ГИДРОПУЛЬСАЦИОННАЯ УСТАНОВКА Советский патент 1971 года по МПК F16B21/12 G01N3/36 

Изобретение относится к технике создания мощных механических колебаний, а именно к гидравлическому возбуждению переменных нагрузок и движений, и предназначено для использования в технике механических испытаний, а также для технологических процессов, основанных на использовании вибраций.

Известны гидропульсационные установки, содержащие гидропульсатор в виде блока цилиндров с расположенными в,них плунжерами, привад возвратно-поступательного движения . плунжеров, вращающийся или колеблющийся золотник, входные каналы которого гидравлически связаны с цилиндрами в фазовом соответствии с расположением цилиндров в блоке, и исполнительный механизм, подключенный к выходным каналам золотника.

В известной установке золотник гидропульсатора объединен с блоком цилиндров и приводом движения плунжеров в едином агрегате.

Недостатками известной установки являются сложная цепь взаимно подвижных сопряжений узлов гидропульсатора, от которых требуется обеспечение герметичности между соответствующими полостями и каналами, а также необходимость передавать энергию возбуждения высокочастотным пульсирующим потоком по гидрокоммуникациям больщой протяженности. Это приводит к увеличению

гидродинамических потерь и ограничению частоты возбуждения.

Целью изобретения Я|Вляется повыщение герметичности взаимно подвижных сопряжений,

а также сокращение протяженности высокочастотных гидрокоммуникаций за счет удлинения низкочастотных, т. е. снижение гидродинамических потерь и повыщения частоты возбуждения. Для этого золотник предлагаемой установки расположен вне блока цилиндpOiB.

Цилиндры в блоке гидропульсатора расположены линейно, а привод возвратно-поступательного движения плунжеров осуществлен кулачковым валом.

Цилиндры в блоке гидропульсатора расположены параллельно оси вращения вала привода, выполненного в виде наклонной торцовой щайбы.

Для улучщения технологичности конструкции блок цилиндров выполняют неподвижным. На фиг. 1 изображена схема предлагаемой установки; на фиг. 2 - схема линейного расположения цилиндров в блоке; на фиг. 3 - схема аксиального расположения цилиндров в блоке.

Гидропульсационная установка содержит

гидропульсатор в виде блока / цилиндров 2

диально (см. фиг. 1), линейно (см. фиг. 2) или аксиально (см. фиг. 3). Блок цилиндров снабжен приводом возвратно-постунательного движения нлунжеров, вынолненным в виде общего кулачка 4, кулачкового вала 5 или наклонной шайбы 6.

Каждый из цилиндров блока гидравлически связан с входными каналами 7 золотника 8, на зеркале которого имеются отсеки 9 и разделяюндие их перемычки 10. Выходными магистралями // отсеки золотника соединены с исиолнительным механизмом, например гидроцилиндром. Гидравлическая связь цилиндрОВ 2 с входными каналами 7 золотника осуществляется магистралями 12 в соответствии с фазовым расположением цилиндров в блоке.

При вращении привода плунжеров относительно блока в его цилиндрах возбуждаются переменные гидравлические формирующие потоки

qj rf (MI - Шг) cos (cOj - ш,,) + j

где г - амплитуда возвратно-поступательного движения плу)1жеров;

/ - плоидадь поиеречного сечепия цилиндров;

(1)1 - угловая скорость вращения привода плунжеров;

CD2 - угловая скорость вращения блока цилиндров;

PJ - начальная фаза движения нлунжеров.

Формирующие потоки 7j по магистралям 12 направляются к входным каналам 7 золотника 8. При вращении золотника его перемычки 10 дробят формирующие потоки на чередующиеся участки, которые, суммируясь в отсеках 9, образуют в них неременные результирующие потоки для равных площадей всех цилиндров, расположенных через равные дуговые интервалы

/« /

(Kn + l)

Q 3(ooj -Юз)

Кп + 1

Л

.). ХС08(Ш,-ад + (/(л+1)(сОз

где п - Число цилиндров;

а - дуговая протяженность отсека; (Оз - угловая скорость вращения золотника;со4 - угловая скорость вращения входных

отверстий золотника;

+ I, ±2,... - индекс сумлгнроваиия. Основная гармоника результирующего нотока (К 0) при неподвижном блоке цилиндров («2 0) и входных отверстиях (ш4 0)

Q.

Cij Sina cos (ojj -j- счз) t

обладает частотой, определяемой суммой или разностью скоростей вращения привода плунжеров и золотника.

тяженности а отсека и скорости вращения (ji привода нлунжеров.

Результирующий ноток Qo на выходе из отсека 9 золотника испытывает сопротивление внещней нагрузки. Последняя может быть определена суммой

p ,

где Аро - постоянный неренад давления в выходных магистралях 11;

Z - комплексный импеданс сонротивления движению потока по магистралям 11.

Для преодоления нагрузки привод движения плунжеров должен развивать мощность

i;.,

1 (ш, + ш,)1 +

Л

2г.2

f-2f2,i2

Z|COS c5+2(o),-f СО,),

(3)

2-21

где |Z| -модуль имнеданса; , mZ

9 arc tg 5 eZ

ImZ - мнимая составляющая импеданса; ReZ -действительная составляющая имп данса.

0 Мощность привода плунжеров содержит постоянную активную составляющую (первое слагаемое), расходуемую на рассеяние энергии в системе возбуждения установки и неременную- реактивную составляющую (два последующих слагаемых). Надлежащим подбором момента маховика привода плунжеров обычно добиваются пернодического обмена энергии реактивной составляющей мощности от внещней нагрузки A/J агрегата с кинетической

0 энергией вращающегося со скоростью coi маховика привода.

На привод золотника вращающегося со скоростью из внещние сопротивления движению потока QO не оказывают влияния. Этот привод преодолевает лищь внутренние сопротивления в механизме золотника. Величина последних во много раз меньще велнчины сопротивленнй от внешней нагрузки. Поэтому наиболее громоздкой частью гидропульсатора является блок 1 цилиндров 2 с механизмами привода плунжеров 3. Двигатель этого привода выполняет обычно силовые функции и делается нерегулируемым по скорости. Наоборот, двигатель привода золотника, как наиболее компактного и не несущего силовых функций узла гидропульсатора, делается регулируемым по скорости. Это обеспечивает достаточно щирокнй диапазон регулирования частоты возбуждения результирующего потока (2).

Сопротивления движению результирующего потока в значительной мере зависят от длины выходных магистралей. С увеличением частоты в этих магистралях начинает сказываться волновое сопротивление, а также эффект со