СПОСОБ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ И ВИБРАЦИОННАЯ МАШИНА С ГИДРОДИНАМИЧЕСКИМ ВОЗБУДИТЕЛЕМ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2016 года по МПК B06B1/16 

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в качестве генератора механических колебаний, например, для грохотов.

Известен механический вибровозбудитель колебаний, действие которого основано на использование механического дебаланса, снабженного пружинным элементом (патент РФ №2464108, кл. В06В 1/16).

Известен гидравлический вибровозбудитель поршневого типа, в котором изменение характеристик колебаний обеспечивается за счет изменения давления в гидравлической системе, содержащей гидравлический поршень, соединенный с рабочим органом вибрационной машины (вибромашина), (патент РФ №2433001, кл. В06В 1/18).

Общий недостаток прототипа и вышеупомянутых вибраторов состоит в необходимости управления их рабочими характеристиками с тем, чтобы поддерживать околорезонансное состояние подвижной (загружаемой) части вибрационной машины. Чем меньше отстройка частоты вынужденных колебаний (вибратора) от частоты собственных колебаний (части с грузом), тем выше уровень вибрации. Например, при практической реализации таких технических решений в вибрационных машинах, в которых масса грохота, конвейера, смесителя, питателя и т.п. изменяется случайным образом, без активной коррекции частотной расстройки, возможны либо чрезмерные амплитуды колебаний исполнительных механизмов до состояния их поломки, либо снижение эффективности вибромашины.

При реализации заявляемого способа гидродинамического возбуждения колебаний в вибраторах гидромеханического типа достигается автоматическое регулирование частотных характеристик колебаний рабочего органа, обеспечивающие безопасное резонансное поведение вибрационной машины, что обусловлено пассивной синхронизацией (самосинхронизацией) возмущающей частоты волны с собственной частотой вибромашины, малочувствительностью к изменению массы и возможностью регулирования амплитуды колебаний при фиксированной частоте ротора.

Это достигается тем, что в предлагаемом способе для гидродинамического возбуждения колебаний рабочего органа вибромашины используют в качестве источника вибрации обратную уединенную волну, образующуюся при вращении жидкостного дисбаланса, который вращают синхронно с собственным прецессионным движением ротора и регулируют количеством жидкости в зависимости от собственной частоты вращения ротора по формуле:

,

где ω - частота вращения дисбаланса,

R - радиус полого дисбаланса,

h - толщина слоя жидкости при вращении,

Ω - низшая собственная частота дисбаланса с жидкостью.

Данный способ может быть реализован в устройстве гидравлического возбудителя колебаний, установленного на вибрационной машине.

На фиг. 1 изображена схема вибрационной машины с гидродинамическим возбудителем колебаний.

Вибрационная машина, содержащая станину 1, подрессоренный контейнер 2 с закрепленным на нем вращающимся дисбалансом 3. Дисбаланс выполнен в виде полого цилиндрического резервуара 4, частично заполненного жидкостью 5, при этом уровень жидкости в резервуаре зависит от параметров вибромашины, заданной частоты вращения ротора и соответствует следующим условиям:

где М - масса подрессоренной части вибрационной машины с пустым резервуаром,

m₀ - масса жидкости, необходимая для полного заполнения резервуара,

R и L - внутренние радиус и длина резервуара,

h - толщина слоя жидкости при вращении,

ω - частота вращения резервуара,

- низшая собственная частота вибрационной машины,

m - масса жидкости, залитой в резервуар.

В качестве жидкости, которой заполнен резервуар, может быть использована вода или смазочное масло. Регулирование уровня жидкости в резервуаре может выполняться как при остановке вращения ротора, так и при его вращении автоматически.

Технического результата от реализации указанного способа и работа заявленного устройства достигается следующим образом.

Вращение резервуара со скоростью волнового резонанса или даже с существенно от нее отстроенной приводит к прямой прецессии резервуара с собственной частотой Ω, а также к распространению уединенной волны по поверхности жидкости с почти такой же частотой в направлении противоположном вращению резервуара. Обратная волна вызывает перемещающийся жидкостный дисбаланс с частотой Ω и увеличивает радиус возникшей прецессии резервуара так, что устанавливаются весьма устойчивые собственные поперечные колебания его оси, амплитуда которых обратно пропорциональна коэффициенту заполнения h/R, при условии изменения последнего в пределах от 0.16, что примерно соответствует 30% объема для жидкости внутри резервуара и максимальной амплитуде, до 1, которой соответствует заполнение на 100% и нулевая амплитуда. Отсюда использование различного количества жидкости представляет собой потенциал для наперед заданного ограничения уровня вибрации.

Для реализации описанных физических явлений на практике необходимо прикрепить к роторной части вибромашины полый ротор, частично заполнить его жидкостью типа воды или смазочных масел и привести его во вращение, причем параметры машины следует выбрать так, чтобы выполнялись следующие условия:

где М - масса загруженной вибрационной машины с пустым ротором,

m₀ - масса жидкости, необходимая для полного заполнения полости ротора,

R и L - радиус и длина полости,

h - толщина слоя жидкости при вращении,

ω - частота вращения ротора, - низшая собственная частота вибрационной машины,

m - масса жидкости, залитой в резервуар.

Порядок работы гидродинамического возбудителя вибраций следующий. После загрузки вибромашины целесообразен ее пуск с почти полным резервуаром жидкости, например, при заполнении его жидкостью на 91% (h/R=0.7), до оборотов, удовлетворяющих условию . При таких скоростях вращения возникнет устойчивая вибрация контейнера вдоль вертикали с собственной частотой Ω и амплитудой, малочувствительной к флуктуациям массы вибромашины. Если уровень резонансных колебаний окажется недостаточным для выполняемого технологического процесса, необходимо повторить запуск вибромашины с меньшим количеством жидкости до скорости, соответствующей изменившемуся h, и так до тех пор, пока амплитуда не станет оптимальной.

Предложенная группа изобретений относится к вибрационной технике, а именно к генераторам механических колебаний для грохотов, конвейеров, смесителей, питателей и т.п. и способам формирования колебаний при помощи таких генераторов. Предложенные изобретения обеспечивают самонастройку вибромашины на колебания с собственной частотой даже в случае изменения ее массы, а также возможность регулирования амплитуды колебаний машины при фиксированной частоте возбудителя. Согласно предложенному способу к подвижной части вибромашины присоединяется цилиндрический резервуар (ротор), который затем заполняется маловязкой жидкостью до определенного объема и приводится во вращение с такими скоростями, что реализуется волновой резонанс, сопровождающийся требуемой амплитудой колебаний. При этом параметры вибромашины должны удовлетворять определенным соотношениям линейных размеров и массы ее регулируемых компонент. Предложенная вибромашина содержит станину, подрессоренный контейнер с установленным на нем вращающимся дисбалансом, выполненным в виде полого цилиндрического резервуара, частично заполненного жидкостью, при этом масса жидкости в резервуаре зависит от параметров вибрационной машины и частоты вращения ротора. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ гидродинамического возбуждения колебаний вращающегося тела, заключающийся в создании резонанса тела путем вращения дисбаланса, отличающийся тем, что в нем используют в качестве источника вибрации обратную уединенную волну, образующуюся при вращении жидкостного дисбаланса, который вращают синхронно с собственным прецессионным движением ротора и регулируют количеством жидкости в зависимости от собственной частоты вращения ротора по формуле:

где ω - частота вращения ротора,
R - радиус ротора,
h - толщина слоя жидкости при вращении,
Ω - низшая собственная частота ротора с жидкостью.

2. Вибрационная машина с гидродинамическим возбудителем колебаний, содержащая станину, подрессоренный контейнер с установленным на нем вращающимся дисбалансом, отличающаяся тем, что в ней дисбаланс выполнен в виде полого цилиндрического резервуара, частично заполненного жидкостью, при этом масса жидкости в резервуаре зависит от параметров вибрационной машины и частоты вращения ротора и соответствует следующим условиям:


где М - масса загруженной вибрационной машины с пустым резервуаром,
m₀ - масса жидкости, необходимая для полного заполнения резервуара,
R и L - внутренние радиус и длина резервуара,
h - толщина слоя жидкости при вращении,
ω - частота вращения резервуара,
- низшая собственная частота подрессоренной части вибрационной машины,
m - масса жидкости, залитой в резервуар при вращении дисбаланса.

3. Вибрационная машина по п. 2, отличающаяся тем, что в качестве жидкости, которой заполнен резервуар дисбаланса, использована вода или смазочное масло.