Белгородская область, Россия
В статье предоставлен расчёт коэффициентов динамичности вибрационного устройства с ассиметричными колебаниями по четырем ступеням
вибропогружатель лабораторно-исследовательский, компьютерная программа ВИБРО, набор дебалансов
Создание вибрационных машин с направленной асимметричной вынуждающей силой – одно из современных направлений совершенствования вибрационного технологического оборудования. Данная лабораторная работа выполняется с использованием вибрационного стенда, позволяющего генерировать асимметричные колебания [1].
Асимметричные колебания позволяют получать существенную разницу по величине между составляющими вынуждающей силы, действующими в противоположных направлениях. Из двух направлений действия вынуждающей силы, как правило, можно выделить «рабочее» направление действия и «холостое». В «рабочем» направлении выполняется полезная работа: уплотнение грунта, забивание или выдёргивание свай, подбрасывание сортируемого материала на просеивающей плоскости. В «холостом» направлении наряду с тем, что происходит накапливание энергии и кинематическая перегруппировка элементов механизма, может выполняться вредная работа, такая как подбрасывание конструкции машины, принудительное сжатие пакета пружин и др., для чего необходимо применять дополнительные меры, например использование пригрузов [3].
Величина составляющей вынуждающей силы в рабочем направлении может обозначаться как 
, а в направлении холостого хода – 
. Отношение этих величин может называться динамическим коэффициентом 
или коэффициентом асимметрии вынуждающей силы. Коэффициент динамичности может быть больше единицы, если = / , или меньше единицы, если используется обратная величина – 
. В настоящее время создание асимметричных колебаний стараются достичь сложением направленных колебаний, создаваемых несколькими механизмами с направленными колебаниями, установленными последовательно друг за другом в виде нескольких ступеней [2].
В области разработки и создания механизмов с асимметричными колебаниями ведутся интенсивные исследования. В цель таких исследований включается ряд задач, которые можно сформулировать следующим образом:
- получение наибольшего значения динамического коэффициента
|
|
(1) |
- получение наибольшего значения динамического коэффициента наименьшим числом ступеней [5];
- определение оптимального значения динамического коэффициента и числа ступеней для конкретной технологической операции.
Обычно, в корпусе вибрационного механизма установлены несколько пар валов с дебалансами или несколько параллельно установленных вибраторов с круговыми колебаниями. Каждая горизонтальная пара валов (дебалансов) образует вибратор направленных колебаний с частотой вращения n1, n2, …,ni. Каждой частоте вращения вала соответствует дебаланс массой: m1, m2,…, mi, соответственно [4].
Для расчёта проектных параметров вибрации в практическом занятии используется разработанная программа с использованием пакета Excel. Программа рассчитана на работу семи ступеней направленных колебаний.
Каждая пара дебалансных валов генерирует синусоидальные колебания:
|
|
(2) |
где i – порядковый номер вибратора с направленными колебаниями, i = 1,2,…,n [4]; φ – начальная фаза, рад.
При одновременной работе вибраторов с различной частотой вращения валов, например, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, 3000 об/мин, происходит сложение колебаний, в результате чего, происходит изменение величины вынуждающей силы и характер изменения величины вынуждающей силы во времени. Характер изменения вынуждающей силы во времени достаточно полно оценивается в пределах одного периода колебаний по наименьшей частоте вращения дебалансного вала, при n = 500 об/мин.
При сложении колебаний нескольких вибраторов, результирующая вынуждающая сила может быть описана уравнением:
|
|
(3) |
где 
– суммарная величина вынуждающей силы, Н.
Рисунок 1 – Построение и расчет дебаланса №1
Величину коэффициента динамичности определяем с помощью программы разработанной на кафедре ПТ и ДМ [6].
Таблица 1 – Коэффициенты динамичности
|
№ вибратора |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Масса, кг |
2.55 |
0.882 |
0.305 |
0.297 |
|
Радиус, см |
3.6 |
1.57 |
1.363 |
0.098 |
|
Нач. фаза, град |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Скорость, об/мин |
500 |
1000 |
1500 |
2000 |
|
R, м |
0.036 |
0.0157 |
0.01363 |
0.00098 |
|
Fi0, рад |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
|
W, 1/с |
52.36 |
104.72 |
157.08 |
209.44 |
Рисунок 2 – Диаграмма вынуждающей силы
1. Клюев С.В., Клюев А.В. Пределы идентификации природных и инженерных систем // Фундаментальные исследования. - 2007. - №12-2. - С. 366-367.
2. Клюев С.В., Клюев А.В. Управление проектными параметрами в задачах оптимального проектирования // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. - 2010. - №1. - С. 15-19.
3. Клюев С.В., Клюев А.В. Оптимальное проектирование конструкций с учетом устойчивости равновесия // Фундаментальные исследования. - 2008. - № 9. - С. 62.
4. Клюев С.В. Основы конструктивной организации природных и искусственных материалов / Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии: сб. студ. докл. Международного конгресса: В 2 ч. Ч. 1. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2003. - С. 161.
5. Уральский В.И., Шаталов А.В., Синица Е.В., Уральский А.В. Теория механизмов и машин: учеб. пособие для студентов, обучающихся по направлению 230302. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2016. - С. 124-128.
6. Гончаров С.И., Синица Е.В. Детали машин и основы конструирования: лабораторный практикум для студентов, обучающихся по направлению 151900.62. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2011. - С. 78.
