ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ВИБРАТОР

Техническое решение относится к вибротехнике и может быть использовано в горном деле, стройиндустрии в качестве привода вибропитателей, для формования бетонных смесей, уплотнения материалов и в других отраслях промышленности в технологических процессах с использованием вибрации.
Известен вибратор, преимущественно для вибробурового станка, по авт.св. СССР №655821, кл. E21C 1/00, B25G 27/22, опубл. в БИ №13, 1979 г., включающий корпус, ударник и, по меньшей мере, одну манжету-клапан, установленную с возможностью периодического прилегания к элементу герметизации и образования герметизированной силовой камеры, при этом вибратор снабжен, по меньшей мере, одной уплотнительной манжетой, образующей с манжетой-клапаном выхлопную полость, которая постоянно сообщена с буровым ставом, например, посредством трубопровода (рукава).
Недостатком конструкции является низкая надежность манжеты-клапана, обусловленная высокой концентрацией напряжения в момент кромочного удара во время герметизации силовой камеры, возникающего в результате крутильных колебаний ударника вокруг диаметральной оси вследствие свободной его посадки, и невозможность работы устройства при другой ориентации в пространстве вследствие отсутствия связи ударника с корпусом.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является пневматический вировозбудитель по пат. РФ №65878, кл. B65G 27/22, опубл. в БИ №24, 2007 г., включающий корпус, ударник, манжету-клапан с выхлопными отверстиями, образующую с корпусом герметичную силовую камеру, при этом между манжетой-клапаном и ударником размещен, по меньшей мере, один выхлопной клапан с выхлопными отверстиями, расположенными соосно выхлопным отверстиям манжеты-клапана.
Недостатком конструкции, как и в предыдущем аналоге, является низкая надежность манжеты-клапана, обусловленная высокой концентрацией напряжения в момент кромочного удара в конце обратного хода ударника и герметизации силовой камеры, возникающего в результате его крутильных колебаний вокруг диаметральной оси вследствие свободной его посадки, и невозможность работы устройства при другой ориентации в пространстве, кроме вертикальной, вследствие отсутствия связи ударника с корпусом.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение надежности пневматического вибратора и расширение его технологических возможностей за счет центрирования оси ударника относительно корпуса, устраняющего крутильные колебания ударника вокруг его диаметральной оси.
Поставленная задача достигается за счет того, что в пневматическом вибраторе, включающем корпус, ударник, манжету-клапан с выхлопными отверстиями, образующую с корпусом герметичную силовую камеру, и выхлопной клапан, установленный между ударником и манжетой-клапаном, с выхлопными отверстиями, расположенными соосно выхлопным отверстиям манжеты-клапана, согласно техническому решению ударник связан с корпусом, по крайней мере, двумя упругими подвесками, выполненными в виде плоских колец.
Предложенное техническое решение дает возможность повысить надежность пневматического вибратора, т.к. ось ударника центрируется относительно корпуса, что исключает крутильные колебания ударника вокруг диаметральной оси, и в момент герметизации силовой камеры торцовая поверхность ударника соприкасается с манжетой-клапаном по кольцевой поверхности. Поэтому усилия, останавливающие обратный ход ударника, распределяются равномерно по соприкасающейся кольцевой поверхности манжеты-клапана. Соответственно, напряжения в манжете-клапане распределяются равномерно и, следовательно, исключается высокая их концентрация и быстрое точечное разрушение манжеты-клапана. Наличие указанной связи ударника с корпусом обеспечивает колебания ударника только в осевом направлении соосно с корпусом. Устойчивый режим работы пневматического вибратора не зависит от его ориентации в пространстве, т.к. упругие подвески исключают радиальные перемещения ударника относительно корпуса при любых его отклонениях от вертикальной оси, что значительно расширяет технологические возможности пневматического вибратора.
Целесообразно упругие подвески, манжету-клапан и выхлопной клапан изготовить из конвейерной ленты. Это дает указанным элементам сочетание прочности, упругости и жесткости, обеспечивающее надежное центрирование ударника при любой ориентации пневматического вибратора в пространстве при сохранении подвижности ударника в осевом направлении.
Целесообразно между корпусом и ударником с противоположной стороны от силовой камеры установить упругий элемент, например, пружину. Это обеспечивает первоначальную герметизацию силовой камеры в исходном положении при любой ориентации пневматического вибратоpa в пространстве и гарантирует надежный его запуск, и более энергичное движение ударника во время обратного хода.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения пневматического вибратора и чертежами фиг.1, 2. На фиг.1 представлен пневматический вибратор в исходном положении с герметизированной силовой камерой - продольный разрез, на фиг.2 - пневматический вибратор при разгерметизированной силовой камере в период выхлопа - продольный разрез.
Пневматический вибратор содержит корпус 1 (фиг.1, 2), ударник 2, манжету-клапан 3, выхлопной клапан 4, установленный между ударником и манжетой клапаном. В манжете-клапане 3, изготовленной из конвейерной ленты, выполнены выхлопные отверстия 5, соосно которым в выхлопном клапане 4, изготовленном из конвейерной ленты, выполнены выхлопные отверстия 6. Ударник 2 связан с корпусом 1, по крайней мере, двумя упругими подвесками 7 и 8, выполненными в виде плоских колец из конвейерной ленты. В корпусе 1 имеются выхлопные отверстия 9, которыми полость 10, образованная корпусом 1 и упругой подвеской 7, сообщена с атмосферой. Для первоначальной герметизации силовой камеры 11, образованной основанием корпуса 1 и манжетой-клапаном 3, и более энергичного движения ударника 2 во время обратного хода между ним и корпусом 1 с противоположной стороны от силовой камеры 11 может быть установлен упругий элемент, например, пружина 12. Подвод энергоносителя (сжатого воздуха) в силовую камеру 11 осуществляется через патрубок 13. Пневматический вибратор работает следующим образом. Сжатый воздух, поступая по патрубку 13 (фиг.1) в герметизированную силовую камеру 11 и воздействуя через манжету-клапан 3 и выхлопной клапан 4 на ударник 2, перемещает его из исходного положения с ускорением вверх относительно корпуса 1 - совершается прямой ход ударника 2. Накопленная кинетическая энергия прямого хода в ударнике 2 расходуется на сжатие пружины 12 и одновременно на вытягивание упругих подвесок 7 и 8 из плоских колец в конусы (фиг.2). Происходит преобразование кинетической энергии ударника 2 в потенциальную энергию пружины 12, упругих подвесок 7, 8. При движении ударника 2 вверх манжета-клапан 3 также вытягивается в конус (фиг.2) и в ней тоже накапливается потенциальная энергия. Во время прямого хода ударника 2 реактивные силы от действия сжатой пружины 12, растянутых в конус упругих подвесок 7, 8 и манжеты-клапана 3 воздействуют на корпус 1 пневматического вибратора и, соответственно, на устройство, на котором он закреплен. При движении ударника 2 вверх происходит разгерметизация силовой камеры 11. Выхлопные отверстия 5 манжеты-клапана 3 и выхлопные отверстия 6 выхлопного клапана 4 открываются и сжатый воздух из силовой камеры 11 (по стрелкам на фиг.2) через выхлопные отверстия 5 и 6 выхлопывается в полость 10, которая выполняет функции глушителя, и далее через выхлопные отверстия 9 в атмосферу.
Во время обратного хода ударника 2 потенциальная энергия, накопленная в пружине 12, упругих подвесках 7, 8 и манжете-клапане 3, высвобождается и ударник 2 начинает с ускорением двигаться вниз, и в нем накапливается кинетическая энергия обратного хода. В конце обратного хода ударника 2 происходит герметизация силовой камеры 11, кинетическая энергия ударника 2 через манжету-клапан 3 и выхлопной клапан 4, и через воздушную подушку в силовой камере 11 реализуется в виде импульса силы по корпусу 1 и, соответственно, по устройству, на котором он закреплен.
Далее цикл работы пневматического вибратора повторяется.