ИМПУЛЬСНЫЙ ВРАЩАТЕЛЬ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА МАШИНЫ Российский патент 2008 года по МПК E21B3/02 

Изобретение относится к приводам исполнительных органов машин механического разрушения естественного камня и строительных материалов, перемешивания, например, бетонных смесей и растворов и других устройств, использующих крутильные колебания.

Известны приводы исполнительных органов машин, включающие двигатель, редуктор и возбудитель колебаний (А.С. СССР №901493, кл. Е21В 3/03, Е21В 7/24, Бюл. №4, 1982; А.С. СССР №759716, М. кл. Е21С 31/04, Бюл. №23, 1980), где равномерное вращение ведущего вала планетарного редуктора интегрируется с крутильными колебаниями вала возбудителя колебаний. Недостатком известных конструкций являются значительная скорость кинематического взаимодействия деталей, ограничены возможности создания амплитудно-частотных характеристик по энергетическим и кинематическим параметрам, низкая надежность и существенные величины отрицательного момента.

Известна также конструкция импульсного вращателя рабочего органа машины (А.С. СССР №1802112 А1, 15.03.93, Бюл. №10, кл. Е21С 31/04), выбранного в качестве прототипа, содержащего двигатель, редуктор и возбудитель колебаний.

Равномерное вращение вала двигателя передается на первую часть вала привода, которая через кулачок соединяется со второй частью вала. Кулачок движется по неподвижному профилю с заданным законом и одновременно движется возвратно-поступательно между поверхностями одной и другой частей вала. Относительное возвратно-поступательное движение кулачка суммируется с равномерным вращением первой части вала и обеспечивает вращение с крутильными колебаниями второй части вала.

Недостатком известной конструкции является низкий КПД и возможность заклинивания при большом угле наклона поверхности контакта валов с кулачком, нарушение кинематической пары при изменении угла наклона между поверхностями валов при их относительном вращении, ограниченная интенсивность динамического воздействия при благоприятном угле наклона поверхности валов и неприемлемой величине поступательного перемещения кулачка по валу, способствующих возникновению ударных нагрузок о неподвижный кулачок поверхностей трения скольжения и повышенный износ.

При коэффициенте трения ƒ=0.1÷0.2 наибольшее значение амплитуды колебания до заклинивания передачи в 5÷10 раз меньше необходимого перемещения кулачка-толкателя. Учитывая величину необходимой амплитуды колебания в пределах 0.5÷2 мм, например, при бурении размеры неровностей поверхности создают значительные динамические нагрузки вплоть до ударных. Это нарушает режимы нормальной эксплуатации возбудителя крутильных колебаний и создает условия повышению изнашивания рабочих поверхностей в кинематических парах.

Техническим результатом, достигаемым в процессе реализации данного изобретения, является повышение эксплуатационной надежности устройства, интенсификация динамического воздействия на обрабатываемый материал за счет увеличения угла крутильных колебаний (амплитуды) при заданном размере неподвижного кулачка; уменьшение потерь на трение исключением трения скольжения кулачка-толкателя на ведущей части вала и сокращением относительного движения по ведомой части вала, исключение возможности заклинивания кулачка между поверхностями вала.

Указанный технический результат достигается тем, что кулачок-толкатель выполнен вращающимся на одной из частей вала и одним рабочим профилем скользит по неподвижному кулачку, а вторым рабочим профилем по второй части вала. Профили неподвижного кулачка рабочих поверхностей вращающегося кулачка-толкателя и второй части вала определяют закономерность относительного движения частей валов. При этом размере плеч кулачка-толкателя наряду с величиной отклонения профилей поверхностей кинематических пар обусловливаются заданная амплитуда и динамическая характеристика относительного движения рабочего инструмента. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый импульсный вращатель отличается тем, что закономерность вращения одной части вала относительно другой обусловлена профилем рабочих поверхностей и размерами плеч кулачка-толкателя.

Сравнение заявляемого решения с другими импульсными вращателями не позволило выявить в них признаки заявляемого решения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показано поперечное сечение импульсного вращателя.

Импульсный вращатель исполнительного органа машин содержит две части вала рабочего органа, допускающих относительное вращение. Первая часть 1 вала кинематически связана с валом двигателя (например, электродвигателя), имеет подшипники 2 оси 3 кулачка-толкателя 4, выполненного в виде двуплечего рычага. Наружный профиль 5 рычага 4 взаимодействует с рабочим профилем 6 неподвижного кулачка 7, поджимается к нему пружиной 8. Боковой профиль 9 рычага 4 взаимодействует с поверхностью 10 второй части 11 вала.

Работает устройство следующим образом. При равномерном вращении первой части 1 вала рабочего органа крутящий момент передается через боковой профиль 9 рычага 4 поверхности 10 второй части 11 вала, при этом наружный профиль 5 рычага 4 находится во впадине рабочего профиля 6 неподвижного кулачка 7. В следующий момент времени наружный профиль 5 перемещается на выступ рабочего профиля 6 неподвижного кулачка 7, рычаг 4 поворачивается на оси 3 подшипников 2 и боковым профилем 9 поворачивает через поверхность 10 вторую часть 11 вала относительно первой части 1 вала. Пружина 8 является силовым замыканием кинематической пары рабочего профиля 6 неподвижного кулачка 7 и бокового профиля 9 рычага 4.

Во время дальнейшего движения первой части 1 вала вместе с подшипником 2, осью 3 и рычагом 4, положение бокового профиля 9 изменяет относительное положение первой и второй части вала в соответствии с закономерностью изменения соприкасающихся поверхностей. При этом колебательное относительное движение суммируется с равномерным переносным движением первой части и организует на рабочем инструменте импульсное вращение.

Замена кинематических пар скольжения кулачка-толкателя по частям вала вращением вокруг оси существенно повышает надежность работы возбудителя колебаний, уменьшает тепловые нагрузки и повышает коэффициент полезного действия кулачкового профиля за счет соизмеримого перемещения наружного профиля рычага с одной стороны и относительного перемещения первой и второй части вала с другой стороны. Этим достигается увеличение амплитуды колебания без дополнительных потерь на трение и вероятности заклинивания и более интенсивное динамическое воздействие на обрабатываемый материал.

Изобретение относится к приводам исполнительных органов машин механического разрушения естественного камня и строительных материалов, перемешивания, например, бетонных смесей и растворов и других устройств, использующих крутильные колебания. Вращатель содержит привод вращения, две части ведомого вала, кулачок-толкатель, связанный с частями вала, неподвижные кулачки, расположенные на внутренней поверхности корпуса. Кулачок-толкатель выполнен в виде двуплечего рычага с осью его вращения на одной части вала и связан плечами рычагов с неподвижными кулачками рабочего профиля и второй частью вала, что обеспечивает передачу характера движения по неподвижным кулачкам рабочего профиля на вторую часть вала, а плечи рычага выполнены обеспечивающими заданную амплитуду колебания. Интенсивность технологического процесса возрастает за счет обеспечения его оптимальным значением амплитуды для эффективного использования подводимой энергии: снижаются потери в кинематических парах возбудителя крутильных колебаний, исключается возможность их заклинивания и уменьшаются отрицательные динамические нагрузки. 1 ил.

Импульсный вращатель исполнительного органа машины, содержащий привод вращения, две части ведомого вала, кулачок-толкатель, связанный с частями вала, неподвижные кулачки, расположенные на внутренней поверхности корпуса, отличающийся тем, что кулачок-толкатель выполнен в виде двуплечего рычага с осью его вращения на одной части вала и связанный плечами рычагов с неподвижными кулачками рабочего профиля и второй частью вала, при этом выполнение кулачка-толкателя обеспечивает передачу характера движения по неподвижным кулачкам рабочего профиля на вторую часть вала, а плечи рычага выполнены обеспечивающими заданную амплитуду колебания.