NO132949B - - Google Patents

Description

Anordning ved vibratorer.

Oppfinneren har allerede foreslått en vibrator som omfatter et :i en sylinder frem og tilbake bevegelig stempel med en stempelstang og et i et ventillius bevegelig ventillegeme til å dirigere trykkvæske ;fra en hydraulisk trykk-kilde til cylinderen. Den side av stempelet som er forbundet med stempelstangen, står under drift under stadig væsketrykk fra denne trykk-kilde, og den annen sid€ av stempelet er innrettet til .å forbindes henholdsvis :med trykk-kilden og med et avløp i avhengighet av ventillegemets stilling. Denne hydrauliske vibrator kan bringes til .å arbeide med høy frekvens, f. eks. 4000—6000 slag i minut-tet, og med god virkningsgrad, samtidig som apparatet får små dimensjoner. Vibratoren er med stor fordel anvendelig f. -eks. til .drift av fjellbor.

I oppfinnerens norske patent nr.

98 724 er der beskrevet en vibrator av den ovenfor angitte type, -hvor stempelstangens tverrsnittsareal -er omtrent halvpar-ten av stempelets tverrsnittsareal, slik at det effektive stempelareal som påvirkes av trykkvæsken under stempelets bevegelse i arbeids- eller slag-retningen, er omtrent like stort som stempelstangens tverrsnittsareal. For middelsstore maskiner er det f. eks. hensiktsmessig at stempelstangens tverrsnittsareal går opp til ca. 5 cm2 foråt man rskal få en passende oljemengde og et passende trykk. Et så litet tverrsnittsareal ville tilsvare en stempelstangdiameter på ca. 25 mm, og for maskiner som -er bygget for høyere trykk og .mindre oljemengder, måtte denne diameter ytterligere minskes, hvilket innebærer at stempelstangen ville

bli altfor svak til å kunne overføre større krefter.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse unngås denne ulempe ved at stempelet pa motsatt side til den kraft- eller arbeids-■ overførende stempelstang forsynes med-en forlengelse i form av en balanse- eller :hjelpestempelstang eller lignende, hvorved • det stempelareal som blir utsatt for trykkvæsken, på denne side av stempelet minskes i tilsvarende grad, slik at diameteren av den arbeidsoverførende stempelstang kan økes uten at man fraviker den ovenfor angitte betingelse at det effektive stempelareal for bevegelse av stempelet :i arbeidsretningen ikke skal avvike .altfor meget fra tverrsnittsarealet av den ar-beidsoverførende stempelstang. Takket være denne anordning kan således arbeids-stempelstangens diameter og tverrsnittsareal og likeledes stempelarealet økes vil-kårlig i et bestemt forhold til hverandre, alt etter de praktiske krav som foreligger.. En særlig stor fordel oppnås dersom balanse- eller hjelpestempelstangens diameter gjøres like stor som eller større enn diameteren av vibratorens ventillegeme. Herved .-kan ventilen monteres koaksialt med stempelet og disse enheter innføres :i vibratorhuset som en enhet.

Oppfinnelsen skal i det følgende be-skrives nærmere under henvisning til to utførelseseksempler, som er vist skj ematisk i lengdesnitt på den vedføyede tegning.

På fig. 1 betegner 10 en cylinder, .hvori et stempel 11 er aksialt bevegelig. Stempelet sitter på :en arbeidsstempelstang 12, som er ført avtettet gjennom cylinderens ene endevegg. En ventilspindel 13 er aksialt bevegelig i et ventilhus 14, som er sammen-bygget resp. utført i ett stykke med cylinderen 10. Bevegelsesretningene for stempel og ventilspindel er fortrinsvis parallelle. Ventilspindelen er forsynt med to kam-mer eller sleideventilhoder 15, 16, som pas-ser inn i en uttagning 17 i ventilhuset, og som i avhengighet av sin stilling i forhold til ventilhuset åpner eller stenger forbindelsen mellom en uttagning 18 resp. 19 og en kanal 20 som fører til sylinderen ovenfor stempelet 11. En ledning 21, som fører fra en trykkvæskekilde (pumpe), står i stadig åpen forbindelse med rommet under stempelet 11 gjennom en grenledning 22 og med uttagningen 18 gjennom en annen grenledning 23. Fra uttagningen 19 går der ut en avløpsledning 24 eller en re-turledning til pumpen.

Bevegelsene av stempelet 11 overføres til spindelen 13 via den ene av to mot hverandre virkende fjærer 25, 26. På den skjematiske figur er stempelstangen 12 forsynt med en medbringerarm 27, som med klaring er tredd på den del 28 av ventilspindelen som stikker utenfor ventilhuset. Fjærene ligger hensiktsmessig med en viss forspenning, an mot armen 27 med sin ene ende og mot anslag 29 resp. 30 på ventilspindelen med sin annen ende. Når stempelet 11 beveger seg i den ene eller den annen retning, bevirkes først en sam-mentrykning av den tilsvarende fjær og derpå en bevegelse av ventilspindelen.

På den motsatte side til den side av stempelet hvor arbeidsstempelstangen 12 er anbragt, er stempelet forsynt med en forlengelse i form av en balanse- eller hjelpestempelstang 12a. Diameteren og dermed tverrsnittet av stempelstangen 12 økes tilsvarende arealet av hjelpestempelstangen 12a. Når arealet av stempelstangen økes på en slik måte, blir det areal av stempelets underside som står under stadig oljetrykk, minsket tilsvarende, og det effektive stempelareal for bevegelse av stempelet i arbeidsretningen er altså lik (arealet av stempelet 11 — arealet av hjelpestempelstangen 12a) — (arealet av stempelet 11 - arealet av stempelstangen 12). Dette er tverrsnittsarealet av den arbeids-overførende stempelstang 12. Det effektive areal ved returslaget kan reguleres ved økning av arealet av stempelet 11, da en økning eller minskning av stempelarealet ikke påvirker det effektive areal for arbeidsslaget.

Vibratoren arbeider på følgende måte: På undersiden av stempelet 11 virker

til enhver tid en kraft som er lik det spesifike trykk av trykkvæsken multiplisert med det ringformede stempelareal utenfor stempelstangen 12. Dersom ventilspindelen 13 befinner seg i en slik stilling at ventilhodet 16 levner åpen forbindelse mellom det øvre cylinderrum og avløpet 24 mens trykkvæsketilførselen gjennom ledningen 23 er sperret av ventilhodet 15, vil altså stempelet bli utsatt for en oppadret-tet kraft.

Hvis på den annen side ventilspindelen 13 befinner seg i en øvre stilling hvor avløpet 24 er sperret mens trykkvæske via uttagningen 18 tilføres det øvre stempel-rum, vil oversiden av stempelet bli utsatt for en kraft lik det effektive øvre stempelareal rundt hjelpestempelstangen 12a multiplisert med det spesifike væsketrykk. Samtidig virker der imidlertid en oppad-rettet kraft på undersiden av stempelet, idet denne står under stadig trykk fra trykk-kilden. Foråt stempelet 11 skal be-finne seg i likevekt, må således væskens trykk være mindre på oversiden av stempelet enn på undersiden av stempelet. Dette kan oppnås ved den nøytralstilling av ventilspindelen 13 som er vist på fig. 1, hvor både tilførselen av trykkvæske gjennom ledningen 23 og avgangen av væske gjennom ledningen 24 er strupet, slik at det spesifike væsketrykk i cylinderens øvre del blir mindre enn det spesifike væsketrykk i cylinderens nedre del. De bevege-lige organer i vibratoren har tilbøyelighet til, hvis de ikke forstyrres av ytre krefter, å innta denne nøytralstilling, og selv etter påvirkning fra en ytre kraft søker de å gjeninnta nøytralstillingen. De hindres imidlertid i å bli stående i nøytralstillin-gen, på grunn av den fjærende forbindelse mellom stempelet 11 og ventilspindelen 13. Hvis stempelet under påvirkning fra en ytre kraft er ført oppover (som betraktet på figuren), spennes fjæren 25 med den følge at ventilspindelen 13 skyves oppover. Herved åpnes tilførslen av trykkvæske gjennom ledningen 23, mens avløpet 24 sperres. Trykket på stempelets overside overveier, og stempelet føres nedover. Dette medfører igjen at fjæren 26 spennes og i sin tur trekker ventilspindelen 13 nedover. Trykkvæsketilførselen til det øvre cylinderrum stenges, og isteden åpnes forbindelse med avløpet 24. De oppadrettede krefter på stempelet blir fremherskende, slik at dette går oppover. Det hele resulte-rer i at der oppstår en rask frem- og tilbakegående bevegelse av stempelet 11 og dermed av ventilspindelen 13. Nøytralstil-lingen vil alltid bli passert. Frekvensen av de to organers bevegelse blir meget høy.

Når et nytt slag begynner, beveger således stempelet 11 seg med en akselere-rende hastighet og trekker ventilspindelen 13 med seg i samme retning, men det bør bemerkes at ventilspindelen på grunn av sin masse og fjærforbindelsen med stempelet vil henge etter, og fjæren vil spennes så meget som svarende til akselerasjons-kraften for ventilspindelens bevegelse. Når så ventilspindelen har passert nøytralstil-lingen og kommer i en slik stilling at væsketrykket på stempelet skifter retning, stoppes arbeidsstempelet og får en mot-sattrettet bevegelse, men ventilspindelen fortsetter videre inntil fjærsystemet er kommet i nullstilling og er belastet tilstrekkelig i den annen retning til å kunne retardere ventilspindelen til stopp og så starte bevegelsen i den annen retning.

Frekvensen og amplituden av vibratorens resp. stempelets arbeide kan reguleres ved endring av dimensjonene av fjærene 25 og 26. Regulering kan også innen-for visse grenser oppnås ved endring av væsketrykk og-mengde. Væsketrykket kan f. eks. være 50—100 kg/cm2. Ved et utfø-relseseksempel med 5—6000 slag pr. minutt var trykket 70 kg/cm2 og væskeforbruket 120 liter pr. minutt, slagenergien 6,4 kgm/ slag, slaglengden 8 mm og stempelhastig-heten 6,5 m/sek. Oppfinnelsen er dog ikke begrenset til disse verdier.

Trykkvæsken kan f. eks. være olje eller vann. Ved boring av hull i fjell tilføres spylevann til borehullene. Vibratorens be-hov for drivvæske stemmer omtrent over-ens med behovet for spylevann. Det er derfor mulig ved boring på større dybder, som f. eks. noen hundre meter, å drive vibratoren med vann fra markoverflaten og således uten ytre energitilførsel, idet van-nets stillingsenergi er tilstrekkelig for drif-ten. Stempelstangen 12 kan være direkte forbundet med boret, slik at de vibrerer sammen, eller også kan stempelstangen 12 resp. med denne forbundne organer overføre sin vibrasjonsbevegelse til bor-stangen.

Oppfinnelsen kan anvendes på mange andre områder, f. eks. for grave- og laste-maskiner, hvor vibratoren forbindes med graveorganene for å lette disses innføring i det materiale som skal transporteres. Ytterligere eksempler på fordelaktige an-vendelsesformål er løs-skaking av materiale i lommer og beholdere, fremmatning av gods i materenner samt avvanning av forskjellig slags gods (f. eks. fortykning av slaggpulp).

Brukes maskinen som slagmaskin, blir anslaget mellom stempelstang og verktøy avpasset slik at anslag skjer før stempel-bevegelsen møter mottrykk fra væsketrykket. Ved den oppbremsning som skjer på arbeidsstempelet innhenter vetilspindelen arbeidsstempelet og bevirker skiftning av bevegelsesretningen.

Dersom trykket av den væske som til-føres den med stempelstangen 12 forbundne side av stempelet, ved anvendelse av trykkreduseringsventil eller lignende f. eks. er høyere enn væsketrykket i ledningen 23, kan de krefter fra væsken eller væskene som virker på begge sider av stempelet, alli-kevel gjøres like store ved tilsvarende valg av forholdet mellom stempelets og stempelstangens ytterdiametre.

På fig. 2 betegner 42 arbeidsstempelet, som er bevegelig i en cylinder 31 og har en hul del 43a som inneholder de fjærer 44, 44a som er nødvendige for overføringen av bevegelsen til sleideventillegemene 36, 38, og som er innspent på hver sin side av et anslag 43 i stempelet og en skive 45 resp. 45a på ventilspindelen 37. Ventillegemene

36, 38 er anordnet koaksialt med stempelet 42 og har samme diameter som hjelpestempelstangen 54, som er anbragt på den motsatte side av stempelet i forhold til delen 43a. Forlengelsen av delen 43a danner den arbeidsoverførende stempelstang 12.

Tilløpsledningen for trykkvæske til ar-beidscylinderen 31 på den ene side av stempelet 42 er betegnet med 60.

I den nøytral- eller midtstilling som er vist på fig. 2, dekker ventilorganet 36 til-løpet 61, og ventilorganet 38 har nettopp stengt utløpet 63. Hvis delene ved starten befinner seg i denne stilling, må de få en ytre impuls for å rykkes ut av stilling, f. eks. ved at stempelets stempelstang 12 forskyves oppover, hvorved den ved hjelp av fjærene 44, 44a og ventilspindelen 37 tar ventillegemene 36, 38 med oppover. Til-løpet 61 frilegges nu av ventilorganet 36, og trykkvæsken mates gjennom passasjen 65 til oversiden av arbeidsstempelet 42, som har større effektivt areal enn undersiden, som stadig er utsatt for væsketrykket fra ledningen 60. Følgen av dette er at arbeidsstempelet beveger seg nedover og tar med seg ventilsystemet 36, 38, dog med en viss etterslepning, på grunn av elastisiteten i fjærene 44, 44a. Når ventilorganet 36 igjen stenger for tilløpet 61 under den nedadgående bevegelse, opphører trykkvæsketilførselen til arbeidsstempelets overside. rEtteræt kort øyeblikk åpner ven-tillegemet 38 for avløpet 63, så trykket på stempelets .overside .avlastes og stempelet 42 skifter xbevegelsesretning. Nu gjentas forløpet, - og -.arbeidsstempelet med -stempelstangen 1-2 får jpå idenne måte en rask frem-.og tilbakegående {vibrerende) bevegelse. -Under stasjonær drift beveger arbeidsstempelet og ventilsystemet seg om to i en viss grad frittsvingende masser, som er .-sammenkoblet ved rhjelp av fjærsystemet 44,-44a, hvis -f jiærer .-stadig ;presser mot det mellomliggende anslag 43.-Fjærene 44, 44a -Mir rsammentrykket .skiftevis .alt etter om stempelet fbeveger ;seg i -den ene eller den,annen-retning,<qg f jærsystemet 44,44a som tjener -som hevegelsesoverføringsor-gan, medfører at ventilsystemet -under sta-sjonære -drif.tstilstander til og med beveger seg i motsatt retning :av, men i takt -med stempelet 42. .Hj.elpestempelstangen 54 .på fig..2 har samme f unksj on .som hjelpestempelstangen 12a på.fig. 1, og det øvre effektive areal av stempelet .1.2 er omtrent like stort som tverrsnittsarealet av .stempelstangen 43a, 12, som oppnås ved hjelp av hjelpestempelstangen 54. Forøvrig fungerer anord-ningen hovedsakelig på samme måte som utførelsen .på .fig. 1.

Utløpene .62 og 64 .kan også stå i forbindelse med atmosfæren. Videre kan fjærene 25, -26, resp..44, 44a erstattes av en eneste .fjær som er innspent i forbindelsen mellom ventilsystemet' og stempelet, og som under stempelets bevegelse i den ene og den annen -retning skiftevis virker som trykk- og som strekk-.fjær.

Claims (2)

1. Anordning ved vibratorer, omfat-tende et i en cylinder frem og tilbake .bevegelig stempel med en arbeidsoverførende stempelstang og et bevegelig ventillegeme til ,å .dirigere trykkvæske .fra en hydraulisk trykk-.kilde til cylinderen, hvor den side av .stempelet som er forbundet med stempelstangen, .under -drift står under .stadig væsketrykk fra denne trykk-kilde og den annen side .av stempelet er innrettet til å forbindes henholdsvis med trykk-kilden og et avløp i avhengighet .av ventillegemets stilling, karakterisertVied at stempelet (11.) på motsatt side til den arbeids-overf ørende stempelstang (12) er forsynt aned en forlengelse, f. eks. i form .av en ibalanse- -eller hjelpestempelstang (12a), •hverved det effektive stempelareal som iblir utsatt for trykkvæsken, -på denne side ;av stempelet minskes i tilsvarende grad '(fig. 1).

2. Anordning som angitt i påstand 1, (karakterisert ved at hjelpestem-ipelstangens (54) diameter er omtrent like istor som eller større enn ventillegemets :(36, 38) diameter, med det formål at ven-itilen og stempelet (42) skal kunne monteres som en enhet koaksialt med hverandre <:>i et hus (fig. 2).