Вибрационные машины. Принцип действия. Назначение. Особенности применения

Статья на тему:  «Вибрационные машины. Принцип действия. Назначение. Особенности применения».

 

Выполнил: студент группы ЭАбд-22 Садыков И.И.

 

Проверил:

Горбунов А.А.

 

Вибрационная машина – машина, исполнительному органу которой сообщают вибрацию для осуществления или интенсификации выполняемого процесса или повышения качества выполняемой работы [1].

Основными элементами любой вибрационной машины являются вибровозбудитель и рабочий орган. Вибровозбудитель предназначен для создания требуемого режима периодического (в некоторых случаях – случайного  или импульсного) возбуждения. Рабочий орган вибрационной машины представляет собой специальный инструмент (держатель, захват, боёк или устройство (сито, лоток, бункер, конвейер, реактор и т.п.), с помощью которого ( или в котором) осуществляется технологический процесс. В свою очередь, тела или среда, на преобразование свойств которых направлен тот или иной процесс называют технологической (или полезной) нагрузкой [3].

Принцип действия

Наиболее распространенным возбудителем колебаний является дебалансный возбудитель. Устройство простейшего дебалансного вибратора показано на рис. 1, а. Неуравновешенная масса m вращается около оси А с угловой скоростью со и развивает центробежную силу инерции   , равную  , где — расстояние центра массы   от оси  . Сила инерции дебаланса через опору   передается массе  , с которой обычно и связывается рабочий орган вибромашины, взаимодействующий с обрабатываемой средой.

На рис. 1. б показан дебалансный вибратор направленного действия, в котором два дебаланса т вращаются с одинаковой скоростью в противоположных направлениях. Горизонтальные составляющие   двух центробежных сил инерции   взаимно уравновешиваются, а вертикальные   — складываются, образуя суммарную силу инерции

где φ — угол, образуемый силой F'и с вертикальной осью.

Рис. 1. Схемы возбудителей колебаний механического типа:

а) схема простейшего дебалансного вибратора;

б) схема дебалансного вибратора направленного действия.

Полагают, что дебалансы вращаются с постоянной угловой скоростью ω, тогда φ = ωt и сила Fи является периодической функцией времени:

Дебалансы обычно имеют между собой кинематическую связь, а иногда такой связи нет, но при определенных условиях оба дебаланса все равно вращаются с одинаковыми скоростями; в таких случаях говорят о самосинхронизации дебалансов. Форма движения массы   определяется характером ее подвески к неподвижной части машины, физико-механическими свойствами среды и механической характеристикой двигателя, приводящего во вращение дебаланс  .

В большинстве мощных низкочастотных вибрационных машин установок в качестве вибровозбудителя используется частотно управляемый асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, имеющий на своем валу дебаланс – асинхронный дебалансный вибродвигатель (АДВД). При работе вибрационных машин в резонансном режиме, когда частота возмущающей силы совпадает с частотой собственных колебаний вибросистемы, обеспечиваются наибольшие амплитуды при наименьшем статическом моменте дебалансов. В резонансных вибромашинах вследствие полного уравновешивания сил инерции удается разгрузить привод от действия динамических давлений, что позволяет уменьшить его размеры, повысить долговечность и снизить затраты энергии на преодоление сопротивлений вращению. Для выполнения требуемого технологического процесса требуются небольшие возмущающие силы даже при весьма значительных размерах рабочего органа машины [2].

Однако резонансные системы имеют и недостатки, главным из которых является нестабильность рабочего режима при изменении загрузки вибромашины, а также собственной или вынуждающей частоты колебаний. Эта нестабильность часто является причиной нарушения технологического процесса, что препятствует широкому внедрению высокоэффективных резонансных вибромашин [2].

В резонансной вибромашине, работающей на частоте собственных колебаний, силы инерции полностью компенсируются восстанавливающими силами. Поэтому возмущающая сила должна преодалевать только силы сопротивления. Следовательно, в резонансном режиме возмущающая сила, приходящаяся на единицу перемещения основной массы, наименьшая и направлена в сторону, противоположную действию сил сопротивления.

Вибрационная машина дорезонансного типа характеризуется высокой жёсткостью пружин. Поэтому при её работе создаются большие восстанавливающие силы, значительно превосходящие действующие в системе силы инерции. Эти две силы направлены на встречу друг другу, поэтому сила инерции частично компенсирует восстанавливающую силу. Разность этих сил, величина которой может быть весьма значительной, действует в систем. Следовательно, возмущающая сила должна иметь составляющую, преодолевающую избыток восстанавливающей силы. Кроме того, возмущающая сила должна иметь составляющую, преодолевающую силы сопротивления. Эти две составляющие и формируют величину и направление действия возмущающей силы в дорезонансном режиме.

Вибрационная машина зарезонансного типа имеет мягкие пружины. Действующие в ней  восстанавливающие силы незначительны  и не могут полностью компенсировать силы инерции. Поэтому возмущающая сила должна иметь, кроме составляющей, преодолевающей силы сопротивления, составляющую, действующую против сил инерции [4]. 

В настоящее время большинство вибрационных машин и устройств работают в режиме вынужденных колебаний с зарезонансной настройкой. Для того чтобы избежать чрезмерной раскачки машины при её переходе через резонансную область, нужно иметь двигатель, мощность которого в 5–6 раз превышает мощность, необходимую для поддержания установившегося зарезонансного режима колебаний. Повышение установочной мощности приводит к повышению как полной мощности, потребляемой из сети, так и энергоемкости машины в целом.

Резонансные режимы работы вибрационных машин, являющиеся энергетически наиболее эффективными, практически нереализуемы из-за их низкой стабильности при обычном резонансе вынужденных колебаний. Поэтому поиск альтернативных способов возбуждения и стабилизации режимов работы резонансных вибрационных машин является весьма актуальным [5].

 

 

 

 

 

Рис. 2. Схемы вибраторов:

а) Направленного действия;

б)Ненаправленного действия;

1- дебаланс; 2 – корпус; 3 – вал.

 

В виброуплотняющих машинах применяют дебалансные вибраторы с направленными или круговыми колебаниями (рис.2). Вибраторы с круговыми колебаниями конструктивно проще вибраторов с направленными колебаниями, но в полезной работе такого вибратора участвует лишь вертикальная составляющая возмущающей силы. Вместе с тем, как показывает практика, вибраторы с направленными колебаниями по сравненнию с вибраторами, имеющими круговые колебания, не увеличивают эффект уплотнения.

Назначения и особенности применения

Вибрационные машины получили большое распространение в различных отраслях промышленности и в сельском хозяйстве. С помощью вибраций дробят, измельчают, транспортируют кусковой и сыпучий материал, разделяют смеси, уплотняют бетон, погружают сваи и шпунт в грунт, просеивают различные продукты. Используют вибрации и в быту (например, вибрационные бритвы). Обрабатываемые среды под действием вибраций становятся более «податливыми», что способствует интенсификации технологического процесса. Вибрационные машины и вибротехнологии широко применяются в различных отраслях промышленности, в сельском хозяйстве , в строительстве на транспорте , в медицине, коммунальном хозяйстве, научных лабораториях и испытательных стендах. Применение их  приносит значительный экономический эффект а так же способствует улучшению условий труда.

Производство многих строительных работ в настоящее время немыслимо без использования вибромашин. Такие машины и механизмы, как вибропогружатели, вибромолоты, вибрационные буровые установки, вибрационные уплотнительные  машины различного назначения показали на практике  высокую эффективность.

Широкие перспективы в строительстве, горном деле, лёгкой пищевой промышленности и в других отраслях производства имеет вибрационный транспорт, используемый для перемещения различных материалов и изделий .

Общий объём производства и номенклатура  железобетонных изделий очень велики. Формование подавляющего большинства этих изделий осуществляется с помощью вибраций [6].

Наибольшее количество железобетонных изделий изготавливают  при помощи вибрационных площадок (рис. 3) и вибрационных формовочных установок.

Вибрационные площадки - это машины, у которых форма с бетонной смесью расположена на одном общем столе (рамная конструкция) или на группе столов (секционная конструкция), которым вибрационный привод сообщает периодическое движение.

 

 

 

Рис. 3. Вибрационная площадка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

 

1. ГОСТ 24346 – 80. Вибрация. Термины и определения. – М. : Стандартинформ,  2010. – 26 с.
2. Дмитриев В.Н., Горбунов А.А. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2009. Т. 11. № 3-1. С. 310-314.
3. Пановко Г.Я. Лекции по основам теории вибрационных машин и технологий : Учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. –192 с.: ил.
4. Гончаревич И.Ф. Вибрация – нестандартный путь: вибрация в природе и технике. – М.: Наука, 1986. - 209с., ил.
5. Антипов В.И., Денцов Н.Н., Кошелев А.В. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 5-1. С. 188-194.
6. Бауман В.А., Быховский И.И. Вибрационные машины и процессы в строительстве. Учебное пособие для студентов строительных и автомобильно-дорожных вузов. М., «Высш. школа», 1997. 255 с. с ил.