ГИДРОПУЛЬСАТОР Советский патент 1972 года по МПК F15B21/12 G01N3/36 

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

Известны гидропульсаторы, содержащие блок цилиндров с расположенными в них плунжерами, привод возвратно-поступагельного движения плунжеров, включающий направляющую, и гидравлически связанный с цилиндрами золотиик с несколькими отсеками, разделенными перемычками (перемычкой), и коллекторами, объединяющими отсеки. В этих гидропульсаторах число отсеков, объединенных каждым из коллекторов, равно кратности привода плунжеров, определяющей число двойных ходов плунжеров, соверщаемых за один оборот их привода относительно блока цилиндров, а соединение цилиндров с золотником осуществлено в соответствии с фазовой последовательностью их расположения в блоке.

Недостатком известных гидропульсаторов является узкий диапазон регулирования частот возбуждения, расщирение которого сопряжено с обязательным увеличением кратности привода плунжеров. Этот путь расширения диапазона регулирования частот возбуждения приводит к технологическим -и эксплуатационным усложнениям конструкции гидропульсатора.

Предлагаемый гидропульсатор отличается от известных тем, что для расщирения диапазона регулирования частоты возбуждения число отсеков, объединенных каждым из коллекторов, выбирают из соотнощения

.Q()з)т+(й),-и),).,(1)

где - - частота возбуждения;

Wo - скорость вращения блока цилиндров;

з - скорость вращения направляющей привода возвратно-поступательного движения плунжеров;

- скорость вращения золотника;

т - кратность привода плунжеров, определяющая число двойных ходов плунжеров, соверщаемых за один оборот направляющей привода относительно блока цилиндров;

п - кратность дробления, абсолютное значение которой равно числу отсеков, объединенных каждым коллектором;

соединение цилиндров с золотником осуществлено в порядке, обеспечивающем регулярную фазовую последовательность объединения в одном коллекторе г из общего S цилиндров при повороте золотника отпосительно блока цилиндров на угол ф -- -- . Чтобы входные каналы золотника располагались равномерно но его окружности, т. е. с целью лучшего использования работоспособности материала сопрягаемых деталей агрегата, кратность привода плунжеров и кратность дробления выбирают взаимопростыми с числом 5 цилиндров в блоке. Для сохранения идентичности в порядке чередования выходных каналов цилиндров н входных каналов золотника, кратности привода плунжеров кратность дробления и числе цилиндров в блоке выбирают из соотношения n m + KS,(2) где К - Целое число. С целью расширения диапазона регулирования описываемого гидронульсатора, перемычка, разделяющая отсеки золотника, образует на его зеркале 31игзагообразный поясок. Гидропульсатор может быть выполнен по аксиально-плунжерной схеме, для чего цилиндры в блоке располагают параллельно оси вращения привода, направляющая которого представляет собой наклонный торцевой диск, а золотник - щайбу, на одном торце которой, обращенном к -выходным каналам цилиндров, располагают отсеки, соединенные с коллекторами, образованными концентрическими расточками на другом торце шайбы или сопряженной с нкм поверхности корпуса гидропульсатора. В конструкциях гидропульсаторов возможны варианты, в которых привод возвратно-поступательного движения плунжеров выполняют либо с вращающимся блоком цилиндров и неподвижной направляющей плунжеров, либо наоборот. На фиг. 1 изображена схема гидропульсатора с неподвижным блоком цилиндров; на фиг. 2 - разрез по золотнику с зигзагообразной перемычкой; на фиг. 3 - схема гидропульсатора с неподвижным механизмом привода плунжеров; на фиг. 4 - схема гидропульсатора с аксиальным расположением цилиндров в блоке. Гидропульсатор содержит (фиг. 1, 3, 4) блок / цилиндров 2 с расположенньши в них плунжерами 3, привод возвратно-поступательного движения плунжеров с направляющей, выполненный, например, в виде эксцентрика на вращающемся валу 4, эксцентричного статора 5, торцевого наклонного диска 6, и золотник. Золотник через входные каналы 8 гидравлически связаны с цилиндрами блока. На его цилиндрическом 9 или торцевом 10 зеркале имеется несколько отсеков, которые могут быть выполнены в виде сегментных //. зигзагообразных 12 выемок или углублений /.; на торце. Отсеки золотника разделены перемычками 14, образованными на его зеркале. Каналами 15 отсёк1и О1бъединены в коллекторы 16. Последние могут быть выполнены кольцеВЫМ1И 17 или концентрическими 18 проточками на зеркале золотника 7. Коллекторы выходными магистралями 19 гидропульсатора связаны с исполнительным механизмом, напр-имер гидроцилиндром 20. Число коллекторов определяется необходимым числом пульсирующих потоков на выходе 1из гидропульсатора. Соединение выходных каналов 21 цилиндров с входными каналами 8 золотника осуществляется в порядке, обеспечивающем регулярную фазовую последовательность объединения в коллекторах определенной части цилиндров из общего их числа. При взаимном относительном вращении блока / цилиндров и иаправляющей плунжеров 3 последние совершают возвратно-поступательные движения, возбуждая в цилиндрах 2 периодические формирующие потоки, которые через входные каналы 8 поступают на зеркало золотника 7. При вращении золотника относительно блока цилиндров формирующие потоки рассекаются перемычками золотника на чередующиеся участии, распределяются по отсекам в виде выемок 7/ и 12 и углублений 13 и суммируются в коллекторах 16. В результате из коллекторов по выходнььм магистралям 19 к исполнительному механизму, например гидроцилиндру 20, направляется переменный поток, определяемый по формуле: sin(« - qS)rf (ш., - со.) Sn п - qS q - 00 X COS m. (ш., - u).,) f (n -- qS) (oij - cu.,) t, (3) где r - амплитуда хода плунжеров; / - площадь каждого из цилиндров; а - дуговая протяженность каждого из отсеков, золотника, связанного с коллектором;q - идекс суммирования. Частота основной гармонической составляющей при 0 определяется выражением (1). При неподвижном блоке цилиндров ы 0 частота возбуждения основной гармоники определяется выражением П -mus+W i. При неподвижной направляющей плунжеров (3 0 частота основной гармоники опредеяется выражением i /nu)2 + «()Как следует из формулы (3), амплитуда потока Q(t) зависит от амплитуды движений лунжеров, площади цилиндров, их числа и ротяженности отсеков золотника. Для регуирования амплитуды потока обычно воздейтвуют на амплитуды движения плунжеров, зменяя эксцентриситет кулачка, направляюей или угол наклона диска 6. Использование

этих приемов для кратности привода плунжеров 1п вызывает конструктивные усложнения. В предлагаемом гидропульсаторе, помимо этих методов, предусмотрено регулирование амплитуды потока Q(t) :изменением протяженности а отсеков, связанных с коллектором. Такое изменение можно производить поступательным движением золотника, перемычка 14 между отсеками которого выполнена в виде зигзагообразного пояска (фиг. 2). При расположении серидины зигзагообразного пояска против входных каналов 5 отсеки в виде выемок 12, соединенные с правым или левым коллектором, имеют одинаковую протяженность, обеспечивающую наибольшее значение амплитуды потока. При смещении золотнмка вправо или влево от среднего положения протяженность отсеков, связанных с одним из коллекторов, увеличивается, а связанных с лругнм коллектором уменьшается. В результате амплитуда потока в обоих коллекторах умен,щается.

Наибольщая эффективность возбужден и-я достигается при регулярном фазовом чередовании частей формирующих потоков в коллекторе в процессе их рассечения, т. е. при сохранении такого порядка изменения присоединения пилиидров блока к входным каналам золотеика, который осуществляется при равных кратностях дробления и привода плунжеров (п т). Для выполнения этого условия рекомендовать следующий прием, например, в агрегате с и числом потоков / на выходе. Фазовый интервал формирующих по27Г „

токов такого агрегата ср; Случаю равных

кратностей п т-- отвечает разделение всей окружиости зеркала золотника 2 на / изолированных отсеков. Для п, отличного от единицы, окружность золотника разбивают на л равных частей, каждую из этих частей в свою очередь разбивают на / изолированных отсеков, пронумеровав их в каждой из п частей в порядке очередности следования в агрегате при . Отсеки с одинаковой нумерацией по / из общего числа п1 объединяют в общие коллекторы. На п последовательных дугах,

2

каждая протя1женностью - , поверхности детали, сонряженной с зеркалом золотника, размещают в фазовом порядке возбуждения формирующих потоков nS выходных каналов цилиндров блока пульсатора. При этом для каждого из цилиндров создается п гидравлически объединенных выходов. Для достижения компактности золотникового устройства можно сохранить по одному выходному каналу для каждого из цилиндров. При этом на каждой из п дуг поверхности детали, сопр.чженной с зеркалом золотника, должен сохраниться по мещдией мере один выгодной кана.т.

ются при кратностях т и п, являющихся взаимопростыми с числом S цилиндров. При этом условии для любой кратности дробления интервал между сохранными выходами цилиндров получается равномерным и равным интервалу расположеиия цилиндров в блоке. Однако последовательность расположения цилиндров в блоке может отличаться от последовательности расноложения их выходов на зеркало золотника. Наибольщее значение амплитуды при прочих равных условиях достигается последовательностью расноложения выходов цилиндров, онределяемой главными значениями в группе вычетов порядка 5 из алгебраической операции умножения на ti и деления

на т, т. е. по выражению

(, 2, ..., S)

(4)

-т- K,S,

где 1, 2, . . . , 5 - нумерация цилиндров в блоке в порядке их взаимного геометрического расположения; /(,, Л2 0,±1,±2, . . . ; р - номер цилиндра в порядке прнсоединения к входны.м каналам золотника

Папример, при s 7, т 2 и п 3 получается следующий наиболее эффективный порядок взаимного расположения выходов цилиндров на зеркало золотника:

, 3, 1, б, 4, 2, 7.

Число п в выражении (1) может быть как положительным, так и отрицательным, причем порядок расположения соединения цилиндров с золотником должен выбираться по выражению (4) в соответствии со знаком п. Так, при п -3 (предыдун1его примера)

р 2, 4, 6. 1, 3. 5, 7.

т. е. последовательность чередования выхо.дов цилиндров на зеркало золотника будет обратной.

Для агрегатов с взаимно сопряженными блоком цилиндров и золотником (фиг. 3 и 4)

наиболее технологичным решением является частный случай зависимости (4), отвечаюн1ей соотнощению (2), при соблюдении которого геометрическое расположение п.нлиндров совпадает с геометрическим расположением их выходов на поверхность золотника

О техническом эффекте, достигаемом настоящим изобретением, позволяет судить сопоставление с прототиполг, характеризуемым, например, следующими нараметрами: 0;

/ 1: 5 9, обладающими регулируемым диапазоном частот от o i,, ce.v-i до ,,,, 300 гв/х--, который достигается изменением скорости вращеW,,,,:,. 3 св;

от

золотнпка

сек- ,т. е. в диапазоне регулирования последнего 1 : 100. Для того чтобы получить тот же днапазон регулируемой частоты возбуждения Q в аналогичном агрегате, но выполненном согласно изобретению с кратностью дробления , необходимо изменять скорость вращения золотника от «iniin 90,3 ceк до 120 сек-, т. е всего лишь Б диапазоне регулирования 1:1,34. При этом наибольшая скорость золотника иолучается в 2,5 раза ниже, чем в нрототиие. Увеличение же скорости золотн} ка до предела, свойственного прототину, т. е. до «1„,з,;:;300 сбк , позволяст повысить максимальную частоту возбуждения в 7 раз по сравнению с прототипом. Предмет изобретения 1. Гидронульсатор, содержащий блок цилиидров с расположенными в них плунжерами, привод возвратно-ноступательного движения плунжеров, включающий направляющую, и гидравлически связанный с цилипдрами золотник с несколькими отсеками, разделенными перемычками (перемычкой), и коллекторами, объединяющими отсеки, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты возбуждения, число отсеков, объединенных каждым из коллекторов, выбрано из соотношения 9. - (ш., - Шз) от + (Uj - Ш.,} П, где - частота возбуж)дения; «2 - скорость вращения блока цилиндров;«3 - скорость вращения направляющей привода возвратно-поступательного движения плунжеров; Ш1 - скорость вращения золотника; т - кратность привода плунжеров, определяющая ЧИСЛО двойных ходов плунжеров, совершаемых за один оборот направляющей привода относительно блока цилиндров; п - кратность дробления, абсолютное значение которой равно числу отсеков, ооъединенных каждым коллектором, а соединение цилиндров с золотником осуществлено в порядке, обеспечивающем регулярную фазовую последовательность объединения в одном коллекторе г из общего числа S цилиндров при повороте золотника относи2ительно олока цилиндров на угол -f -к. 2.Гидропульсатор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью наилучшего использования работоспособности материала сопрягаемых деталей агрегата, кратность привода плунжеров и кратность дробления выбраны взаимопростыми с числом дилиндров в блоке. 3.Гидропульсатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что кратность нривода плунжеров, кратность дробления и число цилиндров в блоке выбраны из соотношения + /C5, где К - целое число. 4.Гидропульсатор по пп. 1-3, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, перемычка, разделяющая отсеки золотиика, образует на его зеркале зигзагообразный поясок. 5.Гидропульсатор по пп. 1-3, отличающийся тем, что цилиндры в блоке расположены параллельно оси вращения иривода, направляющая которого выполнена в виде наклонного торцевого диска, а золотник - в виде шайбы, на одном торце которой расположены отсеки, соединенные с коллекторами, образованными концентрическими расточками на другом торце шайбы или сопряженной с ним поверхности корпуса гидропульсатора. 6.Гидропульсатор по пп. 1-5, отличающийся тем, что привод возвратно-поступательного движения плунжеров выполнен либо с вращающимся блоком цилиндров и неподвижной направляющей плунжеров, либо наоборот.

. kXXXVi

1В

/77/4- 8 /

/ -L,

т т

i 7 /3 ..

20

2 А Б7/5

2}

Фиг 4