Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследований 9
1.1. Предпосылки исследований процесса классификации трудногрохотимого материала на вибрационных грохотах 9
1.2. Промышленно используемые технические меры повышения эффективности грохочения трудных зёрен 10
1.3. Сравнительный анализ конструкций вибрационных грохотов применяемых для разделения трудногрохотимых материалов 15
1.4. Краткая классификация вибрационного привода грохотов 16
1.5. Выводы и постановка задач исследований 20
Глава 2. Анализ процесса грохочения и исследования режимных параметров грохотов тяжелого типа с самосинхронизирующимися вибровозбудителями 24
2.1. Влияние режимных параметров вибрационного грохота на показатель его работы - относительное ускорение (критерий Фруда) 24
2.2. Влияние диффузии и сегрегации на процессы грохочения 27
2.3. Исследование рабочих параметров 29
2.4. Выбор некоторых параметров тяжёлых грохотов с самосинхронизирующимися вибровозбудителями 33
2.5. Производительность вибрационного грохота 40
2.6. Выводы 43
Глава 3. Теоретические исследования самосинхронизации дебалансных вибровозбудителей вибрационных грохотов 45
3.1 Условия самосинхронизации 45
3.2. Влияние массы обрабатываемого материала на самосинхронизацию и стабильность работы грохота 47
3.3. Вибрационное поддержание вращения дебалансов вибровозбудителей 55
3.4. Выводы 60
Глава 4. Экспериментальные исследования колебаний вибромашин с самосинхронизирующимися вибраторами и рабочих процессов разделения трудногрохотимых материалов 62
4.1. Устройство и описание вибрационного стенда 62
4.2. Методика проведения экспериментальных исследований 66
4.2.1. Измерительная аппаратура. Датчики, их расположение и схемы подключения 66
4.2.2. Обработка экспериментальных данных 70
4.3 Результаты экспериментальных исследований самосинхронизации вибровозбудителей 76
4.3.1 Экспериментальные исследования вибрационного поддержания вращения дебалансов вибровозбудителей 77
4.4 Результаты исследования влияния активной массы материала на самосинхронизацию дебалансных вибровозбудителей 84
4.5 Результаты экспериментальных исследований процессов разделения трудногрохотимых зёрен материалов 87
4.5.1 Классификация "трудных" и "затрудняющих" зёрен идеально круглой формы 87
4.5 Выводы 95
Глава 5. Обобщение результатов исследований 98
5.1 Определение траекторий колебаний короба грохота с двумя самосинхронизирующимися вибровозбудителями с учётом угла рассогласования фаз их вращения 98
5.2 Результаты экспериментальных исследований разделения трудногрохотимого гравия 107
5.3 Совершенствование конструкции вибрационного грохота 111
5.4 Технико-экономическая эффективность использования грохота с пространственным возбуждением просеивающей поверхности 113
5.5 Выводы 115
Заключение 117
Принятые обозначения 120
Литература
- Промышленно используемые технические меры повышения эффективности грохочения трудных зёрен
- Влияние диффузии и сегрегации на процессы грохочения
- Вибрационное поддержание вращения дебалансов вибровозбудителей
- Экспериментальные исследования вибрационного поддержания вращения дебалансов вибровозбудителей
Введение к работе
Актуальность работы. Процессы переработки минерального сырья в значительной степени определяют качество и конечную стоимость получаемых из него продуктов. Растущие требования к их качеству диктуют необходимость повышения уровня технологических процессов и технологического оборудования, повышения его эффективности. Наряду с повышением качества продукции, важнейшим требованием остается снижение удельных энергозатрат на эти процессы при повышении производительности. При переработке минерального сырья в технологических линиях широко применяются вибрационные машины. Их значимость постоянно увеличивается в связи с тем, что они, по сравнению с другими типами перерабатывающих машин, обеспечивают более высокую эффективность и более низкую энергоемкость рабочих процессов.
Важное место при переработке полезных ископаемых и их обогащении занимает процесс классификации минерального сырья на вибрационных грохотах.
Одним из важных факторов, влияющих на эффективность и качество разделения, при вибрационном грохочении является наличие в исходном сырье "трудных" и "затрудняющих" зёрен. Материалы, содержащие значительную долю таких зёрен, принято относить к трудногрохотимым. Процесс классификации трудногрохотимого минерального сырья может приводить к замельчению верхнего продукта, недоизвлечению мелкой фракции, а в некоторых случаях и к ухудшению качества или потере ценного сырья. При разделении трудногрохотимого сырья ни фракции снижается эффективность вибрационного грохочения и растут экономические затраты на процессы переработки.
Проблема улучшения качества фракций, получаемых из трудногрохотимого минерального сырья при его переработке, приобрела в настоящее время важное значение. Поэтому повышение эффективности вибрационных грохотов (с самосинхронизирующимися вибровозбудителями) для классификации трудногрохотимого минерального сырья является актуальной научной задачей.
Цель работы. Повышение эффективности вибрационных грохотов (с самосинхронизирующимися вибровозбудителями) для классификации трудногрохотимого минерального сырья на основе обоснований режимных и других параметров грохота и условий самосинхронизации его дебалансных вибровозбудителей.
Идея работы. Повышение эффективности вибрационного грохота для классификации трудногрохотимого минерального сырья достигается,
дополнительными к продольным, поперечными перемещениями зерен сырья
по просеивающей поверхности, что повышает эффективность классификации
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
1. Эффективность классификации трудногрохотимого минерального сырья
повышается при совмещении движения его зерен по просеивающей
поверхности в продольном и поперечном направлениях, т.е. по
зигзагообразным траекториям. При этом увеличивается длина пути
прохождения зерен по просеивающей поверхности и более эффективно
используется площадь сита по его длине. Совмещение продольных и
поперечных движений классифицируемого материала по просеивающей
поверхности может быть реализовано размещением на грохоте по
диагональной схеме самосинхронизирующихся дебалансных
вибровозбудителей, генерирующих пространственные колебания сита,
складывающиеся из плоских прямолинейных и поворотных горизонтальных.
2. При пространственных колебаниях сита грохота с диагональным
размещением самосинхронизирующихся вибровозбудителей на первой
(начальной) трети просеивающей поверхности повышается сегрегация
классифицируемого сырья и увеличивается его продольная скорость
движения. На последней трети поверхности скорость сырья замедляется и
растет возвратное движение его зерен. Таким образом, при пространственных
колебаниях достигается более равномерное распределение
классифицируемого материала по площади просеивающей поверхности и
повышается эффективность ее использования.
3. Эффективность грохочения щебня с высоким содержанием «граничных»
зёрен растёт с увеличением относительного ускорения сита К (критерия
Фруда) и достигает максимального значения при К = 7 как ПРИ диагональном
расположении дебалансов вибровозбудителей, генерирующих
пространственные колебания сита, так и при возбуждении плоских колебаний
круговой траектории. Однако в первом случае эффективность грохочения
выше и при содержании в гравии зёрен «граничной» крупности 65 % и
К = 7 составляла до 99 %.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована:
использованием методов математического моделирования, методов статистической обработки экспериментальных и эксплуатационных данных, использованием современного вычислительного оборудования и компьютерного программного обеспечения, применением современной виброизмерительной и регистрирующей аппаратуры;
достаточным объёмом лабораторных экспериментов, обеспечивающих 2
удовлетворительную сходимость результатов теоретических и экспериментальных данных, расхождение между которыми не превышает 10-15%;
- корректностью сделанных допущений при формулировке граничных
математических условий.
Научное значение работы заключается в:
обосновании повышения эффективности просеивания частиц «граничной» крупности для вибрационных грохотов, обеспечивающих поперечное и продольное перемещение материала по ситу;
установлении зависимостей эффективности грохочения по нижнему классу от режимных и других параметров вибрационного грохота;
обобщении граничных математических условий самосинхронизации дебалансных вибровозбудителей и определении траекторий колебаний рабочего органа вибромашин с учётом угла рассогласования фаз вращения дебалансов вибровозбудителей;
разработке экспериментального стенда, оборудованного современной измерительной аппаратурой с использованием ПЭВМ, алгоритма компьютерной обработки полигармонических и шумовых сигналов на основе прямого и обратного преобразования Фурье и с применением функций высоко-и низкочастотных фильтров Баттерворда, метода экспериментального определения угла рассогласования фаз вращения дебалансов вибровозбудителей.
Практическое значение представленной работы состоит в:
разработке предложений и рекомендаций по повышению эффективности вибрационных грохотов с самосинхронизирующимися дебалансными вибровозбудителями, в частности оригинальной схемы вибрационного грохота, на рабочей поверхности которого происходит продольное и поперечное перемещение материала, что улучшает использование площади сита по его длине;
разработке программного обеспечения для моделирования влияния угла рассогласования фаз вращения дебалансов вибровозбудителей на траекторию амплитуд колебаний рабочего органа вибрационного грохота, что позволяет уточнить эксплутационные параметры вибрационной машины;
- определении областей применения и способов совершенствования
вибрационных грохотов для классификации трудногрохотимых материалов.
Реализация рекомендаций и выводов работы. Разработанные предложения и рекомендации по повышению эффективности вибрационных грохотов с самосинхронизирующимися дебалансными вибровозбудителями для классификации трудногрохотимых фракций минерального сырья, экспериментальный метод определения угла рассогласования фаз вращения
дебалансов вибровозбудителей, пакет программ для определения траекторий амплитуд колебаний короба грохота, учитывающий угол рассогласования фаз вращения дебалансов вибровозбудителей, приняты для использования при проектировании вибрационных грохотов ФГУП "ВНИПИИстромсырье", а также в учебном процессе при выполнении лабораторных работ по специальностям МОП и ГМО.
Апробация работы. Основные положения и содержание работы доложены и обсуждены: на международных научных симпозиумах "Неделя Горняка" - в 2004,2005,2006 гг. (Москва, МГГУ); на Московском межвузовском семинаре студентов и молодых учёных «Экологическая безопасность и устойчивое развитие» - в 2004 г. (Москва, МГГУ).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 5 научных статей.
Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, включает 124 рисунка, 7 таблиц, список литературы из 169 наименований, 6 приложений.
Промышленно используемые технические меры повышения эффективности грохочения трудных зёрен
Классификации трудно грохотимого материала посвящено большое количество работ и разработано множество конструкций вибрационных грохотов и практических методов по их модернизации, как у нас, так и за рубежом, что способствует в основном увеличению значения вероятности прохождения частиц, через просеивающую поверхность, обеспечивая тем самым высокую эффективность процесса разделения материала на фракции. Эффект от применения комплекса отдельных технических мер и дополнительных устройств для повышения эффективности разделения трудногрохотимых материалов на вибрационных грохотах можно разделить на: повышение эффективности прохождения частиц сквозь сито и снижение забиваемости ячеек сита зёрнами граничной крупности.
Одним из направлений повышения эффективности вибрационных грохотов является применение новых типов просеивающих поверхностей, новых материалов для сит и другая их модернизация: применение сит с ячейками удлиненной формы является эффективным для разделения материалов с высоким содержанием частиц критической формы. Поперечное сечение проволоки сита круглой или трапециидальной формы является наиболее оптимальным, т.к. минимизируется число и площадь контактов трения между частицей и ячейкой сита [102,106,112,151]; ступенчатое [каскадное] расположение элементов просеивающей поверхности способствует перемешиванию грохотимого продукта и снижению сопротивления прохождения подрешетного продукта сквозь ячейки сита [42,146]; упругие колебания консольных "пальцев" сита, выполненных из износостойкой пружинной стали и относительное перемещение их, друг относительно друга позволяет достигать большой производительности грохота и не даёт забиваться ситу даже при грохочении на нём трудногрохотимых, глинистых и влажных фракций материла [42,103,112,149,152]; увеличение наклона просеивающей поверхности способствует увеличению пропускной способности грохота увеличивая тем самым его производительность [141, 147], а для повышения эффективности разделения материалов с повышенным содержанием частиц граничной крупности наряду с повышением производительности целесообразно обеспечить разный наклон участков просеивающей поверхности - грохот с просеивающей поверхностью типа «банан», где масса материала подаваемого на грохот может быть увеличена в 3-4 раза по сравнению с обычными грохотами [110,151]; просеивающие поверхности с приводом особой конструкции типа Trisomat [110, 151], Liwell [105, 165], biviEC [152, 165] колеблются с пиками ускорений до 50д, что позволяет с высокой эффективностью просеивать трудногрохотимые материалы [152].
Важным является выбор необходимого типа возбуждения просеивающей поверхности, определяющегося типом привода: вращающийся вектор ускорения сита на вибрационных грохотах с круговой или эллиптической траекторией колебания просеивающей поверхности позволяет значительно снизить закупоривание ячеек сита граничными зёрнами материала [43,100,106,124,133,149-153]; возбуждение круговой траекторией колебаний просеивающей поверхности через короба грохота практически не осуществляет транспортирование материала, поэтому материал на таких грохотах транспортируется под действием силы тяжести, что требует большого наклона сита. Вибрационный грохот с эллиптической траекторией колебаний работает с горизонтальной или слабонаклонной просеивающей поверхностью, а его пропускная способность в сравнении с вибрационными грохотами с круговой и линейной траекторией колебаний находится в соотношении 125:100:75 [101, 130,142,169]; спектр производимых в мире вибрационных грохотов с линейной траекторией колебаний является наиболее широким. Практически все ведущие фирмы имеют в модельном ряду такие грохота. Неоспоримые достоинства линейной траектории колебаний это горизонтальное расположение сита и однородное по площади сита поле колебаний даже для грохотов большой производительности [95-110,112,131, 135,141,151,167]; грохота с непосредственным возбуждением просеивающей поверхности электромагнитными или дебалансными вибровозбудителями обладают такими достоинствами, как точность разделения и высокая пропускная способность, равномерное распределение колебаний по всей просеивающей поверхности грохота. Большие значения ускорений сита способствуют его очистке [38, 112, 134,156, 157]; перспективным средством повышения эффективности просеивания трудногрохотимого сырья является создание пространственных колебаний короба грохота [56], комбинация непосредственного возбуждения сита и возбуждения короба грохота, создание на сите многочастотного поля колебаний и другие способы позволяющие интенсифицировать процесс грохочения [145].
Существенный научный и практический интерес представляют исследования, направленные на изучение возможности использования с целью эффективного разделения трудногрохотимых материалов грохота с пространственным возбуждением просеивающей поверхности. Использование вибрационного дебалансного самосинхронизирующегося привода позволяет создать достаточно простую конструкцию грохота, обладающую целым рядом положительных качеств: малой энергоёмкостью, сложным характером движения просеивающей поверхности, способствующим интенсификации процесса самоочистки сита, применением в качестве вибрационного привода простых в использовании мотор-вибраторов.
В соответствии с поставленной в работе целью были сформулированы следующие основные задачи исследований: на основании анализа результатов исследований и разработок выявить перспективные технические меры, обеспечивающие повышение эффективности вибрационных грохотов для классификации трудногрохотимого минерального сырья; разработать методику экспериментальных исследований и создать экспериментальный стенд, моделирующий вибрационный грохот с самосинхронизирующимися дебалансными вибровозбудителями; провести экспериментальные исследования по разделению минерального сырья с повышенным содержанием доли трудногрохотимои фракции и установить зависимости показателя эффективности грохочения от основных влияющих факторов и параметров; обосновать необходимые граничные условия самосинхронизации дебалансных вибровозбудителей вибрационного привода грохота для определения траекторий его колебаний с учётом угла рассогласования фаз вращения дебалансов вибровозбудителей;
Влияние диффузии и сегрегации на процессы грохочения
Динамическая схема вибрационного грохота это его идеализация в виде совокупности твердых или упругих тел, обладающих массами (моментами инерции), соединенных невесомыми упругими элементами и кинематическими направляющими так же, как и в реальной машине. При этом под действием вынуждающих сил, тела динамической схемы совершают колебания, достаточно точно совпадающие с колебаниями реальной машины.
Основное требование к динамической схеме грохота - обеспечение необходимого, выбранного, из условий оптимального протекания технологических процессов, закона колебаний одной из масс, являющейся ее рабочим органом [1, 27,34,43]. При этом динамическая схема должна обеспечить и требуемый уровень основных эксплуатационных свойств вибрационного грохота, а именно: стабильности, коэффициента усиления вынуждающей силы и уравновешенности. Одномассные машины с динамическим приводом (таблица 2.1 [43], схема 1.), при работе на зарезонансном участке амплитудно-частотной характеристики обладают достаточно высокой стабильностью рабочего режима - амплитуда колебаний рабочего органа в этом случае практически не зависит от некоторого небольшого изменения частоты возбуждения (рис. 2.4 а). При мягкой виброизоляции эти машины передают на опоры и фундаменты (или подвески) сравнительно небольшие динамические нагрузки.
Одномассные схемы с электромагнитным приводом (см. табл. 2.1, схема 2.) из-за неуравновешенности практически не получили распространения. Они использованы лишь в единичных образцах машин сравнительно небольших размеров, массы и производительности.
Амплитудно-частотные характеристики рабочего органа вибрационного грохота: а - одномассного; б - двухмасского; в трехмассного (сир - рабочая частота; со0, А.., Хг - частоты собственных колебаний системы) [42]. и 4) позволяет улучшить виброизоляцию, это особенно важно для машин с электромагнитным приводом. Повышение уравновешенности дает возможность использовать резонансный или околорезонансный режим вынуждающей силы.
Введение второй массы в схемы машин в большинстве случаев заметно не влияет на увеличение массы и габаритных размеров всей установки, ее можно использовать как дополнительный рабочий орган или как вспомогательное вибрирующее устройство, питающее, подводящее или, наоборот, отводящее материал и т. п. [43,46, 50].
Довольно широко используются двухмассные схемы с электромагнитным возбуждением (см. табл. 2.1, схема 4). Их достоинства определяются общими достоинствами электромагнитных вибровозбудителей: отсутствием трущихся деталей, достаточно легкими пуском и регулировкой амплитуды колебаний.
В то же время двухмассные системы, работающие в резонансном или околорезонансном режиме, имеют низкую стабильность, что объясняется крутизной их амплитудно-частотной характеристики (см. рисунок 2.4 б). Амплитуда колебаний может варьироваться в процессе эксплуатации как из-за самопроизвольного изменения жесткости упругих элементов между массами, так и из-за неуправляемого изменения массы рабочего органа и воздействия перерабатываемого материала.
В трехмассных машинах, как с инерционным, так и с электромагнитным возбуждением - (см. табл. 2.1, схемы 5 и 6), работающих в межрезонансном режиме (см. рисунок 2.4 в), можно добиться значительного повышения стабильности при одновременном сохранении уравновешенности и высокой, свойственной резонансным машинам эффективности использования вынуждающей силы, развиваемой приводом, однако такие схемы представляют большую трудность при их расчёте.
В случае применения двух дебалансных вибровозбудителей согласование их вращения можно достичь как принудительной механической синхронизацией -кинематическими связями типа зубчатого зацепления [88], т. е. передачами без проскальзывания, так и путем использования явления самосинхронизации. В последнее десятилетие благодаря развитию соответствующей теории и методов расчета самосинхронизация используется в большом количестве как отечественных, так и зарубежных конструкций [34, 50, 81, 88, 95, 96, 97, 98, 100, 107, 108, 112, 116, 124, 129, 132, 151].
В вибрационных грохотах с дебалансным вибровозбудителем в процессе пуска и остановки возникают интенсивные колебания при примерном совпадении частоты вращения вала дебаланса с частотами свободных колебаний системы на виброизолирующих упругих опорах, т. е. при прохождении через резонанс. Амплитуды колебаний при этом могут в несколько раз превосходить амплитуды рабочего режима. Соответственно возрастают силы, передаваемые через виброизолирующие опоры на строительные конструкции. Возникает опасность прямых соударений машин с опорными, ограждающими, питающими (подводящими материал) и отводящими (принимающими материал) конструкциями. Оценка фактических амплитуд колебаний при прохождении через резонанс обязательна при расчете и проектировании вибрационных грохотов дебалансными вибровозбудителями. Зависимости между параметрами вибрационного грохота и значениями максимальных амплитуд определены Э.А. Аграновской и приведены на рисунке 2.5 [43]. Они пригодны для отношения частот й)/Я 2,5, где (О- рабочая частота колебаний грохота. Кривая на графике рисунок 2.5.а, представляет собой зависимость безразмерной максимальной амплитуды при пуске /\п = — от безразмерного параметра , ji , где Ln - пусковой вращающий момент на валу вибровозбудителя 2П - максимальная амплитуда вертикальных перемещений центра тяжести грохота при пуске; 2те - суммарный статический момент массы дебалансов; М- масса колеблющихся частей грохота; \д - приведенный к валу вибровозбудителя момент инерции вращающихся частей привода; Я - частота собственных колебаний грохота на упругих виброизолирующих элементах.
Вибрационное поддержание вращения дебалансов вибровозбудителей
Для изучения влияния конструктивных и режимных параметров вибрационных машин с двумя самосинхронизирующимися дебалансными вибровозбудителями, а именно вибрационного грохота и вибрационной мельницы, в МГГУ на кафедре ГМТ был спроектирован и изготовлен экспериментальный стенд со сменным рабочим оборудованием (см. приложение Г - "Чертежи вибрационного стенда").
Экспериментальный стенд (рисунки 4.1 и 4.2) состоял из неподвижной стальной рамы 77, размером 400x400x600, к которой на четырёх мягких цилиндрических пружинах 3 был подвешен жесткий вибрирующий орган (несущая жесткая рама б). Жесткость базовых пружин была выбрана настолько малой, что частота со0 собственных колебаний вибрирующего органа не превышала 1/8 от угловой скорости вращения дебалансов вибровозбудителей со. В процессе экспериментов, устанавливались также и пружины более большей жёсткости. Дебалансные вибровозбудители 2 приводились во вращение от электродвигателей 1, установленных на рабочем органе: тип электродвигателей - асинхронный, ДАО-А № 10; СТУ 102 № 146-61. Номинальная мощность каждого двигателя 180 Вт; фактическая частота вращения их роторов: 1486 об/мин и 1494 об/мин соответственно. Синхронная частота вращения дебалансов закрепленных на роторах составляла от 1490 об/мин до 1495 об/мин, в зависимости от массы дебалансных грузов; масса каждого электродвигателя - 7,6 кг. Двигатели соединялись между собою жёсткой связью 6, образуя жёсткий блок (вибрирующий орган) массой 18 кг (без массы рабочего оборудования). Рабочее оборудование стенда: короб грохота с ситом или барабан мельницы с загрузкой (стальные шары). Жесткость вибрирующего органа была достаточной, чтобы исключить возможность возникновения в нём существенных упругих колебаний. На валу каждого электродвигателя крепились сменные дебалансные грузы. Масса каждого из дебалансных грузов могла варьироваться в пределах от 0,01 до 1 кг, тем самым можно было изменять их статические моменты в широких пределах. Эксцентриситет дебалансов составлял 22 мм. Наибольшее значение возмущающей силы, развиваемой одним дебалансным вибровозбудителем, при синхронной частоте вращения, достигал 430 Н. Оси дебалансных вибровозбудителей располагались в одной плоскости и были равноудалены от центра на расстояние г. Дебалансы вибровозбудителей не были связаны между собой кинематически, а привода дебалансов (электродвигатели) не были связаны между собой электрически. Синхронно-синфазное или синхронно-противофазное вращение дебалансов происходило вследствие явления их самосинхронизации.
На рисунке 4.1 показана схема экспериментального стенда-грохота. К его жёсткому вибрирующему органу крепился короб грохота 4, с просеивающей поверхностью 5. В качестве просеивающей поверхности было использовано плетёное металлическое сито с квадратными ячейками размером 6x6 мм. Натяжение сита грохота осуществлялось с помощью натяжных винтов. Для предотвращения выброса материала за пределы короба грохота и удобства наблюдения за ходом процесса его разделения короб грохота перекрывался съёмным перекрытием из оргстекла. Исходный материал поступал на сито из бункера 8 ёмкостью 4дм3.
На рисунке 4.2 представлен общий вид стенда с помольной камерой. Камера монтировалась по центру на жестком вибрирующем органе. Помольная камера состояла из трубы 8, с внутренним диаметром 150 мм, внутренний объём составлял 5,5 литра. Торцевые крышки 9 помольной камеры были выполнены из оргстекла. Загрузку 10 в процессе опытов можно было наблюдать как визуально, так и вести видеозапись. Процесс помола в барабане вибрационной мельницы мог осуществляться как в газовой, так и в жидкой среде. Для нормальной работы мельницы при помоле материала в жидкой среде, герметичность обеспечивалась мягкими резиновыми прокладками, установленными между крышками и барабаном. Для загрузки и выгрузки материала, сверху и снизу барабана имелись отверстия, закрывавшиеся винтовыми пробками.
Электродвигатель с закреплённым на его валу дебалансом {вибровозбудитель) мог крепиться на специальной платформе 1 (рисунок 4.3), которая соединяла вибровозбудитель с рабочим органом через подшипниковый узел 2. Крепление было выполнено таким образом, что, возможно было обеспечить как свободное вращение вибровозбудителя вокруг своей вертикальной оси на подшипниковом узле 2, так и фиксировать вибровозбудитель под определённым углом О (рисунок 4.4). Возможность такого крепления вибровозбудителей на стенде позволили провести исследования влияния на рабочие процессы грохочения, различных, наиболее характерных схем размещения на грохоте самосинхронизирующихся вибровозбудителей, при разных углах -д их наклона к поперчной оси грохота 00г На рисунке 4.4а показано диагональное расположение дебалансов 0е & 90 . На рисунке 4.46 показано диагональное расположение дебалансов с углом отличным от нуля. При таком расположении дебалансов (рисунки 4.4а и 4.46) происходит синхронно-синфазное вращение дебалансов как в одну, так и в противоположные стороны, что обеспечивает пространственные колебания рабочего органа заданной траектории. На рисунке 4.4в показана схема с расположением дебалансов вибровозбудителей на одной стороне. Значение угла находилось в пределах Ot & 180\ & 90
Экспериментальные исследования вибрационного поддержания вращения дебалансов вибровозбудителей
Определена эффективность использования площади просеивающей поверхности по её длине при вибрационном грохочении сырья из зёрен круглой формы «граничной» крупности с содержанием «трудных» и «затрудняющих» зёрен в соотношении 0,5+0,5. При диагональном расположении дебалансов самосинхронизирующихся вибровозбудителей, генерирующих пространственные колебания, увеличивается скорость прохождения материала в питании, где улучшается его сегрегация. Скорость прохождения материала в последней трети сита замедляется, а число точек возврата зерен больше примерно на 20%, чем при возбуждении плоских поступательных колебаний круговой траектории. В первом случае соотношение использования площади просеивающей поверхности сита не может быть использована рационально из-за отсутствия там монослоя зерен материала.
Обобщение результатов исследований 5.1 Определение траекторий колебаний короба грохота с двумя самосинхронизирующимися вибровозбудителями с учётом угла рассогласования фаз вращения их дебалансов
Основным требованием к колебательной системе для достижения синхронного вращения двух дебалансных вибровозбудителей является обеспечение одинаковой угловой скорости их вращения. Однако при работе привода из двух самосинхронизирующихся дебалансных вибровозбудителей неизбежно возникает определённый постоянный сдвиг фаз вращения дебалансов вибраторов, который неизбежно искажает траектории колебаний рабочего органа машины. Искажение траектории колебаний, например короба грохота, может негативно повлиять на эксплутационные параметры машины. Определить фактический сдвиг фаз можно лишь экспериментальным путём. В главе № 4 предложен экспериментальный метод его определения. Для определения фактических траекторий колебаний рабочего органа необходима программа, позволяющая научно-техническим работникам, занимающимся пуском, наладкой и эксплуатацией вибрационных машин её рассчитывать, исходя из реального значения сдвига фаз вращения дебалансных вибровозбудителей. Для разработанной программы обобщены результаты некоторых известных математических выкладок [1, 34, 40,132].
Модель (схема рисунок 5.1) включает в себя, два дебалансных вибровозбудителя одинаковой массы дебалансных грузов т и эксцентриситетом є, которые смонтированы на жёсткой раме массой Мгр. Фазовый угол вращения дебалансов вибровозбудителей обозначен через р, и р2. Направление движения вибровозбудителей в соответствии с формой колебаний рамы может, осуществляется как в одну и туже, так и в противоположные стороны. Координатная система, описывающая колебания всей системы проходит через центр масс О. Горизонтальная ось, проходящая через центры вращения дебалансов вибровозбудителей, не совпадает с центром масс колебательной системы О и удалена от неё на расстояние Ь. Расстояние от оси у проходящей через центр масс О до центров вращения дебалансов вибровозбудителей одинаково и
Динамическая схема вибрационной машины с двумя самосинхронизирующимися колебательные дебалансными вибровозбудителями. обозначено через а. Момент инерции колебательной системы отнесён коси z и обозначен через угол поворота гр. При условии, что колебательная система работает далеко в зарезонансном режиме принято допущение, что жёсткость виброизолирующих пружин Сгр не оказывает значительного влияния на процессы, происходящие в системе. Для обычных консервативных механических систем лагранжева функция представляет собой разность кинетической и потенциальной энергий L-E-U [1]. Для рассмотрения колебательной системы воспользуемся принципом Гамильтона. Jf- U)dt = Minimum где, Е кинетическая энергия, U - потенциальная энергия. Примем допущения, что U=0. Тогда кинетическую энергию системы можно выразить через часть энергии от поступательных колебаний центра масс системы Еп и часть кинетической энергии поворотных движений колебательной системы вокруг оси z - Ев
Подставив первую производную уравнений 5.9 и 5.10 в уравнение 5.3, определим составляющую кинетической энергии поступательного движения системы, а для определения составляющей кинетической энергии поворотных движений системы воспользуемся уравнением 5.6:
Искажение траекторий колебаний центра масс при увеличении угла рассогласования фаз вращения. Увеличение запаса по устойчивости самосинхронизации достигается при увеличении расстояний а и Ь. Искажение траекторий колебаний центра масс при увеличении угла рассогласования фаз вращения дебалансов вибровозбудителей показано на рисунке 5.2.
Движение колебательной системы изображённой на рисунке 1 в случае вращения дебалансов вибраторов в одинаковых направлениях можно описать системой уравнений:
Решение, при котором угол рассогласования фаз вращения Ар допускает синфазную синхронизацию и колебания рабочего органа с траекторией близкой к круговой, определяется из уравнения 5.30. В случае, когда угол рассогласования равен Ар = Ар Л-ж, осуществляется противофазная синхронизация и поворотные колебания вокруг оси z. Если определить функцию угла рассогласования в уравнении 5.30 через граничные условия 5.32, тогда определяется угол рассогласования фаз вращения Ар:
Особый интерес для практического использования представляет определение траектории колебаний в точках, не совпадающих с центром масс системы. После ряда преобразований известных формул получим трансформированные уравнения движения по осям х и у, описывающие траектории в заданных координатах х.) и у. [34,128]
