Структурный и математический синтез многомассных вибрационных загрузочных устройств с раздельным возбуждением колебаний

THERMAL REGIME OF FUNCTIONING HIGH PRESSURE HYDRO-PULLER DEVICE AT HYDRODYNAMIC CEMENTATION MACHINE

K.A. Golovin, A.A. Malikov, A.E. Pushkarev

Different types of hydro-puller devices were considered. The test bench was shown and experiments by determining dependences, which characterizing regimes of functioning and substantiating rational parameters of high pressure hydro-puller device were described. Results of test bench experiments for hydro-puller device were analyzed and dependences of power loss from pressure were gotten.

Key words: hydro-jet technology, test brunch experiments, hydro-puller device, power loss, pressure.

Golovin Konstantin Alexandrovich, doctor of sciences, professor, ecology @tsu. tu-la.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Malikov Andrei Andreevich, doctor of sciences, professor, head of chair, ecology @tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Pushkarev Alexander Evgenievich, doctor of sciences, professor, ecology @tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.9.06.229

СТРУКТУРНЫЙ И МАТЕМАТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

МНОГОМАССНЫХ ВИБРАЦИОННЫХ ЗАГРУЗОЧНЫХ УСТРОЙСТВ С РАЗДЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ КОЛЕБАНИЙ

Н.А. Усенко, Х.Х. Фам, А.А. Свиридов

Рассмотрено многообразие конструктивных схем многомассных вибрационных загрузочных устройств с раздельными возбуждениями колебаний. Представлены новые динамические модели и их описания.

Ключевые слова: вибрационное загрузочное устройство, динамическая модель.

В последнее время в теории и практике автоматической загрузки штучных предметов обработки в технологические машины автоматического действия большое внимание уделяется вибрационным загрузочным устройствам (ВЗУ) с раздельным возбуждением колебаний в горизонтальном и вертикальном направлениях. В ВЗУ с раздельным приводом создаются колебания бункера со сдвигом фазы, и тем самым реализуются траектории материальной точки бункера в виде фигур Лиссажу, в том числе и траектория эллипса, что расширяет возможности ВЗУ по величине относительной скорости вибротранспортирования и в итоге повышает производительность и обеспечивает реверс.

Известно ВЗУ с торсионной упругой подвеской [1]. Недостатками этой конструкции являются её сложность; трудность конструирования тор-сиона для получения точной угловой жесткости; невозможность регулирования параметров упругой системы, возможность галопирования из-за высокой конструкции, т.е. отклонение динамической и геометрической осей.

Известно ВЗУ с совмещенной упругой системой в виде витых цилиндрических пружин [2]. Сложность данной конструкции определяют совмещенная упругая система, наличие двух каналов управления электромагнитных приводов, затрудняется настройка динамической системы ВЗУ на оптимальное значение фазового угла между вертикальным и горизонтальным колебаниями. Недостатком этой конструкции является и то, что жесткости вертикальных и горизонтальных пружин зависят друг от друга.

При работе ВЗУ актуально желание повысить ресурс упругих элементов устройства. Конструкция ВЗУ с торсионом или с пластинкой не обеспечивает со временем достаточной усталостной прочности. Таким образом, при проектировании ВЗУ желательно получить компактную конструкцию, надежную упругую систему, что достигается применением витых пружин.

На рис. 1. представлена общая конструктивная схема вибрационного загрузочного устройства.

Рис. 1. Общая конструктивная динамическая схема ВЗУ с раздельным возбуждением колебаний

На рис. 1. показана конструктивная схема ВЗУ, содержащая бун-2 , прикрепленный к платформе m 2

кер m 2/, прикрепленный к платформе m 2 , на которой также смонтирован

бункер ш з посредством упругих элементов Cq2, дно бункера ш^ установлено на упругих элементах Cql.

Рассмотрим общую и частные расчетные динамические схемы и математические модели ВЗУ.

Введем обозначения:

- амплитуда возмущающей силы;

М0 - амплитуда возмущающего момента;

ю - угловая скорость вынужденного колебания;

Фу - угловые перемещения инерционного момента;

У у - перемещения масс в вертикальном направлении;

Су - жесткости упругого элемента в горизонтальном направлении;

к у - коэффициенты демпфирования упругого элемента в горизонтальном направлении у;

С У - жесткости упругого элемента в вертикальном направлении;

к у - коэффициенты демпфирования упругого элемента в вертикальном направлении.

Вариант 1.

Если жесткость Cq2 стремится к бесконечности в горизонтальном направлении, а в вертикальном имеет конкретное значение, и Cql стремится к бесконечности в вертикальном направлении, и имеет конкретное значение в горизонтальном, то в этом случае конструкция является трех-

массной моделью (шь ш2 + ш2 + + ш2, ш3 ) в вертикальном направлении и четырехмассной моделью (31,32,32 + 32 + 33, 3^) в горизонтальном направлении (рис. 2, а).

Вариант 2.

Если жесткость Cq2 стремится к бесконечности в вертикальном направлении, а в горизонтальном имеет конкретное значение, и Cql стремится к бесконечности в вертикальном направлении и имеет конкретное значение в горизонтальном, то в этом случае конструкция является двух-

массной моделью (шь Ш2 + ш2 + ш2 + Ш3 + ш2) в вертикальном направлении и пятьюмассной моделью (31,32,32 + 33^ , 33) в горизонтальном направлении (см. рис. 2, б).

а

б

тем:

в г

Рис. 2. Расчетные динамические схемы ВЗУ: а - вариант 1; б - вариант 2; в - вариант 3; г - вариант 4

Запишем следующие дифференциальные уравнения движения сис-в вертикальном направлении

т^ + с/71 + */.71 + -^22223) + 02(^1 -722223) = ^яп(Ш);

(т2 + т2 + т'{ + т'2 + т3 ^2223 + ¿2(722223 - 7) +

+ с2 (722223 - 71) = -Fo яп(Ш); в горизонтальном направлении

31Ф1 + ¿1Ф1 + С1Ф1 + ^(Ф - Ф2) + С2(ф1 - Ф2) = 0;

32Ф2 + ¿2(Ф2-Ф1) + С2Ф2 -Ф1) + ¿3(Ф2-Ф22) + + С3 (Ф2 - Ф22) = М0 ^(Ш + е);

327/Ф27/ + ¿д1 Ф - Ф2) + % (Ф27/ - Ф2) = 0;

Л

Л

г/

//

(32 + 32 )Ф22 + ¿3 (Ф22 - Ф2) + С3 (Ф22 - Ф2) + ¿д2(Ф3 - Ф22 ) + + сч2(Ф3 - Ф22) = -М0 со8(Ш + е); 33Ф3 + ¿д2(Ф3 - Ф22) + сд2 (Ф3 - Ф22) = 0.

55

Вариант 3.

Если жесткость Cql стремится к бесконечности в вертикальном и горизонтальном направлениях, а Cq2 стремится к бесконечности в горизонтальном направлении и имеет конкретное значение в вертикальном направлении, то в этом случае конструкция является трехмассной моделью

(шь ш2 + ш2 + ш" + ш27/, шз) в вертикальном направлении и трехмассной

моделью (31,32 + 3^ , 32 + 32 + 33) в горизонтальном направлении ( см. рис. 2, в).

Запишем следующие дифференциальные уравнения движения систем:

в горизонтальном направлении

31&&1 + Ф + + к2 (ф1 - ф 22) + C2(Ф1 - Ф22) = 0;

(32 + 32 22 + к2 (Ф22 - Ф 1) + C2(Ф22 - Ф1) + к3 (Ф22 - Ф223 ) + + Cз(ф22 - Ф223 ) = М0 С03(Ш + в);

(32 + 32 + 33 )Ф223 + к3 (Ф223 - Ф22) + Cз (Ф223 - Ф22) = -М0 008(Ю./ + в); в вертикальном направлении

шД + ф + к/ Т + к2 Д - Т&2222 ) + C2 (Т - Т2222 ) = % 8ш(Ш); (ш2 + ш2 + ш![ + шЩ )Т&2222 + к2 (Т2222 - *1) + c2 (72222 - + + к'ч2 (Т&2222 - Т&3) + Cq2 (^2222 - *3) = -Fo зш(Ш); ^3 + ^2222 -ТО + ^2222 -ТО = 0.

Вариант 4.

Если жесткость Cql стремится к бесконечности в вертикальном и горизонтальном направлениях, а Cq2 стремится к бесконечности в вертикальном направлении, и в горизонтальном имеет конкретное значение, то в этом случае конструкция является двухмасной моделью в вертикальном

(ш1, ш2 + ш2 + ш2/ + ш2// + ш3) направлении и четырехмассной моделью

(31,3 2 + 3 22//, 3 2 + 3 ;2/, 33 )в горизонтальном направлении (см. рис. 2, г).

Запишем следующие дифференциальные уравнения движения систем:

в горизонтальном направлении

31Ф1 + Ф + С1Ф1 + ¿2 (Ф1 - ф22 )+С2 (Ф1 - ф22 ) = 0;

(32+32//)ф2/2+¿2(ф22 - Ф1)+02(ф22 - Ф1)+¿3(ф2/2 - Ф22)+

+ С3 (ф22 - ф2/2) = М0 соб(ю.? + е);

(32+3 2 ф+¿3 (ф2/2 - ф22 )+С3 ф - ф22 )+кч 2 Ф - Фэ)+

+ с9 2(Ф//2 - Ф3) = -М0 соб(ю.? + е); 3зФ3 + kq2(фэ -ф22) + с92(ф3 -ф22) = 0; в вертикальном направлении

т171 + с/71 + 7 + ¿2 (71 - 722223 ) + с2 (71 - 722223 ) = % вш(Ш); (т2 + т2 + т2/ + т2// + т3 )722223 + ¿2 (722223 - 71) + + с2(722223 -71) = -^0Вт(ю1).

V

Вариант 5.

Если уберем из общей конструкции массы т2, т2/, т2//, т3 и упругие элементы С^, С^2, то в этом случае конструкция является двухмасс-

ной моделью (т1, т2 + т2/) в вертикальном направлении и трехмассной моделью (31,32,3Ч ) в горизонтальном направлении (рис. 3) [3].

а

б

Рис. 3. Конструктивная динамическая схема (а) и расчетная

динамическая схема

57

Запишем следующие дифференциальные уравнения движения сис-

тем:

в горизонтальном направлении

ЗФФ + кфф +Сфф +к2(Ф -Ф)+Сг(ф -Ф2)=0; 32Ф +^2(ф2 -ф+С2(Ф2 Ф+кз(Ф -Ф)+С3СФ2 -43) =М ^(<ю +е); 3зФ +кз(Ф -ф)+Сз(ф Ф+е);

в вертикальном направлении

«1^1 + к/ + фз + к2 (1! -1&22) + с2 1 - ^22)+ = %8Ш(0Х*); (т2 + т^ + к2 (1&22 - 11) + с2 (^22 - ^ = -^0 ).

Вариант 6.

Если уберем основание т1 и пружины С из конструкции (см. рис. 3, а), то в этом случае конструкция является одномассной моделью (т2 + т2) в вертикальном направлении и двухмассной моделью (32,32 ) в горизонтальном направлении (рис. 4) [4].

тем:

а б

Рис. 4. Конструктивная динамическая схема

Запишем следующие дифференциальные уравнения движения сис-в горизонтальном направлении

32 Ф2 + кз (Ф2 - Ф2) + Сз (ф2 - Ф2) = М0 0О8( юл + е); /2Ф 2 + кз (Ф 2 - Ф 2) + С2 (Ф2 - ф27) + к2Ф 2 + С2Ф2 = -М 0 еов( ш + е);; в вертикальном направлении

(т2 + т2 )1&22 + к2122 + С2У22 = ^ вш( ю.*).

58

Выводы

1. Предложена новая компактная конструкция, которая обеспечивает раздельные возбуждения колебаний в вертикальном и горизонтальном направлениях.

2. Представлена общая модель ВЗУ, позволяющая прогнозировать производительность ВЗУ на стадии проектирования путем варьирования параметрического изменения массы; момента инерции; жесткости упругих элементов; фазового угла между вертикальными и горизонтальными колебаниями и т.д.

3. Представленная общая модель ВЗУ позволяет расширить способ подбора амплитуд колебаний и фазового угла между вертикальными и горизонтальными колебаниями при настройке ВЗУ.

4. Не меняя энергоносительные схемы, появляется возможность реализовать многомассные динамические системы как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.

5. Данная схема позволяет обеспечить реверсивные движения предметов обработки в бункерах благодаря фазовому смещению колебаний бункера с массой т2// по отношению к бункеру с массой т3 .

6. Реализуется возможность динамического гашения колебаний системы ВЗУ, уменьшения влияния дополнительной наложенной массы предметов обработки в бункере на изменение амплитуды колебаний и фазового угла между ними, исключения галопирования благодаря компактности ВЗУ.

Список литературы

1. Автоматическая загрузка технологических машин: справочник / И.С. Бляхеров, [и др.]. М.: Машиностроение, 1990. 400 с.

2. Системы автоматической загрузки штучных предметов обработки в технологические машины-автоматы: учеб. пособие / Н.А. Усенко [и др.]; под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 310 с.

3. Патент 146446 РФ. Вибрационное бункерное загрузочное устройство/ В.В. Прейс, К.С. Усенко, Х.Х. Фам. Опубл. 10.10.2014. Бюл. № 28.

4. Усенко Н.А., Фам Х.Х. Оригинальное вибрационное автоматическое загрузочное устройство с раздельным приводом // Материалы между-нар. науч.-техн. конф. «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением» / Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2014. С. 303 - 307.

Усенко Николай Антонович, д-р техн. наук, проф., phamhuuhiep85rus@, gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Фам Хыу Хиеп, асп., phamhuuhiep85rus@,gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Свиридов Антон Анатольевич, асп., phamhuuhiep85rus@,gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

STRUCTURAL AND MATHEMATICAL SYNTHESIS MANY MASSENET VIBRA TING CHARGING DEVICES WITH SEPARA TE EXCITA TION OF VIBRA TIONS

N.A. Usenko, H.H. Pham, A.A. Sviridov

A diversity of design schemes many Massenet vibrating charging devices with separate excitation of vibrations is considered. New dynamic models and their descriptions are presented.

Key words: vibratory feeder, dynamic model.

Usenko Nikolai Antonovich, doctor of technical sciences, professor, usenko1936@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Pham Huu Hiep, postgraduate, phamhuuhiep85rus@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Sviridov Anton Anatolevich, postgraduate, anton-vedu@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University