Технічні науки / 3. Галузеве машинобудування

 Ланець О.С., Гордєєв А.І., Онісімчук А.В.

Хмельницький національний  університет

 

ВДОСКОНАЛЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ТОРОВИХ ВІБРАЦІЙНИХ МАШИН З МЕТОЮ УСУНЕННЯ ПЕРЕДАЧІ КОЛИВАНЬ НА ФУНДАМЕНТ

 

 

 

Одним із видів ефективного використання вібрації при обробці по­верхонь деталей є вібраційна об’ємна обробка - спосіб механічної об­робки частини або всієї поверхні деталей, вільно розташованих або за­кріплених в робочій камері, яка заповнюється оброблювальним середо­вищем і котрій надається плоский або об’ємний рух коливань.

          Створення надійного і високопродуктивного обладнання – важливий чинник у розвитку сучасних технологій маши­нобудівної промисловості. Серед них - вібраційна об’ємна обробка заготовок і деталей, вдосконалення якої неможливе без застосування нових вібраційних машин. Розроблення з цією метою торових вібрацій­них машин з електромагнітним приводом обумовлюють наступні чин­ники: високий рівень надійності, можливість використання на ділянках автоматичних ліній, високі продуктивність і технологічність, нормативні санітарно-експлуатаційні характеристики.

          Створення вібромашин зі складним рухом робочого органу з пони­женими питомими затратами енергії, дозволить підняти рентабельність вібраційної об’ємної обробки та її конкурентноздатність в порівнянні з традиційними технологіями, а отже збільшити економічну доцільність використання і впровадження цієї технології, зменшити вартість виробів

Усунення передачі коливань на фундамент в нових конструкціях вібромашин зменшить шкідливий вплив в навколишнє середовище. Це підвищить якість умов роботи обслуговуючого персоналу, що дасть можливість її ширшого впровадження на ділянках виробництва не тільки машинобудівної промисловості, а і інших галузей з високими вимогами до санітарно-експлуатаційних умов.

Метою роботи є розробка конструк­тивних схем торових динамічно зрівноважених вібраційних машин з електромагнітним приводом зі зниженими питомими затратами енергії, без передачі коливань на фундамент, кінематичним збуренням складо­вих амплітуди коливань контейнерів як у вертикальному, так і горизон­тальному напрямках з можливістю їх незалежного регулювання.

Відоме  тримасове вібраційне обладнання з  просторовим рухом робочого органу (див.рис.1.2).  На рис 1.2 а показано автомат для сепарації та фасування монет у банківські мішки де монети рухаються у торовому лотку, подаються у дозатор та засипаються у мішки. На рис 1.2 б показано торову вібраційну машина для об’ємної обробки заготовок.  У торовий  лоток засипаються заготовки, які оброблюються та робоче середовище. Вібраційний рух утворює електромагнітний привод з просторовим рухом. Відносний рух заготовок та робочого середовища (абразивних гранул) дозволяє проводити обробку поверхні заготовок.

Рис. 1.2. Тримасове вібраційне обладнання : а – автомат для сепарації та фасування монет у банківські мішки; б – торова вібраційна машина для об’ємної обробки заготовок

 

Робочі камери вібраційних машин з просторовим рухом робочого органу бувають: –подібні в перерізі з горизонтальною віссю (прямокутної форми у плані), торові та торово – гвинтові з вертикальним розташуванням осі і спеціальні. В робочій камері прямокутної форми (рис. 1.3, а) має місце поперечна та повздовжня циркуляція середовища в межах камери. Осьове переміщення середовища завантаження забезпечується різницею змушувальної сили (амплітуди коливань) вздовж осі вібромашини.

Особливо ефективними виявились вібромашини з торовою робочою камерою. В процесі роботи середовище завантаження переміщується вздовж кругової осі (рис. 1.3, б). На базі торового робочого органу появились багатовиткові (спіратрони) та багатоканальні планетарні камери. У них забезпечується обробка потоку деталей у різних середовищах або паралельна обробка різних деталей в однакових середовищах. Із збільшенням кількості витків збільшується довжина шляху та час перебування середовища у камері. В багатоканальних камерах у різних каналах можна здійснювати одночасно грубу і тонку обробку. Такі камери мають компактне виконання конструкції, економлять виробничі площі та енерговитрати.


а)


б)

Рис. 1.3. Рух середовища завантаження в –подібному (а) та торовому (б)  контейнерах

 

Створення першої багатомасової – п’ятимасової вібромашини, в якій реалізований новий для торових вібромашин з електромагнітним приво­дом принцип усунення передачі вібрації на фундамент - зрівноваження динамічних сил, здійснюється наступним чином. За базову модель вибираємо двомасову вібромашину [1]. Замінюємо в даній моделі виті пружини 6 (рис.1.4а), що з’єднують активну 1 та реактивну 2 маси, вертикально розташованим пружним стрижнем 7, який працює на згин. У такому випадку маса завантаження контейнера 3 не впливатиме на повітряний проміжок між осердями 5 з котушками і якорями 4 колових електромагнітних віброзбудників, оскільки пружний стрижень практич­но не стискається і не розтягується.

 

 

а)                                                       б)

Рис.1.4. Етапи переходу від двомасової (а) до тримасової (б) конструкції вібромашини

Контейнер 3 до активної маси 1, як і в вібромашині [2], кріпимо за допомогою плоскої пружної системи 8, отримуючи тримасову конст­рук­цію вібромашини (рис.1.4б). Використання плоскої пружної системи дозволяє отримувати амплітуди коливань контейнера, що в кілька разів перевищують величину повітряного проміжку між осердями з котуш­ками і якорями колового електромагнітного віброзбудника, завдяки кінематичному збуренню коливань контейнера.

Використовуючи ідею зрівноваження інерційних сил, яка реалізо­вана у вібромашині [3], конструкцію утвореної тримасової вібромашини доповнюємо її дзеркальним відображенням відносно горизонтальної площини. При цьому утворюється нова п’ятимасова вібраційна машина (рис.1.5).

З’єднання реактивної маси з рамою віброізолюючими стрижнями, жорсткість яких на згин мала, дозволяє частково усунути вплив горизон­тальних складових інерційних сил на фундамент, завдяки тому, що механічна коливна система, що утворюється вібромашиною, підвішеною на вертикально розташованих віброізолюючих стрижнях, має власну частоту коливань в горизонтальному напрямку набагато меншу від частоти вимушених коливань. Тоді динамічні сили в горизонтальному напрямку розвиваються не значні, а отже, і амплітуда коливань в горизонтальному напрямку буде мала.

На рис.1.5 зображена просторова модель п’ятимасової вібро­машини зі збуренням коливань від моменту сил.

Рис.1.5. Просторова модель п’ятимасової  вібромашини зі збуренням коливань від моменту сил

 

          Дана структура є достатньою для того, щоб отримати  відповідні амплітуди коливань контейнерів в вертикальному напрямку внаслідок кінематичного збурення при усуненні передачі коливань на фундамент вібромашини у вертикальному напрямку [4].

 

В правильності припущення про максимально можливе зменшен­ня передачі коливань на фундамент, застосувавши принцип динамічного зрівноваження,  можна  переконатися  з  рис.1.6,  досліджуючи  коливні рухи активних мас  1  та 2, що коливаються  в  протифазі,  та  реактивної маси 3 (рис.1.5).

 

Рис.1.6. Залежність передачі коливань реактивної маси вібромашини () за період  відносно коливань активних мас від зсуву фаз  між їх амплітудами коливань

 

З графіка видно, що при зсуві фаз , амплітуда коливань реактивної маси відсутня. У міру зростання зсуву фаз до , збільшується за косинусоїдальним законом амплітуда коливань реактивної маси. Наприклад, якщо зсув фаз між активними масами буде в межах , коливання , які передаватимуться на раму, становитимуть лише .

Таким чином, показник усунення передачі коливань на фундамент у запропонованих вібромашинах може сягати більш ніж  разів. Крім того, необхідно відмітити конструктивну легкість досягнення такого високого показника в порівнянні з кращими тримасовими конструкціями, в яких утруднений пошук відносно нерухомих точок.

Література:

        1.Электромагнитное вибрационное устройство: А. с. №745548 СССР, МКИ В 06 В 1/04./ Ф.З. Перец (СССР). - №2559445/18-10; Заявлено 23.12.77; Опубл. 07.07.80, Бюл. № 25. - 3 с. ил.

        2.Устройство для вибрационной обработки: А.с. №1135621 А СССР, МКИ В 24 В 31/06./ В. А Повидайло (СССР). - №3581803/25-08; Заявлено 20.04.83; Опубл. 23.01.85, Бюл. № 3. - 3 с. ил.

             3.Установка для вибрационной обработки деталей: А. с. №585957 СССР, МКИ В 24 В 31/06./ В.Д. Варсанофьев, О.В. Кузнецов, В.Г. Лейбенко и С.С Прокофьев (СССР). - №2360891/25-08; Заявлено 18.05.76; Опубл. 30.12.77, Бюл. № 48. - 3 с. ил.

4.Ланець О.С. Високоефективні міжрезонансні вібраційні машини з електромагнітним приводом (Теоретичні основи та практика створення): Монографія.-Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка». 2008. – 324 с.