УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Полезная модель относится к устройствам для получения и возбуждения колебаний широкого спектра частот и амплитуд и может быть использовано, в промышленном и гражданском строительстве, вибрационных машинах, применяемых в строительстве, транспорте, металлообработке, станкостроении, горной и других отраслях промышленности, где используется вибрация, а также в машиностроении и других отраслях техники.
Из существующего уровня техники известно устройство для возбуждения колебаний, содержащее цилиндрический корпус с беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный на оси корпуса, и водило, жестко закрепленное на приводном валу и снабженное охватывающими шарик лепестками (US 2829529 A).
Известно устройство, выполненное в виде закрепленного на металлоконструкции цилиндрического корпуса с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком вала и привода, установленного на оси корпуса и жестко закрепленного на приводном валу водила, выполненного в виде стержня с элементом для точечного контакта с шариком (SU №656673).
Недостатками данного технического решения являются невозможность получения широкого спектра частот и амплитуд возбуждаемых колебаний и относительно невысокая надежность устройства в процессе эксплуатации, обусловленная точечным контактом элемента с шариком, который не может осуществляться длительное время вследствие того, что возникающая сила трения скольжения приводит к быстрому износу шарика и водила и преждевременному разрушению устройства в целом.
Также известно устройство, содержащее ударник, выполненный в виде шарика, установленного внутри корпуса и перемещаемого водилом, выполненным в виде стержня. Шарику в результате поворота водила сообщается энергия, что приводит к силовым взаимодействиям ударника с корпусом и возникновению колебаний (RU №2204444, кл. B06B 1/16, 2003 г., бюл. №14).
Недостатками данного устройства являются недостаточно широкий диапазон частот, амплитуд возбуждаемых колебаний, а также низкая стабильность возбуждаемых колебаний и невысокая энергия создаваемых колебаний.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство для возбуждения колебаний, содержащее цилиндрический корпус с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный перпендикулярно оси корпуса, и водило, выполненное в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники, при этом диаметры шарика и внешней обоймы шарикоподшипника водила находятся в соотношении 2:1 (RU №2275971).
Недостатками данного технического решения является то, что возбуждение высокочастотных режимов работы сопровождается относительно большими амплитудами колебаний объекта, к которому приложено воздействие и, как следствие, колебаниями устройства. При колебаниях устройства и действующей силы тяжести шаров, их трения, Данная особенность может привести к срыву возбуждаемых колебаний, неустойчивой работе устройства и быстрому износу деталей устройства - водила, шарикоподшипников (Прочность. Устойчивость. Колебания. Справочник. М.: Машиностроение. 1968. - Т. 3. 567 с).
Задачей, на решение которой направлено заявленная полезная модель является создание устройства, позволяющее стабильно возбуждать колебания широкого спектра частот и амплитуд.
Техническим результатом является получение устройством широкого спектра частот и амплитуд возбуждаемых колебаний при высокой стабильности и устойчивости работы.
Описанные выше устройства, в частности, RU №2275971, не позволяет достичь заявленного технического результата, поскольку при получении высокочастотных колебаний скорость вращения вала может быть настолько мала, что шары, при определенном расположении устройства, и под действием собственной силы тяжести будут отрываться от обкатываемой шарами площадки, в круговой цилиндрической оболочке. Кроме того, при получении высокочастотных и низкочастотных колебаний, вибрации устройства будут создавать определенные помехи, срывы колебаний, возникающие, вследствие, удара шаров о вращающий стержень или вследствие отрыва шаров от обкатываемой поверхности, что приведет к неустойчивой работе устройства.
Новизна предложенного технического решения заключается в том, что к стержню крепится несколько грузов различного веса одновременно, что позволяет получить широкий спектр частот колебаний. Теоретическое обоснование данной возможности см. в «Прочность. Устойчивость; Колебания». Справочник. М.: Машиностроение. 1968. - Т. 3. 567 с. и др. Кроме того, груза крепится к стержню жестко, что позволяет возбуждать и высокочастотные колебания с большими амплитудами при высокой стабильности и устойчивости работы устройства.
Устройство полезной модели приведено на фиг., где
1 - корпус устройства;
2 - электропривод;
3 - вал;
4 - стержень;
5- груз;
6 - волновод;
7 - конструкция, у которой необходимо вызвать механические колебания.
Устройство выполнено в виде закрепленного на некоторой конструкции 7 через волновод 6 корпуса устройства 1. Корпус 1 выполнен в виде замкнутой круговой цилиндрической оболочки, которая соединена с электроприводом 2. Электропривод может быть любой мощности, а также с функцией регулировки мощности. Внутри электропривода 2 расположен вращающийся вал 3, который проникает в корпус устройства 1 и приводит в движение стержень 4. На стержень 4 крепятся груза 5, которые могут быть прикреплены в любой точке вдоль всей длины стержня 4. Работает устройство следующим образом.
Включение электропривода 2 приводит в движение вал 3, который в свою очередь вращает жестко закрепленный к нему стержень 4, к которому прикреплены груза 5. Центробежные силы, создаваемые вращением стержня 4 с грузами 5 возбуждают в цилиндрическом корпусе 1 колебания широкого спектра частот и амплитуд, которые через волновод 6 передаются на конструкцию, в которой необходимо вызвать колебания.
8 ФГБОУ ВПО «КнАГТУ» (г. Комсомольск-на-Амуре) созданы и протестированы два устройства. Сущность первого устройства аналогична RU №2275971. А второе устройство - заявленное в настоящей полезной модели.
В результате эксперимента выявлено, что устройство, аналогичное RU №2275971 стабильно работает только при относительно больших оборотах вала, что позволяет генерировать высокочастотные колебания. При низких оборотах слышны удары и вибропреобразователем ВС 110 было зафиксировано повышение частоты. Это обусловлено ударом шаров о стержень или корпус устройства в процессе их падения внутри оболочки.
Кроме того, отношение масс шариков 2:1 не позволяет при таких условиях получить широкий частотный спектр.
Устройство, выполненное на основании заявленного технического решения при высоких и низких оборотах работает стабильно. То есть не наблюдается срывов колебаний и скачков частотного спектра, которые контролировались и фиксировались специальным измерительным прибором - вибропреобразователь ВС 110.
Предлагаемое техническое решение позволяет получить широкий спектр частот и амплитуд возбуждаемых колебаний при высокой стабильности и устойчивости работы устройства.