Устройство создания колебаний
Владельцы патента RU 2682871:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" (RU)
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин по транспортировке материалов, сортировке кристаллизации пластмасс, разрушению фракций и в других устройствах разнонаправленных усилий колебаний. Устройство создания колебаний предусматривает два привода синхронного вращения валов. Изменение относительного положения валов и дебалансов на них позволяет создавать радиальные, осевые крутильные и комбинированные колебания для максимального обеспечения технологической потребности обрабатываемого материала в импульсном воздействии. Устройство содержит два вала, четыре шкива вращения, четыре эксцентрично расположенные массы на шкивах, две шестерни синхронизации вращения на валу рабочего органа, станину и поворотный узел. Технический результат - повышение использования подведенной энергии оптимизацией динамического воздействия по характеристике импульса и его рационального направления, эксплуатационная надежность и долговечность, снижение нагрузок в кинематических парах при раздвоении по валам массы возмущения колебаний. 4 ил.
Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин по транспортировке материалов, сортировке, кристаллизации пластмасс, разрушении фракций и других устройствах разнонаправленных усилий колебаний.
Уровень техники
Известны приводы вращательного движения рабочих органов машин, включающие двигатель, возбудитель крутильных колебаний (патент РФ на изобретение №2524220, класс МПК Е21В 6/06, Е21С 31/04, F16H 25/16 опубл. 27.07.2014, бюлл. №21; патент РФ на полезную модель №141931.И1, класс МПК B65G 33/34, опубл. 20.06.2014; а.с. СССР №1593694, класс B01F 7/08, опубл. 23.09.1990, бюлл. №35), где на равномерное вращение вала рабочего органа наложены крутильные колебания.
Недостатком известных устройств является кинематическая зависимость равномерного вращательного и колебательного движений, которая не позволяет обеспечить оптимальные значения вращения и режимов колебаний.
Известен способ создания крутильных колебаний (патент РФ на изобретение №2335676, класс МПК Е21В 3/02, опубл. 10.10.2008, бюлл. №28), в котором вал рабочего органа выполнен из двух частей, между частями вала установлен кулачково-рычажный возбудитель крутильных колебаний. Часть выходного вала приводится в колебательное движение путем взаимодействия профилей трех кинематических пар, одна из которых вращательного движения.
Недостатком этого способа является наложение колебаний в одной плоскости (перпендикулярной оси вращения) на весь рабочий орган и те части его, которые не требуют колебания, вызывая высокие энергозатраты на создание импульса и не полное использование подведенной энергии на полезную работу.
Известен также вибрационный шлифовальный станок (а.с. СССР №1458178, А1 класс В24В 23/04, опубл. 15.02.1989, бюлл. №6) выбранный в качестве прототипа, где динамическая составляющая процесса воздействия на материал разделена на две составляющие: часть энергии крутильных колебаний способствует разрушению поверхности обрабатываемого материала при вращении абразивного круга; вторая часть подведенной энергии смещает ось вращения и очищает абразивный круг от продуктов разрушения и одновременно частично разрушает неровности поверхности только за счет инерции. Недостатком известной конструкции является кинематическая зависимость динамического воздействия по заданным направлениям и характера импульса в строгом соответствии с вращением вала рабочего органа и действием сил инерции.
В основу заявленного изобретения положена задача создания эффективной и долговечной конструкции, осуществляющей комбинирование воздействия колебаниями в различных плоскостях, с получением на рабочем органе совокупности крутильных колебаний в двух плоскостях или крутильных и осевых колебаний, или только осевых, или только крутильных в зависимости от ориентации устройства в пространстве и положения эксцентрично расположенных масс, без изменения его кинематики, величины и характера движения валов.
Сопоставительный анализ заявленного устройства с известными приводами и с прототипом, где два вида колебаний заложены в кинематическую схему, показывает, что заявленное устройство отличается от известных способностью создания колебаний с возможными изменениями характера вибровозмущений и комбинированных колебаний за счет ориентации устройства в пространстве и, таким образом оно соответствует условию патентоспособности «Новизна».
Техническим результатом, достигаемым в процессе реализации данного устройства, является повышение использования подведенной энергии и увеличение выхода продукции на единицу мощности; эксплуатационной надежности и долговечности за счет организации режимов вибровоздействия по технологическим потребностям материала, сокращения количества кинематических пар и снижения нагрузок в них.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве создания колебаний, содержащем планетарный механизм с возбудителем радиальных и крутильных колебаний массами на сателлитах в плоскости их вращения, перпендикулярной валу рабочего органа, на одной платформе с возможностью ее поворота в пространстве относительно вала рабочего органа выполнены два неподвижных параллельных вала, на концах которых расположены шкивы с эксцентрично установленными массами в заданных положениях и с одной стороны шестерни синхронизации вращения валов. В устройстве создания колебаний, содержащем два параллельных, синхронно вращающихся, с эксцентрично расположенными массами на шкивах вала установлены на площадке кронштейна станины, с возможностью поворота ее в пространстве относительно оси вращения рабочего органа с целью изменения направления и организации крутильных колебаний в разных направлениях или совмещение крутильных колебаний и периодической силы за один цикл работы вибратора. Изменение положения массы на одном шкиве каждого вала на 180° перестановкой массы на шкиве или поворотом шкива вызывает осевые колебания. Синхронизация вращения валов достигается установкой шестерен в зацеплении на каждом валу вибратора.
Таким образом, совмещение двух валов возбудителей колебаний на одной площадке (при синхронизации их вращения) позволяет изменять характер динамической нагрузки при повороте площадки с вибровозбудителями и шкивов на валах и согласовывать потребность обрабатываемого материала в оптимальном воздействии импульса колебаний.
Изменение частоты и амплитуды колебания предусмотрено сменой частоты вращения эксцентрично расположенных масс в каждом вибраторе и, кроме этого, изменением положения осей вращения в пространстве совместно с площадкой крепления вибраторов.
В медленно протекающих процессах (кристаллизация, сушка и т.д.) можно предусмотреть проворачивание рабочего органа за счет крутильных колебаний при ограничении отрицательного импульса.
Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что технологические потребности обрабатываемого материала в динамическом воздействии обеспечиваются изменением импульса по направлению и возможностью организации совокупности различных характеров воздействия на обрабатываемый материал.
Анализ и сравнение заявляемого устройства с существующими не позволило выявить в них его признаков, и авторами впервые сформулирован путь решения поставленной задачи и предложено устройство его исполнения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».
Признаки, отличающие заявленное устройство создания колебаний от прототипа поясняются чертежами. На фиг. 1 показан вид спереди, на фиг. 2 вид сбоку. Устройство содержит станину 1, болты станины 2, площадка с кронштейном крепления вибровозбудителя 3, массы 4, шкивы 5, валы 6, приводы 7 вращения валов, узел поворота 8, упругие элементы 9, шестерни синхронизации вращения 10, кинематически связывающие валы рабочий орган машины 11.
Работает устройство следующим образом. При включении приводов 7 вращаются шкивы 5 с массами 4, симметрично установленными на валах 6. Эксцентрично расположенные массы 4 создают за счет сил инерции вибровозбуждение, которое передается через упругие элементы 9 рабочему органу 11 машины. Вращение валов вибровозбудителя колебаний синхронизируется шестернями 10. Устройство удерживается кронштейном 3 и, с помощью болтов 2, крепится к станине 1.
Изменение положения в пространстве с помощью поворотного устройства 8 станины 1 и валов 6 вращения, приводов 7 шкивов 5 с массами 4 определяет величину направления и характер взаимодействия рабочего органа 11 с обрабатываемым материалом. Положение валов 6 и разворот масс 4 позволяет изменить динамическое воздействие на оптимальные технологические потребности обрабатываемого материала.
В качестве примера рассмотрен один цикл возмущения крутильных синусоидальных колебаний (см. фиг. 3), и один цикл комбинированных колебаний (см. фиг. 4) в виде крутильных синусоидальных колебаний и возмущающей осевой силы.
Использование заявленного устройства создания колебаний позволяет расширить формы и способы динамического воздействия на материалы, повысить эффективность работ, снизить энергозатраты на единицу продукции и металлоемкость устройства. А также обеспечить совокупное динамическое воздействие разных технических параметров.
Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного «Устройства создания колебаний» в шнековых транспортерах с различными вибронагружениями, в технологических процессх сортировки и перемешивания обрабатываемых материалов и, поэтому, соответстуют условию патентоспособности «Промышленная применимость».
Устройство создания колебаний, содержащее планетарный механизм с возбудителем радиальных и крутильных колебаний массами на сателлитах в плоскости их вращения, перпендикулярной валу рабочего органа, отличающееся тем, что на одной платформе с возможностью ее поворота в пространстве относительно вала рабочего органа выполнены два неподвижных параллельных вала, на концах которых расположены шкивы с эксцентрично установленными массами в заданных положениях и с одной стороны шестерни синхронизации вращения валов.
