Гідропневматичний мотор-вібратор

1. Гідропневматичний мотор-вібратор, що вміщує в собі рознімний корпус, у якому виконана камера у вигляді порожнини з роторною поверхнею, канали для підведення і відведення енергоносія, встановлений у корпусі на опорах обертання вал з ексцентриком, жорстко зафіксовані на валу дебаланси, встановлену на ексцентрику вала за допомогою опори обертання рухому рушійну ланку, який відрізняється тим, що р ушійна ланка виконана у вигляді циліндричної втулки, по зовнішній поверхні якої у вертикальній площині симетрії виконано паз, за боками паза у стінці рушійної ланки виконано з можливістю періодичного сполучення з A (54) ГІДРОПНЕВМАТИЧНИЙ МОТОР-ВІБРАТОР 39028 ньою поверхнею порожнини корпусу і зовнішньою поверхнею статора розташований з ексцентриситетом відносно статора та з можливістю перемісту (обертання) ротор, виконаний у вигляді циліндричної втулки. У щілині статора встановлено з можливістю переміщення у радіальному напрямку лопатку (розділовий елемент) з проточними каналами, що розділяє порожнину поміж ротором і статором на робочу і випускну камеру. Ротор (генератор коливань) приводиться у обертання (у обкачування навколо вісі статора) тиском стислого повітря (енергоносія), що надходить у робочу камеру крізь порожнину статора і щілини в ньому. Відведення відпрацьованого енергоносія здійснюється з випускної камери крізь канали, що виконані у торцевих кришках корпусу. Вадою такого вібратора є його здатність генерувати тільки збуджуючу силу, що обертається (колову силу, що безперервно змінює свій напрямок), величину якої можна змінювати тільки варіюванням або ексцентриситету, або маси ротора (2, 3). Відомий дебалансний пневмовібратор з вбудованим приводом динамічного типу містить в собі рознімний корпус з внутрішньою циліндричною порожниною, канали для підведення і відведення робочого середовища (енергоносія), встановлений у корпусі на опорах обертання вал, на якому без ексцентриситету жорстко зафіксована лопатьдебаланс, що обертається. На частині дебалансу, що знаходиться попереду нього, жорстко закріплено сектор. Наявність на лопаті додаткового сектору дозволяє утилізувати кінетичну енергію відпрацьованого енергоносія, усуває його марне перетікання у фазі випуску, забезпечує зниження його витрати і підвищує ккд усього вібратора. Вадою такого вібратора є його здатність генерувати тільки крутильні коливання (4). Найбільш близьким до запропонованого винаходу, за сукупністю суттєви х ознак, є прийнятий за прототип планетарно-роторний пневмодвигун об'ємного типу, що вміщує в собі замкнений торцевими кришками рознімний корпус, у якому виконано камеру з роторною поверхнею, канали у торцевих кришках для підведення і відведення енергоносія, встановлений у корпусі на опорах обертання вал з эксцентриком, жорстко зафіксовані на консолях валу противаги, встановлену на ексцентрику вала за допомогою опори обертання, роторну (рухому рушійну) ланку, а також пов'язаний за допомогою зубчастого передавача з рушійною ланкою та з корпусом синхронізуючий пристрій. У такому двигуні для розвантажування опор обертання противаги зафіксовані на валу таким чином, що вони врівноважують відцентрову силу, що виникає при обертанні ексцентрично встановленої рушійної ланки. При фіксуванні противаг на валу із зміщуванням відносно один одного і (або) центру тяжіння рушійної ланки пневмодвигун може перетворитися у дебалансний пневмовібратор з вбудованим рушієм об'ємного типу (у мотор-вібратор). При цьому він буде генерувати збуджуючу силу, що обертається, і (або) статичний момент. Такий вібратор здатний працювати як на рідкому, так і на газовому енергоносії. Вадою його буде складність, що обумовлена наявністю синхронізуючого пристрою з зубчастим передавачем (5). В основу винаходу поставлено задачу удосконалення дебалансного гідропневмовібратора з вбудованим рушієм об'ємного типу шляхом спрощення конструкції рушійної ланки і надання їй можливості здійснювати додаткові розподільні функції, а також, шляхом забезпечення можливості утилізації, більш повного і швидкого виведення відпрацьованого енергоносія з випускної камери рушія, що надає можливість виключити з конструкції рушія складний синхронізуючий пристрій, підвищити ккд усього мотора-вібратора та зменшити навантаження на його підшипники. Поставлена задача вирішується тим, що у гідропневматичному моторі-вібраторі, що містить в собі рознімний корпус, у якому виконана камера у вигляді порожнини з роторною поверхнею, канали для підведення і відведення енергоносія, встановлений у корпусі на опорах обертання вал з эксцентриком, жорстко зафіксовані на валу дебаланси і встановлену на ексцентрику вала за допомогою опори обертання рухому рушійну ланку, пропонується рушійну ланку виконати у вигляді циліндричної втулки. По зовнішній поверхні рушійної ланки у її вертикальній площині симетрії пропонується виконати паз. За боками пазу у стінці рушійної ланки пропонується виконати, з можливістю періодичного сполучення з відповідними каналами, підведення і відведення енергоносія, щонайменше, по одному наскрізному поздовжньому каналу. З зовнішньої поверхні рушійної ланки до поздовжніх її каналів пропонується виконати тангенціально сліпі канали. У корпусі по всій довжині його порожнини пропонується радіально встановити розділовий елемент у вигляді пластини, вільний окрайок якої виступає над роторною поверхнею корпусу і входить у паз рушійної ланки з можливістю перемісту останнього по бокових поверхнях розділового елементу. Дебаланси пропонується виконати з можливістю їх обертання всередині порожнини рушійної ланки. Як доцільний варіант пропонується на поверхні, що повернена всередину порожнини рушійної ланки, щонайменше, одного дебалансу, виконати майданчик-відбивач. У рознімному корпусі пропонується виконати щонайменше один наскрізний канал з можливістю сполучення крізь нього порожнини рушійної ланки та магістралі відведення енергоносія. Навпроти дебалансів у стінці рушійної ланки, що знаходиться у зоні випускної камери, пропонується виконати, щонайменше, один тангенціальний канал з можливістю сполучення крізь нього порожнини рознімного корпусу з порожниною рушійної ланки. Виконання рухомої рушійної ланки у вигляді циліндричної втулки з пазом, радіальне розташування у корпусі розділового елемента, виконаного у вигляді консольно закріпленої пластини, рухоме з'эднування останньої з рушійною ланкою забезпечує створення періодично змінюючих свій об'єм камер, що розділяються і повідомлюються поміж собою та з магістралями підведення-відведення енергоносія. У такому вбудованому у віброзбудник рушію об'ємного типу відсутній контакт рушійної ланки з роторною поверхнею рознімного корпусу, а завдяки ексцентричному розташуванню циліндричної рушійної ланки у циліндричній порожнині корпусу, камери рушія у своєму поперековому перерізі мають форму колового клину. Така форма 2 39028 камер забезпечує розвантаження підшипників від дії на них відцентрових сил. Виконання каналів у рушійній ланці та у рознімному корпусі забезпечує автоматичний і обов'язковий для роботи рушія об'ємного типу розподіл енергоносія при виконанні рушієм фаз впускання, наповнювання, виштовхування і виведення енергоносія. При цьому, за рахунок збільшення загальної площі випускних каналів і наявності каналів поміж порожнинами корпусу та рушійної ланки, відпрацьований енергоносій більш повно, швидше та з меншим звуком (при виведенні газового енергоносія) виштовхується з випускної камери. Розташування дебалансів, що обертаються, одночасно всередині корпусу і всередині рушійної ланки створює подвійний захист при зруйнуванні дебалансів. Тим самим забезпечується безпечна експлуатація мотору-вібратора. Виконання на поверхні дебалансу майданчиківвідбивачів і виконання навпроти них у стінці рушійної ланки, що знаходиться у зоні випускної камери, тангенціальних каналів усуває марне перетікання відпрацьованого енергоносія у фазі його випуску, забезпечує ефективну утилізацію його недовикористаної енергії. Суть винаходу пояснюється ілюстрацією одного з можливих варіантів виконання пристрою, що пропонується. На фіг.1 зображено поздовжній переріз мотору-вібратора у фазі, коли його дебаланси знаходяться у нижньому (вихідному) положенні. На фіг. 2 зображено поздовжній переріз моторувібратора після обертання дебалансів на 180°. На фіг. 3 зображено поперековий переріз А-А на фіг. 1. На фіг. 4 зображено поперековий переріз Б-Б на фіг. 2. На фіг. 5 зображено поздовжній переріз Г-Г на фіг. 4. На фіг.6 зображено поздовжній переріз на фіг. 4. Мотор-вібратор містить в собі жорстко пов'язаний з робочою (вібруючою) поверхнею 1 корпус 2, що зачинений знімними торцевими кришками 3. У корпусі 2 по всій його довжині виконано циліндричну (роторну) порожнину, поверхня якої на фіг. 3 позначена літерою "Е". У верхній частині корпусу 2 по довжині поверхні "Е" радіально розташований розділовий елемент 4. Верхній окрайок елемента 4 жорстко закріплено у корпусі, а нижній - вільний і виступає над поверхнею "Е" у напрямку центру порожнини корпусу 2. У вер хній половині однієї з кришок 3 виконано наскрізний канал 5, що сполучує порожнину корпусу 2 з магістраллю 6 підведення енергоносія. У верхній половині обох кришок 3 виконані наскрізні канали 7, що сполучують порожнину корпусу 2 з атмосферою або з магістраллю 8 відведення (випускання) енергоносія. У нижній половині кришок 3 (фіг. 2 та 4) виконано додаткові наскрізні канали 9 випуску енергоносія. Всередині рознімного корпусу на підшипниках котіння 10 (на опорах обертання) встановлено своїми цапфами 11 вал рушія. На середині ексцентрика 12 (потовщеної поміж цапфами 11 частини валу, що ексцентрично розташована відносно вісей цапф 11), насаджено своєю внутрішньою обоймою підшипник котіння 13 (опора обертання). Ексцентриситет на фіг. 1 та 2 позначено літерою "е". На зовнішній обоймі підшипника 13 поміж кришками 3 жорстко встановлено (насаджено) рушійну ланку 14, що виконана у вигляді циліндричної втулки. Потрібний для переміщення ланки 14 у корпусі 2 мінімальний зазор поміж торцевими поверхнями ланки 14 і кришок 3 позначений на фіг. 1 як "Z1". У верхній частині ланки 14 по її зовнішній поверхні і у вертикальній площині симетрії виконано паз 15, глибина якого перевищує подвійну величину ексцентриситету "е", але не перевищує то вщини стінки ланки 14. Паралельно пазу 15 по обидва його боки у стінці ланки 14 виконані наскрізні канали 16 та 17. Поздовжні канали 16 і 17 сполучуються з порожниною корпусу 2 за допомогою сліпих тангенціальних каналів 18 та 19. Кут нахилу цих каналів обраний таким, щоб їх ви хід у напрямок поверхні "Е" був максимально наближений до розділового елемента 4. У стінці ланки 14, що знаходиться (фіг. 3 та 4) у зоні випускної камери (у нижній чверті площі поперекового перерізу мотору-вібратора), виконано два наскрізних тангенціальних канали 20. По обидва боки підшипника 13 на ексцентрику 12 за допомогою шпонок 21 жорстко зафіксовані без зміщення відносно один до одного два дебаланси 22, що виконані у вигляді частини колового циліндру. Поздовжні вісі каналів 20 суміщені (фіг. 5) з поперековими вісями симетрії дебалансів. На поверхні дебалансів 22, що звернена всередину порожнини ланки 14, виконано майданчики-відбивачі, поверхні яких позначені на фіг.4 та 5 літерою "Ж". На зовнішній поверхні ексцентрика 12 виконано додаткові шпоночні пази 23. Вісь обертання дебалансів 22 суміщена з поздовжньою віссю симетрії ланки 14. Потрібний для обертання дебалансів 22 радіальний зазор поміж циліндричною поверхнею дебалансів 22 і внутрішньою циліндричною поверхнею ланки 14 позначений як "Z2". Канали 9 постійно сполучують внутрішню порожнину ланки 14 із зливальною магістраллю 8 (або з атмосферою) . Нижній вільний окрайок розділового елемента А щільно входить у паз 15. Розміри діаметру порожнини корпусу 2, зовнішнього діаметру ланки 14 і величини ексцентриситету "е" обрані такими, що у ви хідному положенні непрацюючого мотору-вібратора позначений на фіг. 3 зазор "Z3" поміж ланкою 14 та корпусом 2 мінімальний. Порожнина поміж зовнішньою поверхнею ланки 14 і поверхнею "Е", що утворилася завдяки рухомому з'єднуванню елемента 4 з пазом 15 і ексцентричному розташуванню циліндричної ланки 14 у циліндричній порожнині корпусу 2 (фіг. 3), під час роботи мотору-вібратора періодично розділяється на дві однакові за об'ємом, симетрично розташовані і тимчасово роз'єднувані камери. Камера, що сполучується крізь канал 5 з магістраллю 6 нагнітання енергоносія, виконує функції робочої'. Камера, що сполучується крізь канал 7 з атмосферою або з магістраллю 8 відведення енергоносія, виконує функції випускної. Працює мотор-вібратор таким чином. У вихідному положенні (фіг. 1 та 3) дебаланси 22 під дією власної ваги опущені і розташовані насподі порожнини корпусу 2. Завдяки зв'язку ланки 14 з валом за допомогою підшипника 13, ланка 14 у ви хідному положенні також знаходиться насподі порожнини корпусу 2. Крізь канал 5 у кришці 3 з магістралі 6 у робочу камеру рушія нагнічується рідкий або газовий енергоносій. У вбудованому до віброзбудника об'ємному рушію починаються процеси (фази) впускання і наповнювання робочої камери. Під дією тиску 3 39028 енергоносія ланка 14 починає вчиняти складне безконтактне переміщення всередині порожнини корпусу 2. Оскільки вертикальний складник сили тиску енергоносія насподі (фіг. 3) робочої камери (у нижній правій частині колового зазору) більше підсумкової сили вгорі робочої камери (у верхній правій частині колового зазору), то ланка 14 починає переміщення догори по бокових поверхнях розділового елемента 4. Одночасно, під дією радіальне направленого до зовнішньої циліндричної поверхні ланки 14 тиску енергоносія, ланка 14 вчиняє переміщення і у бік випускної камери (ліворуч). За вдяки ексцентриситету рушійного валу, а також зв'язку ексцентрика 12 за допомогою підшипника 13 з ланкою 14, через плече, що дорівнює ексцентриситету "е", на р ушійний вал діє обертальний момент. Вал починає своє обертання у напрямку (фіг.3) годинної стрілки. За рахунок жорсткого розташування дебалансів 22 на ексцентрику 12, вони починають обертатись разом з валом. Об'єми камер рушія у процесі переміщення ланки 14 безперервно змінюються. Починаються фази виштовхування і виведення енергоносія з випускної камери. Об'єм робочої камери (правої) збільшується, а об'єм випускної камери (лівою) зменшується. При цьому відбувається постійне нагнітання енергоносія до робочої камери крізь канал 5 та вишто вхування відпрацьованого енергоносія з випускної камери крізь канали 7. До обертання дебалансів 22 на 180° тангенціальні канали 20 в ланці 14 перекриті зовнішньою циліндричною поверхнею дебалансів 22. Після обертання дебалансів 22 на 180° (фіг.4 та 2) ланка 14 потрапляє у свою так звану "мертву" зону. Усі фази роботи рушія закінчуються, канали 18 і 19 перекриваються поверхнею "Е", енергоносій перестає надходити до робочої камери. Відпрацьований енергоносій, що залишився у порожнині корпусу 2, знаходиться у стислому стані і у замкненому об'єму. У цей період канали 20 сполучують порожнину корпусу 2 з порожниною рушійної ланки 14. Струмінь енергоносія, що виходить з великою швидкістю з каналу 20, діє на поверхні "Ж" майданчиків-відбивачів дебалансів 22, що знаходяться на його шляху, і задає валові додатковий момент руху. При цьому утилізований енергоносій виводиться з внутрішньої порожнини ланки 14 крізь канали 9 у магістраль 8 відведення енергоносія. Повторювання фаз роботи рушія починається після обертання його валу на 180° (фіг. 2 та 4), коли дебаланси 22 і рушійна ланка 14 розташовані у верхній частині порожнини корпусу 2. Енергоносій по каналах 5 та 16 надходить до тангенціальних сліпих каналів 18 і крізь них у порожнину поміж зовнішньою поверхнею ланки 14 і поверхнею "Е" корпусу 2. Завдяки тангенціальному виконанню каналів 18 струмінь енергоносія, що виходить з них, задає ланці 14 обертальний момент, акумульована дебалансами 22 кінетична енергія посилює його і виводить ланку 14 з "мертвої" зони. Поміж поверхнею "Е" та зовнішньою поверхнею ланки 14 з'являється зазор і енергоносій крізь нього надходить до порожнини корпусу 2. Діючий на ланку 14 стислий енергоносій змушує його знову вчиняти складне переміщення, але тепер вже у напрямку робочої камери (праворуч) і донизу по бокових поверхнях розділового елемента 4. Дебаланси 22 обертаються ще на 180°, а позначена на фіг. 4 крапка "Д", як й усі крапки на зовнішній поверхні ланки 14, у підсумку за один оберт валу описує (фіг. 3) траєкторію у вигляді еліпсу. Зазор Z3 знову стає мінімальним. Порожнина поміж зовнішньою поверхнею ланки 14 і поверхнею "Е" знову розділяється на дві камери, одна з яких сполучена з магістраллю 6 підведення енергоносія, а друга з магістраллю 8 відведення енергоносія. Далі цикли повторюються. При цьому усі рухомі частини мотору-вібратора генерують одночастотне збуджування (змушуючу силу і момент, що змінюються), які передаються через рознімний корпус моторувібратора до робочої поверхні 1, що вібрує. Величина цього збуджування у процесі роботи моторувібратора варіюється обертами його валу (збільшуванням або зменшуванням витрати енергоносія). За рахунок того, що створювані у процесі роботи камери рушія мають у своєму поперековому перерізі форму колового клину, радіальний складник сили тиску енергоносія у таких камерах спрямований назустріч відцентрової сили деталей, що обертаються всередині рознімного корпусу. Таким чином, відбувається зниження навантажень на підшипники 10 і 13. Змащування підшипника 13 здійснюється у процесі роботи мотору-вібратора періодично при проходженні відпрацьованого енергоносія крізь порожнину ланки 14, що періодично сполучується крізь канали 20 з випускною камерою. Роль мастила виконує або мастило, що використовується як рідкий енергоносій, або мастило, що обов'язково присутнє у газовому енергоносії (стислому повітрі). Завдяки наявності додаткових шпоночних пазів 23 для посилення статичного моменту, один з дебалансів 22 можливо розташувати на ексцентрику 12 під кутом до іншого. Змінювання напрямку обертання рушійного валу здійснюється шляхом розвороту (переставлення) ланки 14 та сполучення магістралі 6 підведення енергоносія з каналами 7, а магістралі 8 - відведення енергоносія з каналом 5. Бібліографічні дані: 1. С.Н.Кожевников, Я.И.Есипенко та Я.М.Раскин. Ме ханизмы. – Москва: Машиностроение, 1976. С.669-670, мал.11.10 (Аналог). 2. С.Н.Кожевников, Я.И.Есипенко та Я.М.Раскин. Ме ханизмы. – Москва: Машиностроение, 1976. С.677-678, мал.11.28 (Аналог). 3. Авторське свідоцтво СРСР № 917685, опубл. 30.03.82 р., бюл. №12, МПКЗ: В06В 1/18 (Аналог). 4. Авторське свідоцтво СРСР № 1766538 А1, опубл. 07.10.92 р., бюл. № 37, МПК5: В06В 1/18 (Аналог). 5. В.Д.Зиневич, Г.З.Ярмоленко та Е.Г.Калита. Пневматические двигатели горных машин. – Москва: Недра, 1975. - С.213-215 (Прототип). 4 39028 Фіг. 1 Фіг. 2 5 39028 Фіг. 3 Фіг. 4 6 39028 Фіг. 5 Фіг. 6 7 39028 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 8