ВИБРОПЛОЩАДКА С УПРАВЛЯЕМОЙ ЧАСТОТОЙ И НАПРАВЛЕНИЕМ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2004 года по МПК B28B1/87 

Изобретение относится к производству строительных материалов и предназначено для уплотнения бетонной смеси на вибростоле.

Известен одновальный дебалансный вибровозбудитель с направленной вынуждающей силой, включающий в себя асинхронный двигатель, на обоих концах вала которого закреплено по одному одинаковому дебалансу, соединенный через маятниковый амортизатор с вибростолом (Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / С.Г.Силенок, А.А.Борщевский, М.Н.Горбовец. - М.: Машиностроение, 1990 - С.240) [1].

Недостатком данной конструкции является невозможность изменения направления колебаний в процессе виброуплотнения, т.е. для изменения направления колебаний необходимо останавливать установку и изменять настройку маятникового амортизатора, что приводит к значительной потере времени и снижению эффективности работы установки. Таким образом, повысить показатели качества изделий по прочности на этапе виброуплотнения невозможно.

Известен вибровозбудитель с вертикально направленными колебаниями, состоящий из двух параллельно расположенных дебалансных валов с механической синхронизацией. Валы вращаются в противоположных направлениях, взаимно компенсируя горизонтальные составляющие колебаний (Строительные машины: Справ.: В 2-х т., Т. 2.: Оборудование для производства строительных материалов и изделий / Под общ. ред. М.Н.Горбовца. - 3-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1991. - С.159) [2].

Недостатком является невозможность изменения направления колебаний в процессе виброуплотнения, поэтому отсутствует возможность выбора оптимального закона изменения направления колебаний при виброуплотнении.

Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является вибровозбудитель, состоящий из двух расположенных соосно один в другом валов с дебалансами, оснащенный системой автоматического управления частотой и амплитудой колебаний. Регулирование амплитуды осуществляется путем автоматического изменения угла рассогласования дебалансов с помощью САУ (RU 2157756, кл. В 28 В 1/087, опубл.20.10.2000) - [3] - принято за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, относится невозможность изменения направления колебаний в процессе виброуплотнения, что приводит, в ряде случаев, к снижению эффективности уплотнения.

Технический результат - повышение показателей качества бетонных изделий по прочности, увеличение ресурса работы виброблоков, экономия электроэнергии и строительных материалов, входящих в состав бетонной смеси, сокращение времени виброуплотнения.

Технический результат достигается тем, что в известной виброплощадке для уплотнения бетонных смесей в форме, содержащей рабочий орган - вибростол, соединенный шарнирно, с помощью упруго-диссипативных опор с основанием в вертикальной и горизонтальной плоскостях, причем шарниры опор позволяют ему совершать колебания в плоскости, перпендикулярной оси вращения вибровозбудителя, вибровозбудитель оснащен системой автоматического управления параметрами колебаний, управление направлением колебаний осуществляется путем синхронного вращения в противоположные стороны внешнего и внутреннего валов вибровозбудителя, при котором взаимно компенсируются составляющие вынуждающей силы, лежащие вне оси пересечения дебалансов внешнего и внутреннего валов вибровозбудителя, которая является осью направления колебаний (фиг.1), изменение направления колебаний осуществляется изменением относительного угла рассогласования дебалансов внешнего и внутреннего валов.

В систему управления включены: виброплощадка, содержащая рабочий орган - вибростол, шарнирно соединенный с помощью упруго-диссипативных опор с основанием в вертикальной и горизонтальной плоскостях, двухвальный дебалансный вибровозбудитель, задатчик частоты вибрирования, задатчик и регулятор направления колебаний рабочего органа, первый и второй регуляторы системы управления углом поворота внешнего вала, оснащенного датчиком угла поворота, первый и второй регуляторы системы управления углом поворота внутреннего вала, оснащенного датчиком угла поворота, семь блоков суммирования, причем выход задатчика частоты вибрирования соединен с прямыми входами первого и пятого блоков суммирования, выход задатчика направления колебаний рабочего органа соединен с прямым входом шестого блока суммирования, выход которого соединен со входом регулятора направления колебаний, выход регулятора направления колебаний соединен со вторым входом пятого блока суммирования, выход которого соединен с прямым входом второго блока суммирования, выход первого блока суммирования соединен с прямым входом первого регулятора системы управления углом поворота внешнего вала, выход первого регулятора системы управления углом поворота внешнего вала соединен с прямым входом третьего блока суммирования, выход третьего блока суммирования соединен с прямым входом второго регулятора системы управления углом поворота внешнего вала, выход второго блока суммирования соединен с прямым входом первого регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала, выход первого регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала соединен с прямым входом четвертого блока суммирования, выход четвертого блока суммирования соединен с прямым входом второго регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала, выход второго регулятора системы управления углом поворота внешнего вала соединен со входом частотного силового преобразователя первого двигателя, выход второго регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала соединен со входом частотного силового преобразователя второго двигателя, выход частотного силового преобразователя первого двигателя соединен со входом первого двигателя, выход частотного силового преобразователя второго двигателя соединен со входом второго двигателя, выход первого двигателя соединен с внешним валом, выход второго двигателя соединен с внутренним валом, внешний вал соединен с рабочим органом и с датчиком угла поворота внешнего вала, внутренний вал соединен с рабочим органом и с датчиком угла поворота внутреннего вала, выход датчика угла поворота внешнего вала соединен с инверсными входами первого и третьего блоков суммирования канала управления углом поворота внешнего вала и прямым входом седьмого блока суммирования, выход датчика угла поворота внутреннего вала соединен с инверсными входами второго и четвертого блоков суммирования канала управления углом поворота внутреннего вала и инверсным входом седьмого блока суммирования.

На фиг.1 изображена виброплощадка для уплотнения бетонных смесей в форме; на фиг.2 изображена схема формирования направленной вынуждающей силы; на фиг.3, 4 показано устройство вибровозбудителя; на фиг.5 изображена структурная схема системы управления.

Виброплощадка содержит рабочий орган - вибростол 1, форму с бетонной смесью 2. Вибростол, через шарниры 3, посредством упруго-диссипативных горизонтальных 4 и вертикальных 4’ опор опирается на основание 5. На нижней части стола закреплен вибровозбудитель 6 с двумя расположенными один в другом валами: внешним 7 и внутренним 8. Привод валов осуществляется посредством ременной передачи от двух асинхронных двигателей 9 и 10, для внешнего и внутреннего вала соответственно, питание приводных двигателей осуществляется от двух управляемых силовых преобразователей 11 и 12. С помощью зубчатой ременной передачи с валами соединены датчики угла поворота 13 и 14, соответственно для внешнего и внутреннего валов. Сигналы с датчиков угла поворота 13 и 14 поступают на контроллер 15, который выдает управляющие сигналы для силовых преобразователей 11 и 12.

На фиг.2 изображена схема формирования направленной вынуждающей силы, дебалансы внешнего 7 и внутреннего 8 валов, изображенные точечными массами с радиусом r, синхронно вращаются в противоположные стороны, создавая вынуждающие силы F₁ и F₂, соответственно, которые складываясь, образуют направленную вынуждающую силу F. Вынуждающая сила F направлена вдоль прямой КК, представляющей собой ось пересечения дебалансов внешнего и внутреннего валов и указывающей направление колебаний, которое характеризуется углом α, между прямой КК и осью ОХ, изменение направления колебаний осуществляется путем изменения относительного углового положения дебалансов Δϕ=|ϕ₁|-|ϕ₂|, причем , что очевидно.

На фиг.3 схематично показано расположение вибровозбудителя 6 и шарниров 3 на рабочем органе - вибростоле 1. Дебалансы 16 имеют одинаковую массу и расположены попарно симметрично на внешнем 7 и внутреннем 8 валах вибровозбудителя 6.

На фиг.4 показано устройство вибровозбудителя 6, который крепится посредством подшипниковых опор 17 к рабочему органу - вибростолу 1. Он включает в себя вращающийся в опорах 17 внешний вал 7, на котором симметрично относительно его середины закреплена пара дебалансов 16, также на нем закреплены шкив 18, для привода вала от двигателя 9, и шкив 19, для привода датчика угла поворота 13. Внутренний вал 8 вращается во внешнем, в подшипниковых опорах 20, и включает в себя пару дебалансов 16, закрепленных симметрично относительно его середины, также на нем закреплены шкив 21, для привода вала от двигателя 10, и шкив 22, для привода датчика угла поворота 14.

На фиг.5 изображена структурная схема системы управления синхронным вращением дебалансов и их смещением относительно друг друга в процессе вращения. Она включает в себя задатчик частоты вибрирования 23, задатчик направления колебаний рабочего органа 24, шестой блок суммирования 25, регулятор направления колебаний рабочего органа 26, пятый блок суммирования 27, седьмой блок суммирования 28 и два идентичных канала управления. Первый канал - для управления углом поворота внешнего вала, второй - углом поворота внутреннего вала. Каждый из каналов содержит последовательно соединенные первый и второй блоки суммирования 29 и 30, соответственно в первом и во втором каналах, интегральные регуляторы 31 и 32, соответственно в первом и во втором каналах, третий и четвертый блоки суммирования 33 и 34, соответственно в первом и во втором каналах, пропорционально-дифференциальные регуляторы 35 и 36, соответственно в первом и во втором каналах, частотные силовые преобразователи 11 и 12, соответственно в первом и во втором каналах, асинхронные двигатели 9 и 10, соответственно в первом и во втором каналах, внешний 7 и внутренний 8 валы, соответственно в первом и во втором каналах, датчики угла поворота внешнего 13 и внутреннего 14 валов, соответственно в первом и во втором каналах, рабочий орган - вибростол 1.

Выход задатчика частоты вибрации 23 соединен с прямыми входами первого канала управления и пятого 27 блока суммирования, выход задатчика направления колебаний рабочего органа 24 соединен с прямым входом шестого блока суммирования 25, выход шестого блока суммирования 25 соединен с входом регулятора направления колебаний 26, выход регулятора направления колебаний 26 соединен со вторым входом пятого блока суммирования 27, выход пятого блока суммирования 27 соединен с прямым входом второго канала управления. В прямом входе первого канала управления последовательно установлены: первый блок суммирования 29, интегральный регулятор 31, третий блок суммирования 33, пропорционально-дифференциальный регулятор 35, частотный силовой преобразователь 11, асинхронный двигатель 9, внешний вал 7, а в обратной связи установлен датчик угла поворота внешнего вала 13, выход датчика угла поворота внешнего вала 13 соединен с инверсными входами регуляторов 31, 35 и прямым входом седьмого блока суммирования 28. В прямом входе второго канала управления последовательно установлены второй блок суммирования 30, интегральный регулятор 32, четвертый блок суммирования 34, пропорционально-дифференциальный регулятор 36, частотный силовой преобразователь 12, асинхронный двигатель 10, внутренний вал 8, а в обратной связи установлен датчик угла поворота внутреннего вала 14, выход датчика угла поворота внутреннего вала 14 соединен с инверсными входами регуляторов 32, 36 и инверсным входом седьмого блока суммирования 28. Выход седьмого блока суммирования 28 соединен с инверсным входом шестого блока суммирования 25, валы 7 и 8 закреплены на рабочем органе вибростола 1.

Задатчик частоты 23, задатчик и регулятор направления 24 и 26, интегральные регуляторы 31 и 32, блоки суммирования 25, 27 28, 29, 30, 33 и 34, пропорционально-дифференциальные регуляторы 35 и 36, выполнены, например, программно. Частотные силовые преобразователи 11 и 12 выполнены, например, в виде стандартных транзисторных управляемых частотно-импульсных преобразователей со встроенными стандартными цифроаналоговыми преобразователями, датчики угла поворота 13 и 14 выполнены, например, в виде фотоэлектрических преобразователей типа BE-178. При программной реализации блоков 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 может быть использован, например, программируемый контроллер С-60 (Программируемый контроллер С60 / Техническое описание, - 64.10.060 00 00.000 ТО. - АО АвтоВаз) [4], обладающий необходимым количеством встроенных цифро-аналоговых преобразователей и устройств сопряжения с фотоэлектрическими датчиками угла. В качестве управляемого преобразователя частоты может быть использован, например, преобразователь БТУ 3601 (Устройство управления тиристорное серии БТУ 3601. Паспорт. ОЛХ. 468.153) [5].

Установка работает следующим образом: по заданному закону изменения частоты колебаний рабочего органа вибростола v_зад и направления колебаний α_зад на выходе задатчика частоты 23 формируется сигнал задания угла поворота внешнего вала ϕ_1зад=χ(v_зад), а на выходе задатчика направления 24 формируется сигнал задания направления колебаний А_зад=ψ(x_зад), который складывается с сигналом ΔA_ос, поступающим с седьмого блока суммирования 28 в шестом блоке суммирования 25 и поступает на регулятор направления колебаний 26, который формирует угол рассогласования дебалансов ϕ_рас=χ(ΔА), далее сигнал ϕ_рас суммируется с ϕ_1зад в пятом блоке суммирования 27, что дает на его выходе сигнал задания угла поворота внутреннего вала ϕ_2зад.

Выходные сигналы с задатчика 23 и пятого блока суммирования 27 поступают соответственно на входы первого и второго каналов управления углом поворота первого и второго двигателей. Сигнал с выхода датчика угла поворота 13 подается на инверсные входы первого 29 и третьего 33 блоков суммирования, с выхода первого блока суммирования 29 сигнал подается на вход интегрального регулятора 31, который необходим для придания следящей системе требуемого быстродействия, с выхода третьего блока суммирования 33 сигнал подается на вход пропорционально-дифференциального регулятора 35, предназначенного для компенсации наибольшей постоянной времени объекта управления. Сигнал с регулятора 35 подается на вход частотного силового преобразователя 11, который изменяет частоту и амплитуду напряжения питания асинхронного двигателя 9 и тем самым регулирует его скорость вращения и угол поворота вала двигателя и, соответственно, угол поворота внешнего вала 7. На выходе внешнего вала формируется действительное значение угла поворота его дебалансов ϕ₁, которое контролируется с помощью датчика 13. Сигнал с выхода датчика угла поворота 14 подается на инверсные входы 30 и четвертого 34 блока суммирования, с выхода второго блока суммирования 30 сигнал подается на вход интегрального регулятора 32, который необходим для придания следящей системе требуемого быстродействия, с выхода четвертого блока суммирования 34 сигнал подается на вход пропорционально-дифференциального регулятора 36, предназначенного для компенсации наибольшей постоянной времени объекта управления. Сигнал с регулятора 36 подается на вход частотного силового преобразователя 12, который изменяет частоту и амплитуду напряжения питания асинхронного двигателя 10 и тем самым регулирует его скорость вращения и угол поворота вала двигателя и, соответственно, угол поворота внутреннего вала 8. На выходе внутреннего вала формируется действительное значение угла поворота его дебалансов ϕ₂, которое контролируется с помощью датчика 14.

Сигналы с датчиков угла поворота внешнего 13 и внутреннего 14 валов соответственно складываются в седьмом блоке суммирования 28. Разность углов ϕ₁ и ϕ₂, полученная в седьмом блоке суммирования 28, дает действительный угол Δϕ разведения дебалансов внешнего 7 и внутреннего 8 валов, который вычитается из сигнала задатчика направления колебаний А_зад в шестом блоке суммирования 25, с выхода которого разность сигналов ΔА поступает на вход регулятора направления колебаний 26.

Валы 7 и 8 вращаются синхронно в противоположных направлениях с равной скоростью. Скорость их вращения регулируется автоматически задатчиком 23. Направление колебаний регулируется автоматически с помощью задатчика 24. Угол Δϕ разведения дебалансов регулируется автоматически при вращении валов с помощью регулятора 26. В результате автоматически регулируются частота и направление колебаний вибростола, что обеспечивает повышение показателей качества бетонных изделий по прочности, увеличение ресурса работы виброблоков, экономию электроэнергии и строительных материалов, входящих в состав бетонной смеси, сокращение времени виброуплотнения.

Использование виброплощадки с автоматически управляемой частотой и направлением колебаний позволит найти ее широкое применение в производстве строительных материалов, изделий и конструкций.

Источники информации

1. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / С.Г.Силенок, А.А.Борщевский, М.Н.Горбовец. - М.: Машиностроение, 1990 - С.240.

2. Строительные машины: Справ.: В 2-х т., т. 2: Оборудование для производства строительных материалов и изделий / Под общ. ред. М.Н.Горбовца. - 3-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1991. - С.159.

3. RU 2157756, кл. В 28 В 1/087, опубл. 20.10.2000.

4. Программируемый контроллер С60 / Техническое описание, 64.10.060 00 00.000 ТО. - АО Автоваз.

5. Устройство управления тиристорное серии БТУ 3601. Паспорт. ОЛХ.468.153.

Изобретение относится к производству строительных материалов и конструкций и предназначено для уплотнения бетонной смеси на вибростоле. Техническим результатом является повышение показателей качества бетонных изделий по прочности, увеличение ресурса работы виброблоков. Для этоговиброплощадка содержит рабочий орган - вибростол, вибровозбудитель, закрепленный на рабочем органе, включающий в себя полый внешний вал, закрепленный на рабочем органе в подшипниковых опорах с расположенными на концах дебалансами и с закрепленным шкивом под клиновидный ремень приводного первого асинхронного двигателя внешнего вала и шкивом под зубчатый ремень, приводящий датчик угла поворота внешнего вала, внутри полого вала на подшипниках крепится вал с расположенными на концах дебалансами и закрепленным шкивом под клиновидный ремень приводного второго двигателя внутреннего вала и шкивом под зубчатый ремень, приводящий датчик угла поворота внутреннего вала. Вибровозбудитель оснащен системой автоматического управления, в которую включены задатчик частоты вибрирования рабочего органа и каналы управления углом поворота внешнего и внутреннего валов вибровозбудителя, соответственно, каждый из каналов включает в себя последовательно соединенные первый и второй регуляторы системы управления углом поворота вала вибровозбудителя, силовой преобразователь, двигатель и датчик угла поворота вала вибровозбудителя, четыре блока суммирования. Причем вибростол шарнирно с помощью упруго-диссипативных опор соединен с основанием в вертикальной и горизонтальной плоскостях, дополнительно в систему управления включены задатчик и регулятор направления колебаний, пятый, шестой и седьмой блоки суммирования. При этом пятый блок суммирования включен между выходом задатчика частоты и прямым входом второго блока суммирования, выход задатчика направления колебаний соединен с прямым входом шестого блока суммирования, выход шестого блока суммирования соединен с входом регулятора направления колебаний, выход регулятора направления колебаний соединен со вторым входом пятого блока суммирования, выходы датчиков углов поворота внешнего и внутреннего валов соединены с прямым и инверсным входами седьмого блока суммирования, выход седьмого блока суммирования соединен с инверсным входом шестого блока суммирования. 5 ил.

Виброплощадка с управляемой частотой и направлением колебаний, содержащая рабочий орган - вибростол, вибровозбудитель, закрепленный на рабочем органе, включающий в себя полый внешний вал, закрепленный на рабочем органе в подшипниковых опорах с расположенными на концах дебалансами и с закрепленным шкивом под клиновидный ремень приводного первого асинхронного двигателя внешнего вала и шкивом под зубчатый ремень, приводящий датчик угла поворота внешнего вала, внутри полого вала на подшипниках крепится вал с расположенными на концах дебалансами и закрепленным шкивом под клиновидный ремень приводного второго двигателя внутреннего вала и шкивом под зубчатый ремень, приводящий датчик угла поворота внутреннего вала, вибровозбудитель оснащен системой автоматического управления, в которую включены задатчик частоты вибрирования рабочего органа и каналы управления углом поворота внешнего и внутреннего валов вибровозбудителя соответственно, каждый из каналов включает в себя последовательно соединенные первый и второй регуляторы системы управления углом поворота вала вибровозбудителя, силовой преобразователь, двигатель и датчик угла поворота вала вибровозбудителя, четыре блока суммирования, причем выход задатчика частоты вибрирования соединен с прямыми входами первого и второго блоков суммирования каналов управления, выход первого блока суммирования соединен с прямым входом первого регулятора системы управления углом поворота внешнего вала, выход первого регулятора системы управления углом поворота внешнего вала соединен с прямым входом третьего блока суммирования, выход третьего блока суммирования соединен с прямым входом второго регулятора системы управления углом поворота внешнего вала, выход второго блока суммирования соединен с прямым входом первого регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала, выход первого регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала соединен с прямым входом четвертого блока суммирования, выход четвертого блока суммирования соединен с прямым входом второго регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала, выход второго регулятора системы управления углом поворота внешнего вала соединен со входом частотного силового преобразователя первого двигателя, выход второго регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала соединен со входом частотного силового преобразователя второго двигателя, выход частотного силового преобразователя первого двигателя соединен со входом первого двигателя, выход частотного силового преобразователя второго двигателя соединен со входом второго двигателя, выход датчика угла поворота внешнего вала соединен с инверсными входами первого и третьего блоков суммирования канала управления углом поворота внешнего вала, выход датчика угла поворота внутреннего вала соединен с инверсными входами второго и четвертого блоков суммирования канала управления углом поворота внутреннего вала, отличающаяся тем, что вибростол шарнирно с помощью упругодиссипативных опор соединен с основанием в вертикальной и горизонтальной плоскостях, дополнительно в систему управления включены задатчик и регулятор направления колебаний, пятый, шестой и седьмой блоки суммирования, причем пятый блок суммирования включен между выходом задатчика частоты и прямым входом второго блока суммирования, выход задатчика направления колебаний соединен с прямым входом шестого блока суммирования, выход шестого блока суммирования соединен с входом регулятора направления колебаний, выход регулятора направления колебаний соединен со вторым входом пятого блока суммирования, выходы датчиков углов поворота внешнего и внутреннего валов соединены с прямым и инверсным входами седьмого блока суммирования, выход седьмого блока суммирования соединен с инверсным входом шестого блока суммирования.