ЧТО МОЖЕТ ВИБРАЦИЯ?

О поведении сыпучей среды в вибрирующих сосудах

Случай сообщающихся сосудов

Поведение слоя сыпучей среды в вибрирующих сосу­дах. а также закономерности распространения вибрации в толщу сыпучей среды представляют значительный ин­терес для впбрационпой техники и технологии. К сожа­лению, эта задача механики в настоящее время еще далека от удовлетворительного решения. Здесь мы оста­новимся лишь на описании некоторых основных приме­чательных закономерностей п сошлемся па имеющуюся литературу.

Некоторое определенное распределение вибраций в сыпучей среде (включающее детерминированную в сред­нем и случайную компоненты) устанавливается в ней достаточно быстро — после истечения нескольких перио­дов колебаний. Это «быстрый» процесс, на фоне которого затем разворачиваются медленно протекающие процес­сы — возникают определенные потоки, происходят про­цессы сегрегации (самосортпроваипя). Ряд таких процес­сов рассмотрен в разделах 4, 7, 8, 11. Естественно, что для изучения этих медленных (видимых наблюдателем V) процессов знание быстрого процесса, т. е, устано­вившегося вибрационного поля, представляет первосте­пенное значение. При ускорениях Лео2<g для верти­кальных и /1ш2</,£ для горизонтальных колебаний (/( — коэффициент трепня покоя) материал движется в основ­ном вместе с сосудом. При ускорениях Ло)2»£ частицы материала приобретают некоторую взаимную подвиж - пость — начинается его псевдоожижеиие, приводящее сна­чала к уплотнению, а затем — при дальнейшем увеличе­нии Л (о2 — к разрыхлению и перемешиванию (см. раз­делы 7—9). Процессы разделения (сегрегации, самосор - тировашш) происходят в стадиях нсовдоожижения и раз­рыхления.

Лишь при сравнительно небольшой толщине слоя (не более 20—30 среднего размера частиц) и не слишком интенсивной вибрации (Лш2=^10£, 20 с-1 < со < 300 с-1) допустимо считать, что слой колеблется как единое це­лое, и его движение можно рассматривать как движение материальной точки. D более толстых слоях колебания частиц постепенно затухают по мере удаления от вибри­рующих поверхностей [165, 207, 231]; для их описания предложен ряд дискретных и непрерывных моделей.

Дискретные модели «набирают» из элементов в виде сосредо­точенных масс, демпферов сухого и вязкого трепия и элементов, имитирующих неудерживающпе связи [30; 61, т. 4; 73, 74, 132, 207]. В качестве моделей с распределенными параметрами иред - лагались уируговязкне, вязкоупругие и упругоплаетпческне тела [61, т. 4; 205, 240]; иная — виброреологическая модель предлага­ется в п, 6.6. Изящно и до конца решается задача о движении слоя сыпучей среды в широком сосуде с горизоптальпым дпоч, совершающем круговые горизонтальные колебапия; при этом пред­полагается, что коэффициент сухого трепня внутри слоя несколь­
ко увеличивается по мере роста нормального давлепия [78, 791. Заслуживают впимапия концепция вибропроводпости |" 167, 168], когда процесс распространения вибрации в среде полагается ана­логичным распространению тепла, а также попытки использова­ния методов физической кинетики [186].

В связи со сказаппым отметим, что при построении и оцен­ке виброреологических моделей особенно существенны общие по­ложения о математическом моделировании в механике, высказан­ные в работах [201, 202]; ряд соображений по отому поводу со­держится также в книго [44].

Как показывает эксперимент, важным фактором, влияющим на поведение сыпучей среды в вибрирующих сосудах при интен­сивности вертикальной вибрации Лш2 > g, т. о. при движениях с отрывом, является сопротивление воздуха (его фильтрация сквозь слой частиц) [236, 241, 242]. Если отдельная крупная частица или достаточно тонкий слой крупных частиц материала может нахо­диться при Л со2 > 3,7g в состоянии отрыва от дна сосуда в тече­ние промежутков времени, больших периода колебаний Т = 2л/со, то для достаточпо толстого слоя эти промежутки пе превышают периода колебаний. Перепады давлепия воздуха на высоте слоя материала могут на порядок превосходить атмосферное давление.

О поведении сыпучей среды в вибрирующих сосудах

5 в

г

д в

О поведении сыпучей среды в вибрирующих сосудах

Рис. 6.6. В отличие от жидкости, в сообщающихся сосудах с сыпучей средой при асимметрии системы или вибрации устанавливаются раз­личные уровни свободной поверхности: а) неподвижные сосуды —

возможно бесконечное число положений равновесия среды (например, положения 1, 2, з); б) симметричная вибрация симметричной системы — «нормальный» случай; в) симметричная вибрация симметричной систе­мы— особый случай (состояние 1 при одинаковых уровнях неустойчиво или устойчиво при малых возмущениях; в зависимости от начальных условий могут устанавливаться состояния 2 или з); г) симметричная вибрация сосудов со скошенным дном; 9) симметричная вибрация со­судов с различными площадями поперечных сечений (при различных частотах могут устанавливаться различные состояния 1 или 2); е) асим­метричная вибрация симметричной системы (вибробуш. еризация)

причем в двух взаимно симметричных состояпиях 2 и 3 уровни различны. Это связано с неустойчивостью (нли устойчивостью лишь при достаточно малых возмуще­ниях) состояния 1 с одинаковыми уровнями. Какое из двух (или трех) состояний 1—3 установится в действи­тельности, зависит от пачальпых условий движения (о возможности такой ситуации говорилось в подразделе 4.2 (см. рис. 4.1, а, VI). Что касается случая, представленно­го на рпс. 6.6, е, то он соответствует эффекту вибробун - керизации, рассмотренному в п. 4.3.2. Заметим, что су­щественная для приложений величина перепада уровней зависит как от геометрических параметров системы, в том числе от размеров переходных элементов, так и от пара­метров вибрации. Отметим также, что каждое из уст-

Принципиальный п прикладной интерес представляет поведение сыпучей среды в сообщающихся вибрирую­щих сосудах (рнс. 6.6); оно типично для систем с сухим трением. При отсутствии вибрации возможно бескопеч - иое число непрерывно распределенных положений рав­новесия определенного объема материала в сосудах —по­ложений, соответствующих различным уровпям свободной поверхности среды в сосудах (рис. 6.6, а). В случае пол­ной симметрии системы —при одинаковости сосудов и симметричности вибрации относительно вертикали, на­пример при строго горизонтальных или строго вертикаль­ных грамопических колебаниях (рис. 6.5,6),— как пра­вило (но пе всегда, см. ниже), в квазнравновесном со­стоянии устанавливаются одинаковые уровни среды. В случае неодинаковости сосудов (рис. 6.6, г и д) или асимметрии вибрации (рис. 6.6, е) квазиравновесные уровни будут различными. Модель ситуации, соответст­вующей рис. 6.6, г, была теоретически и эксперименталь­но изучена М. И. Лпиовским [61, т. 4], показавшим, что в данном случае важную роль играет паличне воздуш­ной среды (в условиях вакуума уровни оказывались оди­наковыми), н предложившим ряд оригинальных уст­ройств. Модель, отвечающая рис. 6.6, д, предложена и изучена в работе [125]; об использовании соответствую­щего эффекта, обнаруженного В. Ф. Палпловым, говори­лось в п. 4.3.2 (см. рис. 4.9). Примечательно, что, как было установлено экспериментально и объяснено теоре-
тическп, в этом случае при различпых частотах вибрация более высокий уровень среды может установиться в раз­личных сосудах. Еще более любопытно, что при опреде­ленных условиях в совершенно симметричной системе и при симметричной вибрации в сосудах могут установить­ся два пли даже три различных состояния (рпс. 6.6, в),
ройств, изображенных па рис. 6.6, а, в—е, может быть использовано как вибротранспортирующое, если обеспе­чить удаление сыпучей среды из зоны вблизи папболсе высокого уровня устанавливающейся свободной поверх­ности.

Описаппые эффекты убедительно свидетельствуют о том, что вибрация не просто приводит к псовдоожшкепию сыпучей среды, но вызывает также появление вибрацион­ных сил. С позиции наблюдателя V именно эти силы приводят к несправедливости в данном случае закона сообщающихся сосудов для жидкостей. Не справедливо в данном случае и утверждение, что положения устой­чивого равновесия системы соответствуют минимуму по­тенциальной энергии силы тяжести: при различных уров­нях среды в сообщающихся сосудах центр масс распола­гается выше, чем при одинаковых. (Об ошибочности так называемой потенциальной теории по отношению к изу­чаемым системам см. также раздел 7 и рис. 7.3.)

ЧТО МОЖЕТ ВИБРАЦИЯ?

Технические приложения обобщенного принципа автобалапсировки

13.2.1. Групповые фундаменты под неуравновешенные машины. В последние годы все большее распространение получают единые (групповые) фундаменты под несколь­ко однотипных неуравповешепных машин, которые жест­ко связаны с фупдаментом и приводятся от двигателей …

Об асинхронном подавлении и возбуждении автоколебаний

В пастоящем разделе нельзя пе сказать о двух важных цели­ной них явлениях — явлении асинхронного подавления и асин­хронного возбуждения автоколебаний [4, 136]. В первом случае автоколебательная система определенного ви­да, генерирующая …

ВИБРАЦИЯ РАСШАТЫВАЕТ КОНСТРУКЦИИ II ВЫЗЫВАЕТ НЕПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ ЭНЕРГОЗАТРАТЫ

В машинах часто встречаются разъемные соединения деталей, относительная неподвижность которых обеспечи­вается в расчете на силы сухого трения. К их числу отно­сятся разнообразные резьбовые соединения, соединения, обеспечиваемые посадками с натягом, и …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.