Механизм для преобразования вращательного движения в соосное вибрационно-ударное

(51) М КзЕ 21 С 3/24 Г6 Н 25/О с присоединением заявки3) Гасударстаениый комитет ритет -ликовано 15.07.82. Бюллетень3) УДК 621.23Дата опубликования описания 15.07.8(72) Авторы изобретени елеуш и 10. Б. Реифисов - .э. А. Козл реймИнститут горного дела Сибирского отделе ия АСС 1) Заявител ЕХАНИЗМ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГОВИЖЕНИЯ В СООСНОЕ ВИБРАЦИОННО-УДАРНОЕ Изобретение относится преимущественно к строительству, горному делу и другим отраслям техники, где требуются устройства для технологической обработки деталей и массовых сред, использующие преобразование врашательного движения привода в возвратно-поступательное перемещение исполнительного органа.Известен механизм преобразования вращательного движения в соосное возвратно- поступательное, содержащий ведущий элемент вращательного движения, ведомый элемент возвратно-поступательного движения, втулку, установленную в корпусе, имеющую отверстие с неравными осями, шарнирный четырехугольник. Одна из вершин этого четырехугольника соединена с ведущим элементом, другая - с ведомым элементом, остальные две опираются на стенки отверстия втулки посредством роликов. При вращении ведущего элемента и соединенного с ним четырехугольника ролики прижимаются к стенкам втулки центробежными силами. Вследствие неравенства осей втулки расстояние между вершинами четырехугольника изменяется, и ведомый элемент совершает возвратно-поступательное движение 11. 2Недостатками этого механизма являютсясложность конструкции, большое количествои технологическая сложность деталей, невозможность получить значительный ходведомого элемента при ограниченных попез речных размерах. Попытка увеличения кинетической энергии ведомого элемента приводит к быстрому износу механизма. Область применения механизма ограничиваетсяприводами насосов, компрессоров и другихпоршневых машин с безударным движениемведомого элемента.Известен механизм для преобразованиявращательного движения в соосное вибрационно-ударное, включающий корпус, в котором размещены связанные друг с другом15 сухарем соосные элементы - один вращательного движения, а другой возвратнопоступательного с внутренней полостью,на одном из которых нанесены винтовыепазы двух направлений, элементы переключения направления движения 2,Недостаток данного механизма заключается в том, что он не пригоден для создания ударных и вибрационно-ударных режимов, чем объясняется узкая область его применения.1 с,ь изобретенияповышение эффективности проходки скважины в уплотнительцы с груцпгях за счет обеспечения работы мсхя Изма в вибрационно-ударном режиме.:-) га цель достигается тем, что внутренняя полость элемента возвратно-поступательного движения, выполненного в виде ударника ря:делена ня две части, на каждой из которых нанесено по одному винтовому пазу прсггивоцоложных направлений, во внутренней полости установлены рычаги, закреп.ецне ця элементе вращательного движения - валу в двух местах, соответствующих разным кистям элемента во:вратно-поступательного движения, и имеющие на противоположных от вала концах сухари, а элемент переключения направления движеци выцолнс и в виде свободно установленной в кжлой полости Втулки с вгутренними коническими поверхностями д,я попеременцсго вводя сухарей.Винтовые пазы выполнены с переменным цягс 1 м: с числом заходов, равным числу рычягоь, прикрепленных к одной части вала,1 я фц г.изобра жено устройство, внешний вцл; ця фиг. 2 . - вид А ня фиг. 1; на фиг. 3 7 возможные различные положеция частей устройства; на фиг. 8 - 12 всзмжкцыс различные поло;кения сухаря ц цереключаюцсей втулки; на фиг. 13 и 14 кряйцие положения сухаря в направляющем цязу: сгя фцг. 15ударник, поперечное сссинс.Мс хаццзм включает трубчатый корпус 1 (фцг.), заостренный спереди и несущий стабилизаторы 2, предотвращающие врацсцие механизма цри пробивании скважины. Корпус может быть цилиндрическим одного диаметра цо всей длине или о ступенями разных диаметров для уменьшения бокового соротцвлеция внслрсцию в грунт или в сругх с 1,5 хСзади к корпусу крепится двигатель врасятельцого действия, например фланцевый электролвцгатель 3. Вал электродвигателя ссслц.яес с элементом вращательного лвцжсцця залом 4 (фиг. 3). Задний конец а,аможет иметь подшипниковую опору (ис показана) в корпусе 1. Вал представляет собой гибкий упругий пруток из конструкццоцгой стали и не требует механической ооработки цо наружному диаметру. К валу 4 в лвух местах неподвижно прикреплены своими концами слегка изогнутые гибкие упругие рычаги 5 и 6, несущие на противоположных концах сухари 7 и 8, которые сходят в винтовье пазы 9 и 10 или в элемецть перекаочения направления движения, цереключаюшис втулки 11 и 12. Эти втулки могут скользить во внутренней полости элемец гя возвратно-поступательного движения - ударника 13 по поверхности, на двух астях которой образованы винтовые пазы 9 и 10. Кол ичество заходов каждого ви цтово го 5 О 5 20 25 30 35 4 О 45 50 55 паза равно числу соответствующих гибких рычагов, которое выбирается из конструктивных соображений и исходя из требований динамической уравновешенности механизма. В данном примере приняты двухзаходные винтовые пазы и по два соответствующих им ры ага. Для обеспечения постоянного ускорения элемента возвратно-поступательного движения винтовые пазы могут иметь переменный шаг. Переменный шаг может быть использован также для плавного замедления ударника перед ударом, если необходимо уменьшить энергию удара.Ударник 13 удерживается от вращения скользящей шпонкой (не показана) . На переднем конце ударника 13 образовано отверстие 14 для перетока воздуха при движении ударника. Возможная конструкция ударника представлена на фиг. 15. Она включает корпус 15, в который последовательно вставлены концевая втулка 16, втулки7 - 19, концевая втулка 20, сжатые гайкой 21. Винтовые пазы фрезеруются на втулках и могут быть сквозцыми. Если требуется уменьшить упругие продольные деформации втулок7 и9, возникающие при их взаимодействии с сухарями, имеющими криволинейную поверхность 22, то они могут быть прикреплены к корпусу 15 сваркой через отверстия в корпусе,Механизм работает следующим образом.После придания механизму нужного направления и включения электродвигателя начинается внедрение механизма в грунт. Механизм направляется и удерживается от вращения сначала стартовым устройством а затем стабилизаторами 2. Пусть в начале работы детали механизма занимают положение, представленное на фиг. 3. При вращении вала 4 рычаги 5 и 6 под воздействием центробежной силы дополнительно разжимаются с усилием, минимально необходимым для удержания сухарей 7 и 8 в рабочем положении. Сухариприжима, гся к внутренней поверхности переключающей втулки1, а сухари 8 входят в винтовые пазы и сообщают ударнику 13 движение вправо, удерживая втулку 12 на месте. Сухари 7 отделены от винтовых пазов 10 переключающей втулкой 11, что в большем масштабе представлено на фиг. 8. Положение деталей во время движения вправо видно на фиг. 4. Гри подходе ударника к крайнему правому положению, когда ло него остается еце 5 - 15 мм, детали занимают положение показанное на фиг. 5, а для сухаря 7 и переключающей втулки 11 - на фиг. 9. Гсреключаюсцие втулки 11 и 12 уперлись в соответствуощие внутренние упоры ударника. При завершении движения ударника в крайнее правое положение сухари 7 и 8 скользят по скосам переключающих втулок 11 и 12, отжимаются к валу 4 и рывкомпереходят в новые положения - сухари 7 входят в винтовые пазы 10, а сухари 8 - в переключаюшую втулку 12, что представлено на фиг. 6. Ударник 13 наносит удар своим правым торцом по упору корпуса. Энергия удара зависит от скорости ударника, следовательно, от угла наклона винтовых пазов 9 и может быть сделана минимальной. Движение вправо закончилось, детали механизма заняли положение, необходимое для его движения влево (фиг, 6). Это движение начинается благодаря тому,0 что сухари 8 рычагов 5 отделены от винтовых пазов 9 переключаюшей втулкой 12, а рычаги 6 сухарями 7 взаимодействуют с винтовыми пазами 10 и сообщают ударнику движение влево. Положение деталей механизма при движении влево представлено на фиг. 7, а в большем масштабе для сухаря 7 и переключающей втулки 11 - на фиг. 10. При движении ударника влево переключающая втулка 11 упирается в су 20 харь 7 и удерживается на месте. Перед окончанием движения ударника влево сухарь 7 и переключающая втулка 11 занимают положение, представленное на фиг. 11, а после завершения хода переходят в положение, показанное на фиг. 3 или 12. При 25 этом ударник 13 наносит удар своим левым торцом по упору корпуса. Энергия удара зависит от скорости ударника и, следовательно, от угла наклона винтовых пазов 10 и может быть сделана максимально допустимой по условиям прочности соударяюшихся деталей, Механизм готов к движению ударника вправо.На фиг. 13 и 14 представлены форма сухаря 7 и его взаимодействие с винтовым пазом 10 в месте наибольшего и наименьше 35 го наклона паза. Сухарь может иметь различные конструкции. При той, которая представлена на фиг. 13 и 14, он имеет криволинейную поверхность 22 для взаимодействия с винтовыми пазами, а также участок, ограниченный коническими поверхностями, 40 которыми сухарь контактирует с переключаюшей втулкой. Этот участок условно показан штриховыми линиями. Возможно шарнирное соединение рычагов с сухарями.Механизм не требует точности изготов ления, так как врашаюшиеся детали - вал 4, рычаги 5 и 6 выполнены гибкими, упругими и могут компенсировать возможные отклонения диаметральных размеров и перекосы.Передача ударов двигателю со стороны корпуса при необходимости ослабляется 50 с помощью обычных средств - амортизаторов. Гродольные размеры выбираются так, что между переключаюшими втулками и соответствующими поверхностями сухарей в момент улара остаются зазоры, показанные, например, на фиг, 12. Благодаря этому гибкие рычаги и переключающие втулки воспринимают только ту долю энергии ударника, которая необходима для переключения рычагов. Основная доля энергии удара передается непосредственно корпусу. При выборе размеров зазора учитывается также возможный небольшой отскок ударника.При выключении двигателя ударник может остановиться в одном из крайних положений или вблизи от них, незадолго до окончания прямого или обратного хода. Из-за того, что ударник не может разогнаться и накопить энергию, достаточную для переключения, возможно затруднение при повторном запуске. Для устранения этого затруднения достаточно кратковременно реверсировать двигатель.Технико-экономический эффект механизма для преобразования движений, используемого в качестве устройства для пробивания скважин, особенно протяженных, там, где не могут быть применены другие средства, выражается в значительном удешевлении работ за счет применения компактного и недорогого механизма.Важным достоинством механизма является возможность получения разнообразных законов движения ударника при прямом и обратном ходе. Благодаря этому на его основе могут быть созданы ручные машины с уменьшенной отдачей, механизированный инструмент, машины возвратно-поступательного действия для забивания в грунт свай, шпунтов, других конструкций, приводы виброударных технологических машин, особенно тех, которые при меняются для обработки твердых, сыпучих материалов, бетона, грунта. Если сообшить радиальную неуравновешенность валу, то могут быть созданы устройства, у которых продольные удары сочетаются с поперечными вибрациями. Такие устройства могут служить, например, для получения специальных режимов работы вибродоставочных устройств.Формула изобретения1. Механизм для преобразования врашательного движения в соосное вибрационноударное, включающий корпус, в котором размещены связанные друг с другом сухарем соосные элементы - один вращательного движения, а другой возвратно-поступате 1.- ного с внутренней полостью, на одном и, которых нанесены винтовые пазы двух направлений, элемент переключения направления движения,отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности проходки скважины в уплотненных грунтах за счет обеспечения работы механизма в вибрационно-ударном режиме, внутренняя полость элемента возвратно-поступательного движения, выполненного в виде ударника, разделена на две части, на каждой из которыхнанесено по одному винтовому пазу противоположных направлений, во внутренней полости установлены рычаги, закрепленные на элементе вращательного движения валу в двух местах, соответствующих разным частям элемента возвратно-поступатель. ного движения, и имеющие на противоположных от вала концах сухаря, а элемент переключения направления движения выполнен в виде свободно установленной в каждой полости втулки с внутренними коническими 1 В поверхностями для попеременного ввода сухарей,2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что винтовые пазы выполнены с переменным шагом и с числом заходов, равным числу рычагов, прикрепленных к одной части вала. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР513199, кл. Р 16 Н 21/08, 1973.2. Авторское свидетельство СССР517729, кл. Г 16 Н 25/08, 1976 (прототип).Составитель ЕТехред А. БойТираж 623Государственнам изобретенва, Ж - 35,Патент, г. У Михас ВНИИПИпо дел13035, Мосилиал ПППРедактор И. КасардЗаказ 5061/40 го к й и аушс жгоро йловаКорректор У. ПономаренкПодписноемитета СССРоткрытийкая наб. д. 4/5ул. Проектная, 4