Вибрационная установка Советский патент 1993 года по МПК B24B31/06 

Изобретение относится к вибрационной технике, и может быть/использовано в производстве строительных материалов, в горно-обогатительной, металлургической, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности для размола, тонкого измельчения, а также для поверхностной обработки различных деталей.

Цель изобретения - повышение производительности путем получения устойчивых круговых поступательных колебаний с помощью явления самосинхронизации.

На фиг.1 схематично изображена предлагаемая вибрационная установка; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Вибрационная установка содержит рабочий орган 1, который при помощи упругих элементов 2 установлен на неподвижном основании. Роторы 3 вибраторов 4 приводятся во вращение одинаковыми асинхрон- ными электродвигателями 5 через эластичные муфты 6. Вибрационная установка работает следующим образом. При включении электродвигателей 5 вибраторы 4 приводятся во вращательное движение.

Вращаясь, вибраторы 4 генерируют вращающуюся центробежную силу, в результате чего, рабочий орган 1 установки совершает колебательные движения, и происходит обработка. .Благодаря тому, что данная динамическая схема установки обеспечивает выполнение условия самосинхронизации, рабочий орган 1 совершает устойчивые круговые поступательные колебания.

Двухвибраторная динамическая схема представляет собой одну из самых простых и в то же время перспективных и распространенных схем вибрационных установок. Однако, в связи с конструктивными особенностями установки (центрально расположенный пустотелый рабочий орган), часто удовлетворение условия синфазного вращения вибраторов Mr/I 2 (г - расстояние вибраторов от центра масс колебающихся частей), вызывает значительные затруднения. Поэтому из-за проблемы синхронизации вибраторов, такие устанЬвки не нашли широкого применения в промышленности.. Решение данной проблемы с помощью принудительной синхронизации неэффективно

ел

с

XI ю

СА)

О

и находит все более ограниченное применение. Кинематическая принудительная синхронизация посредством механических передач обладает рядом известных существенных недостатков. Главным из них является значительный шум и быстрый износ, сопровождающий работу зубчатой или цепной передачи, вследствие наличия знакопеременных пульсирующих вибрационных нагрузок. Кроме того, указанный способ синхронизации не может быть целесообразно применен во многих практически важных случаях, например, при значительных расстояниях между вибраторами. Явление самосинхронизации механических вибраторов позволяет устранять указанные недостатки. Равенство или кратность средних угловых скоростей и наличие определенных фазовых соотношений при вращении роторов вибровозбудителей осуществляется, в Этом случае, за счет колебания тел, на которых установлены роторы, т.е. в силу внутренних свойств само й колебательной системы.

Известно, что для большинства таких вибрационных установок отношение Mr2/ принимает значение Mr2/ 1,8 (1). Поэтому для обеспечения устойчивости круговых поступательных колебаний и размещают в центральной части дополнительный непроизводительный груз, массой до 30% от массы колёбающихся частей установки. Такое увеличение массы установки влечет за собой дополнительный расход энергии, который для больших промышленных установок может достигать значительных величин.

В результате теоретических исследований установлено, что обеспечение устойчивости требуемого режима синфазного вращения двух вибраторов, установленных по бокам рабочего органа можно добиться путем смещения их на определенное расстояние h в вертикальной плоскости в разных направлениях от центра масс колеблющихся частей. Покажем это. При этом/необходимо отметить,что данный вывод справедлив только для двухвибратор- ных вибрационных установок. Так, для установки с четырьмя вибраторами, независимо от их расположения относительно центра масс, устойчивым может быть лишь противофазное вращение вибраторов. Обеспечение синфазного движения вибраторов возможно лишь с помощью принудительной синхронизации. Более того, для четырехвибраторной динамической схемы, смещение возбудителей по вертикали в разных направлениях относительно центра масс приведет к существенному дополни

тельному нагружению кинематических передач.

Уравнения движения рабочей камеры установки имеют вид

Мх (irw t + «1 ) + cos ( о) г + «а),

(2)

My ( ) + sin (an +02) |tf (uH 4-ai) -sin (wt +02) + + (w t + ai) - cos ( ш t 4- 02)

Здесь х,у,р- обобщенные координаты системы, соответствующие смещению рабочей камеры по осям координат и ее повороту

относительно центра масс; F m e о - амплитуда возмущающей силы, развиваемой каждым вибратором; а и сь - постоянные начальные фазы вращения вибраторов; у- угловая скорость синхронного вращения вибраторов; h - расстояние от оси вибратора до центра масс в вертикальной плоскости.

Для составления основных уравнений, воспользуемся интегральным критерием устойчивости. Поскольку, парциальные скорости возбудителей предполагаются одинаковыми и положительными, то роль потенциальной функции, в данном случае, будет играть среднее значение функции Лагранжа вспомогательного тела, равное,

ввиду предположения в данных задачах о мягкости упругих опор, просто среднему значению кинематической энергии этого те- ла

гж/ш

D й)/2 Ж S М (х2 + g2 ) + I р2 dt о

F2 r „ М (г2 + h2) , ,. , .cas(ai -05) 2MW2 .

(3) Приравнивая нулю производную потенциальной функции приходим к следующему основному уравнению для определения разности фаз в возможных синхронных движе- ниях

0(4)

Это уравнение имеет два существенно различных решения

a(1)- ai а 0, а(2) «2 -«1 я

(5)

первое из которых соответствует синфазному движению вибраторов, а второе - противофазному. При выполнении условия

JMirl+hll 2(6)

функция D при oi - a 0 имеет минимум, и поэтому, в соответствии с интегральным критерием устойчивости, синфаз- йое движение является устойчивым. Таким образом, имеем смягчение условия устойчивости. Учитывая результаты экспериментальных исследований и то, что такие вибрационные установки эксплуатируются при амплитуде колебаний до 5-9 мм (возможное смещение центра масс), а также, что чрезмерное увеличение величины h может привести к наложению на круговые поступательные колебания поворотных колебаний, необходимо обеспечить выполнение соотношения

-Miji±jtL 2.15-2.30.

откуда с учетом (1) получаем h (0,59-0.71) VT7M, м

Еще одной из причин, по которой существующие двухвибраторные вибрационные установки не получили широкого распространения , является рассогласование фаз вращения вибраторов, т.е. отличие сдвига фаз а СП - «г от нуля. Вследствие указанного сдвига фаз, появляется разрывная составляющая возбуждающей силы, что приводит к снижению долговечности установки и может быть причиной разрушения рабочего органа. В результате погрешности изготовления установки и, особенно, наличия присоединенной массы загрузки, в существующих установках в действительности оси вращения вибраторов не лежат с центром масс на одной прямой. Они находятся одновременно или ниже или выше центра масс. Потенциальная функция для данного случая будет иметь вид

D.(t2-M( + h )

2 М af х cos( en - 01} + ----- s i n( a -a 2)},

(9) а условие устойчивости будет,

М ( г2 + h2 )

I

(10) 55

45

Из соотношения (9) вытекает отличие от нуля сдвига фаз вращения вибраторов, а из (10) ухудшение условия их самосинхрониза5

ция, в случае расположения вибраторов в вертикальной плоскости по одну сторону от центра тяжести.

Таким образом, основными причинами, 5 по которым вибрационные установки с самосинхронизирующими вибраторами не подучили распространения, являются трудности обеспечения устойчивости синфазного режима вращения вибраторов и,

0 особенно, существование угла рассогласования фаз их вращения,

В предлагаемой вибрационной установке ни погрешности изготовления, ни наличие загрузки не может существенно

5 повлиять на условие самосинхронизации и угол сдвига фаз.

Преимуществами предлагаемой вибрационной установки являются: меньший удельный расход энергии, возможность со0 здания установок с большим объемом рабочей камеры, и. соответственно, с большей производительностью: отсутствие конструктивных ограничений, связанных с необходимостью размещения дополнительного

5 груза и возможность создания одноконтей- нерных установок.

Данное техническое решение позволяет получать устойчивые круговые поступательные колебания рабочего органа

0 вибрационной установки с помощью явления самосинхронизации. Что, в свою очередь, позволит отказаться от вибрационных установок с дополнительным непроизводительным грузом и от использования

5 установок с принудительной синхронизацией. В результате, данное техническое решение позволит создавать вибрационные установки с меньшим удельным расходом энергии и большей производительностью, а

0 также повысить надежность и долговечность установок.

Фор м у ла изобретения Вибрационная установка, содержащая 5 упруго смонтированный на виброплатформе рабочий контейнер с двумя вибраторами, расположенными по сторонам контейнера, отличающаяся тем. что, с целью повышения производительности, вибраторы установлены со смещением в вертикальной плоскости контейнера оппозитно от центра масс, колеблющихся частей установки, причем величину смещения выбирают по формуле

h (0.59-0,71)/|7м.

где I - момент инерции колеблющихся частей вибрационной установки:

М - масса колеблющихся частей вибрационной установки,

0

Изобретение может быть использовано при производстве строительных материалов, в горно-обогатительной, металлургической, машиностроительной, химической и 2 других отраслях промышленности в установках для размола, тонкого измельчения или поверхностной обработки различных деталей. Вибрационная установка позволяет получить устойчивые круговые поступательные колебания с помощью, явления самосинхронизации без применения дополнительных непроизводительных масс и без кинематических .связей между вибраторами. Для этого вибраторы смещены на рас- стояние в вертикальной плоскости оппозитно от центра масс колеблющихся частей установки. 2 ил.