Компрессионно-вакуумная машина ударного действия

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к молоткам и перфораторам, применяемым в строительстве, горнодобывающей промышленности и в геологоразведочных работах. Цель - снижение вибрации. В корпусе 1 машины установлены цилиндр 2 и рабочий инструмент 9. В цилиндре 2 размещены с возможностью возвратно-поступательного движения поршень 3 и ударник 7, связанный с поршнем 3 через воздушную подушку 8. Поршень 3 связан через кривошип 6 с противовесом (П) 11, который имеет два участка 13 и 14. Участок 13 массой "M<SB POS="POST">1</SB>" симметричен относительно оси кривошипа 6, а участок 14 массой "M<SB POS="POST">2</SB>" несимметричен относительно этой оси. При этом массы участков 13 и 14 связаны соотношением M<SB POS="POST">1</SB><SP POS="POST">.</SP>R<SB POS="POST">1</SB>=M<SB POS="POST">2</SB>R<SB POS="POST">2</SB>:K, где: R<SB POS="POST">1</SB> и R<SB POS="POST">2</SB> - расстояние от оси вращения кривошипа до центров масс участков 13 и 14

K=1-2. Центр массы несимметричного участка П 11 смещен на угол 45° - 90° относительно оси кривошипа в направлении его вращения. Это позволяет, не увеличивая вибрации в направлении оси ударного механизма, значительно снизить ее в перпендикулярном к оси ударного механизма направлении. Движение кривошипа 6 преобразуется в возвратно-поступательное перемещение поршня 3 и через воздушную подушку 8 передается на ударник 7 (в прямом ходе), который наносит удар по инструменту 9. При обратном ходе поршня 3 между ним и ударником 7 создается разряжение и ударник 7 движется за ним вверх. 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (k9) (ll) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4471996/26-03 (22) 09.08.88 (46) 30.12.90. Бюл. М 48 (71) Московское научно-производственное объединение по механизированному строительному инструменту и отделочным машинам (72) Ю.Н.Колган, Н,M.Êèðþøèí, И.А,Прохоров, В.А.Кезик и Е.И.Рябоконь (53) 622.233,5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 338629, кл, Е 21 С 3/04, 1970.

Методы виброзащиты злектрических ручных машин ударного действия. Обзорная информация, M.. ЦНИИТЗстроймаш, 1981, с,48.

8. Поршень 3 связан через кривошип 6 с противовесом (П) 11, который имеет два участка 13 и 14. Участок 13 массой m> симметричен относительно оси кривошипа 6, а

1617 t 339 участок 14 массой пи несимметричен относительно этой оси. При этом массы участков 13 и 14 связаны соотношением е1.г1 = пса t 2: К, где r< и гг — расстояния от оси вращения кривошипа до центров масс участков 13 и 14; К = 1 — 2. Центр массы несимметричного участка П 11 смещен на угол 45 — 90 относительно оси кривошипа в направлении его вращения. Это позволяет, не увеличивая вибрации в направлении оси ударного механизма, значительно снизить

Изобретение относится к машиностроению, в частности к компрессионно-вакуумным машинам ударного действия, например, молоткам и перфораторам, применяемым в строительстве, горнодобывающей промышленности и геологоразведочных работах, для разрушения строительных материалов и пород.

Цель изобретения — снижение вибрации.

На фиг. 1 изображена предлагаемая компрессионно-вакуумная машина, продольный разрез; на фиг. 2 — графики сил, действующих в течение рабочего цикла на корпус машины в направлении оси цилиндра со стороны ударного и кривошипно-шатунного механизмов; на фиг, 3 — график зависимости сил, действующих в течение рабочего цикла на корпус мв:.вины в направпении оси цилиндра со стороны ударного механизма, от угла поворота кривошипа; на фиг. 4 — график изменения амплитуды импульсов силы, создаваемой массой несим, метричного участка противовеса от угла его смещения; на фиг. 5 — совмещенный график изменения площади Fg вычитаемой части импульса силы, создаваемой масссй несимметричной части и ротивовеса, при смещении ее центра тяжести от своего оптимального положения и изменения величины суммарного вектора Р»р центробежной силы противо. ееса при смещении центра тяжести В несимметричной части противовеса от своего оптимального положения на угол >:45, когда отношение центробежной си- ы несимметричного и симметричного учасгков противовеса равно 1.5; на фиг, б — пример выполнения противовеса с несимметричным участком, расположенным с углом смещения /3=9()о относительно оси кривошипа, являющимся оптимальным для снижения вибрации корпуса машины в направлении оси ударного механизма; на фиг. 7 и 8— пр и имер выполнения противовеса с углом ее в перпендикулярном к оси ударного механизма на>г1равпении. Движение кривошипа 6 преобразуется в возвратно-поступательное перемещение поршня 3 и через воздушную подушку 8 пеоедается на ударник 7 (в прямом ходе), который наносит удар по инструменту 9. При обратном ходе поршня 3 между ним и ударником 7 создается разрежение и ударник 7 движется за ним вверх; 10 ил. смещения несимметричного участка противовеса в сторону увеличения угла между двумя участками противовеса; на фиг. 9— диаграмма изменения величины суммарно5 го вектора Р» до значения Р»1 с увеличением угла между составляющими векторами сил Рс и Рас до значения 90 + 45 = 135 ; на фиг. 10 — график изменения величины суммарного вектора Р» до значений P>;p), Р», 10 Р>1рз с увеличением угла между составляющими векторами сил Рс и Рас при К, равном соответственно 1; 1,5 и 2,0.

Компрессионно-вакуумная машина ударного действия содержит корпус 1, раз15 мещенные в корпусе 1 цилиндр 2, поршень

3, связанный с кривошипно-шатунным механизмом 4, -остоящим из шатуна 5 и кривощипа 6 и передающим движение от привода (не показан).

20 В цилиндре 2 установлен ударник 7, соединенный с поршнем 3 воздушной подушкой 8 и периодически взаимодействующий с рабочим инструментом 9. Стрелкой а показано направление вращения кривошипа 6.

25 Угол а1 — это угол поворота кривошипа б из положения нижней мертвой точки поршня 3 до положения, при котором сила Р1 давления (фиг. 2) в воздушной подушке S (фиг. 1) принимает максимальное значение, На кри30 вошипе б установлен противовес 11, разделенный штриховой линией 12 на два участка

13 и 14. Участок 13 противовеса 11 имеет симметричную форму относительно оси до кривошипа 6 и ее центр тяжести а располо35 жен на оси 10.

Участок 14 противовеса 11, ограниченный штриховой линией 12, имеет центр тяжести Ь, смещенный относительно оси кривошипа б на угол Р в направлении с0

40 его вращения. Предел изменения значений о угла Р лежит в интервале 45 — 90 .

При таком выполнении противовеса 11 кривошипа б компрессионно-вакуумной машины на ее корпус 1 в направлении оси

1617139 движения поршня 3 или, что аналогично, в направлении оси ударного механизма, в течение рабочего цикла, совершаемого за время полного оборота кривошипа 6, равного.

360, действуют следующие переменные во времени силы (фиг. 2): P1 — сила давления, возникающая при сжатии воздушной подушки 8; Рл — центробежная сила, возникающая от поступательно движущейся массы поршня 3; Рпр — центробежная сила. возникающая от массы противовеса 11 и изменяющаяся по закону синуса; Рс — центробежная сила от действия массы участка 13 противовеса 11, изменяющаяся по закону синуса и уравновешивающая силу Рл, Р— центробежная сила от действия массы участка 14 противовеса 11, изменяющаяся по закону синуса и уравновешивающая силу Р>.

Последние две силы Р и Рас — это составляющие одной силы Рп>, являющейся центробежной силой от массы противовеса

11, Площадь, ограниченная кривой силы давления Р1 и осью абсцисс, по которой откладывают в градусах угол поворота кривошипа (фиг. 3), образует импульс 1.

Площадь, ограниченная кривой от переменной силы Рас и осью абсцисс, образует импульс I с, действующий противофазно импульсу I1

При сложении силы Р1 и Рас суммарная составляющая сила Х Р образует импульс I меньшей площади, чем импульс I>. Снижение площади суммарного импульса I максимально при строго лротивофазном действии сил Р> и Р><, соответствующих смещению центра тяжести Ь несимметричной части 14 противовеса 11 на угол Р, равный 90 (фиг. 4 а).

Несколько меньшее снижение вибрации может быть достигнуто, при отклонении центра тяжести b части 14 противовеса 11 от своего оптимального положения, что обусловлено уменьшением площади вычитаемой части l2 (фиг. 4б, в, г, Д) импУльса lac за счет появления положительного импульса 1з, являющегося частью. импульса tac.

Максимальное отклонение угла /3 от своего оптимального значения при 307, -ном уменьшении площади F (фиг. 5) вычитаемого импульса I2 равно углу p = +- 45О.

Конструктивное выполнение противовеса 11, когда происходит максимальное снижение вибрации в направлении оси ударного механизма, показано на фиг. б.

Здесь для обеспечения строгой противофазности действия импульса максимума силы Р и центробежной силы Р, центр тяжести Ь участка 14 противовеса 11 смещен относительно оси кривошипа 6 в направлении его вращения в на угол Р, 35

50 двигаться последний за собой. При движении поршня 3 из положения верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку (прямой ход прршня) между поршнем 3 и ударником

7 расстояние сокращается и в воздушной подушке 8 образуется избыточное давление, которое заставляет ударник 7 изменить направление движения и двигаться в сторону рабочего инструмента 9 до соприкосновения с ним. Полный оборот кривошипа 6 образует ударный цикл, повторяющийся с частотой ударов.

В процессе работы машины на ее корпус 1 в направлении оси ударного механизма, что аналогично направлению оси движения поршня 3, действуют следующие переменные во времени силы (фиг. 2): Pi, . Pa, Рл, F, P p.

Используя принцип суперпозиции, позволяющий рассматривать колебания и их воздействие на тело раздельно по всем составляющим силам. силы Рс и Рзс и их воздействие на корпус 1 машины можно рассматривать отдально.

Одна из составляющих сил — это центробежная сила Р, от массы симметричного равный 90 . Уменьшение угла Р вплоть

qo значения 45 может быть достигнуто различным конструктивным исполнением противовеса 11 (фиг. 7 и 8). При этом различие

5 в массах участков 13 и 14 может быть достигнуто как за счет их площади, так и эа счет различной толщины, Уменьшение угла Р ведет к увеличению угла между векторами

Рс и Ра с 90 вплоть до 135О и вместе с этим

10 куменьшениюсуммарноговектора Рпр(фиг.9).

Степень снижения величины суммарного вектора Рлр при уменьшении угла Р до 45

m2 г2 зависит от соотношения К =, Чем

m> г1 оно меньше, тем значительней снижение величины суммарного вектора Рлр (фиг. 10).

Компрессионно-вакуумная машина ударного действия работает следующим образом.

В рабочем ударном режиме вращательное под действием привода движение кривошипа 6 преобразуется в возвратно-поступательные движения поршH$i 3.

Ударник 7, связанный воздушной подушкой 8 с поршнем 3, повторяет движения последнего, взаимодействуя периодически с рабочим инструме ITQM 9.

Поршень 3 при своем движении из положения нижней мертвой точки в верхнюю мертвук1 точку (обратный ход поршня 3) образует в воздушной подушке 8 разрежение между поршнем 3 и ударником 7, заставляя участка 13 противовеса 11, проходящая через центр - тяжести участка 13 прогивовеса

11, смещенного относительно Оси !О кривошипа 6 на угол 18Î, Центробежная сила Рс от массы этого участка 13 действует в противофазе с инерционной силой Рл от поступательно движущейся массы поршня 3, Вторая составляющая сила противовеса 11 — это центробежная сила Рзс от массы несимметричного относительно оси кривошипа б участка 14 противовеса 11, проходящая через центр тяжести Ь этого участка 14, смещенного относительно оси 10 кривошипа б на угол P = 90-45, при котором сила

Рас действует противофазно силе давления

Р1. Изменение силы Р) во времени в течение рабочего цикла имеет импульсный характер, но на отрезке времени, когда происходит сжатие воздушной подушки 8 при прямом ходе поршня 3, изменение силы Р1 аппроксимируется положительной полуволной синусоиды. Площадь, ограниченная этой полуволной и осью абсцисс (фиг. 3), образует импульс силы давления или ударНЫй ИМПУЛЬС !4. Укаэанный ударный импульс является наиболее значительным источником вибрации по отношению к йм-! пульсам всех сил, дейс-,вующих на корпус 1 машины со стороны воздуш"îé п,од,ушк:и и

1 кривошипно-шатунного механизма 4, Снижение площади ударного импульса приводит к пропорциональному снижени о вибрации корпуса 1 компрессионно-Вакуумной машины в направлении Оси ударного

1 механизма.

Снижение плошади ударного импульса

I ДОСТИГаЕТСЯ Путвм СОЗДВНИЯ !ас, Образованного центробежной силой Рэс и действующего e противофазе с ударным импульсом I;.

Учитывая синусоидальный характер изМЕНЕНИЯ СИЛЫ Рас (фиг. 3), OnnÇKÈÉ К СИНУСОИдальномухарактеру силы Р1, противофазность их действия будет наблюдатьс; при одновреМВННоМ достижении этими силами OBoc;"О максимального по модулю-значения и прM их противоположной направленности. При этом на корпус 1 машины действует .суммарный импульс !, равный алгебраическсй сумме

ДВУХ ИМПУЛЬСОВ !ас И ") ОТ ДЕЙСТВИЯ COGTBGTственно сил Р с и P, R этом случае плогцадь

ИМПуЛЬСа I>с ВЫЧИтаЕтяя ИЭ ПлощадИ ИМпульса ll, а площадь суммарного импульса I становится меньше плошади им,ynbca !1, что в конечном итоге приводит -. снижвниio вибрации корпуса i.

Такое располсжение центра тяжести Ь несимметричной части 14 противовеса 1 максимально уменьшает площадь сумма"=ilofo импульса I и ЯВлЯется Оптимальным с точки зрения eHижения вибрации от силы Р1 в направлении оси ударного механизма, Эффект уменьшения площади суммарного импульса достигаетсч не только строго

5 противофазным действием центробежной силы Р>с, но и при сдвиге максимума этой силы, а следовательно, и центра тяжести Ь от своего оптимального положения, на некоторый угол, При смещении центра тяжести Ь от

10 своего оптимального положения площадь лмпульса I (íåçaU.TpèõoaaHHaÿ часть на фиг; 4), вычитаемая из площади ударного импульса !1, уменьшается.

При противофазном действии импуль15 соа (1 и lcc из площади импульса !3 вычитается вся площадь импульса !ас, При этом b =

I ас

При смещении максимума силы Р«от своего центрального положения часть!з От20 рицательного импульса 4с (фиг. 46), находящаяся под импульсом I>, становится положительной, и площадь вычитаемого импульса !р уменьшается, что определяет рост площади суммарного импульса I и, как след.с5 СтВИЕ„уМЕНЬШЕНИЕ ЭффЕКта СНИжЕНИя ВИбрации, Снижение пло.цади вычитаемого импульса !2 при отклонении максимума силы

Р с от своего оптимального положения на

30 угол

35 Весьма несущественное уменьшение площади Вычитаемого импульса .

Дальнейшее даже малое увеличение угла у приводит к значительному уменьшени о плогцади вычитаемого импульса I2, 40 Явления, связанные с таким характером изменения параметра, встречаются во многих

Отраслях техники, например, в радиотехни :.е, где прохождение радиосиг;lana через резоHaH:"..Hûé контур характеризуется некоторой

4" полосой лропускания. При этом на краях полосы пропускания сигнал имев пониженное напряжение, равное 0,7 О," напряжения на резонансной астоте, находящейся в центре горба резонансной кривой. Уровень 0,7

50 является своеобразной границей между пологоизменя ющимся участком резонансной кривой и ее крутопадающим уч стком.

Таким образом, в данном случае трид55 цатиппоцентномусни>кению площади вычитаемого импульса !р соответствует отклонение максимума .Илы Рас от своего оптимального положения на угол, разный 45, что соответствует отклонению центра тяжести Ь не161 71,".9

10 симметричного участка 14 противовеса 11 от своега оптимального положения н" тот же угол 45о

Максимальное значение силы Р1 в компрессионно-вакуумных машинах ударного 5 действия находится в области угла а1 поворота кривашипа 6, равного 270О Противофазность действия силы Р с по отношению к силе Р1 осуществляется при смещении центра тяжести Ь несимметричной части 14 10 противовеса 11 на угол Р, равный 360 — ai, что составляет 360 — 270 = 90О относительно оси 10 кривошипа 6 в направлении в его вращения, При этом возможное смещение центра тяжести о относительно оси 10 кривошипа 6 в направлении его вращения в равняется ч-45, что составляет интервал значений угла Р 45-135 .

Противовес 11, компенсируя силы инерций Рп поступательно движущегося поршня

3 и давления Р, возникающего при сжатии воздушной подушки 8, является источником колебаний корпуса машины в направлении, перпендикулярном оси ударного механизма. Чем больше суммарный вектор центро- 25 бежной силы Рпр противовеса 11, тем выше эта вибрация. Б предлагаемой машине сни- жение вибрации в направлении, перпендикулярном оси ударного механизма, происходит за счет уменьшения величины суммарного вектора центробежной силь

Рвр противовеса 11, являющегося векторной суммой двух центробежных сил Р, и Р:,, определяемой диагональю параллелограмма со сторонами, равными векторам сил Рс и Рас Чем больше угол между составляющими параллелограмма векторами Р и Рас, тем меньше суммарнь.й вектор Рлр, Следовательно, чем больше угол между участками 13 и 14 противовеса 11, тем меньше по величине составляющий вектор Рлр (фиг. 9) и тем меньше вибрация корпуса 1 в направлении, перпендикулярном оси ударного механизма.

Для досгижения указанного эффекта в предлагаемой машине центр тяжести Ь несимметричной части 14 противовеса 11 смещен в сторону уменьшения /3 на 45О. При этом интервал возможных значений угла составляет 90 — 45 . Уменьшение величины суммарного век1ара с уменьшением угла /3 в указанном интервале имеет линейную зависимость (фиг. 10), угол наклона к оси абсцисс которой зависит от соотношения между моментами инерции симметричного 13 и несимметричного 14 участков противовеса 11, т.е, от значения К, Практика создания компрессионно-вакуумных машин ударнога действия показывает, чта в зависимости от конструкции ударного механизма максимум силы давления Р1 в воздушной подушке 8 в один — два раза больше силы инерции Рп пос упательно движущегося поршня 3. Для компенсации указанных сил в таком же соотношении должны находиться центробежные силы участков 14 и 13 противовеса 11.

При этом уменьшение величины суммарного вектора при смещении центра тяжести b несимметричной части 14 противовеса 11 от своего оптимальнага положения на угол 45 составляет в зависимости от значения К 4635 j (фиг. 10). Учитывая различный характер изменения площади вычитаемой части импульса силы, создаваемой несимметричным угастком 14 противовеса 11 и суммарного вектора Рпр центробежной силы противовеса 11 при сме цении цен гра тяжести Ь его несимметричного участка 14, можно всегда отыскать такое сочетание указанных факторов, которое позволяет, не увеличивая вибрацию в направлении оси ударного механизма, значительно снизить ее в направлении, перпендикулярном к этой оси и, таким образом, снизить общую виброактивность машины.

Указанный эффект в наибольшей степени проявляется при значениях угла у отклонения центра тяжести Ь несимметричного участка 14, расположенных в середине диап".«ñíà возможных значений угла /3 . 8 этом случае уменьшение вычитаемой части импульса составляет единицы процентов, тогда как уменьшение суммарного вектора

Р„р составляет в среднем, в зависимости оТ велич и н ы К, 20; .

Таким образом, наличие в компрессион- но-вакуумной машине противовеса с двумя участками: одним симметричным, а другим несимметричным относительно оси кривошипа, когда массы этих участков связаны

%2 Г2 соотношением m) г1 =

К при К=12, и при этал1 центр лхассы несимметричного участка противовеса смещен на угол 4590 атносительнс оси кривошипа в направлении ега вра цения, позволяет, не увеличи.-ая вибрацию в направлении оси удар»ого механизма, значительно снизить ее в и,:,Ji:!.»äèê>лярвам к оси ударного меха»палaa направлении и, таким образам, снизить общую вибраактивнасть машины.

Фс рмула vçîáðåòåíèÿ, омпрессианна-вакуумная машина ударного действия, содержащая корпус, размещен»:1й в корпусе цилиндр, привод, включающий кривошип с расположенным на не:; противовесом и связанный с кривошипам порше»ь, установленный с возможностью возвратно-поступательного

1617139

Рас Хас

@игз

-Ю -t5 фИГ5

I3 перемещения в цилиндре, ударник, разме-. щенный в цилиндре и отделенный от поршня воздушной подушкой, и рабочий инструмент, от лича ю щая ся тем, что, с целью снижения вибрации, противовес имеет два участка. один из которых массой

mf симметричен относительно оси кривошипа, а другой массой в2 несимметричен этой оси, при этом центр массы несимметричного участка противовеса смещен на угол 45 — 90 относительно оси кривошипа в направлении его вращения, а массы этих участков связаны соотношением

5 «mzrz

mrrr =

К где ц, гз — расположения от оси вращения кривошипа до центров масс участков криаошипа с массами m1, mz, К = 1 — 2.

1617139

МЯ.

ppz. 7

Составитель Е.Столбцов

Техред У..Моргентал Корректор Т,Палий

Редактор VI,Касарда

Произердственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4105 Тираж 394 Подписное

BHVIVIDVI Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКИТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Компрессионно-вакуумная машина ударного действия Компрессионно-вакуумная машина ударного действия Компрессионно-вакуумная машина ударного действия Компрессионно-вакуумная машина ударного действия Компрессионно-вакуумная машина ударного действия Компрессионно-вакуумная машина ударного действия Компрессионно-вакуумная машина ударного действия Компрессионно-вакуумная машина ударного действия 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горному делу и строительству для забивания в грунт стержневых элементов

Изобретение относится к машинам ударного действия
Наверх