Прикладная теория колебаний

правлениях, и нереверсионные, используемые вместо дорожных катков.

Вибротрамбовки (рис. 7.14) – это еще один незаменимый вид оборудования, применяемый сегодня при дорожных работах, а также для укладки инженерных коммуникаций, трубопроводов, утрамбовывания пешеходных дорожек или уплотнения насыпей.

Вибротрамбовки имеют небольшие габариты и хорошую маневренность, поэтому они незаменимы там, где для работы виброплит ограничено пространство (траншеи, мосты, подвалы).

Эксплуатационная производительность уплотняющих машин (м3/ч) непрерывного действия

где В – ширина полосы уплотнения, м; b – ширина перекрытия смежных полос уплотнения, м, b = 0,1 м; v – средняя рабочая скорость движения

машины, км/ч; h – толщина слоя уплотнения, м; m – необходимое число проходов по одному месту; kв – коэффициент использования машины по времени, kв = 0,8...0,85.

7.5.Машины для упрочнения изделий

Внастоящее время в технологии машиностроения на очистных, доделочных, шлифовальных и упрочняющих операциях широкое применение нашли вибрационные обрабатывающие

181

установки. Если классифицировать их по типу источника колебаний – вибратора, то наибольшее распространение в отечественной и зарубежной промышленности получили инерционные дебалансные и электромагнитные установки (рис. 7.15).

Рис. 7.15. Принципиальные схемы вибрационных обрабатывающих установок: а–ж – с дебалансными вибраторами; з–к – с электромагнитными вибраторами

Рассмотрим их устройство. Установка с дебалансными вибраторами включает в себя рабочую камеру 1, имеющую U- образную форму поперечного сечения, жестко закрепленную на раме 2 (рис. 7.15, а). К раме или непосредственно к рабочей камере крепится корпус дебаланса 3. Рама с рабочей камерой устанавливается на упругих элементах 4 на массивном основании 5. Рабочая камера может иметь упругую подвеску на раме. В качестве упругих элементов используются пружины, резинокордные баллоны со сжатым воздухом и резиновые амортизаторы. Вращение дебалансов осуществляется от электродвигателя, установленного на основании 5, при помощи клиноременной передачи через ступенчатые шкивы и эластичные муфты. Возмущающая сила, создаваемая вращающимися деба-

182

лансами, сообщает рабочей камере с находящейся в ней так называемой загрузкой (рабочей средой и обрабатываемыми деталями) круговые колебания.

Помещенная на рис. 7.15, б схема вибрационной установки с трехдебалансным вибратором имеет рабочую камеру 1 со скошенной боковой стенкой. Такая форма сечения камеры, близкая к О-образной, ускоряет процесс обработки вследствие улучшения условий обтекания загрузкой стенок камеры по сравнению с U-образным сечением. Вдоль дна рабочей камеры расположены валы трех дебалансов 3, корпуса которых жестко крепятся к камере и к раме 2 упругой связью 4, установленной на основании 5. Правый дебалансный вал получает вращение от электродвигателя и при помощи шестерен передает его двум другим валам. Под воздействием возникающих центробежных сил рабочая камера совершает движение по некруговой траектории, что также способствует более интенсивному протеканию процесса обработки.

Рабочая камера 1 установки с двухдебалансным вибратором (рис. 7.15, в) имеет форму горизонтально расположенного цилиндра, открытого сверху, жестко связанного с несущей рамой 2, упруго смонтированной при помощи пружин 4 на основании 5. К несущей раме прикреплены корпуса валов дебалансов 3. Оси валов расположены по обе стороны от оси рабочей камеры и лежат в одной плоскости с ее центром тяжести; привод обоих дебалансных валов осуществляется от общего приводного двигателя. Рабочая камера получает вибрации от вращающихся в одну сторону дебалансов.

Вибрационная установка, показанная на рис. 7.15, г, имеет такую же по форме камеру 1, как в предыдущем случае. Отличие состоит в том, что источником колебаний камеры являются шесть дебалансов 3, корпуса которых жестко укреплены на камере и раме 2. Валы дебалансов связаны между собой при помощи зубчатых ремней 6 и шестерен 7. Камера установлена при помощи пружин 4 на основании 5. Вращение от приводно-

183

го двигателя сообщается правому нижнему дебалансу. Все дебалансы, вращаясь в одну сторону, воздействуют на загрузку в рабочей камере эффективными вибрациями, которые увеличивают производительность установки по сравнению с однодебалансной. Существенными недостатками данной системы является невысокая степень надежности системы и повышенный уровень шума.

Представленная на рис. 7.15, д схема вибрационной установки в отличие от рассмотренных, рабочие камеры которых открыты и в плане представляют собой прямоугольник, имеет закрытую цилиндрическую горизонтально расположенную рабочую камеру 1, жестко соединенную с несущей рамой 2. Снаружи на валах параллельно оси камеры расположены дебалансы 3, помещенные в трубчатые кожухи, жестко связанные с рамой. Ось вала нижнего большего по массе дебаланса расположена в вертикальной плоскости, проходящей через ось рабочей камеры, а оси двух других равных по массе дебалансов расположены сверху симметрично этой плоскости. Валы дебалансов связаны между собой при помощи звездочек цепи 5 и паразитных звездочек 6. Несущая рама крепится посредством пневмоупругих амортизаторов 7 к основанию 8.

Такая установка имеет ряд преимуществ: повышенную интенсивность перемешивания загрузки, возможность высокоэффективной обработки изделий со сложной внешней формой, увеличенную производительность процесса.

Кроме виброустановок с одной рабочей камерой, разработаны конструкции многокамерных (с двумя, тремя, четырьмя камерами). Их основное преимущество – повышение производительности.

На рис. 7.15, е показана схема с двумя цилиндрическими камерами 1, приводимыми в колебательное движение двухдебалансным вибратором 3, оси валов которого находятся в вертикальной плоскости симметрии рабочих камер. Имеются установки с рабочей камерой кольцевого (тороидного) типа. Ра-

184

бочая камера 1 такой установки, представляющая собой открытый тор (рис. 7.15, ж), жестко укреплена на раме 2. Под камерой, внутри ее горловины, расположен вибратор с двумя дебалансами 3. Оси рабочей камеры и вибратора совпадают. Рама установки опирается на пружины 4, расположенные по окружности основания 5.

Принципиальная схема установки с электромагнитным вибратором показана на рис. 7.15, з. К рабочей камере 1 цилиндрической формы жестко прикреплен рычаг с якорем 2. Статор 3 неподвижно покоится на раме 4, которая посредством упругих элементов 5 крепится к основанию 6. При пропускании тока через обмотки статора якорь притягивается к нему. Благодаря упругой подвеске камера вместе с рычагом и якорем совершает колебательные движения, которые сообщаются загрузке.

Двухкамерная установка электромагнитного действия изображена на рис. 7.15, и. Две горизонтально расположенные камеры 1, соединенные рамой 2, с закрепленным между камерами якорем 3 образуют одну жесткую систему, установленную на упругих элементах 4 на основании 6. Помещенные под камерами по обе стороны якоря статоры 5 электромагнитов попеременно притягивают якорь, вынуждая систему якорь – рама камеры совершать качающиеся движения, передаваемые загрузке. Установки с электромагнитным вибратором, как правило, обладают меньшей мощностью и производительностью по сравнению с установками дебалансного типа.

На рис. 7.15, к представлена схема с однодебалансным вибратором, имеющая те же составные элементы, что и установка на рис. 7.15, и, за исключением электромагнитного устройства, состоящего из якоря 6 и статора 7, жестко закрепленных соответственно на раме 2 и на основании 5, и служащего для автоматического регулирования амплитуды колебаний.

Этот далеко не полный перечень разнообразных машин вибрационного принципа действия показывает, насколько ши-

185

роко используются вибрации и как необъятна область дальнейших углубленных исследований в этом направлении.

Резонансные машины, облегчающие человеческий труд, не требующие больших энергетических затрат – еще один шаг по лестнице научно-технического прогресса, и внедрение таких машин чрезвычайно перспективно.

7.6. Строительная вибротехника

7.6.1. Бетоносмесители

При строительстве железобетонных мостов и труб возникает необходимость в приготовлении бетонной смеси непосредственно на стройплощадке. При приготовлении бетонной смеси на месте строительства из всех технологических операций, состоящих из транспортирования составляющих к смесительной установке, дозирования и перемешивания их и выдачи готовой смеси, главную операцию выполняют смесительные машины.

Основными узлами смесительной машины являются: смесительный барабан; загрузочное устройство для подачи в смесительный барабан материалов; устройство для выгрузки готовой смеси из смесительного барабана; дозаторы для заполнителей; двигатели с передаточными механизмами.

Кинематическая схема бетоносмесителя с опрокидывающимся барабаном представлена на рис. 7.16, а, а устройство бетоносмесителя – на рис. 7.16, б. На двух стойках 10 с подшипниками 12 и опорной рамой 11 установлена траверса 9. В траверсе смонтирован барабан 5 бетоносмесителя, имеющий форму двух усеченных конусов, примыкающих в середине к цилиндрической части с зубчатым венцом. В траверсе установлены ролики 7, на которые опирается барабан. Вращение барабан получает через редуктор 6 от электродвигателя, который закреплен на траверсе.

186

Рис. 7.16. Бетоносмесители: а – кинематическая схема с опрокидывающимся барабаном небольшой вместительности; б – устройство бетоносмесителя большой вместимостью с пневмоприводом; 1 – электродвигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – приводной вал; 4 – штурвал; 5 – барабан; 6 – редуктор; 7 – опорные ролики; 8 – ролики; 9 – траверса; 10 – стойка; 11 – опорная рама; 12 – подшипник;

13 – пневмоцилиндр

Консольная шестерня редуктора находится в постоянном зацеплении с зубчатым венцом барабана. Для выгрузки готовой смеси барабан наклоняется пневматическим цилиндром 13, шток которого связан с траверсой. Цапфы траверсы могут поворачиваться в подшипниках 12 опорных стоек.

7.6.2. Вибропогружатели

Вибропогружатели сообщают погружаемым в грунт (или извлекаемым из него) элементам (свае, шпунту, трубе) направленные вдоль их оси колебания определенной частоты и амплитуды, благодаря чему резко снижается коэффициент трения между грунтом и поверхностью внедряемого (извлекаемого) элемента. Они применяются для погружения в песчаные и супесчаные водонасыщенные грунты металлического шпунта, двутавровых балок, труб, железобетонных свай и оболочек, а также извлечения их из грунта. Составными частями вибро-

187

погружателя являются электродвигатель, вибровозбудитель и наголовник.

Жесткое соединение вибропогружателя с погружаемым (извлекаемым) элементом обеспечивается сменным наголовником с механическим или гидравлическим захватом.

В качестве вибровозбудителей используются вибраторы направленного действия с четным количеством (четыре, шесть или восемь) горизонтально расположенных параллельных валов с дебалансами, синхронно вращающимися в различных направлениях.

Общая масса дебалансов на каждом валу одинакова. Дебалансные валы приводятся во вращение одним или двумя электродвигателями специального виброударостойкого исполнения через ременную, цепную или зубчатую передачи.

Главным параметром вибропогружателей является установленная мощность электродвигателей. К основным параметрам относятся вынуждающая сила, статический момент дебалансов, амплитуда и частота колебаний. Вынуждающая (центробежная) сила вибровозбудителя, возникающая при вращении дебалансов, достигает максимального значения при их вертикальном расположении и направлена вдоль оси погружаемого элемента. При горизонтальном расположении дебалансов их центробежные силы взаимно уравновешиваются. Величина вынуждающей силы вибропогружателя F (кН) зависит от суммарной массы m дебалансов, расстояния от их центра массы до оси вращения (эксцентриситета) е и угловой скорости дебалансных валов w:

F = mew2.

Амплитуда колебаний a (мм) представляет собой отношение статического момента дебалансов M (М = mе) к массе колеблющейся конструкции mк:

а = М/ mк.

188

Частота колебаний n вибровозбудителя равна частоте вращения дебалансных валов.

Различают низкочастотные (n ≤ 10 Гц) и высокочастотные (n ≤ 16,6 Гц) вибропогружатели.

Низкочастотные вибропогружатели используют для по-

гружения в однородные слабые грунты массивных железобетонных оболочек и свай длиной до 12 м.

Они характеризуются значительной амплитудой колебаний, сравнительно большими статическими моментами дебалансов, вынуждающей силой и общей массой, малой частотой колебаний.

Конструкции низкочастотных вибропогружателей довольно разнообразны. Рассмотрим в качестве примера устройство

ипринцип действия низкочастотных вибропогружателей типа ВП и ВРП.

Увибропогружателей ВП (рис. 7.17, а) вибровозбудитель, приводной электродвигатель 1 и наголовник 5 сваи 6 жестко соединены между собой. В корпусе вибровозбудителя в сферических подшипниках вращаются несколько пар дебалансных валов с дебалансами 7. Движение дебалансным валам, вращающимся попарно в разные стороны, передается от электродвигателя через промежуточную шестерню 2 и систему синхронизирующих цилиндрических шестерен 3, закрепленных на валах.

Для крепления на стреле копра корпус вибропогружателя снабжен четырьмя направляющими роликами 4. Каждый вибропогружатель комплектуется пультом управления с пусковой

изащитной аппаратурой.

Вибропогружатели типа ВРП с регулируемыми параметрами снабжены системой автоматического управления режимом погружения различных свай и свай-оболочек, которая обеспечивает плавное регулирование вынуждающей силы, статического момента дебалансов, амплитуды и частоты колебаний в зависимости от сопротивления грунта.

189