книги из ГПНТБ / Вибрационные машины в рыбной промышленности

ПРИВОДЫ ВИБРАЦИОННЫХ МАШИН

Будущее вибрационной техники во многом зависит от‘успешно­ го изыскания рациональных средств возбуждения импульсов. Вибраторы известных типов имеют пока относительно небольшие мощности, не превышающие нескольких киловатт. Возможности современной техники генерирования колебаний в отношении регу­ лирования параметров вибратора также ограничены.

Сложные задачи при создании вибрационной техники возни­ кают и в связи с использованием в ряде технологических процес­ сов несимметричных и сложных, например бигармоническнх ко­ лебаний.

Виды привода

По способу воздействия существующие вибраторы можно раз­ делить на три группы: симметричные, асимметричные, импульс­ ные. Первые создают возмущающую силу, изменяющуюся по вре­ мени симметрично относительно нулевой линии; вторые — асим­ метрично; третьи — воздействуют на рабочий орган толчками.

По виду привода вибраторы могут быть разделены на механи­ ческие, электромагнитные, пневматические, гидравлические и инерционные.

К числу механических преобразователей вращательного дви­ жения в колебательное можно отнести кривошипно-шатунные, эксцентриковые, кулачковые механизмы. В группу машин р меха­ ническим приводом входят установки с жестким, упругим и вяз­ ким приводами.

На рис. 6, а представлено принципиальное устройство эксцен­ трикового привода с жестким шатуном. На валу 1 насажен экс­ центрик 2, который охватывается хомутом 3, переходящим в ша­ тун 4. Свободный конец шатуна шарнирно прикреплен к рабоче­ му органу машины.

Для уравновешивания эксцентрика и шатуна, а в отдельных случаях и частичного уравновешивания движущихся масс маши­ ны на валу устанавливается дебалаяс 5.

Эксцентриковый привод с упругим шатуном (рис. 6, 5) состоит из двух половин 1 и 2, связанных между собой винтовыми пру­ жинами 3 и 4. За счет деформации пружин шатун может растя­ гиваться и сжиматься.

Другой модификацией упругого привода является шатун, ко­ торый пружинит лишь при сжимающих нагрузках (рис. 6,в). В качестве упругого элемента в нем использована односторонняя винтовая пружина 1. Такой шатун проявляет свойства упругости только при ходе вперед, при обратном движении он работает как жесткий элемент. Шатуны подобной конструкции использованы,

например, в выпускаемых промышленностью конвейерах типа К'ВЖМ [14, 18].

30

Длина шатуна в вибрационных машинах, как правило, значи­ тельно больше эксцентриситета или длины кривошипа. Это позво­ ляет при расчете устройств с жестким шатуном с достаточным основанием считать, что создаваемые колебания чисто гармони­ ческие. При расчете звеньев кривошипно-шатунного механизма на прочность силы, действующие в кинематических парах, могут быть определены известными методами ТММ, например методом кинетостатики. При наличии в шатуне пружин задача усложняет­ ся. Динамические расчеты вибрационных машин с упругими звеньями приводятся в специальной литературе [18, 44].

Рис. 6. Эксцентриковые приводы.

К электромагнитным приводам относятся приводы, в которых

якоря вдвое превышает частоту питающего тока. При промыш­ ленной частоте 50 Гц частота колебаний достигает 600 с-1.

При включении в цепь обмотки электромагнита выпрямителя (рис. 7,6) сила тока достигает максимума один раз за период и при частоте тока 50 Гц вибратор обеспечивает частоту колебаний

300с-1.

Врассмотренных вибраторах притяжение якоря осуществля­

ется при помощи одного электромагнита, обратный ход происхо­ дит за счет упругих сил. Такие вибраторы называются однотакт­ ными (табл. 4).

Двухтактный вибратор (рис. 7, в) состоит из двух электромаг­ нитов, жестко соединенных между собой. При включении в сеть благодаря принятой схеме выпрямления в один полупериод сра-

31

'оатывает первый электромагнит, в следующий — второй. В двух­ тактных вибраторах в результате работы на обоих полупериодах достигается более рациональное использование электроэнергии

(табл. 5).

Режим работы вибраторов обычно регулируется изменением

•амплитуды колебаний, напряжения. При уменьшении магнитного потока, зависящего от напряжения, усилие притяжения между статором и якорем уменьшается, что приводит к уменьшению амплитуды.

Плавное регулирование при весьма незначительных потерях энергии и компактности регулятора достигается в вибраторах, пи­ тание которых осуществляется одновременно переменным и по­ стоянным током (рис. 7, г ) .

Под действием переменного и постоянного тока в статоре воз­ никают пульсирующие магнитные потоки. Частота колебаний р.авна частоте переменного тока. Тяговое усилие электромагнита и, следовательно, амплитуду колебаний регулируют путем измене­ ния силы постоянного тока возбуждения.

32

В вибраторе с постоянным магнитом (рис. 7, (?) в катушку электромагнита подается переменный ток. Полярность его перио­ дически меняется, а у постоянного магнита она остается неизмен­ ной. Это приводит к периодическому взаимному притяжению и отталкиванию полюсов магнитов. Такие вибраторы при частоте 50 Гц обеспечивают 3000 колебаний в минуту и не нуждаются в

П-образными электромагнитами. Все перечисленные вибраторы с электромагнитами создают гармонические колебания.

В пневматических и гидравлических приводах возмущающая сила создается за счет движения под действием жидкости или сжатого воздуха ротора турбины с неуравновешенной массой либо за счет движения поршня. На рис. 9, а показана схема беззолотникового поршневого пневматического вибровозбудителя, состоя­ щего из цилиндра-корпуса 1 и поршня 2. Сжатый воздух подает­ ся через патрубок 3, Когда поршень находится в показанном на схеме положении, воздух по каналу 4 и выточке 5 попадает в выточку 6 поршня, а затем через сверления 7 — в полость 8 меж­ ду поршнем и цилиндром. Сила давления воздуха перемещает поршень вправо, а цилиндр влево, -пока торец 9 поршня не вой-

дет в выточку 10 цилиндра, соединенную с выхлопным отвер­ стием 11. Еще ранее выточка 12 поршня начнет совмещаться с выточкой цилиндра 13, что влечет за собой последующее переме­ щение поршня влево и цилиндра вправо и т. д. Такой вибровоз­ будитель может работать как в безударном, так и в ударном ре­ жиме.

Схема пульсаторного поршневого гидравлического вибровоз­ будителя изображена на рис. 9, б. Здесь полости 1 и 2 между поршнем 3 и цилиндром 4 соединены при помощи трубопроводов 5 и 6 с соответствующими полостями 7 я 8 насоса [14].

Рис. 9. Схемы вибровозбудителей:

а — п н евм ати ч еского ; б — п ульсато р н о го гидравли ческ ого .

Инерционные самобалансные вибраторы можно разделить на две группы: с горизонтальными и наклонными осями вращения грузов. На рис. 10, а показана схема вибратора, в котором цент-

а

Рис. 10. Устройство самобалансных вибраторов различных типов:

/ — зу б ч а т а я п ер е д ач а ; 2 — д еб алам сы .

ры тяжести грузов Р вращаются в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных осям вращения. На рис. 10,6 приведена схема вибратора, в котором центры тяжести грузов, вращающихся во­ круг горизонтальных осей, расположены в трех плос­ костях, перпендикулярных осям вращения. Достоин­ ство последнего привода со­ стоит в том, что общий центр тяжести боковых гру­ зов и центр тяжести сред­ него груза находятся в од­ ной вертикальной плоско­

сти.

36

>5

ляющая вызывает колебания вибратора вокруг шарнира. Благо­ даря малой жесткости шарнира уоилия, передающиеся желобу вследствие поперечных колебаний вибратора, незначительны и не оказывают существенного влияния на движение желоба.

Если вначале предположить, что вибратор прикреплен к бес­ конечно большой массе, то по закону изменения момента коли­ чества движения уравнение движения такой системы примет вид

Поскольку I(o2^>Ga~k, то

Условие направленности возмущений маятникового вибратора как физического маятника сводится к равенству нулю боковых составляющих реакций в шарнире. Пользуясь этим, получим ис­ комое расстояние

Поскольку величина I не должна быть слишком велика, в кон­ струкции следует предусмотреть небольшой момент инерции н сравнительно большую массу вибратора.

Дальнейшее развитие вибраторов направленного действия идет по пути применения раздельных асинхронных дебалансных моторвибраторов, устанавливаемых в одном поперечном сечении грузонесущего органа. Синхронность и фазировка их работы обеспечи­ ваются автоматически путем самосинхронизации.

38

Рекомендации по выбору вида привода

Для правильного выбора вида привода необходимо руковод­ ствоваться основными его динамическими характеристиками. При этом решающим соображением является возможность обеспече­ ния заданного технологического режима машины. В тихоходных (низкочастотных) вибромашинах преобладающее влияние имеют силы сопротивления, в быстроходных (высокочастотных) наобо­ рот — силы инерции.

Необходимо отметить, что с технологической точки зрения вибрационные машины целесообразно эксплуатировать при низ­ ких частотах и больших амплитудах колебаний.

Э к с ц е н т р и к о в ы й п р и в о д с ж е с т к и м ш а т у н о.м во всех диапазонах частот работы машины обеспечивает постоян­ ную амплитуду колебаний. Однако большим недостатком этого привода является затрудненное условие пуска машины. При пу­ ске привод должен за один оборот преодолеть восстанавливающие силы упругой системы вибромашины и сообщить ей необходимое начальное ускорение. При работе эксцентрикового привода при­ меняются специальные электродвигатели с повышенным (10— 12-кратным) пусковым моментом, устанавливаются два электро­ двигателя или специальные накопители энергии в виде маховика.

Энергозатраты на поддержание колебаний системы при ис­ пользовании данного привода прямо пропорциональны частоте колебаний.

Э к с ц е н т р и к о в ы й п р и в о д с у п р у г и м ш а т у н о м лишен недостатков привода с жестким шатуном. Пуск виброма­ шины с приводом такого типа растягивается, колеблющиеся мас­ сы раскачиваются постепенно, вследствие чего привод в переход­ ных режимах испытывает незначительные нагрузки.

Важно отметить, что эксцентриковый привод с упругим шату­ ном при работе в резонансном режиме расходует (при равных размахах колебаний) меньше энергии, чем эксцентриковые приво­ ды с жестким и вязким шатунами, и существенно меньше, чем инерционный привод.

Недостатком упругого привода, проявляющимся при работе на собственных частотах колебаний динамической системы, яв­ ляется зависимость амплитуды от действующих сопротивлений и величины нагрузок на машину.

Э к с ц е н т р и к о в ы й п р и в о д с в я з к и м ш а т у н о м обеспечивает большую устойчивость работы в резонансных ре­ жимах.

Эксцентриковый привод целесообразно использовать в низко­ частотных машинах, так как он может создавать необходимые большие амплитуды колебаний. Этот привод способен создавать большие возмущающие силы при невысокой частоте вращения приводного вала.

39