Принципы вибротранспортирования

Принципы вибротранспортирования рассмотрим на примере перемещения плоского изделия 1 по прямому горизонтальному лотку 2, совершающему вибрационные колебания рис. 5.1.

Рис. 5.1. Вибролоток

1 – изделие; 2 – лоток; 3 – рессора; 4 – основание; 5 – ярмо электромагнита;
6 – сердечник электромагнита

Лоток 2 закреплен на концах упругих стержней (рессор) 3. Стержни наклонены под углом α к вертикали. Другие концы стержней жестко закреплены на неподвижном основании 4. Вибрация лотка возбуждается вибродвигателем, например, электромагнитом. К лотку прикреплено ярмо 5 электромагнита. Сердечник 6 с обмоткой закреплен на основании 4. Между ярмом и сердечником имеется небольшой, в несколько долей миллиметра, зазор. При подаче переменного тока в катушку электромагнита, ярмо 5 будет притягиваться к сердечнику 6 с пульсирующей силой . Частота пульсаций силы будет в два раза выше частоты переменного тока, так как на положительный и отрицательный ток магнит реагирует одинаково. Если хотят иметь частоту пульсаций равную частоте изменения тока, в цепь питания катушки ставят диод. При действии силы наклонные рессоры 3 изгибаются, и лоток смещается на величину равную прогибу конца рессор. Обратное движение лоток совершает благодаря упругой силе рессор.

Если запитать катушку электромагнита переменным током, изменяющимся по гармоническому закону, то и закон движения лотка будет близок гармоническому. Смещение лотка в этом случае может быть выражено формулой:

(5.1)

где А – амплитуда колебаний лотка;

w – круговая частота колебаний лотка, w = 2p f.

Частота (Гц) определяется схемой включения электромагнита и частотой питающей сети.

Скорость лотка

(5.2)

Ускорение лотка

(5.3)

На изделие 1, лежащее на вибрирующем лотке, действует сила инерции

(5.4)

где m – масса изделия.

В зависимости от направления ускорения сила может лежать в
1-ой (рис. 5.2, а или в 3-ей (рис. 5.2, б) четверти системы координат xOy, связанной с лотком.

Траектория движения лотка определяется изгибной деформацией рессор и при небольших амплитудах колебаний может быть представлена прямой линией, перпендикулярной плоскости рессор, т. е. расположенной под углом к плоскости лотка. Соответственно и сила J направлена под углом к плоскости лотка. Силу J можно разложить на две составляющие, вертикальную J_y. И горизонтальную J_х. На рис. 5.2, а вертикальная составляющая вычитается из силы веса изделия G, соответственно нормальная сила реакции лотка на изделие N ₁ = G - J_y. На изделие также действует сила трения между изделием и лотком F _тр1 = N ₁×m, где m – коэффициент трения.

а

б

Рис. 5.2. Силы, действующие на изделие

Максимальное значение m равно коэффициенту трения покоя m_п. Направление F _тр1 противоположно по направлению силе J_х, стремящейся сдвинуть изделие по лотку.

На рис. 5.2, б сила J_y складывается с силой веса G, соответственно нормальная сила N ₂ = G + J_y, а сила трения F _тр2 = N ₂×m.

Все вышеперечисленные силы переменны по фазе колебаний и времени, кроме силы G. Имеет место так называемая “игра сил”, в результате которой изделие может лежать на лотке неподвижно (при малых силах J), может двигаться по лотку вперед или назад, может подпрыгивать на лотке, может совершать несколько движений. Конкретное поведение изделия на лотке зависит от параметров изделия и лотка – массы, формы и размеров изделия, шероховатости поверхностей изделия и лотка, от параметров вибрации и конструкции лотка, в частности, частоты амплитуды и формы колебаний, угла наклона и жесткости рессор и т. п. Например, при малых углах наклона рессор α, движения изделия возможны только вдоль лотка, при больших α изделие будет подпрыгивать на лотке, а вдоль лотка двигаться не будет. Максимальная скорость перемещения изделия по лотку достигается в режиме проскальзывания изделия по лотку вперед с подпрыгиванием. Для этого подбирается оптимальные угол наклона рессор, частота, амплитуда колебаний, так, чтобы, время полета изделия было гарантированно меньше периода колебаний лотка, иначе процесс движения будет неустойчивым или даже, изделие по лотку будет двигаться назад.

В современных виброприводах стараются ограничить мощность вибродвигателя и получить при этом достаточно большую амплитуду колебаний лотка. Особенно это касается раскачки больших лотков с тяжелыми предметами, например, кусками руды. В этом случае стараются работать в резонансном режиме или вблизи резонанса. Для этого устанавливают датчик амплитуды колебаний лотка или датчик скорости перемещения предметов по лотку и подбирают частоту колебаний. Понятно, что из-за множества влияющих факторов получить лучшие результаты можно только экспериментально, однако изначально, для того чтобы разработать и изготовить вибролоток, нужны ориентиры, которые можно получить при анализе сходных конструкций, а также при теоритическом исследовании и решении дифференциальных уравнений движения изделия по лотку.