Введение к работе
Актуальность работы обоснована как широким использованием вибрационных устройств в промышленности, так и значительным влиянием колебаний на многие технологические процессы, а также на работу машин и аппаратов.
Необходимость проведения исследований по созданию пневматического пластинчатого вибровозбудителя вызвана проблемами, возникающими при виброперемещении и подаче, например, измельченных пряных смесей, когда требуется отсутствие электростатических полей, низкая частота вибрации малогабаритных устройств, не вызывающая разделения по фракциям компонентов
смесей.
В промышленности, в основном, применяются электромагнитные вибровозбудители. Однако они имеют значительные массы, относительно узкий диапазон частот, требуют для изготовления цветные металлы и специальные стали для магнитопроводов. Также необходима защита от электромагнитных полей и решение сложных вопросов по созданию условий взрывобезопасности.
Пневматические вибровозбудители на основе поршневых и мембранных рабочих органов весьма сложны по устройству и в изготовлении, требуют пульсатора, имеют в наличии пары трения и соответственно износ, как следствие, малый межремонтный срок службы.
Дебалансные пневматические вибровозбудители имеют широкий диапазон по частоте колебаний, но амплитуда колебаний невелика и составляет десятые доли миллиметра.
Этих недостатков, в основном, лишен пневматический автоколебательный пластинчатый вибровозбудитель. Он не требуют цветных и дефицитных материалов, смазки, взрывобезопасен, может работать в широком диапазоне частот, амплитуд и масс грузов.
Идеей для разработки и исследования пневматического автоколебатель-
4 ного пластинчатого вибровозбудителя послужил односторонний поршневой вибровозбудитель. На перспективность исследований указывает широкий диапазон частот (звуковой) от 15 Гц и выше при соответствующих геометрических параметрах. Но амплитуда колебаний поршня не превышает 1 мм, что явно недостаточно для эффективного промышленного применения подобных устройств в качестве вибровозбудителей.
В данном научном направлении другие авторы исследований не проводили. В научно-технической литературе отсутствуют какие-либо методики, математические зависимости или рекомендации по проектированию аналогичных устройств. Поэтому создание и исследование пневматических пластинчатых вибровозбудителей, лишенных отмеченных недостатков, является актуальным. Объектом исследований является новый тип пневматических автоколебательных вибровозбудителей для технологических машин транспортирующих и загрузочных систем.
Предмет исследований представляют закономерности работы пневматического автоколебательного пластинчатого вибровозбудителя в зависимости от размеров упругой пластины, массы присоединенного груза и давления сжатого воздуха с учетом его конструктивных особенностей.
Цель работы заключается в создании пневматического автоколебательного вибровозбудителя нового типа, отличающегося простотой конструкции, путем исследования и обоснования его технических параметров. Задачи исследования.
-
Анализ конструкций пневматических вибровозбудителей и выявление необходимости создания автоколебательного пластинчатого вибровозбудителя.
-
Анализ особенностей возбуждения автоколебаний предложенной конструкции пневматического пластинчатого вибровозбудителя; построение математической модели процесса колебаний упругой пластины.
-
Создание физической модели пневматического пластинчатого вибровозбудителя для проведения экспериментальных исследований с целью провер-
5 ки адекватности математической модели реальным условиям.
4. Разработка методики проектирования пневматического пластинчатого вибровозбудителя по результатам исследования математической модели. Выявление закономерностей по определению размеров упругой пластины и рабочего давления воздуха в зависимости от требуемых частоты, амплитуды колебаний и массы присоединенного груза.
Методы исследований. Теоретические исследования проводились с использованием методов математического моделирования, теоретической механики, теории колебаний, дифференциального исчисления. В целях рационализации и автоматизации вычислений применялась специализированная программа Maple 13.
Экспериментальные исследования проводились с использованием современных моделей измерительного оборудования: инструментального микроскопа, стробоскопа, электронных весов, двухуровнево электроконтактного манометра.
Научная новизна заключается в том, что впервые получены математические зависимости, подтвержденные экспериментально, позволяющие вычислять амплитуду колебаний упругой пластины, работающей в режиме автоколебаний в непрерывном воздушном потоке. При этом учтено переменное влияние действующих на пластину сил, обусловленное изменениями ее положения.
Автор защищает.
-
Математическую модель пневматического автоколебательного пластинчатого вибровозбудителя, учитывающую размеры рабочего органа - упругой пластины, давление воздуха, частоту и амплитуду колебаний, массу присоединенного груза.
-
Зависимости частоты и амплитуды колебаний упругой пластины от ее размеров, материала, масс прикрепляемых грузов и давления непрерывного воздушного потока.
-
Результаты экспериментальных исследований, подтвердившие адек-
6 ватность математической модели, и демонстрирующие работоспособность предложенной конструкции, доказывающие возможность ее практического применения.
4. Методику проектирования пневматического пластинчатого вибровозбудителя по заданным частоте, амплитуде колебаний и присоединенной массе.
Достоверность полученных ;результатов обеспечивается корректностью постановки и формализации задачи, обоснованностью используемых теоретических зависимостей, принятых допущений и ограничений, применением апробированных методов решения и анализа, подтверждением качественным и количественным соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Практическая значимость состоит в том, что создана оригинальная конструкция пневматического автоколебательного пластинчатого вибровозбудителя, защищенная патентом РФ на полезную модель.
Впервые разработана методика проектирования пневматических автоколебательных пластинчатых вибровозбудителей, позволяющая создавать на их основе вибрационные технологические машины различного назначения. В методике используется специализированная вычислительная программа Maple 13, существенно помогающая упростить процесс, повысить качество и снизить сроки выполнения проектных работ.
Реализация результатов работы. Проведенные исследования позволили создать образец для опытного производства НЛП «Вулкан - ТМ». Полученные результаты используются в учебном процессе кафедры ТСП и 1111 ТулГУ при проведении лабораторных и практических работ.
Апробация работы. Основные научные положения диссертации, результаты исследований и разработок докладывались соискателем на международных научно-технических конференциях: «Автоматизация: проблемы и решения (АПИР)» (г. Тула, 2008, 2009, 2010 гг.); на Международной МНТК «XXXTV Гагаринские чтения (г. Москва 2008 г.); на Международной НСК по
7 естественным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (г. Йошкар-Ола, 2009 г.); на Межвузовской СНТК «Инженерная механика и материаловедение» (г. Новомосковск, 2008 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Также получен патент на полезную модель, per. № 99554.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Список использованной литературы включает в себя 98 источников. Общий объем работы составляет 124 страницы. При этом в состав работы входят 59 рисунков и 24 таблицы.