Динамика взаимодействия вибромашины с технологической средой

Содержание
2
Основные обозначения.................................................6
ВВЕДЕНИЕ............................................................9
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ВИБРАЦИОННЫХ МАШИН..................................................16
1.1. Общие сведения о вибрационных машинах.......................16
1.2. Аналитический обзор исследований инженерных расчетов вибрационных машин..........................................................25
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ВИБРОМАШИНЫ ГТРИ ВОЗАИМОДЕЙСТВИИ С ОБРАБАТЫВАЕМОЙ СРЕДОЙ........................39
2.1. Поведение вибромашины в установившемся режиме работы.........39
2.1.1. Выбор метода теоретического исследования.................39
2.1.2. Построение расчетной модели вибромашины..................40
2.1.3. Поведение модели вибромашины круговых колебаний при действии только сил инерции..........................................42
2.1.4. Поведение модели вибромашины круговых колебаний при действии инерционных и упругих сил...................................44
2.1.5. Поведение модели вибромашины круговых колебаний при действии диссипативных сил...........................................49
2.1.6. Поведение модели вибромашины круговых колебаний при действии инерционных, консервативных и диссипативных сил.............53
2.1.7. Поведение модели вибромашины направленных колебаний при действии инерционных, консервативных и диссипативных сил....60
2.2. Анализ поведения вибромашины при действии сил сопротивления различной природы..............................................65
2.2.1. Колебания вибромашины при действии вязкой силы сопротивления... 66
2.2.2. Колебания вибромашины при действии кулоновой силы трения 68
2.2.3. Колебания вибромашины при действии сложной силы сопротивления...............................................69
2.3. Определение мощности в установившемся режиме работы..........70
2.3.1. Мощность на вибрирование обрабатываемых материалов при круговых колебаниях.........................................71
2.3.2. Мощность на вибрирование обрабатываемых материалов при направленных колебаниях.....................................73
2.4. Взаимодействие вибромашины с двигателем. Переходные режимы работы..........................................................74
2.4.1. Переходные режимы работы вибромашины круговых колебаний ... 77
2.4.2. Переходные режимы работы вибромашины направленных колебаний...................................................87
2.5. Выводы по главе..............................................89
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОВЕДЕНИЯ ВИБРОМАШИНЫ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ОБРАБАТЫВАЕМЫМИ МАТЕРИАЛАМИ.........................................92
3.1. Цели и задачи экспериментального исследования................92
3.2. Выбор факторов проведения экспериментов......................93
3.3. Описание экспериментальной установки.........................94
3.4. Описание комплекса измерительной и калибровочной аппаратуры 102
3.5. Подбор технологических материалов...........................110
3.6. Методика проведения экспериментальных исследований..........113
3.6.1. Порядок проведения экспериментальных исследований для определения массового влияния технологической нагрузки.....114
3.6.2. Порядок проведения экспериментальных исследований для определения сил сопротивления, действующих на вибромашину..117
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНЕРЦИОННОГО ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА ПАРАМЕТРЫ ДВИЖЕНИЯ ВИБРОМАШИНЫ........................................................120
4.1. Результаты экспериментального определения влияния массы загрузки на
параметры движения вибромашины.....................................120
4.1.1. Результаты экспериментов с жестко закрепленными массами 121
4.1.2. Результаты экспериментов с сыпучими материалами...........126
4.2. Оценка изменения динамичности системы при взаимодействии с технологическими материалами....................................131
4.3. Выводы по главе...............................................138
ГЛАВА 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВИБРОМАШИНЫ С ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ В ЗАРЕЗОНАНСНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ..........................................139
5.1. Общие положения..............................................140
5.2. Оценка силового взаимодействия вибромашины круговых колебаний с технологическими материалами....................................140
5.2.1. Оценка силового взаимодействия при вибрировании песка 140
5.2.2. Оценка силового взаимодействия при вибрировании щебня 148
5.2.3. Оценка силового взаимодействия при вибрировании металлических шаров.......................................................154
5.2.4. Сопоставление силового взаимодействия при вибрировании материалов с выраженными диссипативными и упругими свойствами... 160
5.3. Оценка силового взаимодействия вибромашины направленных колебаний с технологическими материалами........................167
5.4. Сопоставление результатов исследований при вибрировании песка круговыми и направленными колебаниями...........................173
5.5. Выводы по результатам экспериментальных исследований..........178
ГЛАВА 6. МЕТОДИКА И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ВИБРАЦИОННЫХ ЗАРЕЗОНАНСНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН..................................180
6.1. Методика расчета параметров вибромашин.......................180
6.2. Определение функций удельных величин для круговых колебаний.... 182
6.2.1. Определение функций удельных величин при вибрировании песка . 182
5
6.2.2. Определение функций удельных величин при вибрировании щебня.. 185
6.3. Определение функций удельных величин для направленных колебаний 189
6.3.1. Определение функций удельных величин при вибрировании песка.. 189
6.4. Примеры расчета вибрационных машин...........................192
6.4.1. Проектировочный расчет вибрационного смесителя...........192
6.4.2. Проверочный расчет шаровой вибрационной мельницы.........197
6.4.3 Проверочный расчет вибрационных площадок..................209
6.5. Выводы по использованию методики расчета вибромашин..........219
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ...............................................221
ЛИТЕРАТУРА..........................................................223
Приложение 1........................................................235
Приложение 2.......................................................241
Приложение 3........................................................246
Основные обозначения
А - амплитуда колебаний;
А0 - амплитуда колебаний вибромашины в свободном движении;
А'* - мгновенное положение координаты центра масс системы;
Ь - коэффициент вязкого сопротивления; с - жесткость упругих элементов; с1 - диаметр вала дебаланса (дисбаланса);
Е - работа, совершаемая за период колебаний;
/с - частота тока в питающей электросети;
Е^ - сила инерции дебаланса;
Е“ - сила инерции дебаланса в абсолютном движении;
Ек - сила инерции колеблющихся частей вибромашины;
Ек - сила инерции колеблющихся частей в абсолютном движении;
Рп - нормальная сила сопротивления;
Ес - сила сопротивления;
Ег - тангенциальная сила сопротивления;
Р/ - активные силы, приложенные к системе;
- реакции связей;
Еу - составляющая силы сопротивления, зависящая от скорости колебаний;
Е{ - составляющая силы сопротивления, не зависящая от скорости колебаний;
- вес дебаланса;
И - отношение амплитуды возмущающей силы к массе системы, И =
/ - статический момент дебалансов;
о
J - момент инерции вращающихся частей;
Jg - момент инерции вибропривода;
У' - момент инерции ротора электродвигателя;
к - число степеней свободы системы;
Кпр - коэффициент присоединения массы;
/ - число делений отсчетного устройства микроскопа;
I - кинетическая энергия системы; т - масса колеблющейся системы; т& - масса дебалансов;
тк - масса колеблющихся частей вибромашины;
М£ - крутящий момент на валу дебаланса;
Мс - момент сил сопротивления;
Мкр - критический момент асинхронного электродвигателя; Мном - номинальный момент двигателя;
и
п - коэффициент демпфирования (затухания), п = —;
2т
N - мощность:
Иср - средняя мощность;
Л^ут - мощность установившегося режима колебаний;
N пер - мощность переходного режима;
И0 - мощность на вибрирование обрабатываемых материалов; Ып - мощность на потери в инерционном приводе;
А'тах - максимальная мощность;
Лґлшс - пиковое значение мощности;
Мном " номинальная мощность двигателя; р - число пар полюсов асинхронного электродвигателя;
Р - нормально прижимающая сила; д{ - обобщенные координаты системы;
<7, - обобщенные скорости; й - обобщенные силы; г - эксцентриситет дебаланса;
Я - радиус траектории дебаланса в абсолютном движении; зкр - критическое скольжение асинхронного электродвигателя;
я - текущее скольжение асинхронного электродвигателя;
{ - время;
Т - период колебаний;
V - скорость;
х - перемещение по оси абсцисс;
у,у,у - соответственно: ускорение, скорость и перемещение по оси ординат; 2 - отношение частот вынужденных и собственных колебаний, г = со!б)0 ; а - угол поворота дебаланса;
8 - погрешность измерений;
£ - коэффициент потерь (относительный коэффициент затухания);
(р - фазовый угол;
(р0 - начальная фаза колебаний; г] - коэффициент полезного действия;
Я - частотный коэффициент динамичности;
Л - коэффициент динамичности системы, Л = Ясоъ<р\
// - коэффициент трения качения в подшипниках:
у - частота колебаний;
со - угловая частота колебаний, со- 2к!Т\
со0 - частота собственных колебаний;
оН0М - номинальная угловая скорость вращения двигателя;
£ - коэффициент трения;
С, - перегрузочная способность двигателя.
ВВЕДЕНИЕ
Происшедшие в нашей стране серьезные социально-экономические преобразования затронули все сферы человеческой деятельности, создали новые экономические условия развития общества, определили приоритетные направления для создания экономически сильного демократического государства, нормальное функционирование которого невозможно без развитого промышленного производства. На этапе возрождения промышленного производства одной из актуальных задач стало создание высокоэффективных, экономичных технологических машин, обеспечивающих выполнение экологически чистых производственных процессов.
Во многих производственных технологических процессах используются вибрационные методы обработки материалов и изделий. Вибрационные технологические машины нашли широкое применение в горнодобывающей, химической, электронной, электротехнической, фармацевтической, пищевой отраслях промышленности, в строительстве, производстве строительных материалов, дорожном строительстве и других областях человеческой деятельности.
При относительной конструктивной простоте вибрационные машины представляют собой сложные динамические системы, подверженные сильным взаимодействиям между составляющими их элементами. Изменение характеристик любого составляющего элемента ведет к изменению свойств всей системы в целом.
Для того чтобы грамотно проектировать и успешно эксплуатировать вибрационные машины, необходимо четко представлять, как происходит данное взаимодействие, как меняются динамические характеристики при изменении технологических параметров и свойств обрабатываемой среды, какие параметры движения машин необходимо контролировать и какими способами их нужно измерять. Условия применения вибрационных машин весьма разнообразны, и для каждого конкретного случая необходимо определять наиболее рацио-
нальньте режимы технологического процесса и параметры взаимодействия вибрационной машины с обрабатываемыми материалами.
В процессе своей работы вибромашина приводит в движение технологическую среду, деформирует ее и изменет ее состояние. Обрабатываемая среда оказывает сопротивление воздействию вибромашины, поглощая передаваемую ей энергию на перестройку своей структуры и различные перемещения. Оказывая диссипативное воздействие, она изменяет также поведение самой вибромашины.
Оценить экспериментально деформацию обрабатываемой среды и происходящие в ней процессы диссипации энергии сложно. Исследовать же теоретически и экспериментально поведение вибромашины в настоящее время возможно с достаточно высокой точностью.
Таким образом, путем надлежащей теоретической и экспериментальной оценки поведения вибромашины возможно определение качественных и количественных характеристик процессов взаимодействия вибромашины и обрабатываемых материалов. Более того, по изменению геометрии движения составляющих вибромашину тел, находящихся под действием сопротивляющейся среды, можно дать количественную и качественную оценку характеристик технологического процесса и свойств обрабатываемых материалов.
Целью данной работы является определение силового взаимодействия вибромашины с технологической средой путем оценки ее амплитудофазочастотных характеристик, разработка методики расчета конструктивных и эксплуатационных параметров при проектировании новых машин и установление наиболее рациональных режимов работы уже существующих.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
- выполнить теоретические исследования движения вибромашины при действии различных по своей природе сил сопротивления и получить зависимости, описывающие взаимодействие машины с технологической средой в установившемся режиме работы;
- определить величины, характеризующие поведение вибромашины при ее взаимодействии с обрабатываемыми материалами;
- провести анализ поведения вибромашины с учетом механической характеристики источника энергии в период ее разгона для согласования мощностей установившегося и переходного режимов ее работы;
- разработать методику экспериментального определения параметров, характеризующих силовое взаимодействие вибромашины и технологической среды;
- спроектировать и изготовить экспериментальную виброустановку с деба-лансным (дисбалансным) приводом, способную генерировать как круговые, так и направленные колебания различной амплитуды и частоты, и оснастить ее измерительной аппаратурой;
- провести экспериментальные исследования для определения параметров движения вибромашины при различных технологических режимах;
- получить зависимости, отражающие процесс взаимодействия вибромашины с обрабатываемыми материалами;
- оценить результаты проведенных исследований и выработать рекомендации для проектирования и эксплуатации технологических вибромашин;
- на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработать методику расчета вибрационных машин с учетом переходных процессов в период ее разгона.
На защиту' выносятся:
1. Математические модели, описывающие поведение вибромашины с инерционным виброприводом при взаимодействии с технологической средой в установившемся режиме работы при круговых и направленных колебаниях, позволяющие определять силовое влияние загружаемых материалов на параметры движения при действии сил сопротивления различной природы.
2. Критерии оценки, характеризующие динамику процессов взаимодействия вибромашины с обрабатываемыми материалами.
3. Результаты экспериментальных исследований по определению инерционного влияния массы загружаемых материалов на параметры движения вибромашины.
4. Результаты экспериментальных исследований по определению силового взаимодействия вибромашины с обрабатываемыми материалами, используемыми в основных технологических процессах ароительной индустрии.
5. Методика расчета зарезонансных технологических машин в установившемся и переходном режимах работы, составленная по результатам проведенных теоретических и экспериментальных исследований.
В первой главе работы выполнен аналитический обзор исследований инженерных расчетов вибрационных машин, определены необходимость и пути реализации более глубокого исследования процессов взаимодействия вибромашин с технологической средой.
Во второй главе проведены теоретические исследования поведения вибромашин в установившемся и переходном режимах работы. Для установившегося режима работы разработаны математические модели мгновенных состояний движения вибромашины, которые учитывают все действующие на систему силы. Для этих моделей на основании принципа Даламбера записаны силовые уравнения, которые устанавливают связь динамических и конструктивных параметров вибромашины, находящейся во взаимодействии с технологической средой. На основании этих уравнений получены системы уравнений, отражающие динамику взаимодействия между вибромашиной и обрабатываемой средой при действии сил сопротивления различной природы. Путем анализа полученных выражений выявлены критерии оценки динамического поведения вибромашины, находящейся в различных условиях работы.
Для учета взаимодействия вибромашины с виброприводом в разгонном режиме и согласования мощностей установившегося и переходного режимов работы на основании уравнений Лагранжа второго рода записаны дифференциальные уравнения движения. Для выполнения численного решения этих урав-
нений методом Рунге-Кутта составлена компьютерная программа, которая позволяет произвести динамический расчет вибромашины с учетом механической характеристики двигателя и реальных условий работы.
В третьей главе изложена методика экспериментальных исследований поведения вибромашины при взаимодействии с обрабатываемыми материалами. Для получения сведений о параметрах движения вибромашины при взаимодействии с обрабатываемой средой в этой главе решены следующие задачи: определены изменяемые (регулируемые) факторы экспериментальных исследований и отклики, подлежащие контролю и измерениям; разработана и создана экспериментальная виброустановка с дебалансным приводом, генерирующая как круговые, так и направленные колебания с изменяемыми величинами амплитуды и частоты; произведен подбор контрольно-измерительной аппаратуры, обеспечивающей требуемую точность измерений; обоснован подбор технологических материалов с характерными свойствами, широко применяемых в строительстве и производстве строительных материалов; разработана методика поведения эксперимента.
В четвертой главе проведено исследование динамического влияния массы технологической нагрузки на параметры движения вибромашины. Влияние колеблющейся массы на характер поведения вибромашины и значения измеряемых величин определялись экспериментально, путем динамического взвешивания. В опытах измерялись и сопоставлялись параметры движения вибромашины с жестко закрепленными на ней массами с параметрами движения в случае загрузки ее сыпучими материалами. По экспериментальным данным с достаточной точностью установлено, что на исследованных режимах работы вся масса загружаемых материалов оказывает инерционное влияние на движение вибромашины, а непропорциональное изменение амплитуды колебаний в зависимости от массы загружаемых материалов происходит за счет изменения двух параметров, характеризующих движение машины: фазового угла и коэффициента динамичности.
При загрузке вибромашины технологическими материалами коэффициент динамичности изменяется, возрастая за счет увеличения жесткости системы в связи с упругой деформацией обрабатываемой среды. Жесткость колеблющейся системы определяется инерционным воздействием технологической массы и физико-механическими свойствами вибрируемых материалов.
В пятой главе работы на основании теоретических и экспериментальных исследований рассмотрено силовое взаимодействие вибромашины, находящейся в контакте с технологическими материалами, в зарезонансном режиме работы. Анализ силового взаимодействия вибромашины с технологической средой сводится к определению динамических функций, характеризующих поведение системы по экспериментально определенным параметрам движения.
Регрессионным анализом определены коэффициенты полиномиальных функций, отражающих изменение вибрационных параметров в зависимости от массы загрузки вибромашины исследуемыми технологическими материалами и статического момента дебалансов вибровозбудителя.
Полученные данные являются базовыми для построения методики расчета зарезонансных вибрационных машин с учетом реальных условий технологических процессов.
В шестой главе излагается методика расчета вибрационных зарезонансных технологических машин, и приводятся примеры ее использования. Разработанная методика расчета, отражающая рабочий процесс вибромашины, построена по результатам экспериментальных данных, приведенных к удельным величинам. Такой подход позволил определять динамические параметры, характеризующие взаимодействие вибромашин различных типоразмеров с конкретными обрабатываемыми материалами.
Для согласования динамики установившегося режима работы вибромашины с переходным процессом во время ее разгона до рабочей частоты, проведен численный анализ дифференциальных уравнений движения, составленных в теоретической части работы. Численные решения дифференциальных уравне-
ний проводились при малом демпфировании системы, что соответствует запуску вибромашины в незагруженном состоянии. Этот случай описывает колебания с максимальными динамическими параметрами движения и соответствует наибольшему энергетическому взаимодействию между колеблющимися и вращающимися частями при переходе вибромашины через резонанс. На примерах расчета, избранных в рассмотрении вибрационных машин, выявлены зоны неустойчивой работы машинного агрегата (эффект Зоммерфельда), что позволило более точно выбрать рабочий режим машины и конструктивные параметры ее вибропривода, а так же согласовать мощности рабочего процесса и разгонного периода.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедр «Теория механизмов и детали машин» и «Строительные и дорожные машины» СГТУ; Международном симпозиуме «Шум и вибрация на транспорте» (Санкт-Петербург, 1992); Международной научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии» (Курск, 1993); совместном семинаре кафедр СГТУ: «Механика деформируемого твердого тела», «Строительные и дорожные машины», «Теоретическая механика» и «Теория механизмов и детали машин» в 2006 г.
Результаты проведенных исследований предполагается использовать при проектировании новых вибрационных машин, а также для оценки эксплуатационной и технологической эффективности работающей в производстве вибротехники.
16
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА ВИБРАЦИОННЫХ МАШИН
1.1. Общие сведения о вибрационных машинах
Вибрационная техника и вибрационные технологии нашли широкое применение в современных отраслях про1\1ЫШленности, транспорта, сельского хозяйства. К вибрационной технике относятся машины, стенды, устройства, приборы, инструменты, в которых преднамеренно возбужденная вибрация выполняет полезные функции. К вибрационной технике также можно отнести аппаратуру и устройства для измерения и контроля вибрационных параметров и управления технологическими режимами вибрационной обработки материалов и изделий [19].
В настоящее время вибрационные методы интенсификации технологических процессов получают все большее распространение. Это обусловлено тем, что при использовании вибрационного воздействия на обрабатываемые материалы повышается эффективность и производительность технологических процессов, возрастает качество обработки материалов и изделий, появляются новые возможности технологической обработки. К примеру, без использования вибрационных машин невозможны такие технологические процессы, как формование крупногабаритных железобетонных изделий, уплотнение бетонных смесей при крупноблочном строительстве, производство цемента и других мелкодисперсных материалов, сортировка каменных материалов по фракциям и др. Для удовлетворения растущих технологических потребностей промышленности разрабатывается большое количество вибрационных машин. Они отличаются простотой конструкции, удобством обслуживания, высокой интенсивностью рабочих процессов.
Наряду с интенсификацией технологических процессов при вибрационном воздействии на обрабатываемый материал улучшается качество конечной продукции: так, например, при перемешивании сыпучих материалов достигает-
17
ся высокая степень однородности смесей, при формовании материалов обеспечиваются однородные свойства по всему объему изделия.
Вибрационные технологические машины - это машины, рабочему органу которых сообщается колебательное движение, необходимое для осуществления или интенсификации выполняемого технологического процесса. Их рекомендуется подразделять по следующим признакам [25]:
1. По назначению. Такая классификация может производиться по укрупненным широким группам машин или но узкому назначению. В широком плане вибромашины можно, например, подразделить на уплотняющие, разрыхляющие, смешивающие, сепарирующие, транспортирующие и т. д. В узком плане их можно разделить на конкретные типы, например виброплощадки для формования железобетонных изделий, вибрационные бункеры для питания деталями автоматических станков, прикрепляемые вибраторы общего назначения, глубинные вибраторы для уплотнения бетонных смесей, вибрационные решетки для выбивки опок и т. д.
2. По типу привода: электрические, гидравлические, пневматические, внутреннего сгорания. Дальнейшие подразделения касаются детализации видов привода.
3. По типу преобразования подводимой энергии в энергию механических колебаний: центробежные, поршневые, кулачковые, кривошипно-шатунные, электромагнитные, электродинамические, магнитострикционные, пьезоэлектрические, пульсационные, автоколебательные, возбуждаемые кинематически и т. д. Таким образом, это подразделение является многоплановым.
4. По числу колеблющихся твердых тел: одномассные, двухмассные, трехмассные и т. д.
5. По форме колебаний рабочего органа (см. рис. 1.1): с прямолинейно направленными колебаниями (рис. 1.1 а), с круговыми (эллиптическими) колебаниями (рис. 1.1 в), с угловыми колебаниями (рис. 1.1 б), с различными комбинированными колебаниями (рис. 1.1 г) и т.д.
18
6. По периодичности колебаний: с простыми периодическими колебаниями, с модулированными колебаниями, с непериодическими (хаотическими, случайными) колебаниями.
7. По спектральному составу периодических колебаний рабочего органа: с гармоническими (синусоидальными) колебаниями, с полигармоническими колебаниями.
8. По наличию ударов: безударные и ударно-вибрационные.
9. По соотношению вынуждающей и собственных частот: дорезонансные, зарезонансные, резонансные, межрезонансные.
10. По количеству вибровозбудителей на одном рабочем органе: с одним вибровозбудителем, с двумя и т. д.
11. По способу синхронизации работы вибровозбудителей: с принудительной механической синхронизацией, с принудительной электрической синхронизацией, с самосинхронизацией, без синхронизации.
12. По диапазону частот: высокочастотные, среднечасготые, низкочастотные. Эти понятия относительны и зависят от вида технологического процесса и типа вибромашины.
13. По методу регулирования: нерегулируемые, с ручным регулированием, с механическим регулированием, с автоматическим регулированием, с программным управлением, с самонастройкой на оптимальный режим.
14. По степени определенности кинематических параметров рабочего органа: с полностью принудительным движением рабочего органа (с принудительной кинематикой), с частично принудительным движением рабочего органа, например вдоль определенного направления (с полупринудительной кинематикой), без принудительных жестких связей рабочего органа (динамические).
Как было отмечено, по форме движения технологической части вибромашины механические колебания различаются на направленные, угловые, циркуляционные и комбинированные [86]. Направленными называют колебания, при которых технологическая часть машины совершает возвратно-
поступательное движение вдоль прямой. Различают следующие направления движения: под углом к горизонту, в вертикальной и горизонтальной плоскостях (см. рис. 1.1а).
Рис. 1.1. Виды колебаний технологической части вибромашин а) направленные; б) угловые; в) циркуляционные; г) комбинированные
Угловыми (поворотными) называют такие колебания, когда технологическая часть вибромашины совершает возвратно-поступательное движение относительно оси. Различают два вида угловых колебаний: относительно горизонтальной и вертикальной осей (см. рис. 1.16). При циркуляционных колебаниях технологическая часть вибромашины совершает перемещения в одном направлении по замкнутой кривой. Как правило, различают круговые и эллиптические колебания (см. рис. 1.1 в). В дальнейшем такой вид колебаний обобщенно будем называть круговыми. Комбинированные колебания характеризуются тем, что технологическая часть вибромашины совершает одновременно колебательное и циркуляционное движения (см. рис. 1.1а).
В различных отраслях промышленности вибрационные машины применяется для осуществления и интенсификации таких процессов, как транспортирование и дозирование материалов, разделение смесей по фракциям, измельчение и уплотнение, фильтрование, гранулирование и др.
О
Рис. 1.2. Стол вибрационный 1 - стол; 2 - зажимы; 3 - вибровозбудитель; 4 - упругие элементы; 5 - опорная рама
Рис. 1.3. Вибратор глубинный 1 - вибробулава; 2 - гибкий вал;
3 - электродвигатель; 4 - питающий кабель
Наиболее широкое и разнообразное применение вибромашины получили в строительстве и производстве строительных материалов. Так формование и уплотнение подавляющего большинства бетонных и железобетонных изделий осуществляется с применением вибрации. Для объемного вибрационного формования применяются вибрационные столы (площадки) (см. рис. 1.2) и вибрационные формовочные установки. Для внутреннего вибрирования и уплотнения бетонных смесей, как правило, используются глубинные вибраторы (см. рис. 1.3).
Для тонкого и сверхтонкого помола различных материалов, в том числе для помола и активации цемента и других вяжущих материалов, используются вибрационные мельницы. Вибрационная мельница с тороидальной рабочей камерой изображена на рис. 1.4.
Для пылеплотного транспортирования сыпучих материалов применяются вибрационные питатели (см. рис. 1.5). Для перемешивания сыпучих продуктов применяют вибросмесители. В промышленных смесителях рабочий орган подвергается круговым в вер-
21
Рис. 1.5. Питатель вибрационный 1 - транспортирующая труба; 2 -упругие элементы; 3 * вибровозбудитель; 4 - патрубок загрузки;
5 - патрубок выгрузки
1 4
6
Рис. 1.4. Мельница вибрационная I - рабочая камера; 2 - патрубок загрузки; 3 - клапан разгрузки; 4 -упругие элементы; 5 - опорная рама; 6 - электродвигатель
тикальнои плоскости или пространственным (объемным) колебаниям, а смесительную камеру выполняют цилиндрической, корытообразной или тороидальной. Для непрерывного просева широкого диапазона сыпучих, зернистых, гранулированных и порошкообразных материалов используются вибрационные просеиватели (вибросита), изображенные на рис. 1.6.
Вибрационное воздействие на перемешиваемые материалы и рабочие органы смесителя значительно увеличивает производительность процесса, снижает энергоемкость и улучшает качество смеси. При этом вибрация в одних случаях может лишь интенсифицировать основной процесс, в других - вызывать специфические вибрационные эффекты, которые используются для перемешивания (например, циркуляционное вибротранспортирование смеси внутри цилиндрического или горообразного сосуда).
Несмотря на все разнообразие использования вибрационных машин, они обладают схожими конструктивными решениями и технологическими режимами обработки материалов.
g Среди вибрационных технологи-
2 ческих машин наибольшее распростра-
нение получили вибромашины с центробежными вибровозбудителями с приводом от асинхронных электродвигателей. К достоинствам центробежного вибровозбудителя относятся возможность получения больших возмущающих сил, сравнительно небольшие размеры и масса, простота конструкции и высокая надёжность.
Центробежные одновальные вибровозбудители генерируют гармонические колебания (см. рис. 1.7), которые представляют собой движение проекции точки, равномерно движущейся вдоль окружности, на оси координат [39].
Если точка а движется по окружности с радиусом оа = А (см. рис. 1.7) и радиус-вектор оа вращается с постоянной угловой скоростью со вокруг точки о, а время / отсчитывается от момента, когда точка а находится в положении а(), то положение ее проекции на ось у выражается формулой
у = A sin cot, (1.1)
где А - амплиту да колебаний;
со - угловая частота колебаний со = 2я1Т, где Т - период колебаний.
Если же в начале отсчета времени точка а будет находиться в положении а,, то положение ее проекции на ось ^определиться выражением
Рис. 1.6. Вибропросеиватель 1 - патрубок загрузки; 2 - крышка;
3 - корпус (рабочий орган);
4 - вибровозбудитель; 5 - патрубок выгрузки крупной фракции;
6 - патрубок выгрузки мелкой фракции; 7 - упругие элементы;
8 - подвесные тяги
23
Рис. 1.7. Схема гармонических колебаний, генерируемых одновальным центробежным вибровозбудителем
у= А$т(®( + ф0),
(1.2)
где (р0 - начальная фаза колебаний.
Дебалансы вибровозбудителя представляют собой статически неуравновешенные роторы. Основной характеристикой вибровозбудителя является статический момент дебалансов
где т - масса дебалансов;
о
г - эксцентриситет дебаланса.
Рассмотрим конструкцию такого типа вибромашины на примере вибрационной мельницы МВ-0,2, изображенной на рис. 1.8.
Помольная камера (технологическая часть вибромашины) представляет собой сварную металлоконструкцию, выполненную в виде тора. Помольная камера на 80% заполняется мелющими телами и технологическим материалом. В зависимости от измельчаемого материала мелющие тела могут быть различной формы (шары, цилинры, конусы и т. д.). Кроме того, мелющие тела могут изготавливаться из разных материалов. Они бывают как металлические (например, подшипниковые шары), так и выполненные из металлокерамики (цильпебсы).
(1.3)