ЗУБЧАТО-ПЛАНЕТАРНЫЙ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ

Полезная модель относится к вибрационной технике, а именно к устройствам для получения направленных механических колебаний с помощью зубчато-планетарных механизмов, и может найти применение в строительстве для погружения в грунт и извлечения из грунта свайных элементов (свай, свай-оболочек, шпунтов и т.п.).
Известен вибровозбудитель направленного действия по авторскому свидетельству СССР на изобретение (№103803, B06B 1/06, 1953). Он выполнен в виде планерного зубчатого механизма. Его корпус состоит из двух соосных центральных зубчатых колес с внутренним зацеплением, а ось двух шестерен (сателлитов) закреплена на вилке вала (водиле) с противовесом. Прямолинейно-направленная вынуждающая сила вызывается возвратно-поступательным движением груза (дебаланса), центр масс которого расположен на пересекающей делительные окружности двух шестерен (сателлитов) прямой, причем диаметр делительной окружности каждого сателлита равен половине диаметра делительной окружности двух центральных зубчатых колес. Недостатком известного вибровозбудителя является передача сил инерции через подшипники, что приводит к значительному увеличению на них нагрузки и сокращению их срока службы.
Этот недостаток устранен в устройстве направленных механических колебаний по патенту РФ на изобретение (RU 2381078, B06B 1/00, 27.06.2009), принятого за прототип. Устройство выполнено в виде зубчато-планетарного вибровозбудителя, который содержит корпус и размещенным в нем один виброгенератор, состоящий из двух одинаковых соосных центральных зубчатых колес с внутренним зацеплением; двух закрепленных на общем валу одинаковых сателлитов с диаметром делительной окружности, в целое число раз (2, 3, 4, …) меньше диаметра делительной окружности центральных зубчатых колес; двух опорных колес с диаметром, равным диаметру делительной окружности сателлитов; двух водил, одно из которых связано с приводным валом, а второе (опорное) оснащено общим противовесом; одного инерционного элемента (дебаланса), установленного на валу между опорными колесами с возможностью радиального фиксированного смещения. Этот известный вибровозбудитель обеспечивает движение центра масс инерционного элемента по гипоциклоиде при нахождении центра масс дебаланса (его проекции) на делительной окружности сателлитов (а при соотношении делительных окружностей центральных зубчатых колес и сателлитов, равным 2, гипоциклоида вырождается в прямую с формой механических колебаний, изменяемых по синусоидальному закону. Недостатком этого известного вибровозбудителя является невозможность создания асимметричной возбуждающей силы, что ограничивает эффективность применения, например, в качестве вдавливающих устройств, так как для создания односторонне направленных сил требуются значительные по массе привесы, чтобы компенсировать своим весом периодически возникающие направленные вверх возмущающие силы.
Задача полезной модели состояла в создании такого зубчато-планетарного вибровозбудителя, который позволит создать механические колебания с асимметричной возбуждающей силой значительных размеров.
Поставленная задача достигается тем что, предлагаемый зубчато-планетарный вибровозбудитель содержит корпус и размещенный в нем по крайней мере один виброгенератор, состоящий из двух одинаковых соосных центральных зубчатых колес внутреннего зацепления, двух закрепленных на общем валу одинаковых сателлитов с диаметром делительной окружности, в два раз меньше диаметра делительной окружности центральных зубчатых колес внутреннего зацепления, двух одинаковых опорных колес с диаметром, равным диаметру делительной окружности сателлитов, двух с противовесом водил, одно из которых связано с приводным валом, и размещенного между опорными колесами и зафиксированного на общем валу одного дебаланса, проекция центра масс которого находится на делительной окружностей сателлитов. Вибровозбудитель дополнительно снабжен несколькими виброгенераторами и размещенным в корпусе с приводом. Причем приводные валы виброгенераторов соединены с приводом через синхронизирующую зубчатую передачу внешнего зацепления с обеспечением отношения угловых скоростей приводных валов, представляющего натуральный ряд чисел от 1 до n (количества приводных валов), а дебалансы виброгенераторов установлены синфазно и имеют статические моменты, размеры которых уменьшаются в строну приводных валов с большими угловыми скоростями.
Для обеспечения симметричного распределения нагрузок противовесы половинной по размеру массы могут быть размещены на каждом из водил.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена кинематическая схема зубчато-планетарного вибровозбудителя, состоящего из трех виброгенераторов, а на фиг. 2 - разрез 1-1 на фиг. 1.
Зубчато-планетарный вибровозбудитель (фиг. 1) состоит из корпуса 1, n виброгенераторов 2, 3, 4 (в данном случае три), синхронизирующей зубчатой передачи 5 и привода 6.
Корпус 1 имеет две полости 7 и 8, разделенные вертикальной перегородкой 9, закрытые боковыми крышками 10 и 11 с крепежными винтами 12. На монтажных торцах 13 и 14 корпуса 1 выполнены резьбовые крепежными отверстия 15.
Виброгенераторы размещены в полости 7 корпуса 1 в один вертикальный ряд. Виброгененераторы 2, 3, 4 имеют одинаковую структуру и отличаются только размерами, поэтому достаточно рассмотреть один из них, например, первый (i=1).
1
1
1
Виброгенератор 2 состоит из следующих функциональных элементов: двух одинаковых соосных жестко связанных с корпусом 1 центральных зубчатых колес 16 внутреннего зацепления; двух закрепленных шлицевым соединением 17 на общем валу 18 одинаковых входящих во внутреннее зацепление с центральными зубчатыми колесами 16 сателлитов 19 с диаметром d делительной окружности (фиг. 2) в 2 раза меньше диаметра D делительной окружности центральных зубчатых колес 16; двух одинаковых опорных колес 20 с диаметром d, равным диаметру d делительной окружности сателлитов 19 (фиг. 2); одного установленного между опорными колесами 20 жестко связанного шлицевым соединением 21 с валом 18 дебаланса 22; двух водил 23, одно из которых связано с приводным валом 24, а второе через цилиндрический шарнир 25 связано с осью 26, зафиксированной в крышке 10 корпуса 1. Водила 23 оснащены каждый противовесами 27 половинной по размеру массы, необходимой для уравновешивания масс сателлитов 19, опорных колес 20 и вала 18.
1
Конструктивно центральные зубчатые колеса 16 (фиг. 2) могут быть выполнены в виде прямоугольного сечения с внутренними зубьями колец, соприкасающихся с параллельными валам 18 и 24 опорными концевыми 28 и промежуточными 29 элементами корпуса 1 и зафиксированных в корпусе 1 (непосредственно в перегородке 9 и с помощью поперечных элементов 30). Контактные элементы 31 для взаимодействия с опорными колесами 20 выполнены в виде колец прямоугольного сечения с отверстием диаметром D. Зубчатые колеса 16 и контактные элементы 31 размещены между опорными элементами 28 и 29 и зафиксированы в корпусе 1 винтами 32.
i
1
i
i
1
1
1
2
1
n
1
i
1
Синхронизирующая зубчатая передача 5 состоит из зубчатых колес 33, 34, 35 внешнего зацепления, причем она обеспечивает отношение угловых скоростей ω:ω сем вращения приводных валов 24 виброгенераторов 2, 3, 4, представляющего натуральный ряд чисел от 1 до n, где n - количество приводных валов 19 (при ω=i·ω и ω=1·ω, ω=2·ω, … ω=n·ω отношение ω:ω=1, 2, 3, …n).
i
i
i
1
1
2
2
n
n
i
i
i
В каждом виброгенераторе 2, 3, 4 (начиная со второго относительно первого) дебалансы 22 с массой m установлены на валах 18 синфазно (с углом фазы φ=0) и имеют моменты mr, размеры которых уменьшаются в сторону приводных валов с большей угловой скоростью, т.е. mr>mr>…>mr где эксцентриситет r= 0,5d, а d - диаметр делительной окружности сателлита 19.
Привод 6 включает шестерню 36, зафиксированную на валу 37, образующего цилиндрическую кинематическую пару с перегородкой 9 корпуса 1 и связанного муфтой 38 с валом привода. Приводные валы 24 виброгенераторов 2, 3, 4 соединены с приводом 6 через синхронизирующую зубчатую передачу 5 путем зацепления ее зубчатого колеса (на фиг. 1 это зубчатое колесо 35) с шестерней 36 привода 6.
Зубчато-планетарный вибровозбудитель, состоящий из трех виброгенераторов работает следующим образом.
Для погружения, например в грунт строительных свайных элементов, на монтажном (верхнем) торце 13 корпуса 1 вибровозбудителя (фиг. 1) устанавливают захватный элемент 39, а на монтажном (нижнем) торце 14 - свайный наголовник 40, фиксируя их винтами 41, ввинченных в резьбовые отверстия 15 корпуса 1. Подвешивают вибровозбудитель с помощью захватного элемента 39 на крюке 42 грузоподъемного крана, подводят краном к стеллажу с уложенными сваями и надевают на головку сваи 43 свайный наголовник 40. С помощью зажимного механизма свайного наголовника 40 зажимают головку сваи 43, поднимают вибровозбудитель со сваей 43 и выводят их на точку погружения. В режиме расторможенной подвески включают привод 6 и под действием вдавливающей силы F осуществляют погружение сваи 43 в грунт 44 на проектную глубину. Затем освобождают сваю 43 от зажима в свайном наголовнике 40 и поднимают краном вибровозбудитель.
i
1
i
i
i
i
0
0
0
Кинематика вибровозбудителя обеспечивает перемещение центров масс C дебалансов 22 по прямой, например, для дебаланса 22 виброгенератора 2 на отрезке  длиной, равной делительной окружности D (фиг. 2). Для всех элементарных виброгенераторов 2, 3, 4 центр масс дебалансов C колеблется по синусоидальному закону, по такому же закону изменяется вынуждающая сила F,. вызывающая механические колебания, что с учетом кратного целочисленного соотношения угловых скоростей приводных валов 24 и различных размеров статических моментов дебалансов mr обеспечивается возможность получения асимметричной вынуждающей силы F с коэффициентом асимметрии k=F:F (где F нескомпенсированная вынуждающая сила противоположного направления) значительных размеров уже при количестве элементарных вибровозбудителей n=4. Возмущающая сила F компенсируется без дополнительного пригруза за счет веса вибровозбудителя и веса сваи.
Для извлечения строительных элементов ориентацию вибровозбудителя меняют на 180°, т.е. на монтажном торце 13 корпуса 1 устанавливают с фиксацией свайный наголовник 40, а на монтажном торце 14 захватный элемент 39 (на чертеже не показано). Подвешивают вибровозбудитель на с помощью захватного элемента 39 на крюке 42 грузоподъемного крана, подводят к подлежащей извлечению сваи и зажимают ее головку зажимным механизмом свайного наголовника 40. Включают привод и под действием возмущающей силы F, направленной вверх, извлекают сваю.
Предлагаемый зубчато-планетарный вибровозбудитель позволит расширить арсенал вибрационной техники, а также позволит повысить производительность вибропогружателей.