NO149221B - Anordning for kompensering av massekrefter fra et maskinelement som ved hjelp av drivorganer ka beveges frem og tilbake mellom en oevre og en undre endestilling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for kompen-

sering av massekrefter fra et maskinelement som ved hjelp av drivorganer kan beveges frem og tilbake mellom en øvre og en undre endestilling.

Innen maskinteknikken er det meget vanlig at maskinelementer drives i en frem- og tilbakegående- bevegelse. I hver bevegelsesretning forekommer i det minste en akselerasjon og en retardasjon av maskinelementet, og ofte er det også

en mellomliggende periode der maskinelementet drives med konstant hastighet. Dersom maskindelen er stor, dvs. har stor masse, medfører disse stadige forandringer av såvel hastighet som bevegelsesretning at det må anvendes meget store drivkrefter, hvilket resulterer i slag og vibrasjoner.

Et særskilt problem oppstår i de tilfeller når maskinelementets bevegelsesbane er mer eller mindre vertikal,

dvs. når maskinelementet skal beveges mellom en øvre og en undre endestilling eller omvendt, ettersom tyngdekraften påvirker maskinelementets masse slik at drivarrangementet alltid får en ekstra belastning i den ene retningen.

Et maskinelement med en bevegelse som beskrevet ovenfor er angitt i f.eks. svensk patentansøkning nr. 74.00444-1. Det nevnte maskinelement drives ved hjelp av en motordrevet kamskive og en hevarm i en frem- og tilbakegående bevegelse mellom en øvre og en nedre endestilling. Maskinelementet har stor masse, og beveges med varierende hastighet. Nærmere bestemt beveges maskinelementet i et arbeidsslag fra den øvre til den undre endestilling med konstant hastighet (bortsett fra en meget kort akselerasjons-og retardasjons-strekning i henholdsvis den øvre og undre del av arbeidsslaget) , hvoretter maskinelementets akselereres fra 0 hastighet i den undre endestilling til maksimal'hastighet i løpet av halve den oppovergående bevegelse, for deretter umiddelbart å retarderes til 0 hastighet i den øvre endestilling. Ettersom syklusen ef forholdsvis kortvarig (omtrent 1 s)

og maskinelementets masse er stor (180 kg), kreves det for

driften en meget stor krafttilførsel som forårsaker slag og vibrasjoner i hele maskinen. For å minske disse vibrasjoner er det montert en anordning i form av en pneumatisk stempel- og sylinderenhet forbundet med maskin-stativer, idet stempelstangen er forbundet med maskinelementet og påvirker dette i retning oppover. Stempel-

og sylinderenheten er av enkeltvirkende type, og dens arbeidskammer er forbundet med en lufttank med et volum som flere ganger overstiger volumet av arbeidskammeret. Hensikten med dette er å gi stempelet en hovedsakelig konstant, oppoverrettet kraft uansett stempelets stilling i sylinderen. Ettersom imidlertid det ønskede krafttilskudd varierer i løpet av syklusen, må trykket i stempel- og sylinderenhetens arbeidskammer beregnes fpr den ønskede, maksimale kraft i et gitt øyeblikk av arbeidssyklusen. I hele den øvrige del av arbeidssyklusen gir stempel- og sylinderaggregatet et alt for stort krafttilskudd, hvilket bevirker vekslende belastning på drivaggregatet, og av denne grunn kan den beskrevne løsning, til tross for at den i en viss grad gir en reduksjon av vibrasjonene, ikke anses å være optimal.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en anordning som ved å være særskilt tilpasset maskinelementets bevegelsesmønster og masse er i stand til å kompensere for de opptredende massekrefter,• slik at det oppnås en effektiv reduksjon av slag og støt.

Et videre formål med oppfinnelsen er å komme frem til en anordning som ved å oppta og lagre energi gjør det mulig å redusere behovet for tilført drivkraft.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette med en anordning for kompensering av massekrefter for et maskinelement som ved hjelp av drivorganer kan beveges frem og tilbake mellom en øvre og en undre endestilling, og som kjennetegnes ved at den omfatter to fjærorganer, av hvilke det første utbalanserer maskinelementets vekt og det annet tilstreber å forflytte maskinelementet i retning fra den undre endestilling.

En foretrukket utførelsesform av anordningen i henhold

til oppfinnelsen kjennetegnes ved at den totale slaglengde til det annet fjærorgan hovedsakelig tilsvarer halve bevegelsesbanen til maskinelementet.

En ytterligere utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at fjærorganene utgjøres av pneumatiske stempel- og sylinderenheter, som er anordnet i serie og er forbundet med såvel det bevegelige maskinelementet som med et fast punkt.

En ytterligere utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at den første stempel- og sylinderenheten er av enkeltvirkende type, og at volumet av dens arbeidskammer er øket ved hjelp av en lufttank,

ved et volum som er flere ganger større enn stempel- og sylinderenhetens slagvolum.

En ytterligere utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at trykket i den første stempel- og sylinderenhetens arbeidskammer er hovedsakelig konstant, og så stort at det utbalanserer maskinelementets vekt.

En ytterligere utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at den annen stempel- og sylinderenhet er av enkeltvirkende type, og har et lukket arbeidskammer med et hviletrykk som er noe høyere enn trykket i den første stempel- og sylinderenhetens arbeidskammer .

En ytterligere utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved at det første fjærorganets slaglengde er mindre enn avstanden mellom maskinelementets øvre og undre endestilling.

En foretrukket utførelsesform av anordningen i henhold til oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere, under henvisning til den vedføyde, skjematiske tegning, som bare viser de detaljer som er nødvendige for forståelse av oppfinnelsen .

Tegningen viser skjematisk et maskinelement 1, som kan beveges frem og tilbake langs en føring 2. Begge ender av føringen 2 er forbundet med maskinens stativ 3. Maskinstativet 3 holder også en hevarm 5 som er svingbart lagret i en brakett 4, idet den ene armdel er leddforbundet med maskinelementet 1. Den annen armdel av hevarmen 5 bærer en kamfølgetrinse 6 som løper i et spor 7 på en kamskive 8, som kan rotere i retning av pilen 9 ved hjelp av en ikke vist motor.

Den undre ende av maskinelementet 1 er forbundet med maskinstativet 3 via en anordning i henhold til oppfinnelsen. Anordningen omfatter to fjærorganer i form av en første og en annen pneumatisk stempel- og sylinderenhet 10, 11. De to stempel- og sylinderenhetene er seriekoblet med hverandre, dvs. at de to sylindrene er fast forbundet med hverandre, ved at den første stempel- og sylinderenhetens stempelstang 12 er forbundet med maskinelementet og den annen stempel-

og sylinderenhetens stempelstang 13 er forbundet med maskinstativet. Som det videre fremgår av tegningen, er de to stempel- og sylinderenhetene 10, 11 enkeltvirkende, dvs.

at kamrene som avgrenses på stempelstangsidene av stemplene er fritt forbundet med den omgivende atmosfære. Arbeidskammeret 14 i den første stempel- og sylinderenheten 10 danner sammen med en trykktank 16 som er forbundet med kammeret via en fleksibel ledning 15 et•lukket rom, i

hvilket det er et visst overtrykk. Arbeidskammeret 17 i den annen stempel- og sylinderenheten 11 danner likeså

et lukket rom der det også er et visstovertrykk.

Trykket i de to stempel- og sylinderenhetenes arbeidskammer må, for at anordningen i henhold til oppfinnelsen skal virke etter hensikten, ha nokså bestemte verdier og må stå i et visst innbyrdes forhold. For beregning av de riktige trykk tas det utgangspunkt i vekten av maskinelementets masse, og luften som er innestengt i arbeidskammeret 14 og tanken 16 gis et overtrykk som når det virker på stempelet i stempel- og sylinderenheten 10 bevirker en oppoverrettet kraft som motvirker og utbalanserer tyngdekraftens innvirkning på maskinelementet. På grunn av det store luftvolum i tanken 16 i forhold til luft-volumet i det egentlige arbeidskammeret 14 vil trykket i arbeidskammeret 14 og tanken 16 være hovedsakelig konstant, uavhengig av stempelets stilling. Trykket i arbeidskammeret 17 i den annen stempel- og sylinderenheten 11 velges deretter slik at hviletrykket, dvs. det trykk som opptrer i arbeidskammeret 17 når stempelet befinner seg i den hvilestilling som er vist på tegningen, i en viss grad overstiger trykket i arbeidskammeret 14.

Når anordningen i henhold til oppfinnelsen anvendes for kompensering av massekrefter fra et frem- og tilbakegående maskinelement, tilpasses, som tidligere nevnt, blant annet trykkene i de to arbeidskamrene etter maskinelementets masse, bevegelseshastighet og akselerasjon. I de følgende x eksempler på anordningens virkemåte forutsettes maskinelementets bevegelsesmønster å være identisk med det bevegelsesmønster som er beskrevet i den nevnte svenske patentansøkning nr. 74.00444-1. Maskinelementet 1 beskriver altså, regnet fra den øvre endestilling, et nedoverrettet arbeidsslag, som, bortsett fra meget korte akselerasjons-og retardasjonsstrekninger, skjer med jevn hastighet. Det etterfølgende returslag består av en rask akselerasjon i halve slaglengden og en tilsvarende retardasjon i resten av bevegelsen mot den øvre endestilling.

Maskinelementet 1 drives som tidligere nevnt ved hjelp av kamskiven 8 som roterer i retning av pilen 9, kamsporet 7, kamfølgerén 6 og den i maskinstativet svingbart lagrede hevarmen 5, med jevn hastighet i et nedadgående arbeidsslag, hvilket i den situasjon som er vist på tegningen nettopp har begynt. Via stempelstangen 12 overføres bevegelsen av maskinelementet 1 til stempelet i den første stempel- og sylinderenheten 10, hvilken beveger seg nedover mot virkningen av den hovedsakelig konstante, oppoverrettede kraft som forårsakes av lufttrykket i sylinderen, og som via stempelstangen 2 overføres til maskinelementet 1. Ved hjelp av passende valgt trykk i arbeidskammeret 14 og trykktanken 16 blir kraften så stor at vekten av maskinelementet hovedsakelig utlignes. Ettersom den minskning av volumet til arbeidskammeret 14 som forårsakes av stempelets bevegelse er helt neglisjerbar i forhold til det store volum av tanken 16, blir den oppoverrettede kraft hovedsakelig konstant helt til stempelet i stempel- og sylinderenheten 10 kommer til anlegg mot den undre vegg i arbeidskammeret 14, hvilket inntreffer når maskinelementet beveges en strekning som tilsvarer halve arbeidsslaget. Ettersom trykket i arbeidskammeret 17 i den annen stempel- og sylinderenheten 11 er noe større enn trykket i arbeidskammeret 14, vil den annen stempel- og sylinderenhet ikke tre i funksjon før stempelet i den første stempel- og sylinderenhet kommer til mekanisk anlegg mot veggen i arbeidskammeret 14. Når dette skjer begynner hele det sammenbygde stempel- og sylinderaggregatet 10, 11 å bevege seg nedover, samtidig som stempelet i det annet stempel- og sylinderaggregat 11, via'stempelstangen 13 som er forbundet med maskinstativet 3, beveges inn i sylinderen, slik at volumet av arbeidskammeret 17 minsker. Herved øker trykket i arbeidskammeret 17, slik at det opptrer en suksessivt økende, oppoverrettet kraft, hvilken via stempelstangen 12 overføres til og søker å retardere maskin-

elementet.

Når maskinelementet 1, mot virkningen av kraften som utøves av den annen stempel- og sylinderenhet 11, beveges til sin undre endestilling og begynner sin oppadgående returbevegelse, vil den lagrede energi i den komprimerte luft i arbeidskammeret 17 gi maskinelementet 1 en returakselerasjon, som hovedsakelig stemmer overens med den akselerasjon som be-virkes av formen til kamskiven. Når maskinelementet 1 har gjennomført halvparten av sin slaglengde, er stempelet i den annen stempel- og sylinderenhet kommet til sin undre stilling, vist i figuren, og den akselerende virkning av den annen enhet 11 opphører. Ved den fortsatte bevegelse av maskinelementet 1 oppover retarderes maskinelementet ved hjelp av kamskiven 8, samtidig som den første stempel- og sylinderenheten 10 igjen virker som en tyngdekraftutjevnende faktor. Når maskinelementet 1 har kommet til sin øvre endestilling, gjentas forløpet.

I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen kan kammeret på stempelstangsiden i den annen luftsylinder 11 være lukket og virke som en fjær som søker å bevege maskinelementet fra den øvre endestilling, hvorved den samlede virkning blir en påvirkning av maskinelementet i retning mot en hovedsakelig midtre stilling mellom den øvre og undre endestilling. Herved bidrar den annen luftsylinder også til avbremsing når maskinelementet under returslaget har passert midten av bevegelsen og nærmer seg den øvre endestilling, samtidig som den lagrede energi akselererer maskinelementet i retning nedover etter at det har passert den øvre endestilling. Ved den beskrevne tilpasning av oppfinnelsen skal imidlertid maskinelementets bevegelse nedover skje med jevn, konstant hastighet, og det kan derfor være hensiktsmessig å minske den akselerende kraften. Dette kan f.eks. skje ved hjelp av en ventil, som umiddelbart etter at maskinelementet har passert den øvre endestilling reduserer over-trykket i arbeidskammeret på sylinderens stempelstangside.

Under ideelle forhold kan en anordning konstruert i henhold

til den sistnevnte utførelsesform etter igangsetning be-

skrive det ønskede bevegelsesmønster helt uten krafttilførsel via kamskiven, men ettersom såvel friksjonstap som visse unøyaktigheter i konstruksjonen ikke kan unngås, kreves et kontinuerlig krafttilskudd, som imidlertid er redusert til et minimum sammenlignet med tidligere kjente konstruk-sjoner, som i prinsippet helt drives via kamskiven. Kamskiven bevirker ved den foreliggende oppfinnelse bare en mindre del av driften og styringen av bevegelsen, og kam-skivens form velges slik at den "naturlige" bevegelse av maskinorganet som forårsakes av fjærene påvirkes så lite som mulig, hvilket resulterer i en vesentlig minskning av kre"ftene og påkjenningene.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen reduserer effektivt

de vibrasjoner som oppstår ved drift av maskinelementet,

og minsker dessuten i stor grad den drivkraft som må til-

føres via kamskiven. Dette gjør at de fleste deler av maskinen kan dimensjoneres for betydelig mindre påkjenninger enn det som har vært tilfellet uten anordningen i henhold til oppfinnelsen, hvilket innebærer en vesentlig besparelse.

En særdeles jevn og vibrasjonsfri drift muliggjøres dersom konstruksjonen utformes slik at maskinelementet under hele arbeidssyklusen belaster hevarmen bare i den ene retningen, slik at unøyaktigheter og klaringer i drivarrangementet ikke medfører at det opptrer slag og støt. Den sist beskrevne utførelsesform sikrer en slik ensrettet belastning på drivarrangementet, og kan derfor, til tross for sin mer kompli-serte konstruksjon, være å foretrekke når det på grunn av meget store masser og hastighetsforandringer kreves en særdeles nøyaktig kompensering.

Claims (7)

1. Anordning for kompensering av massekrefter fra et maskinelement som ved hjelp av drivorganer kan beveges frem og tilbake mellom en øvre og en undre endestilling, karakterisert ved at anordningen omfatter to fjærorganer (10, 11) av hvilke det første organ (10) utbalanserer vekten av maskinelementet (1) og det annet organ (11) søker å bevege maskinelementet i retning fra den undre endestilling.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den totale slaglengde til det annet fjærorgan (11) hovedsakelig tilsvarer halve bevegelsesbanen til maskinelementet (1).

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at fjærorganene (10, 11) utgjøres av pneumatiske stempel- og sylinderenheter, hvilke er anordnet i serie og er forbundet med såvel det bevegelige maskinelementet (1) som et fast punkt.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at den første stempel-og sylinderenheten (10) er av enkeltvirkende type, og at volumet av dens arbeidskammer (14) er øket ved hjelp av en lufttank (16) med et volum som er flere ganger større enn slagvolumet til stempel- og sylinderenheten (10).

5.. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at trykket i arbeidskammeret (14) til den første stempel- og sylinderenheten (10) er hovedsakelig konstant og så stort at det utbalanserer vekten av maskinelementet (1).

6. Anordning som angitt i krav 4 eller 5, karakterisert ved at den annen stempel-og sylinderenhet (11) er av enkeltvirkende type og har et lukket arbeidskammer (17) med et hviletrykk som er noe større enn trykket i arbeidskammeret (14) til den første stempel- og sylinderenhet (10).

7. Anordning som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at slaglengden til det første fjærorgan (10) er mindre enn avstanden mellom den øvre og undre endestilling til maskinelementet (1).