ВИБРОПРИВОД ДЛЯ СОЗДАНИЯ БИГАРМОНИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ КОЛЕБАНИЙ
VIBRATION DEVICE FOR CREATION OF BIHARMONIC MODES OF OSCILLATIONS

Изобретение относится к области вибрационных машин и может быть использовано в различных отраслях промышленности, в которых используются вибрационные, виброударные технологии и техника, в частности на транспорте, в строительстве, металлургии и геофизике. Изобретение имеет универсальный характер и может быть использовано в широкой номенклатуре технологического оборудования, которому сообщают бигармонические колебания оптимальной конфигурации. Использование предложенного технического решения позволяет обеспечить решение технологических задач по снижению вредных динамических нагрузок на окружающую среду (сооружения, природу, обслуживающий персонал).
Используемые в настоящее время в различных областях промышленности вибрационные установки работают в основном в гармоническом или виброударном режимах и характеризуются многообразием возможных сочетаний расположения валов, эксцентриков, механических передач, что усложняет управление скоростями и направлением вращения эксцентриков через дифференциальные и планетарные зубчатые передачи. Режимы качания рабочих органов современных технологических вибрационных машин с одной стороны обеспечивают эффективность воздействия на обрабатываемые объекты за счет асимметрии диаграммы скорости колебаний, имеющие в своем составе высокочастотные составляющие колебаний, а с другой стороны негативно влияют на окружающую среду.
Известен комплексный механический вибропривод, состоящий из двух отдельных эксцентриковых приводов с параллельными валами, разнесенными на некоторое расстояние, свободные, концы которых посредством шатунов соединены общим шарниром с качающейся рамой. (Гончаревич И.Ф., Гадушаури Э.Г. «Защита от вибрационных воздействий человека - оператора и повышение эффективности технологического оборудования методами вибрационной техники». Журнал «Проблемы машиностроения и автоматизации» №2, 2012 г. изд. Наука, г.Москва.) В этом устройстве сдвоенный эксцентрик представляет собой узел эксцентриковой втулки, собранной на эксцентриковом валу. Эксцентриковый вал и втулка могут вращаться независимо друг от друга через разные кинематические цепи. При изменении взаимного положения вала относительно втулки изменяется суммарный эксцентриситет и, как следствие, ход рабочего органа вибрационной машины. Управление режимом качания рамы осуществляется за счет дифференциального редуктора. Наличие двух электродвигателей - основного для рабочего движения рамы и вспомогательного для изменения хода рамы, позволяет изменять ход рабочего органа вибрационной машины в процессе работы и регулировать закон его движения. Для этого эксцентриковые вал и втулка должны вращаться одновременно и независимо друг от друга с различными скоростями.
Недостатком данного устройства является то, что узел типа «эксцентрик в эксцентрике» является сложным механизмом, требующим сложной системы управления вращением эксцентриками через дифференциальные и планетарные передачи, что практически невозможно обеспечить при значительных статических и динамических нагрузках, действующих в приводах машин.
Целью данного технического предложения является создание механического привода вибрационной машины, в которой реализуются бигармонические режимы колебаний рабочего органа и одновременно компенсировать возникающие при этом динамические нагрузки в системе рычажно-шарнирной подвески рабочего органа машины и других конструкционных элементах.
Технический результат - полное уравновешивание динамических нагрузок по первой и второй гармоникам всех перемещающихся в периодическом режиме конструктивных частей вибрационной машины достигается за счет того, что бигармонический вибропривод включает в себя четыре параллельно установленных и вращающихся в подшипниках эксцентриковых вала, на хвостовиках которых установлены дебалансы, а сами валы, соединенные между собой посредством зубчатых колес, образуют кинематическую цепь, при этом к одному из валов приложен крутящий момент с возможностью изменения частоты вращения. На эксцентриках двух смежных валов установлены шатуны рычажно-шарнирной подвески рабочего органа, которая состоит из регулировочного балансира и рычага рабочего органа.
На фиг.1. - схема устройства привода;
На фиг.2 - график динамических нагрузок в разных режимах работы вибропривода.
Бигармонический привод вибрационных колебаний с системой полного уравновешивания динамических нагрузок всех перемещающихся в периодических режимах конструктивных частей вибрационной машины представляет собой кинематический механизм из установленных на подшипниковых опорах корпуса или рамы 1 двух дебалансных валов 2 и 3 и двух валов 4 и 5 с эксцентриковыми шейками, на которых установлены два шатуна 6 и 7. На всех валах имеются противовесы 8, 9, 10, 11 и зубчатые колеса 12, 13, 14, 15 и 16, соединенные между собой в единую кинематическую цепь. При этом валы 2 и 4, также валы 3 и 5 соединены между собой кинематическими передачам, состоящими из двух пар зубчатых колес 12-13 и 13-15 с передаточными числами вращения 1:1, а валы 4 и 5 соединены в кинематическую передачу с передаточным отношением 2:1 посредством дополнительного зубчатого колеса 16, установленного на валу 4, и зубчатого колеса 15. Установленные на эксцентриковых шейках валов 4 и 5 шатуны 6 и 7, соединены между собой балансиром 17, имеющим продольный паз для шарнирного соединения с рычагом 18 рабочего органа машины. К валу 4 приложен крутящий момент (двигатель, на фиг.1 не показан), обеспечивающий вращение всех валов в режиме заданной кинематической связи, соответствующей частоте гармоники первого и второго порядка.
Данное устройство работает следующим образом. Как видно из представленной схемы данного механизма (фиг.1), при сообщении валу 4 крутящего момента с угловой скоростью со будет обеспечиваться вращение вала 2 с такой же угловой скоростью, а валов 3 и 5 с угловой скоростью 2ω, при этом валы 2 и 3 вращаются в направлении противоположном вращению валов 4 и 5. При таком режиме вращения валов установленные на них дебалансы валов 8, 9, 10 и 11 создают усилия, уравновешивающие друг друга по горизонтальной оси и суммируют свои усилия в вертикальном направлении. Вертикальные инерционные усилия от шатунов 6 и 7 при этом уравновешиваются усилиями от дебалансов, полностью разгружая привод. Моногармонические колебания первого и второго порядка передаются на рабочий орган соответственно двумя потоками через два шатуна 6 и 7, которые суммируются на балансире 17 с частотой ω+2ω. Для регулирования соотношения амплитуд первой и второй гармоник бигармонических колебаний, сообщаемых виброприводом рабочему органу, балансир 17 имеет прорезь, в которой может перемещаться палец рычага 18 рабочего органа вибропривода.
Технический результат - полное уравновешивание динамических нагрузок всех конструктивных частей вибрационной установки достигается за счет того, что в приводе этой системы горизонтальные составляющие центробежных сил дебалансов и сил инерции, соединенных с ними частей виброустановки, вследствие вращения валов с дисбалансами в противоположные стороны и направленностью центробежных сил дисбалансов, полностью уравновешиваются. Остаются неуравновешенными составляющие центробежных сил дебалансов, которые действуют в направлении колебаний в сторону рабочего органа. При противофазной установке дебалансов и при условии вращения их в противоположные стороны действие суммарных центробежных сил противофазно силам инерции колеблющихся частей вибропривода, т.е они полностью компенсируют друг друга, при этом уравновешенный эксцентриковый привод передает на рабочий орган меньшие динамические нагрузки и устраняет нежелательные паразитные колебания элементов конструкции. На фиг.2 приведены графические результаты замеров динамических нагрузок при двух режимах работы вибропривода:
а/ при работе в асимметричных режимах;
б/ при работе бигармоническом режиме работы.
Как показали обстоятельные исследования, существующие проблемы при реализации разнообразных технологических процессов, осуществляемых с использованием асимметричных режимов колебаний, эффективно преодолеваются при переходе на бигармонические сбалансированные колебания с использованием предлагаемого технического решения.