Экология/2 Экологические и метеорологические проблемы больших

городов и промышленных зон

К.т.н., проф. Сергеев С.В., к.т.н., доц. Сергеев Ю.С.,

асп. Микрюков А.А., асп. Гоголев В.П.

ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (НИУ)

Экспериментальные исследования виброприводов, применяемых в оборудовании для измельчения отходов строительных материалов

Вибрационные машины применяются практически во всех отраслях промышленности и служат для решения большого спектра разнообразных задач: для транспортирования и разделения сыпучих грузов; для, ориентирования в питателях автоматизированных загрузочных устройств при обработке деталей; для измельчения и дробления материала; для уплотнения и трамбовки или наоборот разрыхления строительных материалов; и тому подобное [1].

Данные задачи решаются применением различных типов виброприводов, являющихся одними из основных конструктивных частей вибрационной машины, сообщающих колебательное движение ее рабочим органам и создающих возмущающую силу, необходимую для преодоления внутренних и внешних сопротивлений в машине. Зачастую к виброприводам предъявляются специфические требования, обусловленные областью применения оборудования с их использованием. Так, например, при измельчении материала с целью обеспечения стабильного помола и для повышения энергоэффективности измельчающего оборудования необходимо своевременно выводить из зоны измельчения уже переработанный до нужного размера материал. Данную проблему при использовании конусных инерционных дробилок можно решить, сообщив дополнительно к низкочастотным колебаниям дробящего конуса высокочастотные колебания, которые будут способствовать ускорению процесса вывода из зоны дробления переработанного материала. Для этого рабочему органу измельчителя целесообразно сообщить амплитудно-модулированные колебания, а это можно реализовать с помощью роторно-дебалансного вибропривода [2].

Суть работы данного устройства такова. Сначала диск трения, прижатый осевой силой к плоскому неподвижному контртелу, находится в состоянии покоя, то есть, в данном случае эта открытая система не получает энергию извне. Если же диску сообщить энергию в виде вращения, то при этом практически мгновенно возникают следующие силы: сила упругости ротора, определяемая его жесткостью и влияющая на амплитуду колебаний; центробежная вынуждающая сила, зависящая от параметров круговых колебаний центра тяжести ротора; центробежная вынуждающая сила дебаланса. В итоге под действием этих сил самопроизвольно возникают колебания ротора со сложной траекторией, включающие в себя высокочастотные колебания ротора (частота колебаний в десятки раз выше частоты вращения ротора) и низкочастотные колебания дебаланса (частота колебаний равна частоте вращения ротора).

Экспериментальные исследования роторно-дебалансного вибропривода проводились на лабораторной установке созданной на базе токарно-винторезного станка модели 1К62. В патрон станка жестко закреплялся ротор, а в заднюю бабку было установлено плоское контртело. Причем в конструкции ротора была предусмотрена возможность установки дебаланса на различном расстоянии от патрона. Для измерения радиальных колебаний в системе на валу ротора посредством подшипника устанавливалась невращающаяся втулка с постоянными магнитами. Положение магнитов в пространстве (под углом 90°) было ограничено специальными стойками. Напротив магнитов размещались датчики Холла.

В процессе испытаний ротор, совершая колебания, отклонялся от оси вращения шпинделя, тем самым, перемещая магниты на втулке. Перемещения магнитов изменяли напряженность магнитного поля, эти измерения фиксировались датчиками Холла.

Сигналы с датчиков поступали в персональный компьютер, в системном блоке которого дополнительно были установлены контроллер и звуковая карта Creative Audigy SE. Датчики Холла через USB кабель с двойным экранированием подключались к контролеру, который предназначен для преобразования питающего тока с внутреннего разъема USB на материнской плате и передачи его на датчики Холла. Посредством контролера осуществлялась передача сигналов от датчиков Холла на звуковую карту Creative Audigy SE, которая имеет гораздо лучший показатель сигнал/шум, а это способствует значительному снижению погрешности измерений, вызванных техническим обеспечением персонального компьютера. Использование USB кабелей значительно облегчает подключение датчиков Холла к персональному компьютеру.

При проведении испытаний использовалась специальная программа Power Graph, предназначенная для регистрации, обработки и хранения аналоговых сигналов, записанных с помощью аналого-цифровых преобразователей, и позволяющая использовать персональный компьютер в качестве обычного ленточного самописца.

С помощью данной программы сначала была проведена тарировка датчиков Холла, а затем построены траектории отклонений ротора от оси вращения шпинделя в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (рис. 1). Как видно из графиков при работе роторно-дебалансного вибропривода происходит наложение высокочастотных колебаний на низкочастотные.

Результаты экспериментальных исследований показали хорошую сходимость с теоретически полученными и позволили наметить дальнейшие пути модернизации роторных инерционных систем. Последние позволяют управлять в процессе работы вибропривода не только частотой и амплитудой колебаний, но и формой их траектории (патент РФ №2410166).

В настоящее время ведется работа по внедрению роторно-дебалансных виброприводов в конструкцию виброударного станка мод. ИВУ-150 для измельчения отходов хрупких материалов. Роторно-дебалансные инерционные виброприводы позволят значительно снизить стоимость оборудования и затраты на его эксплуатацию.

Рис. 1 – Траектории перемещений ротора в двух взаимно-перпендикулярных направлениях

Работа выполнена при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2011-2013 гг. (№14.740.11.1123).

Литература:

1. Вибрации в технике: справочник в 6 томах / Ред. Совет В.Н. Челомей. – М.: Машиностроение, 1981. – Т. 4. Вибрационные процессы и машины / Под ред. Э.Э. Лавендела. 1981. 509 с.

2. Materiały VII Międzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania są nauką i technikami - 2011» Volume 56. Techniczne nauki.: Przemyśl. Nauka i studia - 112 str.