EA007687B1 - Шестизвенный механизм переменной структуры - Google Patents

Abstract

Шестизвенный механизм переменной структуры применяется в механизмах бурильных и отбойных машин и может быть использован в горной промышленности, в строительстве и в машиностроении. Техническая задача изобретения - расширение кинематической возможности и КПД механизма. Шестизвенный механизм переменной структуры состоит из корпуса 1, двухплечного кривошипа 2, верхнего 3 и нижнего шатунов 5, коромысла 4 с ударной массой 7 и ползуна 6. Кривошип 2, вращающийся вокруг неподвижной оси O, входит во вращательную пару Oс верхним шатуном 3 и во вращательную пару Oс нижним шатуном 5. Верхний шатун 3 входит во вращательную пару Ос коромыслом 4, которое в свою очередь входит во вращательную пару Oс ползуном 6. Нижний шатун 5 входит во вращательную пару Oс ползуном 6, скользящим по неподвижной направляющей 1. Опора коромысла выполнена подвижной на прямолинейных направляющих с установленным в них ползуном 6. Длины звеньев механизма подобраны с возможностью выстраивания в одну линию в крайнем положении ползуна со стороны опоры кривошипа. Регулировка длины основания может производиться в процессе работы.

Description

Изобретение относится к механизмам бурильных и отбойных машин и может быть использовано в горной промышленности, в строительстве и в машиностроении.

Известен рычажный механизм [1], который содержит стойку, управляющее устройство, упругий элемент и шарнирно связанные между собой кривошип, шатун, коромысло и ползун. На ползуне установлен фиксатор, жестко связанный с коромыслом. Упругий элемент установлен между стойкой и ползуном, а управляющее устройство выполнено в виде силовых цилиндров.

При вращении кривошипа относительно стойки движение через шатун передается коромыслу, которое совершает качательное движение относительно оси, закрепленной на ползуне и находящейся в состоянии покоя. При включении управляющего устройства его шток перемещает ползун на некоторое расстояние, сжимая упругий элемент. При этом изменяется угол качания коромысла. В верхнем положении кривошипа, шатун и коромысло выстраиваются в одну линию. При этом ролик фиксатора фиксирует коромысло и при дальнейшем вращении кривошипа ползун совершает возвратно-поступательное движение. При включении управляющего устройства его шток действует на рычаг коромысла, который освобождается от фиксации, а ползун под действием упругого элемента перемещается вверх и останавливается. Коромысло при дальнейшем вращении кривошипа совершает качательное движение.

Недостатком рычажного механизма является низкая частота вращения кривошипа, которая обусловлена несогласованностью его вращения и возврата ползуна, с помощью упругого элемента в исходную позицию. Ограниченная частота вращения кривошипа уменьшает энергетические параметры механизма. Кроме того, упругий элемент, введенный в конструкцию, обладает малой надежностью и инерционностью.

Возбуждение энергии большой мощности, образуемое возвратно-поступательным движением, приводит к значительным вибрациям, что требует дополнительных устройств для их гашения.

Прототипом выбран механический молот [2], который содержит корпус с размещенными в нем приводом, кривошипно-рычажным устройством взвода, инструментом, толкателем и подпружиненной подвижной опорой, которая шарнирно связана с концом коромысла.

Кривошипно-рычажное устройство взвода является шарнирно-четырехзвенным механизмом, состоящим из кривошипа, шатуна и коромысла с ударной массой. Опора коромысла подпружинена относительно корпуса с помощью пружины. С помощью толкателя опора коромысла кинематически связана с профилем инструмента. Инструмент также установлен на корпусе и подпружинен относительно корпуса с помощью упругого элемента.

Данный механизм при постоянном вращении кривошипа в холостом режиме может работать как шарнирно-рычажный механизм, а в рабочем режиме - как кривошипно-ползунный механизм. Переход из одной структуры в другую осуществляется путем перемещения опоры коромысла устройством включения. При этом изменяется угол качения коромысла и при верхнем положении кривошипа коромысло захватывается опорой. К концу переходного режима шарнирно-рычажный механизм превращается в кривошипно-ползунный и переходит в рабочий режим.

Недостатком данного устройства является низкая надежность, обусловленная наличием подпружиненной подвижной опоры механизма.

Техническая задача изобретения - расширение кинематической возможности и КПД механизма.

Поставленная задача достигается тем, что шестизвенный механизм переменной структуры, содержащий корпус, двухплечный кривошип, два шатуна, коромысло, и ползун, который как выходное звено кривошипно-ползунного механизма соединено шарнирно выходным звеном-коромыслом кривошипнокоромыслового механизма, причем длины звеньев шестизвенного механизма выполнены с возможностью выстраивания в одну линию в крайнем положении ползуна со стороны опоры кривошипа. Наличие в предлагаемом механизме ползуна с установленной на нем опорой коромысла О₄ позволяет шестизвенному механизму сочетать в себе одновременно кривошипно-коромысловый и кривошипно-ползунный механизмы переменной структуры, что позволяет исключить дополнительные динамические нагрузки в опорах до минимума и передачу реактивных сил на кривошип. Двухплечный кривошип установлен на стойке и кинематически связан с коромыслом через верхний шатун, а с ползуном через нижний шатун. Шестизвенный механизм иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен общий вид;

на фиг. 2 - то же в момент, когда ползун занимает крайнее правое положение;

на фиг. 3 - то же при «особом положении».

Шестизвенный механизм переменной структуры состоит из корпуса 1, двухплечного кривошипа 2, верхнего 3 и нижнего 5 шатунов, коромысла 4 с ударной массой 7 и ползуна 6. Двухплечный кривошип 2, вращающийся вокруг неподвижной оси О1, входит во вращательную пару О2 с верхним шатуном 3, и во вращательную пару О₅ с нижним шатуном 5. Верхний шатун 3 входит во вращательную пару О₃ с коромыслом 4, которое в свою очередь входит во вращательную пару О₄ с ползуном 6. Нижний шатун 5 входит во вращательную пару О₄ с ползуном 6, скользящим по неподвижной направляющей 1. Шарниры О₁ и О₄ служат в качестве опоры кривошипа 2 и шатуна 5 соответственно. Опора коромысла выполнена подвижной на прямолинейных направляющих, с установленным в них ползуном 6. Регулировка длины основания 1 производится в процессе работы.

- 1 007687

Механизм работает следующим образом.

При вращении двухплечного кривошипа 2 относительно стойки 1 движение через верхний шатун 3 передается коромыслу 4, которое совершает качательное движение относительно оси, закрепленной на ползуне 6. При этом изменяется угол качания коромысла 4. Другой конец двухплечного кривошипа 2, через нижний шатун 5 воздействует на ползун 6 и приводит его в возвратно-поступательное движение. Тем самым одновременно выполняется два режима движений. Первое - это качательное движение коромысла 4 с ударной массой 7, и второе - возвратно-поступательное движение ползуна 6.

При вращении кривошипа 2 в направлении против часовой стрелки, коромысло 4 с ударной массой 7 вращается в том же направлении, т.е. направлении вращения кривошипа 2 и коромысла 4 с ударной массой 7 совпадают. Когда кривошип 2 достигает крайнего левого положения, длина основания механизма составляет максимальное значение и ползун занимает крайнее правое положение (фиг. 2). В случае, когда кривошип 2 и верхний шатун 3 располагаются на одной линии, движение коромысла 4 с ударной массой 7 мгновенно останавливается. При дальнейшем вращении кривошипа 2 коромысло 4 с ударной массой 7 продолжает движение в обратную сторону, при этом изменяется угол качания коромысла 4 с ударной массой 7 и нижний шатун 5 перемещает опору коромысла 6 влево. Минимальное значение длины основания механизма соответствует особому положению, когда все звенья выстраиваются в одну линию (фиг. 3). При дальнейшем вращении кривошипа 2 коромысло 4 с ударной массой 7 качается под воздействием шатуна 3. Опора коромысла 6 возвращается в исходное положение и механизм переходит в холостой режим. Как показывают приведенные положения звеньев механизма, полный цикл работы ударного механизма состоит из двух периодов: обратного и рабочего хода коромысла 4. В особом положении механизма кривошип 2, шатуны 3 и 5 и коромысло 4 выстраиваются в одну линию. Следует отметить, что длина основания саморегулируемая.

Таким образом, в предлагаемой конструкции исключено дополнительное преобразование подводимой энергии, что позволяет увеличить КПД механизма, а установка ударной массы на коромысле позволяет увеличить энергию удара за счет увеличения скорости и массы ударной массы.

По сравнению с известными устройствами использование предлагаемого механизма дает существенный экономический эффект, так как увеличивается подводимая мощность к обрабатываемой среде, которая обуславливается повышенной энергией и частотой ударов бойка.

Повышение подводимой мощности к обрабатываемой среде осуществляется при увеличенном КПД предлагаемого механизма, что увеличивает эффективность при существенном уменьшении потери энергии системы. Применение предлагаемого механизма повышает надежность и долговечность исполнительных органов ударных машин, так как переход из холостого режима в рабочий производится без дополнительных устройств.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Шестизвенный механизм переменной структуры, содержащий корпус, двухплечный кривошип, два шатуна, коромысло и ползун, отличающийся тем, что к выходному звену кривошипно-ползунного механизма шарнирно установлено выходное звено кривошипно-коромыслового механизма, причем длины звеньев механизма выполнены с возможностью выстраивания в одну линию в крайнем положении ползуна на стороне опоры кривошипа.