Условия замены одночастотного вибровозбудителя на двухчастотный в виде пассивного автобалансира (стр. 1 )

УДК 622.74: 621.928.235

д-р техн. наук, проф.,

, канд. техн. наук, доц.

Кировоградский национальный технический университет, г. Кропивницкий, Украина

e-mail: *****@***ru

УСЛОВИЯ ЗАМЕНЫ ОДНОЧАСТОТНОГО ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ НА ДВУХЧАСТОТНЫЙ В ВИДЕ ПАССИВНОГО АВТОБАЛАНСИРА

Г. Б. Філімоніхін д-р техн. наук, проф.,

, канд. техн. наук, доц.

Кіровоградський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна

e-mail: *****@***ru

УМОВИ ЗАМІНИ ОДНОЧАСТОТНОГО ВІБРОЗБУДНИКА НА ДВОЧАСТОТНИЙ У ВИГЛЯДІ ПАСИВНОГО АВТОБАЛАНСИРУ

G. Filimonikhin, Dr. Sci. (Tech.), Prof.,

V. Yatsun, Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor

Kirovograd National Technical University. Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: *****@***ru

CONDITIONS OF REPLACEMENT OF SINGLE-FREQUENCY VIBROEXCITER ON DUAL-FREQUENCY IN THE FORM OF PASSIVE AUTOBALANCER

Цель. Определить условия замены одночастотного вибровозбудителя на двухчастотный в виде пассивного автобалансира в вибромашине с прямолинейным поступательным движением короба.

Методика. Используются элементы теории вибромашин и теоретической механики для создания и анализа механико-математических моделей базовой и модернизованной машин.

Результаты. Аналитически подобраны параметры модернизированной машины (с двухчастотным вибровозбудителем в виде пассивного автобалансира), при которых амплитуда и частота медленных колебаний ее короба равняется амплитуде и частоте вынужденных колебаний короба базовой машины (с одночастотным инерционным вибровозбудителем) с прямолинейным поступательным движением короба.

Полученные результаты позволяют рассчитывать параметры резонансных вибромашин с двухчастотными вибровозбудителями в виде пассивных автобалансиров.

Установлено, что на частоту медленных колебаний модернизированной машины влияет коэффициент жесткости опор, а на амплитуду этих колебаний влияет коэффициент сил вязкого сопротивления опор.

Модернизация грохота ГИЛ 42 позволила уменьшить суммарную массу вращающихся частей вибровозбудителя в 3,4 раза.

Научная новизна. Состоит в определении условий замены одночастотного инерционного вибровозбудителя в вибромашине с прямолинейным поступательным движением короба на двухчастотный вибровозбудитель в виде пассивного автобалансира.

Практическая значимость. Состоит в возможности проектирования новых энергоэффективных и высокопроизводительных вибромашин, совмещающих в себе преимущества резонансных и двухчастотных вибромашин.

Ключевые слова: инерционный вибровозбудитель, двухчастотный вибровозбудитель, дебаланс, вибромашина, автобалансир, грохот

Постановка проблемы. Энергоэффективные резонансные вибромашины являются наиболее перспективными среди вибромашин [1].

Резонансный режим колебаний дает возможность с помощью небольшого привода приводить в движение большие по площади коробы грохотов с минимальными затратами энергии [2].

Значительное повышение производительности вибромашин обеспечивается использованием в них двух и больше частотных возбудителей вибраций [3]. Так, при колебаниях короба (платформы, решета, сита и т. п.) с более низкой частотой выполняется основной технологический процесс в виде сепарации, просеивания и т. п. Колебания с более высокой частотой обеспечивают самоочищение короба и изменение механических свойств обрабатываемого материала, что увеличивает производительность основного процесса [4].

В работе [5] рассмотрено влияние поличастотных колебаний ситовых поверхностей вибрационных грохотов со сплошным частотным спектром на эффективность разделения тонкодисперсных сыпучих материалов. Обоснована устойчивость поличастотных колебаний к изменению технологической нагрузки и динамических параметров грохота.

В работе [6] установлена возможность формирования выраженных полигармонических вибраций путем ввода вибромашины в супергармонический резонанс второго порядка.

Проведенные стендовые исследования полностью подтвердили наличие существенных технологических преимуществ измельчения материалов в бигармоническом поле колебаний по сравнению с традиционным гармоническим колебанием [7].

Промышленные испытания показали значительные преимущества грохота с бигармоническим режимом работы по сравнению с грохотом с гармоническим режимом [8].

Вибрационное оборудование с бигармоническим режимом колебаний позволяет получать высокие технологические показатели и может применяться для широкого диапазона крупности и качества углесодержащего сырья с целью получения товарных продуктов [9].

В работе [10] рассмотрена возможность одновременного колебательного, вращательного и ударного движения. Предложено использовать ударные элементы, позволяющие получить дополнительное воздействие на частицы материала, трудно поддающегося грохочению.

Поэтому актуальным является создание вибрационных машин, объединяющих преимущества резонансных и двухчастотных вибромашин. Это позволит получать энергоэффективные машины с повышенной производительностью.

Существующие способы возбуждения двухчастотных вибраций не позволяют автоматически подстраивать низшую частоту под резонансную частоту колебаний короба.

Выделение нерешенной проблемы. Авторами предложен эффективный способ возбуждения двухчастотных вибраций с помощью пассивных автобалансиров. Их использование основано на особом режиме движения ротора с автобалансиром (бигармоническом), возникающем при малых силах сопротивления движению корректирующих грузов относительно ротора. В этом режиме ротор вращается с зарезонансной частотой, а корректирующие грузы в автобалансире не могут его догнать, практически собираются вместе и вращаются с наименьшей резонансной частотой колебаний ротора, чем подстраиваются под нее.

На сегодня не разработана теория таких вибровозбудителей, нет рекомендаций по проектированию и расчету основных параметров вибромашин с вибровозбудителями в виде пассивных автобалансиров.

Выделение нерешенной раньше части общей проблемы.

В работе [11] предложены кинематические схемы модернизированных вибромашин и с помощью 3D моделирования установлено, что в широкой области параметров машины автобалансир работает как два отдельных независимых вибровозбудителя. Первый образуется корректирующими грузами. Он создает медленные резонансные колебания короба для выполнения основного технологического процесса. Второй вибровозбудитель образуется неуравновешенной массой на корпусе автобалансира. Он создает быстрые колебания для выполнения вспомогательного процесса (очищения рабочей поверхности решета, сита и т. п.).

Установлена возможность изменения характеристик двухчастотных вибраций путем изменения суммарной массы корректирующих грузов, неуравновешенной массы на корпусе автобалансира, частоты вращение вала, на который насажен автобалансир.

Определены области изменения параметров, внутри которых гарантированно наступают двухчастотные вибрации. Сформулированы предположения относительно механизма возникновения двухчастотных вибраций [12].

По результатам 3D моделирования создан стенд, у которого короб осуществляет поступательные вертикальные движения. Проведенные исследования подтвердили возможность использования автобалансира для возбуждения двухчастотных вибраций.

Нерешенными остаются вопросы подбора параметров модернизованной машины с двухчастотным вибровозбудителем. Для этого необходимо сформулировать критерий замены одночастотного вибровозбудителя на двухчастотный, построить механико-математические модели базовой и модернизованной машин, исследовать эти модели.

Формулирование цели работы. Определить условия замены одночастотного вибровозбудителя на двухчастотный в виде пассивного автобалансира в вибромашине с прямолинейным поступательным движением короба.

Изложение основного материала.

1. Описание системы. Рассмотрим базовую машину с одночастотным вибровозбудителем (рис.1, а).

Вертикальные перемещения короба будем определять координатой Х. Коэффициент жесткости опоры обозначим через . Коэффициент вязкости опоры обозначим через . В качестве источника вибраций используется одночастотный вибровозбудитель. Он состоит из неуравновешенной массы , вращающейся с частотой вращения ротора . Положение неуравновешенной массы определяется радиусом и углом .