механизм вибрационного перемещения

Формула изобретения

Механизм вибрационного перемещения, включающий расположенную с возможностью совершения колебаний под действием вибрации шероховатую плоскость и свободно установленное на шероховатой плоскости основание с подвешенным на нем с возможностью относительного смещения телом, отличающийся тем, что свободно установленное на шероховатой плоскости основание выполнено в виде ориентированного вдоль направления колебаний клина, а подвешенное тело - в виде колесной тележки, упруго закрепленной на клине и установленной на поверхности клина в области его меньших толщин с возможностью как въезда на клин в область его больших толщин, так и полного съезда с клина на шероховатую плоскость при колебаниях последней.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вибрационному транспортированию и может быть использовано в различных областях народного хозяйства.

Известен механизм вибрационного транспортирования штучных предметов, включающий данный предмет, установленный на грузонесущем органе, соединенном с источником возмущающих колебательных воздействий, при этом возмущающие воздействия должны быть либо ориентированы под заданным углом к грузонеcущей поверхности, либо содержать постоянную составляющую, носить круговой характер, быть одновременно ориентированными вдоль разных осей /Спиваковский А. О. и др. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. - М.: Машиностроение, 1972, с. 8/.

Однако данный механизм характеризуется значительной сложностью, высокими энергозатратами, ограниченными функциональными возможностями.

Известен также механизм вибрационного перемещения, включающий объект с верхней и нижней опорами и вибровозбудитель, установленный со смещением относительно опор /авт. св. СССР 1392004, кл. В 65 G 27/00, 1988/.

Однако данный механизм обеспечивает только микроперемещения объекта и для вибротранспортирования практически не пригоден. Кроме тоге, вследствие специфичности конструкции механизм имеет предельно ограниченные функциональные возможности.

Известен также механизм вибрационного транспортирования штучных предметов, содержащий транспортируемый предмет, упруго защемленный между двумя грузонесущими вибрирующими поверхностями, освобождающими предмет от защемления в моменты достижения им максимальной скорости /авт. св. СССР 659473, кл. В 65 G 27/04, 1979/.

Однако данный механизм характеризуется значительней сложностью как конструкции, так и схемной реализации, регулировки и эксплуатации, а также сравнительно малой эффективностью и имеет специфическое применение.

Наиболее близким к изобретению устройством того же назначения по совокупности признаков является механизм вибрационного перемещения, состоящий из расположенной с возможностью совершения колебаний под действием вибраций шероховатой плоскости и установленного на шероховатой плоскости тела с подвешенным на нем физическим маятником /Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. - М.: Наука, 1964, с. 294-299/, и принятый за прототип. При этом плоскость может быть наклонена под углом к горизонту и имеет возможность совершать прямолинейные гармонические колебания, направленные под углом к плоскости. Механизм данного типа актуален, например, в питателях, служащих для равномерной подачи ориентированных деталей в станках-автоматах.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относятся малоэффективность механизма, требование значительных энергозатрат. Для приведения тела с физическим маятником в движение относительно вибрирующей плоскости при прочих равных условиях необходимы значительно более интенсивные вибрации с многократно увеличенными амплитудами виброускорения плоскости, чем для осуществления той же задачи в случае одного тела без маятника. Кроме того, необходимость сообщения вибраций под углом к плоскости ограничивает возможности использования известного механизма.

Сущность изобретения заключается в том, что вибрационное перемещение тела осуществляется путем формирования однонаправленной тяги за счет создания в течение периода вибрации переменных сил трения между телом и несущей поверхностью, а именно - за счет чередования сил трения скольжения и трения качения. Это дает возможность создания механизма перемещения по горизонтали и вверх по наклонной вибрирующей плоскости при действии элементарных прямолинейных гармонических колебаний сравнительно малой амплитуды в любом направлении, в том числе и в плоскости движения тела. Кроме того, появляется возможность использования для виброперемещения случайных паразитных вибраций, возникающих, например, при работе двигателей, станков и т.п., что приводит к значительной экономии энергии.

Технический результат изобретения - уменьшение энергозатрат на виброперемещение и расширение функциональных возможностей механизма перемещения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном механизме вибрационного перемещения, включающем расположенную с возможностью совершения колебаний под действием вибрации шероховатую плоскость и свободно установленное на шероховатой плоскости основание с подвешенным на нем с возможностью относительного смещения тело, особенность заключается в том, что свободно установленное на шероховатой плоскости основание выполнено в форме ориентированного вдоль направления колебаний клина, а подвешенное тело представляет собой колесную тележку, упруго закрепленную на клине и установленную на поверхности клина в области его меньших толщин вблизи шероховатой плоскости с возможностью как въезда на клин в область его больших толщин, так и полного съезда с клина на шероховатую плоскость при колебаниях последней.

На фиг. 1 и 2 схематично изображен предлагаемый механизм вибрационного перемещения в различные полупериоды действия вибрации; на фиг.3 - вид сверху на фиг.1 и 2.

Механизм вибрационного перемещения содержит шероховатую плоскость 1, расположенную с возможностью совершения горизонтальных колебаний под действием вибрации, свободно установленное на плоскости 1 основание 2, выполненное в форме ориентированного вдоль направления колебаний клина, а также упруго закрепленную на клине 2 с возможностью относительных смещений колесную тележку 3, установленную на поверхности клина 2 в области его меньших толщин вблизи шероховатой плоскости 1 с возможностью как въезда на клин 2 в область его больших толщин, так и полного съезда с клина 2 на шероховатую плоскость 1 при колебаниях последней.

Упругое закрепление тележки 3 на поверхности клина 2 осуществлено с помощью системы параллельных цилиндрических пружин 4 растяжения-сжатия, прикрепленных с одной стороны к установленному на клине 2 кронштейну 5 со скобой 6 с отверстиями, а с другой стороны - к скобе 7 на тележке 3.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В исходном положении тележка 3 /показано пунктиром на фиг.1 и 2/ установлена на клине 2 в его нижней части вблизи шероховатой плоскости 1, при этом пружины 4 несколько растянуты /статическое удлинение/. При действии на плоскость 1 внешних горизонтальных вибраций устройство ведет себя следующим образом. Пусть в первый полупериод /см. фиг.1/ вибрация действует вправо, клин 2 вместе с плоскостью 1 также стремится сместиться вправо. При этом за счет сил инерции тележка 3 смещается относительно клина 2 влево, то есть въезжает на клин 2 в область его больших толщин, сжимая пружины 4. Так как, во-первых, вес тележки 3 вместе с кликом 2 значителен /тележка может быть нагружена для максимального эффекта при использовании виброперемещения/, а во-вторых, между нижней поверхностью клина 2 и шероховатой плоскостью 1 возникают силы трения скольжения, то, естественно, величина этих сил трения может быть довольно большой. В результате в первый полупериод вибрации клин 2 практически не смещается относительно плоскости 1 влево и двигается вправо вместе с плоскостью 1. 0чевидно, что подбором параметров /массами клина и тележки, коэффициентом трения скольжения клина по плоскости и т.д./ нетрудно добиться того, чтобы в данный полупериод клин 2 вообще не смещался относительно плоскости 1, что обеспечит однонаправленное плавное виброперемещение вправо без скачков, возвратов и т.п. Во второй полупериод вибрации /см. фиг.2/, когда вибрации действуют на плоскость 1 влево, клин 2 также стремится идти влево, тележка 3 за счет сил инерции сразу же съезжает вправо с клина 2 на плоскость 1, растягивая пружины 4. При этом силы трения скольжения между клином 2 и плоскостью 1 малы, так как вес клина 2 без тележки 3 мал /естественно, чем легче клин 2 по сравнению с тележкой 3, тем эффективнее виброперемещение/, силы трения качения между колесами тележки 3 и плоскостью 1 тем более малы. В результате в данный полупериод плоскость 1 как бы "убегает" влево от системы клин-тележка, то есть последняя эффективно смещается относительно плоскости 1 вправо. Очевидно, что при непрерывном вибрационном воздействии на плоскость 1 будет происходить периодическое съезжание-въезжание тележки 3 на клин 2, и в итоге - непрерывное интенсивное равномерное движение системы клин-тележка вправо относительно плоскости 1. Также очевидно, что при развороте клина на 180^o также направление виброперемещения изменится в противоположную сторону, то есть виброперемещение будет происходить влево относительно плоскости 1.

Конструкция предельно проста, и, что самое главное, здесь большое число параметров, изменением которых легко влиять на характеристики движения. Это, например, и соотношение масс тележки 3 и клина 2 /как уже сказано выше, эффективность виброперемещения тем выше, чем больше масса груженой тележки 3 по отношению к массе клина 2/, и угол наклона клина 2, и коэффициенты трения скольжения нижней поверхности клина 2 и трения качения колес тележки 3, и упругие характеристики системы клин - тележка и т.д. Вариацией этих параметров можно предельно расширить функциональные возможности предлагаемого механизма: либо использовать его для точных микроперемещений при вибрации, либо для эффективного транспортирования грузов на тележке. Механизм позволяет использовать для виброперемещения любые по характеру, виду, причине возникновения вибрации, в том числе случайные паразитные вибрации, что резко уменьшает энергозатраты на виброперемещение.

Авторы считают, что отличия в работе предлагаемого механизма от известных конструкций носят принципиальный характер. Ими проведен сравнительно подробный теоретический и практический анализ режимов работы данного механизма при различных вариациях параметров его узлов и элементов.