7.2. Инерционные вибровозбудители

В инерционных вибраторах возмущающая сила создается вследствие вращения одной или нескольких неуравновешенных масс, называемых дебалансами. Эта возмущающая сила в основе своей имеет центробежную силу, которая возникает при вращении неуравновешенной массы. Статическая неуравновешенность возникает, когда инерционный элемент вращается вокруг оси, параллельной одной из его главных центральных осей инерции. Мерой статической неуравновешенности считают статический момент массы (дисбаланс) , где – масса инерционного элемента; – радиус-вектор центра этой массы относительно оси вращения (его модуль называют эксцентриситетом массы).

Модуль

также называют статическим моментом массы или дисбалансом. При вращении инерционного элемента с угловой скоростью развивается центробежная сила

.

Центробежная сила постоянна по величине, но непрерывно меняет свое направление, завершая полный цикл за один оборот.

Моментная неуравновешенность возникает, когда инерционный элемент вращается вокруг центральной оси, не совпадающей ни с одной из его главных центральных осей инерции. Если такой инерционный элемент рассечь на две части плоскостью, проходящей через его центр массы и перпендикулярной оси вращения, то каждая из образовавшихся двух частей имеет равные по модулю и противоположно направленные дисбалансы. Плоскость, в которой лежат центры масс обеих частей и ось вращения, называют плоскостью разбаланса. Мерой моментной несбалансированности считают момент дисбаланса

где – дисбаланс одной из частей инерционного элемента, образовавшихся после указанного, выше рассечения; – радиус-вектор центра массы этой части относительно центра массы второй части. При вращении инерционного элемента с угловой скоростью развивается равнодействующий момент центробежных сил

.

Если вращается одна неуравновешенная масса, то возмущающая сила, как уже отмечалось, постоянно меняет свое направление, оставаясь постоянной по величине. Вибратор с одной неуравновешенной массой получил название дебалансного.

Направленное действие возмущающей силы обеспечивается вибраторами типа самобаланс, представляющими собой два спаренных дебалансных вибратора, синхронно вращающихся с одинаковой угловой скоростью в противоположные стороны (рис. 57).

Рис. 57. Самобалансный вибратор

Шестерни обеспечат движение дебалансов с одинаковыми скоростями, но в противоположные стороны.

Вели соединить шестернями дебалансные вибраторы с различными массами, то можно получить возмущающую силу, меняющуюся по величине и направлению. У такого вибратора годограф возмущающей силы, представляет эллипс, большая ось которого расположена вертикально.

Большие возможности в части синтезирования разнообразных по величине и направлению возмущающей сил открывает вибратор, составленный из трех деба­лансов, соединенных шестернями (рис. 58). Подбирая передаточное отношение шестерен, массу дебалансов и относительное их начальное расположение, можно менять характер возбуждающей силы, создаваемой таким вибратором.

Рис. 58. Трехдебалансный вибратор

Трехдебалансный вибратор может создавать такие же возмущающие силы, как и самобалансный. Вибратор открывает возможности генерирования возмущающей силы, изменяющейся по сложному многолепестковому годографу, который может вращаться вокруг своего центра (рис. 59). Количество лепестков, которое формируется за один оборот центробежного вала дебаланса, на единицу больше передаточного отношения зубчатых колес.

Рис. 59. Годограф возмущающей силы

Для работы некоторых вибрационных машин необ­ходимы вибраторы, создающие одновременно возму­щающую силу и возмущающий момент. Эти задачи ре­шает двухвальный шестидебалансный инерционный вибратор. Вибратор состоит из двух валов, вращаю­щихся с одинаковыми скоростями в противоположные стороны так же, как и в самобалансном вибраторе.

Однако, кроме дебаланса, установленного в середине каждого вала, по концам валов располагаются еще по два дебаланса, развернутых в противоположные стороны (рис. 60). Средние дебалансы создают возмущаю­щую силу, действующую по вертикальной оси, а край­ние – возмущающий момент вокруг нее. Такой вибра­тор сообщает рабочему органу вибрационной машины винтообразное движение вокруг продольной оси.

Рис. 60. Шестидебалансный вибратор

Конструкции вибраторов.

У одновального дебалансного вибровозбудителя с круговой вынуждающей силой (рис. 61, а) в корпус 1 запрессован статор асинхронного трехфазного электродвигателя, лобовые части 2 обмотки которого замоноличены специальным компаундом. С обеих сторон корпуса установлены щиты 4, в которых вмонтированы шарикоподшипники 5 вала короткозамкнутого ротора 3. На обоих концах вала закрепленыодинаковые дебалансы 6. Корпус имеет лапы 7, которые можно прикрепить болтами к вибрируемой конструкции. С торцов вибровозбудитель защищён крышками 8. Корпус, щиты и крышки скреплены продольными стяжными шпильками с гайками. Как правило, в подшипники закладывают пластичную смазку.

Описанная конструкция пригодна для длительной работы при горизонтальном или пологонаклонном расположении вала, которое в большинстве случаев позволяет получить требуемый эффект. Для работы с крутонаклонным или вертикальным расположением вала лучше применять жидкую принудительную смазку подшипников. Конструктивная схема одновального дебалансного вибровозбудителя с такой смазкой и пристроенным электродвигателем фланцевого исполнения приведена на рис. 61,б. Фланцы корпуса 5 электродвигателя и корпуса 6 вибровозбудителя скреплены шпильками с гайками. Общий вал 2 ротора 4 электродвигателя и дебаланса 1 установлен в подшипниках качения 3 и 7. Жидкая смазка принудительно подается к подшипникам по центральному и боковым отверстиям вала. Прикрепляемые дебалансные вибровозбудители с пристроенным электродвигателем используют реже, чем со встроенным.

а б

Рис. 61.Дебалансные вибровозбудители

Стандартный вибратор типа самобаланса (рис. 62) состоит из двух валов 1, установленных на шариковых подшипниках 2 в боковинах кор­пуса. Между собой валы соединяются шестернями 3, одна из которых для снижения шума выполняется текстолитовой 4. Корпус вибратора в целях шумопоглощения выполняется обребренным. Шестерни помеще­ны в корпусе. Вибратор крепится к рабочему органу с помощью болтов и клиновых упоров, имеющихся в несущих боковинах корпуса. Так как боковины корпуса передают все нагрузки, они выполняются из мощной стальной плиты. Подшипники могут смазываться как густой смазкой, так и масляным туманом, образующимся вследствие вращения шесте­рен в корпусе вибратора, частично заполненного маслом. Дебалансы раз­мещаются и на свободных концах валов. Для уменьшения расстояния между валами в целях создания компактной конструкции одна пара дебалансов расположена между другой. В целях снижения аэродинами­ческих сопротивлений вращению дебалансов они закрыты кожухами из тонколистового железа. Привод вибратора осуществляется от двигателя через карданный вал.

Рис. 62. Конструкция самобалансного вибратора

Сходное конструктивное выполнение имеет инерционный вибратор для создания бигармонической возмущающей силы. Вибратор состоит из двух пар коленчатых валов 1, помещенных в корпусе, причем боль­шие валы унифицированы с валами аналогичного самобалансного вибра­тора. Каждая пара валов соединена зубчатыми колесами 2 с передаточным отношением 1:2, находящимися вне корпуса; меньший вал вращается с удвоенными оборотами. Большие шестерни каждой пары соединены между собой таким образом, что все валы вращаются синхронно (рис. 63).

Рис. 63. Конструкция инерционного вибратора для создания бигармонических колебаний

Весьма компактной является конструкция трехдебалансного вибратора, приведенного на рис. 64. вибратор состоит из трех дебалансных валов – среднего 1 и двух крайних 2. Кинетический момент среднего вала равен суммарному кинетическому моменту крайних валов. В случае использования вибратора для возбуждения направленной по одной пря­мой возмущающей силы валы соединены шестернями 3, Для создания эллиптических колебаний используются дебалансные валы с неравными кинетическими моментами. Подшипники дебалансных валов устанавливаются в мощных несущих боковинах корпуса. Каждый дебалансный вал заключен в трубчатый кожух. Для придания конструкции жесткости и снижения шума кожухи соединены поперечными ребрами. Между собой дебалансные валы связаны зубчатыми колесами равного диа­метра, которые защищены кожухом. К вибрационной машине вибратор крепится с помощью поперечных кронштейнов, приваренных к несущим боковинам корпуса.

Рис. 64. Конструкция трехдебалансного вибратора

В настоящее время в промышленности все более широкое примене­ние получает мотор-вибратор. Он представляет собой обычный трехфаз­ный синхронный двигатель с замкнутым ротором, у которого на удли­ненном валу насажены дебалансы. Совмещение вибратора с двигателем в одном агрегате представляет существенные эксплуатационные удоб­ства, так как привод получается более компактным, автономным и не требует никаких дополнительных устройств. Вся конструкция двигате­ля выполняется с повышенной устойчивостью к вибрациям. Для обеспе­чения длительной бесперебойной работы мотор-вибратор снабжен значи­тельно более мощными и долговечными подшипниками качения, чем обычный электродвигатель той же мощности. Для поддержания нормаль­ного теплового режима работы в некоторых системах мотор-вибраторов применяется обдув.

Различают мотор-вибратор симметричной и несимметричной конструкции. В первой конструкции присутствуют дебалансы, а во второй ротор расположен на валу консольно. В зависимости от условий приме­нения используются преимущества той или иной конструкции. Мотор-вибратор несимметричной конструкции имеет секционный дебаланс, состоящий из двух поворотных элементов, установленных на привод­ном валу, располагающемся в мощных роликовых подшипниках в кор­пусе. На консольной части приводного вала установлен ротор электродвигателя. Статор электродвигателя расположен в кожухе, соединенном с корпусом вибратора. К машине вибратор крепится с помощью крон­штейнов, имеющихся на его корпусе. Для восприятия массы ротора и дебаланса вибратора при вертикальном расположении его оси рядом с роликовым подшипником установлен упорный шариковый подшипник.

Мотор-вибратор симметричной конструкции (рис. 65) состоит из приводного вала 1 с двумя консольными концами, на которых уста­новлены дебалансы 2. Роликовые подшипники 3 приводного вала распо­лагаются в корпусах дебалансов. Корпуса дебалансов болтами соединя­ются с кожухом электродвигателя, в котором установлен статор. Кор­пуса дебалансов имеют легкосъемные крышки 4, обеспечивающие лег­кий доступ к дебалансам.

Рис. 65. Конструкция мотор-вибратора

Инерционные вибраторы наиболее целесообраз­но использовать в машинах, эксплуатируемых при средних частотах колебаний (12–25 Гц). Применение этих вибраторов в низкочастотных машинах менее рационально, так как в силу их принципиального уст­ройства в этом случае пришлось бы чрезмерно увеличивать вращаю­щиеся неуравновешенные массы для получения необходимой величины возмущающей силы. При эксплуатации инерционных вибраторов на вы­соких частотах значительно увеличиваются, так же как и в эксцентри­ковом приводе, опорные реакции в подшипниках, что приводит к быст­рому выходу их из строя или необходимости установки специальных крупноразмерных подшипников.

Существенным достоинством инерционных вибраторов является воз­можность получения больших возмущающих сил при небольших габа­ритах и массе привода. Вследствие этого инерционный привод явля­ется незаменимым в крупных мощных вибрационных машинах неболь­шой длины. Невысокая рабочая частота обусловливает более низкую шумность инерционных вибромашин.

Так как вибрационные установки с инерционным приводом работают на невысоких частотах колебаний, то эти машины по сравнению с высочастотными при равном уско­рении имеют большую амплитуду и более вы­сокую удельную производительность, т. е. инерционные вибромашины при равной производительности работают при более низкой динамической нагрузке.

При виброобработке продуктов, имеющих склонность прилипать к ра­бочему органу вибромашины, в инерционных машинах благодаря боль­шой амплитуде колебаний можно использовать резиновую или пла­стиковую вкладку, свободно расположенную на рабочем органе. Такая резиновая вкладка при работе вибромашины постоянно деформируется и ударяется о поверхность рабочего органа вибромашины. При этом налипание обрабатываемого продукта устраняется более надежно, чем с помощью вклеенной резиновой прокладки.

Недостатком большинства конструкций инерционных ви­браторов является значительное время пуска и выбега. Это ограничивает их применение в вибрационных питателях, особенно в тех слу­чаях, где необходима высокая точность дозирования.

Весьма рационально применение инерционных вибраторов в машинах средней длины и производительности.