ВИБРАЦИОННОЕ ТРАНСПОРТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК B65G27/00 

Изобретение относится к области вибрационного транспортирования и может быть использовано для перемещения изделий в приборостроении, технологическом оборудовании и т.д.

Известны вибрационные транспортные устройства, содержащие транспортируемый объект, установленный на транспортирующем органе, выполненном либо с источником колебаний в плоскости, совпадающей с плоскостью транспортирования и перпендикулярной данной плоскости (см. а.с. СССР N 290871, кл. B 65 G 27/04, 1971), либо с источником высокочастотных продольных бегущих волн (см. а. с. СССР N 565004, кл. B 65 G 27/00, 1977), либо с синхронизированными между собой источниками низкочастотных колебаний меньшей амплитуды (см. а.с. СССР N 416301, кл. B 65 G 27/12, 1974).

Однако данные устройства характеризуются значительной конструктивной, схемной и эксплуатационной сложностью, а также ограниченными возможностями применения из-за предельно жестких требований, предъявляемых к возмущающим колебательным воздействиям.

Известен также вибрационный транспортный объект, установленный в жидкость, обладающий возможностью получения переменной вязкости в течение периода колебаний объекта (см. а.с. N 597607, кл. B 65 G 27/00, 1978).

Однако данное устройство характеризуется значительной сложностью и предельно ограниченными возможностями применения, так как может быть использовано только в жидкостях и для дискретных микроперемещений.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является вибрационное транспортное устройство, включающее транспортируемый объект, установленный на желобе, связанном с виброприводом, и механизм создания переменных в течение периода колебаний сил трения, выполненный в виде периодически входящих в пазы желоба выступающих элементов из материалов с высоким коэффициентом трения (см. а.с. СССР N 204230, кл. B 65 G 27/10, 1967), и принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся предельная сложность как самой конструкции, так и ее регулировки за счет наличия раздельных сложных механизмов приведения в движение желоба и выступающих из него элементов, обусловленные этим значительные энергозатраты, а также необходимость строгой синхронизации работы этих механизмов. Кроме того, данное устройство имеет предельно узкие функциональные возможности вследствие ограничения движения пределами желоба и невозможности вибротранспортирования как по произвольной поверхности, так и в случае наличия не специально создаваемых, определенным образом ориентированных и синхронизированных, а случайных вибраций, возникающих при работе устройств, при технологических процессах и т.п.

Сущность изобретения заключается в том, что виброперемещение тела осуществляется путем формирования однонаправленной тяги за счет создания в течение периода вибраций переменных сил трения между телом и несущей поверхностью, обусловленных переменными силами их магнитного взаимодействия.

Технический результат - упрощение конструкции, расширение ее функциональных возможностей, а также снижение энергозатрат на вибротранспортирование.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном вибрационном транспортном устройстве, включающем немагнитное основание, установленное на связанной с источником колебаний ферромагнитной несущей поверхности, и механизм создания переменных в течение периода колебаний сил трения, особенность заключается в том, что механизм создания переменных сил трения выполнен в виде постоянного магнита и клина из ферромагнитного материала, размещенного между постоянным магнитом и основанием и жестко укрепленного на последнем вдоль направления колебаний, при этом постоянный магнит упруго установлен на основании с возможностью смещения вдоль направления колебаний в область больших или меньших толщин клина.

На чертежах представлено: на фиг. 1 схематично изображено предлагаемое вибрационное транспортное устройство; на фиг. 2 - вид справа на фиг. 1.

Вибрационное транспортное устройство состоит из немагнитного основания 1, установленного на ферромагнитной несущей поверхности 2, связанной с источником колебаний /не показан/, и механизма создания переменных в течение периода колебаний сил трения. При этом механизм создания переменных сил трения выполнен в виде постоянного магнита 3 в форме диска, прикрепленного одной из плоскостей к упругой круглой мембране 4, защемленной по периферии между двумя пластинами 5,6 с центральным отверстием 7 для упругих осевых перемещений мембраны 4 с магнитом 3, консольно прикрепленными к основанию 1, и клина 8 из ферромагнитного материала, размещенного между постоянным магнитом 3 и основанием 1 и жестко укрепленного на последнем вдоль направления колебаний так, что постоянный магнит 3 имеет возможность упругого смещения вдоль направления колебаний в область больших или меньших толщин клина 8. Таким образом, при воздействии на несущую поверхность 2 внешних колебаний вдоль оси x на фиг. 1 магнит 3 будет совершать колебательные смещения относительно основания 1 по направлению внешних колебаний. На фиг. 1 магнит 3 показан отклоненным вправо от нейтрального положения.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

В полупериод внешней вибрации ξ = A•sinωt, когда вибрация действует вправо, основание 1 вместе с клином 8 также смещается вправо, упруго установленный на мембране 4 магнит 3 смещается относительно клина 8 влево в сторону вершины клина 8 в область меньших его толщин. При этом рабочий зазор δ₁ между магнитом 3 и ферромагнитным клином 8 значителен, магнитное сопротивление промежутка между магнитом 3 и ферромагнитной опорной поверхностью 2 довольно велико, сила взаимодействия между ними, то есть сила притяжения основания 1 с клином 8 и магнитом 3 сравнительно мала, а так как мала нормальная реакция поверхности 2 на основание 1, равная по модулю указанной силе притяжения, то сравнительно мала и сила трения между поверхностью 2 и основанием 1, направленная в данный полупериод влево, противоположно смещению основания 1. Во второй полупериод внешней вибрации, когда вибрация действует влево, основание 1 вместе с клином 8 также смещаются влево, магнит 3 упруго смещается вправо в сторону основания клина 8 в область его больших толщин, рабочий зазор δ₂ уменьшается, магнитное сопротивление также уменьшается, соответственно увеличивается сила притяжения магнита 3 к поверхности 2, увеличивается нормальная реакция а значит, и сила трения направленная вправо. Вследствие того, что F_тр.2 > F_тр.1, основание 1 за каждый период действия внешних вибраций получает постоянную составляющую внешней силы, направленную вправо, обуславливающую интенсивное вибрационное перемещение всего устройства вправо. При закреплении клина 8 на основании 1 повернутым на 180^o, то есть вершиной вправо, данное устройство при том же действии внешних вибраций будет перемещаться влево.

В результате проведенных математических исследований динамики предлагаемого вибрационного транспортного устройства были определены режимы движения устройства, его скорость и ускорение при различных углах клина, форме поверхности клина, ферромагнитных характеристиках клина 8 и несущей поверхности 2. Ниже приводится краткое теоретическое пояснение характера движения предлагаемого вибрационного транспортного устройства. Движение рассмотрено в неподвижной системе координат xoy /фиг. 1/, при этом m₁, c₁ и x₁ - масса, центр масс и текущая координата абсолютного движения основания 1 вместе с клином 8 и остальными жестко укрепленными на основании элементами; m₂, c₂ и x₂ - масса, центр масс и текущая координата относительного движения магнита 3; α - угол клина 8; δ₀ и δ - значения зазоров между магнитом 3 и клином 8 соответственно при недеформированной мембране 4 и в положении магнита 3, определяемом координатой x₂; A и ω - амплитуда и частота внешней вибрации. Очевидно, что δ = δ₀ - x₂•sinα (для малых углов α tgα ≈ sinα). Сила магнитного взаимодействия (притяжения) магнита 3 и несущей поверхности 2
(1)
где
K - коэффициент пропорциональности, определяемый магнитными параметрами магнита 3, поверхности 2 и клина 8.

Нормальная реакция
N = (m₁ + m₂)q + F_m (2)
и сила трения
F_тр. = fN.

При x₁ = const дифференциальное уравнение относительного движения магнита 3 имеет вид

Решая данное уравнение при ω² ≫ c/m₂, получим приближенное решение в виде

Дифференциальное уравнение, совместно описывающее абсолютное движение основания 1 и относительное движение магнита 3, имеет вид

В результате интегрирования данного уравнения с учетом выражений (1), (2), (3), получим
(5)
Так как в первый полупериод действия внешних вибраций ξ = Asinωt > 0, в выражении (5) для виброускорения вычитается член, содержащий сомножитель I/(δ₀ + sinα•A•sinωt)², а во второй полупериод ξ = Asinωt < 0 и соответственно в виброускорении вычитается член с сомножителем
I/(δ₀ - sinα•A•sinωt)²,
причем очевидно, что
I/(δ₀ + sinα•A•sinωt)² < I/(δ_0/- sinα•A•sinωt)²,
то за каждый период действия внешней вибрации устройство получает импульс ускорения, направленный вправо и равный

Очевидно, что предложенное вибрационное транспортное устройство характеризуется предельной простотой конструкции и эксплуатации, малыми затратами энергии вследствие способности устройства перемещаться при минимальных амплитудах внешних вибрационных воздействий, а также универсальностью и предельно широкими функциональными возможностями за счет способности перемещаться практически при любом характере, направлении и интенсивности внешних вибраций, в том числе при случайных паразитных вибрациях, возникающих, например, при работе двигателей, станков и т.п., что приводит к значительной экономии энергии.

Использование: в области вибрационного транспортирования для перемещения изделий в приборостроении, технологическом оборудовании и т.п. Вибрационное транспортное устройство включает немагнитное основание, установленное на связанной с источником колебаний ферромагнитной несущей поверхности, и механизм создания переменных в течение периода колебаний сил трения, который выполнен в виде постоянного магнита и клина из ферромагнитного материала, размещенного между постоянным магнитом и основанием и жестко укрепленного на последнем вдоль направления колебаний. Постоянный магнит упруго установлен на основании с возможностью смещения вдоль направления колебаний в область больших или меньших толщин клина. Упрощается конструкция, расширяются ее функциональные возможности, снижаются энергозатраты на вибротранспортирование. 2 ил.

Вибрационное транспортное устройство, включающее немагнитное основание, установленное на связанной с источником колебаний ферромагнитной несущей поверхности, и механизм создания переменных в течение периода колебаний сил трения, отличающееся тем, что механизм создания переменных сил трения выполнен в виде постоянного магнита и клина из ферромагнитного материала, размещенного между постоянным магнитом и основанием и жестко укрепленного на последнем вдоль направления колебаний, при этом постоянный магнит упруго установлен на основании с возможностью смещения вдоль направления колебаний в область больших или меньших толщин клина.