Гидравлический вибровозбудитель Советский патент 1992 года по МПК F16B21/12 

(Л

Назначение: получение вынужденных механических колебаний, используя энергию гидропривода. Сущность изобретения: в корпусе 1 между впускным каналом 2 и сливным каналом 3 размещен поршень 4. Перепускные каналы 6 выполнены в теле поршня как замкнутые, так и в виде пазов на боковой поверхности поршня. Рабочая жидкость через впускной канала 2 подается в надпоршневую полость. Под ее давлением поршень поднимается и при этом открываются перепускные каналы. Жидкость через них стравливается в надпоршневую полость и далее в сливной канал. При этом давление в надпоршневой полости падает и поршень опускается, вызывая своим перемещением вибрации корпуса, передающиеся потребителю. В надпоршневую полость может вводиться упругий элемент сжатия. 4 з.п. ф-лы/ 10 ил.

/X/// 7/ /.

1 Ч

%w

/II

ч Ч 1 Ч Ч Ч 1 С

сл

00 СА О

Фиг.1

Изобретение относится к горной и строительной технике и может быть использовано для создания вынужденных сил для возбуждения колебания.

Известен гидравлический вибратор, со- держащий корпус и шаровую подвижную массу. В нижней части корпуса имеется отверстие для подвода рабочей жидкости и винт для регулировки хода шара. В нижней части корпуса имеется расширяющееся со- пло При подаче рабочей среды шар осуществляет круговое движение, перемещаясь по стенкам корпуса и передавая ему импульсы в поперечной плоскости.

Недостаток этого вибратора - малая эффективность работы. Это определяется формой шара (минимальный объем, а следовательно, и минимальный вес. чти предопределяет небольшое вынужденное усилие), небольшая степень уплотнения по миделе- вому сечению (фактически уплотнение осуществляется по линии, что предопределяет большие перетечки между рабочими камерами, а следовательно, небольшой перепад давления между камерами). Оба фактора - малый вес и перетечки, выравнивающие давление рабочей среды в камерах, снижают вынужденную силу. Форма подвижной массы {шар) усложняет конструкцию, так как его изготовление затруднительно.

Известен вибратор с возвратно-поступательным движением подвижной массы поршня, содержащий корпус с установленным в нем цилиндром с поршнем. Со стороны одной из крышек цилиндра установлены золотник, пружина и винт. Золотник выполнен с кольцевыми проточками, средняя из которых является его рабочей камерой, крайние - камерами устранения подпора рабочей жидкости. Между крышкой и тор- цом цилиндра размещена амортизирующая прокладка.

Недостатками этого вибратора являются сложность конструкции, предопределяемая большим количеством деталей, малые энергетические показатели, связанные с тем, что используется не вся рабочая площадь.

Известен поршневой вибратор, содержащий корпус и размещенный в нем пор- шень переменного сечения с наклонным каналом, причем на торцах поршня выполнены конусные расточки.

Недостатком известного вибратора является практически невозможность его ис- пользования при работе на жидкой рабочей среде (он пневматический). Это связано с тем, что для подачи рабочей среды из камеры с меньшим объемом (на чертеже - средняя ограниченная поверхностями корпуса,

уплотнения и кольцевой конической поверхностью поршня) в большую (на чертеже - правая, ограниченная поверхностями корпуса и поршня) необходимо сдвинуть поршень на большое расстояние, равное расстоянию от кольцевых конусных расточек поршня до выхода наклонного канала. В пневматических устройствах это осуществляется за счет расширения сжатого воздуха в камере, которая к этому моменту отсечена от меньшей по объему кольцевой камеры, из которой поступает сжатый воздух Жидкость не расширяема, поэтому как только камера будет отсоединена от магистрали, давление рабочей жидкости в ней упадет и дальнейшего перемещения поршня не будет. Из-за различных рабочих площадей поршня создаются разные вынужденные усилия, что предопределяет возникновение асимметричных нагрузок. Так как с одной стороны на поршень действует меньшая сила, то снижается частота колебаний.

Целью изобретения является упрощение конструкции и уменьшения габаритов.

Цель достигается тем, что в гидравлическом вибровозбудителе с впускным и выпускным каналами, рабочим органом, выполненным в виде поршня и размещенным в полости корпуса с образованием над- поршневой полости и подпоршневой, сообщенной со впускным каналом, перепускной канал, выполненный в теле поршня и сообщающий надпоршневую полости, выступ, выполненный на торце поршня и раз- мещенный в подпоршневой полости корпуса, впускной и выпускной каналы расположены по разные стороны поршня, при этом выпускной канал сообщен с надпорш- невой полостью. Такое выполнение вибровозбудителя позволяет упростить его конструкцию и одновременно повысить эффективность работы,

Целесообразно впускной канал выполнять в корпусе соосно с торцевым выступом поршня, при этом форма поперечного сече- н«й выпускного канала идентична форме поперечного сечения торцового выступа, а их площади равны. Такое выполнение конструкции позволяет создавать пульсирующий поток, что обеспечивает более быстрое снижение давления в потоке рабочей среды в нижней части возбудителя, а следовательно, повысить частоту колебаний.

Целесообразно перепускной канал выполнять в виде паза на боковой поверхности поршня. Такое выполнение конструкции позволяет повысить величину подвижной массы и уменьшить площадь соприкосновения поверхностей корпуса и подвижной массы.

Целесообразно на боковой поверхности поршня выполнять кольцевую проточку, сообщенную с перепускным каналом, что уменьшает его высоту и площадь контактирующей поверхности между подвижными деталями, повышает надежность его работы.

Целесообразно в выпускном канале корпуса установить дроссель, что повышает диапазон вибрационных параметров.

Целесообразно в надпоршневой полости установить упругий элемент сжатия, связывающий торец поршня с внутренней поверхностью корпуса, что обеспечивает работу вибровозбудителя в любом про- странственном положении. Кроме того, можно при этом уменьшить величину подвижной массы, заменив ее силой упругого элемента, что позволяет уменьшить габариты и вес вибровозбудителя, не меняя при этом его энергетические параметры.

На фиг, 1 показан возбудитель, разрез; на фиг. 2 - возбудитель с перепускными каналами между стенками корпуса и поршня; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 2; на фиг, 4 - возбудитель с кольцевым выступом, входящим в подводящий канал корпуса; на фиг. 5 - то же, с торцовой поверхностью поршня, выполненной по параболе, и частью, входящей в канал корпуса; на фиг. 6то же, с прилегающими торцовыми коническими поверхностями корпуса и поршня; на фиг. 7 - то же, торцовые прилегающие поверхности корпуса и поршня которого выполнены по параболе; на фиг. 8 - то же, с пружиной; на фиг. 9 - то же, со сливным каналом, выходящим в перепускной; на фиг. 10 - то же, перепускной канал которого выполнен по центру поршня, а впускные - по периферии и соединены между собой до- полнительной камерой.

Гидравлический вибровозбудитель (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с впускным 2 и сливным 3 каналами. Внутри корпуса 1 раз- мещен поршень 4. Корпус 1 и поршень 4 могут быть выполнены цилиндрическими (как показано) либо иметь другую форму, например параллелепипеда. Между верхней поверхностью поршня 4 и внутренней поверхностью верхнего торца корпуса 1 имеется полость 5 противодавления, соединенная со сливным каналом 3 Между боковыми поверхностями поршня 4 и корпуса 1 имеются перепускные каналы 6 (фиг. 2-5,7), которые могут быть выполнены так же втеле поршня (фиг. 1, 7-10) либо часть перепускного канала выполнена в теле поршня 4. а другая - между боковыми поверхностями корпуса 1 и поршня 4 (фиг. 9).

Торцовые прилегающие поверхности 7 и 8 поршня 4 и корпуса 1 могут быть выполнены плоскими (фиг. 1,2,4, 8, 9) либо иметь форму тела вращения в виде параболоида (фиг. 7), либо иметь составную форму - часть плоская, а другая - конусная (фиг. 4, 6) либо параболоида (фиг. 5). Нижняя торцовая поверхность может иметь выступ 9, входящий в подводящий канал 2 корпуса 1.

На выходе сливного канала 3 может быть установлен регулируемый дроссель 10 (фиг, 6, 7). Сливной канал 3 может быть размещен над верхней торцовой поверхностью поршня 4 (фиг. 1, 2, 4-8, 10) либо ниже ее (фиг. 9). В последнем случае на боковой поверхности поршня 4 выполнена проточка 11, в которую входит сливной канал 3. Возможно между поршнем 4 и корпусом 1 установить пружину 12 (фиг. 8). В этом случае можно уменьшить величину массы поршня 4 и повысить частоту колебаний. В корпусе 1 может быть выполнено несколько подводящих каналов 13 (фиг. 10), соединенных дополнительной камерой 14, а в поршне 4 - один перепускной канал 6.

Принцип работы предлагаемого гидравлического вибровозбудителя следующий.

При подаче рабочей жидкости через впускной канал 2 корпуса 1 на поршень 4 со стороны нижней ее поверхности 7 действует усилие, создаваемое рабочей средой. Величина усилия определяется произведением давления рабочей жидкости на площадь торцовой поверхности 7 поршня 4. Рабочая жидкость (масло, вода) движется радиально от впускного канала 2 корпуса 1, затем попадает через перепускной канал б в полость 5, откуда удаляется через сливной канал 3. Под действием усилия, действующего на нижнюю торцовую поверхность поршня 4, она поднимается. При этом увеличивается зазор между нижними торцовыми поверхностями 7 поршня 4 и корпуса 1. Согласно известным физическим законам при увеличении зазора снижается давление, при этом увеличивается расход рабочей среды, что приводит к снижению давления в потоке. В результате снижается сила, действующая на поршень 4 снизу. С другой стороны рабочая жидкость, находящаяся в камере 5, создает силу, направленную вниз и действующую на поршень 4. В итоге наступит момент, когда усилие, поднимающее поршень 4, станет меньше силы тяжести поршня 4, и последний пойдет вниз (противодавление со стороны камеры 5 способствует этому).

Если ход поршня 4 соответствует высоте полости 5, то происходит удар поршня 4 по корпусу 1 в крайнем ее верхнем положении. Если высота полости 5 больше хода поршня 4, то вибровозбудитель работает в вибрационном режиме. Подбирая величину массы поршня 4, проходные сечения и давление рабочей жидкости, можно обеспечить удар поршня и по нижней части корпуса 1,

Для использования боковой поверхности корпуса 1 в качестве направляющей движения поршня 4 целесообразно перепускные каналы б выполнять в теле поршня 4 (фиг. 1, 8, 10} либо в виде пазов любой конфигурации (на фиг. 3 показаны по два круговых паза и в виде лысок).

Наличие пружины 12 позволяет уменьшить величину массы поршня 4, т.е. создать ту же силу, что и сила тяжести поршня 4. Однако главное назначение пружины 12 - обеспечение работоспособности вибровозбудителя в любом пространственном положении. Это связано с тем, что в нерабочем состоянии поршень 4 (без пружины) при размещении вибровозбудителя в положении, развернутом на 180о по отношению к положению, показанному на чертеже, будет под действием силы тяжести опираться на противоположный торец корпуса 1. При подаче рабочей среды виброаозбудитель не запустится в работу. При применении пружины 12 такого в принципе не может произойти, так как она всегда будет устанавливать поршень 4 в положение, показанное на чертежах, вне зависимости от пространственного положения вибровозбудителя.

Для повышения давления рабочей жидкости под поршнем 4 целесообразно торцовым прилегающим поверхностям 7 корпуса t и 8 поршня 4 придавать форму тела вращения (фиг. 5, 7). В этом случае увеличивается путь потока рабочей жидкости, что увеличивает сопротивление и. как следствие, давление в потоке, в результате чего увеличивается возмущающая сила.

При выполнении поршня 4 с выступом 9 наблюдается двойной эффект. С одной стороны при вхождении выступа 9 во впускной канал 2 поток рабочей жидкости прерывается, что приводит к падению давления рабочей жидкости под поршнем 4. При движении поршня 4 вниз оказывается меньшее сопротивление, следствием чего является повышение частоты колебаний. С другой стороны при движении поршня вверх создается турбулентность в потоке (благодаря так называемому карману), что создает сопротивление потоку рабочей жидкости, следствием чего является повышение давления в потоке. Это приводит к увеличению возмущающей силы, действующей на поршень 4, одновременно повышается ее скорость движения, Все это вместе приводит к повышению частоты колебания.

Для уменьшения высоты вибровозбудителя целесообразно сливной канал 3 выполнять либо в верхней торцовой поверхности корпуса 1 (фиг. 10), либо на расстоянии, большем хода поршня 4 (фиг. 9). В последнем случае поршень выполняется с проточкой 11, расположенной на его боковой

поверхности (фиг. 9).

Для регулирования возмущающей силы и частоты колебания в сливном канале 3 монтируется регулируемый дроссель 10 (фиг, б, 7). Регулируя проходное сечение

дросселя 10, изменяют величину давления рабочей жидкости в полости 5, что приводит к изменению величины противодавления, действующего на поршень 4. Чем больше противодавление, тем меньше возмущающая сила. Однако при этом возрастает частота колебания.

При работе в ударном режиме, с точки зрения повышения прочности поршня 4, целесообразно в последнем выполнять минимальное число каналов. Конструкция вибровозбудителя, показанная на фиг. 10, соответствует этим требованиям. Поршень 4 имеет один перепускной канал б, расположенный по центру, а в корпусе 1 имеется

несколько впускных каналов 13, соединенных между собой камерой 14.

Применение предлагаемого вибровозбудителя позволяет создать простую конструкцию из-за малого количества деталей,

которые не нуждаются в прецизионной обработке, Все это позволяет резко снизить стоимость изготовления вибровозбудителя. Предложенный вибровозбудитель из-за отсутствия прецизионных деталей может

успешно работать в подводных условиях с использованием в качестве рабочей среды морской воды.

Простота конструкции вибровозбудителя предопределяет возможность ее изготовления в мастерских практически любого предприятия.

Формула изобретения 1. Гидравлический вибровозбудитель, содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, рабочий орган, выполненный в виде поршня и размещенный в полости корпуса с образованием надпорш- невой полости и подпоршневой, сообщенной с впускным каналом, перепускной

канал, выполненный в теле поршня и сообщающий надпоршневую и под поршневую полости, выступ, выполненный на торце поршня и размещенный в подпоршневой полости корпуса, отличающийся тем,

что, с целью упрощения конструкции и

уменьшения габаритов, впускной и выпускной каналы расположены по разные стороны поршня, при этом выпускной канал сообщен с надпоршневой полостью.

выполнен в виде паза на боковой поверхности поршнТ

4, Вибровозбудитель по п. 1. о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что на боковой поверхности поршня выполнена кольцевая проточка, сообщенная с перепускным каналом.

5 Вибровозбудитель по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью обеспечения его работоспособности в любом пространственном положении, в надпоршневой полости установлен упругий элемент сжатия, связывающий торец поршня с внутренней поверхностью корпуса.

Фиь.З

фиг. Ч

.7

Z2-I/

#

г.Хг

Редактор Т Лазоренко

Составитель З.Пимакова Техред М.Моргентал

риг 8

Корректор М Лукач