УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ
DEVICE FOR VIBRATION EXCITATION

Предлагаемое устройство относится к вибрационной технике и может применяться для возбуждения механических колебаний. Наиболее эффективно применение предлагаемого изобретения для возбуждения сейсмических колебаний при использовании малой потребляемой мощности питания устройства.
Известно устройство для возбуждения колебаний, содержащее электродвигатель, на валу которого расположено колесо, соприкасающееся с рейкой. Причем обод колеса выполнен в виде разомкнутого по наружной поверхности магнитопровода с обмоткой возбуждения, а рейка выполнена из магнитного материала (см. патент РФ №2024329, опубл. 15.12.94 Бюл. №23). Однако данным устройством невозможно получить колебания значительной мощности при незначительной мощности энергии питания устройства.
Известны устройства для возбуждения колебаний, в которых используется изменение статического момента применением выдвижных дебалансов, смонтированных на приводном валу (см. патент РФ №2184623, опубл. 10.07.2002 Бюл. №19). Однако данные устройства имеют сложную конструкцию и управление, а также не обеспечивают вертикальную направленность колебаний и требуют значительной мощности питания.
Известно устройство для возбуждения колебаний (см. патент РФ №2204444, опубл. 20.05.2003 Бюл. №14), 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. Недостатками данного устройства являются низкая стабильность возбуждаемых колебаний, невысокая энергия создаваемых колебаний.
Наиболее близким из аналогов является устройство для возбуждения колебаний (см. рекламный проспект фирмы Magal (Израиль)), содержащее ударник, установленный на крестообразных направляющих. На ударнике закреплен толкатель, взаимодействующий с рабочей поверхностью на торце кулачка, установленного в корпусе устройства вокруг ударника. Крестообразным направляющим сообщается вращательное движение мотор-редуктором. При этом толкатель, перемещаясь по поверхности кулачка, поднимает ударник, запасая в нем потенциальную энергию. В конце хода происходит разъединение кулачка и толкателя. Ударник совершает свободное падение. В результате силового взаимодействия ударника с наковальней возбуждаются ударные механические колебания.
В данном устройстве ударник отводится от наковальни, совершая вращательное движение и затрачивая дополнительную энергию на преодоление его момента инерции вокруг оси вращения, что снижает КПД устройства. Высокие энергозатраты при его практическом применении связаны также с отсутствием настройки, возможности автоматической регулировки величины требуемых энергетических характеристик механических колебаний. Кроме этого расположение ударника вокруг направляющих приводит к его неоптимальному силовому взаимодействию с наковальней в момент удара, так как соударение осуществляется по поверхности, что не позволяет передать запасенную ударником потенциальную энергию в максимально возможную энергию механических колебаний.
Задачей предлагаемого изобретения является энергосбережение, повышение стабильности и обеспечение регулировки величины энергии создаваемых устройством колебаний в вертикальном направлении при использовании невысокой мощности источника питания.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом устройстве для возбуждения механических колебаний, включающем ударник, установленный на направляющих с возможностью силового взаимодействия с наковальней и связанный с валом мотор-редуктора приводным кулачковым механизмом барабанного типа с толкателем, установленным на ударнике и взаимодействующим с рабочей поверхностью на торце кулачка, ударник выполнен с возможностью линейного перемещения и имеет центральную полость, внутри которой установлен кулачок, соединенный с валом мотор-редуктора через обгонную муфту.
Толкатель может быть установлен с возможностью изменения его положения вдоль оси перемещения ударника. Кроме этого толкатель может быть подпружинен в сторону наковальни и выполнен с возможностью его перемещения кулачком, на котором дополнительно установлены упоры, ограничивающие ход толкателя.
Пример реализации предлагаемого устройства показан на фиг.1.
Устройство состоит из корпуса 1, мотор-редуктора 2, обгонной муфты 3, выходного вала 4 привода, кулачка 5, направляющих 6, ударника 7, наковальни 8, бойка 9 и толкателя 10. На корпусе 1 закреплен приводной механизм, состоящий из мотор-редуктора 2 и обгонной муфты 3. На выходном валу 4 закреплен кулачок 5. Ударник 7 установлен на направляющих 6 с возможностью линейного перемещения и силового взаимодействия через боек 9 с наковальней 8. Кроме этого на ударнике 7 закреплен толкатель 10, взаимодействующий с рабочей поверхностью на торце кулачка 5.
Возможен вариант (фиг.2) выполнения толкателя 10, когда он выполняется подпружиненным в сторону наковальни 8 с возможностью перемещения его кулачком 5. Его ход ограничивает упор 11, установленный на ударнике 7.
Устройство работает следующим образом. В исходном положении (фиг.1, поз.а) толкатель 10 зафиксирован на ударнике 7 и не контактирует с рабочей поверхностью на торце кулачка 5. Ударник 7 занимает крайнее нижнее положение и упирается бойком 9 в наковальню 8.
По команде на возбуждение механических колебаний включается мотор-редуктор 2, создавая вращательное движение кулачка 5 по часовой стреле. Взаимодействие толкателя 10 с рабочей поверхностью на торце кулачка 5 приводит к линейному перемещению ударника 7 по направляющим 6 относительно наковальни 8 (фиг.1, поз. б). После прохождения толкателем 10 крайнего верхнего положения на кулачке 5 срабатывает обгонная муфта 3, дополнительно поворачивается кулачок 5 по часовой стрелке, и толкатель 10 отсоединяется от рабочей поверхности на торце кулачка 5. Ударник 7 совершает свободное падение (фиг.1, поз. в) и ударяет бойком 9 по наковальне 8, возбуждая механические колебания.
Приведенное описание устройства предлагаемого изобретения является примером его реализации. Возможны варианты выполнения устройства для возбуждения колебания в зависимости от необходимости регулировки величины требуемых энергетических характеристик механических колебаний (фиг.2).
При этом устройство работает следующим образом. В исходном положении (фиг.2, поз.а) толкатель 10 не зафиксирован на ударнике 7, занимает крайнее нижнее положение относительно ударника 7 и не контактирует с рабочей поверхностью на торце кулачка 5. Ударник 7 занимает крайнее нижнее положение и упирается бойком 9 в наковальню 8.
По команде на возбуждение механических колебаний включается мотор-редуктор 2, создавая вращательное движение кулачка 5 по часовой стреле. Взаимодействие толкателя 10 с рабочей поверхностью на торце кулачка 5 приводит к изменению положения толкателя 10 относительно ударника 7. Толкатель 10 перемещается кулачком 5 вверх, а ударник 7 остается неподвижным. Позиционирование толкателя 10 на упоре 11 в дальнейшем приводит к перемещению ударника 7 по направляющим 6 относительно наковальни 8 (фиг.2, поз. б). После прохождения толкателем 10 крайнего верхнего положения на кулачке 5 срабатывает обгонная муфта 3, дополнительно поворачивается кулачок 5 по часовой стрелке, и толкатель 10 отсоединяется от рабочей поверхности на торце кулачка 5. Ударник 7 совершает свободное падение (фиг.2, поз. в) и ударяет бойком 9 по наковальне 8, возбуждая механические колебания.
Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с известными обладает следующими преимуществами:
- устранение вращательного движения ударника в процессе накопления потенциальной энергии и в момент возбуждения им механических колебаний снижает энергозатраты устройства и повышает стабильность характеристик возбуждаемых волн;
- повышение эффективности работы предлагаемого устройства обеспечивается введением бойка с его оптимальными параметрами по энергопередаче при силовом взаимодействии с наковальней;
- реализация настройки, возможность автоматической регулировки величины требуемых энергетических характеристик механических колебаний расширяет универсальность устройства при его практическом применении.
В лабораторных условиях на кафедре автоматизации производственных процессов ВлГУ и производственных условиях ФГУП НИИ «АТОЛЛ» проводились испытания промышленного образца предлагаемого устройства (фиг.3).
Натурные испытания подтвердили простоту конструкции, системы управления, эффективность технического решения.
На фиг.4 показано устройство для возбуждения колебаний фирмы Magal (прототип).