1. Создание нового класса вибрационных мяптин и устройств.

Обнаружение явления самосинхронизации механических вибро­возбудителей и разработка его теории привели к созданию нового класса вибрационных машин и устройств, имеющих существен­ные технико-экономические и эксплуатационные достоинства. Такие машины серийно выпускаются как в нашей стране, так и за рубежом.

Наиболее широкое распространение в настоящее время полу­чили вибрационные машины с двумя самосинхронизирующимиея дебалансными вибровозбудителями, осуществленные по схемам, представленным в пп. 2—15 табл. 2.

На рис. 24 представлены фотоснимки вибрационных грохо­тов — машин для разделения сыпучих материалов на две или не­сколько фракций по крупности. Такие машины широко применя­ются на обогатительных фабриках, в доменных цехах, на пред­приятиях промышленности строительных материалов и в ряде других производств. Основным рабочим элементом грохота явля­ется закрепленное в специальном коробе сито или колосниковая решетка, на которой под действием вибрации как раз и проис­ходит просеивание и одновременное транспортирование материа­ла. Коробам грохотов, представленных на фотоснимке, сообща­ются прямолинейные поступательные гармонические колебания под некоторым углом по отношению к плоскости сита. Такие ко­лебания обеспечиваются двумя самосинхронизирующимиея деба - лансными вибровозбудителями [353, причем в грохоте, показан­ном на рис. 24, а, последние размещены согласно плоской дина­мической схеме п. 7 табл. 2, а в грохоте, показанном на рис. 24, б,— по так называемой «пространственной» схеме, соот­ветствующей п. 12 табл. 2.

По последней схеме осуществлен также вибрационный кон­вейер, изображенный на рис. 25. Транспортирование сыпучего материала по трубе этого Конвейера также происходит под дей - сгёшем прямолинейных поступательных гармонических колебаний трубы, происходящих под некоторым острым углом по отноше­нию к ее оси.

Вибрационные конвейеры-подъемники с двумя самосинхрони - зирующимися вибровозбудителями представлены на рис. 26; они осуществлены по схеме п. 15 табл. 2. Винтовые колебания обес­печивают здесь перемещение сыпучего материала вверх по вин­товой поверхности.

Применение самосинхронизирующихся вибровозбудителей в описанных машинах вместо ранее использовавшихся кинематиче-

11 И. И. Блехман л ски синхронизированных позволяет не только устранить весьма нежелательные для применения в вибрационных устройствах зуб­чатые зацепления или цепные передачи, но и обеспечить ряд других преимуществ, например сделать машины типа изображен­ных на рис. 24, б и 25 более пригодными для работы на горячих

Рис. 24.

материалах; расположить возбудители, если это необходимо, на значительных расстояниях один от другого; создать устройства с легко изменяемым характером колебаний рабочего органа и т. п.

Примерами успешного использования этих возможностей мо­гут служить своеобразные грохоты, представленные на рис. 27 и 28, а также вибрационный стенд и вибрационная шаровая мельница, изображенные на рис. 29 и 30.

Первый грохот [104] представляет собой мягко амортизи­рованную раму 1, на которой симметрично размещены два дсба -

лансных вибровозбудителя 2. К раме посредством наклонных рессор 3 крепится некоторое число сит 4 (на рис. 27 изображено четыре сита). Рессоры являются мягкими в поперечном направ­лении, но весьма жесткими в продольйом, так что они задают решетам определенное направление поступательных колебаний, тогда как рама под действием вибровозбудителей совершает вер­тикальные колебания: как устанавливается в результате иссле­дования, именно такое синхронное движение в данной системе является устойчивым подобно тому, как оно устойчиво в более простой системе, представленной в п. 2, а табл. 2.

Другой грохот — так называемый гранулометр (рйс. 28) — предназна­чен для автоматического контроля

Рис. 25. Рис. 26.

крупности дробленой руды [267]. В его корпусе 1 размещены два сита 2 и 3, выполненные в виде полувитков винтовой поверх­ности с вертикальной осью. По краям сит имеются щели для прохода материала. На корпусе гранулометра, установленного на мягких виброизолирующих пружинах, размещены две пары деба­лансных вибровозбудителей 4, которые приводятся от независи­мых асинхронных электродвигателей 5. Одновременно включа­ются двигатели только одной пары возбудителей, т. е. двух воз­будителей, расположенных на противоположных сторонах короба но схеме п. 15 табл. 2. Прн этом возбудители самосинхронизи - руются и обеспечивают винтовые колебания короба, приводящие к движениию материала вверх по ситам при работе одной пары возбудителей и вниз по ситам при работе другой пары (различ­ное направление движения обеспечивается соответствующим на­клоном скрещивающихся осей пар возбудителей). Выключение И*
одной и включение другой пары возбудителей производится спе­циальным автоматическим устройством.

Работа прибора происходит следующим образом. После по­ступления пробы руды включается пара возбудителей, обеспечи­вающая движение материала вверх по винтовым поверхностям

Рис. 27„ Рис. 28.

сит. При этом, покидая одно сито, материал попадает на другое и т. д. По истечении определенного промежутка времени, необ­ходимого для достаточно полного просеивания мелкой фракции, эта фракция, попавшая в специальный бункер, автоматически взвешивается, а ее вес запоминается логическим устройством. Затем первая пара возбудителей выключается и включается вторая пара, обеспечивающая движение оставшегося на ситах крупного материала в противоположном направлении, т. е. вниз. При этом, достигая краев сит, материал сквозь радиальные щели ссыпается в бункер, после чего взвешивается вся проба в целом. Вес пробы также поступает в логическое устройство, которое выдает сигнал, пропорциональный отношению веса мелкой фрак­ции к весу всей пробы. Этот сигнал подается затем на вторичный прибор, шкала которого отградуирована в процентах контроли­руемого класса крупности материала.

Фотоснимок универсального вибрациопыого стенда L55J с пуль­том управления представлен на рис. 29, а. На этом стенде путем простой перенастройки можно получать колебания стола стенда, имеющие самый разнообразный характер, что весьма удобно при изучении различных вибрационных процессов, в част­ности вибротранспортирования, грохочения, вибросепарации, виб­роуплотнения, вибробункеризации и многих других. Для пояс­нения принципа, лежащего в основе этого стенда, рассмотрим
схему, представленную в п. 15 табл. 2. Предположим, что оси вращения роторов вибровозбудителей могут быть произвольным образом повернуты вокруг перпендикулярной им прямой АВ и затем зафиксированы. Тогда очевидпо, что путем надлежащего поворота осей, выбора соответствующих направлений вращения

Рис. 29.

роторов и, возможно, некоторого перераспределения масс твердого тела можно будет легко перейти от схемы п. 15 табл. 2, напри­мер, к схемам пп. 2 и 12 этой таблицы. В результате окажется возможным получать следующие виды колебаний стола стенда:

а) прямолинейные поступательные колебания, направленные под любым углом к горизонту;

б) круговые поступательные колебания, параллельные произ­вольным образом ориентированной плоскости;

в) поворотные колебания относительно оси, наклоненной под любым углом к горизонту;

г) винтовые колебания, ось которых может иметь произволь­ное направление в пространстве, а шаг изменяется в широких пределах;

д) сложные колебания, при которых траекториями точек яв­ляются произвольным образом ориентированные эллипсы.

Возможности получения различных полей колебаний стола стенда могут быть еще более расширены, если обеспечить пово­рот и фиксирование осей роторов не только относительно прямой АВ, но и относительно осей, перпендикуляр­ных к АВ и к осям роторов. Заметим также, что к поворотному столу стенда можно присоединять плане­тарные вибровозбудители, а также различные колебательные системы, получая таким образом схемы, по - рис здобные изображенным в пп. 9 и 21 табл. 2 (см., например, фотоснимок на рис. 29, б—г, где изображены установленные на стенде моде­ли вибротранспортирующих устройств, отвечающие схемам пп. 12 и 15 табл. 2, и конусной инерционной дробилки по схеме п. 21 табл. 2; о последней будет сказано ниже).

Изменение ^яототьт и амплитуд колебвний столе стенда МОЖРТ быть достигнуто обычными средствами.

Представленная на рис. 30 вибрационная шаровая мельница (37, 172] состоит из мягко амортизированного корпуса, в кото­ром размещен цилиндрический барабан, заполненный мелющими телами. Корпусу сообщаются круговые поступательные колеба­ния посредством двух одинаковых дебалансных вибровозбудите - «6IIj рОТОрЫ КОТОрЫХ ВриЩЯЮТСЯ 53 ОДїІИсіК овых направлениях (см. схему п. 2, б табл. 2). Вследствие этих колебаний и происходит измельчение материала, находящегося в барабане с шаровой за­грузкой. Преимущество этой машины по сравнению с мельница­ми, приводимыми от одного, центрально расположенного вибро­возбудителя, состоит в том, что ее камера не загромождена этим возбудителем; кроме того, появляется ВОЗМОЖНОСТЬ СКйЗКбНИЯ н«~ грузки на подшипники возбудителей. При исследовании само­синхронизации вибровозбудителей в вибромельпице, как правило, необходимо учитывать реологические свойства загрузки (см. п. 6 табл. 2).

Особый род устройств образуют вибрационные дробильно-из - мельчительные машины, в которых внутренний планетарный виб­
ровозбудитель, не имеющий двигателя, используется в качестве дробящего или измельчающего тела; обкатка ролика этого возбу­дителя по стакану обеспечивается за счет явления вибрационного поддержания вращения, которое, как отмечалось, представляет гобой частный случай самосинхронизации. Схема одного из видов

31.

Ф

подобных устройств представле­на в п. 21 табл. 2: два одина­ковых дебалансных вибровозбу­дителя, роторы которых враща­ются в одинаковых направле­ниях, симметрично размещены здесь в мягко амортизированном

корпусе машины; в центральной части машины расположен «акан, в который вложен массивный ролик, обкатывающийся в синхронном движении по стакану и измельчающий подаваемую в стакан руду. По указанной схеме осуществлен ряд машин — мельниц, инерционных дробилок и других (см., например, [57]).

К рассматриваемому типу машин относится и так называемая лнерционная конусная дробилка 1139, 250—252]. схематический рал роз одного из вариантов которой представлен на рис. 31., а, 4 фотоснимок — на рис. 32; упрощенная («плоская») схема дро - >илки соответствует представленной в п. 20 табл. 2. Дробящий :,->иус машины 1 (рис. 31) заключает в себе дебалансный вибро - возбудитель 3, приводимый от электродвигателя -5, установлен­ного на опорной раме 6, через карданный вал 4. Корпус дробил-

ки 2 подвешен к раме на мягких пружинно-тросовых подвесках 7, 8, благодаря чему машина является практически полностью уравновешенной; имеются конструкции, в которых та же цель достигается посредством установки корпуса на резинопневмати­ческие виброизоляторы 6 (рис. 31, б).

Дробление руды осуществляется в кольцевой полости между наружной поверхностью конуса и внутренней поверхностью корпуса.

В нормальном установившемся режиме работы дробилки ось конуса вращается вокруг оси корпуса с угловой скоростью, рав­ной угловой скорости вращения вала дебаланса; при этом конус

Рис. 32.

контактирует с корпусом либо не­посредственно, либо через слой руды в рабочей полости. Направ­ление отклонения оси конуса в установившемся режиме совпада­ет (с точностью до некоторого острого угла) с направлением век­тора-эксцентриситета дебаланса. Поэтому суммарное дробящее уси­ление развивается не только за счет центробежной силы инерции вращающегося дебаланса, но так­же и за счет центробежной силы, возникающей при прецессионном движении конуса.

стоятельство в сочетании со

Дробилка работает при числе оборотов в минуту вала дебалан­са, значительно превышающем число качаний конуса в обычных конусных дробилках, в которых движение конуса обеспечивается не • вибровозбудителем, а эксцен­триковым механизмом. Это об- значительными дробящими уси­лиями и особенностями конструктивной схемы машины, обеспе­чивает получение в данной дробилке степеней измельчения материала, значительно превышающих достигаемые в обычных дробилках.

Более подробное описание конструкции и технологических особенностей дробилки, разработанной в институте «Механобр», можно найти в работах [251, 252], см. также [573. Здесь отметим лишь, что конус дробилки можно рассматривать как несущее твердое тело, а корпус — как кольцо внешнего планетарного виб­ровозбудителя, лишенного приводного электродвигателя. То об­стоятельство, что роль корпуса возбудителя играет внутреннее
тело (конус дробилки), а место ролика занимает корпус, не имеет в данном случае решающего значения. В соответствии со сказан­ным, условиями существования и устойчивости нормального ре­жима работы дробилки являются условия существования и устой­чивости синхронного движения обоих вибровозбудителей дро­билки — дебалансного и планетарного, или, поскольку последний возбудитель лишен двигателя — условия вибрационного поддер­жания движения планетарного возбудителя. Соответствующие условия, полученные для «плоской» схемы дробилки, приведены в п. 20 табл. 2.

Приведенными примерами далеко не исчерпываются случаи успешного практического использования эффектов синхрониза­ции и вибрационного поддержания вращения в вибрационной технике. Более подробные сведения можно найти в книге 157], а также в работах [42, 164, 166, 215].

2. Приложение к проектированию групповых фундаментов под неуравновешенные машины. В послсдпие годы все большее рас­пространение получают единые (групповые) фундаменты под не­сколько однотипных неуравновешенных машин, которые жестко связаны с фундаментом и приводятся от двигателей асинхронного типа. Расчет таких фундаментов основывается, как правило, на допущении, что фазы неуравновешенных сил, развиваемых маши­нами, носят случайный характер, и поэтому влияния неуравно­вешенностей отдельных машин в определенной степени взаимно компенсируются [255, 290]. Между тем известны случаи, когда вопреки ожиданиям возникала синхронная и синфазная работа машин, что приводило к аварийным состояниям. С точки зрения изложенных выше закономерностей самосинхронизации вибровоз­будителей такие ситуации понятны: при определенных условиях машины обнаруживают тенденцию к синхронному вращению, причем не со случайным, а вполне определенным соотношением фаз. При этом в одних случаях фазы могут оказаться близкими или совпадающими (именно такой случай, по-видимому, имел место при упомянутых аварийных ситуациях), а в других — такими, что влияние неуравновешенностей взаимно компен­сируется.

Изложенные выше результаты теории синхронизации позво­ляют подойти к вопросу о том, в каких случаях вибрационная связь между машинами слаба, так что их самосинхронизация практически маловероятна, и поэтому можно пользоваться обыч­ными рекомендациями по расчету групповых фундаментов, и ког­да, напротив, вибрационная связь сильна и необходимо считаться с возможностью самосинхронизации. В последнем случае фунда­мент и установку машин на нем следует проектировать так, что­бы происходила взаимная компенсация, а не усиление влияния неуравновешенностей.

Ориентировочные рекомендации этого рода, основанные на изложенном в п. 4 § 9 и в § 14, приведены в табл. 3, представ­ляющей собой соответствующим образом - дополненную табл. 1; приводимая таблица предложена в работе [64].

В этой таблице через кш и обозначены введенные в п. 2 § 9 коэффициенты, характеризующие относительную силу вибра­ционной связи. Более предпочтительной является оценка ситуа­ции по значению коэффициента и лишь в случае отсутствия

Ї К 8 Таблица 3 Ориентировочные рекомендации по учету явления самосинхронизации при проектировании групповых фундаментов под неуравновешенные машины Соотношение между частотами РщІП’ Ртах и ш Интервалы значений коэффициентов и 0 < у. < 0,05 0 < < 0,01 (очень слабая вибрационная связЫ 0,05 < < 1 0,01 < Яю< 0,2 (сравнительно слабая или срав­нительно сильная вибрационная связь) *<о> 1 *со > (сильная вибра­ционная связь) (о>рша1 (послерезонаяс - ная область) Pmin<(B<pmai (межрезо - нансная область) to<Pmin (дорезонансная область) — —+0 +0 или У +У +0 +0 или У +V

необходимых данных можно ограничиться весьма просто вычис­ляемым коэффициентом ка. Как отмечалось в § 9, случаю очень слабой вибрационной связи м® < 0,05; ка < 0,01 соответствует ве­роятность самосинхронизации, меньшая 10%, а случаю очень сильной связи Ио > 1; кш> 0,2 — более 90% (см. табл. 1).

Через ш в таблице, как и ранее, обозначена синхронная уг­ловая скорость (частота), которую можно считать совпадающей с номинальной скоростью вращения валов машин. Через Ртт и Ртах обозначены соответственно наименьшая и наибольшая ча­стоты свободных колебаний фундамента с машинами. Знак «—» указывает, что расчет рекомендуется производить без учета виб­рационной связи, знак «+» указывает, что эту связь необходимо учитывать, а знак «— 4-» указывает, что расчет можно произво­дить без умета вибрационной связи, однако он может дать силь­но завышенные значения амплитуд колебаний. Буквами О и У в таблице отмечены случаи, когда пріі наступлении самосинхро­низации эффекты от действия отдельных неуравновешенностей соответственно ослабляются или усиливаются, причем усиление или ослабление понимается в смысле величины среднего за пе­

риод значения кинетической энергии колебаний фундамента. Благодаря эффекту взаимного уравновешивания возбудителей,, установленных на мягко амортизированном твердом теде (п. 6 § 14), ослабление колебаний в указанном смысле будет иметь место в случае «мягкой» установки фундамента на основании (со > Ртах)- При этом в случае возможности такой фазировки ва­лов в синхронном движении, при которой имеет место полное взаимное уравновешивание (так называемой компенсирующей фазировки), машины будут обнаруживать тенденцию именно к такому полному взаимному уравновешиванию. В данном случае понятие «ослабление колебаний» в смысле уменьшения средней кинетической энергии будет примерно совпадать с обычным. В случае же, когда компенсирующая фазировка невозможна (этот случай характерен для двух машин, аналогичных дебаланс - ным возбудителям; см. п. 2, а табл. 2), указанные понятия могут не совпадать.

Из сказанного следует, в частности, вывод о том, что при проектировании групповых фундаментов под неуравновешенные машины следует стремиться к тому, чтобы Машины в принципе могли взаимно уравновешиваться при синхронном движении и чтобы установка фундамента на основание была мягкой.

Использование указанных рекомендаций на примере систе­мы, схема которой соответствует представленной в п. 14 табл. 2, лается в книге [571. Там же можно найти детальные расчеты и рассмотрение случая машин, приводимых от синхронных элект­родвигателей. В работе [1581 рассмотрена задача о самосинхро­низации неуравновешенных машин, развивающих полигармони - ческую возмущающую силу и установленных на фундаменте с одной степенью свободы, к которому присоединены динамические поглотители колебаний.