ВИБРАТОР И ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАТОРА
VIBRATOR AND VIBRATOR APPLICATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к вибратору для выработки вибраций. В частности, при этом изобретение относится к блоку возбудителя с приводимыми во вращение несбалансированными грузами, которые с возможность вращения закреплены в корпусе блока возбудителя, а также регулирующему устройству для регулирования положения по фазе несбалансированных грузов относительно друг друга. Изобретение относится также к применению вибратора.
Уровень техники
Вибраторы можно использовать в способах горных разработок, например, для копёров или грунтоуплотняющих машин для выработки направленных вибраций, с помощью которых, например, можно забивать шпунтовые стенки в грунт, погружать в грунт вибрационным способом колонны или уплотнять или выравнивать грунт. По мере необходимости можно также производить подготовку грунта для облегчения забивания или извлечения шпунтовых свай или других конструктивных элементов, например, свай и т.п. Вырабатывающий вибрации блок возбудителя такого вибратора может быть размещен при этом на перемещаемом отверстии волоки специальной машины подземной разработки, как, например, буровые установки и/или копёры, направляющие стрелы копра или драглайнов, с помощью которого блок вибратора может перемещаться обычно в вертикальном направлении.
Для выработки вертикальных или действующих в вертикальном направлении колебаний в блоке возбудителя могут быть размещены несколько валов или колес, которые вращаются вокруг параллельных, горизонтально ориентированных осей и несут несбалансированные грузы, которые за счет соответствующих центробежных сил при движении вращения вырабатывают ускорения и, таким образом, желаемые вибрации. При этом несбалансированные грузы распределены по нескольким колесам или валам и согласованы друг с другом в отношении их расположения, направления вращения и положения по фазе таким образом, что происходит по возможности большая компенсация в горизонтальном или лежащем направлении. Для этого, например, несколько несбалансированных грузов могут быть расположены на различных сторонах перпендикулярной к осям вращения плоскости и приводиться в движения с согласованием между собой относительно положения о фазе и направления вращения, причем, например, могут быть предусмотрены встречно вращающиеся пары несбалансированных грузов во избежание или для компенсации горизонтальных колебаний и присутствия только вертикальных колебаний.
Такие вибраторы известны, например, из документов ЕР 05 06 722 В1,
ЕР 10 38 068 В1, DE 44 39 170 A1, DE 10 2001 100 881 A1, ЕР 21 58 976 А1,
DE 103 56 319 A1, DE 199 20 348 A1, WO 2009/049576 A1 или DE 196 31 991 В4.
Для обеспечения возможности регулировки силы вибрации обычно производят регулировку фазового угла двух несбалансированных грузов, образующих пару несбалансированных грузов, относительно друг друга, причем несбалансированные грузы одной такой пары можно приводить во вращательное движение в одном направлении и синхронизировано относительно друг друга, так что в зависимости от выставленного угла сдвига фаз центробежные силы или действия разбалансированных грузов в большей или меньшей мере суммируются или в большей или меньшей мере компенсируются. Если при фазовом угле β = 0, то есть при одинаковой ориентации или одинаковой угловой ориентации несбалансированных грузов, достигается максимальный статический момент или максимальный дебаланс, то при фазовом угле β = 180°, то есть при ориентированных относительно друг друга в противоположных направлениях несбалансированных грузах, происходит компенсация обусловленных обоими несбалансированными грузами частичных вибраций.
Для обеспечения такой регулировки фазового угла между несбалансированными грузами также во время эксплуатации, то есть при вращающихся валах или колесах блока возбудителя в уровне техники уже предлагались различные регулировочные узлы. Например, документ ЕР 05 06 722 В1 показывает регулировку с помощью двух гидравлических двигателей, которые служат в качестве приводных двигателей для блока возбудителя. С помощью регулируемого редукционного клапана, который включен после одного из гидравлических двигателей, может быть изменено полезное падение давления и за счет этого положение по фазе. Документ ЕР 21 58 976 В1 предлагает для регулировки положения по фазе несбалансированных грузов приводить в движение две группы несбалансированных грузов, которые соответственно в зависимости от типа цилиндрического редуктора введены в зубчатое соединение друг с другом, с противоположных торцовых сторон с помощью двух серводвигателей и предусматривать между цилиндрическими зубчатыми передачами обеих групп несбалансированных грузов следующий сервопривод, с помощью которого может быть произведена регулировка относительного положения по фазе. Документ DE 199 20 348 А1 использует для регулировки положения при фазе при гидравлическом приводе валов блока возбудителя промежуточно включенный регулируемый насос. Документ WO 2009/049576 А1 предлагает крепление несбалансированных грузов на поворотных кронштейнах, которые могут поворачиваться в направлении друг к другу с помощью одновременно вращающегося на приводном вале исполнительного механизма. Далее, из документа
DE 44 39 170 А1 для регулировки фазового угла известно использование синхронизирующего вала с двумя цилиндрическими зубчатыми колесами, которые входят в зацепление с обеими группами несбалансированных грузов и могут регулироваться относительно друг друга с помощью внутреннего гидравлического цилиндра, как этом обычным образом известно также для случая кулачковых валов клапанных систем управления.
Эти уже известные регулировочные узлы часто требуют больших затрат в конструктивном отношении и при изготовлении вследствие дорогостоящих специальных инструментов и многочисленных технологических операций и являются затруднительными и дорогостоящими. К тому же они мало удобны в обслуживании и при ремонтах возникают длительные по времени простои.
Раскрытие изобретения
Исходя из этого, в основу изобретения положения задача создания усовершенствованного вибратора названного типа, который предотвращает недостатки уровня техники и предпочтительным образом совершенствует его. В частности, должен быть создан несложный в конструктивном отношении, изготавливаемый с небольшими затратами регулировочный блок, который удобен в ремонте и обслуживании и, тем не менее, также и в процессе эксплуатации обеспечивает возможность точного и отличающегося несложным управлением регулирования сил вибрации вибратора.
В соответствии с изобретением названную задачу решают признаками п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные исполнения изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Таким образом, для регулировки положения по фазе несбалансированных грузов предлагается использовать планетарную передачу, которая действует как регулируемая ступень синхронизации, которая, с одной стороны, синхронизирует между собой вращательное движение несбалансированных грузов или согласовывает их в отношении их угловой скорости, и, с другой стороны, однако, позволяет осуществлять регулировку положения по фазе. В соответствии с изобретением регулировочный блок выполнен в виде планетарной передачи, которая содержит, по меньшей мере, две выходных ветви, к которой подключены несбалансированные грузы блока возбудителя, которые можно регулироваться по фазе относительно друг друга, а также одну входную регулировочную ветвь для изменения положения по фазе выходных ветвей планетарной передачи. Названные выходные ветви вращаются с согласованными относительно друг друга числами оборотов, так что присоединенные к ним несбалансированные грузы соответствующим образом вращаются со взаимным согласованием. При этом входная регулировочная ветвь планетарной передачи может быть зафиксирована в однократно отрегулированной позиции. За счет регулировки входной регулировочной ветви можно регулировать положение по фазе выходных ветвей планетарной передачи и, таким образом, положение по фазе несбалансированных грузов.
Такая планетарная передача обладает хорошо зарекомендовавшей ее простой конструкцией и может быть изготовлена без специального технологического оборудования, так что рентабельным образом достигается стабильная работа. Одновременно с помощью несложных исполнительных элементов можно производить прецизионную, точную регулировку положения по фазе также в процессе работы блока возбудителя.
При этом планетарная передача может быть выполнена в основном различным образом и согласована со структурой блока возбудителя и количеством вращающихся пар несбалансированных грузов. Например, при соответствующем количестве вращающихся несбалансированных грузов или валов блока возбудителя может быть предусмотрена многоступенчатая планетарная передача. Для достижения несложной конструкции и экономящего место размещения в усовершенствовании изобретения может быть предусмотрена, однако, одноступенчатая планетная передача, которая функционирует как регулировочный блок и может состоять из таких конструктивных элементов, как солнечное колесо, поперечное ребро с планетарными колесами и полого колеса или содержать эти конструктивные группы.
Присоединение несбалансированных грузов и исполнительного элемента может производиться при этом в различных местах планетарной передачи. При этом предпочтительным образом может быть предусмотрено, что обе названных выше выходных ветви, к которым присоединены несбалансированные грузы, подлежащие регулировке по фазовому углу, присоединены, с одной стороны, к солнечному колесу планетарной передачи и, с другой стороны, к полому колесу планетарной передачи, в то время как названная регулировочная входная ветвь может быть присоединена к поперечному ребру, несущему планетарные колеса между солнечным колесом и полым колесом.
В частности, первый вал блока возбудителя может быть соединен без возможности поворота с солнечным колесом, а второй вал блока возбудителя может быть вращательно соединен через каскад цилиндрического колеса с полым колесом планетарной передачи, так что при зафиксированном поперечном ребре – в соответствии с определенным, выставленным фазовым положением – оба вала блока возбудителя вращаются синхронно друг с другом или при фиксированном передаточном числе по отношению друг к другу, как это задано солнечными и полыми колеса планетарной передачи, соединенных друг с другом через планетарные колеса. При регулировке поперечного ребра и, следовательно, планетарных колес изменяется также положение по фазе обоих валов блока возбудителя.
Названные несбалансированные грузы могут быть присоединены к названным первому и второму валам блока возбудителя непосредственно или через следующие каскады цилиндрического колеса со следующими валами блока возбудителя. При этом названные валы блока возбудителя могут быть ориентированы относительно друг друга параллельно и/или иметь главным образом ориентированное лежащим, в частности, горизонтальное расположение.
Для регулировки положения по фазе с названной ранее входной регулировочной ветвью планетарной передачи может быть соединен пригодным исполнительный элемент, который может приводиться в действие сторонней энергией и управление которым можно осуществлять соответствующим образом с помощью пригодного блока управления. Предпочтительным образом названная входная регулировочная ветвь может содержать коленчатый вал, к которому в качестве исполнительного элемента может быть присоединен цилиндр с рабочей жидкостью, с помощью которого можно несложным образом осуществлять регулировку коленчатого вала. Функционирующий в качестве регулировочного входа коленчатый вал или выполненный по мере необходимости иным образом входной вал может быть при этом предпочтительным образом соединен без возможности поворота непосредственно с поперечным ребром планетарной передачи, причем по мере необходимости возможно также промежуточное включение каскада цилиндрического колеса или повышающего или понижающего каскад.
Предпочтительным образом входной регулировочной ветви, в частности, названному ранее входному валу и/или поперечному ребру планетарной передачи может быть придан упор или пара упоров, помощью которого/которых могут быть заданы крайние положения, которые могут задавать концы диапазона регулирования фазового угла несбалансированных грузов. За счет этого в совокупности с названным ранее цилиндром с рабочей жидкостью в качестве исполнительного элемента может быть достигнута особо несложно реализованная регулировка положения по фазе несбалансированных грузов.
В предпочтительном усовершенствовании изобретения, по меньшей мере, один из элементов планетарной передачи, в частности, ее солнечное колесо и/или поперечное ребро и/или полое колесо, или один элемент во входной регулировочной ветви, как, например, коленчатый вал или цилиндр с рабочей жидкостью может содержать встроенное регулирующее устройство и/или юстировочное устройство, которое обеспечивает возможность регулировки или юстирования положения по фазе внутри планетарной передачи и, таким образом, также положения по фазе несбалансированных грузов. Предпочтительным образом один из названных элементов может быть выполнен по себе с возможностью регулировки и содержать два частичных элемента, которые могут поворачиваться относительно друг друга.
В частности, полое колесо планетарной передачи может содержать наружную часть колеса и внутреннюю часть колеса, которые могут поворачиваться относительно друг друга, предпочтительно юстироваться относительно друг друга через удлиненные отверстия. За счет юстирования обеих частей колеса относительно друг друга может быть несложным образом проведено юстирование допусков положения между входной ветвью и выходными ветвями планетарной передачи, за счет чего обеспечивается упрощение монтажа и более добротные допуски при изготовлении. К тому же может отпадать необходимость выравнивания элементов регулировочного механизма и валов блока возбудителя относительно друг друга, например, колес и валов планетарной передачи или каскада (каскадов) цилиндрического колеса.
Названным частям колеса, в частности, названной ранее части наружного колеса и частям внутренних колес при этом может быть придано фиксирующее устройство, при помощи которого может быть зафиксировано определенно, юстированное относительное положение частей колеса.
Для обеспечения возможности несложного технического обслуживания и ремонта и предотвращении длительного времени простоя в случае дефекта регулировочного блока, в соответствии со следующим аспектом названый регулировочный блок для регулировки положения по фазе несбалансированных грузов может быть размещен в отдельном корпусе регулировочного блока, который может быть закреплен с возможностью отсоединения на корпусе блока возбудителя, в котором с возможностью вращения укреплены несбалансированные грузы. В частности, регулировочный блок может быть размещен на наружной стороне названного корпуса блока возбудителя. За счет этого регулировочный блок легко доступен для технического обслуживании и ремонта и отсутствует необходимость в демонтаже всего блока возбудителя или в открывании корпуса блока возбудителя для обеспечения возможности проведения работ технического обслуживания на регулировочном блоке.
Предпочтительным образом названная планетарная передача может образовывать отдельную от самого блока возбудителя, который содержит приводимые во вращение несбалансированные грузы, самостоятельную конструктивную группу, которая предпочтительно может быть демонтирована в качестве унифицированного узла с блока возбудителя без необходимости разборки для этого блока возбудителя или открывания корпуса блока возбудителя.
Переходное устройство между названным регулировочным блоком и самим блоком возбудителя может быть образовано двумя выступающими из корпуса блока возбудителя концами вала, на которые или на которых могут быть смонтированы с возможностью отсоединения два приводных колеса регулировочного блока, в частности, солнечное колесо названного выше каскада планетарной передачи и малое зубчатое колесо названного выше каскада цилиндрического колеса, который входит в зацепление с планетарной передачей или находится в зацеплении с ней.
При этом регулировочный блок может быть установлен или расположен на стороне двигателя блока возбудителя или на расположенной напротив стороны двигателя стороне блока возбудителя. Предпочтительным образом регулировочный блок может простираться на поперечной стороне блока возбудителя, которая проходит поперечно или главным образом перпендикулярно осям вращения несбалансированных грузов блока возбудителя.
Если регулировочный блок и, по меньшей мере, один приводной двигатель блока возбудителя расположены на противоположных сторонах блока возбудителя, то можно избежать проблем, связанных со столкновением и обеспечить несложный монтаж как приводного двигателя, так и регулировочного блока без проблем с местом для установки. Следующее преимущество заключается в том, что за счет размещения с противоположных сторон приводного двигателя и регулировочного блока центр тяжести может быть расположен ближе к оси копра, в результате чего энергия копра может действовать практически полностью в вертикальном направлении и практически отсутствует качательное движение блока возбудителя. Расположение регулировочного блока и, по меньшей мере, одного приводного двигателя на одной и той стороне блока возбудителя может быть между тем предпочтительно, например, в том случае, если окружающее пространство встраивания вибратора обеспечивает достаточное место лишь с одной стороны.
Краткое описание чертежей
В последующем изобретение поясняется более подробно на основании предпочтительного примера исполнения и приложенных чертежей. Фигуры показывают:
Фиг. 1 показывает схематический вид в сечении вибратора в соответствии с предпочтительным исполнением изобретения, показывающим расположенное сбоку крепление регулировочного блока в форме планетарной передачи и его исполнительного элемента,
Фиг. 2 показывает вид сверху на вибратор и его регулировочный блок из фиг. 1, который показывает расположение регулирующего исполнительного элемента и концевых упоров, которые ограничивают возможность регулировки углового положения по фазе,
Фиг. 3 показывает фрагментарное, перспективное и схематическое изображение полого колеса планетарной передачи из фиг. 1 и находящегося в зацеплении с ним каскада цилиндрического колеса, причем юстируемое по себе вращательно полое колесо показано с регулируемыми над удлиненным отверстием относительно друг друга внутренними и наружными колесами полого колеса.
Осуществление изобретения
Как показывает фиг.1, вибратор 1 может содержать блок 2 возбудителя с несколькими параллельными друг другу, ориентированными соответственно лежа валами блока возбудителя, которые принятые корпусом 3 блока возбудителя и укреплены с возможностью вращения. При этом названные валы блока возбудителя могут быть объединены в две группы, причем валы блока возбудителя каждой группы соединены между собой через каскады цилиндрического колеса и в соответствии с этим вращаются относительно друг друга с фиксированным передаточным числом. При этом с, по меньшей мере, несколькими, соединенными с валами блока возбудителя колесами соединены несбалансированные грузы, которые могут быть выполнены в форме эксцентрично укрепленных несбалансированных грузов. Названный корпус 3 блока возбудителя может содержать на наружной стороне участки или части опирания и/или крепления, с помощью которых блок 2 возбудителя может крепиться на отверстии волоки строительной машины, например, буровой установки и/или копра, направляющей стрелы копра или драглайна, или также монтироваться на другой опорной части другой строительной машины.
При этом несбалансированные грузы 4 расположены и согласованы друг с другом предпочтительно таким образом, что они при вращательном движении вырабатывают вибрации главным образом лишь в одном направлении 27, которое при соответствующем предписанию встраивании и рабочем положении вибратора 1 может быть ориентировано, в частности, по меньшей мере, приблизительно вертикально, ср. фиг. 1.
В соответствии с изображенным исполнением по фиг. 1 привод во вращение валов блока возбудителя и соединенных с ними несбалансированных грузов можно осуществлять с помощью двух или более приводных двигателей 5 и 6. Альтернативно, однако, для приведения в движение всех несбалансированных грузов может быть предусмотрен, однако, лишь один приводной двигатель. В соответствии с показанным исполнением по фиг. 1 при этом первый приводной двигатель 5 приводит в движение первую группу несбалансированных грузов 4.1 через приводной вал 7, приводное движение которого передается через различные каскады цилиндрического колеса на названные следующие несбалансированные грузы 4.1 и поступает вплоть до вала 9 блока возбудителя. Второй приводной двигатель 6 приводит во вращение вторую группу несбалансированных грузов 4.2, а именно через следующий приводной вал 8, который через соответствующие каскады цилиндрического колеса приводит во вращение следующие несбалансированные грузы 4.2 и одновременно образует второй вал 10 блока возбудителя, который вместе с названным выше первым валом 9 блока возбудителя выведен из корпуса 3 блока возбудителя, так что оба вала 9 и 10 блока возбудителя выступают в регулировочный блок 11 в качестве концов вала. Как показывает фиг. 1, названный регулировочный блок 11 может быть при этом расположен на стороне блока 2 возбудителя 2, расположенной напротив приводных двигателей 5 и 6. Приводные двигатели 5 и 6 могут быть расположены, однако, также на других валах несбалансированных грузов и/или на валу 23.
Названный регулировочный блок 11 содержит планетарную передачу 12, которая расположена в отдельном от корпуса 3 блока возбудителя корпусе 13 регулировочного блока или планетарной передачи, который может быть смонтирован на наружной стороне корпуса 3 блока возбудителя.
Как показывает фиг. 1, корпус 13 регулировочного блока может быть выполнен горшкообразным, причем одна стенка корпуса 3 блока возбудителя запирает корпус 13 регулировочного блока и/или может образовывать разделительную стенку между регулировочным блоком и блоком возбудителя. Альтернативно корпус 13 регулировочного блока может быть выполнен, однако, также главным образом полностью закрытым, причем корпус 13 регулировочного блока и корпус 2 блока возбудителя могут быть посажены один на другой стенка к стенке. Предпочтительным образом корпус 13 регулировочного блока можно отдельно снимать или демонтировать без необходимости открывания для этого корпуса 3 блока возбудителя.
Названная планетарная передача 12 может быть выполнена одноступенчатой и содержать солнечное колесо 14, которое может быть расположено коаксиально полому колесу 16 планетарной передачи 12. Между солнечным колесом 14 и полым колесом 16 могут быть расположены планетарные колеса 17, которые находятся в зацеплении как с солнечным колесом 14, так и с полым колесом 16 и могут быть укреплены с возможностью вращения на поперечном ребре 15. Само названное поперечное ребро 15 может быть укреплено с возможностью вращения и расположено коаксиально осям солнечного колес 14 и полого колеса 16.
Как показывает фиг. 1, названное солнечное колесо 14 может быть соединено без возможности поворота с названным выше первым валом 9 блока возбудителя. Названный выше второй вал 10 блока возбудителя может быть вращательно связан через каскад 18 цилиндрического колеса с полым колесом 16, причем названный каскад 18 цилиндрического колеса может находиться в зацеплении с наружным колесом 16а или наружным диаметром названного полого колеса 16.
В соответствии с этим оба вала 9 и 10 блока возбудителя и, следовательно, названные группы несбалансированных грузов 4 и соединенные с ними приводные двигатели 5 и 6 вращательно соединены друг с другом через планетарную передачу 12, так что они вращаются относительно друг друга соответственно синхронно или с фиксированным передаточным числом.
Для обеспечения возможности взаимной регулировки несбалансированных грузов 4 может быть произведена регулировка или поворот названного поперечного ребра 15 планетарной передачи 12. Для этого входной вал 9, который может быть соединен без возможности поворота с названным поперечным ребром 15, может быть присоединен к исполнительному элементу 20, который предпочтительно может быть укреплен на корпусе 13 регулировочного блока. Как показывает фиг. 1, названный исполнительный элемент 20 может быть несложным образом выполнен в виде цилиндра с рабочей жидкостью, который может вращательно регулировать выполненный в виде коленчатого вала входной вал 19.
Как показывает фиг. 2, возможность регулирования входного вала 19 и, таким образом, поперечного ребра 15, может быть ограничена с помощью концевых упоров 21, так что регулирование поперечного ребра 15 планетарной передачи 12 можно производиться несложным образом с помощью цилиндра с рабочей жидкостью в направлении туда и обратно между двумя концевыми положениями. В зависимости от желаемого исполнения названный исполнительный элемент 20 может быть остановлено и/или зафиксирован в промежуточных позициях, чтобы обеспечить возможность плавной или ступенчатой регулировки промежуточных положений.
Как показывают фиг. 1 и фиг. 3, планетарная передача 12 может содержать внутреннее юстировочное или регулировочное устройство 22, причем, в частности, одно из планетарных колес может быть выполнено по себе с возможностью поворота. В частности, полое колесо 16 может содержать внутреннее колесо 16i и наружное колесо 16а, которые могут поворачиваться над удлиненными отверстиями 26 относительно друг друга и переводиться в различные вращательные позиции относительно друг друга, так что возможно юстирование относительного положения обоих присоединенных к планетарной передаче 12 валов 9 и 10 блока возбудителя относительно друг друга или относительного положения этих валов 9 и 10 блока возбудителя относительно входного вала 19 при смещении в направлении друг к другу названных внутренних и наружных колес 16i и 16а полого колеса 16. За счет этого можно отказаться от целенаправленной ориентации зубчатых венцов на коленчатом вале 19, поперечном ребре 15, валу 9, 10 блока возбуждения, солнечном колесе 14 и/или каскаде 18 цилиндрического колеса или в целом может быть осуществлена компенсация допусков на позиции в общей цепи зубчатого венца.