,С каждым годом расширяется область применения вибрацион­ная техники и технологии в строи­тельстве. Широкое распростране­ние получили вибрационный ме­тод уплотнения бетонных смесей, вибрационные методы выгрузки и транспортирования сыпучих мате­риалов и т. д. Движителем любой вибрационной машины является вибратор. Пневматические вибра­торы имеют ряд преимуществ пе­ред аналогичными устройствами, использующими электрическую энергию. Наиболее важными яв­ляются простота конструкции и безопасность в эксплуатации. Ак­туальной задачей стало повыше­ние надежности таких устройств, а также создание вибраторов, спо­собных успешно и долго работать в запыленных помещениях на сжатом воздухе низкого качества.

Работы, проводимые в этом на­правлении в Боткинском филиале Ижевского государственного тех­нического университета, привели к созданию пневматического рота­ционного вибратора струйного ти­на, простого но конструкции и об­ладающего высокими эксплуата­ционными характеристиками.

Схема вибратора показана на рис. 1. Он состоит из вихревой ка­меры с тангенциальными питаю­щими соплами и размещенного в ней с возможностью перемещения бегунка с центральным отверсти­ем, сообщающимся с расточкой на горце бегунка. Вихревая камера закрыта крышкой с выхлопным отверстием, сообщающимся с по­лостью вихревой камеры. Расточ­ка на торце бегунка через цент­ральное отверстие соединена ради­альными каналами, расположен­ными в одной плоскости с танген­циальными питающими соплами, с полостью вихревой камеры. В центральном отверстии бегунка с осевым зазором расположен элас­тичный трубчатый элемент, пере­крывающий радиальные каналы. Бегунок выполнен с проточкой, причем так, что образуется зазор между внутренней стенкой вихре­вой камеры и телом бегунка.

Работает вибратор следующим образом. Сжатый воздух давлени­ем Р через тангенциальные пита­ющие сопла поступает в полость вихревой камеры и создает в ней вращающийся вихревой поток. Выход воздуха в атмосферу про­исходит через выхлопное отвер­стие в крышке. Под действием ви­хревого потока бегунок приходит и движение, создавая за счет деба­ланса массы колебания вихревой камеры.

Движение бегунка в вихревой камере, как показали результаты измерения распределения давле­ния на периферийной поверхности бегунка, происходит вследствие неравномерности распределения давления на данной поверхности. На ней можно выделить две зоны: в зоне П на поверхность бегунка

Действует избыточное давление, обусловленное скоростным напо­ром вихревого потока воздуха, а в зоне Н на поверхность бегунка действует разрежение, возникаю­щее вследствие течения воздуха между двумя близко расположен­ными поверхностям! — поверхно­стью бегунка и поверхностью вих­ревой камеры.

Вследствие разности давлений воздуха бегунок получает движе­ние обката по внутренней стенке вихревой камеры в направлении действия тангенциальных сопел и вращение вокруг своей оси. Сжа­тый воздух, действуя в зоне П че­рез один из радиальных каналов на эластичный элемент, деформи­рует его таким образом, что ука­занная зона П повышенного дав­ления сообщается через централь­ное отверстие с расточкой на тор­це бегунка, вследствие чего между бегунком и дном вихревой камеры создается «воздушная подушка», уменьшающая силу трения в зоне их контакта. Так как давление на поверхности бегунка распределе­но неравномерно, то при его дви­жении давление воздуха в цент­ральном отверстии, а следователь­но, и в расточке пульсирует с час­тотой, близкой к частоте враще­ния бегунка вокруг своей оси, что создает непрерывное возвратно­поступательное движение бегунка в осевом направлении приводя­щее к уменьшению потерь энер­гии на трение качения бегунка по внутренней стенке вихревой камеры.

Основной технической характе­ристикой вибратора является час­тота генерируемых им механичес­ких колебаний/. Зная ее величи­ну, геометрические и физические параметры вибросистемы, с кото­рой взаимодействует вибратор, можно аналитически определить и другие технические характеристи­ки, такие, как амплитуда колеба­ний, виброскорость, виброускоре­ние, вибрационный момент и т. п., в соответствии с решаемыми тех­ническими задачами для каждой отдельной вибросистемы.

Значение / зависит от многих параметров, как конструкцион­ных, так и физических. Для отыс-

Канпя этих зависимостей были проведены экспериментальные Исследования вибратора, позво­лившие создать рациональную и наиболее экономичную конструк­цию вибратора, а также получить математическую модель, дающую возможность создавать вибраторы с нужными геометрическими и кинематическими характеристи­ками

Эксперименты но оценке зави­симости частоты вращении/от ве­личины зазора Д показали сущест­вование интервала оптимальных значений зазора, при которых бе­гунок, при прочих фиксирован­ных условиях, имеет максималь­ную частоту вращения, что увели­чивает коэффициент полезного действия вибратора. Оптимальная величина зазора А лежит в преде­лах 0, ] 5—0,4 диаметров тангенци­альных сопел. График, построен­ный но результатам эксперимен - тал». показан на рис. 2.

Эксперименты но оценке отно­шения площади выхлопного от­верстия к суммарной площади пи­тающих тангенциальных сопел привели к выводу об оптимальном их соотношении 10—12 при реаль­ном изменении давления питания от 0 до 0,4 МПа.

На следующем этапе экспери­ментальных работ было выявле­но, что наибольшее влияние на ча­стоту колебаний вибратора/ока­зывают три фактора: масса бегун­ка, его высота и давление питания. Для отыскания функции, описыва­ющей зависимость/от данных па­раметров, было принято решение о реализации полного факторного эксперимента, тем брлее что пред­варительными опытами было ус­тановлено изменение частоты ко­лебаний но законам, близким к ли­нейным (во всяком случае без экс­тремумов) в реальном масштабе изменения факторов, когда давле­ние питания изменяется от 0 до 0,4 МПа, масса бегунка изменяется от нескольких грамм до несколь­ких сотен грамм, а его высота не превышает 10 (1 — диаметров пи­тающего тангенциального сопла.

После обработки результатов эксперимента получена следую­щая модель, определяющая зави­симость частоты колебаний ви­братора от перечисленных выше факторов: /=15-1,3д, -6,8д:г-^2,7л:з+ +2,5д4-0,2д'5- 1 ,5д6-0,6д7, где д,=2(Н-Нс )/(ЛН) •— нормализо­ванный с^акгор, учитывающий влияние высоты бегунка; х,=2(М~ - Мср)/(ДМ) — нормализованный фактор, учитывающий влияние массы бегунка: д3=2(Р-Рср)/(ДР) — нормализованный фактор, учиты-

Ваюший влияние давления лита­ния; л=л, х,; г5=д, л?; Х(=лХу

Д,=ддї; Н =( И +І1 )/2, ЛН=

> 3 ср у Щах пип' '

=Н - н ; м =(М +М - )/2;

Тах шиї’ ср ^ .шах яип' . *

ЛМ=Мт - М, ; Р =(Р +р )/2-

Шах ИЇ|ІЦ СР шах тик ’

АІ-Р«іах-Ршт - Построенная модель адекватна для следующих значе­ний факторов: высота бегунка 20—40 мм, масса бегунка 190— 507 г, давление питания 0.13— 0,25 МПа

Дальнейший анализ работы ви­братора привел к заключению, что кроме факторов, входящих і! модель, значимое влияние оказы­вают диаметр питающего танген­циального сопла и диаметр вихре­вой камеры. Поэтому была прове­дена еще одна серия опытов, по ре­зультатам которой введены попра­вочные функции: КДК=2-с/к/110

— функция, учитывающая влия­ния диаметра вихревой камеры на частоту колебаний вибратора и КДС=1,2<//4.5-0,2 — функция, учитывающая влияние диаметра питающего тангенциального соп­ла. Приведенные поправочные функции справедливы при следу­ющих значениях факторов: диа­метре питающего тангенциально­го сопла 3,5—5,5 мм, диаметре ви­хревой камеры 110—150 мм - В окончательном виде частота коле­баний вибратора определяется формулой:

/и=КДС-КДК/

Вибратор, сконструированный на основе экспериментальных данных и построенной модели, хо­рошо зарекомендовал себя на практике, два года его используют в строительном цехе ГПО «Бо­ткинский завод» на очистке бун­керов от песчаной смеси.

Влагозащитный сЛОи