3. ВЫБОР ОБЩЕЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ВИБРАЦИОННОЙ МАШИНЫ И СПОСОБА ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

Некоторые важнейшие динамические схемы машин, их достоинства и недостатки. На этапе проектирования вибрационной машины, когда характер и параметры колебаний для нее выбраны, перед конструктором возникает задача синтеза вибрационного поля упругих систем. Подробно она рассмотрена в гл. VII.

Динамической схемой вибрационной машины принято называть ее идеализацию в виде совокупности твердых или упругих тел, обладающих массами (моментами инерции), соединенных невесомыми упругими элементами и кинематическими направляющими так же, как и в реальной машине При этом под действием вынуждающих сил тела динамической схемы совершают колебания, достаточно точно совпадающие с колебаниями реальной машины.

Составная часть машины может быть идеализирована отдельным твердым телом динамической схемы тогда, когда наименьшая частота собственных упругих колебаний этой отдельно взятой составной части существенно превышает частоту возбуждения. Если это условие не выполняется, то данная составная часть, в свою очередь, может быть представлена совокупностью твердых тел, упруго соединенных между собой, или рассматриваться как упругое тело, обладающее распределенной массой и жесткостью.

Полная динамическая схема машины, отображающая все степени свободы каждого из совокупности тел и упругость связей во всех формах возможных относительных перемещений этих тел обычно сложна и громоздка, поэтому в зависимости от рассматриваемой задачи вибрационную машину идеализируют динамическими схемами, являющимися отдельными выборками из общей динамической схемы, отображающими относительную подвижность тел, образующих машину только вдоль (или относительно) одной оси, в одной плоскости и т. п. Обычно вибрационную машину характеризуют динамической схемой, отображающей относительную подвижность совокупности тел вдоль той оси (или в той плоскости), вдоль которой происходят вынужденные колебания рабочего органа.

Основным требованием к динамической схеме машин является обеспечение необходимого, выбранного из технологических соображений закона колебаний одной из масс машины являющейся ее рабочим органом. При этом динамическая схема должна обеспечить и требуемые значения стабильности, коэффициента усиления вынуждающей силы и уравновешенности. Сравнение различных динамических схем машин по этим свойствам представлено в таблице. Хорошие данные по какому-либо признаку в таблице условно характеризуется знаком удовлетворительные знаком неудовлетворительные знаком — и крайне неудовлетворительные знаком .

Одними из первых вибрационных машин явились машины одномассной динамической схемы с принудительными (кривошипно-шатунным или эксцентриковым) приводом (схема 1). Их достоинство состоит в неизменности амплитуды колебаний рабочего органа в процессе работы машины, т. е. в высокой стабильности В то же время существенным недостатком этих машин является неуравновешенность, в связи с чем для их установки требуется массивный фундамент. Для частичного уравновешивания динамических нагрузок на валу эксцентрика вводят дебалансные грузы (схема 2), в некоторых случаях роль противовеса стал выполнять второй рабочий орган.

При установке на мягкие упругие элементы одномассные машины являются нерезонансными, коэффициент усиления вынуждающей силы в них невысок, а следовательно, возникают значительные нагрузки в приводе. Подбор упругих элементов из условия близости к резонансу позволяет ослабить этот недостаток, однако в таком случае возникают трудности с запуском машины.

Одномассные машины с инерционным приводом (схема 3) при мягкой виброизоляции передают на фундаменты и опоры сравнительно небольшие динамические нагрузки При работе в зарезонансном режиме этим машинам присуща достаточно высокая стабильность.

Вместе с тем в одномассных инерционных машинах всех видов, так же как и в нерезонансных машинах с кинематическим приводом, коэффициент усиления вынуждающей силы низкий Этот недостаток приобретает особенно существенное значение для тяжелых машнн. В таком случае возможность создания высокопроизводительной машины с достаточно высокими значениями параметров колебаний ограничивается долговечностью подшипников Одномассные схемы с электромагнитным

(см. скан)

Продолжение (см. скан)

приводом (схема 4) из-за своей неуравновешенности нашли применение лишь в машинах сравнительно небольшого размера, массы и производительности.

Введение второй массы в динамическую схему машины с кинематическим приводом (схемы 5 и 6) позволяет улучшить виброизоляцию. При этом, как и в одномассных машинах, работа в резонансном или околорезонансном режиме обеспечивает хорошие коэффициенты усилия вынуждающей снлы. Применяются и двухмассные резонансные машины с дебалансным возбуждением (схема 7). Введение второй массы в схемы машин в большинстве случаев не оказывает заметного влияния на увеличение массы и габаритных размеров всей установки; вторую массу используют либо как второй рабочий орган, либо как вспомогательное вибрирующее устройство питающее или, наоборот, отводящее материал и т. п.

Довольно широко используются двухмассные схемы с электромагнитным возбуждением (схема 8). Их достоинства определяются общими достоинствами электромагнитного привода — отсутствие трущихся деталей, достаточно легкий запуск и регулировка амплитуды колебаний. В то же время двухмассные схемы как с инерционным, так и с электромагнитным возбуждением, работающие в резонансном или околорезонансном режиме, имеют весьма низкую стабильность, что объясняется крутизной их амплитудно-частотной характеристики. От этого недостатка свободны двухмассные машины с шатунным приводом (схема 6). Однако при неодинаковой загрузке материалом обеих масс машины ее уравновешенность заметно снижается.

Стремление одновременно удовлетворить нескольким, порою противоречивым требованиям, предъявляемым к вибрационным машинам, привело к появлению трехмассных систем. Введение третьей массы позволило, например, почти полностью уравновесить машины с шатунным приводом и приводить в движение от одного вибровозбудителя несколько рабочих органов (схема 9). В трехмассньгх машинах как с инерционным, так и с электромагнитным возбуждением, работающих в межрезонансном режиме (схемы 10 и 11), можно добиться значительного повышения стабильности при одновременном сохранении уравновешенности и высокого, свойственного резонансным режимам коэффициента усиления вынуждающей силы, развиваемой приводом.

Известны и другие (помимо увеличения числа масс в линейных колебательных системах) пути улучшения основных эксплуатационных показателей вибрационных машин К ним относятся, например, использование нелинейных упругих элементов для повышения стабильности рабочего режима при сохранении высокого коэффициента усиления Та же цель может быть достигнута и посредством введения дополнительного вязкого сопротивления в двухмассную резонансную вибрационную машину Но кроме вполне определенных достоинств эти пути имеют и некоторые недостатки (значительное усложнение упругой системы, увеличение непроизводительных энергозатрат)