Создание эллиптических колебаний бункера вибрационным загрузочным устройством с синхронным приводом

УДК 621.9.06.229

СОЗДАНИЕ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ БУНКЕРА

ВИБРАЦИОННЫМ ЗАГРУЗОЧНЫМ УСТРОЙСТВОМ С СИНХРОННЫМ ПРИВОДОМ

Е.С. Бочарова, Н.А. Усенко

Обоснована актуальность и решена задача создания эллиптических колебаний вибрационным загрузочным устройством с синхронным приводом.

Ключевые слова: вибрационное загрузочное устройство, синхронный привод, эллиптические колебания.

В настоящее время вибрационные загрузочные устройства (ВЗУ) из всех загрузочных устройств являются наиболее широко распространенными как у нас в стране, так и за рубежом. Из всех применяемых устройств автозагрузки ВЗУ составляют 70 %. Это не случайно, так как они обладают серией отличительных достоинств: универсальность по охвату предметов обработки различных по степени сложности их ориентирования в пространстве; процесс подготовки к захвату и захват предметов обработки происходит при их движении относительно захватного органа, которым является вибрирующая дорожка; процесс вибротранспортирования не оказывает воздействия на предметы обработки, вызывающего нанесение дефектов. Более того, в механических загрузочных устройствах выдача предметов обработки происходит в пределах одного полного круга, а в вибрационных загрузочных устройствах путь, включающий подготовку, захват и ориентирование может быть сформирован в зависимости от сложности предметов обработки или поставленной технической задачи. Также в ВЗУ конструктивно возможна реализация многоканальности, то есть многократное повышение производительности; формирование длительности технологического пути без снижения уровня производительности и т. д.[1].

На протяжении всего процесса развития ВЗУ главной задачей всегда является повышение скорости вибротранспортирования, и ученые добиваются этого различными способами (рис. 1) [2]. Однако это часто приводит к чрезмерному усложнению конструкции самого устройства.

Известно, что основным недостатком ВЗУ с синхронным приводом является малая скорость вибротранспортирования в безотрывном режиме (не более 50 мм/с), а к недостаткам ВЗУ с раздельными приводом можно отнести сложность конструкции и настройки, большую металло- и энергоемкость [3].

Таким образом, задачей является создание ВЗУ, простого по конструкции (с синхронным приводом), но при этом колебания материальной точки бункера должны иметь эллиптическую траекторию, для увеличения скорости вибротранспортирования.

Рис. 1. Способы повышения скорости виброперемещения заготовок

Оптимальным по простоте настройки, метало- и энергоемкости является ВЗУ с синхронным приводом, но синхронный привод не дает нам возможности создать фазовый угол между горизонтальными и вертикальными колебаниями. Это значит, что изменить нужно не привод, а конструкцию самого бункера. Было предложено ввести дополнительные упругие элементы, с помощью которых к платформе крепился бункер.

Было разработано следующее устройство: ВЗУ, состоящее из опорной плиты, основания на витых пружинах, бункера, центрального электромагнитного привода и пружинных стержней, одним концом прикрепленных к основанию зажимами, а вторым концом к платформе, к которой посредством дополнительных плоских упругих элементов прикреплен бункер (рис. 2, 3).

Рис. 2. Схема вибрационного загрузочного устройства в разрезе

Рис. 3. Установка дополнительных упругих элементов

Работа устройства с учетом вышеприведенного описания заключается в следующем. При подаче электрического тока якорь 8, прикреплен-

ный к платформе 5, получает колебательные движения в вертикальном и горизонтальном направлениях. Колебания якоря 8 тремя наклонными пружинными стержнями 4 преобразуются в колебания платформы 5 в вертикальном и горизонтальном направлениях. Таким образом, платформа 5 получает возвратно-поступательное движение от центрального электромагнитного вибратора, установленного в центре вибрационного бункера и совершает вынужденные линейные колебания, перпендикулярные оси наклонного пружинного стержня 4, а бункер 6 колебания в вертикальной плоскости со смещением по фазе относительно колебаний платформы 5.

Линейные колебания платформы 5 имеют горизонтальную и вертикальную составляющие. Их соотношение зависит от угла наклона упругих элементов 4, при этом бункер 6 совершает такие же горизонтальные колебания, как и платформа 5, так как упругие элементы 7 имеют жесткость в горизонтальной плоскости стремящуюся к бесконечности, а вертикальные колебания бункера 6 будут иметь величину, отличную от величины колебаний платформы 5 , а также фазовое смещение по отношению к ней. Таким образом обеспечивается колебание бункера 6 по эллиптической траектории в результате сложения гармонических колебаний в двух взаимно перпендикулярных плоскостях при фазовом смещении.

Формирование эллиптической траектории возможно при фазовом смещении в горизонтальной и вертикальной плоскостях в пределах от 0 до 180о или от 180 до 360о в зависимости от того, имеет упругий элемент 7 жесткость, стремящуюся к бесконечности в горизонтальной или вертикальной плоскости. Ось эллипса будет иметь то или иное направление в зависимости от того, в горизонтальном или вертикальном направлении жесткость плоского упругого элемента стремится к бесконечности, что позволяет выбирать направление виброперемещения.

Тем самым, при введении упругих элементов 7 в конструкцию ВЗУ обеспечиваются эллиптические колебания материальной точки бункера 6 для увеличения скорости вибротранспортирования.

Необходимый эллиптический угол в данном случае получен благодаря тому, что динамическая модель данного устройства является двух-массной в горизонтальном и трехмассной в вертикальном направлении [4].

Сравнительный анализ разработанного ВЗУ с известными устройствами позволяет сделать следующие выводы:

1. По сравнению с конструкциями ВЗУ с раздельным возбуждением колебаний, конструкция разработанного ВЗУ проще, у него меньше метало- и энергоемкость, проще настройка и управление.

2. По сравнению с ВЗУ с синхронным возбуждением колебаний, у разработанного устройства выше скорость вибротранспортирования, так как благодаря введению дополнительных упругих элементов получен фазовый угол между колебаниями и реализована эллиптическая траектория движения материальной точки бункера.

Список литературы

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

2. Усенко Н.А., Бляхеров И.С. Автоматические загрузочно-ориентирующие устройства. М.: Машиностроение, 1984. 112 с.

3. Прейс В.В., Усенко Н.А., Давыдова Е.В. Автоматические загру-зочно-ориентирующие устройства. Ч. 1. Механические бункерные загрузочные устройства: учеб. пособие; под ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. 125 с.

4. Бочарова Е.С., Усенко Н.А. Динамическая модель вибрационного загрузочного устройства с синхронным приводом с эллиптическими колебаниями бункера // Вибрационные технологии, мехатроника и управляемые машины: сб. науч. ст.: в 2-х ч. / редкол.: С.Ф. Яцун (отв. ред.) [и др.]. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т., 2014. Ч. 1. С. 60-63.

Бочарова Елена Сергеевна, асп., elenaboch14@,gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет.

Усенко Николай Антонович, д-р техн. наук, проф., elenaboch 14@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

CREATION ELLIPTICAL VIBRATIONS OF A VIBRATION BOOT DEVICE HOPPER IN THE CONSTRUCTION WITH A SYNCHRONOUS DRIVE

E.S. Bocharova, N.A. Usenko

The task of creating elliptical vibrations of a vibration boot device with a synchronous drive has been solved in this article.

Key words: vibration boot device, synchronous drive, elliptical vibrations.

Bocharova Elena Sergeevna, postgraduate, elenaboch 14@ gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Usenko Nicolay Antonovich, doctor of technical sciences, professor, elena-boch 14@ gmail. com, Russia, Tula, Tula State University