Двухмассный резонансный вибрационный грохот

Устройство относится к вибрационной технике и может быть использовано во всех отраслях промышленности для процессов разделения на фракции кусковых и сыпучих материалов, твердой фазы пульп и суспензий на продукты различной крупности, а также их транспортировки с помощью просеивающих поверхностей. Основная область применения вибрационных грохотов - горнорудная и обогатительная промышленность.
Большинство современных конструкций вибрационных грохотов работают в зарезанансном режиме колебаний, а колебания возбуждаются дебалансным вибратором. В колебательной системе таких машин циркулирует большая реактивная мощность, необходимая для преодоления инерционных сил, что снижает их энергетическую эффективность. Повышение производительности и снижения энергетических затрат вибрационного грохота возможно благодаря явлению резонанса. В резонансном режиме работы вибрационной машины упругие и инерционные силы взаимно уравновешиваются, при этом энергия вибровозбудителя расходуется только на преодоление диссипативных сил, а рабочий орган совершает движение близкое к собственному. Основной трудностью практического использования резонансных вибрационных машин является высокая чувствительность к изменению технологической нагрузки и параметров колебательной системы.
В качестве прототипа принята двухмассная модель вибрационного грохота с зарезонансной настройкой, содержащая два рабочих органа, связанных между собой и с фундаментом упругими системами. На коробе нижнего рабочего органа закреплены два инерционных (дебалансных) вибратора с направленной вынуждающей силой. [Вайсберг Л.А. Проектирование и расчет вибрационных грохотов. .М.: «Недра»,1986, с 18, табл. 1.].
Прототип имеет следующие недостатки:
• В двухмассной модели с зарезонансной настройкой используется только одна форма колебаний для обеспечения технологического процесса, а две массы используются только для увеличения площади просеивающих поверхностей.
• Постоянное забивание ячеек просеивающей поверхности, что приводит к снижению эффективности грохочения. Для очистки просеивающих поверхностей требуется останавливать технологический процесс.
• Зарезонансный режим работы подразумевает использование двигателей, мощность которых в 4-5 раз превышает мощность, необходимую для работы в зарезонансной зоне, для того чтобы проскочить область интенсивных резонансных колебаний.
• Низкие пиковые ускорения на просеивающей поверхности рабочего органа, что сказывается на производительности и качестве грохочения.
• Нерациональное использование низкочастотных режимов, так как для этого необходимо значительно увеличить массу дебалансов для получения необходимой вынуждающей силы. Это приводит к увеличению нагрузки на подшипники вибровозбудителя, что значительно снижает их ресурс.
• При зарезонансной настройке вибровозбудителя энергия, образуемая вращением дебаланса, расходуется не только на преодоление сил трения, но и сил инерции масс, входящих в колебательную систему.
Указанные недостатки можно устранить предлагаемым решением. Решается задача по созданию нового энергосберегающего вибрационного грохота с использованием комбинационного параметрического резонанса, позволяющего расширить функциональные и эксплуатационные возможности.
Технический результат – достижение повышения стабильности резонансных колебаний в системе, позволяющей значительно увеличить эффективность и скорость грохочения, при низких энергетических затратах.
Технический результат достигается тем, что в двухмассном вибрационном резонансном грохоте средством для возбуждения и поддерживания стабильных рабочих резонансных колебаний является пара самосинхронизирующихся параметрических вибровозбудителей, установленных на одном из рабочих органов вибрационного грохота, буферные элементы, установлены на обоих рабочих органах и выполнены в виде жестких упоров, на которые нанесено упругое покрытие.
1
2
1
2
Двухмассная модель виброгрохота, представленная на фиг. 1, состоит из двух рабочих органов (коробов) массами m, m(верхний 1 и нижний 2 соответственно), удерживаемых основными 3, жесткостью с, и вспомогательными 4, жесткостью с , упругими связями. Вспомогательные упругие связи, выполненные в виде пружин, установлены на неподвижное основание 5, которое жестко крепится к фундаменту 6. При этом жесткость основных пружин много выше жесткости вспомогательных пружин, что позволяет обеспечить необходимую виброизоляцию основания. На рабочем органе 1 устанавливается два вибратора 7 таким образом, чтобы вынуждающая сила проходила через центр масс рабочего органа. В качестве вибратора используется параметрический резонансный вибровозбудитель [Антипов В.И. Вибровозбудитель: Патент №2072661 РФ МКИ В06В 1/16 // Бюл. №3, 1997]. Также на обоих рабочих органах грохота установлены буферные элементы 8. Ранее буферные элементы использовались как ограничители амплитуды колебаний или для создания кусочно-линейной характеристики упругой силы. В предлагаемой модели грохота они используются для реализации виброударного режима работы, реализация которого значительно увеличить пиковые ускорения на сетках, что в свою очередь позволит решить проблему с забиванием сеток грохота и увеличить скорость грохочения. В качестве буферных элементов применяются упоры с упругим покрытием. Благодаря высокой стабильности резонансного режима колебаний удары буферов друг о друга не приводят к потере устойчивости колебаний.
В общем случае рабочие органы 1 и 2 вибрационного грохота совершают пространственные колебания, однако, в резонансном (рабочем) режиме можно рассматривать как систему, совершающую однонаправленные колебания. Необходимая форма траектории движения рабочего органа обеспечивается однонаправленной жесткостью основной упругой системы и за счёт синхронной работы двух вибровозбудителей. Согласованная работа двух вибровозбудителей на рабочем органе 1 достигается благодаря обобщенному принципу самосинхронизации, в основе которого лежат принципы самосинхронизации типа неуравновешенных роторов и синхронизация по Гюйгенсу.
1
2
<mrow><mi>ω</mi><mo>=</mo><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>λ</mi><mn>2</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub><mo>,</mo><mtext> </mtext><msub><mi>λ</mi><mn>2</mn></msub></mrow>
<mrow><msub><mi>λ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mi>ν</mi><mi>ω</mi></mrow>
Вибрационный грохот работает следующим образом. Во время равномерного вращения роторов инерционных элементов (ИЭ) с частотами близкими к резонансным частотам в противоположном направлении, возбуждаются колебания рабочего органа 1, который в свою очередь начинает раскачивать рабочий орган 2. При вращении роторов на колеблющемся рабочем органе по принципу самосинхронизации происходит выравнивание частот вращения «невидимых дебалансов», возникающих при обкатке тел качения по беговым дорожкам. Ротор ИЭ с развитым моментом инерции выполняет роль маховика и аккумулятора кинетической энергии. При вхождении машины в область резонанса начинают возбуждаться колебания в системе на частотах λ и λ, связанных с частотой параметрического возбуждения (частотой вращения ротора) ω соотношением , где  – парциальные собственные частоты маятников ИЭ и рабочего органа соответственно. При этом , где ν определяется только свойствами и габаритами самого диска ИЭ, т.е. изменение зоны резонанса и частоты колебаний рабочего органа возможно за счёт изменения свойств и габаритов диска ИЭ.
Рабочий режим двухмассного вибрационного грохота включает в себя две области с разными формами колебаний. Первая форма колебаний, в которой оба рабочих органа колеблются в одной фазе, применима при грохочении материалов на низких частотах и при хорошей пропускной способности просеивающей поверхности. Вторая форма колебаний, при которой рабочие органы двигаются в противофазе, применима для грохочения липких и трудно просеиваемых материалов, приводящих к постоянному забиванию ячеек просеивающей поверхности. Для запуска режима по первой форме колебаний необходимо ввести машину в первую резонансную область. Для запуска режима по второй форме колебаний, необходимо увеличить частоту вращения двигателей, чтобы выйти из рабочего режима с первой формой колебаний и войти во вторую резонансную зону. Благодаря установленным на коробах буферным элементам во второй резонансной зоне в машине реализуется виброударный режим. Во время максимального сближения рабочих органов происходит столкновение буферов, что приводит к резкому увеличению пикового ускорения на поверхностях рабочих органов. Высокие пиковые ускорения позволяют значительно улучшить процесс прохождения материала через просеивающую поверхность и решить проблему с забиванием ячеек. Для прекращения процесса грохочения достаточно вывести машину из области резонанса, что значительно сократит время остановки технологической операции. При использовании же классических дебалансных вибраторов колебания в системе будут присутствовать до полной остановки вращения двигателя вибратора.
Предложенный двухмассный резонансный вибрационный грохот обладает важными достоинствами, которые наделяют машину новыми качествами.
1. Высокая стабильность резонансных колебаний рабочего органа большой амплитуды на низких частотах.
2. Реализация виброударного режима работы значительно увеличивает пиковые ускорения на просеивающей поверхности рабочего органа, что позволяет решить проблему забивания ячеек и, как следствие, улучшить качество и скорость грохочения.
3. Возможность работы двух рабочих органов как в одной фазе, так и в противофазе без дополнительной настройки, только за счёт смены рабочей зоны. Противофазные колебания позволяют реализовать виброударный режим, без остановки технологического процесса.
4. Широкая зона резонанса позволяет изменять частоту и амплитуду колебаний в значительно больших пределах, чем дебалансный резонансный грохот. Это позволяет управлять технологическим процессом только за счёт изменения частоты генерации.
5. Резонансный грохот характеризуется низким энергопотреблением и высоким коэффициентом полезного действия машины по сравнению с зарезонансными вибрационными грохотами, использующими дебалансные вибровозбудители.
Анализ показывает, что предлагаемое решение соответствует критериям «новизна» и «промышленная применимость».