Проектирование виброприводов для перегрузочной техники

Четвертухин Н.В., Изусова Л.В., Гончаревич И.Ф. - кафедра ППТМиР МГАВТ

В транспортно-перегрузочных установках используются преимущественно инерционные и эксцентриковые вибровозбудители (вибраторы). В новейших моделях находят также применение и поршневые (в основном гидравлические, а также и пневматические вибропривода).

Вибровозбудитель сообщает движение рабочим органам вибрационной машины и создает возмущающую силу, необходимую для преодоления внутренних и внешних технологических сопротивлений; при зарезонансном и дорезонансном режимах работы вибровозбудитель преодолевает также силы инерции колеблющихся масс установки или восстанавливающие силы её упругих связей. Различные типы вибровозбудителей характеризуются разным воздействием на ведомые звенья колебательной системы.

По характеру воздействия на рабочие органы портовых транспортно перегрузочных машин вибровозбудители можно подразделить на следующие основные группы. К первой группе относятся силовые вибровозбудители, представленные такими вибраторами, которые прикладывают к ведомому звену колебательной системы силу, изменяющуюся по определенному закону в зависимости от положения этого звена или от скорости его движения. Силовые вибровозбудители представлены электромагнитными вибраторами. Вибровозбудители этого типа находят ограниченное применение в портовом транспорто-перегрузочном оборудовании, преимущественно в качестве виропобудителей на бункерах. Отличительная особенность силового привода - возможность создания с его применением вибрационных машин с одной степенью подвижности.

Ко второй группе вибровозбудителей относятся кинематические вибровозбуители, т.е. такие устройства, у которых ведущее звено имеет вполне определенное абсолютное или относительное движение, зависящее только от геометрических размеров ведущего механизма. Кинематические вибровозбудители наиболее широко используются на практике в виде инерционных, эксцентриковых и гидравлических вибраторов. Существуют также специальные вибровозбудители (импульсные привода), к которым относится новый тип вибровозбудителей, генерирующий комбинированное движение - крутильные колебания наложенные на вращение с постоянной угловой скоростью. Такие вибровозбудители разработаны кафедрой ППТМиР МГАВТ для портовых транспортов перегрузочных установок с цепным, роторным, винтовым и др. рабочими органами).

Первыми вопросами, интересующими потребителя вибропривода, являются частота и амплитуда колебаний или возмущающая сила, от которых зависит правильность протекания технологического процесса.
Ответ на вопросы о частоте и величине возмущающей силы может быть дан без затруднений, хотя этот ответ будет несколько приближенным, так как об амплитуде колебаний мы вообще не можем дать ответа, пока не узнаем величины массы рабочего органа и режима работы виброустройства.

Основной и первостепенный вопрос для любого другого не вибрационного привода: электрического, пневматического, гидравлического - мощность или расход энергии. Для вибрационных машин, почему-то многие специалисты в области вибротехники расход энергии считают вопросом второстепенным.

В действительности вопрос правильного выбора мощности электродвигателя вибратора общего назначения является если не более важным, то, во всяком случае, более сложным и не менее важным, чем для машин с полными геометрическими связями.
Укажем еще на одну особенность вибромашин, вытекающую из условий их работы, а именно: чем больше масса колеблющихся частей, тем меньше при прочих равных условиях потребная на преодоление внешних сопротивлений мощность.
Реакция вибромашин на инерционную (весовую) перегрузку прямопротивоположна реакции машин, имеющих полные геометрические связи. Указанная особенность вполне объяснима и физически закономерна, а именно: при увеличении колеблющейся массы уменьшается амплитуда колебаний и пропорционально амплитуде уменьшается потребная для определения сопротивлений мощность.

При проектировании вибратора мощность электродвигателя следовало бы выбирать по максимально возможной (опрокидной) мощности - при γ=45°. Однако последняя зависит от куба угловой скорости, которая в свою очередь зависит от загрузки вибратора. Здесь мы имеем весьма сложный случай взаимной зависимости между мощностью вибратора и угловой скоростью электродвигателя. При этом неясно, какую угловую скорость дебаланса следует подставлять в формулы при определении мощности электродвигателя вибратора - номинальную или угловую скорость опрокидывания.

Практика применения вибраторов общего назначения в качестве вибропривода на различных виброустройствах показывает частый выход вибратора из строя по причине сгорания обмоток статора электродвигателя, особенно массовый выход из строя электродвигателей вследствие их перегрузки наблюдается при групповом применении дебалансных вибраторов для формования тяжелых железобетонных изделий сложной формы, когда группа вибраторов устанавливается на опалубку уникальной конструкции. При формовании одного такого изделия выбывает из строя до 20-30% установленных на изделии вибраторов.

Причину такого массового выхода электродвигателей вибраторов из строя следует искать, прежде всего, в монтаже вибраторов на опалубке, в неоднородности различных участков опалубки и в возможности возникновения при работе резонансных явлений.

Как правило, большие опалубки являются поличастотными системами, когда резонансные явления происходят на большом диапазоне частот, вовлекая в усиленные колебания разные участки опалубки, собственная частота которых совпадает с частотой возмущений.

Для возможности широкого применения вибраторов общего назначения в качестве виброприводов для различных виброустройств в различных портовых перегрузочных машинах, необходимо предусмотреть при разработке конструкции широкое регулирование момента дебалансов. Это изменение обеспечит применимость вибратора для широкого диапазона величины колеблющихся масс рабочего органа.

Согласно типажу все вибраторы должны изготавливаться с регулируемыми дебалансами. К сожалению, изменение частоты колебаний у существующих вибраторов общего назначения практически невозможно, так как это изменение для асинхронного двигателя возможно лишь путём изменения частоты тока. Выпускаемые нашей промышленностью вибраторы имеют частоту колебаний 50,25 и 17,5 Гц, соответствующую частоте тока 50 герц. Вибраторы эти предназначаются для виброконвейеров, так как для них синхронная частота колебаний 50 герц велика при такой частоте транспортируемый материал мало находится в контакте с несущей поверхностью и его скорость после отрыва не приобретает нужного для транспортирования направления.

Последнее обстоятельство значительно уменьшает скорость транспортирования и снижает производительность. Не исключена возможность, что обычная схема вибратора общего назначения - электродвигатель с установленными на консольных концах вала ротора дебалансами, для вибраторов 1000 -1500 об/мин окажется неприемлемой, вследствие значительного возрастания собственного веса электродвигателя и возрастающих, в связи с увеличением момента дебаланса, трудностей запуска. Дело в том, что уменьшая частоту колебаний рабочего органа, мы для сохранения общей интенсивности вибраций должны увеличить амплитуду колебаний, а, следовательно, и момент силы веса дебаланса относительно горизонтальной оси вращения, который при малых частотах может стать больше пускового момента короткозамкнутого электродвигателя, и запуск его будет невозможен. Правда, последний недостаток легко устраним применением автоматически выдвижных дебалансов. При вертикальной оси вращения трудности запуска вибратора естественно отпадают. Однако это требует установки дополнительно упорных подшипников для восприятия осевых нагрузок.