УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИМПУЛЬСНОГО РЕЖИМА НАГРУЖЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
DEVICE FOR CREATION OF PULSE MODE OF LOADING ACTUATING ELEMENTS OF PROCESS MACHINES

Изобретение относится к устройствам для создания импульсного режима нагружения исполнительных органов технологических машин и может быть использовано в машиностроении, химической, бумагоделательной промышленностях, а также в отделочном производстве текстильной промышленности для интенсификации процесса механического обезвоживания текстильного материала.
Известно устройство [пат. 2215200, Российская Федерация, МПК F15B 21/12, B06B 1/18. Вибратор / Мальков Н.Я.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «ГАЗ». - №2002103765/06; заявл. 11.02.2002; опубл. 27.10.2003], содержащее силовой цилиндр с двумя поршнями, соединенными общим штоком, проходящим через осевое отверстие золотника, расположенного между поршнями и снабженного запорными выступами, образующими золотниковую камеру с тремя каналами, один из которых соединен с источником давления, а два других - с рабочими полостями цилиндра, при этом выхлопные полости цилиндра сообщены с атмосферой. Одна из рабочих полостей цилиндра выполнена бесштоковой, запорные выступы золотника выполнены одного диаметра.
Недостатками этого устройства являются инерционность, обусловленная конструктивными особенностями - многозвенностью механической системы, создающей колебательные движения рабочих органов; ограниченный диапазон рабочих частот; низкая надежность в силу инерции масс, совершающих колебательное движение, и повышенного износа кинематических пар трения в механизме.
Известно устройство для обработки длинномерных материалов давлением [пат. 2371531, Российская Федерация, МПК D06B 15/02. Устройство для обработки длинномерных материалов давлением / С.В.Ершов, Е.Н.Калинин [и др.]; заявитель и патентообладатель Ивановская государственная текстильная академия. - №2008125373/12; заявл. 23.06.2008; опубл. 27.10.2009, бюл. №30], содержащее отжимную пару нижнего приводного и верхнего прижимного валов, средство для сообщения колебаний и расположенный с обоих концов вала механизм нагружения, где средство для сообщения колебаний выполнено в виде установленных на механизме нагружения электромагнитов, механизм нагружения представляет собой линейный пневмопривод, соединенный посредством штоков с подшипниковыми узлами верхнего прижимного вала, при этом штоки являются сердечниками электромагнитов.
Недостатками данного устройства являются энергоемкость, обусловленная высокими затратами электроэнергии для создания заданных усилий, развиваемых электромагнитами, обеспечивающими технологическую нагрузку; массивность устройства для нагружения как следствие большой массы электромагнитов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является вибрационное устройство [пат. 2124655, Российская Федерация, МПК F15B 21/12, B06B 1/18. Вибрационное устройство / Лебедев Н.Н., Величенко В.В. [и др.]; заявитель и патентообладатель Производственное объединение «Авиапромналадка». - №95102887/06; заявл. 28.02.1995; опубл. 10.01.1999], содержащее корпус, генератор колебаний, поршень, регулировочное приспособление и пружину, удлиненный шток, расположенный внутри корпуса и за его пределами, на одном конце которого (за пределами корпуса) укреплен поршень, а на противоположном - генератор колебаний.
Недостатком устройства является низкая продольная устойчивость удлиненного штока, из-за которой возможна его недопустимая деформация, нарушение функциональных характеристик устройства и его разрушение, что значительно ограничивает диапазон создаваемых устройством усилий. В силу неплотности сопряжения штока с вворачиваемой в корпус гайкой происходит сообщение среды в реакторе и в сильфоне устройства, и в случае избыточного давления в реакторе со стороны сильфона и упорного кольца штоку будет оказываться противодействие, возможно, превышающее нагрузку, создаваемую генератором колебаний, а в случае вакуума в реакторе возможно создание условий резонансных состояний (явлений) в системе «сильфон-шток», являющихся причиной неработоспособности устройства.
Техническим результатом изобретения является расширение частотного и силового диапазона динамических нагрузок; обеспечение работоспособности при избыточных давлениях и вакууме при работе в реакторах, барокамерах и в других сосудах под давлением; исключение диссипации энергии колебаний, создаваемых генератором колебаний.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для создания импульсного режима нагружения исполнительных органов технологических машин, содержащем корпус, поршень со штоком и генератор колебаний, связанный с крышкой, согласно изобретению генератор колебаний размещен в стакане, соосно расположенном с поршнем и штоком, при этом генератор колебаний соединен с мембраной, жестко установленной между стаканом и крышкой. В качестве генератора колебаний может быть использован пьезокерамический актюатор пакетного типа.
Создание широкого диапазона динамических нагрузок в устройстве для создания импульсного режима нагружения исполнительных органов технологических машин происходит за счет преобразования механических колебаний генератора во внутреннюю энергию жидкой рабочей среды, преобразуемую затем в механическую колебательную энергию поршня со штоком. Диапазон усилий создается генератором колебаний, например пьезокерамическим актюатором с характеристиками, обеспечивающими динамические нагрузки в звуковом и ультразвуковом диапазоне, в зависимости от реализуемого технического процесса, вида материала и области применения. Диссипации энергии колебаний не происходит вследствие несжимаемости жидкой рабочей среды устройства, заполняющей рабочую камеру в корпусе между поршнем с одной степенью свободы в виде продольных осевых перемещений и мембраной, установленной неподвижно и передающей энергию колебаний от генератора жидкой несжимаемой среде. Обеспечение работоспособности при избыточных давлениях и вакууме при работе в реакторах, барокамерах и в других сосудах под давлением достигается за счет герметизации рабочей среды устройства благодаря наличию нескольких ступеней радиальных уплотнений между поршнем и корпусом, а также за счет жесткого закрепления мембраны между стаканом и крышкой, при этом мембрана образует непроницаемую перегородку между рабочей камерой и местом установки генератора колебаний.
На фиг.1 изображен общий вид устройства (в разрезе).
На фиг.2 показан общий вид валковой машины.
Устройство для создания импульсного режима нагружения исполнительных органов технологических машин содержит корпус 1, поршень 2 со штоком 3, крышки 4 и 5 и установленный на корпусе 1 воздушный фильтр 6. Генератор колебаний представляет собой пьезокерамический актюатор пакетного типа 7, установленный в стакане 8, который крепится к крышке 5 устройства. Стакан 8 расположен соосно с поршнем 2 и штоком 3. Пьезокерамический актюатор 7 соединен с мембраной 9, жестко установленной по внешнему периметру между стаканом 8 и крышкой 5. Мембрана 9 разделяет рабочую зону устройства и зону актюатора.
Устройство работает следующим образом. Силовое нагружение рабочего органа технологической машины обеспечивается заявляемым устройством через шток 3. Импульсный режим нагружения устройства создается пьезокерамическим актюатором 7. Мембрана 9, соединенная с пьезокерамическим актюатором 7, через жидкую рабочую среду передает это воздействие на поршень 2. В результате возникают пульсирующие колебания нагрузки рабочего органа технологического оборудования с определенной частотой, амплитудой и необходимым давлением.
В качестве примера производственной реализации можно привести валковую машину для механического обезвоживания текстильного материала.
Обрабатываемый материал проходит через отжимную пару приводного 10 и прижимного 11 валов. Силовое нагружение рабочего органа валковой машины обеспечивается заявляемым устройством 12 через рычажный механизм 13. Импульсный режим нагружения устройства создается пьезокерамическим актюатором 7, сообщая исполнительному органу устройства гармонические колебания в ультразвуковом диапазоне с заданными амплитудой, частотой и необходимым давлением.
На примере использования разработанного устройства для создания импульсного режима нагружения в составе оборудования для механического обезвоживания длинномерного текстильного материала, воздействие частотных колебаний на обрабатываемый текстильный материал при мокрых процессах его обработки создает условия для более эффективного обезвоживания и более интенсивной и равномерной пропитки за счет инициирования кавитационных и ударных явлений в потоке жидкости, движущейся через капиллярно-пористую структуру текстильного материала. Интенсификация процесса механического обезвоживания текстильного материала способствует сокращению энергозатрат на дальнейшую тепловую обработку, связанную с удалением влаги из материала (сушку).