CC BY
6
УДК 621.867.52
А. И. Афанасьев, Е. В. Братыгнн
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛА В ИМПУЛЬСНОМ РЕЗОНАНСНОМ ПИТАТЕЛЕ
Энергоемкость технологического процесса является одним из важнейших показателей эффективности работы вибротранспортной машины (ВТМ).
В большинстве ВТМ источником энергии является электропривод с электрической трансмиссией, потери энергии в которой подробно освещены в литературе. Целью настоящих исследований является определение рациональной величины энергии, которую вырабатывает магнитно-индуктивный импульсный двигатель для стабильной компенсации потерь на демпфирование в элементах конструкции ВТМ и транспортирование материала. Конструкционное демпфирование по данным рагтичных исследований [1,2] зависит от вида деформации (изгиб», кручения), вида материала, термообработки и состазляет 0,5... 10 % (26 = у = 0,0С5...0,1) от потенциальной энергии деформации элементов. Следует отметить, что предлагаемая формула в [2] дает завышенное значение коэффициента демпфирования на резонансной частоте. По нашим исследованиям, уменьшение амплитуды собственных колебаний консольной балки с грузом (упрощенная модель ВТМ) до нуля происходит за 10...20 циклов, что соответствует коэффициенту демпфирования 0,05... 10. Таким образом, эти потери энергии можно учесть при выборе величины импульса, развиваемого двигателем, следующим образом
Fl =ZAy[^. (1)
где ZA - амплитуда резонансных колебаний, м; с - приведенная жесткость подвески рабочего органа (PO), Н/м; т - приведенная масса рабочего органа т^ и транспортируемого материала (т " Шро+ ш,р), кг.
Энергия, вырабатываемая импульсным двигателем для компенсации конструкционного демпфирования, находится из формулы
F2
(2)
2т
Режим транспортирования материала с подбрасыванием используется в большинстве ВТМ. Этот режим имеет существенные недостатки — несогласованность движения РО и материала. Это выражается в том, что вследствие перемешивания материала, его неоднородности, частицы движутся хаотично и при встрече с РО сообщают ему импульс, требующий затрат энергии со стороны двигателя.
В относительно низкочастотных ВТМ с упругим буфером (fo = 5 ... 10 ПО можно получить такой режим движения материала, когда направление его скорости при падении на РО совпадает с направлением скорости последнего. Это наиболее эффективный, так называемый двухфазный с периодом, равным периоду собственных колебаний, режим транспортирования [3], который труднодостижим. Нсли скорости РО и транспортируемой массы в горизонтальной плоскости равны и направлены в одну сторону, то в это же время в вертикальной плоскости они противоположны по направлению. Следовательно, при ударе о РО транспортируемая масса создаст тормозящий импульсы. Если коэффициент восстановления при ударе материала о РО близок к нулю (а это характерно для сыпучей среды), то часть кинетической энергии материала возвращается в систему.
Разность скоростей между PC и материалом в вертикальной плоскости находится из уравнения
•
АУ =-S0+gl] - ZA(acos(n + q>0 + со/), (3)
где 50 - скорость движения материала после отхода РО от упругого буфера; ф0 - угол, при котором РО соприкасается с упругим буфером при его движении вверх; со - угловая частота собственных колебаний ВТМ; 2Л - амплитуда колебаний РО без упругого буфера, м; /| - время, отсчитываемое от момента отрыва РО от упругого буфера до встречи с материалом.
Время встречи РО с материалом (//) находится из трансцендентного уравнения
л
V) ~ 2 ~2Гл®п(п-Фо+®'|>авО. (4>
где 50 - координата материала в момент отхода РО от упругого буфера.
Величина движущего импульса ^ и, соответственно энергия, возвращаемая в систему, находятся из формул
Рг -«фАИ; (5)
р2
(6)
2тф
Величина импульса, необходимая для подъема материала на высоту ZaSinCtpo-Zi), находится из уравнения
^з = V2mn>S(Z¿ sin<Po ~Z\), (7)
где Z, - координата РО при ударе о него материала (ZaS¡n(7i - фо- ü>M).
Если материал на РО скользит только вперед, то импульс силы трения можно определить из уравнения
F4=AK,mrp, (8)
где ЛИ,- разность скоростей между материалом и рабочим органом в горизонтальной плоскости.
Эту скорость в первом приближении можно определить из уравнения
^„»Сф, (9)
tf$
Мощность импульсного двигателя находится из формулы
Р =
F? F22 Fy F? —---— + —i—+ ——
2ti 2m 2m 2m
/о. (10)
где /0 - частота собственных колебаний ВТМ, Гц.
Анализ параметров формулы (10) показывает, что отношение энергии, возвращаемой в систему к расходуемой энергии, может достигать 16 %.
Вывод. Регулированием параметров динамической системы можно определить рациональную величину движущего импульса и снизить энергоемкость транспортируемого материала.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Вибрации в технике / Под ред. К. В. Фролова. Т. 6. М.: Машиностроение, 1981.456 с.
2. Гончаревич И Ф. Динамика вибрационного транспортирования. М.: Наука, 1972. 243 с.
3. Хвингия М. В. Динамика и прочность вибрационных машин с электромагнитным вибровозбудитс-лем. М.: Машиностроение, 1980. 143 с.
