ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ВИБРАТОР

Полезная модель относится к вибротехнике и может быть использована в горном деле в качестве привода вибропитателей, в стройиндустрии для формования бетонных смесей, уплотнения материалов и в других отраслях промышленности в технологических процессах с использованием вибрации. Предназначена для установки на вибростолах, вибролотках, кассетах, течках и др., а также для облегчения транспортировки любых сыпучих материалов.
Рассматриваемый вибратор является преобразователем энергии сжатого воздуха в энергию возвратно-поступательных ударных механических колебаний.
Известен пневматический вибратор, включающий корпус, в котором размещены ударник, закрепленный на регулировочной гайке клапан запитки с седлом, смонтированным в ударнике соосно с ним, по меньшей мере, одна мембрана с центральным отверстием, охватывающая наружную поверхность седла клапана запитки, герметизатор, закрепленный в основании корпуса, клапан выхлопа отработанного сжатого воздуха, взаимодействующий с герметизатором, при этом корпусом, клапаном запитки и мембраной образована камера прямого хода, а ударником, клапаном выхлопа отработанного сжатого воздуха - камера обратного хода, причем на ударнике под мембраной поставлен упругий ограничитель и ударник связан с корпусом, по крайней мере, двумя упругими подвесками, выполненными в виде плоских колец, отличающийся тем, что он снабжен полым цилиндром, размещенным в осевом канале ударника и седла клапана запитки. При этом между клапаном запитки и регулировочной гайкой установлен упругий ограничитель в виде резинового кольца, плотно насаженного на полый цилиндр (RU 130647, F15B 21/12, опубл. 27.07.2013). Это решение принято в качестве прототипа.
В исходном положении сжатый воздух поступает в камеру прямого хода, мембраны деформируются и скользят вниз по наружной поверхности седла клапана запитки, прижимаясь к дисковому ударнику и упругому ограничителю. Одновременно по кольцевому каналу сжатый воздух поступает в камеру обратного хода и перемещает ударник вверх относительно корпуса. Перемещение ударника осуществляется до тех пор, пока не произойдет разгерметизация камеры обратного хода. Разъединение камер Б и В происходит в момент касания кромкой седла клапана запитки. Одновременно упругие подвески вытягиваются в конус и накапливают потенциальную энергию. Отработанный сжатый воздух из камеры обратного хода через выхлопные каналы выходит в атмосферу. Действие сжатого воздуха в камере прямого хода на мембраны и далее на торец ударника и накопленная потенциальная энергия упругих подвесок заставляют с ускорением двигаться вниз ударник, в котором накапливается кинетическая энергия прямого хода. В конце прямого хода ударника происходит герметизация камеры обратного хода, кинетическая энергия ударника через клапан выхлопа и через воздушную подушку в камере обратного хода реализуется в виде импульса силы по герметизатору, закрепленному в основании корпуса, и, соответственно, по устройству, на котором пневматический вибратор закреплен, например, по породоразрушающему инструменту.
Недостаток данного пневматического вибратора заключается в сложности его изготовления, приводящей к небольшому эксплуатационному сроку службы. Это объясняется тем, что в пневмовибратор встроена пневматическая система, использующая отдельные камеры для подачи в них управляющего давления. Сам вибратор представляет собой металлический диск, прикрепленный через упругие мембраны из транспортерной ленты к корпусу, то есть находится в подвижном состоянии в рамках упругости этих лент. Пневматическая система построена на диске и так же имеет упругие мембраны, связанные как с корпусом, так и с диском для образования полостей. Поэтому перемещения диска приводят к упругим деформациям упругих мембран, образующих полости. Так как диск колеблется в диапазоне 50-60 Гц и при этом оказывает возмущающее воздействие на мембраны, то на последних, не приспособленных конструктивно к растяжению, начинают образовываться трещины в резиновом слое, что приводит к разрывам и потере герметизации полостей.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности и долговечности пневматического вибратора и упрощении его конструкции за счет исключения трущихся и вращающихся частей и упрощения пневматической части.
Указанный технический результат достигается тем, что в пневматическом вибраторе, содержащем корпус с внутренними цилиндрическими полостями, размещен ударник, крепящийся к корпусу двумя разнесенными на расстояние друг от друга в направлении перемещения ударника мембранами, выполненными в виде плоского кольца из транспортерной ленты, а так же трубчатый патрубок для подвода сжатого воздуха поочередно в полости корпуса, в которых перемещается ударник, выполненный из трех соединенных между собой частей дисковой формы, между которыми зажаты мембраны, задающие положение ударника относительно корпуса, на внутренних поверхностях которого выполнены наклонные участки для опирания на них мембран при перемещениях ударника вдоль оси корпуса, в средней части ударника выполнены сообщенные с трубчатым патрубком каналы для подвода сжатого воздуха в полости между мембранами и плоскими частями корпуса, при этом на плоских частях цилиндрического корпуса смонтированы выходные патрубки, выполненные с возможностью регулирования проходного сечения, а в крайних дисковой формы частях ударника выполнены кольцевые полости, сообщенные с каналами для подвода сжатого воздуха из средней дисковой части ударника и в каждой из которых размещена круглой формы пластинка, выполненная диаметром меньшим, чем диаметр кольцевой полости, и большим, чем выпускное отверстие расположенного напротив выходного патрубка.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 - общий вид пневматического вибратора;
фиг. 2 - поперечный разрез пневматического вибратора по фиг. 1.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается пневматический вибратор, являющийся преобразователем энергии сжатого воздуха в энергию возвратно-поступательных ударных механических колебаний, предназначен для установки на оборудовании строительных, горных химических и других предприятий, где применяется вибрация в технологических процессах. Вибратор является диафрагменным вибровозбудителем направленного действия, не содержит трущихся и вращающихся частей. Сжатый воздух, наполняя диафрагменные силовые полости, приводит ударную массу в возвратно-поступательное движение, вызывая направленные колебания корпуса.
В общем случае, согласно полезной модели рассматривается пневматический вибратор со следующей конструктивной схемой исполнения.
Пневмовибратор содержит корпус с внутренними цилиндрическими полостями, в которых размещен ударник, крепящийся к корпусу двумя разнесенными на расстояние друг от друга в направлении перемещения ударника мембранами, выполненными в виде плоского кольца из транспортерной ленты, а так же трубчатый патрубок для подвода сжатого воздуха поочередно в полости корпуса. Ударник, выполненный из трех соединенных между собой частей дисковой формы, между которыми зажаты мембраны, задающие положение ударника относительно корпуса, на внутренних поверхностях которого выполнены наклонные участки для опирания на них мембран при перемещениях ударника вдоль оси корпуса, в средней части ударника выполнены сообщенные с трубчатым патрубком каналы для подвода сжатого воздуха в полости между мембранами и плоскими частями корпуса. В средней части ударника выполнены сообщенные с трубчатым патрубком каналы для подвода сжатого воздуха в полости между мембранами и плоскими частями корпуса, при этом на плоских частях цилиндрического корпуса смонтированы выходные патрубки, выполненные с возможностью регулирования проходного сечения, а в крайних дисковой формы частях ударника выполнены кольцевые полости, сообщенные с каналами для подвода сжатого воздуха из средней дисковой части ударника и в каждой из которых размещен круглой формы пластинка, выполненная диаметром меньшим, чем диаметр кольцевой полости, и большим, чем выпускное отверстие расположенного напротив выходного патрубка.
Ниже рассматривается пример конкретного исполнения полезной модели.
Пневматический вибратор (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 с внутренней кольцеобразной полостью. Вибратор может быть установлен в любом положении. Так как вибратор может работать в любом положении, то в рамках настоящей заявки понятия «верхняя» и «нижняя» части корпуса приведены условно из расчета, что пневмовибратор расположен условно горизонтально и только для ясности понимания технического существа полезной модели.
Корпус 1 закреплен на установочной плите 2 и крепится через штатные присоединительные отверстия 3 к поверхности оборудования для передачи вибрации текущему процессу.
Внутри корпуса размещен дисковой формы ударник 4, к которому прикреплены две разнесенные на расстоянии друг от друга мембраны 5, выполненные каждая в виде плоского кольца из транспортерной ленты. В исходном положении ударник находится в подвешенном состоянии на мембранах. Мембраны не установлены наклонно, на фиг. 2 изображено крайнее положение ударника при работе вибратора. В нормальном положении мембраны плоские (плоское кольцо) и занимают среднее положение в корпусе вибратора.
Ударник выполнен из трех соединяемых между собой частей дисковой формы 6-8. Между средней дисковой частью 7 и дисками 6 и 8 зажаты мембраны 5. На внутренних поверхностях внешне располагаемых дисковой формы частей 6 и 7 выполнены наклонные участки для опирания на них мембран 5 при перемещении ударника между крайними положениями (условно - из нижнего положения в верхнее и наоборот).
Разнесенные на расстоянии друг от друга в направлении перемещения ударника мембраны 5 упруго деформируются (принимают форму усеченного конуса) при расположении ударника в нижнем положении у нижней части корпуса (одно из рабочих положений).
Имеется трубчатый патрубок 9 для подвода сжатого воздуха в полости, сформированные между мембранами с ударником и верхней или нижней частями корпуса. Для питания вибратора применяется напорный рукав с допускаемым давлением не менее 4,0 Мпа, закрепляемый на трубчатом патрубке 9. На верхней и нижней частях корпуса смонтированы выходные патрубки 10, выполненные с возможностью регулирования проходного сечения выпускного канала. Эти патрубки частично расположены внутри корпуса в зоне полостей между верхней и нижней частями корпуса и ударником.
В средней дисковой формы части 6 ударника выполнены каналы 11 для подвода сжатого воздуха в полости (сообщены с трубчатым патрубком 9), сформированные в наружных дисковой формы частях, в которые введены расположенные внутри корпуса выступающие части 12 выходных патрубков 10. Так же в крайне расположенных частях 6 и 8 ударника выполнены полости 13, сообщенные с каналами 11 подвода сжатого воздуха, при этом выступающие части 12 выходных патрубков 10 частично введены в полости 13. Кроме того, в каждой из этих полостей 13 размещена круглой формы пластинка 14, выполненная диаметром меньшим, чем диаметр кольцевой полости 13, и большим, чем выпускное отверстие расположенного напротив выходного патрубка 10.
В работе пневматической части вибратора важнейшей частью является не полость 13, а пластинка 14, выполняющая функцию клапана и представляющая из себя круглый диск из закаленной стали.
Рассмотрим работу в данном положении по фиг. 2. Запуск вибратора происходит в вертикальном положении случайным образом, т.е. нельзя предсказать, в какую сторону произойдет запуск. В указанном горизонтальном положении первый удар будет вверх, т.к. канал нижнего выходного патрубка перекрыт, воздух под давлением поступает в нижнюю полость корпуса.
Пластинка 14 перекрыла отверстие выходного патрубка 12. Так как она по диаметру меньше, чем полость 13 в части 8 ударника, то воздух из канала 11 обтекает пластинку 14 и в кольцевую щель между ней и стенкой полости идет дальше, в кольцевую щель между выходным патрубком 10 и частью 8 ударника, поступая таким образом в нижнюю полость, образованную корпусом и мембраной. Далее давление воздуха рывком поднимает (в данном описываемом случае) ударник 4 вверх до упора нижней мембраны в часть 8 ударника. При этом верхняя пластинка 14 перекрывает большое отверстие в части 6 ударника (нарисовано), что обеспечивает отсутствие утечки воздуха из нижней полости.
Подвижная часть с ударом, демпфированным мембраной для уменьшения звука, поднимается в крайнее верхнее положение, при этом воздух из верхней полости уходит в атмосферу через кольцевую щель между верхним выходным патрубком 10 и часть 6 ударника. В это же время верхняя пластинка 14 перекрывает отверстие верхнего выходного патрубка 10 и воздух под давлением направляется в верхнюю полость.
При этом нижняя пластинка 14 подхватывается частью 8 ударника и поднимается над отверстием нижнего выходного патрубка 10, одновременно перекрывая возможность утечки воздуха из верхней полости через нижний выходной патрубок.
Воздух из нижней полости через кольцевую щель между частью 12 выходного патрубка и частью 8 ударника через отверстие выпускного патрубка уходит в атмосферу.
Перемещение ударника 4 управляет работой клапанов из пластинок 14 и обеспечивает попеременную подачу воздуха в верхнюю и нижнюю полости. Процесс циклически повторяется.
Регулирование вынуждающей энергии удара производится изменением расхода сжатого воздуха, а также ввинчиванием и вывинчиванием выпускных патрубков в стенках корпуса вибратора. Изменение частоты ударов достигается регулировкой положения патрубков.
Запуск вибратора отрегулирован при давлении сжатого воздуха на заводе-изготовителе. Если вибратор не запускается, что может произойти при изменении рабочего давления воздуха, то необходимо вывернуть выходные патрубки из корпуса на несколько оборотов, а затем, ввертывая их при ограниченном расходе сжатого воздуха добиться устойчивого запуска, т.е. повернуть патрубки на один оборот и включить подачу сжатого воздуха. Если вибратор не запустился, то выключить подачу сжатого воздуха и снова повернуть патрубки. Повторить эту операцию несколько раз до устойчивого запуска.
Особенностью данного пневмовибратора является использование мембран из транспортерных лент, работающих в циклическом режиме упругих деформаций. Именно для работе в этом режиме и выполнена конструкция таких лент для их использования на транспортерах и аналогичных устройствах. При этом мембраны активно участвуют в работе пневматической части вибратора: удерживают ударник на оси корпуса, упруго передают удары ударника на корпус демпфируют звук удара, для чего постоянно упруго деформируются по отношению к корпусу и ударнику.
Упрощена пневматическая часть вибратора, исключены клапаны как отдельные узлы, отсутствуют отводящие магистрали как трубопроводы.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть изготовлена по технологиям производства дисковых мембранных вибраторов.