СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕМ АСИММЕТРИЧНОГО ВИБРАЦИОННОГО ДВИЖЕНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 1998 года по МПК B06B1/16 

Изобретение относится к области реализации вибрационного движения в технологическом вибрационном оборудовании и может быть использовано в различных отраслях промышленности, где рабочий орган машин совершает вибрационное движение.

Известна реализация центробежным вибратором асимметричного (ударного) вибрационного движения (Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов. /под редакцией Баумана В.А. и др., - М.: Машиностроение, 1970), при котором в каждом такте по подпружиненному рабочему органу машины осуществляется удар бойком центробежного вибратора, в результате чего как сам вибратор, так и рабочий орган машины совершают асимметричное вибрационное движение, однако для того чтобы данная система оставалась работоспособной необходимо, чтобы параметры как вибровозбудителя, так и рабочего органа машины соотносились между собой определенным образом и оставались неизменными.

Недостатками способа являются неэффективность его при изменении массы рабочего органа (изменения загрузки емкостей вибрационных смесительных аппаратов, вибрационных столов и т.д.), ограниченность применения его из-за недопустимо большого шума, необходимость оснащения вибраторов приводами большой мощности и наличие значительных разрушающих нагрузок.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ реализации центробежным вибровозбудителем асимметричного вибрационного движения колебательной механической системы путем вращения неуравновешенных масс центробежного вибровозбудителя с переменной скоростью (авт. св. N 307949, кл. B 06 B 1/16, B 65 G 27/16). Переменную скорость вращения неуравновешенных масс осуществляют внутри каждого периода за счет введения между неуравновешенными массами и их приводом соответствующего передаточного механизма.

Недостатком противопоставляемого способа является незначительное (неадекватное) увеличение эффективности вибрационного воздействия в сравнении с увеличением энергетических, конструктивных и эксплуатационных затрат. В прототипе изменение скорости вращения неуравновешенных масс осуществляют в пределах одного периода, при этом значительно усложняется конструкция и одновременно уменьшается надежность и долговечность работы вибрационного оборудования. Недостатком является также необходимость оснащения подобных вибропобудителей приводами большой мощности.

Указанные недостатки устраняются прежде всего тем, что (взамен организации внутри каждого периода переменной скорости вращения неуравновешенных масс) организуют непрерывно чередующиеся между собой два режима работы колебательной механической системы, один из которых характеризуется изменением частоты вынуждающей силы в сторону приближения ее к резонансной частоте, а другой - в сторону удаления от резонансной частоты. Первый режим переключают на второй, как только кинетическая энергия колебательной механической системы становится больше верхнего заданного значения, а второй режим переключают на первый, как только кинетическая энергия колебательной механической системы станет меньше нижнего заданного значения, при этом уровень кинетической энергии колебательной механической системы оценивают по ее амплитуде.

Предложенный способ позволяет получать относительно большие ускорения рабочего органа вибросистемы при относительно небольшой мощности центробежного вибратора, при этом система является некритичной к изменению массы рабочего органа, хотя в качестве привода вибратора может использоваться обыкновенный асинхронный электродвигатель.

У вибросистем, работающих по предложенному алгоритму, появляется еще и новое преимущество, а именно: становится возможным хотя бы грубо оценить текущее значение массы рабочего органа по частоте вращения неуравновешенных масс в моменты переключения системы с одного режима на другой.

Сущность изобретения поясняется графиком (см. фиг. 1), отображающим работу, например, вибрационной рамы, алгоритм работы которой построен исходя из предложенного способа реализации центробежным вибровозбудителем асимметричного движения колебательной механической системы. На фиг. 2 схематично показаны основные элементы вибрационной рамы.

Вибрационная рама содержит приемную раму 1, установленную через упругие подвески 2 на основании 3 и, таким образом, приемная рама 1 имеет возможность совершать преимущественно горизонтальные колебания. Вибрационным приводом системы является маятниковый центробежный вибровозбудитель 4, установленный на приемной раме 1. Величину амплитуды колебания приемной рамы фиксирует датчик перемещения 5. На приемной раме устанавливается рабочий орган, например бункер-смеситель 6. Предположим, необходимо проводить смешение, хранение и фиксированную выгрузку из бункера трудновыгружаемой смеси, которая при хранении расслаивается. Для исполнения данной достаточно трудной операции наиболее рациональным является предложенный способ реализации асимметричного вибрационного движения, который благодаря своим положительным отличительным свойствам успешно решает поставленную задачу. Рассмотрим работу вибросистемы.

На фиг. 1 под N 1 показана амплитудно-частотная характеристика вибрационной системы, под N 2 - дорезонансный, а под N 3 - зарезонансный режимы работы вибрационной системы. Рассмотрим дорезонансный режим работы вибрационной системы.

Двигатель центробежного вибровозбудителя (на фиг. 2 не показан) должен иметь две скорости вращения неуравновешенных масс: скорость ω_p - близкую к собственной частоте механической вибрационной системы (см. фиг. 1) и скорость ω_min≪ ω_p (в частности ω_min может равняться нулю). Желательно обеспечить плавное изменение скорости при переключении двигателя с одной скорости на другую, например, за счет использования специальных асинхронных электродвигателей с повышенным скольжением (типа АОС2) или за счет применения специальных гидравлических или магнитопорошковых муфт, соединяющих вал вращающихся неуравновешенных масс с валом привода. При включении системы в работу двигатель включается на частоту вращения ω_p, и по мере приближения частоты вращения неуравновешенных масс к собственной частоте механической системы происходит увеличение амплитуды ее колебания (назовем условно этот режим резонансным), и, как только она станет больше a_max, привод вибровозбудителя переключают на частоту вращения ω_min (или отключают), при этом амплитуда вибрационной системы уменьшается (назовем условно этот режим тормозным), и, как только она станет меньше a_min, двигатель снова переключают на частоту ω_p. Некоторое время с момента переключения двигателя на частоту ω_min и некоторое время после переключения его на частоту ω_p система работает в противофазе, воспринимая от инерционных сил вращающихся неуравновешенных масс квазиударные нагрузки, и это происходит до тех пор, пока частота вращения неуравновешенных масс не станет снова приближаться к собственной частоте вибрационной системы и т.д. Таким образом, рассматриваемая вибрационная система хотя и работает на относительно низких частотах, однако за счет реализации асимметричного (квазиударного) вибрационного движения значительно интенсифицируется технологический процесс (смешение, дробление, просейка, уплотнение, разуплотнение, транспортиртирование и т.д.).

Как видим, при реализации асимметричного вибрационного движения предложенным способом обыкновенный асинхронный двигатель выполняет функцию следящего привода вращающихся неуравновешенных масс, усредненная частота вращения которых отслеживает заданную амплитуду колебания системы, а при a_max = a_min следящий эффект двигателя еще более усиливается. Наиболее ярко следящий эффект привода центробежного вибровозбудителя проявляется при работе системы в зарезонансном режиме (см. кривую N 3, фиг. 1), когда амплитуда колебательной системы становится более чувствительной к изменению частоты вращения неуравновешенных масс. Предлагаемый способ наиболее рационален для колебательных систем с большой вибрирующей массой (например, вибрационное оборудование для формования железобетонных изделий), работу которых (в прототипах) настраивают на частоту близкую к резонансной. Предлагаемый же способ, во-первых, способен даже при изменении параметров колебательной механической системы обеспечивать работу ее на частоте близкой к резонансной и, во-вторых, предлагаемый способ взамен гармонического колебательного движения реализует более эффективное асимметричное (квазиударное) вибрационное движение рабочего органа. Кроме того, предлагаемый способ рационален и для вибрационных систем с относительно небольшой вибрирующей массой (например, рассматриваемый нами смеситель), работу которых (в прототипах) с целью интенсификации процесса настраивают на частоту значительно превышающую резонансную, однако при этом сам корпус рабочего органа вибрационной машины либо его отдельные конструкции подвергается значительным высокочастотным резонансным разрушающим воздействиям. И это отрицательное воздействие происходит как при переходе через резонансную частоту, так и при работе на рабочих частотах, которые, к сожалению, оказываются близкими к резонансной частоте самих корпусных элементов вибрационного рабочего органа, что приводит к относительно быстрому их разрушению.

Возвращаясь к описанию работы вибросмесителя (см. фиг. 1 и 2), остается добавитель, что перед выгрузкой порции смеси (после длительного выстоя) смеситель включают в работу с целью восстановления качества смеси и оценки ее количества, а при непосредственной выгрузке смеси (смеситель поворачивают горловиной вниз) его снова включают для содействия в выгрузке и оценки текущего изменения массы смесителя, т.е. оценки массы отгружаемой дозы смеси и оценки массы остатка смеси в смесителе.

При работе системы в зарезонансном режиме двигатель центробежного вибровозбудителя должен иметь возможность переключаться на скорость ω_p, близкую к собственной частоте механической колебательной системы, и скорость ω_max> ω_p. При включении системы в работу двигатель включают на частоту вращения ω_max, при этом системой управления (на фиг. 2 не показана) по сигналу с датчика 5 фиксируется и запоминается факт перехода вибрационной системы через резонансную частоту. Далее, по мере приближения частоты вращения неуравновешенных масс к частоте ω_max амплитуда колебания системы уменьшается, и, как только она станет меньше a_min, двигатель переключают на частоту вращения ω_p (или отключают), при этом амплитуда вибрационной системы начинает увеличиваться и, как только она станет больше a_max, электродвигатель снова включают на частоту вращения ω_max и т.д.

Изобретение может быть использовано в технологическом вибрационном оборудовании, например в вибросмесителях. Неуравновешенные массы центробежного вибровозбудителя вращают с переменной скоростью, непрерывно чередуя два режима возбуждения. По одному из режимов частоту вынуждающей силы приближают к резонансной частоте колебательной системы, а по другому - удаляют от резонансной частоты. Переключения режимов производят, соответственно, как только кинетическая энергия системы становится больше верхнего и меньше нижнего заданных значений. Уровень кинетической энергии оценивают по амплитуде колебаний. Способ обеспечивает создание асимметричного вибрационного движения с помощью более простых конструкций центробежных вибровозбудителей, обладающих повышенной надежностью и долговечностью. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ реализации центробежным вибровозбудителем асимметричного вибрационного движения колебательной механической системы, по которому неуравновешенные массы центробежного вибровозбудителя вращают с переменной скоростью, отличающийся тем, что организуют непрерывно чередующиеся между собой два режима работы колебательной механической системы, один из которых характеризуется изменением частоты вынуждающей силы в сторону приближения ее к резонансной частоте, а другой - в сторону удаления от резонансной частоты, причем первый режим переключают на второй, как только кинетическая энергия колебательной механической системы становится больше верхнего заданного значения, а второй режим переключают на первый, как только кинетическая энергия колебательной механической системы станет меньше нижнего заданного значения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что уровень кинетической энергии колебательной механической системы оценивают по ее амплитуде.