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

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).

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-

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.