ИМПУЛЬСНЫЙ ВРАЩАТЕЛЬ РАБОЧЕГО ОРГАНА МАШИНЫ Российский патент 2011 года по МПК E21B3/02 E21B6/06 

Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в приводах машин с условно постоянным моментом сопротивления на рабочем органе (смесители однородных сред, шнековые траснпортеры и т.п.).

Известны импульсные вращатели рабочих органов, включающие двигатель, редуктор и возбудитель крутильных колебаний [А.С. СССР №901493, опубл. 30.01.1982; А.С. СССР №1593694, опубл. 23.09.1990], где импульсы возникают за счет сил инерции эксцентрично расположенных масс на сателлитах планетарного редуктора. Недостатками этих конструкций являются изменение параметров динамического воздействия от характеристики воздействия с обрабатываемым материалом, наличие отрицательного импульса дополнительных нагрузок на привод, применение только планетарного привода, сложность кинематической цепи.

Известен импульсный вращатель рабочего органа машины [А.С. СССР №1802112, опубл. 15.03.1993], где кинематическое возбуждение создается перемещением кулачка-толкателя по поверхностям ведущей и ведомой части вала. Недостатком этой конструкции являются большие потери на трение при движении кулачка и ограниченные величины амплитуды колебания углом наклона поверхностей валов, повышенная тепловая нагрузка.

Известен также импульсный вращатель исполнительного органа машины [Патент РФ на изобретение №2341636, опубл. 20.12.2008], выбранный в качестве прототипа, содержащий две части вала рабочего органа и вращающийся двуплечий кулачок-толкатель. Равномерное вращение ведущей части вала суммируется с колебательным вращением кулачка-толкателя, установленной на ведущей части вала. Одно плечо кулачка-толкателя скользит по криволинейной поверхности корпуса (неподвижные кулачки), а второе плечо касается подвижной части вала и сообщает ей колебания.

Недостатком этой конструкции являются большие нагрузки на поверхности валов и кулачка-толкателя в зоне их контакта, повышенный износ поверхностей трения, тепловая нагрузка. Кулачок-толкатель передает крутящий момент на ведомый вал рабочего органа, равный усилию на рабочем инструменте при импульсном воздействии на обрабатываемый материал. Вся мощность, необходимая для данного технологического процесса, передается через один кулачок.

Техническим результатом изобретения является повышение работоспособности и долговечности высоконагруженных деталей вибратора крутильных колебаний за счет установки упругого элемента между ведомым и ведущим валами. Ведомый вал при его вращении деформирует упругий элемент, реакция которого воспринимается ведомым валом до создания крутящего момента обеспечивающее предельное напряжение в зоне контактного рабочего инструмента с обрабатываемым материалом. Превышение этого напряжения достигается наложением на усилие упругого элемента минимального усилия кулачка-толкателя до суммарного усилия, необходимого для совершения технологического процесса.

Такое предварительное напряжение обрабатываемого материала через упругий элемент освобождает кулачок-толкатель от передачи полного усилия на рабочий инструмент. Кулачок-толкатель передает усилие равное разности усилия потребного на выполнение технологического процесса и усилия деформации упругого элемента. Максимальное уменьшение нагрузки на кулачок-толкатель и контактирующие с ним поверхности можно достичь при постоянном крутящем моменте статического (обычного) воздействия на технологический процесс (перемешивание жидкости, перемешивание однородных масс, шнековой транспортировке и т.п.). Кроме этого, величина побочного отрицательного воздействия на механизмы и оператора уменьшится пропорционально снижению энергии передаваемого кулачком-толкателем.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что нагрузка на рабочие поверхности кулачков и контактирующие с ними поверхности уменьшается на величину усилия создаваемого упругим элементом. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию изобретения «новизна».

Сравнение заявляемого устройства с другими импульсными вращателями не выявила в них признаки заявляемого решения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежом, на котором показано сечение возбудителя крутильных колебаний (см. чертеж). Импульсный вращатель рабочего органа машины содержит две части выходного вала, допускающее их относительное вращение. Обе части расположены в корпусе 1, с неподвижными кулачками 2, ведущая часть вала 3 кинематически связана упругим элементом 4 с ведомой часть вала 5. Кулачок-толкатель 6 имеет ось 7, опорные поверхности 8 и 9 рабочего хода, опорные поверхности 10 и 11 холостого хода.

Работает устройство следующим образом. При вращении ведущая часть вала 3 сжимает пружину 4 и через нее вращает ведомую часть вала 5, которая передает крутящий момент заданной величины на рабочий инструмент. На ведущей части вала 3 установлен на оси 7 двуплечий кулачок-толкатель 6. Опорная поверхность 9 скользит по поверхности неподвижного кулачка 2 и поворачивает на оси 7 кулачок-толкатель 6, который опорной поверхностью 8 передает импульс на ведомую часть вала. При равномерном вращении ведущей части вала 3 и колебательным движением кулачка-толкателя 6 ведомая часть вала 5 совершает суммарное движение. Крутящий момент на рабочем инструмента от сил упругого элемента 4 не достигает нагрузки технологической потребности обрабатываемого материала и добавляется импульс малой величины при движении кулачка-толкателя 6. Таким образом, на кулачок-толкатель приходится дополнительная нагрузка, необходимая для обработки материала, и может составлять 5÷20% общего усилия на технологический процесс.

При отсутствии нагрузки на рабочем инструменте упругий элемент 4 изменяет относительное положение ведомой 5 и ведущей 3 частей вала. Кулачок-толкатель 6 опорной поверхностью 10 через опорную поверхность 11 ведомой части вала 5 ограничивает деформацию упругого элемента 4 и обеспечивает фиксирование положение валов.

Интенсификация динамического воздействия на обрабатываемый материал обеспечивается меньшими усилиями кулачка-толкателя, что повышает надежность и долговечность работы импульсного вращателя рабочего органа машины при возможном увеличении энергоемкости единичного импульса.

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться в приводах машин с условно постоянным моментом сопротивления на рабочем органе. Импульсный вращатель содержит две части вала, кулачок-толкатель в виде двуплечего рычага, взаимодействующий с частями вала, неподвижные кулачки на внутренней поверхности корпуса редуктора. Ведущая часть вала снабжена упругим элементом, обеспечивающим связь между частями вала рабочего органа. На ведущей и ведомых частях вала рабочего органа выполнены поверхности упорные, обеспечивающие ограничение деформации упругого элемента при холостом ходе. Обеспечивает повышение надежности и долговечности работы импульсного вращателя при возможном увеличении энергоемкости единичного импульса. 1 ил.

Импульсный вращатель рабочего органа машины, содержащий две части вала, кулачок-толкатель в виде двуплечего рычага, взаимодействующий с частями вала, неподвижные кулачки на внутренней поверхности корпуса редуктора, отличающийся тем, что ведущая часть вала снабжена упругим элементом, обеспечивающим связь между частями вала рабочего органа, причем на ведущей и ведомых частях вала рабочего органа выполнены поверхности упорные, обеспечивающие ограничение деформации упругого элемента при холостом ходе.