4.3. Условия возникновения движения, асимметрия системы
Среди условий возникновения направленных в среднем относительных движений при действии вибрации особое место занимает асимметрия системы. Это коренное свойство заслуживает более подробного внимания. Именно асимметрия обеспечивает преодоление сил трения, неизбежно возникающих при относительном движении тел. Чаще всего эти силы трения обладают разрывной характеристикой и относительное движение возникает при условии, что acимметрия системы достаточно сильно выражена; в противном случае система остается в зоне застоя и сохраняется относительный покой.
Дополнительные вибрационные воздействия способствуют преодолению зоны застоя; при правильном выборе параметров вибрации создаются условия относительного движения, невозможного в отсутствие вибрации. Таким образом, вибрация позволяет вызвать нужные эффекты при меньших (иногда значительно меньших) нарушениях симметрии, чем в отсутствие вибрации. В этом и состоит главный смысл использования вибрации для создания направленных движений. Различают четыре основных типа асимметрии системы:
Геометрическая асимметрия. К этому случаю относится пространственная асимметрия системы, когда, например, ось лотка наклонена под некоторым углом
к горизонту (рис. 38)
Рис.38. Асимметрия системы, вызванная наклоном оси лотка к горизонту.
Асимметрия фрикционных свойств, когда сила трения меняет не только знак, но и величину при изменении знака относительной скорости
(рис. 39)
Рис. 39. График асимметричного закона трения
Такая асимметрия может быть искусственно создана путем профилирования поверхности лотка или за счет свойств самого тела (рис.40).
Рис. 40. Асимметрия системы, вызванная асимметрией фрикционных свойств поверхности
3. Силовая асимметрия, когда к геометрически симметричной системе приложена постоянная внешняя сила или когда направление вибрации не совпадает с перпендикуляром к оси системы. Заметим, что любая чисто поперечная вибрация создает симметричное возбуждение, тогда как всякая продольная вибрация всегда асимметрична: в произвольный момент времени такая вибрация вызывает переносные силы инерции, нарушающие пространственную симметрию системы.
4. «Временная» асимметрия возбуждения, когда закон колебаний во времени асимметричен относительно середины каждого цикла (см. рис.5 ). Конечно, подобное разделение весьма условно; так, например, случай геометрической асимметрии приводится к случаю силовой асимметрии, если учесть, что из-за наклона оси лотка возникает постоянная составляющая силы тяжести. К случаю силовой асимметрии можно привести и асимметрию фрикционных свойств.
Глава V Экспериментальное исследование процесса виброперемещения слоя насыпного груза
Вопросу вибрационного транспортирования посвящено большое количество исследований, однако задача о вибрационном перемещении массовых сыпучих грузов, в силу своей сложности, нельзя считать окончательно решенной. Процесс вибрационного перемещения сыпучего тела сопровождается сложными внутрислоевыми процессами, характер которых зависит от многих факторов. Для объяснения природы физических явлений, происходящих в слое при виброперемещении, оценки их интенсивности и получения усредненного закона движения слоя, необходимо выявить истинные законы движения отдельных частиц и монослоев груза. В этой связи особенно важное место приобретают экспериментальные исследования процесса.
Таким образом, цель экспериментов можно сформулировать так: оценить влияние различных факторов на характер вибротранспортирования и разработать феноменологическую модель слоя груза, достаточно простую и, в тоже время, достаточно точно отражающую физическую сущность процесса. Это необходимо для создания удобной в инженерной практике методики расчета вибромашин.