ВИБРАЦИОННЫЙ ПРИВОД Российский патент 1995 года по МПК H02K33/02 B06B1/04 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к конструкциям электрических виброколебательных механизмов, и может быть использовано в вибрационных стендах, смесителях, в технологическом оборудовании для обработки, сборки, сортировки и транспортировки узлов и деталей, в компрессорных и насосных установках, в приборах бытовой техники.

Известны конструкции электроприводов с электрическими двигателями линейного и вращательного движения, работающие в колебательных режимах без механических преобразователей (общая классификация и схемы управления этих электроприводов приведены в кн. Луковникова В.И. Электропривод колебательного движения. М. Энергоиздат, 1984, с. 9.15).

Линейные вибрационные устройства с электомагнитными системами возбуждения (см. там же, рис. 1, 2ж,к) уступают электрическим системам вращательного действия по показателям коэффициента мощности и КПД.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является конструкция, изображенная на рис. 1, 2и (см. там же). В этом приводе функции возбудителя колебаний выполняет электрический двигатель вращательного движения, ротор которого соединен со спиральной пружиной.

К недостатку данной конструкции относится малая амплитуда угловых колебаний ротора. Например, спиральная пружина из 10 витков способна обеспечить (в зависимости от жесткости) упругие колебания в пределах не более одного оборота.

Целью изобретения является увеличение числа упругих оборотов ротора и преобразование этих оборотов в линейные автоколебания.

Для достижения цели ротор сбалансирован в корпусе электрического двигателя на полом (трубчатом) валу, причем внутри вала с помощью упругой системы натянуты гибкие передаточные элементы с возможностью радиальной связи с ротором, которая подвижна относительно ротора в направлении оси его вращения, при этом радиальная связь обеспечивает многоразовое скручивание передаточных элементов, а ее подвижность исключает осевую связь ротора с передаточными элементами при их линейном сокращении.

Положительный эффект достигается за счет отбора мощности у ротора как у маховика способом многоразового скручивания передаточных элементов до полного торможения массы ротора, что обеспечивает полное преобразование (исключая потери) кинетической энергии вращения ротора в потенциальную энергию линейного смещения упругой системы, а также многоразовое скручивание сопровождается выигрышем в силе при линейном смещении.

На фиг. 1 схематично изображена конструкция вибропривода (без схемы управления); на фиг. 2 его схема; на фиг. 3 схематично изображен вибропривод с односторонним выходом на нагрузку.

Вибрационный привод содержит корпус 1 электрического двигателя, жестко связанную с корпусом 1 упругую систему 2, ротор 3, сбалансированный в корпусе 1 на полом валу 4. Внутри полого вала размещены гибкие передаточные элементы 5, соединенные между собой звеном 6 связи и натянутые с помощью упругой системы 2. Радиальная связь ротора 3 с передаточными элементами 5 обеспечена за счет профильного сужения 7 в средней части полого вала 4 и расположенного в нем звена 6 связи, причем профиль звена связи выполнен под профиль отверстия в сужении 7 с возможностью смещения относительно сужения 7, исключая при этом осевое воздействие на ротор при разбалансированной нагрузке.

Управление двигателем осуществляется в импульсном режиме через щеточно-коллекторный узел и его клеммы 8 с помощью схемы управления, представляющей собой ключи, собранные на транзисторах 9, 10 и 11, 12 соответственно. Управляющие электроды ключей соединены с одной из щеток коллектора через постоянно замкнутые контакты кнопок 13 и 14. Резисторы 15 и 16 задают режим работы. Питание осуществляется от двухполярного источника постоянного тока через тумблеры 17 и 18.

Схема обеспечивает работу вибропривода в однотактном и двухтактном режимах.

В двухтактном режиме вибропривод работает следующим образом.

Включаются оба тумблера 17 и 18, кратковременным нажатием на кнопки 14 производится запуск вибропривода. При этом открываются транзисторы 9 и 10, ротор двигателя начинает вращение в одном из направлений, что вызывает кручение гибких передаточных элементов 5, их линейное сокращение и противофазное смещение упругой системы 2. Этот процесс сопровождается торможением вращения ротора 3.

В результате торможения ротора возрастает ток нагрузки, напряжение на клеммах 8 падает, транзисторы 9 и 10 закрываются, двигатель отключается. Под действием упругих сил скручивания обесточенный ротор прекращает вращение и начинает с ускорением раскручиваться, создавая в двигателе режим генератора напряжения, открываются транзисторы 11 и 12, подключая двигатель в направлении раскручивания к другому плечу двухполярного источника питания.

В момент максимальной скорости вращения ротора 3 на гибких передаточных элементах 5 отсутствуют скрутки и упругая система 2 приходит в исходное состояние. Набравший обороты ротор 3 под действием электрических сил и сил инерции вращения начинает закручивать передаточные элементы 5 в другую сторону. Происходит повторное торможение и сжатие упругой системы 2, ток нагрузки растет, напряжение на клеммах 8 падает, транзисторы 11 и 12 закрываются, двигатель отключается. Под действием упругих сил ротор 3 прекращает вращение и начинает с ускорением раскручиваться в первоначальном направлении, создавая в двигателе режим генератора напряжения, открываются транзисторы 9 и 10. Цикл повторяется.

За полный цикл вращения ротора 3 в одну и другую стороны сжатие упругой системы происходит дважды, т.е. частота линейных колебаний упругой системы 3 в два раза выше циклической частоты вращения ротора.

Запуск вибропривода в двухтактном режиме возможен также кратковременным нажатием на кнопку 13, при этом открываются транзисторы 11, 12 и схема работает аналогично. Выключение вибропривода осуществляется тумблерами 17 и 18.

Для однотактного режима необходим однополярный источник постоянного тока, так как используется одна из симметричных частей схемы. В однотактном режиме устройство работает следующим образом.

Включается тумблер 17, кратковременным нажатием на кнопку 14 производится запуск вибропривода. Открываются транзисторы 9 и 10, ротор 3 начинает вращение в одном из направлений до наступления перегрузки, как описано выше.

При обратном вращении обесточенный ротор 3 под действием упругих сил раскручивает гибкие передаточные элементы 5 и по инерции закручивает их в другую сторону, осуществляя повторное торможение и сжатие упругой системы 2. После повторного торможения происходит упругая смена направления вращения ротора, которое совпадает с первоначальным. При этом возникшее напряжение на клеммах 8 в режиме генератора открывает транзисторы 8 и 10. Цикл повторяется.

Таким образом, в первый полупериод цикла на двигатель подается импульс напряжения от источника питания, разгоняющий ротор, а второй полупериод осуществляется за счет потенциальных сил пружин, энергии скруток передаточных элементов и маховичных свойств ротора. Выключение производится тумблером 17.

За счет симметричности схемы запуск вибропривода в однотактном режиме можно осуществить включением тумблера 18 и кратковременным нажатием на кнопку 13, при этом в аналогичной работе участвуют транзисторы 11, 12 и второе плечо двухполярного источника питания.

При однотактной и двухтактной работе вибропривод совершает резонансные циклические колебания. В схеме осуществлен режим самоуправления с обратной связью, отключающий двигатель в каждом такте при перегрузке вибропривода. Количество скруток, скорость вращения ротора, моменты отключения двигателя с последующей сменой направления вращения определяются параметрами схемы управления и крутильной жесткостью упругой системы, которая в свою очередь изменяется с изменением нагрузки.

На фиг. 3 схематично показана конструкция вибропривода с односторонним выходом. У этого вибропривода один из передаточных элементов 5 жестко укреплен на корпусе 1 с помощью штыря 19 круглого сечения, который входит в торец трубчатого вала 4 и центрирует вращение ротора 3.

Вибропривод работает следующим образом.

Вращаясь вместе с ротором 3, звено 6 связи выполняет кручение гибких передаточных элементов 5 и одновременно совершает линейные смещения в сторону штыря 19 на величину сокращения передаточного элемента 5, при этом амплитуда возвратно-поступательных движений упругой системы 2 равна сумме линейных сокращений от двух передаточных элементов.

Таким образом, подвижная радиальная связь ротора 3 с передаточными элементами 5 позволяет исключить осевые связи ротора с нагрузкой и увеличивать амплитуду литейных колебаний на выходе вибропривода в два раза. Этот режим конструктивно можно осуществить у вибропривода с двумя выходами путем фиксации колебаний одной из пружин упругой системы с помощью жестких стоек 20 (фиг. 1), длина которых выбирается при отсутствии скруток на передаточных элементах 5.

Изготовлен макет на базе электрического двигателя типа ДПМ-30 с доработкой вала ротора. В качестве гибких передаточных элементов применены жгуты из 12 капроновых нитей ЗК ОСТ 17-333-84, суммарная прочность которых превышает 100 кг. Упругая система выполнена из стальном пластинчатой пружины, профильное сужение 7 выполнено квадратного сечения и под этот профиль выполнено квадратным подвижное звено 6 связи. Схема управления собрана на транзисторах 9, 12 типа КТ818Б и 10, 11 типа КТ819Б.

Вибропривод проработал в непрерывном режиме 72 ч и остался работоспособным.

Вибрационный привод по сравнению с прототипом имеет более широкую функцию накопления упругих оборотов ротора, которая обладает также свойством их преобразования в линейные колебания за счет применения гибких передаточных элементов.

Использование: в вибрационных стендах, смесителях, в технологическом оборудовании для обработки, сборки, сортировки и транспортировки узлов и деталей, в компрессорных и насосных установках, в приборах бытовой техники. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1 электрического двигателя, вал ротора 3 соединен упругой системой с корпусом 1. Внутри полого вала ротора 3 размещены гибкие передаточные элементы 5, соединенные между собой звеном 6 связи и натянутые с помощью упругой системы 2. Радиальная связь ротора 3 с передаточными элементами 5 обеспечена за счет профильного сужения 7 в средней части полого вала 4 расположенного в нем звена 6 связи. Начальное натяжение с двух сторон передаточных элементов 5 обеспечивает упругая система 2. Вращение ротора 3 вызывает кручение гибких передаточных элементов 5, их линейное сокращение и противофазное смещение упругой системы 2. Этот процесс сопровождается торможением ротора 3. Под действием упругих сил скручивания обесточенный ротор прекращает вращение и начинает с ускорением раскручиваться, совершая резонансные циклические колебания. 3 ил.

ВИБРАЦИОННЫЙ ПРИВОД, содержащий корпус электрического двигателя со статором, обмотки которого соединены с блоком управления, ротор, радиально уравновешанный в корпусе, вал которого соединен упругой системой с корпусом, отличающийся тем, что внутри вала ротора, выполненного полым, с помощью упругой системы натянуты гибкие передаточные элементы в виде аксиальных растяжек многоразового скручивания с возможностью подвижной вдоль оси скруток радиальной связи с ротором.