Совершенствования вибрационного сита отечественного производства СВ-1Л

1 - корпус, 2 - вал с дебалансом, 3 - стаканы, 4 - подшипники, 5 - привод для вращательного движения вала с дебалансом, 6 - самоустанавливающиеся подшипники, 7 - упругие элементы

Рисунок 5 - Дебалансный вибровозбудитель

 

1 - корпус, 2 - вал с дебалансом, 3 - стаканы, 4 - подшипники, 5 - привод для вращательного движения вала с дебалансом, 6 - самоустанавливающиеся подшипники, 8 - привод для вращательного движения стаканов

Рисунок 6 - Дебалансный вибровозбудитель с приводом на стаканы

Патент SU 637169

Вибровозбудитель содержит электродвигатель 1, на приводном валу 2 которого смонтирован дебаланс, выполненый из двух частей: часть 3 закреплена на валу 2, а часть 4 установлена на валу 2 с возможностью поворота. Часть 4 дебаланса имеет замкнутую выемку 5, а в закреплённой части 3 выполнен радиальный паз 6, в котором расположен связывающий обе части дебаланса фиксатор 7, подпружиненный в радиальном направлении пружиной 8. Взаимодействующая с фиксатором 7 поверхность выемки 5 выполнена ступенчатой, ступеньки 9 этой поверхности расположены на различных расстояниях от оси вала 2.

Вибровозбудитель работает следующим образом. Во время пуска вибровозбудителя валу 2 сообщается вращение. На фиксатор 7 действует центробежная сила, которая сжимает пружину 8, перемещая фиксатор 7 в пазу 6, причём расстояние фиксатора от оси вала увеличивается. Фиксатор 7 упирается в одну из ступеней 9 выемки 5, расположенную на расстоянии от центра вращения, определяемом величиной углового ускорения при вращении вала. Дальнешее вращение частей 3 и 4 дебаланса происходит вместе, а возмущающее усилие, создаваемое вибровозбудителем, соответствует величине углового ускорения при сообщении вращения валу 2. При сообщении вращения валу с увеличенным ускорением, фиксатор 7 упирается в ступеньку 9, которая дальше от оси вращения вала. Таким образом, в зависимости от величины углового ускорения при запуске изменяется расположение фиксатора, определяющее величину угла между частями дебаланса, а, следовательно, и возмущающее усилие при запуске.

Представленный дебалансный вибровозбудитель имеет недостатки - сложность конструкции вибровозбудителя и малая надежность, обусловленная как сложностью конструкции, так и малым сроком службы электродвигателя из-за отсутствия системы его охлаждения.

1 - электродвигатель, 2 - приводной вал, 3 - подвижная часть, 4 - подвижная часть, 5 - замкнутая выемка, 6 - радиальный паз, 7 - фиксатор, 8 - пружина, 9 - ступень

Рисунок 7 - Дебалансный вибровозбудитель

 

Патент SU 784945, 05.07.1977

Вибровозбудитель содержит приводной вал 1, жёстко закреплённый дебаланс 2, поворотный дебаланс 3, пружину 4 и копир 5.

Вибровозбудитель работает следующим образом. При вращении приводного вала 1 с ним вместе вращается дебаланс 2. Дебаланс 3 "буксируется" дебалансом 2 с помощью пружины 4. При этом пружина должна иметь горизонтальную моментную характеристику, равную половине номинального момента двигателя. Тогда угловое расстояние между подвижным и неподвижным дебалансами выдерживается автоматически благодаря взаимодействию момента пружины и вибрационного момента сопротивления, косвенно связанного с мощностью.

1- приводной вал, 2 - закреплённый  дебаланс, 3 - поворотный дебаланс, 4 - пружина, 5 - копир

Рисунок 8 - Дебалансный вибровозбудитель

 

Данный дебалансный вибровозбудитель имеет недостатками следующего характера - сложность конструкции и малая надежность из-за отсутствия охлаждения, а также неудовлетворительный линейный закон изменения раздвигающей силы от скорости, что затрудняет переход вибровозбудителя через резонансную зону.

 

 

 

 

 

 

 

Патент RU 2324548, 12.12.2006

На рисунке 9 изображён дебалансный вибровозбудитель.

1 - электродвигатель, 2 - выходной  вал, 3 - неподвижный дебаланс, 4 - подвижный дебаланс, 5 - пружина кручения, 6 - вентилятор, 7 - отвестие,       8 - упор

Рисунок 9 - Дебалансный вибровозбудитель

 

Для достижения технического результата заявляемое изобретение - дебалансный вибровозбудитель содержит электродвигатель, на выходном валу которого установлены неподвижный и подвижный в окружном направлении дебалансы, связанные между собой упругим элементом, причем центры тяжести дебалансов расположены в плоскости, проходящей через ось вращения выходного вала, по разные стороны от последней, между подвижным дебалансом и электродвигателем установлен вентилятор, закрепленный на подвижном дебалансе, а упругий элемент выполнен в виде пружины кручения, концы которой закреплены на дебалансах.

Дебалансный вибровозбудитель содержит электродвигатель 1, на выходном валу 2 которого установлены неподвижный дебаланс 3 и подвижный дебаланс 4 одинаковой массы, соединенные между собой пружиной кручения 5. Между подвижным дебалансом 4 и электродвигателем 1 установлен вентилятор 6, закрепленный на подвижном дебалансе 4 с возможностью их совместного поворота относительно выходного вала 2 и неподвижного дебаланса 3. Для изменения статического момента вибровозбудителя неподвижный дебаланс 3 имеет несколько отверстий 7, в одном из которых устанавливается упор 8, выполненный, например, в виде болта и предназначенный для ограничения углового перемещения подвижного дебаланса 4.

Дебалансный вибровозбудитель работает следующим образом. В исходном положении подвижный дебаланс 4 и неподвижный дебаланс 3, установленные на выходном валу 2 электродвигателя 1, раздвинуты на угол 180°, что обеспечивается пружиной кручения 5. При этом их суммарный статический момент равен нулю, что существенно облегчает процесс пуска дебалансного вибровозбудителя. По мере разгона электродвигателя 1 пропорционально квадрату его угловой скорости увеличивается момент сопротивления вентилятора 6, под действием которого подвижный дебаланс 4, преодолевая восстанавливающую силу пружины кручения 5, начинает поворачиваться в направлении, противоположном направлению вращения выходного вала 2, и при номинальной скорости вращения выходного вала 2 занимает положение, соответствующее заданному значению суммарного статического момента дебалансов, при котором угол раздвига между неподвижным дебалансом 3 и подвижным дебалансом 4 определяется положением упора 8, установленного в одном из отверстий 7, который ограничивает угловое перемещение подвижного дебаланса 4. При торможении электродвигателя 1 момент сопротивления вентилятора 6 уменьшается вследствие уменьшения угловой скорости выходного вала 2, и подвижный дебаланс 4 возвращается в исходное положение, при котором суммарный статический момент дебалансов равен нулю. При необходимости изменения центробежной силы в рабочем режиме в неподвижном состоянии вибровозбудителя меняют положение упора 8.

Вентилятор 6, являясь устройством  для изменения взаимного углового положения дебалансов, одновременно выполняет другую полезную функцию - охлаждает электродвигатель 1.

 

2.1 Модернизация  конструкции

 

Изучив и проанализировав  патенты представленные выше, было принято решение использовать в составе вибрационного сита дебалансный вибровозбудитель, конструкция которого представлена в патенте RU 2464108, так как вибровозбудитель представленный в патенте RU 2324548 имеет хорошие условия пуска, однако в рабочем режиме форма возмущающей силы останется несинусоидальной из-за неравномерного вращения дебаланса. Вибровозбудитель конструкции патента RU 2315669 нуждается в отдельном приводе на вал и в некоторых случаях на стаканы.

Данная конструкция справляется  с поставленной задачей наиболее успешно, чем его аналоги и  прототипы.

Ниже рассмотрен данный патент.

Патент RU 2464108, 01.03.2011

На рисунке 10 представлен дебалансный вибровозбудитель.

Дебалансный вибровозбудитель содержит цилиндрический корпус 1, приводной вал 2 с консольно закрепленным дебалансом 3 и пружину 4, первый конец которой установлен на дебалансе 3 с возможностью вращения. Направляющий элемент 5, выполненный в форме стакана, дно которого вместе со вторым концом пружины закреплено на корпусе 1, например, посредством болтового соединения 6, расстояние от оси вращения до направляющего элемента 5 равно расстоянию от оси вращения до центра тяжести дебаланса 3, пружина 4 установлена внутри направляющего элемента 5, первый конец пружины 4 установлен в точке дебаланса 3, являющейся центром его тяжести.

1 - цилиндрический корпус, 2 - приводной вал, 3 - дебаланс, 4 - пружина, 5 - направляющий элемент, 6 - болтовое соединение

Рисунок 10 - Дебалансный вибровозбудитель

Наиболее простой способ установки конца пружины сжатия 4 на дебалансе 3 - это установка концевого прямолинейного участка пружины 4 внутри, отверстия на дебалансе 3, совмещенного с его центром тяжести. Коэффициент жесткости пружины выбирается исходя из условия, при котором статический момент дебаланса 3 и момент, с которым пружина 4 действует на дебаланс, равны. Внутренние кромки направляющего элемента (стакана) 5 целесообразно выполнить со скосом, что повышает надежность движения витков пружины 4 относительно направляющего элемента 5. В связи с полной компенсацией статического момента дебаланса 3 (что будет показано далее) в исходном состоянии его положение может быть произвольным, например, как показано на рисунке 4 и рисунке 5 в верхнем положении, причем пружина 4 в этом положении не находится под механическим напряжением.

Дебалансный вибровозбудитель работает следующим образом. При вращении вала 2 с жестко закрепленным на нем дебалансом 3 создаваемая его массой инерционная сила воспринимается корпусом 1 и передается виброобъекту. При этом на дебаланс 3 действуют два периодических момента, момент от силы тяжести дебаланса 3 и равный по величине и противоположно направленный момент пружины 4, что обеспечивает равномерность вращения дебаланса 3 и синусоидальную форму кривой возмущающей силы.

Вследствие того что периодический  момент от силы тяжести дебаланса компенсируется периодическим моментом от пружины, в процессе пуска электродвигатель преодолевает только динамический момент от ускоренного движения вращающихся масс. Это существенно облегчает условия запуска, особенно в первый полупериод вращения. Также отличаются условия работы электродвигателя и в диапазоне рабочих скоростей (улучшается форма кривой возмущающей силы).

Таким образом, предлагаемое изобретение - дебалансный вибровозбудитель - обладает, по сравнению с прототипом, полной компенсацией момента от силы тяжести дебаланса и улучшенной формой кривой возмущающей силы.

Поэтому было принято решение  о внедрении в состав вибрационного сита СВ-1Л дебалансного вибровозбудителя описанного в данном патенте, но с небольшими изменениями в конструкции, изображёнными на рисунке 11.

Рисунок 11 - Дебалансный вибровозбудитель

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

 

3.1 Расчёт вала модернизированного дебалансного вибровозбудителя на кручение

 

Так как на концах вала вибровозбудителя насаживаются дебалансы, которые имеют  смещённую массу, вал вибровозбудителя испытывает большие нагрузки на кручение.

Рисунок 12 - Схема рассчитываемого узла

 

Ниже представлены расчёты  вала на кручение по максимальному  моменту в программном комплексе  Ansys, которые позволяют наглядно увидеть распределение нагрузок по всей длине вала.

 

Рисунок 13 – Эквивалентные напряжения вала вибратора

 

Рисунок 14 – Максимальные напряжения сдвига вала вибратора

 

Рисунок 15– Относительные деформации вала вибратора

 

На рисунке 13 изображены эквивалентные напряжения. Из рисунка видно что нагрузки распределены не равномерно и наибольшие эквивалентные напряжения возникают в месте установки подшипников, равные около 130 МПа. В местах установки дебалансов возникают средние напряжения, равные около 60 МПа.

Максимальные напряжения сдвига изображены на рисунке 14. Также как и эквивалентные, наибольшие напряжения сдвига возникают в месте установки подшипников.

Относительные деформации изображены на рисунке 15. Максимальные деформации получает часть вала, на которую непосредственно передаётся крутящий момент и ближе к концам вала она постепенно снижается.

 

3.2 Расчёт вала  дебалансного вибровозбудителя базовой конструкции на кручение

 

Рисунок 16 – Эквивалентные напряжения вала вибратора

 

Рисунок 17 – Максимальные напряжения сдвига вала вибратора

 

Рисунок 18 – Относительные деформации вала вибратора

 

Из рисунков видно, что  вал вибратора модернизированной  конструкции, в месте установки  дебалансов испытывает меньшие напряжения, чем вал базовой конструкции.

Напряжения в месте  установки дебалансов у базовой конструкции составляют примерно 65 МПа, тогда как у модернизированной конструкции около 45 МПа.

 

 

 

 

 

3.3 Проверочный расчет вала дебалансного вибровозбудителя на кручение

 

Рисунок 16 - Схема расчёта вала вибратора вибрационного сита СВ-1Л

 

Опасными сечениями являются сечения A и B, в которых вал имеет наименьшие диаметры, равные 60 мм.