ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ С ПРОТОЧНЫМ ЖИДКОСТНЫМ ДЕБАЛАНСОМ

Полезная модель относится к вибрационной технике и может быть использована в качестве силового вибрационного привода в испытательных стендах, дорожных машинах, производстве строительных материалов, химической, пищевой и других отраслях техники, где требуется вибрационное воздействие.
Известен вибровозбудитель по авт. свид. СССР №1498559, 1987 г., который содержит приводной вал с дебалансом, выполненным в виде жестко связанных с валом и размещенных симметрично относительно его оси вращения двух полых цилиндров. В каждом из них установлены с возможностью осевого перемещения эксцентриковые грузы и пружины разной жесткости, каждая из которых размещена между дном цилиндра и эксцентриковым грузом. Кроме того, он снабжен устройством управления, который выполнен в виде размещенных соосно с приводным валом электромагнита и соединенного с ним золотникового регулятора. Полости цилиндров заполнены рабочей жидкостью, а эксцентриковый груз выполнен в виде поршня, разделяющего цилиндр на две полости, связанные между собой через золотниковый регулятор.
Устройство позволяет регулировать амплитуду вибрации. Однако характер и величина варьирования амплитуд определяется соотношением параметров жесткости пружин первого и второго дебаланса. Для изменения амплитуды в другом диапазоне требуется пара пружин с другими параметрами. Таким образом, чтобы иметь возможность регулирования амплитуды вибрации в широком диапазоне, необходимо иметь набор пружин, и каждый раз ставить определенную пару пружин. Это не позволяет регулировать вибрационный процесс, адаптивный к текущим параметрам.
Наиболее близким к предлагаемому вибровозбудителю является техническое решение по патенту на полезную модель РФ №70167, 2006 г. Прототип содержит приводной вал с дебалансом, который выполнен в виде жестко связанных с валом и размещенных симметрично относительно его оси вращения двух полых цилиндров, заполненных рабочей жидкостью. В каждом из них установлены с возможностью осевого перемещения поршни, гидравлически связанные друг с другом через устройство управления. Устройство управления выполнено в виде последовательно соединенных электромагнита и золотникового регулятора и дополнительно снабжено гидронасосом, связанным с золотниковым регулятором, а также блоком управления, контроля, сравнения и отображения информации. Вход этого блока соединен с датчиками параметров техпроцесса (угловой скорости, амплитуды, качества, подачи и влажности обрабатываемого материала), первый и второй выходы соединены с регуляторами скорости соответственно двигателей вибровозбудителя и гидронасоса, третий - с электромагнитом. В качестве блока управления, контроля, сравнения и отображения информации использован персональный компьютер (ПЭВМ).
Недостатком прототипа является сложность конструкции, сложность управления и большой расход энергии. Так, для перемещения поршня из максимально выдвинутого положения нужно преодолеть действие центробежной силына него и на всю массу воды в цилиндре. К примеру, для цилиндра длиной 0.5 м с площадью внутреннего сечения 0.05 м.кв, расстоянием от оси приводного вала до центра цилиндра 0.4 м, с поршнем массой 5 кг и толщиной 0.04 м. центробежная сила (F) для случая частоты работы вибровозбудителя 100 Гц определиться:
F воды=0.05*0.46*1000*0.65*100*6.28*100*6.28=5896 Кн
F поршня=5*0.63*100*6.28*100*6.28=1242 Кн
F общее=F воды+F поршня=5896+1242=7138 Кн
Для преодоления такой центробежной силы (F) в гидросистеме над поршнем нужно создать избыточное давление больше, чем Р=713800/500=1427 а. (атмосфер), что практически крайне трудно и дорого реализуемо, т.к. потребует многократного увеличения прочности и размеров вибровозбудителя, что, в свою очередь, приведет к увеличению центробежной силы и, как следствие, к увеличению требуемой мощности и энергопотребления и.т.д.
Задача предлагаемого решения упрощение конструкции, снижение энергозатрат.
Для решения поставленной задачи вибровозбудитель с проточным жидкостным дебалансом, содержащий корпус, в котором смонтирован приводной вал с дебалансом, выполненным в виде жестко связанных с валом и размещенных симметрично относительно его оси вращения двух емкостей, а также гидронасос, соединенный с устройством управления. Предлагаемое решение отличается от известных тем, что одна из емкостей заполнена воздухом, а вторая емкость выполнена с входным и выходным отверстиями, при этом входное отверстие соединено с гидронасосом с возможностью регулируемой подачи рабочей жидкости в полость емкости, а выходное отверстие предназначено для выхода рабочей жидкости в полость корпуса.
Устройство управления содержит последовательно включенные электромагнит и золотниковый регулятор, выход которого соединен через канал в проводном вале со входом второй емкости, а вход соединен с корпусом
Устройство управления дополнено блоком управления, контроля, сравнения и отображения информации, вход которого соединен с датчиками параметров техпроцесса, первый и второй выходы соединены с регулятором скорости соответственно двигателей приводного вала вибровозбудителя и гидронасоса, а третий - с электромагнитом.
В качестве блока управления, контроля, сравнения и отображения информации использован персональный компьютер.
Выполнение дебаланса в вибровозбудителе без поршней существенно упрощает схему устройства и его управление, что позволяет исключить сбои в работе и повысить надежность работы.
Предлагаемый вибровозбудитель показан на фиг.1.
Вибровозбудитель с проточным жидкостным дебалансом состоит из вращающегося в закрытом прочном корпусе 1 приводного вала 2 с жестко прикрепленными к нему двумя одинаковыми емкостями 3 и 4, расположенными симметрично относительно приводного вала 2.
Полость емкости 3 заполнена только воздухом. Полость емкости 4 является проточной для рабочей жидкости. Рабочая жидкость подается в емкость 4 гидронасосом 5 через золотниковый регулятор 6, соединительные трубки 7 и каналы в цапфах приводного вала 2, откуда под действием центробежной силы через отверстие в наиболее удаленной от приводного вала части корпуса емкости 4 сливается в корпус 1 и через соединительные трубки и золотниковый регулятор 6 поступает в гидронасос 5. Золотниковый регулятор 6 управляется электромагнитом 8.
Вибровозбудитель снабжен также блоком управления контроля, сравнения и отображения информации (БУКСОЙ), вход которого соединен с датчиками текущих значений параметров вибрационного процесса: угловой скорости (УС), амплитуды колебаний рабочего органа (АК), Первый и второй выходы блока БУКСОИ соединены с регуляторами скорости РС1 и РС2 соответственно двигателей привода вибровозбудителя М1 и гидронасоса М2, третий - с электромагнитом 8. В качестве блока управления, контроля, сравнения и отображения информации может быть использован персональный компьютер.
Заявляемый вибровозбудитель с проточным жидкостным дебалансом работает следующим образом.
При вращении приводного вала 2 в случае отсутствии жидкости в емкости 4 вибровозбудитель находится в сбалансированном состоянии. В дальнейшем электромагнит 8 по команде с блока управления контроля, сравнения и отображения информации управляет золотниковым регулятором 6, который с помощью гидронасоса 5, обеспечивает подачу жидкости в емкость 4 вибровозбудителя в количестве, необходимом для возникновения требуемого дебаланса вибровозбудителя с учетом вытекания жидкости из емкости 4.
Вибровозбудитель возбуждает центробежную возмущающую силу с частотой, равной частоте вращения приводного вала и амплитудой, пропорциональной величине дебаланса.
Путем регулирования угловой скорости вращения приводного вала и величины дебаланса, определяемой массой жидкости в емкости 4, предлагаемый вибровозбудитель с проточным жидкостным дебалансом позволяет возбуждать круговую возмущающую силу с постоянной или изменяющейся во времени по требуемому закону амплитудой и частотой, обеспечивая АЧХ и любое сочетание параметров вибрации.
Если требуемый в конкретном случае закон изменения параметров вибрации (угловой скорости и амплитуды) заранее известны и установлена их взаимосвязь, то управляющее воздействие на двигатели вибровозбудителя, гидронасоса и золотник может быть запрограммировано заранее в блоке БУКСОЙ. В случае, когда необходимые параметры вибрации заранее неизвестны может осуществляться текущий контроль за параметрами вибрационного процесса с помощью датчиков, которые посылают информацию в блок БУКСОИ, где вырабатывается управляющее воздействие, адекватное реальным условиям, или оператору для управления в ручном режиме.
Таким образом, предлагаемое техническое решение конструкции вибровозбудителя проще известных, легче в управлении, надежнее в работе и требует меньших затрат электроэнергии для достижения тех же параметров.