устройство для возбуждения колебаний

Формула изобретения

1. Устройство для возбуждения механических колебаний, включающее корпус ударника, установленный с возможностью силового взаимодействия с наковальней, и его приводной механизм, отличающееся тем, что корпус ударника выполнен полым в виде емкости, соединенной трубопроводами через гидравлический насос с баком, а также кинематически соединен с противовесом, выполненным с возможностью поднятия ударника в его крайнее верхнее положение, фиксации и расфиксации фиксатором.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фиксатор выполнен в виде неподвижно установленного магнита с возможностью силового взаимодействия с противовесом в его крайнем нижнем положении.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус ударника соединен тросом с противовесом через обводной элемент.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к вибрационной технике и может применяться для возбуждения механических колебаний. Наиболее эффективно применение предлагаемого изобретения для возбуждения сейсмических колебаний при использовании малой потребляемой мощности питания устройства.

Известны устройства для возбуждения колебаний, в которых используются магнитострикционные преобразователи, однако они имеют невысокую амплитуду колебаний (см. а.с. СССР №83942).

Известно устройство для возбуждения колебаний, увеличивающее амплитуду колебаний, содержащее электродвигатель, на валу которого расположено колесо, соприкасающееся с рейкой. Причем обод колеса выполнен в виде разомкнутого по наружной поверхности магнитопровода с обмоткой возбуждения, а рейка выполнена из магнитного материала (см. патент РФ №2024329, опубл. 15.12.94 г., Бюл. №23). Однако данным устройством невозможно получить колебания значительной мощности при незначительной мощности энергии питания устройства.

Известны устройства для возбуждения колебаний, в которых используется изменение статического момента применением выдвижных дебалансов, смонтированных на приводном валу (см. патент РФ №2184623, опубл. 10.07.2002 г., Бюл.№19). Однако данные устройства имеют сложную конструкцию и управление, а также не обеспечивают вертикальную направленность колебаний и требуют значительной мощности питания.

Наиболее близким из аналогов является устройство для возбуждения колебаний (см. патент РФ №2204444, опубл. 20.05.2003 г., Бюл. №14), содержащее ударник, выполненный в виде шарика, установленного внутри корпуса и перемещаемого водилом, выполненным в виде стержня. Шарику в результате поворота водила сообщается энергия, что приводит к силовым взаимодействиям ударника с корпусом и возникновению колебаний. Недостатками данного устройства являются низкая стабильность возбуждаемых колебаний, невысокая энергия создаваемых колебаний.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение стабильности и величины энергии, создаваемых устройством колебаний в вертикальном направлении при использовании невысокой мощности источника питания.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом устройстве, включающем корпус ударника, установленный с возможностью силового взаимодействия с наковальней, и его приводной механизм, корпус ударника выполнен полым в виде емкости, соединенной трубопроводами через гидравлических насос с баком, а также кинематически соединен с противовесом, выполненным с возможностью поднятия ударника в его крайнее верхнее положение, фиксации и расфиксации фиксатором.

Кроме этого, в устройстве может быть дополнительно неподвижно установлен постоянный магнит, выполненный с возможностью силового взаимодействия с противовесом в его крайнем нижнем положении для уменьшения величины силового взаимодействия ударника и устройства его фиксации.

Кинематическая связь корпуса ударника с противовесом может быть выполнена соединением посредством троса через обводной элемент.

Предлагаемое устройство, представленное на чертеже, состоит из ударника 1, удерживаемого в крайнем верхнем положении устройством 2 фиксации (расфиксации). Ударник 1 соединен проходящим через обводной элемент 3 тросом 4 с противовесом 5, выполненным с возможностью силового взаимодействия с неподвижно установленным постоянным магнитом 6. Наковальня 7 установлена под ударником 1, полость которого соединена с гидравлическим баком 8 через гидравлический насос 9. Трубопровод 10 соединяет верхние части полостей ударника 1 и бака 8.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении (поз., а) ударник 1 зафиксирован в крайнем верхнем положении фиксатором 2 и заполняется жидкой рабочей средой насосом 9. Противовес 5 занимает крайнее нижнее положение и притягивается постоянным магнитом 6 с усилием, приводящим к уменьшению силового взаимодействия фиксатора 2 и ударника 1, но не достаточным для удержания заполненного жидкостью ударника 1.

При заполнении необходимого объема полости ударника 1, соответствующего его требуемой запасенной потенциальной энергии и по команде на возбуждение колебаний, устройство фиксации (расфиксации) 2 расфиксирует ударник, и он под действием сил тяжести начинает перемещаться вниз (поз.б). При этом запасенная потенциальная энергия ударника 1 переходит в кинетическую энергию движения. При достижении ударником наковальни (поз.в) возбуждаются колебания. Насос 9 отключается.

Затем, так как ударник и бак являются сообщающимися сосудами, жидкость, находящаяся в полости ударника 1, начинает перетекать в бак 8 (поз.г). Масса ударника 1 уменьшается. При этом воздух, вытесняемый жидкостью из бака, поступает полость ударника 1.

Это приводит к тому, что величина массы ударника 1, становится меньше массы противовеса 5 и он начинает перемещаться вниз, поднимая ударник 1 вверх (поз.д).

При достижении противовесом 5 нижнего положения он притягивается постоянным магнитом 6, создающим дополнительное тяговое усилие. После достижения ударника 1 крайнего верхнего положения он фиксируется в этом положении фиксатором 2. Включается насос 9, и начинается подача жидкой среды в полость ударника 1 из бака 8.

Приведенное описание устройства предлагаемого изобретения является примером его реализации. Возможны варианты выполнения устройства для возбуждения колебания в зависимости от требуемых характеристик (величины энергии, стабильности, частоты возбуждаемых колебаний, необходимости их изменения, простоты конструкции и управления, ограничений мощности энергопитания), например:

а) с магнитом 6, представляющим собой постоянный магнит с постоянным тяговым усилием;

б) с магнитом 6, представляющим собой электромагнит, позволяющий создавать и регулировать требуемое тяговое усилие;

б) без установки магнита 6 при наличии фиксатора 2;

в) без установки фиксатора 2 при наличии магнита 6, выполняющего функции фиксации и расфиксации ударника 1;

г) применением насоса 9 с двумя направлениями потока рабочей среды.

В лабораторных условиях на кафедре автоматизации производственных процессов ВлГУ и производственных условиях ФГУП НИИ «АТОЛЛ» проводились испытания предлагаемого устройства.

Натурные испытания подтвердили простоту конструкции, системы управления, эффективность технического решения. При использовании невысокой мощности (до 5 Вт) и ограниченном времени работы (до 5 минут) источника питания стабильная энергия возбуждаемых механических колебаний превысила 10 Дж.