7. СУПЕРГАРМОНИЧЕСКИЙ ВИБРОПРИВОД

Супергармонический вибропривод представляет собой пример практического использования неравномерности вращения дебаланса центробежного вибровозбудителя [2, 3, 5, 6]. Как показывает (42), вибрация исполнительного органа содержит

высшие нечетные гармоники. Она содержит и четные гармоники, возбуждаемые колебаниями момента силы тяжести дебаланса относительно оси его вращения. Отдельные гармоники могут быть резко усилены до практически необходимых значений. При средней угловой скорости дебаланса выше легче всего усилить третью гармонику вибрации исполнительного органа. При необходимости амплитуду третьей гармоники ускорения можно сделать в десятки раз превышающей амплитуду первой гармоники.

Следовательно, супергармонический вибропривод можно рассматривать как устройство для создания полигармонической вибрации или как умножитель частоты, обеспечивающий высокую частоту вибрации исполнительного органа при в несколько раз более низкой частоте вращения дебаланса. Последнее обстоятельство способствует повышению надежности машины, снижению ее шума и потерь энергии в подшипниках.

Для практической реализации супергармонического вибропривода необходимо выбрать рациональную динамическую схему и надлежащим образом рассчитать основные параметры.

Рис. 11. Схемы супергармонического вибропривода: а — с двухвальным вибровозбудителем и одной поступательно вибрирующей массой, б - с двухвальным вибровозбудителем и двумя поступательно вибрирующими массами: в — с маятниковым вибровозбудителем и двумя поступательно вибрирующими массами

Рассмотрим три схемы. На первой из них (рис. 11, а) корпус 1 центробежного вибровозбудителя направленного действия соединен пружиной 2 с неподвижной опорой 3. Если ввести безразмерные переменные

и безразмерные параметры

где — средняя угловая скорость дебалансов; время; координата корпуса, отсчитываемая от его среднего положения; суммарные моменты инерции относительно осей вращения, масса дебалансов и ее эксцентриситет относительно осей вращения; масса корпуса; коэффициент диссипативного сопротивления движению корпуса; с — коэффициент жесткости пружины; постоянный момент, передаваемый двигателем дебалансным валам для поддержания установившейся вибрации, то при поступательных установившихся колебаниях корпуса в горизонтальном направлении, пренебрежении действием силы тяжести дебалансов и постоянном совпадении проекций центров масс обоих вращающихся в противоположных направлениях дебалансов на горизонтальную ось дифференциальные уравнения движения системы, обладающей двумя степенями свободы, имеют вид

Здесь угол поворота дебалансов от направленной вправо горизонтальной оси; точки над функциями обозначают дифференцирование по

Интегрируя (45), получаем в первом приближении следующее выражение «безразмерного перемещения» корпуса:

где

Амплитуда третьей гармоники пропорциональна и амплитуде первой гармоники Следовательно, имеются три возможности увеличения амплитуды третьей гармоники. Первая из возможностей состоит в увеличении параметра а, что можно достигнуть путем перехода к дебалансам удлиненной формы и повышенной плотности и оптимизации формы поперечного сечения, рассмотренной в следующем параграфе. Вторая возможность — это настройка системы на резонанс в окрестности и третья возможность — настройка на резонанс в окрестности

Настройка на резонанс в окрестности приводит к одновременному увеличению амплитуд первой и третьей гармоник и практически не изменяет отношения этих амплитуд. Настройка на резонанс в окрестности приводит к увеличению амплитуды только третьей гармоники. Недостатки рассмотренной системы: 1) из-за высокой жесткости пружины при резонансе в окрестности нельзя достигнуть удовлетворительной виброизоляции опоры; 2) усиление при резонансе в окрестности гораздо слабее, чем при резонансе в окрестности так как в первом случае сильно снижается

Для частичного преодоления указанных недостатков можно перейти к имеющей три степени свободы системе, показанной на рис. 11, б, где дополнительно введено тело 4. Здесь можно надежно виброизолировать не показанную на схеме опору и получить большее значение при резонансе в окрестности Исполнительный орган машины можно присоединить как к корпусу, так и к дополнительному телу. Обе рассмотренные схемы имеют значительный недостаток: при большой массе исполнительного органа и настройке на резонанс в окрестности амплитуда первой гармоники становится малой, что снижает и пропорциональную ей амплитуду третьей гармоники.

Гораздо лучшие возможности предоставляет центрированная система с четырьмя степенями свободы, приведенная на рис. 11, в, где шарнир маятникового вибровозбудителя 5 связан с телом I, а последнее пружиной 2 соединено с телом 4. Здесь вторая гармоника колебаний угловой скорости дебаланса, определяющая третью гармонику вибрации тел I и 4, почти не зависит от масс этих тел. Вибрация тел I и 4 содержит, кроме первой и третьей гармоник, также и вторую, порождаемую качаниями маятника, гармонику, которая в более простой системе была определена (20).