Полигармоническое вибрационное устройство Российский патент 2023 года по МПК E02D7/18 B06B1/16 

Изобретение относится к строительному оборудованию, а именно к многоступенчатым вибрационным устройствам с асимметричными колебаниями, направлено на повышение эффективности работы, снижение металлоёмкости, повышение надёжности и может быть использовано в гражданском, промышленном, энергетическом и дорожном строительстве.

Известно зубчатое инерционное вибрационные устройство для погружения или извлечения свай (Пат. RU 2350806 C1. Зубчатый инерционный самобалансный механизм. Заявка № 2007140665/11, 01.11.2007). Механизм содержит корпус, состоящий из двух вертикальных стенок с вмонтированными в них подшипниковыми опорами дебалансных валов с зубчатыми колёсами. Подшипниковые опоры, дебалансные валы с зубчатыми колёсами размещаются вдоль двух вертикальных осей, образуя два равнозначных дебалансных ряда, у которых два начальных, например, нижних, зубчатых колеса находятся в зацеплении между собой и образуют начальное дебалансное звено – ступень. Дебалансные звенья – ступени, образующие два параллельных равнозначных ряда дебалансных валов, включают начальную пару дебалансных валов, дополнительные, присоединённые к начальной паре и концевую, присоединённую к крайней дополнительной паре. При этом названные дебалансные звенья - ступени последовательно в мультиплицирующем порядке кинематически с помощью зацепления своих зубчатых колесных пар связаны между собой и смонтированы в подшипниковых опорах. Равнозначные ряды кинематически связаны между собой зацеплением зубчатых колес своих начальных дебалансных звеньев - ступеней. Количество дополнительных равнозначных пар звеньев - ступеней, присоединяемых к начальной паре, порядок частоты вращения каждой из них по отношению к начальной, углы сдвига фаз каждой дополнительной пары относительно начальной, а также статических моментов дебалансов каждой дополнительной пары звеньев - ступеней выбраны из условия наибольшей несимметрии (асимметрии) суммарной направленной инерционной силы и условия получения необходимого квазистатического рабочего усилия. Привод данного механизма осуществляется от одного или от двух электродвигателей через один или оба дебалансных вала конечного дебалансного звена – ступени.

Данная конструкция имеет ряд недостатков. Низкий коэффициент заполнения объёма корпуса металлом, что ведет увеличению габаритных размеров и повышению металлоёмкости изделия. Это объясняется тем, что площадь проекции зубчатых колёс начального дебалансного звена – ступени кратно превышает площадь проекции последующих и, особенно, конечных дебалансных звеньев – ступеней. Кроме того, наблюдается неравномерное нагружение, и как следствие, неравномерный износ зубчатых колёс и подшипников опор, при осуществлении привода от одного электродвигателя через дебалансный вал одного концевого дебалансного звена – ступень.

В качестве прототипа выбран дебалансный вибровозбудитель направленного действия для осуществления способа, направленного инерционного вибровозбуждения по патенту РФ (RU 2528715 С1. E02D 7/18 и B06B 1/16 (2006.01)). Особенностью данного решения, построенного на принципе генерирования полигармонических колебаний, является то, что устройство снабжено одним двигателем. Для повышения КПД зубчатой передачи вибровозбудителя кинематическая связь его двигателя вращательного движения с двумя рядами валов осуществлена в их средней части.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: содержит корпус с боковыми стенками, в которых установлены валы, на подшипниковых опорах с передаточными зубчатыми колёсами, образующими попарно равнозначные, начальные, промежуточные и конечные дебалансные звенья, синхронизирующее зацепление из двух зубчатых колёс образованных в вертикальной плоскости двух параллельных рядов валов из дебалансных звеньев и зубчатых передач, и по крайней мере, одного электродвигателя привода вращения валов дебалансных звеньев

Недостатком данного указанного технического решения является проблема синхронизации параметров вибрации дебалансных звеньев. Кроме того, невозможность получения коэффициента асимметрии вынуждающей силы значительных размеров.

Задачей создания предлагаемого технического решения является обеспечение синхронизации параметров вибрации дебалансных звеньев, кратное увеличение коэффициента асимметрии вынуждающей силы.

Задача решается за счет того, что полигармоническое вибрационное устройство, содержит корпус с боковыми стенками, в которых установлены валы, на подшипниковых опорах с передаточными зубчатыми колёсами, образующими попарно равнозначные, начальные, промежуточные и конечные дебалансные звенья, синхронизирующее зацепление из двух зубчатых колёс образованных в вертикальной плоскости двух параллельных рядов валов из дебалансных звеньев и зубчатых передач, и по крайней мере, одного электродвигателя привода вращения валов дебалансных звеньев. В предложенном решении зубчатое колесо начального звена первого из двух параллельных рядов кинематически связано с зубчатым колесом конечного звена смежного ряда, а зубчатое колесо начального звена второго параллельного ряда кинематически связано с зубчатым колесом конечного звена первого ряда, при этом, привод вращения валов дебалансных звеньев осуществляется через вал одного из начальных дебалансных звеньев.

В силу того, что ряды вибрационных звеньев образуют непрерывную цепь зубчатых передач, не возникает проблем синхронизации параметров вибрации дебалансных звеньев. Поэтому, всегда достаточно иметь один двигатель, центр массы которого будет располагаться на линии действия суммарной вынуждающей силы и не влиять своей массой и параметрами на процесс синхронизации работы дебалансных звеньев, так как суммарная проекция передаточных зубчатых колёс, на боковые стенки корпуса определяет их габаритные размеры, ширину и высоту.

При трехступенчатом зубчатом инерционном самобалансном полигармоническом устройстве можно малыми средствами получить трехкратное для приводных и пятикратное для исполнительных устройств увеличение коэффициента асимметрии, за счет подбора и определения параметров дополнительных попарно-равнозначных дебалансных звеньев.

Таким образом, совокупность отличительных признаков предлагаемого решения обеспечит синхронизацию параметров вибрации дебалансных звеньев, кратно увеличит коэффициента асимметрии вынуждающей силы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема полигармонического вибрационного устройства из трёх ступеней равнозначных дебалансных звеньев, состоящих из пары начальных и двух пар дополнительных звеньев, одна пара из которых является конечной.

Многоступенчатое, по крайней мере трёхступенчатое и более, полигармоническое вибрационное устройство содержит корпус с боковыми стенками 1, в которых установлены валы 2, на подшипниковых опорах с передаточными зубчатыми колёсами 3…8. Зубчатые колеса 3…8 представляют собой начальные 3 и 6, дополнительные 4 и 7 и конечные 5 и 8 валы дебалансных звеньев и образуют два равнозначных ряда 9 (в составе передаточных зубчатых колёс 3, 4, 5) и 10, (в составе передаточных зубчатых колёс - 6, 7, 8). Центры передаточных зубчатых колёс 3, 4, 5 расположены вдоль вертикальной оси 11, а центры передаточных зубчатых колёс 6, 7, 8 расположены вдоль вертикальной оси 12, которые являются параллельными, определяющими межосевое расстояние А. В результате такой компоновки образуется непрерывная цепь кинематически связанных зубчатых передач и дебалансных звеньев, синхронизация работы которых не зависит от места установки привода, так как суммарная проекция передаточных зубчатых колёс, 3… 8, на боковые стенки корпуса 1 определяет их габаритные размеры, ширину «В» и высоту «Н».

Полигармоническое вибрационное устройство работает следующим образом. Посредством механической передачи крутящий момент от электродвигателя (на фиг. не представлен) подается на любое из начальных дебалансных звеньев, любого из равноценных рядов. Замкнутый порядок построения механизма, в свою очередь, позволяет выбрать наиболее целесообразное звено подключения привода с точки зрения энерго и ресурсосбережения, например, к валу 2, расположенном вдоль вертикально оси 11, на котором находиться зубчатое колесо 3. При вращении начального зубчатого колеса 3, крутящий момент передается последовательно зубчатому 4, и так далее 5,6,7 заканчивая зубчатым колесом 8, расположенным вдоль вертикальной оси 12, которое соединено, с зубчатым колесом 3, создавая одну цепь вращения, из двух равнозначных рядов 9 и 10. Если зубчатые колеса 3,5,7 вращается по часовой стрелке, зубчатые колеса 4,6,8 в противоположные стороны, весь механизм, находящийся в корпусе 1, создает в результате геометрического сложения общую суммарную направленную инерционную силу, периодически изменяющуюся по величине по несимметричному полигармоническому закону. Формирование необходимой направленной инерционной силы и ее наибольшей асимметрии производится изменением количественного и качественного набора дополнительных попарно равнозначных дебалансных звеньев F1…F6, статических моментов дебалансов каждой дополнительной пары и углов сдвига фаз между ними и начальными звеньями. Задача подбора и определения параметров дополнительных попарно-равнозначных дебалансных звеньев - увеличить направленную «положительную» часть инерционной силы и уменьшить противоположную - «отрицательную», т.е. увеличить ее аcимметрию и одновременно получить необходимую рабочую величину направленной инерционной квазистатической силы. При трехступенчатом зубчатом инерционном самобалансном полигармоническом устройстве можно малыми средствами получить трехкратное для приводных и пятикратное для исполнительных устройств увеличение асимметрии направленных инерционных сил. Это можно эффективно использовать при создания несимметричных возмущающих сил для вибропогружателей или квазистатических сил для вдавливающих устройств, что подтверждает возросшие функциональные технологические возможности зубчатых инерционных самобалансных механизмов.

Конструкция предложенного полигармонического вибрационного устройства позволит решить проблему синхронизации параметров вибрации дебалансных звеньев, за счет того, что ряды вибрационных звеньев образуют непрерывную цепь зубчатых передач, кроме того, методом подбора и определения параметров дополнительных попарно-равнозначных дебалансных звеньев, можно увеличить направленную «положительную» часть инерционной силы и уменьшить противоположную - «отрицательную», т.е. увеличить кратно коэффициент асимметрии.

Кроме того, существенно сокращается объём и металлоёмкость корпуса в силу снижения площади боковой стенки на 18…22% и снижения наибольшего межосевого расстояния между параллельными рядами дебалансных звеньев на 28…30%.

Изобретение относится к строительному оборудованию, а именно к многоступенчатым вибрационным устройствам с асимметричными колебаниями, направлено на повышение эффективности работы, снижение металлоёмкости, повышение надёжности и может быть использовано в гражданском, промышленном, энергетическом и дорожном строительстве. Полигармоническое вибрационное устройство содержит корпус с боковыми стенками, в которых установлены валы, на подшипниковых опорах, с передаточными зубчатыми колёсами, образующими два равнозначных ряда валов дебалансных звеньев, составляющих попарно равнозначные, начальные, промежуточные и конечные дебалансные звенья, и один электродвигатель привода вращения валов дебалансных звеньев. Зубчатое колесо начального звена каждого из двух параллельных равнозначных рядов кинематически связано с зубчатым колесом конечного звена смежного ряда. Привод вращения валов дебалансных звеньев осуществляется через любой вал одного из дебалансных звеньев. Технический результат состоит в обеспечении синхронизации параметров вибрации дебалансных звеньев, кратном увеличении коэффициента асимметрии вынуждающей силы. 1 ил.

Полигармоническое вибрационное устройство, содержащее корпус с боковыми стенками, в которых установлены валы, на подшипниковых опорах, с передаточными зубчатыми колёсами, образующими два равнозначных ряда валов дебалансных звеньев, составляющих попарно равнозначные, начальные, промежуточные и конечные дебалансные звенья, и один электродвигатель привода вращения валов дебалансных звеньев, отличающееся тем, что зубчатое колесо начального звена каждого из двух параллельных равнозначных рядов кинематически связано с зубчатым колесом конечного звена смежного ряда, а привод вращения валов дебалансных звеньев осуществляется через любой вал одного из дебалансных звеньев.