощью n элементарных вибровозбудителей направленного действия при кратном в виде натурального ряда чисел от 1 до n отношении угловых скоростей ωi валов i-x элементарных возбудителей к угловой скорости ω1 вала первого элементарного вибровозбудителя и уменьшении размеров статических моментов miri с эксцентриситетами ri при увеличении угловых скоростей ωi. Отличительной особенностью патентуемого способа является то, что режим генерирования составляющих Fi вынуждающей силы осуществляют по закону ее изменения, определяемого зависимостью F=F(t)=Acos2pωt/2, разложение которой в ряд Фурье содержит гармоники

F(p-k)=A[22p-1]-1(2p)![k!(2p-k)!]-1cos(p-k)ω(p-k)t,

где k=0, 1, 2, …, (p-1),

2p - порядок зависимости F(t),

p - порядок наивысшей гармоники,

A - амплитуда изменения вынуждающей силы F,

определяющие составляющие Fi=F(p-k) вынуждающей силы F и обеспечивающие необходимый задаваемый коэффициент ее асимметрии ka как отношение размеров максимальных модулей вдавливающей вынуждающей силы Fв к подъемной Fп при приемлемом количестве n элементарных вибровозбудителей, удовлетворяющему условию, что n≤p, a |Fв|+|Fп|A.

Для расширения функциональных возможностей способа перед приведением во вращение валов элементарных вибровозбудителей осуществляют изменение направления вектора результирующей силы путем поворота всей их системы относительно общей параллельной валам оси на угол в 180°.

Для реализации способа с достижением указанного технического результата при дополнительной возможности выполнения обратной функции (вместо вдавливания свай их извлечение) дебалансный вибровозбудитель направленного действия включает корпус, n пар несущих дебалансы горизонтальных параллельных валов, установленных в подшипниках корпуса с образованием двух вертикальных рядов и кинематически связанных по крайней мере с одним приводом вращательного движения через зубчатую внешнего зацепления передачу с передаточным отношением смежных пар зубчатых колес, представляющим натуральный ряд чисел от 1 до n пар валов, причем дебалансы каждой лежащей в одной горизонтальной плоскости пары валов установлены синфазно и имеют одинаковые статические моменты, размеры которых уменьшаются для пар валов в сторону зубчатых колес с меньшим количеством зубьев, а нижний торец корпуса оснащен присоединительными элементами, например для крепления съемного свайного наголовника. Отличительной особенностью патентуемого вибровозбудителя является то, что он снабжен подъемной П-образной рамой, оснащенной шарнирно с ней соединенным захватным элементом и связанной с боковыми частями корпуса с возможностью поворота на 180° и последующей фиксации в крайних положениях, верхний торец корпуса оснащен дополнительными присоединительными элементами, выполненными тождественно присоединительным элементам нижнего его торца, привод вращательного движения размещен внутри корпуса, а статические моменты miri дебалансов горизонтальных параллельных i-x пар валов связаны со статическими моментами m1r1 дебалансов первой пары горизонтальных параллельных валов соотношением

m1r1/miri=i2(n-i)!(n+i)!/[(n-1)!(n+1)!],

где mi и m1 - массы дебалансов i-x пар валов и первого вала соответственно,

ri и r1 - эксцентриситеты масс указанных дебалансов.

Для повышения КПД зубчатой передачи предлагаемого вибровозбудителя кинематическая связь его двигателя вращательного движения с двумя рядами валов осуществлена в их средней части, а для повышения удобства при эксплуатации в нем обеспечено прохождение геометрической оси связи П-образной рамы с корпусом через центр масс поворотной несъемной части вибровозбудителя.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен дебалансный вибровозбудитель направленного действия (в положении вдавливания сваи), вертикальный разрез;

на фиг.2 - то же, графики законов изменения вертикальных вынуждающих сил за один оборот вала первого элементарного вибровозбудителя, генерируемые семью и пятью элементарными вибровозбудителями заявляемого и прототипа соответственно;

на фиг.3 - то же, положение вибровозбудителя при извлечении сваи.

Изобретение представляет собой дебалансный вибровозбудитель направленного действия (фиг.1). Он включает корпус 1 и n элементарных вибровозбудителей 2i (i=1, …, n), каждый из которых содержит пару горизонтальных параллельных валов 3i и 4i, несущих дебалансы 5i и 6i, т.е. по своей сути является мультидебалансным. Валы 3i и 4i установлены в подшипниках 7i и 8i корпуса 1 с образованием двух вертикальных рядов 9 и 10 и кинематически связаны между собой и по крайней мере с одним приводом вращательного движения 11. Кинематическая связь между валами 3i и 4i осуществлена через зубчатую внешнего зацепления передачу 12 в виде двух ветвей 13 и 14 с передаточным соотношением смежных пар колес (13i-1, 13i) и (13i, 13i+1), а также (14i-1, 14i) и (14i, 14i+1), представляющий натуральный ряд чисел от 1 до n пар валов 3i и 4i. Зубчатая передача 12 обеспечивает синхронное вращение валов 3 и 4, в противоположных направлениях, причем зубчатые колеса 131 и 141 валов 31 и 41 первого элементарного вибровозбудителя 21 находятся в зацеплении. Привод вращательного движения 11 выполнен, например, в виде асинхронного с частотным преобразователем двигателя, размещен внутри корпуса 1 и его кинематическая связь с двумя рядами 9 и 10 валов осуществлена в их средней части (с помощью двух одинаковых зубчатых колес 11а и 11б, входящих в зацепление между собой и колесами 13i и 14i соответственно, причем, например, зубчатое колесо 11а зафиксировано на валу 11в двигателя 11, а зубчатое колесо 11б размещено на оси 11г). Конструктивно дебалансы 5i и 6i могут быть размещены на валах 3i и 4i или на зубчатых колесах (не показано). Статические моменты miri масс mi при эксцентриситетах ri парных валов 3i и 4i имеют одинаковые размеры и установлены синфазно, причем относительно первоначального положения первой пары валов 31 и 41 размеры начальной фазы φi=0 (на чертеже начальная фаза не обозначена). Корпус 1 снабжен подъемной П-образной рамой 15, связанной с боковыми частями 16 и 17 корпуса 1 с возможностью поворота на 180°, например, с помощью соосных шарниров 18 и 19, с последующей фиксацией в крайних положениях винтами 20 и 21. Для этого в боковых частях 16 и 17 корпуса 1 выполнены две пары соосных отверстий 1а, 1б и 1в, 1г для ввода концов 20а и 21а соответственно винтов 20 и 21, образующих резьбовые соединения 15а и 15б с рамой 15. Рама 15 оснащена захватным кольцеобразным элементом 22, а нижний 23 и верхний 24 торцы корпуса 1 имеют присоединительные элементы, например, в виде резьбовых гнезд 25, 26 и 27, 28 для крепления съемного свайного наголовника 29 с помощью винтов 29а. Геометрическая ось 30 связи (шарниров 18 и 19) рамы 15 с корпусом 1 проходит предпочтительно через центр Ц массы поворотной несъемной части вибровозбудителя.

Статические моменты miri дебалансов 5i (6i) i-x элементарных вибровозбудителей 2, связаны со статическим моментом m1r1 дебалансом 51 (61) первого вибровозбудителя 21 соотношением

m 1 r 1 / m i r i = i 2 ( n i ) ! ( n + i ) ! / [ ( n 1 ) ! ( n + 1 ) ! ] , ( 0 )

где n - количество пар валов 3i и 4i (количество элементарных вибровозбудителей 2i), при предварительных расчетах n=p,

ri, r1 - эксцентриситет масс mi, m1 дебалансов 5i (6i),

i - передаточное отношение зубчатой передачи 12 (представляющей натуральный ряд чисел от 1 до n).

Рассмотренный дебалансный вибровозбудитель направленного действия реализует патентуемый способ направленного инерционного вибровозбуждения. Этот способ заключается в получении результирующей асимметричной вертикально направленной вынуждающей силы F, составляющие Fi которой одновременно генерируют с помощью n элементарных вибровозбудителей 2i направленного действия при кратном в виде натурального ряда чисел от 1 до n отношении угловых скоростей ωi вращения валов 3i и 4i элементарных вибровозбудителей 2i к угловой скорости ω1 валов 31 (41) первого элементарного вибровобудителя 21 и уменьшении размеров статических моментов miri, масс mi дебалансов 5i (6i) с эксцентриситетами ri при увеличении угловых скоростей ωi. Режим генерирования составляющих F возбуждающей силы F осуществляют по закону ее изменения, определяемой зависимостью

F = F ( t ) = A cos 2 p ω t / 2, ( 1 )

разложение которой в ряд Фурье содержит гармоники (p-k) порядка

F ( p k ) = A [ 2 2 p 1 ] 1 ( 2 p ) ! [ k ! ( 2 p k ) ! ] 1 cos ( p k ) ω ( p k ) t , ( 2 )

где k=0, 1, 2, …, (p-1),

2р - порядок зависимости F(t),

p - порядок наивысшей гармоники,

A - амплитуда изменения вынуждающей силы, определяющие составляющие Fi=F(p-k) вынуждающей силы F и обеспечивающие необходимый задаваемый коэффициент ее асимметрии ka как отношение размеров максимальных модулей вдавливающей вынуждающей силы Fв к подъемной Fп при приемлемом количестве элементарных вибровозбудителей 2i, удовлетворяющему условию, что n≤p, a|Fв|+|Fп|=A.

Зависимость (2) получена следующим образом.

Элементарные вибровозбудители 2 представляют собой двухдебалансные вибраторы, создающие направленные силы инерции, изменяемые по гармоничному закону, представляют (с учетом кинематической связи их валов с передаточными отношениями зубчатых колес в виде ряда натуральных чисел) гармоники ряда Фурье.

Для четной функции f(x) ряд Фурье [1] имеет вид

f ( x ) = a 0 / 2 + p = 1 a p cos p x , ( 3 )

где коэффициенты Фурье

a 0 = 2 / π 0 π f ( x ) d x , ( 4 )

a p = 2 / π 0 π f ( x ) cos p x d x . ( 5 )

Из зависимости (3) получаем

a 0 / 2 = 1 / π 0 π f ( x ) d x = f * ( x ) , ( 6 )

где f*(x) - среднее арифметическое функции f(x) на отрезке [0, π]. В качестве базовой функции для представления закона изменения вынуждающей силы для дебалансного вибровозбудителя направленного действия мультипликационного типа можно принять на интервале - π≤x≤π функцию

f ( x ) = A cos 2 p x / 2, ( 7 )

для которой среднее арифметическое значение

f * ( x ) = a 0 / 2 = A / π 0 π cos 2 p x / 2 d x = A ( 2 p ) ! / [ 2 2 p ( 2 p ! ) 2 ] ( 6 a )

и которая может быть представлена конечным рядом из переменных членов (от k=0 до k=p-1) в виде

A cos 2 p x / 2 = A ( 2 p ) ! / [ 2 2 p ( p ! ) 2 ] + A / 2 2 p 1 k = 0 p 1 ( 2 p ! ( k ! ) 1 [ ( 2 p k ) ! ] 1 cos ( p k ) x . ( 8 )

С учетом физической сущности процесса переменную x можно представить как ωt, где ω - угловая скорость (угловая частота) вращения вала, t - время в пределах периода T, при этом в зависимости (8) меняется вид последнего сомножителя (x заменяется на ωt, а в гармониках A, cosiωt ряда Фурье A, соответствуют силе Fi, генерируемой i-м вибровозбудителем.

Второе слагаемое зависимости (8) представляет сумму гармоник и после замены x на ωt каждая из них может быть представлена зависимостью (2).

С помощью зависимости (8) можно количественно оценить эффективность вибровозбуждения. Принимаем количество элементарных вибровозбудителей n=р=7.

После преобразования и подстановки p=7 во второе слагаемое зависимость (8) для вынуждающей силы F(7) имеем

F ( 7 ) = A cos a 2 p A a 0 / 2 = A [ 1 / 8192 ( 3003 cos x + 2002 cos 2 x + 1001 cos 3 x + 364 cos 4 x + + 91 cos 5 x + 14 cos 6 x + cos 7 x ] . ( 8 a )

По зависимости (8а) получаем следующие соотношения, пропорциональные генерируемыми i-ми вибровозбудителями силам Fi:

A 1 / A = 3003 / 8192, A 2 / A = 2002 / 8192, A 3 / A = 1001 / 8192, A 4 / A = 364 / 8192, A 5 / A = 91 / 8192, A 6 / A = 14 / 8192. A 7 / A = 1 / 8192. ( 8 б )

Так как шестым и седьмым соотношениями амплитуд из ряда (8б) из-за незначительного их размера можно пренебречь, то практически достигается тот же силовой эффект и при пяти вибровозбудителях при законе изменения вынуждающей сипы F=cos2px/2.

Из зависимости (2) с учетом конечности ряда при x=0 имеем

k = 0 p a p = f ( 0 ) a 0 / 2 = F в , ( 9 )

a при x=π/2

k = 0 p ( 1 ) p a p = f ( π / 2 ) a 0 / 2 = F п , ( 10 )

Параметры Fв и Fп обеспечивают оценку точности приближения ряда Фурье к функции[А1] f f _ ( x ) при конечном числе членов рядав, меньшем p.

Для монотонно убывающей функции f(x) вибрационная система может быть оценена коэффициентом динамичности

k д = | F в / F п | = [ f ( 0 ) f * ( x ) ] / f * ( x ) = k a , ( 11 )

т.е. коэффициенты динамичности системы и асимметрии вынуждающей силы совпадают, а параметры Fв и Fп является соответственно модулями вдавливающей и подъемной вынуждающей силы F.

Амплитуда или общая сила

A = | A в | + | A п | , ( 12 )

где Ав и Aп - амплитуды вдавливающей силы и подъемной силы соответственно. Подъемная сила

F п = G в + G c A п , ( 13 )

где Gв и Gc - вес вибровозбудителя и вес сваи (естественный пригруз) соответственно, а их сумма является статической нагрузкой.

Получение заранее заданной вдавливающей силы Fв решается посредством числа гармоник при соответствующем подборе статических моментов. При увеличении числа элементарных вибровозбудителей сокращается время действия вдавливающей силы Fв на погружаемый элемент (сваю). Из закона сохранения количества движения следует, что, чем меньше время воздействия Fп, тем больше время действия подъемной силы Fn, тем меньше значение подъемной силы Fп, т.е. уменьшение времени воздействия Fв позволяет получить меньшую подъемную силу Fп.

Задавшись коэффициентом динамичности (силовой асимметрии) kд=kа=8 с учетом статической нагрузки (Gв+Gc=Fп), строим два графика вынуждающей силы F(7) и F(5) (соответственно при 7 и 5 элементарных вибровозбудителях) за период T оборота вала первого вибровозбудителя (от 0 до 2π) со сдвигом по оси ординат на размер статической нагрузки (фиг.2). Также наносим график вынуждающей силы F прототипа (при 7 элементарных вибровозбудителях и kл=kа=7). Судя по графикам изменения вынуждающей силы патентуемого вибровозбудителя, при большем коэффициенте динамичности (силовой асимметрии) и равном или меньшем количестве элементарных вибровозбудителей в сравнении с прототипом, функция более гладкая (без колебаний).

Работает дебалансный вибровозбудитель направленного действия следующим образом.

Для подготовки к погружению сваи 31 с расфиксированной П-образной рамой 15 и оснащенный свайным наголовником 29 корпус 1 вибровозбудителя подвешивают на крюке 32 грузоподъемного крана с помощью захватного элемента 22, подводят краном к стеллажу с уложенными сваями и надевают на голову сваи 31 свайный наголовник 29. С помощью зажимного механизма свайного наголовника зажимают голову сваи 31, фиксируют П-образную раму 15 винтами 20 и 21, поднимают краном вибровозбудитель со сваей 31 и выводят их на точку погружения. В режиме расторможенной подвески включают двигатель 11 и под действием вдавливающей силы Fв осуществляют плавное погружение сваи 31 в грунт 33 на проектную глубину (фиг.1). Затем освобождают сваю 31 от зажима в свайном наголовнике 29 и поднимают краном вибровозбудитель. На этом цикл погружение сваи 31 заканчивается. Последующие циклы погружения свай в грунт повторяются в той же последовательности.

Для подготовки к извлечению сваи 31 из грунта 33 снимают свайный наголовник 29, расфиксированную П-образную раму 15 поворачивают на 180° относительно корпуса 1 вибровозбудителя и фиксируют с помощью винтов 20 и 21 (путем введения их концов 20а и 21а в отверстия 1в и 1г корпуса 1). Устанавливают свайный наголовник 29, фиксируя его винтами 29а в резьбовых гнездах 27 и 28 в торце 24 корпуса 1. Подвешивают вибровозбудитель на крюке 32 грузоподъемного крана с помощью захватного элемента 22, подводят вибровозбудитель краном к подлежащей извлечению сваи 31, надевают на голову сваи 31 свайный наголовник 29 и с помощью зажимного механизма зажимают голову сваи 31. В режиме активной подвески включают двигатель 11 и под действием силы - Fв, т.е. вдавливающей силы, вектор которой направлен вверх, осуществляют плавное извлечение сваи 31 (фиг.3). Извлеченную сваю 31 с помощью крана переносят к стеллажам складирования, где ее опускают и освобождают от зажима в свайном наголовнике 29. Затем поднимают вибровозбудитель. На этом цикл извлечения сваи 31 заканчивается. Последующие циклы извлечения свай из грунта повторяются в той же последовательности.

Предложенная группа изобретений при улучшении эксплуатационных характеристик и расширении функциональных возможностей дебалансных вибровозбудителей направленного действия расширяет арсенал средств строительного мультивибрационного оборудования.

[1] И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука. 1981. - с.550.

1. Способ направленного инерционного вибровозбуждения, включающий получение результирующей асимметричной вертикально направленной вынуждающей силы F, составляющие Fi которой одновременно генерируют с помощью n элементарных вибровозбудителей направленного действия при кратном в виде натурального ряда чисел от 1 до n отношении угловых скоростей ωi вращения валов i-x элементарных вибровозбудителей к угловой скорости ω1 вала первого элементарного вибровозбудителя и уменьшении размеров статических моментов miri масс mi дебалансов с эксцентриситетами ri при увеличении угловых скоростей ωi, отличающийся тем, что режим генерирования составляющих Fi вынуждающей силы F осуществляют по закону ее изменения, определяемому зависимостью F=F(t)=Acos2pωt/2, разложение которой в ряд Фурье содержит гармоники
F(p-k)=A[22р-1]-1(2p)![k!(2p-k)!]-1 cos(p-k)ω(p-k)t,
где k=0, 1, 2, …, (p-1),
2p - порядок зависимости F(t),
p - наивысший порядок гармоники,
A - амплитуда изменения вынуждающей силы F,
определяющие составляющие Fi=F(p-k) вынуждающей силы F и обеспечивающие необходимый задаваемый коэффициент ka ее асимметрии возбуждающей силы как отношение размеров максимальных модулей вдавливающей вынуждающей силы Fa к подъемной Fп при приемлемом количестве n элементарных вибровозбудителей, удовлетворяющем условию, что n≤p, а |Fв|+|Fп|=A.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед приведением во вращение валов элементарных вибровозбудителей осуществляют изменение направления вектора результирующей возбуждающей силы путем поворота всей их системы относительно общей параллельной валам оси на угол в 180°.

3. Дебалансный вибровозбудитель направленного действия, включающий корпус, n пар несущих дебалансы горизонтальных параллельных валов, установленных в подшипниках корпуса с образованием двух вертикальных рядов и кинематически связанных по крайней мере с одним приводом вращательного движения через зубчатую внешнего зацепления передачу с передаточным соотношением i смежных пар зубчатых колес, представляющий натуральный ряд чисел от 1 до числа n пар валов, причем дебалансы каждой лежащей в одной горизонтальной плоскости пары валов установлены синфазно и имеют одинаковые статические моменты, размеры которых уменьшаются для пар валов в сторону зубчатых колес с меньшим числом зубьев, а нижний торец корпуса оснащен присоединительными элементами, например для крепления съемного свайного наголовника, отличающийся тем, что он снабжен подъемной П-образной рамой, оснащенной шарнирно с ней соединенным захватным элементом и связанной с боковыми частями корпуса с возможностью поворота на 180° и последующей фиксации в крайних положениях, верхний торец корпуса оснащен дополнительными присоединительными элементами, выполненными тождественно присоединительным элементам нижнего его торца, привод вращательного движения размещен внутри корпуса, а статические моменты miri, дебалансов горизонтальных параллельных i-x пар валов связаны со статическим моментом m1r1 дебалансов первой пары горизонтальных параллельных валов соотношением
m1r1/miri, =i2(n-i)!(n+i)!/[(n-1)!(n+1)!],
где mi и m1 - массы дебалансов i-x пар валов и первого вала соответственно,
ri и r1 - эксцентриситеты масс указанных дебалансов.

4. Дебалансный вибровозбудитель по п.3, отличающийся тем, что кинематическая связь его двигателя вращательного движения с двумя рядами валов осуществлена в их средней части.

5. Дебалансный вибровозбудитель по п.3, отличающийся тем, что геометрическая ось связи П-образной рамы с корпусом проходит предпочтительно через центр массы поворотной несъемной части вибровозбудителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к устройствам для получения направленных механических колебаний. Задачей изобретения является получение возможности легкого изменения направления и формы механических колебаний в вибраторах направленного действия.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при шлифовании поверхностей с применением смазочно-охлаждающих жидкостей. .

Изобретение относится к области военной техники и может быть использовано для увеличения дальности стрельбы стрелкового и артиллерийского оружия. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к финишной обработке с использованием энергии ультразвуковых колебаний. .
Изобретение относится к области специальных физических и химических технологий и может быть использовано там, где требуется разложение жидкой среды на составляющие элементы, например при детоксикации и дебактеризации, при переработке нефтесодержащих фракций.

Изобретение относится к ультразвуковой технике, а именно к колебательным системам, и может быть использовано как при разработке акустических систем различного технологического назначения, так и в существующем ультразвуковом оборудовании, созданном на базе преобразователей разных типов.

Изобретение относится к технике обработки жидких сред. .

Изобретение относится к вибрационной технике, устройствам получения направленных механических колебаний. .

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано в генераторах, фильтрах, линиях задержки, других устройствах, использующих поверхностные акустические волны.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в ультразвуковых установках технологического назначения, в первую очередь в установках для ультразвуковой сварки металлов и ультразвуковой разборки.

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в технологическом и транспортном оборудовании в отраслях промышленности, связанных с переработкой сыпучих материалов. Способ заключается в возбуждении механических колебаний центробежным вибровозбудителем, содержащим четыре дебаланса, попарно имеющие одинаковые неуравновешенные массы, эксцентриситеты и угловые скорости, при соответствующей фазировке первой и второй пар дебалансов, соотношением их угловых скоростей, а также соотношением максимальных силовых факторов, создаваемых силами инерции медленновращающихся и силами инерции быстровращающихся дебалансов. Технический результат заключается в возможности варьирования скорости транспортирования и повышения технологической эффективности процессов сепарирования зерновых смесей. 13 ил., 5 табл.

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для транспортирования различных кусковых и сыпучих материалов в пылеплотном или герметичном исполнении и, если необходимо, одновременной обработки сыпучих грузов (классификация, дозирование, смешивание, сушка, уплотнение). Заявленная вибрационная транспортирующая машина включает рабочий орган, соединенный упругой связью с реактивной частью, несущей средство для сообщения резонансных однонаправленных колебаний, и амортизаторы малой жесткости, причем средство для сообщения резонансных однонаправленных колебаний выполнено в виде смонтированных на реактивной части машины, по меньшей мере, пары одинаковых параметрических вибровозбудителей, установленных с возможностью вращения роторов инерционных элементов в противоположных направлениях в вертикальных плоскостях и приводимых во вращение от независимых электродвигателей, а резонансная частота средства для сообщения резонансных однонаправленных колебаний определяется из соотношений ω=λ1+λ2, λ1=ν·ω, 0<ν<1, где ω - усредненное значение парциальных угловых скоростей роторов, λ1 - эффективная собственная частота качающихся маятников роторов инерционных элементов, λ 2 = C / M п р - парциальная собственная частота рабочего органа, соответствующая противофазной форме однонаправленных свободных колебаний, Mпр=M1M2/(M1+M2) - приведенная масса, C - жесткость упругой связи, M1 - масса рабочего органа, M2 - общая масса реактивной части машины. Технический результат - достижение высокой стабильности резонансного режима работы машины при высокой добротности ее колебательной системы, а в итоге создание энергосберегающих вибрационных транспортирующих машин. 2 ил.

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в вибрационных станках для переработки отходов различных материалов во вторичное сырье, вибрационных машинах, применяемых в строительстве, транспорте, медицине, металлообработке, сельском хозяйстве, пищевой, горной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что в способе возбуждения колебаний вращаемое тело и контртело сопрягают с тарированной силой прижима и обкатывают его по замкнутой траектории, имеющей поворотную симметрию вокруг оси симметрии траектории, и одновременно воздействуют на них неуравновешенной радиальной силой, постоянно меняя ее направление с частотой вращения тела, при этом суммарной амплитудой колебаний управляют по соотношению где Δω=ω1+ω2; F2 - вращающаяся неуравновешенная радиальная сила; ω1 - частота колебаний вращаемого тела; ω2 - частота вращения; r1 - радиус вращаемого тела; М - суммарная масса тел; t - время; Технический результат - повышение эффективности и универсальности способа возбуждения колебаний, которые заключаются в обеспечении возможности управления формой траектории колебательного движения и возможности одновременного получения высокочастотной и низкочастотной составляющей колебаний, их синхронизации и возможности регулирования параметров этих колебаний. 3 ил.

Изобретение относится к ультразвуковым инструментам для деформационной обработки. Инструмент содержит корпус с ручкой и направляющими скольжения, в которых установлен с возможностью осевого возвратно-поступательного движения стакан с фланцем и насадкой. В стакане закреплен ультразвуковой преобразователь, соединенный с трансформатором колебательной скорости. На насадке закреплена своим цилиндрическим концом державка. В державке с возможностью возвратно-поступательного движения установлены бойки, торцы которых контактируют с торцом трансформатора скорости. Во фланец стакана упирается пружина. Между пружиной и торцевой поверхностью корпуса размещена подвижная втулка, оснащенная штифтами, которые входят в фигурные пазы, выполненные в корпусе с возможностью фиксации осевого перемещения втулки в трех положениях. Державка с бойками зафиксирована от осевого перемещения с помощью шарикового пружинного фиксатора, шарик которого входит в одну из лунок, выполненных на цилиндрическом конце державки. В результате расширяются функциональные возможности. 2 ил.

Изобретение относится к акустике и предназначено для возбуждения акустических колебаний в газах и жидкостях. Сущность: излучатель содержит теплопроводящую подложку, на рабочей поверхности которой сформированы параллельно расположенные протяженные структуры в виде выступов призматической формы, имеющие легированные поверхностные слои со значительно большей электрической проводимостью, чем подложка. Протяженные структуры соединены с токопроводящими контактными областями, сформированными на подложке. Поверхности подложки и тепловыделяющих структур покрыты сверху наноразмерным слоем диоксида кремния. Технический результат: повышение надежности, удельной акустической мощности и максимальных частот излучаемых акустических колебаний. 1 ил.

Настоящее изобретение относится к жесткой конструкции эксцентриковой тяги и генератору вибраций, и более конкретно к жесткой конструкции эксцентриковой тяги, генерирующей вибрации посредством вращения эксцентриковой тяги, и генератору вибраций. Заявленная группа изобретений включает жесткую конструкцию эксцентриковой тяги и генератор вибраций, содержащий жесткую конструкцию для эксцентриковой тяги. При этом жесткая конструкция эксцентриковой тяги, используемая для генератора вибраций, содержит вращающееся средство (20) привода, имеющее приводной вал (21); по существу имеющую форму бруска эксцентриковую тягу (30A, 30B), имеющую эксцентрический утяжеленный участок (33) на стороне первого конца (31) и имеющую участок (34) тяги, соединенный с указанным приводным валом (21) на стороне второго конца (32), вращающуюся посредством силы, передаваемой от указанного вращающегося средства (20) привода через указанный приводной вал (21); и вибрирующий участок (40), имеющий опорный участок (44) внутри участка, расположенного ближе к первому концу (41) таким образом, что указанный первый конец (31) указанной эксцентриковой тяги (30A, 30B) вставлен в указанный опорный участок (44), выполненный для покрытия указанной эксцентриковой тяги (30A, 30B), при этом указанный эксцентрический утяжеленный участок (33) имеет первую центральную ось (33t), проходящую вдоль продольного направления указанного эксцентрического утяжеленного участка (33), при этом указанный участок (34) тяги имеет вторую центральную ось (34t), проходящую вдоль продольного направления указанного участка (34) тяги, где линия (34s) продления определяется посредством продления указанной второй центральной оси (34t) в направлении указанного эксцентрического утяжеленного участка (33), угол (θ) между указанной первой центральной осью (33t) эксцентрического утяжеленного участка (33) и указанной линией (34s) продления больше 0° и не более приблизительно 10° в состоянии, при котором указанный первый конец (31) эксцентриковой тяги (30A, 30B) не вставлен в указанный опорный участок (44), и указанный первый конец (31) эксцентриковой тяги (30A, 30B) вставлен в указанный опорный участок (44) таким образом, что эксцентриковая тяга (30A, 30B) фиксирована так, что указанный первый конец (31) эксцентриковой тяги (30A, 30B) регулярно толкает внутреннюю периферическую поверхность указанного опорного участка (44). Технический результат заключается в уменьшении шума, генерируемого посредством вибрации при вращении на высокой и на низкой скоростях вращения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Раскрыты примеры генератора волны сжатия, сконфигурированного для генерирования в среде волн сжатия, обладающих высокой энергией. Генератор волны сжатия может содержать поддон, несущий поршень. Поддон может дополнительно содержать фиксирующее средство, при активации которого происходит фиксация поршня в неподвижном положении. Когда фиксирующее средство находится в деактивированном положении, поршень может быть высвобожден и может перемещаться, по меньшей мере, на некоторое расстояние от поддона. Поддон, несущий поршень, может быть расположен во внутреннем канале корпуса генератора волны сжатия и может перемещаться во внутреннем канале корпуса от его первого конца в направлении его второго конца вдоль продольной оси канала. Преобразующее устройство может быть установлено во втором конце корпуса. Преобразующее устройство может быть соединено со средой и может преобразовывать часть кинетической энергии поршня в волну сжатия в среде при динамическом воздействии поршня на преобразующее устройство. Разгон поддона, несущего поршень, может быть осуществлен посредством прикладывания энергии к поддону. После того как поддон будет разогнан во внутреннем канале корпуса, он может быть замедлен путем прикладывания к нему удерживающей силы, при этом поршень может, по меньшей мере, частично выйти из поддона и продолжить движение в направлении преобразующего устройства до тех пор, пока он не столкнется с преобразующим устройством. Кроме того, раскрыты примеры способов работы генератора волны сжатия. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх