Планетарный вибровозбудитель

(51) 06 1/16 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ поверхности беговой дорожки, образованной различными кривыми высшего порядка, например полуэллипса и полуокружности, соединенных между собой сплайнами. Чистое переменное качение бегунка по различным поверхностям позволяет значительно уменьшить длину дуги беговой дорожки, на которой бегунок двигался с проскальзыванием,а,значит,снизить сопротивление качению бегунка и момент сопротивления вращению водила, и, этим, снизить энергомкость привода, уменьшить абразивный износ и теплонапряженность самого бегунка и. беговой дорожки, что увеличивает наджность и долговечность вибровозбудителя, а передаваемая без диссипативных потерь полная величина вынуждающей силы значительно повышает его эффективность при неизменных параметрах привода вибровозбудителя. Сущность изобретения состоит в том, что предложен планетарный вибровозбудитель,содержащий корпус с беговой дорожкой,взаимодействующий с ней бегунок, подвижно соединнное с ним водило, отличающийся тем, что беговая дорожка выполнена в виде объединенных между собой посредством сплайнов полуэллипса и полуокружности с общим центром вращения.(72) Дудкин Михаил Васильевич Темирбеков Ербол Садуахасович Бостанов Баянды Оспанович(73) Республиканское государственное казенное предприятие Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(57) Планетарный вибровозбудитель относится к области вибрационной техники и может быть использован в строительных, дорожных и горных,машинах для создания вибрации. Задача, на решение которой направлено изобретение,заключается в повышении эффективности и надежности вибровозбудителя и в уменьшении энергомкости его привода. Технический результат заключается в передаче на гладкую цилиндрическую беговую дорожку полной величины направленной интегральной вынуждающей силы, возбуждаемой практически чистым качением инерционного бегунка по 22221 Изобретение относится к области вибрационной техники и может быть использовано в строительных, дорожных и горных машинах для создания вибрации. Известна конструкция планетарного вибровозбудителя (а.с. СССР 459266, кл. В 06 В 1/16, 1972), содержащего беговую дорожку и инерционный бегунок, ось вращения которого размещена внутри радиального паза водила,установленного с эксцентриситетом относительно центра кривизны беговой дорожки. Вращение водила позволяет получать вынуждающую силу,периодически изменяющуюся от минимального до максимального значения. Бегунок перемещается по беговой дорожке с переменным радиусом относительно оси вращения водила, вследствие чего на него оказывают совместное действие центробежные и кориолисовы силы,что увеличивает вынуждающую силу вибровозбудителя. Недостаток известного устройства состоит в том,что действие на бегунок кориолисовых сил приводит к спонтанному возникновению крутящего момента бегунка,который заставляет его пробуксовывать при увеличении радиуса траектории движения по беговой дорожке и идти юзом при уменьшении этого радиуса. В результате сопротивление качению бегунка переходит в сопротивление его скольжению по беговой дорожке,что повышает примерно на порядок энергоемкость привода вибровозбудителя, приводит к перегреву бегунка и, в большинстве случаев, к срыву колебаний (Ермилов А.Б. Условия движения инерционного бегунка асимметричного планетарного вибровозбудителя//Моделирование и интенсификация рабочих процессов дорожных машин. Сб. науч. тр. -МАДИ.-М., 1985., с. 94-103). Известен также вибровозбудитель, содержащий корпус с беговой дорожкой, имеющей переменный радиус кривизны, водило с вилкой и инерционный бегунок, ось которого размещена внутри вилки для взаимодействия с беговой дорожкой (а.с. СССР 1351697, кл. В 06 В 1/16, 1987). Недостатком известной конструкции является высокая теплонагруженность бегунка и беговой дорожки,наступающая из-за проскальзывания бегунка по поверхности качения,а также наличие дополнительного паразитного инерционного бегунка с пружиной и выступов на корпусе, по которым катится дополнительный бегунок, что приводит к увеличению амплитуды колебаний, но усложняет конструкцию и ограничивает область применения вибровозбудителя. Наличие выступов на корпусе не исключает проскальзывания, а только снижает его на определенной частоте вращения водила. При проходе водилом промежуточных положений собственный крутящий момент инерционного бегунка меняется в зависимости от скорости вращения водила, а значит должна меняться и прижимающая сила соединяющей бегунки пружины, но это невозможно, так как выступы на корпусе остаются неизменными и,следовательно,проскальзывание бегунка не исключается. 2 Прототипом изобретения является планетарный вибровозбудителъ, содержащий корпус с беговой дорожкой некруглой формы и взаимодействующий с ней инерционный бегунок, соединнный с водилом (а.с. на изобретение к патенту РФ 2015748, кл. В 06 В 1/16, бюл. из. РФ 13,15.07.1994). В процессе планетарного движения инерционного бегунка по беговой дорожке с переменной радиальной скоростью/ вследствие действия центробежных и кориолисовых сил возникает вынуждающая сила вибровозбудителя. Из-за неравномерного действия кориолисовых сил на части инерционного бегунка, расположенные ближе к водилу (приводному валу) и дальше от него, относительно оси бегунка, появляется спонтанный крутящий момент, обеспечивающий проскальзывание бегунка на определенных участках траектории его движения по беговой дорожке. В случаях,когда инерционный бегунок проскальзывает по поверхности беговой дорожки,трение его качения переходит в трение скольжения по беговой дорожке, величина которого примерно на порядок больше, что резко увеличивает момент сопротивления вращению водила, энергоемкость привода вибровозбудителя и теплонапряженность бегунка и беговой дорожки. Соответственно плохой отвод тепла от инерционного бегунка приводит к его тепловым деформациям и быстрому разрушению, что существенно снижает надежность и долговечность вибровозбудителя, вплоть до ограничения его работоспособности. Указанный фактор проверен теоретически и экспериментально на оригинальном лабораторном стенде (Ермилов А.Б., Дудкин М.В. Теоретический анализ работы асимметричного планетарного вибровозбудителя с маятниковым устройством противоскольжения. -М. МАДИ, 1991., с.11. Деп. в ЦНИИТЭстроймаш, 24 сд-91 Нураков С.Н., Дудкин М.В. Выбор параметров и методика планирования экспериментальных исследований асимметричного планетарного вибровозбудителя дорожных машин// Вестник ВКГТУ 4 / ВКГТУ, - Усть-Каменогорск,2001., с.9). Недостаток прототипа состоит также в том, что собственный крутящий момент инерционного бегунка, возникающий при его качении с переменной радиальной скоростью по беговой дорожке, не может быть исключен при разгоне или остановке водила, а также на участках беговой дорожки, близких к промежуточным критическим положениям, где проскальзывание и юз бегунка максимальны, особенно с увеличением частоты вращения водила до 10000 - 12000 об/мин и более,от квадрата которой зависит величина вынуждающей силы вибровозбудителя. Следовательно, в этих местах трение качения бегунка по беговой дорожке будет переходить в трение скольжения бегунка, а его значение почти на порядок выше, чем при качении. Скольжение сопровождается трением. Трение является причиной износа и дополнительного нагрева бегунка и беговой дорожки. Дополнительный расход энергии, 22221 затрачиваемый бегунком на преодоление сил трения скольжения, переходит в тепло и реализуется на нагрев бегунка и поверхности беговой дорожки. Соответственно,плохой отвод тепла от инерционного бегунка опять приводит к его тепловым деформациям и быстрому разрушению,что существенно снижает наджность и долговечность вибровозбудителя,вплоть до ограничения его работоспособности. Техническое противоречие состоит в .том, что уменьшение собственной массы и радиуса вращения бегунка ограничено пропорциональным ростом его собственной угловой скорости вращения при неизменной угловой скорости водила, а рост собственной угловой скорости бегунка резко увеличивает тепловые потери энергии привода даже при незначительной длине пути проскальзывания бегунка по беговой дорожке. Задача, на решение которой направлено изобретение,заключается в повышении эффективности и надежности вибровозбудителя и в уменьшении энергомкости его привода. Технический результат заключается в передаче на гладкую цилиндрическую беговую дорожку полной величины направленной интегральной вынуждающей силы, возбуждаемой практически чистым качением инерционного бегунка по поверхности беговой дорожки, образованной различными кривыми высшего порядка, например полуэллипса и полуокружности, соединенных между собой сплайнами. Чистое переменное качение бегунка по различным поверхностям позволяет значительно уменьшить длину дуги беговой дорожки, на которой бегунок двигался с проскальзыванием, а, значит,снизить сопротивление качению бегунка и момент сопротивления вращению водила, и, этим, снизить энергомкость привода, уменьшить абразивный износ и теплонапряженность самого бегунка и беговой дорожки, что увеличивает наджность и долговечность вибровозбудителя, а передаваемая без диссипативных потерь полная величина вынуждающей силы значительно повышает его эффективность при неизменных параметрах привода вибровозбудителя. Сущность изобретения состоит в том, что предложен планетарный вибровозбудитель,содержащий корпус с беговой дорожкой,взаимодействующий с ней бегунок, подвижно соединнное с ним водило, отличающийся тем, что беговая дорожка выполнена в виде тела, периметр которого образован полуэллипсом и полуокружности с общим центром вращения. Признаки, отличающие заявляемое изобретение от известных в данной области, предотвращают проскальзывание инерционного бегунка по беговой дорожке и обеспечивают направленную передачу полной величины вынуждающей силы,возбуждаемой инерционным бегунком, на беговую дорожку вибровозбудителя, существенно уменьшая энергомкость привода вибровозбудителя и теплонапряженность бегунка и беговой дорожки. Возможность генерировать вынуждающую силу большей величины при сохранении параметров привода водила,повышает эффективность,вибровозбудителя и область его применения. Это позволяет считать заявляемое техническое решение соответствующим критерию Изобретательский уровень. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен планетарный вибровозбудитель в плоскости вращения водила с одним характерным положением инерционного бегунка, а на фиг. 2 представлен пример выполнения чертежа(аппроксимации) формы беговой дорожки планетарного вибровозбудителя в полярных координатах, где на дуге в пределах 90270 беговая дорожка имеет форму полуэллипса, а в остальных координатах - форму полуокружности. Причем на фиг.2 представлен вариант исполнения беговой дорожки, в котором величина большей полуоси эллипса превышает радиус полуокружности. Планетарный вибровозбудитель содержит корпус с беговой дорожкой 1, разделенной (фиг.1) по оси абсцисс линией В 1 В 2 на полуэллипс (в верхней части) и полуокружность (в нижней части),которые соединены между собой сплайнами мягкими кривыми, для исключения скачка второй производной в точке стыка, и для плавного,безударного движения инерционного бегунка в местах перехода одной кривой в другую. В итоге получается гладкая форма беговой дорожки,имеющая непрерывную кривизну (фиг.2). На внутренней поверхности беговой дорожки размещен инерционный бегунок 2, который соединн с водилом 3, закрепленным на приводном валу (не показан), и общий центр вращения 0. Планетарный вибровозбудитель работает следующим образом приводной вал (не показан),вращает водило 3 с постоянной угловой скоростью. Инерционный бегунок 2 обкатывает внутреннюю поверхность комбинированной беговой дорожки 1 с постоянным (в зоне беговой дорожки в форме полуокружности) и переменным (в зоне беговой дорожки в форме полуэллипса) радиусомвращения относительно центра 0, при этом на него по всей траектории движения действует центробежная сила, а в зоне беговой дорожки в форме полуэллипса дополнительно и кориолисова сила, геометрическая сумма нормальных и касательных реакций которых на беговую дорожку 1 в пределах е формы в виде полуэллипса обеспечивает вынуждающую силу вибровозбудителя, которая значительно превышает величину вынуждающей силы симметричных вибровозбудителей (Ермилов А.Б. Анализ рабочего процесса асимметричного планетарного вибровозбудителя,оборудованного поводковым водилом // Повышение эффективности рабочих органов и агрегатов дорожно-строительных машин Сб. науч. тр. / МАДИ. - М., 1984., с.76-85). Получается, что в одном и том же вибровозбудителе возбуждается вынуждающая сила различного значения с направленным импульсом 3 22221 своего наибольшего значения. Причем наибольшего значения она достигает в направлении середины дуги полуэллипса, где совместное действие кориолисовых и центробежных сил максимально. На участке дуги в форме полуэллипса спонтанный момент от неравномерного действия кориолисовых сил начинает вызывать негативное проскальзывание бегунка 2 по поверхности беговой дорожки 1, но гасится уменьшением текущего радиуса движения бегунка, так как до начала полуэллипса бегунок катится по траектории с большим радиусом полуокружности, который равен наибольшей полуоси полуэллипса, и возбужденная там центробежная сила по инерции вдавливает бегунок в поверхность беговой дорожки при уменьшении радиуса вращения в зоне полуэллипса,не давая ему проскальзывать (Ермилов А.Б. Условия движения инерционного бегунка асимметричного планетарного вибровозбудителя // Моделирование и интенсификация рабочих процессов дорожных машин. Сб. науч. тр. - МАДИ. М. 1985., с.94-103). Именно начало беговой дорожки в виде дуги полуэллипса при вращении по ней бегунка является наиболее критической зоной, в которой возможно проскальзывание инерционного бегунка по поверхности беговой дорожки. И именно на этом участке движения инерционного бегунка центробежной силой от предыдущего движения по круглой беговой дорожке это проскальзывание гасится при уменьшении радиуса беговой дорожки. После прохождения дуги 025 (Ермилов А.Б.,Дудкин М.В. Определение граничных условий проскальзывания инерционного бегунка асимметричного планетарного вибровозбудителя. М МАДИ, 1988., с.9. Деп. В ЦНИИТЭстроймаш,86-сд 88) совместное действие кориолисовых и центробежных сил выполняет полезную работу,генерируя направленную вынуждающую силу гораздо большей величины, чем при движении по участку с круглей цилиндрической беговой дорожкой. Вероятно, существуют какие-то критические параметры исполнения планетарного вибровозбудителя,при которых возможен незначительный юз и проскальзывание инерционного бегунка по поверхности беговой дорожки, но это проскальзывание не окажет существенного влияния на общую картину возбуждения направленной вынуждающей силы и им можно пренебречь. Использование комбинированной беговой дорожки, выполненной в форме соединенных посредством сплайнов полуэллипса и полуокружности, позволяет без дополнительных устройств получить вибровозбудитель с направленной вынуждающей силой, исключить проскальзывание бегунка 2 на всех участках траектории его движения, обеспечивая полную передачу на беговую дорожку направленной вынуждающей силы без потерь энергии на проскальзывание бегунка по беговой дорожке, а на участке в виде полуэллипса за счет совместного действия кориолисовых и центробежных сил достигать импульса наибольшей величины. За счет предотвращения проскальзывания в зоне беговой дорожки в форме полуэллипса и его отсутствия в зоне беговой дорожки в форме полуокружности уменьшается момент сопротивления вращению водила и энергомкость привода предлагаемого вибровозбудителя,уменьшается абразивный износ и теплонапряженность бегунка и беговой дорожки,что увеличивает наджность и долговечность вибровозбудителя, а передаваемая полностью на беговую дорожку вынуждающая сила значительно повышает эффективность и область применения планетарного вибровозбудителя. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Планетарный вибровозбудитель, содержащий корпус с беговой дорожкой, взаимодействующий с ней бегунок, подвижно соединенный с ним водило,отличающийся тем, что беговая дорожка выполнена в виде тела, периметр которого образован полуэллипсом и полуокружностью с общим центром вращения.