ОДНОВАЛЬНЫЙ ПЛАНЕТАРНЫЙ ВИБРАТОР НАПРАВЛЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ
SINGLE-SHAFT PLANETARY VIBRATOR OF DIRECTIONAL OSCILLATIONS

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к устройствам для получения направленных механических колебаний и может использоваться в грохотах, в вибропогружателях, в вибротранспортёрах, в виброкатках.
Известно техническое решение «Способ получения направленных механических колебаний и устройство для его осуществления» (патент на изобретение RU 2381078 C2, В06В 1/00, от 10.02.2010 Бюл. №4) устройство для получения направленных механических колебаний выполнено в виде зубчато-планетарного механизма. Задачей данного изобретения является получение стабильных направленных колебаний.
Устройство для получения направленных механических колебаний в виде зубчато-планетарного вибровозбудителя содержит корпус с коронной шестерней (опорным центральным колесом внутреннего зацепления), водило и сателлит с закрепленным на нем инерционным элементом, а также находящиеся во взаимном контакте ролики и беговые дорожки, диаметры которых равны диаметрам длительных окружностей, соответственно соединенных с ними, сателлита и коронной шестерни.
Недостатком такого устройства является невысокая производительность, что связано со сложностью изменения направления колебаний: горизонтальное, вертикальное, наклонное под углом, ввиду необходимости частичной его разборки для поворота венца коронного колеса и сателлита внутри корпуса вибратора, кроме того, изменение формы направленных колебаний возможно произвести только после полной разборки устройства путем замены коронной шестерни, роликов и беговых дорожек с другим соотношением диаметров.
Известен одновальный планетарный вибратор направленных колебаний (RU 2515336 C2, В06В 1/00, 10.05.2014 Бюл. №13), для получения стабильно направленных механических колебаний в виде зубчато-планетарного вибровозбудителя, выбранный в качестве прототипа.
Техническое решение выполнено в виде зубчато-планетарного вибровозбудителя, содержит корпус и кассету, содержащую коронную шестерню, водило и сателлит, с закрепленным на нем инерционным элементом (дебалансом), а также находящиеся во взаимном контакте ролики и беговые дорожки. Причем кассета имеет возможность поворота относительно корпуса вокруг оси, совпадающей с осью коронной шестерни и соединенной с ней беговой дорожки с помощью поворотного элемента и фиксации в корпусе с помощью стопора. Для изменения направления колебаний необходимо развернуть кассету на нужный угол с помощью поворотного элемента, предварительно освободив стопор кассеты.
С существенными признаками прототипа совпадает следующая совокупность признаков предложенного изобретения: одновальный планетарный вибратор направленных колебаний, выполненный в виде зубчато-планетарного вибровозбудителя. Вибровозбудитель, содержащий цилиндрический корпус содержит кассету. Кассета, включающая вибрационный механизм, имеет поворотное устройство для установки ее в исходное положение, посредствам фиксирования положения кассеты в корпусе. Также планетарный механизм, состоящий из двух последовательно зеркально установленных планетарных узлов, в каждый из которых входит коронное зубчатое колесо с сателлитом и беговая дорожка с опорным роликом, соединённые между собой общей осью сателлитов, на которой в средней её части, между последовательно установленными планетарными узлами закреплён инерционный элемент - дебаланс в виде цилиндра, с центром масс смещённым относительно оси сателлитов на величину радиуса сателлита в сторону контакта диаметров делительных окружностей коронного колеса и сателлита, а водило с планетарным механизмом образуют вибрационный механизм.
Недостатками данной конструкции является ограниченные функциональные возможности для получения нескольких различных значений величины вынуждающей силы. Для получения иной величины вынуждающей силы необходимо демонтировать кассету из корпуса, демонтировать ось с сателлитами, опорными роликами и дебаланс, установленный между сателлитами, произвести замену дебаланса и вновь выполнять сборку вибратора, изменив массу или радиус смещения центра массы дебаланса, эксцентриситет.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей одноступенчатого планетарного вибратора направленного действия, путем обеспечения возможности получения различных значений вынуждающей силы, за счет:
- обеспечение возможности изменения массы дебаланса вибрационного устройства без разборки узла вибрационного вала;
- изменения величины радиуса смещения центра массы колеблющейся системы вибрационного устройства без разборки узла вибрационного вала;
- получения не только траектории направленных колебаний центра массы колебательной системы вдоль прямой линии, но и получение траекторий типа гипоциклоиды и гипотрохоиды.
Поставленная задача достигается тем, что одновальный планетарный вибратор направленных колебаний, выполненный в виде зубчато-планетарного вибровозбудителя, содержит цилиндрический корпус, с кассетой. Кассета включает в себя вибрационный механизм, поворотное устройство для установки кассеты в исходное положение, средство фиксирования положения кассеты в корпусе. Планетарный механизм, состоящий из двух последовательно установленных зеркально планетарных узлов, в каждый из которых входит коронное зубчатое колесо с сателлитом и беговая дорожка с опорным роликом, соединённых между собой общей осью сателлитов, на которой в средней её части, между последовательно установленными планетарными узлами закреплён инерционный элемент - дебаланс. Дебаланс выполнен в виде цилиндра, с центром массы смещённым относительно оси сателлитов на величину радиуса сателлита в сторону контакта диаметров делительных окружностей коронного колеса и сателлита, а водило с планетарным механизмом образуют вибрационный механизм.
При этом в предложенном решении ось сателлитов в средней своей части между последовательно установленными планетарными узлами выполнена в виде П-образной рамки, имеющей две стойки и мост соединяющий стойки в верхней части, внешние поверхности стоек в нижней своей части образуют неразъёмное соединение с обоими планетарными узлами, а мост имеет продольный клинообразный паз сквозной в вертикальной плоскости.
Ось сателлитов состоит из трёх функциональных частей, двух крайних, левой и правой, планетарных узлов аналогичной конструкции, установленных зеркально и состоящих из сателлита и опорного ролика, что обеспечивает симметричную нагрузку на детали и узлы вибратора. Между планетарными узлами расположена П-образная рамка, имеющая две стойки и мост соединяющий стойки в верхней части. Мост соединяет вертикальные стойки в верхней части П-образной рамки. Внешние стороны стоек в нижней своей части образуют неразъёмное соединение с обоими планетарными узлами. Мост выполнен в виде пластины. В средней части моста имеется продольный паз клинообразный и сквозной в вертикальной плоскости, который предназначен для установки сменного дополнительного инерционного тела, Установленное сменное инерционное тело позволяет при замене изменять массу и эксцентриситет дебаланса и это обеспечивается без разбора вибрационного механизма.
Стенки и мост П-образной рамки составляют предварительную, первичную, массу дебаланса -  -. В продольный клинообразный паз сквозной в вертикальной плоскости моста П-образной рамки с коническими боковыми поверхностями может быть установлена сменное дополнительное инерционное тело, с различной по величине, инерционной массой -  -. Общая масса дебаланса -  - является в этом составной: . При необходимости, конструкция позволяет производить замену дополнительной инерционной массы и обеспечивать изменение общей массы дебаланса. Смена дополнительной инерционного тела массы дебаланса осуществляется путём извлечения её из продольного клинообразного паза сквозного в вертикальной плоскости моста со своего посадочного места, образованного коническими боковыми и торцевыми прямолинейными поверхностями. При изменении массы дополнительного инерционного тела это позволяет изменять величину эксцентриситета дебаланса. Это, в свою очередь, позволяет получать три разных значения эксцентриситета дебаланса: штатное , когда эксцентриситет дебаланса по величине равен радиусу сателлита и траектория колебаний соответствует направленным вдоль прямой линии; , когда эксцентриситет дебаланса по величине больше радиуса сателлита и траектория колебаний соответствует удлинённой ветви гипотрохоиды; , когда эксцентриситет дебаланса по величине меньше радиуса сателлита и траектория колебаний соответствует укороченной ветви гипотрохоиды.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет расширить функциональные возможности за счет технических результатов, выражающиеся в обеспечение возможности изменения массы дебаланса, в изменении величины радиуса смещения центра масс, в получении траектории не только вдоль прямой, но траектория типа гипоциклоиды и гипотрохоиды, в получении различных значений вынуждающей силы.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема одновального планетарного вибратора направленных колебаний;
На фиг. 2 - ось сателлитов без дополнительной инерционной массы, вид сбоку;
На фиг. 3 - ось сателлита без дополнительной инерционной массы, вид Б, с фиг. 2;
На фиг. 4 - ось сателлита без дополнительной инерционной массы, вид В, с фиг. 2;
На фиг. 5 - ось сателлита без дополнительной инерционной массы, разрез А- А с фиг. 2;
На фиг. 6 - ось сателлита с дополнительной инерционной массой дебаланса;
На фиг. 7 - ось сателлита с дополнительной инерционной массы, разрез Г-Г (на фиг. 6);
На фиг. 8 - схема положений дебаланса с дополнительным инерционным телом в противоположных стадиях периода колебаний.
Одновальный планетарный вибратор направленных колебаний (фиг. 1), содержит цилиндрический корпус 1 с передней 2 и задней 3 крышками. В корпусе 1 размещена кассета 4, во внутренней части которой расположен вибрационный механизм 5, поворотное устройство 6 для установки кассеты в исходное положение, средство фиксирования 7 положения кассеты в корпусе, например, винтовые стопоры, расположенные в два ряда в непосредственной близости к крышкам по три штуки через 120°. Вращение осуществляется через приводной вал 8. Внутри установленной кассеты 4 размещен планетарный механизм 9, который состоит из двух последовательно, зеркально установленных планетарных узлов 10 и 11. В каждый из установленных планетарных узлов 10 и 11 входит коронное зубчатое колесо 12 с сателлитом 13 и беговая дорожка 14 с опорным роликом 15, соединенные между собой общей осью 16 сателлитов 13. В средней части кассеты 4, между последовательно установленными планетарными узлами 10 и 11, закреплен инерционный элемент - дебаланс 17, с центром массы 18. Водило 19 с осью 16 сателлитов 13 образуют вибрационный механизм 5.
Ось 16 сателлитов 13 в средней своей части между последовательно установленными планетарными узлами 10 и 11, выполнена в виде П- образной рамки, имеющей две стойки 20 и 21 и мост 22 соединяющий стойки в верхней части. Внешние стороны стоек 20, 21 в нижней своей части образуют неразъёмное соединение с соответствующими планетарными узлами 10 и 11, а мост 22 имеет продольный клинообразный паз 23 сквозной в вертикальной плоскости (фиг. 3) для установки дополнительного инерционного тела 24.
Для получения направленных колебаний, например, вдоль вертикальной оси, (фиг. 2), центр масс 18 всегда должен находиться от геометрической оси 25 оси 16 сателлитов 13, (фиг. 3), на расстоянии равном радиусу сателлита, . Продольный клинообразный паз 23 в мосту 22 располагается вдоль оси сателлитов 25, (фиг. 4). Продольный клинообразный паз 23 образован боковыми продольными и боковыми поперечными плоскостями, причём, боковые продольные плоскости образуют клиновой паз с малым углом α равный (0÷5)⁰, (фиг. 5), в который устанавливается посадочный хвостовик дополнительного инерционного тела 24, (фиг. 6 и фиг 7). Конструкция паза 23 для крепления дополнительного инерционного тела 24 обеспечивает: в течение всего периода колебаний возникновение вынуждающей силы, которая направлена на обеспечение заклинивание в продольном клинообразном пазе 23 моста 22, (фиг. 8).
Одновальный планетарный вибратор направленных колебаний работает следующим образом.
На этапе подготовки к работе производится сборка основных узлов. В корпусе 1 устанавливается кассета 4, с вибрационным механизмом 5 и крышками 2 и 3. Кассета 4 устанавливается в начальное положение, которое определяется в зависимости от выбора направления линии действия вынуждающей силы с помощью поворотного устройства 6. Например, для забивания свай начальным положением считается . После этого, кассета 4 в корпусе 1 фиксируется стопорами 7. Через технологическое окно 26 в мост 22, который имеет клинообразный паз 23 сквозной в вертикальной плоскости устанавливается дополнительное инерционное тело 24. При подаче вращающего момента от приводного вала 8 на водило 19 и ось 16 сателлитов 13 планетарные механизмы 9, входящие в планетарные узлы 10 и 11, посредством сателлитов 13 и опорных роликов 15 начинают обкатываться по коронным шестерням 12 и 14. Находящийся в средней части оси 16 сателлитов 13 дебаланс 17 с центром масс 18 начинает вращаться вокруг геометрической оси 25 оси 16 сателлитов 13, (фиг. 2). За счет такого вращения получается вынуждающая сила в вертикальном направлении. При необходимости изменения величины вынуждающей силы, измененной массы и эксцентриситета центра масс, при выключенном приводе, без демонтажа через технологическое окно 26, выполненное в корпусе 1, удаляется дополнительное инерционное тело 24 и на тоже место устанавливается другое инерционное тело с другой массой и другим радиусом центра масс.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет без разборки кассеты выполнять изменение двух параметров планетарного вибратора: массу дебаланса и эксцентриситет дебаланса, т.е. расстояния центра массы до оси вращения. Это позволяет изменять, в такой конструкции, величину вынуждающей силы, которая определяется выражением:
где  - масса дебаланса, кг;  - эксцентриситет центра массы, см;  - угловая скорость центра массы дебаланса, рад/с;  - циклическая частота, показывающая, на сколько радиан изменяется фаза колебания за 1 с, рад/с;  - изменение текущего времени, в пределах периода колебаний, с.