Обнаружение, исследование и практическое использование явления самосинхронизации механических вибровозбудителей
Насколько нам известно, в Советском Союзе явление самосинхронизации механических дебалансных вибровозбудителей было обнаружено в ленинградском институте «Механобр» в 1947—1948 гг. при выполнении исследовательской работы, проводившейся под руксшидсшим Д. А. Плисса. Интересу к этому явлению и пониманию связанных с ним возможностей способствовало следующее наблюдение. На стенде института проходила длительные испытания вибрационная машина с двумя номинально одинаковыми независимыми дебалансными возбудителями, приводимыми от отдельных асинхронных электродвигателей (схема машины была подобна изображенной на рис. 2, б). При установке на неподвижном основании роторы таких возбудителей неизбежно вращались бы с несколько различными угловыми скоростями и случайными фазами. Это обусловлено неточностью изготовления двигателей и возбудителей. Однако будучи установленными на общем вибрирующем органе машины, оба возбудителя работали в среднем синхронно и синфазно. При этом тенденция к синхронному вращению роторов оказалась столь сильной, что их вращение не нарушилось даже при случайном обрыве провода, подводящего питание к одному из электродвигателей: обрыв был обнаружен лишь через несколько часов, па протяжении которых машина практически нормально работала (и продолжала работать до выключения второго двигателя). Иными словами, здесь имело место вибрационное поддержание вращения неуравновешенного ротора — явление, представляющее частный случай самосинхронизации, о котором, подробнее будет сказано в § 12.
Сделанное наблюдение было зафиксировано Д. А. Плиссом и И. М. Абрамовичем в отчете института «Механобр» [232] (1948 г.), причем было обращено внимание на существенное значение этого явления для вибрационной техники.
Первая из известных нам зарубежных публикаций, касающихся самосинхронизации вибровозбудителей, появилась позднее — в 1950 г. в виде патента на конкретные простейшие вибрационные устройства, выданного на имя шведского изобретателя Сигнула [327, 328]; соответствующая заявка, однако, была сделана в Швеции в 1946 г.
В 1953 г. автором было дано физическое объяснение и математическое описание эффекта самосинхронизации механических вибровозбудителей [31], затем результаты этой статьи былп развиты и дополнены как в работах автора, так и других отечественных исследователей — П. М. Алабуже - ва, JI. К. Балабатько, О. П. Барзукова, И. И. Быховского, JI. А. Вайсберга, И. И. Виткуса, Ю. Ю. Гецявичуса, Л. А. Гольдина, В. В. Гузева, Г. А. Денисова, П. Б. Зарецкого, А. К. Зуева, Е. II. Иванова, М. Ш. Кирнарского,
И. И. Круша, A. JI. Кумпикаса, Б. П. Лаврова, А. И. Лурье, Ю. И. Марченко, Р. Ф. Нагаева, К. А. Олехновича, Е. И. Плохотиюка, И. А. Поповой, В. Н. По - тураева, К. М. Рагульскиса, А. Д. Рудина, Н. Г. Тимофеева, А. Д. Учителя, К. В. Фролова, К. Ш. Ходжаева, А. Г. Червоненко, О. Я. Шехтер, Л. М. Шиф - рина [5, 14—17, 35—38, 40—43, 45—49, 51, 53, 55—59, 63, 64, 79, 91, 99, 104, 105, 114—118, 130—132, 140, 148, 459, 230, 231, 235, 241, 242, 246, 249, 256, 275, 283, 284, 293, 300, 306]. Из зарубежных публикаций по теории самосинхронизации вибровозбудителей, появившихся после 1965 г., отметим работы Р. Миклашевского 1320], В. Богуша, и 3. Энгеля [307], Л. Шперлинга Г329, 330], Араки Иосиаки, Иноуэ Дзюнкити, Хаяси Сэцуко, Мияура Суга и Окада Юкимаза [323].
Основные результаты перечисленных исследований изложены в данной главе с соответствующими ссылками или же упомянуты в кратком обзоре, приведенном в п. 7 § 8. Более полный обзор работ, выполненных до 1970 г. включительно, приведен в книге [57].
Развитие теории и разработка методов расчета устройств с самосин* хронизирующимися вибровозбудителями привело к созданию и внедрению в промышленности нового класса вибрационных машин — конвейеров, питателей, грохотов, дробилок, мельниц, концентрационных столов, специальных стендов и других. К настоящему времени в СССР зарегистрировано более ста изобретений, основанных на использовании эффекта самосинхронизации. Заметим, что многие из этих изобретений, ио-видимому, не могли бы быть сделаны при отсутствии соответствующих теоретических исследований и методов ‘ расчета. Дело в том, что как будет показано ниже, ряд закономерностей самосинхронизации вибровозбудителей вряд ли может быть предсказан на основе чисто интуитивных соображений или обнаружен на основе нецеленаправленного экспериментирования. Описание ряда устройств с самосинхронизирующимися вибровозбудителями приведено в § 15.
Следует отметить, что большинство теоретических исследований и экспериментально-конструкторских разработок устройств с самосинхронизирующимися вибровозбудителями выполнено сотрудниками ленинградского института «Механобр».
Обнаружение явления самосинхронизации вибровозбудителей позволяет по-новому подойти к проблеме групповых фундаментов под неуравнове - лснпыо машины — речь идет о случае, когда па одном фупдаменто размещают несколько машин с вращающимися или колеблющимися неуравновешенными массами. В этом особом случае самосинхронизация может оказаться не только вредной, но и весьма опасной: если в возникающем синхронном движении фазы вращения роторов таковы, что неуравновешенности от отдельных машин складываются, то это может привести (и действительно иногда приводило) к недопустимо большим колебаниям фундамента и даже к разрушениям строительных конструкций. С другой стороны, при расчете и проектировании группового фундамента с учетом результатов теории самосинхронизации часто можно обеспечить взаимную компенсацию неуравновешенных сил, возникающих при работе отдельных машин, и тем самым значительно снизить уровень колебаний фундамента.
Работы по теории синхронизации вибровозбудителей привели еще к одному результату: они стимулировали развитие общей теории синхронизации и способствовали формированию взгляда на тенденцию к синхронизации как на общее свойство материальных объектов самой различной природы. В частности, было обнаружено, что синхронизация естественных и искусственных небесных тел подчиняется тем же основным закономерностям, что и синхронизация неуравновешенных роторов. Так, например, и в том и в другом случае оказывается справедливым так называемый интегральный критерий (экстремальное свойство) устойчивости синхронных движений (см. гл. 7).