Рычажный механизм переменной структуры

1 Изобретение относится к рычажным механизмам и может быть использовано в машиностроении, строительстве и горной промышленности, где необходимо возбуждение энергии большой мощности, а именно в ударных устройствах и передаточных механизмах. Известен рычажный механизм (см. а.с. СССР 1472730 от 24.02.87 г. F16H 21/16), 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 перемешает 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 возвратнопоступательное 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 объекта является низкая частота вращения кривошипа, которая обусловлена несогласованностью вращения кривошипа 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 возвратно-поступательным движением приводит к значительным вибрациям, что требует дополнительных устройств для их гашения. Наиболее близким к заявляемому устройству является рычажный механизм (см. патент Российской Федерации 2062928 от 14.05.91 г. МПК F16H 21/00), который содержит стойку,кривошип, шатун и коромысло. Шатун связан с коромыслом, прижатым к стойке подвижным звеном переменной длины, посредством дополнительного звена, длина которого больше длины кривошипа. На коромысле выполнена полка для оперативного взаимодействия с дополнительным звеном. Механизм снабжен управляющим устройством, который непосредственно 2 взаимодействует с коромыслом и дополнительным звеном. Работа кривошипно-коромыслового механизма основана на изменении структуры механизма при изменении характера движения дополнительного звена. Изменение характера движения дополнительного звена осуществляется с помощью управляющих устройств и элемента переменной длины. Механизм может работать при двух структурах. При первой структуре прижатое к опоре с помощью элемента переменной длины коромысло остается неподвижным в исходном положении, а вращение кривошипа приводит к качательному движению дополнительного звена. При второй структуре дополнительное звено относительно коромысла неподвижно, последнее при вращении кривошипа совершает качательное движение. Для того, чтобы механизм перешел из первой структуры во вторую, необходимо с помощью управляющего устройства переместить коромысло до определенной величины, сжимая элемент переменной длины, в результате чего дополнительное звено замыкается на полке коромысла. Для того, чтобы механизм перешел обратно из второй структуры в первую, необходимо воздействовать управляющим устройством на дополнительное звено, в результате чего дополнительное звено и полка коромысла размыкается, а коромысло возвращается в исходное положение с помощью элемента переменной длины. Следует отметить,что передача энергии от кривошипа к коромыслу осуществляется в момент выстраивания шатуна и коромысла в одну линию, при этом коромысло расположено под углом к линии сложения. В известном устройстве закон движения коромысла имеет случайный характер, соответственно невозможно реализовать возбуждение энергии большой мощности при положении кривошипа и шатуна сложенными в одну линию. В этом положении коромысло остается под углом к линии сложения шатуна и кривошипа,что и не позволяет реализовать энергию большой мощности. Элементы механизма не согласованы между собой в момент передачи энергии из-за отсутствия подбора параметров,поэтому передача энергии технологическому объекту неэффективна. Элемент переменной длины имеет ограниченный ресурс, что ухудшает возможности механизма. Технической задачей изобретения является создание рычажного механизма переменной структуры с расширенными кинематическими возможностями за счет возможности выстраивания шатуна, кривошипа и коромысла в одну линию в момент передачи энергии. Поставленная задача достигается тем, что в рычажном механизме переменной структуры,состоящем из корпуса, кривошипа, шатуна, коромысла, управляющего фиксатора, шарниров, 3 выходного звена, и фиксатора, взаимодействующего с выходным звеном; шарниры выходного звена установлены от опоры кривошипа на расстоянии, определяемом одним из условий где l0=O1O3, l0'=O1O2 - расстояния между опорами кривошипа и до шарниров выходного звена, соответственно; O1 - опора (шарнир) кривошипа, О 2 - шарнир выходного звена, О 3 - опора (шарнир) выходного звена, l1 - длина кривошипа, l2 - длина шатуна. (l2'=l2 или l2'=l2l3), l3 длина коромысла, l3' - длина выходного звена. Кроме того, управляющий фиксатор установлен с возможностью взаимодействия с шатуном. Это позволяет увеличить эффективность механизма за счет того, что шарниры О 2 и О 3 устанавливаются на расстоянии l0 и l0' от опоры(шарнира) O1 кривошипа 2. Это позволяет выстраивать в одну линию кривошип, шатун, коромысло и выходное звено в момент передачи энергии обрабатываемой среде, что расширяет кинематические возможности и исключает передачу реактивных сил на кривошип 2. Далее изобретение подтверждается подробным описанием конкретных примеров его выполнения и сопровождающими чертежами,где на фиг. 1 схематично изображен общий вид рычажного механизма переменной структуры,когда коромысло замыкается на выходном звене; фиг. 2 схематично изображен рычажный механизм переменной структуры, когда коромысло замыкается на шатуне. Рычажный механизм переменной структуры содержит корпус 1, где установлен кривошип 2 с возможностью вращения, связанный с шатуном 3. Шатун 3 через коромысло 4 взаимодействует с выходным звеном 5, который в свою очередь имеет возможность контакта с фиксатором 6 в одном из крайних положений. Управляющий фиксатор 7 установлен на коромысле 4 с возможностью взаимодействия с полкой 8 выходного звена 5 (фиг. 1) или с шатуном 3 (фиг. 2). Механизм содержит также шарниры О 1, О 2, О 3, O4, О 5. Шарниры О 1 и О 3 служат в качестве опоры кривошипа 2 и выходного звена 5 соответственно. Шарнир О 2 соединяет коромысло 4 и выходное звено 5. Шарниры O4 и O5 соединяют шатун 3 с кривошипом 2 и коромыслом 4, соответственно, а шарниры О 2 и О 3 выходного звена 5 установлены от опоры (шарнира) O1 кривошипа 2 на расстояниях, определяемых условиями:O1O3=l0=l2'+l3'-l1 где l2'=l2l3 Механизм работает следующим образом: При вращении кривошипа 2 коромысло 4 качается под воздействием шатуна 3. Выходное звено 5 находится в покое и зафиксировано с помощью фиксатора 6. По команде, например,управляющий фиксатор 7 взаимодействует с полкой 8 выходного звена 5 (фиг. 1) при выстраивании кривошипа 2, шатуна 3, коромысла 4 в одну линию. В этом случае расстояние от опоры (шарнира) O1 кривошипа 2 до шарнира O2 выходного звена 5 соответствует одной из трех величин, т.е. O1O2=l0'=l1+l2-l3, или O1O2=l0'=l1+l3l2, или O1O2=l0'=l2+l3-l1. При этом, выходное звено 5 будет совершать возвратно-вращательное движение по заранее заданному закону, совершая рабочий процесс. В рабочем процессе механизма расстояние от опоры (шарнира) O1 кривошипа 2 до опоры (шарнира) О 3 выходного звена 5 соответствует одной из трех величин,O1O3=l0=l1+l2-l3', или O1O3=l0=l1+l3'-l2, илиO1O3=l0=l2+l3'-l1. Возвратно-вращательное движение выходного звена 5 продолжается до тех пор, пока не отключится управляющий фиксатор 7. Управляющий фиксатор 7 отключится,когда выходное звено 5 возвратится в исходное положение и зафиксируется фиксатором 6. С этого момента коромысло 4 совершает качательное движение. Относительное движение звеньев механизма (корпус 1, кривошип 2, шатун 3, коромысло 4 и выходное звено 5) между собой осуществляется с помощью соответствующих шарниров O1, О 2, О 3, O4, O5. В случае, когда механизм выполнен согласно фиг. 2, то при срабатывании управляющего фиксатора 7 он взаимодействует с шатуном 3, когда выстраивается в одну линию кривошип 2, шатун 3 и коромысло 4. В этом случае,также расстояние от опоры (шарниров) O1 кривошипа 2 до шарнира O2 выходного звена 5 соответствует одной из трех величин, т.е.O1O2=l0'=l2+l3-l1. После взаимодействия управляющего фиксатора 7 и шатуна 3 выходное звено 5 совершает возвратно-вращательное движение по другому закону, чем в предыдущем случае, т.е. закон движения выходного звена 5 будет отличаться, чем когда он выполнен согласно фиг. 1. Это обусловлено тем, что расстояние от опоры (шарнира) O1 кривошипа 2 до опоры(шарнира) О 3 выходного звена 5, соответствует одной из трех величин, т.е. O1O3=l0=l1+l2'-l3', или покоя, когда отключится управляющий фиксатор 7 при фиксации выходного звена 5 фиксатором 6 в исходном положении. После останова выходного звена 5 начинает качательное движение коромысло 4. Качательное движение коромысла 4 продолжается до тех пор, пока не будет отключен механизм. При отключении главного привода механизма (главный привод, на фиг. не показан) устройство полностью останавливается. Предлагаемый рычажный механизм переменной структуры, по сравнению с известными аналогами, имеет возможность генерировать энергию большой мощности, необходимую для разрушения горных пород строительных конструкций, уплотнения насыпных грунтов и т.д. Причем генерируемую энергию можно получить необходимой частоты и мощности без отдачи энергии обратно в устройство. Кинематическая цепь не имеет разрыва в рабочих и холостых ходах, что исключает динамические нагрузки, связанные с зазорообразованием. Перечень позиций 1 - корпус,2 - кривошип,3 - шатун,4 - коромысло,5 - выходное звено,6 - фиксатор,7 - управляемый фиксатор,8 - полка выходного звена 5,O1 - опора (шарнир) кривошипа 2, 6O2 - шарнир выходного звена 5,O3 - опора (шарнир) выходного звена 5,O4 - шарнир между кривошипом 2 и шатуном 3,O5 - шарнир между шатуном 3 и коромыслом 4. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Рычажный механизм переменной структуры, содержащий корпус, кривошип, шатун,коромысло, управляющий фиксатор, шарниры,выходное звено и фиксатор, взаимодействующий с выходным звеном, отличающийся тем,что шарниры (О 2 и О 3) выходного звена (5) установлены от опоры (O1) кривошипа (2) на расстоянии, определяемом одним из условийl0'=O1O2 - расстояния от опоры кривошипа 2 и до шарниров О 2 и О 3 выходного звена 5 соответственно;l3' - длина выходного звена 5. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем,что управляющий фиксатор 7 установлен с возможностью взаимодействия с шатуном 3.