Амортизатор для бурового станка

чений отношения высоты конусности 8,к толщине пружин Я; на Фиг.4 - кривая изменения выносливости пружинамортизатора от напряжения в материале пружин; на фиг.5 - кривые, поясняющие характер изменения напряжений;.и Ю в пружинах, в области геометрйческих параметров пружин, длянаиболее нагруженных кромок 1, й,. Ш(фиг.2) .Амортизатор имеет шток 1, Нажимную втулку 2, закрепленную на штоке Огайкой 3. Упругий элемент 4, разме-.ценный на штоке 1 и взаимодействующйй своими торцами с нажимной втулкой 2 и опорной траверсой 5. Пружиньг: центрируются между. собой центрирующим устройством 6, выполненным, например,. в виде втулки. Упругйй эле"мент амортизатора выполнен из секций 7, которые выполнены из тарельчатых пружин 8, геометрические размеры которых. связаны (фиг.З) соотношениями Я:6:4 Ь -1/0,45-0,55/:/0,0120,025/,где О - наружный диаметр пружин, мм 1й " диаметр внутреннего отверстия 25пружин, мм;К= -фотносительная конусностьВпружины;д- высота конусности пружины, мм;8 - толщина пружин, мм;причем К= 1,3-1,6.Пружины В, составляющие секцию 7,"выполнены с относительной конусностьюпричем может быть принято то,что количество пРужин с К=1,3"14больше или равно количеству пружинс К: 1,4-1,6. Например, из четырехпружин, составляющих секцию, две.пру"жины, имеющие Кщ 1,3-1,4, могут бытьвыполнены одна с К= 1,3, другая - сК: 1,4; две другие пружины секции, 40имеющие К=1,4-1,6, могут быть выполнены одна с К=1, 5, другая с К ф 1, 6,На фиг.З пунктирной линией показана"характеристика силы деформации длясекции пружин с предложенными отношениями размеров. Сплошными линиями наФиг.З показана характеристика пружин"с различной относительной конусностьюот К= 0,1 до К"- 1,7. По осям координатна Фиг. отложены относительная деформация, где д - текущее значениепрогибУ пружин; относительная нагруз"ка - -Я, где Р- текущее значениенагрузки при прогибе Ю, ру - нагрузкаХфпри прогйбе д55Амортизатор работает следующимобразом.При нагружении амортизатора осевым усилием секции амортизатора сжимаются до расчетной величины, располагаемой слева вблизи точки нулевойф жесткости. Долото в процессевращения, перемещаясь по выступами впадинам забоя, начинает совершать колебанияподнимая и опускаяопорную траверсу на некоторую амплитуду, при этом амплитуда силы, передаваемая на станок, будет равнаамплитуде перемещения на жесткостьрабочего участка амортизатора. Таким образом, чем меньше жесткостьрабочего участка амортизатора, темменьше амплитуда силы возбуждающаяколебания станка. Как видно иэ фиг,З, при малых зна. чениях относительной конусности пружины (К 0,1-1,2) сила деформации является близкой к линейной, при этом жесткость пружин приблизительно постоянна при любых значениях относительной деформации. При К 1,3 характеристика стайовится существенно нелинейной. При К:1,41 при относительной деФормации, равной единице, производная функции сила деформации становится равной нулю, что соответствует зйачению текущей жесткости равной нулю. При КЯ,41 точка нулевой жесткости образуется при относительной деформации меньше единицы (эти точки на фиг.З обозначены буквами а, бф,"в), при этом справа от этих точек находятся ветви с отрицательным значением жесткости, что соответствует быстрому захлопыванию пружин при постоянстве нагрузки до полного сплкщивания, т.е. вправо от. точек фа", фб", 1 в" происходит опро,кидывание пружин. 1 Таким образом, если поместить рабочую нагрузку на секцию амортизато- ра справа вблизи точки нулевой жесткости, можно получить амортизатор с минимальным значением рабочей жесткости,Однако такая работа амортизатора будет недостатОчно надежна, вследствии возможности опрбкидывания пружин при перегрузках. Повышение надежности работы амортизатора при частых перегрузках с секция ми,выполненными иэ пружин,с соотношениями,указанными в п.1 Формулы затруднительно. Этому препятствует ряд причин. Во-первых, если выполнить секцию из пружин с К= 1,4, у амортизатора нЮ будет упругого хода, поскольку точка нулевой жесткости соответствует относительной деформации, равной единице, При перегрузках (К 1,4) секции будут опрокидываться до полного смятия пружинПри обратном ходе пружины будут сжаты, пока относительная нагрузка не уменьшится до единицы.Обозначим для удобства относительную деформацию через Х, то естьФ: дз. и,Велйчийа мертвого хода пружин и положение точки фнулевойфжесткости при изменении К в относительных единицах представлены в таблице.0,7 0,86 0,71 0,690,44 0,55Изменения напряжений при У =д для области геометрических параметров пружин н безразмерной Форме представлены на Фиг,5. Характер изменения напряжений дает кривая выносливости, полученная опытным путем и показанная на фиг,4,Как видно из фиг.5, напряжение б (кривые 1.1,1,3) больше чемб г Д (крйвые 2.1,2.2; 3.1,3.2) при прочих равных условиях; поэтому при выборе параметров пружин с К)1 необходимо принимать во вниманиеб.Данное напряжение имеет минимум в интервале отношений Огй, равных 1:/0,45-0,55/, при 0=1 (на графике для удобстна отложена шкала отношений при 6=1, т.е. шкала обратных отношений). Граница этой области обозначена заштрихованной зоной и обозначена на кривой 1.1 точками а 1 и б. Выход за границы области приводит к росту значений напряжений, например, если расширить границы области до точек а и б. напряжения возрастут на 5-10, что приведет к снижению долговечности амортизатора. 0 0,3 Как видно из Фиг.4, максимально допустимым отношением Р:Я, с учетом фиг,5, является отношение 1:0,025, (точка 1 Фиг.4),Иинимальным отношением является О:8=1:0,012 (точка 3). Дальнейшее снижение отношения не целесообразно, поскольку кривая вЫносливости справа от точки 3 выполаживается и дальнейшее снижение отношения не приводит к увеличению долговечности амортизатора. Вместе с тем грузоподъемность пружин, как известно, зависит от четвертой степени толщины и снижение толщины пружин приведет к потере грузоподъемности, Таким образом отношение 1:0,012 является оптимальный.Изменение отношения сверх 1:0,025 нерационально, поскольку меньшее значение приводит к резкому снижениюг долговечности амортизатора и к поломке пружин при их перегрузке. Наиболее рациональным является диапазон отношений О: 8=1 (О, 018-О, 012), что обеспечивает И=(2-6) 106 Переход от кривой выносливости к отношению О:8 осуществляется следующим образом, По кривой выносливости определяется 6 (покаэано стрелкойьаина фиг.4) по верхнему значению К =1,6 (кривая 12 Фиг,5) определяется коэфЮ Х - нижнее значение мертвого хода;Х - верхнее значение мертвого хо- О2да;Х - положение точки нулевойжесткости;ЬХ - эона мертвого обратного хо, да. 15Как видно из таблицы, точка нулевой жесткости находится внутри зонымертвого хода пружин, т.е. увеличенияК не обеспечивает возможности работыамортизатора непосредственно вблизи 2 Оэтой точки при перегрузках.Однако, если выполнить секцию изпружин, половина которых имеетКз 1,6,а другая половина К= 1,3, сумМарнаяхарактеристика такой секции будетиметь нулевую жесткость на некоторой площадке относительных деформаций (на Фиг,3 площадка находитсявнутри заштрихованной эоны), чтообеспечит наличие хода амортизаторапри его работе вблизи гнулевойзо,ны жесткости беэ опрокидывания и за:пирания пружин.Из таблицы видно, что увеличенияК с 1,6 до,7 не приводит к заметному смещению точки нулевой жестко- З 5сти в сторону меньших относительныхдеформаций. Вместе с тем увеличения )(сопровождается ростом внутренних напряжений в материале пружин (Фиг.5) .Такувеличение К с 1,6 (криная 2) до 1,7(кривая 1) приводит к увеличению нап О :ряжений на 10.Таким образом наиболее приемлемымявляется диапазон изменения отношенийвысоты конусности, д - к толщине пружин-Я, равный 1,3-1,6. 15В рамках укаэанного интервала можно получитьфнулевую"жесткость (ее дают например следугсцие соотношения Ка,3; К 1,4, КЭ 1,5 К 4,-1,6 или К,=1,3,К = 1,6, а н случае, если необходимо Ягполучить не нулевуюжесткость, амалую, но не равную нулю, число пружин с К 61,4 следует увеличить.Существенным препятствием для осуществления данного технического решения является значительное возрастаниевнутренних напряжений с увеличением "относительной конусности пружин приувеличении относительных деформаций,что влечет за собой поломку пружин.Однако получить малую жесткостьв рабочей зоне амортизатора (при В =1,31,6 и Х= 0,5-1) возможно привыполнении пружин с предлагаемыми геометрическими соотношениями, а именноВгй:ф= 1:/0,45-0,55/:/0,012-0,025/.фициентМ,; затем вычисляется коэффициент.6ф -1 Т.,По значению М йаходится "отношениеф , а в выражениевходит величина5ФЕЧЯгде Ь "- -характеристика упругих свойствматериала пружин; 10Е -модуль упругости первого родаР.- коэфФициент Пуассона.Таким образом, в связи с тем, что "жесткость"амортизатора мала, амплитудда"силы; передаваемая на станок, также будет, мала.Исйбльзование амортизатора обеспечит повышение эффективности буренияза счет снйжения уровня вибраций бурового станка и стабилизации нагрузки на породообраэукций инструмент в 3)низкочастотной части спектра колебаний достигаемых за счет малой рабочей жесткбсти амортизатора, с"одно" временным увеличением ресурса его ра-боты, 25Формула изобретения1. Амортизатор для бурового станка, включающий шток с закрепленной на нем нажимной втулкой и упругий элемент, выполненный иэ секций тарельчатых пружин, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что; с целью снижения жесткости амортизатора и повышения срока его службы, пружины, образующие секции амортизатора, имеют размеры, связанные соотношением О:а: ф=1 г/0,45-0,5 У:/0,012-0,а 25/, где 0 - наружный диаметр пружин, ммй - диаметр внутреннего отверстияпружин, мм;К= - относительная конусностьпружин;В - толщина пружин, мм;У .- высота конусности пружин, мм;епричем К = 1,3-1,6.2. Амортизатор для бурового станка по п.1, о т.л и ч а ю щ и й с я тем, что в каждой секции количество пружин с К =1,3-1,4 больше или равно . количеству пружйн с К =1,4-1,6. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 417602, кл. Е 21 В 17/06, 1971,2. Информационный листок Р 104,серия 07-06, М., НИИТЭХИИ, 1974 (прототип) .781315 4= % б Составитель В. РодинаРедактор М.Габуда Техред М.Петко Корректор М.Демчик ЮЮ юф ю Ъв ПП 1 Патент, г.узгород, Ул.Проектная, 4 акаа 8084/27 .Тирам 626ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и113035, Москва, -35,Рауыс Подписноеитета СССРкрытийкая наб д.4/