CC BY
65
[Электронный ресурс]. Режим доступа: http:// www.rossita.ru.
2. Установки для вакуумной дистилляции (регенерации) растворителей. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: / /www. unieko. ru/d/ 56042/d/reklamnyy prospekt ustanovki lomi dlya vakuumnoy distillyacii r egeneracii rastvoriteley.pdf
3. Проскуряков Н.Е., Моисеев А.В. Мобильная установка для утилизации загрязненных растворителей на малых промышленных предприятиях // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 6. В 2 ч. Ч.2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 288-297.
N.E. Proskuryakov, A. V. Moiseev
THE CONCEPT, VARIANTS OF CONFIGURATIONS AND PROSPECT OF INTRODUCTION OF MOBILE INSTALLATION OF REGENERATION OF ORGANIC SOLVENTS
Variants of the decision of a problem of recycling of the fulfilled organic solvents at the industrial enterprises by use of mobile installation of regeneration that allows to raise ecological safety of the enterprises are considered and to solve a problem illegal plum of the used solvents in environment.
Key words: mobile installation, recycling, regeneration, organic solvent.
Получено 20.01.12
УДК 621.7.57
Ю.Л. Маткин, д-р техн. наук, проф., (4872) 33-24-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Н.А. Гордеева, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-24-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИОННОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА
Рассмотрены преимущества использования вибрационных загрузочных устройств и приведены методы определения их параметров, с учетом снижения передачи вибрации в окружающую среду.
Ключевые слова: вибрационное загрузочное устройство, оппозитный вибропривод, резонансные частоты, рациональная конструкция.
В настоящее время из множества традиционной техники для загрузки предметов обработки в технологическое оборудование все более широкое применение находят вибрационные загрузочные устройства (ВЗУ),
367
имеющие значительные преимущества перед механическими устройствами загрузки. Разнообразные по функциональному назначению ВЗУ включают немалый диапазон конструкций. Данные устройства совместили в себе транспортные функции и функции подготовки к захвату, захвата и ориентирования заготовок [1, 2]. По сравнению с другими конструкциями загрузочных устройств, при использовании ВЗУ практически исключается заклинивание, падение, удары заготовок, т. е. сохраняется их качество, что исключительно важно для некоторых, например, точных производств.
Однако наряду с достоинствами, вибрационные загрузочные устройства имеют и недостатки. Прежде всего, это неблагоприятное воздействие вибрации на окружающую среду и смежное технологическое оборудование. Поэтому при использовании вибрационных все больше внимания уделяется вопросам их оптимизации с целью снижения передачи вредных воздействий. Решить такую задачу возможно, используя в ВЗУ электромагнитный вибровозбудитель. Он придает устройству такие качества, как долговечность, надежность, в нем отсутствуют трансмиссии, минимальны потери на трение, допускаются достаточные по величине тяговые усилия при малых зазорах между якорем и ярмом, удобное регулирование производительности, компактность.
Сила, приводящая электромагнитный вибровозбудитель в движение, обусловлена действием электромагнита поперечного действия (ЭМПД) [3, 4]. Применение в электромагнитных вибровозбудителях
ЭМПД является целесообразным, т. к. позволяет увеличить КПД механизма, исключает соударение полюсов, т. е. явление “стопа”. Существование серьезного недостатка - наличие паразитных сил - устраняется применением оппозитного ЭМПД. Эффективной особенностью механизма является то, что нормальные составляющие возмущающих сил действуют только на корпус устройства и упругая система разгружается. В качестве виброизоляции механизма признан эффективным способ, при котором динамическим поглотителем колебаний являются элементы ВЗУ, совершающие рабочее движение в противофазе [4, 5].
Анализ данных конструкций привел к разработке нового конструктивного решения вибрационного устройства - ВЗУ с двойным лотком. Создание такого перспективного варианта конструкции ВЗУ было определено стремлением к интеграции достоинств ВЗУ с электромагнитным приводом на базе ЭМПД, а также поиском решения задачи снижения вредных воздействий вибрации на окружающую среду. ВЗУ с двойным лотком и оппозитным виброприводом оснащено рабочими элементами, действие которых осуществляется в противофазе и является динамическим гасителем колебаний (рис. 1). Устройство является наиболее эффективным для загрузки малых штучных заготовок.
Разработка наиболее рациональной конструкции, обладающей совокупностью оптимальных характеристик функционирования, является задачей, требующей рассмотрения динамики устройства.
При построении математической модели ВЗУ объектом исследования можно считать трехмассовую систему с двумя противофазно движущимися рабочими элементами, физическая схема замещения которого представлена на рис. 2.
Рис. 1. Модуль оппозитного вибропривода:
1 - основание; 2, 3, 4, 5 - плоские пружины упругой системы;
6, 7 - ярма оппозитного электромагнита поперечного действия;
8, 9 - пластины; 10, 11 - шихтованные якоря, образующих якорные
группы, 12, 13 - катушки
Тело 2 массой т2 крепится к неподвижной опоре посредством пружины 3 жесткостью с2. К телу 2 на пружинах 1' и 1' жесткостями с11 и с12 крепятся тела 4 и 5 массами т11 и т12 соответственно, причем тело 5 массой т12 во избежании возможных перекосов крепится на двух пружинах жесткостью с12/2 каждая. Тело 4 совершает колебательные движения под действием возмущающей силы F. А - амплитуда возмущающей силы, ю - частота вынужденных колебаний, ? - время.
Система дифференциальных уравнений колебательного движения
элементов ВЗУ имеет вид
Ш11 у4 - -сіі(у4 - у2) +
м12 у5 - -°12(у5 - у2) +
(1)
м2 у2 - -с2у2 + °12(у5 - у2) + °11(у4 - у2)-
Рис. 2. Структурная схема ВЗУ с оппозитно-движущимися
активными массами
Общий вид решения уравнения (1) можно записать следующим об-
разом:
где
у 4-А [с„ - Оі2 ];
у 5 -^ [Cl2 - с 22 ];
у 2-| [Cl3 - C 23] >
А- (сц - ШііЮ2)(Сі2 - ті2 Ю2)(Сц + Сі2 + <^2 - Ш2®2) -^і2^^ -ші2®2)-cl22(cll-^п®2^
Q1 = (°12 - m12®2)(c11 + °12 - ^2) - °122'’
C12 = ^1^2 ;
C13 = —^11^12- ml2® );
C21 = ^2 ;
C22 = (е11 - m11®2)(c11 + °12 + °2 - - е112;
2
C23 = ^12 (^11- 1П11Ю );
C31 = C13;
C32 = C23 ;
^3 = (е11 - m11ю2)(^12 - m12ю2).
Выражение, показывающее общий вид решения системы дифференциальных уравнений (2), определяет, что при изменении параметра ю возможны ситуации, когда знаменатель Д(ю) обращается в нуль, а при этом амплитуда YK - в да, т.е. наступает явление резонанса устройства. Бесконечные значения резонансных амплитуд предписаны характером принятой математической модели, не учитывающей диссипативные свойства упругих элементов - пружин, что является общепринятым при исследовании виброустройств.
Определяя резонансные частоты как функции параметров ВЗУ с оппозитным виброприводом, можно решить задачу определения такого набора конструктивных параметров - масс и жесткостей ВЗУ, которые обеспечивают резонансный режим на заданной частоте, в частности, 50 Гц.
Математическим решением системы являются корни частотного уравнения, по физическому смыслу представляющие квадраты частот свободных колебаний. Вводя некоторые числовые значения входящих в систему элементов, исследуется влияние относительных параметров устройства, выраженных входящими в нее двумя активными и реактивной массами и жесткостями упругой системы. При этом подразумевается, что значения активных масс являются уравненными. Используемая в данном исследовании компьютерная программа Mathcad позволяет получить такую зависимость в графическом виде (линии уровня).
В качестве примера был рассмотрен вариант работы ВЗУс параметрами: реактивная масса - 1,765 кг; жесткости пружин, соединяющих рабочие массы с реактивной, приблизительно равны 21000 Н/м. Жесткость пружины, которая соединяет реактивную массу с основанием - 8700 Н/м. Безразмерный параметр жескостей пружин в = 0,471. Существуют некоторые значения рабочих масс, при которых частота собственных колебаний системы будет близка к промышленной (50 Гц), т.е. будет выполняться околорезонансный режим работы устройства. Рис. 3 показывает полученные расчетные зависимости в графическом виде.
Рис. 3. Зависимость частот от относительных параметров ВЗУ
Построенные линии уровня частот лежат в следующих диапазонах:
пределы изменения относительной массы а - 0.025_____0.1, относительной
жесткости упругой системы в - 0.1_ 5. Данные пределы задаются из конструктивных соображений. Три представленных графика определяются тремя корнями характеристического уравнения, преобразованных в частоты свободных колебаний системы. На оси абцисс отображен диапазон изменения относительного параметра а, на оси ординат - относительного параметра в. Функциональные линии графиков соответствуют искомым значениям частот, отсортированных по возрастанию.
На представленном рисунке видно, что два корня характеристического уравнения определяют околорезонансный режим функционирования ВЗУ на промышленной частоте, показанный линиями уровня с числовым значением, равным 50. Значения а и в, соответствующие этим линиям, определяют множество вариантов ВЗУ с параметрами ш11 = м12, имеющие резонансную частоту 50 Гц. Например, при в = 2,1 такой режим возможен при значении относительной массы а = 0,098. Данному параметру соответствует значение активной массы, равное 0,173 кг.
В дальнейшем, прорабатывая методом подбора различные варианты значений параметров, можно отыскать такие возможные варианты, при которых имеет место околорезонансный режим работы ВЗУ с оппозитным виброприводом. Это позволит теоретическим путем откорректировать работу устройства нужным образом и определить оптимальные конструктивные параметры. Такой анализ, выявляющий наиболее эффективное функционирование системы, целесообразно использовать при оптимизации работы ВЗУ в целом.
Список литературы
1. Автоматизация загрузки прессов штучными заготовками. Расчет и проектирование / В.Ф. Прейс [и др.]; под общ. ред. В.Ф. Прейса. М.: Машиностроение, 1975. 280 с.
2. Автоматическая загрузка технологических машин: справочник / И.С. Бляхеров [и др.]; под общ. ред. И.А. Клусова. М.: Машиностроение, 1990. 400 с.
3. Браускас Р.А., Кульветис Г.П., Рагульскис К.М. Расчет и проектирование вибродвигателей. Л.: Машиностроение, 1984. 99 с.
4. Ганзбург Л.Б., Вейц В.Л. Бесконтактные магнитные механизмы. Л.: Из-во Ленинградского ун-та, 1985. 152 с.
5. Гончаревич И.Ф., Фролов К.В. Теория вибрационной техники и технологии. М.: Наука, 1981. 318 с.
U.L. Matkin, N.A. Gordeeva
DETERMINATION OF OPTIMUM DESIGN PARAMETERS VIBRATING DEVICE
BOOT
The advantages of the use of vibratory feeders and provides methods for the determination of their parameters, taking into account the reduction of re-giving vibrations in the environment.
Key words: vibratory loading device, boxer vibration actuator, the resonance frequency, the rational design
Получено 20.01.12
