Пневматический вибровозбудитель

 

Изобретение относится к виброударным устройствам, используемым в горной промышленности и строительстве для уплотнения бетона или насыпного грунта, а также для привода виброконвейеров. Пневматический вибровозбудитель содержит корпус с верхней и нижней мембранами и закрепленной между ними подвижной массой с продольным каналом и каналом подвода сжатого воздуха. Верхняя и нижняя части корпуса выполнены в виде соединенных между собой дисков с коническими поверхностями, обращенными к мембранам, в одной из которых выполнено выхлопное отверстие. В продольном канале подвижной массы размещен ступенчатый патрубок, жестко связанный с корпусом. Согласно изобретению большая ступень патрубка выполнена подвижной относительно меньшей, причем в верхней части подвижной массы со стороны продольного канала выполнен кольцевой выступ с возможностью контактирования с большой ступенью патрубка. При этом на меньшей ступени патрубка размещена пружина, которая одним концом упирается в подвижную большую ступень патрубка, а вторым концом - в корпус. Такое выполнение конструкции пневматического вибровозбудителя повышает эффективность его работы, т.к. уменьшаются перетечки между камерами при движении подвижной массы, что и позволяет увеличить дисбаланс сил, создаваемых давлением сжатого воздуха. 3 з.п.ф-лы, 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к вибрационным и ударным устройствам, используемым в горной промышленности и строительстве для уплотнения бетона или насыпного грунта, а также для привода виброконвейеров.

Известен пневматический вибровозбудитель по авт. свид. СССР N 1305092, кл. B 65 G 27/22, БИ N 15 за 1987 г., содержащий корпус с верхней и нижней мембранами и закрепленным между ними ударником, канал подвода сжатого воздуха. При этом нижняя и верхняя части корпуса выполнены в виде дисков с коническими поверхностями, обращенными к мембранам. В ударнике выполнен вертикальный воздухораспределительный канал, а в нижней мембране выполнено отверстие для выхлопа воздуха.

Недостатком известного вибровозбудителя является повышенный расход сжатого воздуха, так как при выхлопе обе рабочие камеры сообщены между собой и с атмосферой. Кроме того, снижается эффективность работы вибровозбудителя, так как при сообщении с атмосферой нижней камеры уменьшается давление сжатого воздуха в верхней камере. От этого уменьшается усилие воздействия сжатого воздуха на ударник, что уменьшает величину возмущающей силы на части рабочего цикла и частоту колебаний ударника.

Ближайшим аналогом по технической сущности и достигаемому результату вибровозбудитель по авт. свид. СССР N 1459724, кл. B 06 B 1/18, БИ N 7 за 1989, содержащий корпус с верхней и нижней мембранами и закрепленным между ними ударником и канал подвода сжатого воздуха. При этом нижняя и верхняя части корпуса выполнены в виде дисков с коническими поверхностями, обращенными к мембранам. В ударнике выполнен вертикальный воздухораспределительный канал, а в нижней мембране выполнено отверстие для выхлопа сжатого воздуха. В воздухораспределительном канале ударника размещен ступенчатый патрубок, жестко связанный с корпусом.

Недостатком рассматриваемого устройства является повышенный расход сжатого воздуха, так как в верхнем положении ударника верхняя камера соединена с впускным каналом. Кроме того, снижается эффективность работы вибровозбудителя из-за перетечек сжатого воздуха между камерами по зазорам между большей ступенью патрубка и воздухораспределительным каналом ударника.

Техническая задача, решаемая в предлагаемом изобретении, заключается в повышении эффективности работы вибровозбудителя за счет повышения возмущающей силы и частоты колебаний при снижении расхода сжатого воздуха.

Поставленная задача достигается за счет того, что в пневматическом вибровозбудителе, содержащем корпус с верхней и нижней мембранами и закрепленной между ними подвижной массой с продольным каналом (в случае ударного режима работы вибровозбудителя подвижная масса может называться ударником, а при вибрационном режиме работы - дебалансом) и канал подвода сжатого воздуха, при этом верхняя и нижняя части корпуса выполнены в виде соединенных между собой дисков с коническими поверхностями, обращенными к мембранам, причем в одной из них выполнено выхлопное отверстие, а в продольном канале подвижной массы размещен ступенчатый патрубок, жестко связанный с корпусом, согласно изобретению большая ступень патрубка выполнена подвижной относительно меньшей, причем в верхней части подвижной массы со стороны продольного канала выполнен кольцевой выступ с возможностью контактирования с большей ступенью патрубка. При этом на меньшей ступени патрубка размещена пружина, которая одним концом упирается в подвижную большую ступень патрубка, а вторым концом - в корпус.

Такое выполнение пневматического вибровозбудителя обеспечивает управление временем заполнения сжатым воздухом рабочих камер и оптимальный момент выхлопа за счет того, что большая ступень патрубка более длительное время перекрывает продольный канал подвижной массы, что, в свою очередь, повышает величину максимальной возмущающей силы. Кроме того, это снижает расход сжатого воздуха и уменьшает его перетечки между камерами.

Целесообразно пружину вторым концом упирать в корпус через выступ патрубка.

Такое конструктивное решение способствует повышению точности времени контакта большей ступени патрубка с подвижной массой, так как эластичные элементы крепления патрубка к корпусу вибровозбудителя не оказывают влияния на продолжительность контакта.

Целесообразно к подвижной массе со стороны большей ступени патрубка прикреплять втулку, отверстие которой имеет меньший диаметр, чем диаметр продольного канала.

Такое выполнение вибровозбудителя образует ступенчатый канал в подвижной массе.

Целесообразно кольцевой выступ подвижной массы и контактирующую с ним поверхность большей ступени патрубка выполнять коническими с одним углом конусности.

Такое выполнение конструкции гарантирует надежное перекрытие продольного канала подвижной массы большей ступени патрубка, что сводит до минимума перетечки между рабочими камерами, а следовательно, максимально увеличивает величину возмущающей силы.

Сущность предлагаемого технического решения подтверждается примерами конкретного выполнения и чертежами, где на фиг. 1 изображен пневматический вибровозбудитель (общий вид) в вертикальном разрезе; фиг. 2 - пневматический вибровозбудитель с коническими поверхностями кольцевого выступа в продольном канале подвижной массы и на большой ступени патрубка; фиг. 3 - пневматический вибровозбудитель с креплением патрубка к верхней части корпуса; фиг. 4 - пневматический вибровозбудитель с втулкой, закрепленной к подвижной массе.

Пневматический вибровозбудитель (фиг. 1) состоит из корпуса (позицией не обозначен), верхняя и нижняя части которого выполнены в виде дисков 1, 2, скрепленных между собой по окружности болтами (позицией не обозначены). Между дисками 1, 2 размещена подвижная масса 3 и мембраны 4, 5, каждая из которых по периферии прикреплена болтами к подвижной массе 3, а по центру - к верхнему или нижнему диску 1, 2 соответственно. Мембраны 4, 5 совместно с подвижной массой 3 образуют верхнюю 6 и нижнюю 7 рабочие камеры. В нижней мембране 5 выполнено выхлопное отверстие 8. В верхней мембране 4 выхлопное отверстие 9 может быть выполнено (фиг. 1,3) или нет (фиг. 2). Однако в последнем случае энергетические характеристики вибровозбудителя будут ниже. Выхлопных отверстий 8 или 9 может быть несколько. В этом случае все выхлопные отверстия 8 и 9 должны быть расположены на одном расстоянии от продольной оси вибровозбудителя, чтобы гарантировать выхлоп сжатого воздуха одновременно через все отверстия 8 или 9. Подвижная масса 3 выполнена с продольным каналом 10, соединяющим обе рабочие камеры 6, 7. В канале 10 размещен двухступенчатый патрубок 11, жестко закрепленный к корпусу вибровозбудителя: к нижнему диск 2 (фиг. 1) или к верхнему диску 1 (фиг. 3). Большая ступень патрубка 11 выполнена подвижной относительно меньшей, при этом между большой ступенью парубка 11 и корпусом установлена пружина 12, а сама большая ступень выполнена в виде втулки 13. Пружина 12 одним из концов упирается в диск 2 корпуса непосредственно (фиг. 4), но может упираться в любой из дисков 1, 2 корпуса через кольцевой выступ 14, жестко закрепленный на меньшей ступени патрубка 11 (фиг. 1). Большая ступень патрубка 11 выполнена цилиндрической (фиг. 1,4), но может быть выполнена конической (фиг. 2, 3). В первом случае подвижная масса 3 выполнена с кольцевым выступом 15, контактирующим с торцевой поверхностью большой ступени 13 патрубка 11 (фиг. 1). Продольный канал может быть выполнен также прикреплением втулки 16 (фиг. 4) с отверстием, диаметр которого меньше диаметра продольного канала 10, к подвижной массе 3. Во втором случае кольцевой выступ 15 подвижной массы 3 и контактирующая с ним поверхность большой ступени патрубка 11 выполнены коническими 17 (фиг. 2, 3). Угол конусности контактирующих конических поверхностей большой ступени патрубка 11 и кольцевого выступа 15 подвижной массы 3 одинаков. Коническая 17 или торцевая поверхности кольцевого выступа 15 подвижной массы 3 выполняют функцию упора для подвижной большей ступени патрубка 11 на протяжении части рабочего цикла, служащей заглушкой, что и исключает перетечки воздуха между камерами 6, 7. Большая ступень патрубка 11 может быть выполнена эластичной, например из резина (фиг. 2,3). Впускной канал 18 выполнен в подвижной массе 3, а выхлопные отверстия 8 или 9 могут быть выполнены в любой (нижней 5 или верхней 4) мембране (в связи с известностью этого решения ниже на нем не останавливаемся).

Пневматический вибровозбудитель работает следующим образом.

Под действием собственного веса подвижная масса 3 находится в нижнем положении. При этом мембрана 5 охватывает коническую поверхность нижнего диска 2. Выхлопные отверстия 8 мембраны 5 перекрыты поверхностью нижнего диска 2 корпуса. Большая ступень, выполненная в виде втулки 13 патрубка 11, располагается над впускным каналом 18 подвижной массы 3 и своей торцевой поверхностью контактирует с кольцевым выступом 15 подвижной массы 3. Таким образом, верхняя камера 6 отсечена от магистрали. Надежность отсечения повышается при использовании эластичного материала, например резины, для большой ступени патрубка 11. В этом положении верхняя камера 6 соединена с атмосферой (фиг. 1, 3) при помощи выхлопного отверстия 9 в мембране 4 или может быть не соединена с атмосферой.

При подаче сжатого воздуха по впускному каналу 18 он поступает в нижнюю камеру 7. По мере поступления сжатого воздуха в камеру 7 давление в ней повышается. Мембрана 5 стремится выпрямиться и, тем самым, поднимает подвижную массу 3. При этом деформируются нижняя 5 и верхняя 4 мембраны. Усилие со стороны нижней мембраны 5 уменьшается по мере уменьшения площади ее контакта с нижним диском 2 корпуса, а усилие со стороны верхней мембраны 4 увеличивается по мере увеличения площади контакта верхней мембраны 4 с верхним диском 1 корпуса. Когда подвижная масса 3 переместится на длину, превышающую длину большой ступени патрубка 11, сжатый воздух поступает в верхнюю камеру 6. Создается усилие со стороны верхней камеры 6, которое сдвигает подвижную массу 3 вниз. В этот момент выхлопное отверстие 8 из-за деформации нижней мембраны 5 откроется и сжатый воздух из камеры 7 через отверстие 8 выхлапывается в атмосферу. Большая ступень патрубка 11 будет расположена ниже впускного канала 18 и, тем самым, нижняя камера 7 будет отсечена от впускного канала 18. Подвижная масса 3 движется вниз под действием силы, создаваемой в верхней камере 6, и силы тяжести подвижной массы 3. По мере опускания подвижной массы 3 сначала перекроется выхлопное отверстие 8 поверхностью нижнего диска 2, затем впускной канал 18 сообщится с камерой 7 и цикл повторится.

В случае, если верхняя камера 6 не имеет выхлопного отверстия (фиг. 2), то она постоянно будет заполнена сжатым воздухом, а в верхнем положении подвижной массы 3 она будет подпитываться сжатым воздухом из канала 18, что компенсирует утечки. Усилие со стороны верхней камеры 6 будет переменным за счет изменения площади опоры верхней мембраны 4. Когда часть мембраны 4 прижата к диску 1 корпуса, она находится в условиях трехстороннего сжатия и на соответствующую площадь подвижной массы 3 действует сила, создаваемая сжатым воздухом. Следовательно, усилие в верхней камере 6 меняется от минимального (когда подвижная масса 3 находится внизу, а площадь опоры верхней мембраны 4 минимальна) до максимального (когда подвижная масса 3 находится вверху, а площадь опоры верхней мембраны 4 максимальна). В нижней камере 7 усилие меняется от максимального (в нижнем положении подвижной массы 3, когда площадь опоры нижней мембраны 5 максимальна) до минимального ( в верхнем положении подвижной массы 3, когда площадь опоры нижней мембраны 5 минимальна, когда давление сжатого воздуха в камере 7 равно атмосфере). Дисбалансировка сил приводит к возвратно-поступательному движению подвижной массы 3. При наличии выхлопного отверстия 9 в верхней мембране 4 (фиг. 3) в нижнем положении подвижной массы 3 произойдет выхлоп сжатого воздуха из верхней камеры 6. В итоге, при подъеме подвижной массы 3 сверху на нее не будет воздействовать сила на большей части пути и только после сообщения камеры 6 с впускным каналом 18, когда большая ступень патрубка 11 окажется ниже впускного канала 18, появится сила сопротивления. Это позволит, с одной стороны, ускорить движение подвижной массы 3, что повысит частоту ее колебаний, а с другой стороны - увеличится возмущающая сила, которая будет равна алгебраической сумме сил, создаваемых давлением сжатого воздуха в нижней 7 и верхней 6 камерах. При отсутствии силы сопротивления со стороны верхней камеры 6, когда подвижная масса 3 движется вверх, создается большая возмущающая сила. Прикрывая выхлопное отверстие 9 или открывая его, можно регулировать частоту колебаний подвижной массы 3 и величину возмущающей силы.

При выполнении большой ступени патрубка 11 подвижной (подпружиненной) камера 7 наполняется сжатым воздухом в течение большего времени, а камера 6 наоборот - в течение меньшего времени. Регулируя ход подвижной втулки 13 можно изменить частоту колебаний подвижной массы 3 и, самое главное, получить асимметричные во времени возмущающие силы.

Подвижная втулка 13 большой ступени патрубка 11 может быть выполнена из эластичного материала, который в большей степени, чем втулка, выполненная из жесткого материала, герметизирует контакт при соприкосновении торцевых поверхностей кольцевого выступа 15 подвижной массы 3 с втулкой 13, обеспечивая эффективность работы пневматического вибровозбудителя.

Использование предлагаемого пневматического вибровозбудителя позволяет по отношению к прототипу повысить частоту колебаний примерно на 20%, а возмущающую силу - примерно в 1,5 раза. Расход сжатого воздуха сокращается примерно на 15%. Это позволит расширить область применения пневматического вибровозбудителя.

Формула изобретения

1. Пневматический вибровозбудитель, содержащий корпус с верхней и нижней мембранами и закрепленной между ними подвижной массой с продольным каналом и канал подвода сжатого воздуха, при этом верхняя и нижняя части корпуса выполнены в виде соединенных между собой дисков с коническими поверхностями, обращенными к мембранам, причем в одной из них выполнено выхлопное отверстие, а в продольном канале подвижной массы размещен ступенчатый патрубок, жестко связанный с корпусом, отличающийся тем, что большая ступень патрубка выполнена подвижной относительно меньшей, причем в верхней части подвижной массы со стороны продольного канала выполнен кольцевой выступ с возможностью контактирования с большой ступенью патрубка, при этом на меньшей ступени патрубка размещена пружина, которая одним концом упирается в подвижную большую ступень патрубка, а вторым концом - в корпус.

2. Вибровозбудитель по п.1, отличающийся тем, что пружина вторым концом упирается в корпус через выступ патрубка.

3. Вибровозбудитель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что к подвижной массе со стороны большой ступени патрубка прикреплена втулка, отверстие которой имеет меньший диаметр, чем диаметр продольного канала.

4. Вибровозбудитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что кольцевой выступ подвижной массы и контактирующая с ним поверхность большой ступени патрубка выполнены коническими с одним углом конусности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4