Пневмовибратор Советский патент 1991 года по МПК B06B1/18 

фиг.1

Изобретение относится к устройствам для возбуждения колебаний и может найти применение в строительной,,горной и химической отраслях промышленности.

Известен пневматический вибратор, включающий неподвижное основание с силовой камерой, образованной манжетой- клапаном, ударник и канал подвода энергоносителя,

К недостатку данного вибратора относится то, что часть энергии ударника при рабочем ходе отбирается на растяжение упругих элементов, а затем используется на возврат ударника в исходное положение. Одновременно с этим центральная часть ударника находится под избыточным давлением, так как на ударник постоянно воздействует струя сжатого воздуха. Это ведет к снижению мощности вибратора при холостом ходе ударника, Отработанный воздух выхлопывается в атмосферу под большим давлением, не совершая работы.

Наиболее близким предлагаемому по технической сущности является автоколебательный вибратор, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями, сердечник, часть которого размещена в полости корпуса, завихритель с тангенциальным каналом, причем сердечник снабжен демпфирующим элементом.

Недостатком данного вибратора является то, что сердечник возвращаете в нижнее исходное положение под действием собственного веса, причем большая площадь сердечника, входящего в корпус находится под постоянным давлением и прошводействует перемещению ударника вниз, Остановка сердечника происходит безударно и, соответственно,скачок давления между сердечником и корпусом не успевает достигнуть системного давления до начала смещения сердечника вверх. Следовательно, сердечник не приобретает полную энергию, а соответственно, и мощность, Вмхлоп отрабгмянного энергоносителя в атмосферу происходит под большим давлением, обладающим большим запасом энергии. такая работа вибратора снижает КПД расхода энергоносителя

Цель изобрет -ния - повышение мощности вибратора м КПД за счет использования энергии потока о1 еогоносител ч-достигается тем, что в г.иермовибраторе, рключюа- щэи s onnyc с входным и выходным отверстиями и сердечник, размещенный в корпусе с образованием рабочей полости со стороны входного отверстия, входное отверстие снабжено рассекателем потока энергоносителя, причем в осевом сечении одна из полостей корпуса или сердечника

обращенных одна к другой, в зоне рабочей полости выполнена прямолинейной, а периферийная часть плоскости - по форме обра- аующей диффузора; в осевом сечении одна

из полостей корпуса или сердечника, обращенных одна к другой, в зоне рабочей полости выполнена в форме образующей конфузора, а за ее пределами - в форме образующей диффузора,

0 При исполнении вибровозбудителя с сердечником, часть которого размещена под давлением, снижается скорость перемещения сердечника вниз, что приводит к плавной остановке последнего без гермети5 зации полости между корпусом и сердечником, в результате чего в полости отсутствует скачок давления энергоносителя, достигающий давления в системе, и скоростное перемещение сердечника вверх. Как результат,

0 падает мощность вибровозбудителя. Кроме того, энергоноситель выхлопывается в атмосферу под большим давлением с запасом энергии, которая не используется.

В предлагаемом пневмовибраторе на5 правленное истечение энергоносителя от оси к периферии адоль плоскости корпуса, обращенной к сердечнику,и исполнение одной из плоскостей в сечении на периферийной части по форме образующей диффузора

0 или в зоне рабочей полости - по форме конфузорэ, а за зе пределами - диффузора обеспечивав 1 периодическую инерционную герметизацию рабочей полости и беспрепятственное ускорение перемещения сер5 дачника вверх. При перемещении сердечника вверх скоростное истечение энергоносителя от оси к периферии ведет к резкому расширению струи и падению в ней давления до значений ниже атмосферного,

0 дальнейшее ее расширение в диффузоре увеличивает разрежение между плоскостями СЧРТ возникшего перепада давления на плоскостях сердечника (вверху - атмосферное, а мечду сердечником и корпусом 5 ниже атмосферного) сердечник ускоренно смещается вниз до полного инерционного замыкания рабочей полости. В замкнутой полости происходит скачкообразное повышение давления и цикл повторяется. Такая

0 схема работы позволяет увеличить мощность вибратора и полностью использовать знеогию сжатого воздуха, так как под воздействием одного и того же потока воздуха ударник принудительно перемещается поо5 чередно в обе стоооны, а давление в струе изменяете от избыточного до минусового. Данными преимуществами не обладает устройство-прототип.

Существенными признаками, отличающими предлагаемое решение от прототипа,

является то, что входной канал снабжен рассекателем потока энергоносителя, причем в осевом сечении одна из плоскостей корпуса или сердечника, обращенных одна к другой, в зоне рабочей полости выполнена прямолинейной, а периферийная часть полости - по форме образующей диффузора, одна из плоскостей корпуса или сердечника, обращенных одна к другой, в зоне рабочей полости выполнена в форме образующей конфузора, а за ее пределами - в форме образующей диффузора, плоскости корпуса и сердечника, обращенные одна к другой,в зоне рабочей полости выполнены в форме образующей конфузора, а за ее пределами - в форме образующей диффузора.

В известных технических решениях имеются признаки, сходные с названными выше, отличающими предлагаемое техническое решение от прототипа. Однако наряду с положительным свойством - увеличением удельной мощности, в них присутствует и отрицательное свойство, аналогичное описанному при анализе аналога и прототипа, состоящее в том, что часть энергии сжатого воздуха тратится на преодоление магнитного поля, постоянно воздействующего на колеблющуюся втулку, что снижает мощность, передаваемую втулкой вверх. Воздух выхлопывается в атмосферу с большим запасом энергии. Кроме того, часть воздуха стравливается через зазор между втулкой и коническим сердечником, не совершая работы. В целом это снижает КПД расхода энергоносителя.

Предлагаемое техническое решение в сравнении с известными обладает новыми свойствами: оно позволяет за счет выполнения деталей пневмовибратора с диффу- зорной частью и направленной струей энергоносителя периодически создавать между плоскостями то избыточное давление, то давление ниже атмосферного. Это обеспечивает (под действием одной и той же струи энергоносителя) принудительное перемеи ение сердечника в обоих направлениях.

Достоверность достижения поставленной цели подтверждена экспериментально на моделях пневмовибратора, выполненных с одинаковым диаметром сердечников. Мощность вибратора возрастает при одинаковом расходе энергоносителя. Растет и частота колебаний сердечника.

На фиг. 1 изображен пневмовибратор, сечение (сердечник в момент нанесения удара вверх); на фиг. 2 - то же, сердечник внизу; на Фиг. 3 и 4 - варианты исполнения вибратора.

Вибратор сосгс .п из корпуса 1 с ным отверстием 2, в котором установлен рассекатель 3, и выходным отверстием 4 В корпусе 1 установлен сердечник 5 с ялемон- том 6 фиксации сердечника в корпусе 1 от горизонтальных смещений. Сердечник 5 фиксируется в корпусе, например, элементом б фиксации скользящего типа (фиг.1 и 2) или растяжками 7, позволяющими сердеч0 нику свободно перемещаться в осевом направлении в пределах амплитуды колебаний последнего (фиг .3 и 4 ) . Корпус и сердечник в местах их периодического взаимного ударного контакта снабжены де5 мпфирующими элементами 8 и 9, например. с кольцевой полусферической канавкой, обеспечивающей завихрение истекающей струи и запирание (герметизацию) уже разомкнутой полости 10 с повышением в ней

0 давления, а также передачу дополнительного импульса силы сердечнику 5. На корпусе 1 установлены демпферы 11с каналами 12, обеспечивающими ударную остановку сердечника 5 при движении последнего вверх.

5 Для регулировки ударного импульса положение сердечника 5 относительно демпфера 11 регулируется основанием 13 корпуса 1, который установлен в корпусе 1 подвижно.

0Вибратор работает следующим образом.

. Сжатый воздух от системы через отверстие 2 в рассекателе 3 поступает в замкнутую полость 10 и заряжает ее, За счет

5 энергии сжатого воздуха сердечник 5 ускоренно выбрасывается вверх. Между сердечником 5 и корпусом 1 образуется зазор, в который устремляется воздух из полости 10. В результате резкого расширения сечения

0 щели и дополнительного расширения воздуха в диффузорной части скорость его истечения увеличивается, а давление падает. Эжектирующий эффект упругой струи воздуха, выходящей из-под рассекателя 3 в ра5 диальном направлении, обеспечивает разрежение не только в диффузорной части, но и в рабочей полости, и перепад давления действует по всей площади сердечника (фиг. 3 и 4). Эти качества отсутствуют у прототипа.

0 Сердечник 5 останавливается безударно и начинает ускоренно смещаться вниз. В ударном исполнении(фиг. 1 и 2)при наличии в демпферах 8 и 9 кольцевой канавки начало выхлопа из полости 10 сопровождается за5 вихрением потока (ламинарное истечение преобразуется в турбулентное) на границе кольцевой канавки с повышением давления и резким торможением потока, истекающего из полости 10. Давление в полости скачкообразно растет и сердечник 5 получает

дополнительный импульс силы для ускоренного перемещения вверх. Это позволяет увеличить мощность вибратора при рабочем ходе. Щель между сердечником 5 и основанием 13 расширяется, турбулентное истечение струи энергоносителя преобразуется в ламинарное. Скорость истечения струи между плоскостями мгновенно растет с одновременным многократным расширением занимаемого струей объема. Давление в щели между сердечником 5 и основанием 13 резко падает до значений ниже атмосферного. Падению давления в рабочей полости 10 способствует и эжектирующий эффект истекающей струи-от рассекателя 3 к периферии сердечника 5, т.е. диффузорной части щели, После ударной остановки в результате возникшего перепада давления на плоскостях сердечника 5 (вверху давление атмосферное, а внизу- ниже атмосферного) последний начинает ускоренно переме- а аться зниз, что позволяет увеличить ударный импульс. При движении сердечника 5 вниз последний ударно останавливается корпусом 1 вибратора, полость 10 гермети- зируется и цикл повторяется.

Принудительное перемещение сердечника 5 в обе стороны позволило увеличить и частоту его колебаний. Регулируемое поло жение основания 13 позволяет путем регу- лировки добиться максимальной силы соударения или амплитуды колебаний сердечника 5 в зависимости от назначения вибратора. Центрирование сердечника 5 а корпусе 1 относительно рассекателя 3 осу- ществляется растяжками 8, которые позволяют сердечнику 5 свободно перемещаться в осевом направлении, в пределах амплитуды его колебаний (фиг.З и 4). В другом случае элемент 6 скользящего типа (фиг. 1 и 2), отверстие 4 и каналы 12 обеспечивают работоспособность вибратора. Кроме того, отработавший воздух свободно выходит в атмосферу через окна между растяжками 8 (фиг. 3 и 4).

Таким образом, предложенный пневмо- вибратор по сравнению с прототипом повышает ударную мощность вибратора на 7-12% и увеличивает частоту колебаний сердечника в 1,2-1,4 раза при одном и том же расходе энергоносителя. Это позволяет утверждать, что удельный КПД расхода энергоносителя возрастает.

Формула изобретения

1. Пневмовибратор, содержащий корпус с входным и выходным отверстиями и сердечник, размещенный в корпусе с образованием рабочей полости со стороны входного отверстия, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности вибратора и КПД за счет использования энергии потока энергоносителя, входное отверстие снабжено рассекателем потока рабочей среды, а периферийные поверхности сердечника и корпуса со стороны входного отверстия в O.V3OM сечении образуют между собой диффузорный канал.

. Пневмовибратор по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что центральная часть корпуса м сердечника со стороны входного отверстия в осевом сечении образуют между собой конфузорный канал.

Изобретение м.б. использовано в строительной, горной и химической промышленности. Цель изобретения - повышение мощности и КПД пневмовибратора за счет использования энергии потока энергоносителя. В корпусе 1 с входным и выходным отверстиями 2,4 размещен с образованием рабочей полости со стороны отверстия 2 сердечник 5. Отверстие 2 снабжено рассекателем 3 потока рабочей среды. Периферийные поверхности сердечника 5 и корпуса 1 со стороны отверстия 2 в осевом сечении образуют между собой диффузор- ный канал. Центральные части корпуса 1 и сердечника 5 со стороны отверстия 2 в осе- вом сечении образуют между собой ко нфу- зорный канал. На корпусе 1 установлены демпферы 11с каналами 12, обеспечивающими ударную остановку сердечника 5 при его движении вверх. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

п

72ZZ2ZZZZZZS2ZZZZ2Z22

/ / 9 Ю

Фив. 2

2

2

Шиг

/

/0

я

Фиг.З