4. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН

Одним из непременных условий успешной разработки и внедрения вибрационной машины является достаточно глубокая изученность соответствующего вибрационного процесса При этом должны быть известны если не оптимальные, то хотя бы приемлемые характер и параметры колебаний, обеспечивающие такое протекание процесса, при котором могут быть получены ощутимые технологические преимущества.

При выборе параметров вибрационной машины должны приниматься во внимание пиковые и аварийные нагрузки, а также нагрузки в переходных нестационарных режимах Компоновка вибрационной машины в производственном помещении в совокупности с питающими, подводящими, отводящими и ограждающими устройствами должна допускать возможность кратковременных колебаний машины на внброизолирующих опорах с амплитудами, в несколько раз превышающими номинальные амплитуды колебаний в установившемся режиме (см гл X)

В тех случаях, когда обрабатываемая среда или объект имеют массу, сопоставимую с массой рабочего органа машины, либо обладают значительным энергопоглощением, их необходимо тем или иным способом учитывать при анализе динамической схемы машины и расчете параметров колебаний [2, 11, 13, 14]

Особенности проектирования рабочих органов машин. Рабочий орган вибрационной машины является узлом, который непосредственно передает вибрационное воздействие вызванное вибровозбудителями, обрабатываемой среде или объекту Форма и размеры рабочего органа определяются главным образом характером выполняемого машиной технологического процесса и заданной пронзьодительностью В общем случае рабочий орган представляет собой плоскую (деки концентрационных столов, сепараторов) или пространственную (коробы грохотов лотки конвейеров и питателей) металлоконструкции, либо массивное тело (бойки ударно вибрационных машин и т. п.) произвольной формы

Основным требованием к конструкциям рабочих органов вибрационных машин (помимо чисто технологических) являются достаточная жесткость и уровень выносливости

При достаточной жесткости обеспечиваются колебания рабочего органа с частотой вынуждающей силы как единого твердого тела и гарантируется отсутствие существенных дополнительных упругих колебаний рабочего органа, отдельных его элементов или участков (см также гл VII) Такие дополнительные упругие колебания рабочего органа возникают, как правило, на частоте вынуждающей силы или на кратных ей Вызывая дополнительные воздействия на обрабатываемую среду или объект, упругие колебания рабочего органа чаще нарушают нормальный ход технологического процесса и приводят, как правило, к появлению в элементах рабочего органа дополнительных знакопеременных напряжений

Обычно необходимая жесткость рабочего органа достигается правильным выбором геометрических форм и размеров элементов, введением в конструкцию специальных элементов жесткости ребер, окантовок, поясов, распорок Число разъемных соединений должно быть по возможности минимальным Зачастую стремление сделать рабочий орган вибрационной машины универсальным сборно разборным (блочным) для быстрой переналадки или для унификации однотипных машин нескольких типоразмеров приводит к появлению большого числа разъемных соединений, в этих случаях жесткость рабочего органа существенно снижается и, кроме того, из за неопределенности расчетной схемы вообще с трудом поддастся предварительной

количественной оценке Кроме того, при использовании в конструкции рабочего органа разъемных (резьбовых) соединений следует иметь в виду, что эффект вчбрационной линеаризации сухого трения (см стр который с успехом используют во многих технологических процессах, часто приводит к нарушению самоторможения Предюжено много способов борьбы с самоотвинчиваниеч резьбовых соединений. Резьбовые крепежные детали должны быть длинными (более десяти диаметров), предпочтительно с мелкой резьбой Часто принимают стопорение гайки с помощью отгибной шайбы или разрезной контргайки, которая заклинивается в основной гайке по конической поверхности

Существенной особенностью работы вибрационных машин является значительное число циклов напряжений, которые должны воспринять их элементы за период эксплуатации Это число (за полный период эксплуатации машины) на несколько порядков выше числа циклов обычно принимаемого за базовое

Для обеспечения нужной выносливости рабочих органов необходимо по возможности избегать силовых и геометрических концентратов напряжений С этой же точки зрения рекомендуется ограничить и применение сварки В большинстве современных отечественных и зарубежных конструкций сварку используют только для прикрепления элементов усиления — ребер жесткости, окантовок и В основных несущих элементах — балках, рамах — применяют либо монтажные соединения на высокопрочных болтах, либо клепку

Из опыта проектирования и эксплуатации вибрационных машин известно, что допускаемые значения знакопеременных напряжений в ответственных несущих элементах их рабочих органов в тех случаях, когда они выполнены из углеродистых или низколегированных сталей с применением сварки, не должны превышать В случае применения монтажных соединений на высокопрочных болгах или клепаных соединений, значения допускаемых напряжений могут быть приняты в пределах В конструкции всегда предпочтительно применять детали, работающие на растяжение сжатие или крученне, чем на изгиб

При выборе конструкционных материалов для изготовления деталей вибра ционных машин, а также при назначении допускаемых напряжений должны учиты ваться особые условия эксплуатации абразивность обрабатываемого материала, наличие химической или коррозионной активности среды, высокой или, наоборот, низкой температуры, повышенной радиации и Известно, что перечисленные факторы особенно существенно влияют на усталостную прочность конструкции

В качестве материала для изготовления рабочих органов вибрационных машин чаще используют конструкционные или низколегированные стали Сплавы алюминия и большая часть пластмасс для применения в вибрационных машинах не рекомендуются эластомеры, резину, полиэтилен и можно применять лишь для защиты от износа, коррозии и для неответственных деталей

Особенности конструирования систем виброизоляции. Для снижения динамических сил передаваемых вибрационной машнной на фундамент или поддерживающие опоры, применяют виброизоляцию (см т. 6)

Виброизоляция должна также обеспечивать возможность колебаний вибрационной машины с амплитудами, в несколько раз превышающими амплитуду колебаний в установившемся рабочем режиме В качестве виброизоляторов чаще используют металлические винтовые пружины — витые и прорезные резиновые элементы, пневмобаллонные опоры с резинокордной оболочкой Целесообразно введение в стему виброизоляции некоторого демпфирования для гашения переходных режимов, в частности при переходе через резонанс при запуске и останове, при наличии ударов по рабочему органу или сильных толчков В этих случаях параллельно с упругими элементами устанавливают демпферы

При проектировании виброизоляции тяжелой и сравнительно низкочастотной вибрационной машины довольно трудно обеспечить высокое значение отношения частоты вынуждающей силы к собственной частоте колебаний В этих случаях обеспечивают низкую жесткость виброизоляции в направлении той координатной оси, вдоль которой передается вынуждающая сила, и добиваются, чтобы эти колебания не были связаны с колебаниями вдоль других координатных осей

Виброизоляторы целесообразно располагать в тех точках колеблющихся масс,

которые имеют минимальную амплитуду. Это, однако, возможно либо в многомассных мащииах, либо в одномассных машинах с неоднородным полем колебаний.

Особенности выбора и расчета упругих элементов для вибрационных машин с различными динамическими схемами изложены в гл. XI.

Особенности проектирования приводных устройств. Эксцентриковые и кривошипно-шатунные вибровозбудители обычно используют для машин, имеющих сравнительно низкие частоты (ориентировочно от 200 до 1000 кол/мин) вынужденных колебаний и одновременно значительные нескольких сантиметров) амплитуды. Эксцентриковый вибровозбудитель возбуждает наряду с основной гармоникой высшие гармоники тем меньшие, чем длиннее шатун и больше момент инерции вращающихся масс, находящихся на валу эксцентрика или кривошипа.

Центробежные вибровозбудители отличаются универсальностью применения: их используют для привода вибропитателей, виброгрохотов, виброконвейеров, вибромельниц, вибродробилок (в том числе виброударных), вибропогружателей свай, виброуплотнителей, виброрыхлителей, вибропобудителей бункеров и т. п. и т. д., особенно в конструктивном исполнении, объединяющем собственно центробежный возбудитель и приводной электродвигатель в единый блок.

Наиболее ответственным узлом центробежного возбудителя является подшипник (или подшипники) вала: значительная центробежная сила, высокие частота вращения и вибрации самого подшипникового узла. В таких случаях обычно применяют подшипники качения с большими коэффициентами работоспособности: двухрядные роликовые сферические или однорядные роликовые с короткими цилиндрическими роликами. Учитывая условия работы подшипников, их выбирают прежде всего по допустимой частоте вращения, которая должна превышать частоту вынужденных колебаний (рабочую частоту), и затем производят проверку долговечности. Если срок службы подшипников оказывается неприемлемо малым (например, менее шести — восьми месяцев), следует увеличить число подшипников, но при этом обеспечить одинаковую нагрузку на каждый из них.

При конструировании подшипниковых узлов необходимо учитывать, что, несмотря на весьма малые коэффициенты трения, из-за больших значений сил и скоростей вращения в подшипнике выделяется заметное количество тепла. Например, при условном коэффициенте трения 0,004, диаметре внутреннего кольца подшипника 10 см при частоте вращения 1000 об/мин на каждую вынуждающей силы выделяется около тепла, поэтому необходимо принимать меры для эффективного теплоотвода. Для уменьшения разбивания сепаратора подшипника из-за вибрации желательно применять подшипники с центрированным по одному или обоим кольцам сепаратором.

Учитывая интенсивное местное тепловыделение в подшипнике, его посадку в корпус и на вал желательно принимать без натягов или с минимальными натягами, а сами подшипники отбирать с наибольшими начальными зазорами между кольцами и роликами.

Для смазки подшипников следует использовать либо консистентные теплостойкие смазки, либо жидкую циркулирующую смазку (в этом случае смазка может уносить часть тепла, образующегося в подшипнике).

Так как в конструкции дебалансного вибровозбудителя подшипник является наименее долговечным узлом, следует обеспечивать простоту его замены, даже если это несколько усложняет конструкцию.

Подшипники рекомендованных типов нежелательно нагружать осевыми силами, поэтому валы вибровозбудителей предпочтительно располагать горизонтально и перпендикулярно плоскости колебаний; если это невозможно или нерационально, то при наклониых валах вибровозбудителей для восприятия осевых нагрузок следует применять упорные, радиально-упорные или в нетрудных случаях радиальные шарикоподшипники.

Основными достоинствами машнн с электромагнитными вибровозбудителями являются отсутствие трущихся и требующих смазки частей и легкость управления амплитудой колебаний на ходу; главные недостатки — относительно невысокая стабильность амплитуды колебаний, зависящая от постоянства во времени жесткости упругой системы и массы колеблющихся частей, частоты и напряжения тока, Питающего электромагнит, величины отбора энергии от колеблющейся системы

перерабатываемым материалом и деформируемыми элементами конструкции (так называемый конструкционный гистерезис и гистерезис в материале). Эти недостатки могут быть компенсированы применением систем автоматического управления.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

(см. скан)