Строительные машины и оборудование
Основы теории работы вибрационных машин
В вибрационных машинах наибольшее применение получили два способа возбуждения механических колебаний — силовое и кинематическое.
Силовое возбуждение осуществляется внешними переменными силами Ft (Н) или моментами Mt (Н-м), которые приложены к инерционным элементам системы, а сами силы (моменты) создаются различными типами центробежных вибровозбудителей за
Рис. 18.3. Виды механических колебаний |
Счет вращения неуравновешенных элементов.
Кинематическое возбуждение осуществляется сообщением извне рабочему органу вибромашины различных по виду колебаний за счет применения кривошипно-шатунного, эксцентрикового и других механизмов.
Механические колебания классифицируются по виду и характеру движения рабочего органа. По виду движения механические колебания различаются на колебательные, угловые, циркулярные и смешанные. Колебательными прямолинейно направленными называют колебания, когда рабочий орган совершает возвратно - поступательное движение вдоль прямой. Различают 3 направления движения рабочего органа: под углом к горизонту, в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рис. 18.3,а).
Угловыми (поворотными) называют такие колебания рабочего органа, когда он совершает возвратно-поступательное движение относительно оси. Различают два вида угловых колебаний: относительно горизонтальной и вертикальной осей (рис. 18.3,6). При циркуляционных колебаниях рабочий орган вибромашин совершает перемещение в одном направлении по замкнутой кривой (рис. 18.3,в). Смешанные колебания характеризуются тем, что рабочий орган совершает одновременно колебательное и циркуляционное движение: прямолинейное и круговое или угловое и круговое (рис. 18.3,г). Смешанные колебания позволяют повысить эффективность вибромашины.
По характеру движения рабочего органа механические колебания различаются на две группы: вибрационные и ударно-вибра - ционные. Вибрационные колебания подразделяются на синусо - 200 идальные (моногармоничёские) и двухчастотные (бигармониче - ские). Последние применения в вибромашинах не получили.
При синусоидальных колебаниях проекция радиуса-вектора на горизонтальную ось описывается равенством:
*=,ACos(-^-f + T)t (18.1)
Где X — координата колеблющейся точки; а—амплитуда колебаний, м; Т — период колебаний, с; t — текущее значение времени, с; Ф — начальная фаза.
Амплитуда колебаний — абсолютная величина наибольшего отклонения от среднего положения при синусоидальных колебаниях. При несинусоидальных колебаниях используют термин «полуразмах колебаний», или пиковое значение колеблющейся точки.
Период колебаний — промежуток времени, после которого движение повторяется. Фаза колебаний — аргумент синусоидальной функции 2nt/T--y, а начальная фаза — значение этого аргумента при t=О, т. е. ф.
Величину, обратную периоду, называют частотой колебаний (Гц): f=l/T.
В вибрационной технике часто пользуются угловой частотой колебаний (с-1)
Со=2:гт/:=2л;/7
С учетом значения со зависимость (18.1) перепишется в виде
X=acos(co*+<p)- (18.2)
Представим эту зависимость в виде циклограммы. Продифференцировав выражение (18.2), получим зависимость виброскорости:
X — — aw sin (arf cp) = aw cos ^wt +-^. (18.3)
Где aco — амплитуда виброскорости.
Сравнивая (18.1) и (18.2), делаем вывод, что виброскорость опережает по фазе перемещение на угол я/2.
Продифференцировав выражение (18.3), получим зависимость виброускорения:
J?=_aco2cos (со^+ф)=асо2 cos (cof+ф + я), (18.4)
Где асо2 — амплитуда виброускорения.
Согласно (18.1)... (18.4), виброускорение опережает по фазе виброскорость на угол я/2 и находится в противофазе с перемещением (рис. 18.4,а).
Двухчастотные колебания
Возбуждаются при сообщении рабочему органу вибромашины двух несинхронных синусоидальных колебаний одного направления, частоты которых относятся как небольшие целые числа, в частности, как небольшое целое число, к единице. Применительно к двух - частотным виброплощадкам отношение высокой частоты (сов) к низкой (юн) принимается равным 2. В этом случае суммарное колебание имеет периодический характер, а его форма зависит от сдвига фаз составляющих {Xi и Х2) (рис. 18.4,6).
Ударно-вибрационные колебания возбуждаются при наложении ограничения на перемещение рабочего органа. Возбуждение может быть силовым от вибровозбудителя и кинематическим от кривошипно-шатунного или другого жесткого привода. В момент соударения рабочего органа с ограничителем происходит резкое увеличение скорости, в результате чего возникают большие ударные ускорения ХУА даже при низкочастотном приводе (рис. 18.4,s).
Рис. 18.4. Осциллограммы: |
А — перемещения, скорости и ускорения гармонических колебаний; б — двухчастотных колебаний; в — ударно-вибрационных колебаний |
Двухчастотные и ударно - вибрационные колебания в значительной степени повышают эффективность процесса уплотнения бетонной смеси. Несимметричный характер движения, когда верхнее (положительное) ускорение больше нижнего (отрицательного) (рис. 18.4,в), как бы подготавливает бетонную смесь к процессу уплотнения: понижает вязкость цементного раствора, уменьшает силы сцепления между частицами заполнителя и вызывает тиксотропное разжижение. Значения этих ускорений должны быть такими, чтобы возникшие силы инерции не разорвали упруговязкие каналы бетонной смеси и не вызвали ее расслоения.
Верхнее же ускорение обеспечивает эффективное сближение час' тиц заполнителя, уплотнение смеси. Силы инерции при этом направлении ускорения направлены вниз к поддону формы, и разрыва упруговязких каналов раствора не происходит.
На рис. 18.5 приведены схемы центробежного возбуждения различных по виду механических одночастотных колебаний. По-
Рис. 18.5. Генерирование механических колебаний |
Лагаем, что дебалансы вращаются равночастотно, а при наличии двух дебалансов и более — синхронно-синфазно.
Для генерирования прямолинейных (направленных) колебаний применяют двухвальный дебалансовый вибровозбудитель с синхронно-синфазным вращением дебалансов (рис. 18.5,а), вызывающий синусоидально направленную вынуждающую силу: FiX= =Fі cos со/.
При наличии п дебалансов вынуждающая сила
Ftx=nF cos (at,
Где F — возмущающая сила дебалансов, Н; а» — угловая частота дебалансов, с-1.
Для генерирования угловых (поворотных) колебаний применяют двухвальный вибровозбудитель, дебалансы которого вращаются противофазно в одном направлении (рис. 18.5,6), вызывающий синусоидально изменяющийся момент относительно оси вращения:
Mlt0=FitXl~Filcos tot, где I — расстояние между дебалансами, м.
При наличии п дебалансов
Mto=nFl cos (at.
Для генерирования круговых колебаний применяют одноваль - ный дебалансовый вибровозбудитель, ось вращения которого размещается в центре масс колеблющейся системы с (рис. 18.5,в), вызывающий круговую вынуждающую силу:
Flx=Fi sin a>t Fly=Fi cos at, . соответственно для n дебалансов
Ftx=nF sin cot; Fty=nFi cos &t.
Для генерирования эллиптических колебаний используют од - аовалъный дебалансный вибровозбудитель со смещением его оси относительно центра масс колеблющейся системы С (рис. 18.5,г) «а расстояние I.
В центре масс системы С при этих колебаниях действуют круговая сила Fa и синусоидальный момент Ма. с: F&=nF, Ма. с= =nFl sin оit.