СПОСОБ ПУСКА ВИБРАЦИОННОЙ МАШИНЫ С ДВУМЯ САМОСИНХРОНИЗИРУЮЩИМИСЯ ДЕБАЛАНСНЫМИ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯМИ
METHOD OF STARTING VIBRO MACHINE WITH TWO AUTOSYNCHRONOUS UNBALANCE VIBRATION EXCITERS

Предполагаемое изобретение относится к горной промышленности, производству строительных материалов, машиностроению и может быть использовано для снижения уровня резонансных колебаний, возникающих при разбеге вибрационных машин, уменьшения пускового тока, а также снижения мощности электропривода.
Известен способ пуска вибрационной машины с дебалансным вибровозбудителем, состоящей из мягкоамортизированного несущего тела, установленного на станине. На несущем теле жестко закреплен дебалансный вибровозбудитель (несбалансированный ротор), приводимый в движение от электродвигателя асинхронного типа [Гончаревич И.Ф., Фролов К.В. Теория вибрационной техники и технологи - М.: Наука, 1981. - 320 С., С.171]. Способ пуска состоит в непосредственном включении электродвигателя в электросеть. Обычно рабочий режим вибрационных машин с дебалансным вибровозбудителем является зарезонансным. При этом частоты собственных колебаний несущего тела на упругих элементах в несколько раз ниже частоты вынужденных колебаний. Поэтому недостатком таких вибрационных машин является то, что в процессе пуска и выбега при совпадении собственных частот с вынужденной возникают интенсивные резонансные колебания, амплитуда которых во много раз превышает амплитуду установившихся колебаний. Соответственно возрастают динамические нагрузки на элементы конструкции вибрационных машин. Кроме того, для прохождения ротором электродвигателя резонансной зоны необходимо существенно (до 5-6 раз) завышать мощность электродвигателя; кроме того при пуске тяжелых вибрационных машин с приводом от электродвигателей асинхронного типа ударный пусковой ток негативно влияет на питающую электросеть.
Известен также способ управления пуском электродвигателя при пониженной потребляемой мощности, заключающийся в обеспечении перемещения подвижного груза относительно оси ротора под действием центробежной силы [Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. М., Недра, 1982, с.39]. Недостатками этого способа являются сложность конструкции и возникновение сильных ударных нагрузок.
Известен способ пуска (разбега) несбалансированного ротора в зарезонансную зону, который заключается в выключении и повторном включении привода ротора в зоне резонанса. С целью уменьшения энергозатрат при разгоне ротора выключение и включение привода осуществляют с учетом пороговых значений вибрационного и вращающего моментов привода. При этом пороговые значения вибрационного момента выбираются равными ±(10-15)% от вращающего момента привода [А.С. СССР №1025460, кл. B06B 1/16; G01M 1/06, 1983 г.]. Однако известно, что определение с достаточной для практики точностью вращающего момента, действующего на ротор, является довольно сложной задачей. Особенно, если учесть, что в рассматриваемом случае разгона, вращающий момент электродвигателя изменяется с частотой колебаний тока в питающей сети, т.е. с периодом Т=0,02 с; колебания вибрационного момента происходят также с достаточно высокой частотой  ( - угловая скорость ротора). Кроме того, согласно результатам исследований последних лет, управление выключением и включением электродвигателя, исходя из порогового значения вибрационного момента ±(10-15)% от вращающего момента двигателя, часто далек от оптимального. Таким образом, известный способ разбега несбалансированного ротора во многих случаях недостаточно эффективен.
Известен способ пуска вибрационной машины, позволяющий уменьшить резонансные амплитуды, который заключается в том, что при достижении угловой скорости дебалансного вибровозбудителя значения, близкого к частоте собственных колебаний, электродвигатель выключают, а после прохождения периода времени, в течение которого угловая скорость достигает зарезонансного значения, выполняют повторное включение электродвигателя [А.С. СССР №255760, кл. B021, 1970 г.]. Однако предварительно установить моменты времени, ограничивающие опасный период, достаточно трудно. Как известно, для каждой конкретной колебательной системы требуется достаточно точно (до 0,01 с) определять время выключения и повторного включения двигателя, зависящее от параметров колебательной системы. Некоторые существенные параметры колебательной системы оценить с необходимой точностью достаточно сложно (например, коэффициенты демпфирования). В то же время, даже незначительное их изменение существенно влияет на характер переходного процесса и более того, может принципиально его изменить. Таким образом, предложенный подход весьма чувствителен к погрешностям определения параметров колебательной системы, что ставит под сомнении эффективность его практического использования.
За прототип выбран способ пуска вибрационной машины с двумя самосинхронизирующимися вибровозбудителями, установленными на мягкоамортизированном несущем теле, совершающем плоские колебания, который осуществляется путем, так называемого, прямого пуска обоих электродвигателей одновременно [Справочник Вибрация в технике. - Т.4 вибрационный процессы и машины. - М.: Машиностроение. - 1981. - С.468]. На практике они частично решаются завышением мощности электродвигателей. Однако, все известные проблемы, связанные с прохождением зоны резонанса в этих машинах, существуют.
Задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении амплитуды резонансных колебаний вибрационной машины, пускового тока в электросети, снижении динамических нагрузок на элементы конструкции и мощности электропривода.
Поставленная цель достигается за счет поочередного пуска двух несвязанных между собой электродвигателей и, соответственно, поочередного прохождения роторами дебалансных вибровозбудителей зоны резонанса. При прохождении зоны собственных частот одним вибровозбудителем, возбуждаются вдвое меньшие по амплитуде резонансные колебания, поскольку при неизменной массе несущего тела неуравновешенная масса дебалансов в два раза меньше. Второй электродвигатель включают только после того, как первый двигатель достигнет своей номинальной скорости вращения, а в колебательной системе полностью затухнут резонансные колебания и установится стационарный (зарезонансный) режим движения несущего тела. В итоге в колебательной системе возникают существенно меньшие резонансные колебания и, как следствие, на роторы возбудителей в зоне резонанса воздействуют меньшие тормозные вибрационные моменты, что позволяет уменьшить необходимую мощность электродвигателей. Кроме того, за счет поочередного пуска электродвигателей существенно уменьшается пусковой ток. Дополнительную возможность уменьшения мощности привода вибрационных машин предоставляет использование эффекта вибрационного поддержания вращения неуравновешенного ротора. Это выполняется при соблюдении условия , т.е. требование, чтобы момент сопротивления R(ω) (ω - круговая частота) вращению ротора выключенного возбудителя не превышал модуля вибрационного момента . В рассматриваемом случае, когда сопротивление вращению ротора обусловлено преимущественно сопротивлением в подшипниках, данное неравенство записывается в форме  где А - амплитуда колебаний несущего тела, d - внутренний диаметр подшипника, f - коэффициент трения [Блехман И.И. Вибрационная механика. М.: Физматлит, 1994. 400 с., стр.131]. Выполнение этого условия на реальных вибрационных машинах не вызывает затруднения и является практически осуществимым.
Таким образом, использование эффекта вибрационного поддержания вращения ротора дебалансного вибровозбудителя обеспечит работу вибрационной машины с одним выключенным электродвигателем и позволит снизить потери электроэнергии. Более того, этот эффект дает возможность эксплуатировать работающий двигатель на режимах более близких к номинальным с более высоким КПД (напомним, что из условий пуска вибрационной машины с дебалансным приводом мощность ее электродвигателей обычно значительно завышена).
Способ пуска вибрационной машины с двумя самосинхронизирующимися дебалансными вибровозбудителями поясняется схемой устройства, представленной на Фиг.1.
Вибрационная машина содержит два дебалансных вибровозбудителя 1 и 2, установленных на платформе 3. Виброизоляция платформы обеспечивается мягкими упругими элементами - пружинами 4. Каждый дебалансный вибровозбудитель снабжен своим электродвигателем.
Вибрационная машина работает следующим образом:
Сначала включается электродвигатель для раскрутки ротора одного дебалансного вибровозбудителя, например, вибровозбудителя 1. После прохождения и затухания колебаний резонансной (собственной) частоты и установления номинального режима вращения ротора включается двигатель для раскрутки ротора второго дебалансного вибровозбудителя 2.
При независимой системе управления электродвигателями, включив сначала их поочередно, а после выключив двигатель одного из роторов вибровозбудителей, можно существенно уменьшить потребляемую мощность привода. Кроме того, не составляет технических трудностей (и не вызывает дополнительных механических сопротивлений) использовать выключенный двигатель в генераторном режиме.
Пример реализации предлагаемого технического решения на практике.
об
мин
Экспериментальная установка представляет собой несущую платформу, установленную посредством «мягких» упругих элементов на массивном основании. На платформе закреплены два несвязанных между собой дебалансных вибровозбудителя, которые приводятся во вращение от отдельных асинхронных электродвигателей (тип 4А56В4У3, n=1350/; P=0,18 кВт). В процессе исследований определялись пусковой ток и потребляемая мощность двигателей в установившемся режиме.
Первоначально включались двигатели двух вибровозбудителей одновременно. Пусковой ток составлял 3,75 А; суммарная потребляемая мощность двигателей - 0,210 кВт. Другая серия опытов заключалась в том, что вначале включали один двигатель: пусковой ток - 1,8 А, потребляемая мощность - 0,125 кВт. Затем, после установления стационарного режима вращения, включался второй двигатель: пусковой ток - 2,0 А; суммарная потребляемая мощность - 0,210 кВт. Далее, по установлении стационарного режима синхронного вращения обоих двигателей, второй выключался. При этом наблюдалось устойчивое стационарное поддержание вращения второго ротора возбудителя. Потребляемая мощность одного работающего двигателя составила всего 0,140 кВт.
Отметим, что если в случае случайных воздействий выключенный двигатель начнет замедляться, то при помощи систем управления с обратной связью не представляется проблемой его кратковременное включение до установления устойчивого режима вибрационного поддержания вращения дебалансного вибровозбудителя.
Таким образом, применение предлагаемого способа пуска обеспечит снижение амплитуды резонансных колебаний несущего тела и, соответственно, динамических нагрузок на элементы конструкции вибрационной машины, существенно уменьшит необходимую мощность электропривода и пусковой ток в цепи питания.