ПРИВОД УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ С РЕКУПЕРАТОРОМ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Привод используется в машинах и механизмах перфораторов, бурильных машин, молотков, молотов, стендов для испытаний изделий на ударные нагрузки.
Известен привод машин ударно-вращательного действия, содержащий механизм вращения инструмента выполненный в виде дифференциала, ведущая шестерня которого укреплена на валу привода, оси сателлитов установлены в стенках цилиндра, а механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное связан с одним из сателлитов, кроме того, на цилиндре выполнен паз, в котором размещается эксцентрик корпуса при ударном режиме работы, при этом на валу привода установлена полумуфта, которая выполнена с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с другой полумуфтой, которая установлена на цилиндре, [1].
Этот привод не имеет рекуператора кинетической энергии в виде специальных инерционных масс и их противовесов, а также динамически не уравновешен механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является конструкция, у которой привод ударно-вращательного действия состоит из механизма преобразования вращательного действия в поступательное, выполненное в виде дифференциала и кривошипно-шатунного узла, редуктора, инструмента-волновода, соединенного с валом двигателя через редуктор, бойка, находящегося в направляющей на одной оси с инструментом-волноводом, кривошипно-шатунный узел выполнен в виде рекуператора кинетической энергии, связанного с дифференциалом посредством валов кривошипов, шарнирно соединенных шатунами с бойком через пружину, а на концах кривошипов расположены инерционные массы и их противовесы, при этом на оси вала двигателя установлена обгонная муфта, [2].
Недостатком такого привода является то, что из-за обгонной муфты теряется значительная часть накопленной кинетической энергии масс привода в процессе выхода дифференциала на удар бойка, а также недостаточно высока энергия удара инструмента.
Задачей полезной модели является увеличение скорости бойка и энергии удара инструмента..
Поставленная задача решена за счет того, что привод ударного действия с рекуператором кинетической энергии состоит из механизма преобразования вращательного действия в поступательное, выполненного в виде дифференциала и кривошипно-шатунного узла, редуктора, инструмента-волновода, соединенного с валом двигателя через редуктор, бойка, находящегося в направляющей на одной оси с инструментом-волноводом, кривошипно-шатунный узел выполнен в виде рекуператора кинетической энергии, связанного с дифференциалом посредством валов кривошипов, шарнирно соединенных шатунами с бойком, а на концах кривошипов расположены инерционные массы и их противовесы, при этом на оси вала двигателя установлена обгонная муфта, а между ней и дифференциалом закреплен на одном валу с двигателем маховик. Кроме того, между бойком и инструментом установлен волновод цилиндрической формы.
Сущность конструкции полезной модели поясняется чертежом.
Привод ударного действия с рекуператором кинетической энергии содержит двигатель 1, с валом которого соединена муфта 2, с другой стороны муфты 2 на одной оси с валом двигателя расположена шестеренка 3 и обгонная муфта 10. Колесо 7 зацеплено с колесом 8, посаженным на трубчатый вал, внутри которого расположен вал от муфты 2 до конического колеса дифференциала 9, имеющего два вала кривошипов, на концах последних расположены инерционные массы 11 и их противовесы 12; кривошипы шарнирно соединены шатунами 13 и бойком 14, находящимся в направляющей по одной оси с цилиндрическим волноводом 15 поджатым пружинами к инструменту 6. Между обгонной муфтой 10 и дифференциалом 9 на валу двигателя 1 установлен маховик 5.
Работает привод ударного действия с рекуператором кинетической энергии следующим образом.
1
y
0
1
1
0
Момент от двигателя 1 через муфту 2 передается через колеса 3,4,7 и 8 на трубчатый вал дифференциала 9, корпус которого приобретает угловую скорость ω. Вал кривошипов до положения, показанного на фигуре, имеет угловую скорость взвода кривошипа ω=ω-ω. Затем под действием центробежных сил от угловой скорости ω инерционные массы 11 и 12 резко увеличивают свои скорости - это им позволяет обгонная муфта 10; через шатуны 13 и пружину (упругий элемент) боек 14 разгоняется до максимальной скорости удара, взаимодействуя в этот момент с волноводом 15 поджатым к инструменту 6. Маховик 5 заметно увеличивает скорость бойка 14, т.к. при срабатывании муфты 10 и увеличении момента инерции дифференциала 9 в процессе разгона бойка 14 не позволяет уменьшить валу 1 угловую скорость, за счет накопленной ранее инерции. При этом максимальная скорость двигателя ω позволяет накапливать маховику 5 наибольшую кинетическую энергию, за счет вращения.
Привод ударного действия с рекуператором кинетической энергии позволяет накапливать кинетическую энергию деталей 3-13, 5 за несколько оборотов (или десятков оборотов), т.к. частота вращения
0
y
0
1
ω>>ω=ω-ω,
0
где ω - угловая скорость вала двигателя;
y
ω - угловая скорость вращения кривошипов с инерционными массами 11 и противовесами 12;
1
ω - угловая скорость дифференциала 9;
- средняя частота ударов в секунду;
π=3,14.
Инерционные массы 11 динамически уравновешиваются противовесами 12, т.е. могут быть одинаковыми или разными по величине, но в последнем случае их вес обратно пропорционален расстояниям до оси вращения.
1
y
Шатуны 13 полностью симметричны относительно оси вращения ω в любой момент времени, по этому так же как и кривошипы с инерционными массами 11 и противовесами 12 динамически уравновешены, хотя угловые скорости ω кривошипов направлены в разные стороны.
Наличие в системе боек - инструмент волновода 15 цилиндрической формы и определенной длины основное ударное воздействие происходит за счет динамической составляющей приложенной нагрузки, которая формируется в ударной системе и сообщается в точку контакта волновода и инструмента в виде пролонгированного ударного импульса. При этом предварительное статическое поджатие волновода к инструменту позволяет более полно использовать энергию ударного импульса.
Подвод энергии ударного импульса в зону контакта волновода и инструмента через промежуточное звено (волновод) позволяет резко повысить эффективность использования энергии передаваемой от бойка к инструменту, примерно на 38…40%, за счет рационального использования энергии волновых процессов, происходящих в волноводе и увеличения КПД.
Вместо одной пары зацепления колес 7 и 8 может быть коробка скоростей, чтобы привод работал в режимах молотка или молота, т.е. с увеличением частоты ударов энергия единичного ударного импульса падает, на чертеже коробка скоростей не показана.
Редуктор, состоящий из зацепления колес 3-4 в совокупности с другими узлами привода позволяют получить на инструменте перфоратора или бурильной машины эффективный ударный режим.
Источники информации
1. В.Л.Пятов, Ю.П.Шишулин, В.Н.Адамов, Г.Т.Басенник и В.Д.Родионов. Машина ударно-вращательного действия. А.с.SU №681183. Бюл. №31 от 25.08.79.
2. Б.Н.Стихановский. Привод вращательно-ударного действия. А.с.RU №2285104 С1. Бюл. №28 от 10.10.2006.