CC BY
34
УДК 621.928.3
ШАМОТА В.П., д.т.н., проф., (ДонГЗТ), ФАЛЬКО О.Л., к.т.н., доц. (ДонГЗТ).
Модершзащя принципу дп в1бромашин з електромагнiтним вiбратором
Модернiзацiя електромагнiтного вiбра-цiйного приводу дозволяе збiльшити ампл^у-ду i зменшити частоту коливань робочого органу вiбромашин, що дозволить поширити використання електромагнiтних приводiв у вiбромашинах завдяки меншiй вартостi, бшь-шш економiчностi та надiйностi порiвняно з шшими типами вiбрацiйних приводiв.
Постановка проблеми 1 н зв'язок 1з найваж-лив1шими науковими та практичними за-вданнями_
В будiвельнiй та шших галузях (зокрема при будiвництвi залiзничних колiй i споруд) використовуються легкi одномаснi вiбрацiйнi машини: вiбрацiйнi сита, грохоти, в хiмiчнiй i в харчовiй галузях використовуються рiзно-манiтнi сепаратори i гранулятори, дозатори, класифiкатори, калiбрувальнi машини, подрь бнювачi, невеликi за довжиною вiброконвее-ри...[1,2] З усiх типiв вiброприводiв для цих вiбромашин електромагнiтнi вiбратори е най-бiльш дешевими, надшними, довговiчними i найбiльш економiчними, мають найменшi га-барити, масу [1,2]. Вони майже не потребують перюдичного обслуговування на вiдмiну вiд шших титв вiброприводiв. Але iстотним недолгом електромагнiтних вiбраторiв е мала ампштуда i висока частота коливань, що об-межуе 1х використання. Тому тдвищення ам-плiтуди ^ особливо, зниження частоти коли-вального процесу робочого органу вiброма-шин з електромагнiтним приводом е актуальною науковою задачею. З п вирiшенням е мо-жливим поширення застосування електромаг-нiтного приводу для багатьох технолопчних процесiв вiбрацiйного транспортування та со-ртування у багатьох галузях, що сприятиме зниженню енерговитрат та конструкцшних матерiалiв. В останш роки було розроблено
способи зниження коливального процесу [3,4] для вiбромашин з електромагштними вiбрато-рами. Розроблений авторами статп спосiб [5] базуеться вш на синтезi попереднiх розробок [3,4] i може бути використаним у будь-якiй галузi для вiбрацiйних машин з електромагнь тними вiбраторами.
Мета статт1
Обгрунтування фiзичного принципу i дослiдження нового способу зниження частоти коливального процесу [3], який дозволяе без змши стандартно! частоти електричного струму у мережi знизити частоту коливань робочого органу будь-яко! вiбромашини з елект-ромагштним приводом в 2 чи 4 рази ^ майже вщповщно, пiдвисити амплiтуду коливань робочого органу.
Здшснюеться пропонований спосiб зни-ження частоти коливального процесу [3] за наступною схемою (рисунок 1). Збудником коливань е однотактний електромагштний вь братор, на статор якого подаеться спрямова-ний (через дiод) напiвперiодний струм з частотою V = 50 Гц.
Нижнш графш на рисунку 1 вщображае коливання сили, I, спрямованого твперюдно-го електромагштного струму з частотою V = 50 Гц (ци^чна частота ш = 100л рад/с). Ни-жня частина цього графiка, що вщповщае вiд'емному значенню I, е заштрихованою, -заштрихованi пiвперiоди коливань сили струму I не юнують через дш дiоду в електрично-му ланцюгу статора. Верхня частина цього графша, що вiдповiдае позитивному значенню I, позначена знаком «+», бо позначеш знаком «+» твперюди сили струму I iснують.
Рисунок 1. - Теоретичш графши коливального процесу
Яюр вiбратора е достатньо масивним i спроможним здшснювати власнi коливання з частотою уяк = 25 Гц (шяк = 50л рад/с), вдвiчi меншою за стандартну частоту електричного струму, що було досягнуто шляхом нескладно! переробки електромагштного вiбратора для встановлення необхщного спiввiдношення коливно! маси якоря тЯК i коефiцiента жор-сткостi його ресор кЯК :
®ЯК =
А
11 ЯК
= 50л
т
(1)
ЯК
Середнiй графiк на рисунку 1 вщображае амплiтуду ,А, коливань якоря у часi. Ампль туди А коливань якоря, що вщповщають най-ближчому положенню якоря до статора вiбра-тора вщносно положення статично! рiвноваги якоря, позначен знаком «+». Знак «+» озна-чае, що у цi моменти силовий вплив магштно-го поля е достатньо великий для поповнення енергетичних витрат за перюд власних меха-шчних коливань якоря. Таким чином пщтри-мка власних механiчних коливань якоря здш-снюеться у в кожному перюду коливань якоря (на рисунку це позначено стршками мiж ниж-нiм i середнiм графiками). Швперюди механь чних коливань якоря, що вщповщають позитивному значенню ампл^уди, не мають по-значки «+», бо вони вiдповiдають перебуван-ню якоря у найдальшому вiд статора крайньо-му положеннi. У таю твперюди магнiтний
потiк не робить ютотного впливу на колива-льний рух через далеку вщстань якоря вщ статора. Ця далека вщстань якоря вщ статора ви-никае за час вiдсутностi твперюду коливань сили електричного струму (при збшьшенш амплiтудi А коливань якоря). Таким чином, ютотний вплив на пружну коливну систему (якiр) мають силовi магнiтнi iмпульси, якi чер-гуються через один перiод коливань спрямо-ваного пiвперiодного електричного струму у моменти проходження якорем найближчого до статора крайнього положення (на вщмшу вщ стандартного електромагштного вiбратора, де пiдтримка коливань якоря електромагшт-ною силою вiд статора здшснюеться на протя-зi майже всього перюду коливань).
Вщстань мiж статором i положенням статично! рiвноваги якоря було збiльшено для врахування збшьшено! амплiтуди механiчних коливань якоря.
Верхнiй графш на рисунку 1 вiдображае ампл^уду механiчних коливань робочого органу будь-яко! вiбромашини. I якiр i робочий орган е пружними коливними системами, ко-жна з яких виконуе мехашчш коливання з частотою власних коливань. Збудником коли-вань робочого органу е перюдична ударно-штовхальна дiя якоря у моменти найближчого положення якоря до робочого органу, коли яюр знаходиться у своему найвищому поло-женнi, вiдносно положення власно! статично!
рiвноваги, а робочий орган знаходиться у своему найнижчому положены, вщносно по-ложення власно! статично! рiвноваги. Така взаемодiя якоря i робочого органу вщбуваеть-ся у кожному перiодi коливань робочого органу (позначки «+» на верхньому графiку) та раз у два перiоди коливань якоря i на рисунку по-значена стрiлками мiж середнiм i верхнiм гра-фiками. Частота власних мехашчних коливань робочого органа встановлювалася через ств-вiдношення його коливно! маси тРО i коефь щента жорсткостi його ресор кРО :
ш
РО
А
РО
25л
т
(2)
РО
Частота власних коливань робочого органу шРО = 25л рад/с (V = 12,5 Гц) стала в чо-тири рази меншою за стандартну частоту еле-ктричного струму у мережi ш = 100л (V = 50 Гц) i вдвiчi меншою за частоту механiчних коливань якоря шяк = 50л рад/с (уяк = 25 Гц). Вщповщно, перiоди Т власних механiчних коливань робочого органу, якоря i електрома-гнiтних коливань мають спiввiдношення 4:2:1. Приблизно таке ж стввщношення (2:1) мають збшьшеш амплiтуди коливань робочого органу i якоря, що вiзуально спостерiгалося при експериментах.
При запуску машини починаеться само-синхронiзацiя коливального процесу (рисунок 2).
При самосинхрошзацп графши колива-льних процесiв якоря i робочого органу змь щуються один вщносно другого (рисунок 2) та пщ впливом взаемно! дп та дп магштно! сили. Завдяки самосинхрошзацп вщбуваеться нала-штування стабiльного енергозбер^аючого режиму коливань. З нижнього графшу на рисунку 2, що вщображае коливання сили, I, ви-прямленого напiвперiодного електричного струму, бачимо що реальна дiя магштно! сили на якiр починаеться коли останнш починае рухатись вiд статора до положення власно! статично! рiвноваги. Тобто напрямок дп маг-штно! сили постiйно спiвпадае з напрямком руху якоря. Аналогично, що можна бачити на середньому i верхньому графшу, механiчна взаемодiя якоря i робочого органу починаеться коли робочий орган починае рухатись вщ якоря до положення власно! статично! рiвно-ваги. Тобто напрямок мехашчно! дп якоря по-стiйно ствпадае з напрямком руху робочого органу. При такому взаемному розташуванш графшв, що вiдображають реальнi процеси, немае зайвих розтрат енергл i вщбуваеться стабшьна магнiтна взаемодiя статора з якорем i механiчна взаемодiя якоря iз робочим органом.
Рисунок 2. - Скореговаш графiки коливального процесу тсля самосинхронiзацi!.
Експериментально тдтверджено стабшь-нють розробленого способу зниження частоти коливального процесу для машин вiбрацiйного руху з електромагштним приводом, працездат-нють цих машин. Для того, щоб на початку ро-боти вiбратора якiр-штовхач мiг торкатися не-рухомого робочого органу у його нейтральному положеннi i за 5-6 секунд вводити його у стабшьний коливальний режим (через самоси-нхронiзацiю), необхщно пiд час пуску вiбрато-ра збшьшити амплiтуду коливань шляхом збь льшення напруги електричного струму (напри-клад, за допомогою автотрансформатора, чи спещально!' електрично'1 схеми).
Для зниження досить значного шуму вщ ударних взаемодш мiж якорем i робочим органом було встановлено жорстку гумову прокладку, що значно знизило шум вщ мехашчно'1 взаемодп.
При експериментах за допомогою п'езодатчика 1С - 318, встановленого спочат-ку на робочому органi, а потсм на якорi пере-робленого вiбратора ЕЛ - 1, з експеримента-льного стенда сигнал передавався до блоку вимiрювання вiбрацiï, який вщображав ампль туду вiброприскорення в одиницях g:
Гро - Аю /g . З урахуванням отриманоï частоти коливань для робочого органу (юРО = 25л рад/с) i для якоря (юяк = 50л рад/с), маючи значення амплiтуди вiброприскорення в одиницях g: Гро - Аю /g, можна вирахувати ампштуди коливань якоря i робочого органу:
g ГРО
АРО -'
ю
РО
АЯК -
g Г
ЯК
ю
(3)
(4)
ЯК
оргаш. Там же жорстко закршлювався датчик ИС - 318. Положення вiбратора по вертикалi встановлювалося оптичним квадрантом ДО -1М с точшстю ±30и. При коливаннях поверх-нi стола вiбратора в окулярi мiкроскопа видна освiтлена колiматором смуга шириною, яка дорiвнюе розмаху коливань i шириш дроту. Розбiжностi мiж експериментальними значен-нями амплiтуди i анал^ико-
експериментальними, що визначалися за формулами (3) i (4) становили близько 4%. Значення ампл^д якоря i робочого органу ств-вщносилися одна до одноï приблизно як 1:2. До того треба додати збшьшену ампштуду майже вдвiчi амплiтуду коливань переробле-ного вiбратора. Тобто, фактично, було досяг-нуто збiльшення амплiтуди майже у 4 рази i зниження частоти коливань у 4 рази проти вь бромашин iз стандартним електромагштним вiбратором.
Оскiльки ми з'ясували, що 2юРО - ю
ЯК м
то отримаемо рiвняння:
2 ^РО.
ma
(5)
Пiднiсши до квадрата обидвi частини рь вняння (5) отримаемо шсля простих перетво-рень:
тЯК -
-m,
Ро
(6)
Також ампштуди якоря i робочого органу вимiрялися експериментально. Частота коливань контролювалася вимiрювальним при-ладом 1Ч - 5. Ампштуда вимiрялася вщповщ-но до методики [6]. Вимiрювальний мiкроскоп Мир -2 встановлювався на штативi з нерухо-мою пiдставою та пiдводив на необхщну вщ-стань до тонкого блискучого осв^леного дроту, закрiпленоï на якорi, а потiм на робочому
Прийнявши, для прикладу, рiвну жорст-кiсть ресор кЯК - кРО, отримаемо стввщно-шення мас якоря i робочого органу у бшьш
1
спрощеному видг тЯК - тРО.
Представлений споаб перетворення частоти коливань е достатньо економiчним, оскь льки корисна робота виконуеться завдяки вну-трiшнiм силам коливних систем якоря i робочого органа. Енергетично тдтримуються маг-нiтною силою лише коливання якоря на про-тязi менш нiж четвертоï частини перюду його власних коливань. Маса якоря повинна бути досить вагомою вщносно маси робочого органу з вантажем, який перемщуеться чи оброб-ляеться.
ЯК
ЯК
РО
2
2
Швидкосп якоря i робочого органу опи-суються рiвняннями:
Уро = ЛроШроСОБШроУ Уяк = АЯКшЯК СО^(шЯК О
(7)
Виходячи iз стввщношення амплiтуд i частот можна стверджувати про рiвнiсть швидкостей якоря i робочого органа у нейтра-льних та крайнiх положеннях.
Зпдно графiку (рисунок 2) у момент контакту якоря з робочим органом яюр знахо-диться близько до свого середнього положен-ня, тобто його швидюсть близька до максимально! i визначаеться за вiдомою формулою (7) при соб(шяк I) « 1. Цей момент приблизно вщ-повiдае крайньому нижньому положенню робочого органа, коли його швидюсть близька до нуля при соз(шРО1) « 0. Тобто, з невеликою погршшстю можна прийняти, що сумарна швидюсть спiвударяння складе УЯК = АЯКшЯК . При визначеному стввщношенш мас якоря та робочого органу, наприклад 1:4, прийнявши ряд припущень, щодо ствударяння, можна далi розрахувати енерпю, яку якiр вiддае ро-бочому органу при кожному ствударянш i яку повинен отримати вiд магштно! сили за два перiоди власних коливань, з урахуванням енергетичних втрат, що юнують при власних коливаннях.
Висновки
1.Обгрунтовано фiзичний принцип нового способу зниження частоти коливального процесу [3], який дозволяе без змши стандартно! частоти електричного струму у мережi знизити частоту коливань робочого органу будь-яко! вiбромашини з електромагштним приводом в 2 чи 4 рази ^ майже вщповщно,
пiдвисити амплiтуду коливань робочого органу.
2. З експериментiв тдтверджено стабь льнiсть розробленого способу зниження частоти коливального процесу для вiбромашин з електромагштним приводом, працездатшсть цих машин.
3. Розроблений споаб зниження частоти i пiдвищення амплiтуди коливального процесу для машин вiбрацiйного руху з електромагнь тними вiбраторами мае переваги у тому, що не потребуе застосування вартюних, енергоемних додатков
4. Розроблений споаб дозволяе пошири-ти використання електромагштних приводiв у вiбромашинах в будь-якш промисловiй галузi, що сприятиме зниженню енерговитрат та конструкцшних матерiалiв, оскiльки електро-магнiтнi вiбратори е найбшьш дешевими, на-дiйними, довговiчними, найбiльш економiч-ними, мають найменшi габарити, масу i енер-гоемшсть.
Л1тература
1. Спиваковский А.О., Гончаревич И.Ф. Вибрационные конвейеры, питатели и вспомогательные устройства. - М.: Машиностроение, 1972.
2. Бауман В.А., Быховский И.И., Гольдштейн Б.Г. Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов. - М.: Машиностроение, 1970.
3. Патент 70727 А (ИЛ). Споаб зниження частоти коливань. /Фалько О-ш Л. - Бюл. № 10. - 2004.
4. Патент 77427 (ИЛ). Споаб зниження частоти коливального процесу. / Фалько Л.Г., Заплетшков 1.М., Фалько О-iй Л.- Бюл. № 12. -2006.
5. Патент 37270 (ИЛ). Споаб зниження частоти коливального процесу. / Шамота В.П., Фалько О.Л.- Бюл. № 22. - 2008. (25.11.08).
6. Иориш Ю.И. Виброметрия. - М.: Машгиз, 1963. - С. 84-110.
7. Барский М.Д. Фракционирование порошков. - М.: Недра, 1980.
Анотацн:
Модершзащя електромагнггного в1брац1йного приводу дозволяе збшьшити ампл1туду 1 зменшити частоту коливань робочого органу в1бромашин, що дозволить поширити використання електромагн1тних привод1в у в1бромашинах завдяки менш1й вартост1, б1-льш1й економ1чност1 та надшносп пор1вняно з 1ншими типами в1брацшних привод1в.
Модернизация электромагнитного вибрационного привода позволяет увеличить амплитуду и уменьшить частоту колебаний рабочего органа вибромашины, что позволяет распространить использование электромагнитных приводов благодаря меньшей стоимости, большей экономичности и надежности сравнительно с другими типами вибрационных приводов.
The Modernization of the electromagnetic vibratory drive allows to enlarge the amplitude and reduce the frequency of the fluctuations worker organ of the vibratory machine that allows to spread use electromagnetic drive due to smaller cost, greater economy and reliability with the other types vibratory drive relatively.
УДК 656.135
КРАВЧЕНКО О.П., д.т.н., проф. (СНУ iм. В. Даля), САКНО О.П., астрант (СНУ iм. В. Даля), ЛУК1ЧОВ О.В., к.т.н., доц. (ДААТ), ВИНОКУРОВ В.Д., мапстрант (ДААТ).
Аналiз моделей розрахунку показникчв довговiчностi, зносу i ресурсу пневма-тичних шин вантажних автомобШв.
Постановка проблеми
В умовах сучасного комерцшного автотранспорту 90 - 97% вах шин виходять з екс-плуатацп в результат зносу. При значних до-бових пробках (до 1200 км) особливо важливо прогнозувати ресурс шин та передбачати тер-мш виходу !х з експлуатацп. Виконати це мо-жливо розрахунковим i експериментальним методами. Задача полягае в пошуку i адаптацп юнуючих розрахункових методик. Особливо це актуально для вантажних автомобшв, яю забезпечують стабшьну роботу бшьшосп га-лузей промисловосп. Ршення дано! задачi покликане пщвищити ефективнiсть роботи техшчно! служби та точнють облiку фондiв автотранспортних пщприемств. Проведене експериментальне дослiдження процесу зносу шин в умовах контролю його штенсивносп та статистичне дослщження ресурсу шин дозволить пщвищити надшшсть автомобшьно! ши-ни, технiчний стан яко! забезпечуе безпеку руху, комфортабельшсть, стiйкiсть руху автотранспортного засобу i його економiчнiсть.
Анал1з останн1х досл1джень та публ1кац1й
Проблема пщвищення якостi автомобь льних шин, пщвищення точност визначення ресурсу шин з урахуванням реальних умов експлуатацп е актуальною. Достатньо багато роб^ присвячено процесам зносу шин, 1х на-дшносп та довговiчностi, взаемодп шини з дорогою в процес експлуатацп. Особливий вклад внесли роботи Богомолова В.О., Варче-нка В.Г., Волкова В.П., Гецовiча С.М., Горячевой' 1.Г., Клименко В.1., Ларiна О.М., Лгг-вiнова О.С., Макарова В.А., Морозова О.В., Певзнера Я.М., Подригало М. А., Сахно В.П., Туренко А.М. та ш. В них розглянут як роз-рахунковi методики визначення ресурсу шин на пiдставi вирiшення контактно! задач^ так i статистичнi методи визначення ресурсу. На основi аналiзу розподiлу фактичних ресурсiв шин, та процеав, що виникають в зош контакту шини та дороги, вдосконалюються методи оцiнки i розрахункiв рiвня !х експлуатацiйних показникiв, розробки технолопчних та органь зацiйних заходiв обслуговування шин. Проблема полягае в недостатньому рiвнi розрахунку показниюв надiйностi автомобiльних шин, а саме !х ресурсу та !х здiбностi зберiгати в
Зб1рник наукових праць Дон1ЗТ. 2011 №25
92
