SU1617139A1

SU1617139A1 - Компрессионно-вакуумна машина ударного действи

Info

Publication number: SU1617139A1
Application number: SU4471996A
Authority: SU
Inventors: Юрий Никитович Колган; Николай Матвеевич Кирюшин; Иван Андреевич Прохоров; Витольд Адольфович Кезик; Евгений Иванович Рябоконь
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1988-08-09
Publication date: 1990-12-30
Also published as: FI901795A0; GB2229665A; WO1990001612A1; SE9001289L; SE9001289D0; US4991664A; GB9007992D0

Abstract

Изобретение относитс к машиностроению, в частности к молоткам и перфораторам, примен емым в строительстве, горнодобывающей промышленности и в геологоразведочных работах. Цель - снижение вибрации. В корпусе 1 машины установлены цилиндр 2 и рабочий инструмент 9. В цилиндре 2 размещены с возможностью возвратно-поступательного движени поршень 3 и ударник 7, св занный с поршнем 3 через воздушную подушку 8. Поршень 3 св зан через кривошип 6 с противовесом (П) 11, который имеет два участка 13 и 14. Участок 13 массой "M₁" симметричен относительно оси кривошипа 6, а участок 14 массой "M₂" несимметричен относительно этой оси. При этом массы участков 13 и 14 св заны соотношением M₁ ^.R₁=M₂R₂:K, где: R₁ и R₂ - рассто ние от оси вращени кривошипа до центров масс участков 13 и 14

K=1-2. Центр массы несимметричного участка П 11 смещен на угол 45° - 90° относительно оси кривошипа в направлении его вращени . Это позвол ет, не увеличива вибрации в направлении оси ударного механизма, значительно снизить ее в перпендикул рном к оси ударного механизма направлении. Движение кривошипа 6 преобразуетс в возвратно-поступательное перемещение поршн 3 и через воздушную подушку 8 передаетс на ударник 7 (в пр мом ходе), который наносит удар по инструменту 9. При обратном ходе поршн 3 между ним и ударником 7 создаетс разр жение и ударник 7 движетс за ним вверх. 10 ил.

Description

участок 14 массой та несимметричен относительно этой оси. При этом массы участков 13 и 14 св заны соотношением mi.ri т2 Г2 : К, где г и Г2 - рассто ни от оси вращени кривошипа до центров масс участков 13 и 14; К 1 - 2. Центр массы несимметричного участка П 11 смещен на угол 45 - 90° относительно оси кривошипа в направлении его вращени . Это позвол ет, не увеличива вибрации в направлении оси ударного механизма, значительно снизить

ее в перпендикулйрнбм к оси ударного механизма направлении. кривошипа б преобразуетс в возвратно-поступательное перемещение поршн 3 и через воздушную подушку 8 передаетс на ударник (в пр мом ходе), который наносит удар по инструменту 9. При обратном ходе поршн 3 между ним и ударником 7 создаетс разрежение и ударник 7 движетс за ним вверх. 10 ил.

Изобретение относитс к машинос:роению , в частности к компрессионно-вакуумным машинам ударного действи , например, молоткам и перфораторам, примен емым в строительстве, горнодобывающей промышленности и геологоразведочных работах, дл разрушени строительных материалов и пород .

Цель изобретени - снижение виорации ,

На фиг. 1 изображена предлагаема компрессионно-вакуумна машина, продольный разрез; на с()иг. 2 - графики сил.. действующих в течение рабочего цикла на корпус машины в направлении оси цилиндра со стороны ударного и кривошипно-ша- тунного механизмов: на фиг, 3 - график зависимости сил, действующих в течение рабочего цикла на корпус в направлении оси цилиндра со стороны ударного механизма от угла поворота кривошипа; на фиг. 4 - график изменени амплитуды импульсов силы, создаваемой массой несимметричного участка противовеса от угла его смещени ; на фиг. 5 - совмещенный график изменени площади Fa вычитаемой части импульса силы, создаваемой массой несим- метричной части противовеса, при смещении ее центра т жести от сво-эго оптимального положени и изменени величины суммарного вектора Рпр центробежной силы противовеса при смещении центра т жести В несимметричной части противовеса от своего

оптимального положени на угол ±45 , ког- . да отношение центробежной сипы несим- метричного и симметричного участков противовеса равно 1.5; на фиг, 6 - пример выполнени противовеса с несимметрич- ным участком, расположенным с углом смещени относительно оси кривошипа, вл ющимс оптимальным дл снижени вибрации корпуса машины в направлении оси ударного, механизма; на фиг. 7 и а пример выполнени противовеса с углом

смещени несимметричного участка противовеса в сторону увеличени угла между двум участками противовеса; на фиг. 9 диаграмма изменени величины суммарно- го вектора Рпр до значени Pnpi с увеличением угла между составл ющими векторами сил PC и Рас до значени 90 + 45 135 ; на фиг, 10 - график изменени величины суммарного вектора Рпр до значений Pnpi, Рпр2, 0 РпрЗ с увеличением угла между состввл ю- щи лш векторами сил Рс и Рас npi-s К, равном соответственно 1; 1,5 и 2,0.

Компрессионно-вакуумна машина ударного действи содержит корпус 1, раз- 5 мещенные в корпусе 1 цилиндр 2, поршень 3, св занный с кривошипно-шатунным механизмом 4, состо щим мз шатуна 5 и кри- вош.ипа 6 и передающим движение от привода (не показан),

0В цилиндре 2 установлен ударник л соединенный с поршнем 3 воздушной подушкой 8 и периодически взаимодействующий с рабочим инструментом 9. Стрелкой ш показано направление вращени кривошипа 6. 25 Угол «1-это угол поворота кривошипа 6 из положени нижней мертвой точки поршн 3 до положени , при котором сила Pi давлени (фиг. 2) в воздушной подушке 8 (фиг. 1) принимает максимальное значение. На кри- 30 вошипе 6 установлен противовес 11, разделенный штриховой линией 12 на два участка 13 и 14. Участок 13 противовеса 11 имеет симметричную форму относительно оси до кривошипз 6 и ее центр т жести а располо35 жек на оси 10.

Участок 14 противовеса 11, ограниченный штриховой линией 12, имеет центр т жести Ь, смещенный относительно оси кривошипа 6 на угол /3 в направлении uJ

40 его вращени . Предел изменени значении угла в в интервале 45-90 .

При таком выполнении противовеса П кривошипа 6 компресси.онно-векуумной машины на ее корпус 1 в направлении оси

движени поршн 3 или, что аналогично, в направлении оси ударного механизма, в течение рабочего цикла, совершаемого за врем полного оборота кривошипа 6, равного 360°, действуют следующие переменные во времени силы (фиг. 2): PI - сила давлени , возникающа при сжатии воздушной подушки 8; РП - центробежна сила, возникающа от поступательно движущейс массы поршн 3; Рпр - центробежна сила, возни- кающа от массы противовеса 11 и измен юща с по закону синуса; PC - центробежна сила от действи массы участка 13 противовеса 11, измен юща с по закону синуса и уравновешивающа силу РП; Рас - центро- бежна сила от действи массы участка 14 противовеса 11, измен юща с по закону синуса и уравновешивающа силу Pi.

Последние две силы PC и Рас - это составл ющие одной силы Рпр, вл ющейс центробежной силой от массы противовеса 11, Площадь, ограниченна кривой силы давлени PI и осью абсцисс, по которой откладывают в градусах угол поворота кривошипа (фиг. 3), образует импульс li,

Площадь, ограниченна кривой от переменной силь Рас и осью абсцисс, образует импульс 1зс, действующий противофазно импульсу И.

При сложении силы PI и Рас суммарна составл юща сила 2 Р образует импульс I меньшей площади, чем импульс И. Снижение площади суммарного импульса I максимально при строго противофазном действии сил PI и Рас, соответствующих смещению цен- тра т жести b несимметричной части 14 противовеса 11 на УГОЛ/, равный 90° (фиг. 4 а). Несколько меньшее снижение вибрации может быть достигнуто, при отклонении центра т жести b части 14 противовеса 11 от своего оптимального положени , что обусловлено уменьшением площади вычитаемой част,и 12 (фиг, 46, в, г, д) импульса lac за счет по влени положительного импульса 1з, вл ющегос частью .импульса Uc. Максимальное отклонение угла ft от своего оптимального значени при 30%-ном

уменьшении площади F (фиг. 5) вычитаемого импульса 12 равно углу у - ± 45°.

Конструктивное выполнение противо- веса 11, когда происходит максимальное снижение вибрации в направлении оси ударного механизма, показано на фиг. 6. Здесь дл обеспечени строгой противо- фазности действи импульса максимума си- 5 лы Р и центробежной силы Рас, центр т жести b участка 14 противовеса 11 смещен относительно оси кривошипа 6 в направлении его вращени а) на угол Д

равный 90. Уменьшение угла /3 вплоть до значени 45° может быть достигнуто различным конструктивным исполнением противовеса 11 (фиг. 7 и 8). При этом различие в массах участков 13 и 14 может быть достигнуто как за счет их площади, так и за ечет различной толщины. Уменьшение угла /3 ведет к увеличению угла между векторами PC и Рас с 90° вплоть до 135 и вместе с этим куменьшениюсуммарного вектора Рпр(фиг. 9), Степень снижени величины суммарного вектора Рпр при уменьшении угла до 45°

зависит от соотношени К Чем

mi Г1

оно меньше, тем значительней снижение величины суммарного вектора Рпр (фиг. 10). Компрессионно-вакуумна машина ударного действи работает следующим образом .

В рабочем ударном режиме вращательное под действием привода движение кривошипа 6 преобразуетс в

возвратно-поступательные движени поршн 3.

Ударник 7, св занный воздушной подушкой 8 с поршнем 3, повтор ет движени последнего, взаимодейству периодически с рабочим инструментом 9.

Поршень 3 при своем движении из положени нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку (обратный ход поршн 3) образует в воздушной подушке 8 разрежение между поршнем 3 и ударником 7, заставл двигатьс последний за собой. При движении поршн 3 из положени верхней мертвой точки 8 нижнюю мертвую точку (пр мой ход прршн ) между поршнем 3 и ударником 7 рассто ние сокращаетс и в воздушной подушке 8 образуетс избыточное давление , которое заставл ет ударник 7 изменить направление движени и двигатьс в сторону рабочего инструмента 9 до соприкосновени с ним. Полный оборот кривошипа 6 образует ударный цикл, повтор ющийс с частотой ударов.

В процессе работь машины на ее корпус 1 в направлении оси ударного механизма , что аналогично направлению оси движени поршн 3, действуют следующие переменные во времени силы (фиг. 2)- PI

Рас, РП. PC. Рпр,

Использу принцип суперпозиции, позвол ющий рассматривать колебани и их воздействие на тело раздельно по всем со- тавл ющи, силам, силы PC и Рас и их возействие на корпус 1 машины можно ассматривать отдельно.

Одна из составл ющих сил - это центобежна сила PC от массы симметричного

участка 13 противовеса 11. проход ща через центр 8 т жести участка 13 протизовееа 11, смещенного относительно оси 10 Kpfdso- шипа 6 на угол 180°, Центробежна сила Рс от массы этого участка 13 действует в про- тивофазе с инерционной силой Рп от пос-ту- пательио движущейс массы поршн 3.

Втора составл юща сила противовеса 11 - это центробежна сила Рас от массы несимметричного относительно оси кривошипа 6 участка 14 противовеса 11, проход ща через центр т жести b этого участка 14, смещенного относительно оси 10 кр-лшоши- па б на угол 90-45°, при котором сила Рас действует противофа зно смле давлени PI, Изменение силы Pi во времен . в течение рабочего цикла имеет импульсный характер , но на отрезке времени, когда происходит сжатие воздушной родушки 8 при пр мом ходе поршн 3, изменение силы Pi аппроксимируетс положительной полуволной синусоиды. Площадь, ограниченна этой полуволной и осью абсцисс (фиг. 3), образует импульс силы давлени или ударный импульс И. Указанный ударный импульс li вл етс наиболее значительным источником вибрации по отношению к импульсам всех сил, действующих на корпус 1 машины со стороны воздушной подушки и кривошипно-шатунного механизма 4,

Ьнижение площади ударного импульса 11 приводит к пропорциональному снижению вибрации корпуса 1 компрессмонно-вакуум- ной машины в направлении оси ударного

механизма.

Снижение площади ударного импульсо I достигаетс путем создани iac, образованного центробежной силой Рас и действующего в противофазе с ударным импульсом i.

Учитыва синусоидальный характер изменени силы Рас (фмг. 3), близкий к синусоидальному характеру силы Рг, противофазное ь их действи будет наблюдатьс при одновременном достижении этими с /;ламй своего мак- симального по модулю-значени и при их противоположной направленности. Пр /, этом на корпус 1 машины действует .суммарный импульс i, равный алгебрамческсй сумме двух импульсов lac и i от действи соответственно сил Рас и Pi. В этом случае плши дь импульса lac вычитаетс из площади им- пульсэ li, а площадь суммарного импульса I становитс меньше плош,8ди импульса li, что в конечном итоге приводит к. снижению вибрации корпуса 1.

Такое расположение центра т жести b несимметричной части 14 противовеса 11 максимально уменьшает площадь суммарного импульса I и вл етс оптимальным с

точки зрени снижени вибрации от силы Pi а направлений оси ударного механизма.

Эффект уменьшени площади суммарного импульса I достигаетс не только строго

5 противофазным действием центробежной силы Рас, но м при сдвиге максимума этой силы, а следовательно, и центра т жести b от своего оптимального положени , на некоторый угол. При смещении центра т жести b от

10 своего оптимального положени площадь импульса (незаштрихованна часть на фиг. 4), .таема из площади ударного импульса 11, уменьшаетс ,

При противофазном действии импуль1S , сов И и lac из площади импульса h вычитаетс вс площадь импульса lac. При этом 12

ас.

При смещении максимума силы Рас от своего центрального положени часть з от- 0 рицательного импульса ас {фиг. 46), наход - ща с под импульсом li, становитс положительной, и площадь вычитаемого импульса 12 уменьшаетс , что определ ет рост площади суммарного импульса i и, как след- 5 ствибг уменьшение эффекта снижени вибрации .

Снижение площади вычитаемого импульса 12 при отклонении максимума силы Рас от своего оптимального положени на 0 угол у имеет квадратичный характер в В1;де одногорбной кривой, показанной на фиг. 5. где видно, что в начале при максимума силы Рас, от своего центрального положени довольно большие углы у дают 35 весьма несущественное уменьшение площади вычитаемого импульса h.

Дальнейшее даже малое увеличение угла у приводит К значительному уменьшению площади вычитаемого импульса 12. 40 Явлени , св занные с таким характером изменени параметра, встречаютс во многих отрасл х техники, например, в радиотехнике , где прохождение радиосигнала через резонансный контур характеризуетс некоторой -(5 полосой пропускани . При этом на кра х полосы пропускани сигнал ммеет пониженное напр жение , равное 0,7 от напр жени на резонансной частоте, наход щейс в центре горба рйзонансной кривой. Уровень.0.7 50 вл етс своеобразной границей между по- лсгоизмен ющимс участком резонансной кривой и ее крутопадающим учрстком.

Таким образом, в данном случае трид- цзтиппоцентному снижению площади вычитаемого импульса 12 соответствует отклонение . максимума .илы Рас от своего оптимального положени на угол у ., разный 45, чтО СООТ- ветствует отклонению центра т жести b несимметричного участка 14 противовеса 11 от своего оптимального положени на тот же угол 45°.

Максимальное значение силы Pi в компрессионно-вакуумных машинах ударного действи находитс в области угла ai поворота кривошипа 6, равного 270° Противо- фазность действи силы Рас по отношению к силе PI осуществл етс при смещении центра т жести b несимметричной части 14 противовеса 11 на угол /3, равный 360° - a что составл ет 360 - 270 90° относительно оси 10 кривошипа 6 в направлении ш его вращени . При этом возможное смещение центра т жести b относительно оси 10 кривошипа 6 в направлении его вращени О) равн етс ±45°. что составл ет интервал значений угла S 45-135°.

Противовес 11, компенсиру силы инерции РП поступательно движущегос поршн 3 и давлени PI, возникающего при сжатии воздушной подушки 8, вл етс источником колебаний корпуса машины в направлении, перпендикул рном оси ударного механизма . Чем больше суммарный вектор центре- бежнойсилы Рпр противовеса 11, тем выше эта вибраци . В предлагаемой машине-сиижеиие вибрации в направлении, перпендикул рном оси ударного механизма, происходит за счет уменьшени величины суммарного вектора центробежной силы Рпр противовеса 11, вл ющегос векторной суммой двух центробежных сил PC и Рас, определ емой диагональю параллелограмма со сторонами, равными векторам сил PC и Рас. Чем больше угол между составл ющими параллелограмма векторами PC и Рас, тем меньше суммарный вектор Рпр. Следовательно , чем большеугол между участками 13 и 14 противовеса 11, тем меньше по величи- не составл ющий вектор Рпр (фиг. 9} и тем меньше в .1браци корпуса 1 в направлении, перпендикул рном оси ударного механизма .

Дл достижени указанного зффекта в предлагаемой машине центр т жести b несимметричной части 14 противовеса 11 смещен в сторону уменьшени / на 45°. Лри этом интервал возможных значений угла составл ет 90 - 45. Уменьшение величины суммарного векюра с уменьшением угла / в указанном интервале имеет линейную зависимость (фиг. 10), угол наклона к оси абсцисс которой зависит от соотношени между моментами инерции симметричного 13 и не- симметричного 14 участков противовеса 11, т.е. от значени К. Практика создани компрессионно-вакуумных машин ударного действи показывает, что в зависимости от

конструкции ударного механизма максимум силы давлени Pi в воздушной подушке 8 в один - два раза больше силы инерции РП поступательно движущегос поршн 3. Дл компенсации указанных сил в таком же соотношении должны находитьс центробежные силы участков 14 и 13 противовеса 11. При этом уменьшение величины суммарного вектора при смещении центра т жести b несимметричной части 14 противовеса 11 от своего оптимального положени на угол 45° составл ет в зависимости от значени К 46- 35% (фиг. 10). Учитыва различный характер изменени площади вычитаемой части импульса силы, создаваемой несимметричным участком 14 противовеса 11 и суммарного вектора Рпр центробежной силы противовеса 11 при смещении центра т жести b его несимметричного участка 14,.можно всегда огь.скать такое сочетание указанных факторов , которое позвол ет, не увеличива вибрацию в направлении оси ударного механизма, значительно снизить ее в направлении, перпендикул рном к этой оси и, таким образом, снизить общую виброактивность машины. Указанный эффект в наибольшей степени про вл етс при значени х угла у отклонени центра т жести b несимметричного участка 14, располо.женных в середине диапазона возможных значений угла ft . В этом случае уменьшение вычитаемой части имгд льса составл ет единицы процентов, то1 дз как уменьшение суммарного вектора Рпр составл ет в среднем, в зависимости от величины К, 20%.

Таким образом, наличие в компрессион- но-вакуумной машине противовеса с двум участками: одним симметричным, а другим несимметричным относительно оси кривошипа , когда массы этих участков св заны

т-2 Г2

соотношением m-i ri

К

Claims

при К 1 2 , и при этом центр массы несимметричного участка противовеса смещен на угол 45- 90° относительно оси кривошипа в направлении его враидени , позвол ет, не увелич1/ ва вибрацию в направлении оси ударного механизма, значительно снизить ее S перпендикул рном к оси ударного механизма направлении и, таким образом, снизить общую Еиброактивность машины. Формула изобретени Ком пресс ион НС-вакуум ма машина ударного действи , содержаща Kopriyc, размещенный в корпусе цилиндр, привод, ггк.лючающий кривошип с расположенным на нем противовесом и св занный с кривошипом nopujehb, установленный с возможностью возвратно-поступательного

перемещени в цилиндре, ударник, разме щенный в цилиндре и отделенный от поршн воздушной подушкой, и рабочий инструмент, отличающа с тем. что, с целью снижени вибрации, противовес имеет два участка, один из которых массой mi симметричен относительно оси кривошипа , а другой массой т2 несимметричен этой оси, при этом центр массы несимметричного участка противовеса смещен на

...1 Рас-Гй г

0ЯГЗ

I

-W о is 90 г

;wj . , . .

угол 45 90° относительно оси кривошипа в направлении его вращени , а массы этих участков св заны соотношением

mi Г1

т2 Г2

К

где п, Г2 - расположени от оси вращени кривошипа до центров масс участков кривошипа с массами mi, ma, К 1 - 2.

т.

30

Фиг. 6

/ // /

фиг. 7

п.