3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

Вибрационная мойка. Вибрационную моечную машину (рис. 10) применяют для мойки мелкой рыбы и снятия чешуи. В машине имеется ванна 1, в которую частично погружен перфорированный барабан 2. Вал 3 барабана получает вращение от электродвигателя 9 через червячный редуктор 10 и муфту 11. Рыба поступает из бункера 4. Внутри барабана вдоль винтовой линии приварены ковши 5, перемещающие рыбу к разгрузочному лотку 6. Вибрацию диска 7 вызывает тяга, приводимая эксцентриком 8, вращаемым двигателем 9. Амплитуда перемещения диска частота вибрации 16 Гц. Существуют и другие вибрационные машины для мойки рыбы [18].

Рис. 10. Вибрационная машина для мойки рыбы

Вибрационные моечные машины различных конструкций находят применение в ряде отраслей народного хозяйства. Вибрационная отмывка от земли корнеплодов и клубнеплодов перед приготовлением кормов обеспечивает высокое качество работы при меньшем расходе воды, чем в безвибрационных моечных машинах. Хорошие результаты дает вибрационная отмывка щебня и гравия от глины. Вибрационную мойку применяют также для очистки деталей, машин и приборов и в других случаях.

Вибрационное гранулирование. Задача получения неслеживающихся, достаточно крупных, равномерных гранул из расплавов имеет? большое значение в ряде отраслей, в том числе в производстве сельскохозяйственных удобрений. Центробежные грануляторы расплавов не обеспечивают достаточной равномерности распыляемых капель, образующих после затвердевания гранулы. Наложение вибрации на вытекающие струи расплава при выполнении ряда условий приводит к получению равномерных гранул.

Рис. 11. Схема вибрационного гранулятора

Одна из конструкций вибрационного гранулятора расплава показана на рис. 11 Через отверстия 8 в перфорированном днище 7 камеры гранулятора вытекают струи расплава, которые распадаются на капли под действием колебаний, сообщаемых днищу вибровозбудителем 1 через соединительный стержень. Расплав подают через патрубок 2. Через крышку 4 в камеру введен датчик 3 напора. Поворотная заслонка 5, связанная с поплавком 6, служит для регулирования уровня расплава в камере гранулятора. Сменная сетка 9 отфильтровывает твердые примеси из расплава и сепарирует пузырьки воздуха. Распределитель 10 обеспечивает равномерность подачи расплава по объему камеры. Соединение крышки с корпусом герметизировано уплотнением 11. Для обеспечения необходимой производительности вибрационного гранулятора над свободной поверхностью расплава в камере создают определенное давление воздуха, подаваемого через патрубок 12 [17].

Фильтрующие центрифуги с вибрационной выгрузкой осадка. Эти центрифуги получили значительное распространение благодаря их преимуществам перед центрифугами с центробежной и щнековой выгрузкой осадка, В числе преимуществ —

более высокий выход обезвоженного осадка, меньшее измельчение твердой фазы фильтруемой суспензии, высокая производительность, небольшой расход электроэнергии, возможность регулирования скорости движения осадка, а следовательно, и времени его пребывания на фильтрующей поверхности (путем изменения интенсивности вибрации).

Существуют вибрационные центрифуги с поступательной вибрацией ротора вдоль оси его вращения и с угловой вибрацией ротора относительно оси вращения. Преимущественное распространение получили центрифуги первого типа. Недостатком центрифуг с коническим ротором и шнековой или вибрационной разгрузкой является невозможность фильтрования разбавленных суспензий. Этот недостаток преодолен в вибрационных центрифугах с цилиндроконическим ротором и поршнем-толкателем, выталкивающем осадок из цилиндрической части ротора в коническую.

На рис. 12 представлена схема такой центрифуги с горизонтальной осью вращения ротора и односторонней разгрузкой осадка.

Рис. 12. Схема центрифуги

Внутри ротора 1, содержащего цилиндрическое и коническое сита, установлен поршень-толкатель 2, который вращается синхронно с ротором, с которым он связан податливыми пружинами 3. Поэтому ротор может перемещаться относительно поршня в осевом направлении под действием посаженного на подшипники на конце вала 10 дебалансного вибровозбудителя 9. Дебалансы получают вращение от электродвигателя 13 через вариатор 12 и ременную передачу. Вариатор обеспечивает плавное регулирование угловой скорости дебалансов. Вал ротора совершает осевую вибрацию в двух подшипниках скольжения, расположенных в гильзе 11, которая, в свою очередь, расположена в двух подшипниковых опорах 6. Вращение ротору сообщает электродвигатель 14 через клиноременную передачу 7, гильзу и палец, жестко связанный с гильзой и входящий в щелевое отверстие вала ротора. Принудительную смазку всех подшипников осуществляет маслоагрегат 15 через обойму 8.

С целью использования вибровозбудителя со сравнительно малым статическим моментом массы дебалансов и обеспечения достаточно большого диапазона регулирования амплитуды вибрации ротора предусмотрена настройка вибрирующей системы на околорезонансный режим. Для этого вал ротора соединен с массивным реактивным элементом 5, выполненным в форме маховика, с помощью достаточно жесткой пружины 4. Необходимую настройку системы производят вариатором.

Подлежащую разделению суспензию подают через трубу 19 в распределитель 16, вращающийся синхронно с ротором. Суспензия попадает на поверхность цилиндрического сита. Толкатель подает осадок с цилиндрического сита на коническое, где

происходит дополнительный отжим жидкой фазы. С конического сита осадок благодаря вибрации попадает в камеру 18. Фугат через оба сита поступает в камеру 17. Обычно частоту вибрации ротора поддерживают около 1500 кол/мин, а амплитуду перемещения от 5 до

Вибрационное прикатывание линолеума. После укладки линолеума на мастику с целью обеспечения прочного сцепления его с основанием при устройстве полов применяют вибрационный каток (рис. 13), содержащий два вальца 1, колебания которых вызываются маятниковым вибровозбудителем 2, установленным на раме 3 катка. Питание электродвигателя встроенного исполнения осуществляется через штепсельное соединение 4 и гибкий кабель 5. Оператор ведет каток с помощью рукояти. Частота вибрации около 2800 кол/мин, мощность электродвигателя масса катка ширина обрабатываемой полосы производительность

Вибрационный ледокол. В некоторых странах с умеренным климатом для прокладки фарватеров в реках, скованных не очень толстой коркой льда, используют вибрационные ледоколы. Источником вибрации служит одновальный дебалансный вибровозбудитель, ось которого перпендикулярна вертикальной плоскости килевого сечения и расположена впереди центра массы ледокола. Поэтому круговая вибрация центра масс ледокола сопровождается угловой вибрацией, в результате чего возникает галопирование килевого ножа ледокола, разрушающего корку льда Частота вибрации составляет сотые доли герца, а вертикальная составляющая амплитуды перемещения носовой части составляет десятые доли метра. Ледокол либо имеет толкающий винт, либо специальной сцепкой соединен с толкающим буксиром. В первом случае кабина управления расположена на палубе ледокола и должна быть снабжена системами угловой стабилизации и активной виброизоляции.

Рис. 13. Схема вибрационного катка

Вибрационное приготовление пластичных и сыпучих смесей. Для приготовления пластичных и сыпучих смесей применяют вибрационные смесители различного вида. Пластичные смеси, например бетонные или керамические, можно приготовить в смесителях с лопастными перемешивающими органами, причем вибрацию сообщают либо только перемешивающим органам, либо смесительной камере вместе с перемешивающими органами. Наложение вибрации улучшает качество смеси, повышает производительность смесителя и предотвращает залипание перемешивающего механизма. Приготовление сыпучих смесей, сопровождающееся доизмельчением, можно производить в вибрационных мельницах.

Подводная вибрационная укладка бетонной смеси. Вибрационную укладку бетонной смеси под водой выполняют путем подачи смеси через вибрирующую вертикальную трубу, нижний конец которой несколько заглублен в ранее поданную смесь. По мере нарастания забетонированного слоя трубу поднимают вверх. Наложение вибрации дает возможность использовать менее подвижные бетонные смеси с осадкой конуса 13—15 см вместо применяемых при безвибрационной укладке литых бетонных смесей с осадкой конуса 18—22 см. Вибрирование повышает текучесть бетонной смеси, благодаря чему улучшается ее подача по трубе и достигается лучшее распространение смеси в блоке бетонирования. В результате повышаются прочность, плотность и водонепроницаемость бетона после его затвердевания, снижается расход цемента [1].

Применение вибрации при обработке металлов. Вибрацию применяют как при обработке давлением, так и при обработке резанием. При обработке давлением используют эффект понижения предела текучести (см. гл. IV, параграф 3). Вибрация режущего инструмента (резцов, сверл, метчиков) обеспечивает эффективное и надежное дробление стружки, образующейся в зоне резания, что является одним из

основных условий для осуществления высокопроизводительной обработки на универсальном оборудовании и автоматизации операций механической обработки. Этот метод также позволяет повысить обрабатываемость коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов. При сверлении и нарезании резьб вибрация (0,2-15 кГц и выше) уменьшает коэффициент трения, и дробленая стружка легко движется. Низкочастотная вибрация в системе заготовка — станок Гц) влияет на характер стружкообразования, но не влияет на обрабатываемость. Высокочастотная вибрация, как правило, вызывается колебаниями системы резец — станок.

Использование вибрации эффективно также при шлифовании (затачивании) твердосплавных пластин. Вследствие вибрации температура в зоне резания уменьшается, что препятствует трещинообразованию в твердом сплаве. При этом достигается и некоторый эффект самозатачивания шлифовального круга.

Применение вибрации при обработке других материалов. В рыбной и мясной промышленности находят применение разделочные машины с вибрирующим ножом. Частота вибрации ножа 16—25 Гц. Значительное снижение силы резания благодаря наложению вибрации обеспечивает повышенную производительность при меньших размерах и массе машины. С помощью фигурных вибрирующих ножей удается значительно упростить технологию и повысить качество выполнения таких операций, как подрезка головы рыб и вырезка их позвоночной кости.

Вибрационное резание используют в других отраслях также для распиливания древесины и резания иных материалов. Кроме стационарных машин для вибрационного резания материалов выпускают ручные машины, например вибрационные ножницы для разрезки металлических листов, полос и прутков и вибрационные лобзики для выпиливания изделий из фанеры и других листовых материалов.

Снятие остаточных напряжений вибрационным способом. Форма прокатанных, литых, кованых и сварных машинных деталей после их механической обработки часто искажается, что обусловлено остаточными напряжениями. Наиболее распространенным способом снятия этих напряжений является отжиг. Этот способ трудоемкий, энергоемкий, часто приводит к поводке во время нагрева (металл ползет). От этих недостатков свободен вибрационный способ снятия остаточных напряжений. Применяя пьезоэлектрические датчики, можно создать автоматически настраивающуюся на собственную частоту детали колебательную систему, которая эффективно с малыми энергозатратами снижает остаточные напряжения.

Снижение сопротивления движению [2, 3, 7]. В состав некоторых приборов, испытательных машин, исполнительных механизмов систем автоматики включают устройства для вибрационного снижения или линеаризации сопротивления рабочим движениям в подвижных соединениях с сухим (кулоновым) трением. Известно явление снижения кулонова трения путем наложения дополнительного движения (монотонного, колебательного или циркуляционного). В качестве примеров вредных последствий этого явления можно назвать занос автомобилей при резком торможении на значительной скорости, самоотвинчивание резьбовых соединений и утрату самотормозящих свойств червячными передачами под действием вибрации, нарушение устойчивости насыпных плотин при землетрясении.

Приведение в быстрое вибрационное движение подшипников скольжения или направляющих приводит к снижению сопротивления медленным рабочим движениям вала или ползуна, что повышает точность показаний прибора или точность достижения требуемого перемещения в испытательной машине. Если на относительное движение двух тел пары трения со скоростью и наложено дополнительное относительное движение со скоростью направленной под углом к скорости и, то модуль силы, необходимой для поддержания движения со скоростью и,

где сила сухого трения.

Для характерных значений угла

Если то для всех значений

Следовательно, наложенное быстрое движение со скоростью приводит к снижению сопротивления медленному движению со скоростью и приблизительно во столько раз, во сколько и меньше Поскольку сопротивление становится почти пропорциональным скорости и, т. е. становится подобным линейно вязкому сопротивлению, то иногда такое явление называют линеаризацией трения. Линеаризация трения бывает целесообразной в некоторых исполнительных механизмах систем автоматического управления для избежания вредных нелинейных эффектов, вызываемых сухим трением.

Если наложено вибрационное движение, скорость которого

то сопротивление

т. е. оно становится пульсирующей величиной, которая периодически изменяется в интервале

В качестве устройств для наложения колебательного движения используют вибрационные приводы различного вида.

Аналогичные или родственные явления снижения сопротивления медленным движениям путем наложения быстрых колебательных движений используют при реализации многих вибрационных технологических процессов, например вибрационного уплотнения, формования, резания, погружения, перемешивания и т. д.

Автоколебания конструкций. Автоколебания лопастей быстроходных ветродвигателей приводят к возрастанию момента трогания с места. Автомашущее крыло улучшает аэродинамические характеристики планера и дает возможность получить автотяги при различных критических скоростях и углах атаки. Созданию таких конструкций должны предшествовать достаточно подробные расчеты.

Волновое транспортирование. Под волновым транспортированием понимают вибрационное транспортирование тел по поверхностям, представляющим собой не твердые тела, а упругие резонаторы, в которых возбуждаются продольные и поперечные бегущие волны. Часто этот принцип перемещения используют в установках для микроперемещения и ориентирования. Для расчета скорости транспортирования следует использовать зависимости, приведенные в гл. I, а расчеты бегущих волн произвести в соответствии с теорией, изложенной в гл. Использовать принцип бегущей волны можно, создав две системы продольно-поперечных волн, что позволяет транспортировать тела в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Такое устройство используют для точного ориентирования различных деталей. Резонатор возбуждают либо кинематически, либо ударом.

Для горной промышленности, где необходимо перемещать большие массы грузов на значительные расстояния, разрабатывают волновые транспортирующие устройства. Принципиальная особенность устройства волнового конвейера для горной промышленности состоит в том, что он представляет собой эластичную ленту (типа обычной конвейерной), лишенную каких-либо опор и располагающуюся непосредственно на почве выработки, по которой распространяются поперечные и продольные волны. При этом находящийся на ней груз перемещается так же, как на обычном виброконвейере, за счет колебаний поверхности ленты, или на другой принципиальной основе со скоростью, близкой к скорости распространения волны. Последний режим работы волнового конвейера реализовать более сложно, однако он открывает возможности существенного повышения скорости транспортирования до скорости движения бегущей волны. В качестве привода волнового конвейера могут быть использованы гидравлические вибровозбудители, магнитострикционные элементы и встроенные миниатюрные электромагнитные вибровозбудители. Приводная система может быть завулканизироваиа непосредственно в ленту. Волновой конвейер в

принципе уравновешен, не требует специального крепления и допускает изгибы в любом направлении.

Конфигурация бегущей волны на транспортирующей поверхности определяется параметрами продольных и поперечных бегущих волн, уравнения которых имеют вид где амплитуды поперечных и продольных колебаний; со и соответственно угловая частота и угол сдвига фаз колебаний; волновое число; фазовая скорость волны; К — длина волны. На рис. 14 показано продольное сечение слоя груза на волновом конвейере. Используя бегущую волну, можно транспортировать также предметы большой длины.

Тренировочная работа спортсменов. Использование вибрации резко повышает эффективность тренировочной работы. В качестве примера приведем вибрационный кистевой эспандер (рис. 15), который работает следующим образом. С помощью резьбовой втулки 4 (вывинчивая ее из отверстия в планке 2) устанавливают требуемую силу противодействия пружины 3. Включают питание электродвигателя 6 и, регулируя ток в обмотке питания, меняют частоту вращения вала 7, обеспечивающей возвратно-поступательное движение штока 5 с частотой в диапазоне 3—100 Гц.

Рис. 14. Продольное сечение груза на волновом конвейере

Рис. 15. Кистевой вибрационный эспандер

Тренирующийся кистью правой или левой руки обхватывает планки 1 и 2 и сжимает их таким образом, чтобы исчез зазор между корпусом электродвигателя и свободным концом планки 2. При этом пружина 3 сжимается планкой 2 с некоторой силой, а эксцентриковый механизм, перемещаясь возвратно-поступательно, обеспечивает то некоторое сжатие, то некоторое ослабление пружины. Величина силы сжатия пружины кистью руки то увеличивается, то уменьшается. Вследствие этого напряженные мышцы кисти будут ощущать силовое противодействие пружины с заданной частотой.

Достоинством предлагаемого эспандера является существенный рост силы мышц рук (на от исходного уровня) за сравнительно короткий срок (пять — семь тренировок через день). Желательно за одну тренировку выполнять десять сжиманий продолжительностью каждый с с интервалом отдыха по 50 с при максимальных мышечных усилиях рук и частоте вибрации в 40 Гц.

Вибрационные преобразователи энергии. Внимание ученых привлечено к использованию колебательных систем в качестве преобразователей энергии. Использование энергии волн является существенным резервом для пополнения запасов энергии. В этих системах обычно используют колебательные системы типа достаточно массивного маятника. Предложена конструкция катера с двигателем типа маятника, использующего энергию волн.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

(см. скан)