2261

Таким образом, простейшие расчёты подтверждают, что при изменении статического момента массы от 2 кг см до 34 кг см вынуждающая сила вибровозбудителя увеличивается от 171кг до трёх тонн.

По признаку возможности регулирования статического момента массы вибровозбудители можно разделить на четыре группы:

1)нерегулируемые;

2)регулируемые в состоянии покоя (масса или эксцентриси-

тет);

3)регулируемые во время вращения (эксцентриситет);

4)самоустанавливающиеся.

Самоустанавливающиеся дебалансы состоят из двух частей, соединённых пружинами. При включении эти части работают как одно целое. По мере разгона центробежная сила растягивает пружину, статический момент массы дебаланса увеличивается. Применение таких устройств облегчает пуск.

1.13. Электромагнитные вибровозбудители

Электромагнитные вибровозбудители нашли широкое применение в вибрационных питателях, вибрационных конвейерах, вибробункерах, вибрационных грохотах, формовочных машинах и др.

Практически все современные электромагнитные вибровозбудители работают в околорезонансном режиме, причём амплитуда силы, развиваемой резонансной упругой подвеской в 5–20 раз превышает амплитуду вынуждающей электромагнитной силы. Данное соотношение иногда называют коэффициентом усиления.

Электромагнитный вибровозбудитель состоит из магнитномягкого сердечника, на котором находится электромагнитная катушка, и подпружиненного якоря. На катушку подаётся переменный или постоянный пульсирующий ток, якорь притягивается и создаёт вибрации, частота которых равна удвоенной частоте переменного тока или частоте пульсаций постоянного тока.

- 50 -

Рис. 24. Электромагнитные вибровозбудители:

1– сердечник из магнитно-мягкого материала

сэлектромагнитной катушкой; 2 – якорь, выполненный из магнитно-мягкого материала; 3 – пружины

На рис. 24 схематично изображена конструкция электромагнитных вибровозбудителей с П-образным и Ш-образным магнитным сердечником.

Частота колебаний, возбуждённых электромагнитными вибровозбудителями в два раза выше частоты питающего переменного тока, т.к. и положительные и отрицательные импульсы переменного тока вызывают одинаковый эффект – притяжение якоря 2 к сердечнику 1. Если частота питающего переменного тока составляет 50 Гц, то частота вибраций электромагнитного вибровозбудителя будет в два раза выше – 100 Гц. При питании переменным током сердечник вибровозбудителя постоянно перемагничивается.

Перемагничивание сердечника при изменении направления тока в обмотке вызывает потери энергии в магнитопроводе.

Для снижения потерь энергии в магнитопроводе используют схемы питания электромагнитных вибровозбудителей импульсным постоянным током.

На рис. 25 изображены схемы питания постоянным током и графики выпрямленного напряжения U(t) при использовании однополупериодного выпрямителя (рис. 25, а) и двухполупериодного выпрямителя (рис. 25, б).

Графики выпрямленного напряжения наглядно показывают, что при использовании однополупериодного выпрямителя частота вибрации вибровозбудителя будет равна частоте питающего напряжения, а

- 51 -

при использовании двухполупериодного выпрямителя будет в два раза выше.

Рис. 25. Схемы питания электромагнитных вибровозбудителей

При частоте питающего напряжения 50 Гц, получаем частоту вибрации 50 Гц при использовании однополупериодного выпрямителя, и частоту вибрации 100 Гц при использовании двухполупериодного выпрямителя.

В необходимых случаях создаются электронные схемы питания, позволяющие плавно менять частоту вибрации электромагнитных вибровозбудителей за счёт плавного изменения частоты питающего напряжения.

Такие устройства являются достаточно дорогими. Поэтому широкого применения в промышленности не получили.

Достоинствами электромагнитных вибровозбудителей являются:

-простота конструкции;

-надёжность и долговечность работы;

-автоматическая синхронизация работы нескольких вибровозбудителей (при питании от общей сети).

Недостатками электромагнитных вибровозбудителей являются:

-сравнительно большая масса, приходящаяся на единицу амплитуды создаваемой силы;

-52 -

-необходимость использования дорогостоящих цветных металлов (медь, алюминий);

-малая амплитуда перемещения якоря;

-изменение амплитуды вибрации при изменении нагрузки.

1.14.Электродинамические вибровозбудители

Воснове работы электродинамических вибровозбудителей лежит принцип взаимодействия постоянного магнитного поля с подвижной катушкой, по которой протекает переменный ток различной частоты.

На рис. 26 изображена схема электродинамического вибровозбудителя.

Рис. 26. Схема электродинамического вибровозбудителя: 1 – электромагнит постоянного тока; 2 – подвижная катушка, в которой протекает переменный ток; 3 – виброплатформа

электродинамического вибровозбудителя; 4 – упругие элементы

Принцип действия вибровозбудителя основан на том, что катушка 2 при протекании в ней переменного тока начинает перемещаться в постоянном магнитном поле, создаваемом электромагнитом 1 и возбуждает колебания связанной с ней виброплатформы 3.

Достоинствами электродинамических вибровозбудителей являются:

- 53 -

-большой диапазон воспроизводимых частот колебаний (от 5 Гц до 3000 Гц), (в отдельных случаях частота колебаний может достигать

20000 Гц);

-возможность получения очень низких частот колебаний (менее

1 Гц).

К недостаткам электродинамических вибровозбудителей относятся:

-наличие в некоторых конструкциях значительных магнитных полей рассеивания;

-чувствительность к неблагоприятным условиям внешней среды (атмосферные осадки, пыль, агрессивные жидкости и газы);

-сложность конструкции и более высокая стоимость по сравнению с электромагнитными вибровозбудителями.

Электродинамические вибровозбудители распространены в экспериментальных исследованиях – там, где необходимо получение вибрации в широком диапазоне частот – испытание образцов материалов, исследование свойств сыпучих сред, испытание радиоэлектронных устройств на воздействие вибрации при транспортировке и в процессе эксплуатации, поведение биологических объектов и т.д.

Для использования в технологических процессах электродинамические вибровозбудители применяются достаточно редко.

1.15.Вибровозбудители кинематического действия

В вибровозбудителях кинематического действия ведущее звено движется по строго определённому закону, определяемому геометрическими размерами механизма и частотой вращения ведущего вала. В этом случае амплитуда и частота вибрации не зависят от внешних нагрузок, действующих на механизм.

Аналитические зависимости, описывающие движение ведущего звена приведены в разделах 10.3 и 10.4 (уравнения (74)…(83)).

К вибровозбудителям кинематического действия относятся кри- вошипно-шатунные, эксцентриковые, кулачковые механизмы, отдельные звенья которых могут быть деформируемыми (эластичными).

На рис. 27 изображена схема вибровозбудителя кинематического действия (на примере привода виброгрохота).

- 54 -

Рис. 27. Схема вибровозбудителя кинематического действия: 1 – кривошип длиной l; 2 – шатун; 3 – ползун (поводок);

4 – сортирующая поверхность виброгрохота (решето или сито); 5 – устройство подачи сортируемого материала; 6 – ёмкость с отсортированным материалом;

7 – конвейер, уносящий неотсортированный материал

На примере привода виброгрохота определим виброперемещение, виброскорость и виброускорение, создаваемое вибровозбудителем кинематического действия.

Для случая, когда длина кривошипа l во много раз меньше длины шатуна можно считать, что виброперемещение сортирующей поверхности 4 определяется проекцией кривошипа ОА на горизонтально направленную ось x.

Продифференцировав данное выражение по времени, получим выражения для виброскорости и виброускорения.

Для практики имеет большое значение максимальные значения виброускорения, виброскорости и виброперемещения. Эти максимальные значения можно получит из выражений (87), (88), (89), приняв:

- 55 -

cos( t 0 ) 1 и sin( t 0 ) 1.

При виброускорениях, близких к ускорению свободного падения сыпучий материал переходит в состояние “виброкипения”.

Приняв можно из выражения

XAmax g,

найти значения угловой скорости вращения и длину кривошипа, при которых сыпучий материал будет находиться в состоянии виброкипения.

1.16. Гидравлические вибровозбудители

Гидравлические вибровозбудители широко применяются в строительных и дорожных машинах:

-в качестве навесного оборудования одноковшовых экскаваторов (гидромолоты, гидротрамбовки) для разрушения мёрзлых грунтов, скальных пород, а также для уплотнения насыпных грунтов;

-в качестве активных рабочих органов строительных и дорожных машин (виброрыхлители, виброзубья ковшей экскаваторов), предназначенных для разработки мёрзлых грунтов и скальных пород;

-в качестве механизированного ручного инструмента, предназаначенного для разрушения твёрдых пород и уплотнения грунтов (гидравлические отбойные молотки, гидроломы, гидротрамбовки).

Гидровозбудители сообщают колебания рабочему органу либо вследствие использования пульсирующего источника рабочей жидкости, либо путём разрыва потока жидкости постоянного расхода с по-

-56 -

мощью гидравлических распределителей с механическим или электрическим управлением.

По принципу действия гидровозбудители можно разделить на несколько групп:

-пульсаторные;

-следящего типа;

-автоколебательные;

-гидроударные машины с внешним управлением частотой импульсов.

На рис. 28 изображена принципиальная схема пульсаторного гидровозбудителя колебаний двухстороннего действия с насосом – пульсатором.

При вращении коленчатого вала 3 поршни гидропульсатора подают рабочую жидкость то в поршневую, то в штоковую полости рабочего цилиндра 1.

Рис. 28. Схема пульсаторного гидровозбудителя: 1 – рабочий цилиндр; 2 – поршень со штоком; 3 – коленчатый вал; 4 – поршни гидропульсатора; 5 – упругий элемент

При этом поршень со штоком 2 совершает возвратнопоступательные движения, частота которых определяется частотой вращения коленчатого вала 3, а амплитуда колебаний определяется величиной рабочего хода поршней гидропульсатора 4 и соотношением диаметров поршней гидропульсатора 4 и поршня со штоком 2. На рис. 29 изображена схема гидравлического вибровозбудителя следящего типа.

- 57 -

Рис. 29. Схема гидравлического вибровозбудителя следящего типа

Поток рабочей жидкости, поступающей в исполнительный гидроцилиндр 3, переключается с помощью двухпояскового золотника гидравлического распределителя 2. Гидравлический распределитель 2 совершает возвратно-поступательное движение за счёт эксцентрикового привода, приводимого в движение электродвигателем постоянного тока. Достоинством электродвигателей постоянного тока является возможность плавного регулирования частоты вращения.

В данной схеме гидравлического вибровозбудителя электродвигатель может вращаться с частотой от 300 до 1500об/мин.

Характеристика гидравлического вибровозбудителя:

- максимальное усилие на штоке исполнительного гидроцилиндра зависит от давления жидкости в гидросистеме и площади поршня и лежит в пределах от 5 103Н до 50 103Н (от 500 кг до 5 тонн);

-частота вибрации плавно регулируется в диапазоне f =5…25 Гц

(300…1500 1/мин);

-амплитуда возбуждаемых колебаний Amax 20 мм (2см).

На рис. 30 изображена принципиальная схема автоколебательного гидравлического вибровозбудителя. Наличие зазора в механической обратной связи является необходимым условием работы рассматриваемого вибровозбудителя.

- 58 -

Рис. 30. Схема автоколебательного вибровозбудителя:

1 – трёхпоясковый золотник гидравлического распределителя; 2 – исполнительный гидроцилиндр; 3 – поршень со штоком; совершающий возвратно-поступательные движения;

4 – стальной стержень, осуществляющий механическую обратную связь между штоком исполнительного гидроцилиндра и золотником гидравлического распределителя;

5 – винт, регулирующий величину зазора в механической обратной связи между штоком исполнительного гидроцилиндра и золотником гидравлического распределителя

Для запуска автоколебательного процесса необходимо переместить золотник гидравлического распределителя 1 в пределах зазора, например влево. При этом рабочая жидкость из напорной гидролинии поступает в левую часть исполнительного гидроцилиндра 2, поршень со штоком 3 – перемещается вправо.

При перемещении поршня со штоком стальной стержень 4 передвигает золотник гидравлического распределителя вправо. При этом поток рабочей жидкости переключается и направляется в правую часть рабочего гидроцилиндра 2. Поршень со штоком 3 перемещается влево, после выбора зазора стержнем 4, перемещает золотник гидравлического распределителя влево, после чего процесс повторяется.

Разновидностью гидравлических вибровозбудителей можно считать гидравлические ударные устройства, которые применяются для уплотнения насыпных грунтов, разрушения асфальтобетонных покрытий, разработки мёрзлых грунтов.

- 59 -