7.4. Электромагнитные вибровозбудители

Электромагнитным вибратором называется вибрато­р, в котором ток, протекающий в обмотке, создает магнитный поток, который взаимодействует с якорем и формирует электромагнитную силу, стре­мящуюся уменьшить воздушный зазор между электромагнитом и яко­рем. Особенностью работы электромагнитных вибраторов является из­менение магнитного сопротивления за время одного цикла. Сила взаимо­действия между электромагнитом и якорем зависит от конфигурации и размеров магнитопровода и положения якоря по отношению к элек­тромагниту.

По направлению действия магнитного потока относительно переме­щения якоря электромагнитные вибраторы делят на устройства с про­дольным (поток в рабочем зазоре совпадает с перемещением якоря) и поперечным магнитными потоками, направленными перпендикуляр­но перемещению якоря. В вибрационных транспортирующих машинах преимущественное применение имеют вибраторы первого типа.

По форме сердечника электромагнита электромагнитные вибраторы делят на устройства с П-образным и Ш-образным сердечником.

По числу колеблющихся масс все основные типы электромагнитных вибраторов относятся к двухмассным системам. Используют и многомассные одноприводные устройства, например вибрационные грохоты с резонирующей решеткой. Однако конструктивно многомассные устройства существенно сложнее двухмассных.

По характеру возмущающей силы. Большинство электромагнитных вибраторов созда­ет гармонические возмущающие силы; отдельные типы вибраторов вместе с тем создают дополнительный возмущающий момент или пере­дают ударные импульсы. Имеются конструкции, возбуждающие бигармонические возмущающие силы.

По принципу действия. вибраторы разделяются на однотактные и двухтактные. В однотактных вибраторах всего один электромагнит, ко­торым якорь притягивается в одну сторону; обратный ход он совершает только за счет восстанавливающих сил упругой системы. В двухтактных вибраторах имеется два электромагнита, которые поочередно притяги­вают якорь в противоположные стороны.

Таким образом, в однотактных вибраторах возмущающая сила дей­ствует лишь в одну сторону, обратный ход рабочего органа вибрацион­ной машины совершается под действием восстанавливающей силы упру­гой системы. При этом вследствие одностороннего действия постоянной слагающей силы притяжения электромагнитов вибратора возникает не­желательное дополнительное нагружение упругой системы. В двухтакт­ных вибраторах сила притяжения электромагнитов (возмущающая сила) действует в обе стороны и не дает дополнительной нагрузки на его упру­гую систему.

По характеру действия различают вибраторы безударного и ударного действия. В первых настройка режима работы, сила притяжения электро­магнитов и величина воздушного зазора подбираются таким образом, чтобы якорь и статор в процессе эксплуатации не входили в контакт друг с другом. В вибраторах ударного действия в процессе работы якорь, снабженный бойками, ударяет по буферам, установленным на статоре. Вследствие этого вибратор сообщает рабочему органу вибра­ционной машины не только гармонические колебания, но и передает дополнительные ударные импульсы.

По способу питания электроэнергией синхронные вибраторы, имею­щие преимущественное применение на практике, можно разделить на реактивные, с выпрямителем, возбуждаемые постоянным током (с подмагничиванием) и с постоянными магнитами.

Наиболее простым является реактивный электромагнитный вибра­тор (рис. 75).

Рис. 75. Реактивный электромагнитный вибратор

Он состоит из статора (электромагнита) 7, при­соединенного к сети переменного тока, и якоря 2, укрепленного на упругой системе 3. В течение каждого полупериода при достижении максимального значения тока якорь притягивается, а при малом зна­чении тока отталкивается за счет упругости рессор. Вследствие этого число колебаний вибратора вдвое больше частоты питающего тока. Так, при питании от обычной сети, имеющей частоту 50 Гц, такие вибраторы совершают 6000 колебаний в минуту. Реактивные вибраторы могут работать также на прерывистом постоянном токе. Число колебаний виб­ратора в этом случае зависит от частоты импульсов постоянного тока.

Рис. 76.Электромагнитный вибратор с выпрямителем

Вибратор с выпрямителем (рис. 76) отличается от реактивного вибра­тора только наличием выпрямителя 4, включенного последовательно в цепь катушки электромагнита (т. е. по однополупериодной схеме). Благодаря выпрямителю ток достигает максимума 1 раз за период, поэтому число колебаний вибратора с выпрямителем равно частоте тока.

Наиболее совершенными являются двухтактные вибраторы (рис. 77), по­скольку они позволяют сохранить симметричность тока, исключают возможность внесения искажений в питающую сеть и повышают мощ­ность вибрационной машины.

Рис. 77. Двухтактный электромагнитный вибратор

Принцип действия вибраторов с возбужде­нием постоянным током заключается в том, что при наличии в статоре 5 двух обмоток возбуждения 6, 7 их переменным и постоян­ным током в нем возникает пульсирующий магнитный поток, который, действуя на якорь 8 вибратора, приводит его в колебательное движение; при этом число колебаний якоря равно частоте переменного тока. При подмагничивании постоянным током синусоида переменного тока сме­щается в сторону подмагничивающего поля; в этом случае магнитный поток изменяется с частотой, равной половине частоты питающего тока

Электромагнитные вибраторы с постоянными магнитами, так же как и вибраторы с выпрямителем или возбуждением постоянным током, создают колебания с частотой, соответствующей частоте питающего тока. Однако по сравнению с последними достоинство их в том, что их можно питать непосредственно от сети промышленного переменного тока. Отсутствие в комплекте таких вибраторов выпрямителей значи­тельно повышает их эксплуатационную надежность и устраняет допол­нительный источник возможных неполадок. Схема принципиального устройства электромагнитного вибратора с постоянными магнитами приведена на рис. 78.

Рис. 78. Электромагнитный вибратор с постоянным магнитом

Он состоит из Ш - образного сердечника 9 с обмот­ками 12 переменного тока, постоянного магнита 10 и рессорной систе­мы 11. Сердечник крепится к рабочему органу вибрационной машины. Постоянный магнит и связанные с ним части являются реактивной мас­сой. Вибратор устроен таким образом, что полюсы постоянного магнита помещаются в воздушные зазоры электромагнита. При этом, вследствие того что полярность постоянного магнита всегда одна и та же, а поляр­ность электромагнита меняется в зависимости от частоты питающего тока, происходят периодическое взаимное притяжение и отталкивание магнитов. При полярности, изображенной на схеме, северный полюс постоянного магнита отталкивается от верхнего полюса и притягивается к среднему полюсу электромагнита. Южный полюс постоянного магнита, наоборот, отталкивается от среднего и притягивается к нижнему полюсу электромагнита. Вследствие этого на обе части вибратора одновременно действует по четыре силы: две силы отталкивания и две силы притяже­ния. При этом происходит относительное перемещение магнитов. Сила притяжения полюсов по мере перемещения магнитов возрастает вслед­ствие уменьшения межжелезного пространства, а сила отталкивания уменьшается в результате его увеличения. При изменении направления тока полярность электромагнита изменяется и части вибратора движутся в обратном направлении. Вследствие замыкания магнитного потока че­рез электромагнит на постоянный магнит оказывается подмагничиваю-щее действие. Размагничивающая сила при этом незначительна, так как сила притяжения всегда во много раз больше силы отталкивания. Вслед­ствие этого постоянный магнит в процессе работы вибратора не размаг­ничивается.

Недостатком рассмотренных конструкций электромагнитных виб­раторов является малый ход якоря. В настоящее время разработаны электровибраторы большого хода, в которых сила взаимодействия яко­ря и сердечника направлена поперек магнитного поля, образованного в воздушном зазоре между полюсами.

На рис. 79 приведена конструкция электромагнитного вибратора с поперечным магнитным потоком.

Рис. 79. Электромагнитный вибратор с поперечным магнитным потоком

Он состоит из Ш-образного сердеч­ника 13 постоянного магнита 14 и рессорной системы 15. Для регули­рования режимов работы электромагнитных вибраторов применяют следующие способы. При питании переменным током регулирование производится последовательно включенным сопротивлением, индук­ционным регулятором, током возбуждения генератора или переключе­нием отводов в трансформаторе в случае автономного питания. При питании пульсирующим током (переменным током, выпрямленным по однополупериодной схеме) способы регулирования остаются те же, что и при питании переменным током. При питании прерывистым посто­янным током регулирование производится последовательно включен­ным сопротивлением, частотой импульсов и продолжительностью вклю­чения.

Конструкции вибраторов. Промышленность в настоящее время се­рийно выпускает электромагнитные вибраторы различных конструкций и типоразмеров, предназначенные для разнообразных эксплуатационных условий. Конструктивное оформление электромагнитных вибраторов определяется в основном видом используемой упругой системы. Наибо­лее широко применяется два типа упругой системы — пластинчатые рес­соры и винтовые пружины. В отдельных случаях находят применение упругие элементы из резины.

Электромагнитный вибратор с упругой системой из винтовых пру­жин приведен на рис. 80.

Рис. 80. Электромагнитный вибратор

Он состоит из якоря 1, установленного в крон­штейне 2, которым вибратор крепится к вибрационной машине. Кронштейн с якорем является активной частью вибратора. Реактивная часть состоит из обмоток 3, насаженных на П-образный сердечник 6, укреплен­ный в корпусе 5, служащий противомассой. Активная и реактивная части вибратора соединяются между собой винтовыми пружинами 4, предварительно сжатыми с помощью шайб и стяжных шпилек. Величина реактивной массы может быть увеличена с помощью дополнительно уста­навливаемых грузов 7. Вибратор закрывается алюминиевой крышкой 8. Ток подводится к обмоткам вибратора через кабель 9 и навитые в виде пружин проводники 10.

Достоинства электромагнитных вибраторов. По своему принципи­альному устройству электромагнитные вибраторы являются наиболее совершенным видом привода. Если в большинстве типов привода про­исходит преобразование вращательного движения в возвратно-поступа­тельное, то в электромагнитных вибраторах необходимое возвратно-по­ступательное движение получается непосредственно без каких-либо промежуточных механизмов. Электромагнитные вибраторы не имеют узлов, в которых бы имело место трение скольжения или качения, не имеют подшипников, подверженных высоким динамическим нагрузкам.

Они обеспечивают простую синхронизацию работы нескольких приво­дов на одной вибромашине и легкое регулирование режима работы. Известно, что степень виброизоляции от опорных конструкций тем вы­ше, чем больше отношение частоты возбуждения к собственной часто­те колебаний системы на опорных пружинах. Так как умень­шение жесткости опорных пружин имеет определенный конструктивный предел, ясно, что с повышением рабочей частоты машины открываются возможности осуществления все более полной виброизо­ляции. В этом отношении электромагнитные вибрационные машины, как наиболее высокочастотные, имеют преимущества перед машинами других типов.

Особые преимущества электромагнитный привод имеет в машинах с регулируемой производительностью, где возникает необходимость ча­стых включений и выключений. Разгон вибромашин с электромагнит­ным приводом при пуске практически мгновенный, в то время как пуск при наличии эксцентрикового и в особенности инерционного привода затяжной.

В то же время недостатком вибромашин с электромагнитным приводом является высокая чувствительность к колебаниям напряжения и на­грузки, а также к колебаниям частоты. Так, если происходит увеличение веса рабочего органа, например вследствие налипания обрабатываемого продукта, то при дорезонансной настройке машины произойдет увеличение амплитуды колебаний, что поведет к соударениям сердечника и якоря; при зарезонансной настройке произой­дет существенное снижение размаха колебаний. Поэтому при настройке вибромашин с электромагнитным приводом для обеспечения устойчивой работы необходим некоторый разрыв между собственной частотой системы и частотой возбуждения. Практически это означает, что на длинном виброкоивейере, где возможно значительное изменение веса рабочего органа, не следует устанавливать слишком маленький вибра­тор.

В тех условиях эксплуатации, где возможны частые изменения пара­метров питания или колебаний нагрузки, следует рекомендовать при­менение электромагнитного привода с автоматическим регулированием. Использование высокочастотного электромагнитного привода тре­бует применения жестких конструкций рабочих органов вибромашин для предотвращения их паразитных колебаний.

Наиболее рациональными областями применения электромагнитных вибраторов являются: вибрационные питатели и дозаторы, короткие вибромашины и легкие грохоты, вибропобудители для бункеров и многоприводные виброконвейеры.