книги / Расчёт и конструирование вибрационных питателей

ляющие центробежных сил, возникающих при вращении дебалансов, в любой момент времени уравновешиваются, а вертикальные состав­ ляющие складываются. Суммарная возмущающая сила вибратора бу­ дет равна

Q = 2Q0cos о) t = 2mr о>2 cos o> t.

(79)

Тот же эффект получается при использовании двух мотор-вибра­ торов, роторы которых вращаются в противоположные стороны. Одновременность горизонтальных положений смещенных роторов

мотор-вибраторов может		достигаться самонастройкой в процессе
работы вибрационной	машины или		кинематической связью между
роторами. В первом	случае такой		привод	называют с а м о с и н -
х р о н и з у ю щ и м с я		мотор-вибратором,		во втором — с п а р е н ­
н ым мотор-вибратором.

При помощи одного мотор-вибратора также можно получить на­ правленную возмущающую силу. Для этого он подвешивается в виде маятника на упругих элементах (пружинах или резиновых подвес­ ках) таким образом, что возмущающая сила действует только в на­ правлении линии, соединяющей центр вращения дебаланса и центр шарнира, на котором подвешен мотор-вибратор. Такие вибраторы на­ зываются маятниковыми. Принципиальная схема маятникового ви­ братора приведена на фиг. 30, в. Корпус 3 вибратора, в котором на валу 2 вращается дебаланс 7, при помощи резинового шарнира 4

крепится к опоре 5.

При таком способе крепления вибратора составляющая центро­ бежной силы, проходящая через ось дебаланса и шарнир вибратора, полностью передается на его опору, которая крепится к вибрацион­ ной машине. Составляющая центробежной силы, действующая в пер­ пендикулярном направлении, вызывает колебания вибратора вокруг шарнира 4. При этом вследствие незначительной жесткости шарнира

реакция, передаваемая им на вибрационную машину, получается весьма незначительной. Поэтому практически на вибрационную ма­

шину передается постоянная по направлению действия	возмущаю­
щая сила:
Q = Qocos со t = mr (D2 cos o> t.	(80)

В вибрационных питателях и подъемниках со спиральными лот­ ками на свободной подвеске применяют двухвальные четырехмассо­ вые вибраторы, которые создают вращающий момент, сообщающий рабочему органу питателя колебательные движения вокруг оси и периодическую возмущающую силу, обусловливающую колебатель­ ное движение рабочего органа вдоль его оси.

Принципиальная схема устройства четырехмассового двухвального вибратора приведена на фиг. 30, г.

Вибратор состоит из двух валов 1 и 2, соединенных между собой

зубчатыми колесами и вращающихся в разные стороны. На концах каждого вала укреплены дебалансы 3, 4, 5 и 6. Валы дебалансов за­

креплены в общей опоре 7. Для получения вращающего момента и возмущающей силы, действующей в вертикальной плоскости, деба-

52

лансы вибратора с каждой стороны вала смещены относительно друг друга на угол 90°.

Конструкция четырехмассового вибратора, а также маятникового вибратора с двумя дебалансами, обеспечивающими аналогичные дви­ жения, рассмотрены в главе III, параграфе 13.

К инерционным дебалансным вибраторам относятся также виб­ раторы, у которых вращение неуравновешенной массы осуществля­ ется за счет энергии сжатого воздуха.

Для получения высокой частоты колебаний в пределах 7000— 50000 гц американская фирма «Вибролатор» выпускает шариковые пнев­

матические вибраторы [38].	Вибратор (фиг. 30, д) состоит	из сталь­
ного корпуса ), имеющего	замкнутый кольцевой паз 2,	в котором
свободно располагается стальной шарик 3. На корпусе		вибратора

имеется штуцер 4 с соплом 5, предназначенный для присоединения

шланга, подающего сжатый воздух. В центральной части, в торцовых стенках корпуса вибратора имеются отверстия 6, служащие для выхода в атмосферу отработавшего сжатого воздуха.

Вибратор работает следующим образом. Сжатый воздух, прохо­ дя через расширяющееся сопло 5, приобретает большую скорость и его струя заставляет двигаться шарик 3 по кольцевой канавке. Под влиянием центробежной силы шарик прижимается к наружной стен­ ке канавки. Вследствие такого кругового движения шарика возни­ кает возмущающая сила. Так как шарик свободно располагается в направляющей кнавке и между ним и боковыми стенками канавки имеются большие зазоры, на шарик действует только динамический напор воздушной CTpiyn, статическое давление при этом практически не оказывает никакого влияния.

Частота колебаний вибратора, определяющаяся скоростью движе­ ния шарика, регулируется путем изменения подачи воздуха при по­ мощи дросселя.

Эксцентриковые вибраторы, К эксцентриковым относятся механи­

ческие вибраторы, преобразующие вращательное движение вала в колебательное движение шатуна, связанного с рабочим органом виб­ рационной машины.

В вибрационных машинах вибратор должен сообщать лишь сило­ вые импульсы, а характер движения рабочего органа определяется динамическими характеристиками самой машины. Сам по себе экс­ центриковый привод имеет кинематически определенный характер движения шатуна. Поэтому с целью получения необходимой степени подвижности для использования в качестве вибратора в эксцентри­ ковый механизм обычно вводится упругий элемент. Наличие упру­ гого элемента снижает пусковой момент двигателя при запуске виб­ рационной машины.

На фиг. 30, е приведена схема эксцентрикового вибратора с упру­ гим шатуном. Шатун состоит из двух половин 1 и 2, связанных между собой винтовыми пружинами 3 и 4, За счет деформации пружин ша­

тун может растягиваться и сжиматься. Вследствие этого он работа­ ет^как упругий элемент при ходе рабочего органа вперед и назад.

53

В качестве упругих звеньев могут использоваться также плоские рессоры или резина.

Поршневые пневматические и гидравлические вибраторы. К пор­

шневым относятся вибраторы, в которых возмущающая сила создает­ ся вследствие возвратно-поступательного движения поршня или какого-либо заменяющего его элемента.

Впневматических поршневых вибраторах сжатый воздух подво­ дится попеременно с помощью золотниковой системы с разных сторон перемещающегося плунжера и выпускается в атмосферу.

Вгидравлических вибраторах возмущающая сила создается порш­ нем, совершающим в цилиндре возвратно-поступательное движение под воздействием напора жидкости, подаваемой попеременно с раз­

ных сторон поршня.

При помощи пневматических и гидравлических вибраторов можно получить различную скорость рабочего органа в прямом и обратном направлении, т. е. работать при несимметричном законе колебатель­ ного движения.

Электромагнитные вибраторы. К электромагнитным относятся вибг

раторы, в которых возмущающая сила создается магнитным полем, образующимся при прохождении через обмотку вибратора перемен­ ного или пульсирующего тока.

Электромагнитный вибратор состоит из магнитопровода, включа­ ющего статор и якорь, набранных из листовой электротехнической стали, одной или нескольких обмоток и пружинной системы. Чаще всего статор магнитопровода набирается из пластин Ш-образной или П-образной формы, а якорь — из пластин прямоугольной формы.

Наиболее простым является реактивный электромагнитный виб­ ратор, схема которого приведена на фиг. 31, а. Вибратор состоит из статора (электромагнита) /, якоря 2 и упругой системы 5. Обмотка

вибратора включается в сеть переменного тока. Усилие притяжения зависит от величины магнитного потока. Так как переменный ток име­ ет на протяжении периода два максимума силы тока (положительный и отрицательный), то магнитный поток за это время дважды изменит­ ся от нуля до максимума. При возрастании магнитного потока якорь притягивается, а при убывании возвращается назад упругой системой.

54

В связи с этим частота возмущающего усилия будет равна удвоенной частоте переменного тока, подаваемого в обмотку вибратора. Так, при питании от обычной сети переменного тока, имеющего частоту 50 гц9 вибратор будет давать 100 колебаний в секунду.

Если в цепь обмотки рассмотренного вибратора включить после­ довательно выпрямитель (фиг. 31, б), который будет пропускать ток только в течение одного полупериода (идущий в одном направлении), то якорь за время одного периода будет притягиваться статором один раз и частота колебаний будет вдвое ниже. У вибратора с выпрями­ телем при частоте тока 50 гц якорь будет совершать 50 колебаний в

секунду.

Рассмотренные выше вибраторы являются однотактными. В неко­ торых конструкциях вибрационных машин находят применение двух­ тактные вибраторы. Схема такого вибратора приведена на фиг. 31, в. Статор вибратора состоит из двух электромагнитов, жестко укре­ пленных в корпусе. Между электромагнитами на упругой системе под­ вешен якорь.

Питание электромагнита осуществляется от сети переменного тока по схеме с однополупериодным выпрямителем, благодаря чему в один полупериод тока срабатывает первый, а в другой полупериод — вто­ рой электромагнит, которые попеременно притягивают и отпускают якорь, заставляя его колебаться с частотой, равной частоте перемен­ ного тока.

Отличительной особенностью и достоинством двухтактных вибра­ торов по сравнению с однотактными является возможность получе­ ния вследствие наличия двойного воздушного зазора двойной ампли­ туды колебаний якоря при прочих одинаковых электромагнитных параметрах.

Из всех рассмотренных конструкций в вибропитателях, применя­ емых в машиностроении, наибольшее распространение получили элек­ тромагнитные вибраторы. По своему принципиальному устройству электромагнитные вибраторы являются наиболее совершенным видом привода. Если в большинстве типов привода происходит преобразо­ вание вращательного движения двигателя в возвратно-поступательное движение вибратора, то в электромагнитных вибраторах необходимое возвратно-поступательное движение получается непосредственно без каких-либо промежуточных механизмов. Электромагнитные вибрато­ ры не имеют трущихся деталей, подверженных износу. Они допускают удобное регулирование режима работы.

Другие типы вибраторов применяются преимущественно в крупно­ габаритных конструкциях при необходимости работать на более низ­ ких частотах, где конструкция электропривода усложняется.

В вибропитателях и подъемниках крупных размеров, работающих на частотах 20—25 гц, применение могут найти инерционные и эксцен­

триковые вибраторы, существенным достоинством которых является возможность получения больших усилий при небольших габаритах и весе привода.

55

8. Классификация бункерных вибропитателей

По типу привода бункерные вибропитатели можно разделить на питатели с электромагнитным, пневматическим, инерционным и экс­ центриковым приводом.

Вмашиностроении в настоящее время главным образом применяют­ ся бункерные вибропитатели с электромагнитным приводом благо­ даря его преимуществам, рассмотренным выше.

Впоследнее время делаются попытки применять пневматический инерционный и эксцентриковый приводы в конструкциях крупных питателей.

Известные в настоящее время конструкции бункерных вибропи­ тателей с электромагнитным приводом работают на принципе на­ правленной резонансной подвески. Внедренгы° в промышленность кон­ струкции отличаются широким диапазоном размеров чаш и потреб­ ляемой питателями мощности. Диаметры чаш в этих конструкциях колеблются от 90 до 1000 мм, а потребляемая мощность от 3 до 300 витт. Максимальная скорость движения заготовок, достигнутая в существующих конструкциях, составляет 25 м/мин.

Применяемые в настоящее время бункерные вибропитатели с элек­ тромагнитным приводом можно классифицировать по следующим ос­ новным конструктивным признакам:

1.По расположению и количеству электромагнитов: а) питатели с одним вертикальным вибратором;

б) с несколькими тангенциально расположенными зибраторами.

2.По форме упругой подвески:

а) питатели с одно- и многослойными плоскими пружинами; б) с круглыми пружинными цилиндрическими стержнями.

3. По способу регулирования скорости движения заготовок:

а) питатели с изменением напряжения с помощью автотрансфор­ матора;

б) с изменением силы тока и падения напряжения в электромаг­ ните с помощью реостата;

в) с изменением усилия путем регулирования воздушного зазора электромагнита;

г) с регулированием величины возмущающего усилия путем измене­ ния числа находящихся под током витков катушки электромагнита.

4. По способу регулирования резонансной настройки:

а) питатели с регулированием резонансной настройки путем из­ менения толщины пакетов многослойных подвесок;

б) с регулированием путем изменения рабочей длины подЕесок; в) с регулированием, осуществляемым путем изменения массы си­

стемы с помощью дополнительных грузов. 5. По форме и способу крепления чаши:

а) питатели с цилиндрической чашей (съемной и постоянной); б) с конической чашей (съемной и постоянной).

56

9. Конструкции бункерных вибропитателей с вертикальным электромагнитным вибратором

Бункерный вибропитатель с многослойными подвесками. На

фиг. 32 показана конструкция бункерного питателя для небольших заготовок [14].

Питатель состоит из чаши 1, на внутренней цилиндрической поверх­

ности которой имеется спиральный лоток	2. Днище чаши 3 укреп­
лено на трех многослойных подвесках 4,	представляющих наборы
	2

плоских рессор. В центре нижнего массивного основания 5 укреплен электромагнит б, якорь которого 7 крепится к днищу чаши 3. Для виброизоляции бункер расположен на резиновых амортизаторах 8.

Регулирование производительности осуществляется изменением тока* подаваемого в электромагнит, которое производится при помощи1 встроенного реостата 9.

Резонансная настройка питателя может регулироваться путем из­ менения количества пластин в пакетах многослойных подвесок 4.

Бункерный вибропитатель с подвеской наши на цилиндрических, стержнях. На фиг. 33 показана конструкция бункерного вибропита­

теля с подвеской чаши на цилиндрических стержнях, разработанная в Львовском политехническом институте.

Питатель состоит из чаши 12, на внутренней цилиндрической

поверхности которой выполнена спиральная канавка призматической’ формы, в которой вмещаются цилиндрические заготовки в один ряд. Чаша 12 вместе с конусом 11 крепится к днищу 10. Днище 10 пита­

теля укреплено на трех наклонных цилиндрических пружинных стержнях 2, закрепленных зажимами в верхнем 1 и нижнем 5 баш­

маках. Стержни расположены таким образом, что проекция их на горизонтальную плоскость перпендикулярна к радиусу в точках крепления их к днищу 10.

Для уменьшения габаритов питателя при определенной рабочей длине пружинных стержней 2 крепление их к плите 7 осуществля­ ется зажимами 5 с нижней стороны плиты.

/4

Фиг. 33

Привод питателя осуществляется от вертикального электромагнит­ ного вибратора 3, установленного в центре плиты 7. Якорь вибратора состоит из двух пакетов пластин 13 электротехнической стали, ко­

торые при помощи планок крепятся к основанию якоря.

Для изоляции днища бункера от проникновения магнитных си­ ловых линий, которые могут намагничивать заготовки, между осно­ ванием якоря и днищем имеется алюминиевая прокладка 14. Сер­

дечник электромагнита состоит из набора 9, Ш-образных пластин, изготовленных из электротехнической стали, прикрепляемых к осно­ ванию вибратора при помощи планок. На средний выступ набора 9 одевается катушка 8 с обмоткой, через которую пропускается пере­

менный ток. Вертикальные колебания якоря вибратора за счет из­ гиба наклонных стержней 2 преобразуются в колебания чаши пита­

теля по спирали. Такое колебательное движение чаши заставляет заготовки, лежащие на поверхности конуса 11, сползать к спираль­

ной канавке и подыматься по ней вверх.

Для виброизоляции питатель установлен на трех витых цилин­ дрических пружинах 4 сравнительно небольшой жесткости.

58

Устранение чрезмерной подвижности питателя на пружинах 4 достигается установкой на основании 15 оси 6 с резиновой втулкой,

которая входит в отверстие плиты 7 с небольшим зазором. Эта ось, обеспечивая амортизированной системе две степени свободы — пе­ ремещение по вертикали и вращение вокруг вертикальной оси, огра­ ничивает возможность остальных перемещений.

Питатель работает на частоте 50 гц. Чтобы получить такую ча­

стоту колебаний, в катушку вибратора подается ток от сети через однополупериодный выпрямитель, которым у данной конструкции является полупроводниковый диод ДГЦ-26.

Особенностью конструкций вибрационных питателей, разработан­ ных в Львовском политехническом институте*, является применение цилиндрических стержней в качестве упругих подвесок.

Применение цилиндрических стержней вместо плоских пружин вызвано следующими соображениями.

Частота собственных колебаний вибропитателя должна быть впол­ не определенной и зависит она от жесткости пружин, на которых подвешена чаша питателя.

Пластинчатые рессорные пружины имеют жесткость, сильно за­ висящую от направления их изгиба. Поэтому жесткость каждой пру­ жины, закрепленной в системе питателя, в значительной мере будет зависеть от точности ее установки. Неодинаковая жесткость пружин, на которых подвешивается чаша питателя, нарушает движение за­ готовок по спиральному лотку и требует дополнительной работы по настройке питателя.

Круглые цилиндрические стержни имеют одинаковую жесткость в любом радиальном направлении и поэтому менее чувствительны к погрешностям сборки. Расчет их упругих свойств, а следовательно, и параметров собственных колебаний вибропитателя прост и точен. Кроме того, цилиндрические стержни допускают устранение по­ грешностей расчета простым способом регулировки резонансной на­ стройки.

Необходимость регулирования резонансной настройки вызывается тем, что при проектировании вибрационного питателя не всегда уда­ ется точно определить массы и моменты инерции частей питателя из-за их сложной конфигурации. Поэтому частота собственных коле­ баний системы изготовленного питателя может оказаться несколько выше или ниже расчетной. Удаление даже на несколько герц от ре­ зонансной области увеличивает требуемое для привода питателя возмущающее усилие в несколько раз.

Точная регулировка частоты собственных колебаний, а при по­ стоянном усилии вибратора и производительности питателя, осу­ ществляется при помощи следующего устройства для резонансной настройки **.

*Ловидайло В. А. и Силин Р. Я., Авторское свидетельство № 123020.

**Ловидайло В. А. и Щигель В. А., Устройство для резонансной настройки вибротранспортных систем, Авторское свидетельство N° 135403.

59

На фиг. 34 показано крепление пружинных стержней в бункер­ ном вибропитателе. Регулирование резонансной настройки питателя осуществляется так.

Пружинные стержни 11 зажимаются в верхнем 10 и нижнем 4 башмаках через каленые разрезные втулки 3 и 9. Нижний башмак 4 крепится к плите 1 болтами 6 и штифтом 5. Рабочей длиной стерж­

ня, определяющей резонансную настройку питателя, является его

Фиг. 34

длина I между втулками 3 и 9. Втулки выполнены калеными для предупреждения их смятия в процессе работы. Втулка 3 в нижнем башмаке может при отпускании болта 8 зажима 4 перемещаться вдоль

стержня на определенное расстояние, а затем зажиматься в нужном положении, при этом будет меняться рабочая длина стержня.

Для удобства регулировки рабочей длины стержня на части втулки нарезана резьба, и выдвижение ее осуществляется гайкой 2. Для того чтобы при перемещении втулка не поворачивалась, в разрез зажима и втулки вставляется тонкая квадратная прокладка 7.

60

Описанный способ регулирования резонансной настройки может быть применен для конструкций питателей на цилиндрических стер­ жнях с любым типом привода.

Бункерный вибропитатель со съемной конической чашей для мелких деталей. На фиг. 35 показана конструкция бункерного вибропитателя

с конической чашей для мелких часовых деталей, разработанная

в Львовском политехническом институте и примененная в счетно­ расфасовочных автоматах.

Вибропитатель состоит из съемной конической чаши 9, изготовлен­

ной из оргстекла, на внутренней поверхности которой выполнена спиральная канавка по форме загружаемых деталей. Чаша 9 скреп­ лена с коническим дном 10, через которое при помощи болта 11 кре­ пится к основанию 12. Основание 12 подвешено на трех наклонных цилиндрических стержнях 5, которые при помощи верхних 8 и ниж­ них 3 башмаков зажимами прикреплены к основанию 12 и нижней плите 4 питателя. Магнитопровод электромагнита выполнен из армко железа в виде стакана 6 цилиндрической формы с сердечником. Для

61