УДК 62-119: 664.7

ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ ВРЕДНОЙ ВИБРАЦИИ В ВИБРАЦИОННЫХ СЕПАРИРУЮЩИХ МАШИНАХ

Пивень Валерий Васильевич1, Уманская Ольга Леонидовна2
1Тюменский государственный нефтегазовый университет, Доктор технических наук, профессор, кафедра машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности
2Тюменское высшее военно-инженерное командное училище (военный институт) имени маршала инженерных войск А.И. Прошлякова, Кандидат технических наук, доцент, кафедра прикладной механики

Аннотация
Статья посвящена анализу теоретических и экспериментальных исследований, направленных на снижение вредной вибрации в сепарирующих машинах. Рассмотрены варианты использования различных видов гасителей колебаний. Делается вывод о возможности оптимизации конструктивных параметров рамных конструкций. Это позволит рационально располагать структурные элементы конструкции, обеспечивая при этом минимум массы при соблюдении прочностных требований.

Ключевые слова: вибрационные машины, виброизоляция, виброперемещения, гашение колебаний, оптимизация рамных конструкций, приводной механизм


PROBLEMS OF DECREASE IN HARMFUL VIBRATION IN VIBRATION SEPARATING MACHINES

Piven Valery Vasilyevich1, Umanskaya Olga Leonidovna2
1Tyumen State Oil and Gas University, Doctor of Engineering, professor, department of machines and equipment of oil and gas industry
2Tyumen highest military and engineering command school (military institute) name of the marshal of engineering armies A. I. Proshlyakov, PhD in technical Science associate, professor, department of applied mechanics

Abstract
Article is devoted to the analysis of the theoretical and pilot studies directed on decrease in harmful vibration in separating machines. Options of use of different types of quenchers of fluc-tuations are considered. The conclusion about possibility of optimization of design data of frame designs is drawn. It will allow to have rationally structural elements of a design, providing thus a weight minimum at observance of strength requirements.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Пивень В.В., Уманская О.Л. Проблемы снижения вредной вибрации в вибрационных сепарирующих машинах // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/03/31171 (дата обращения: 03.06.2017).

Вибрационные машины широко применяются в различных отраслях техники для интенсификации физических и химических процессов, для транспортирования и дозирования сыпучих материалов, их смешивания, уплотнения, а также разделения сыпучих материалов на разнокачественные фракции [1]. Вибрационные сепарирующие машины используются для  обогащение полезных ископаемых, вибрационной обработки деталей, изготовления литейных форм и выбивки опок, разделение различного рода порошков, подготовки сырья в  технологических процессах производства строительных изделий и пищевых производств, сепарирования зерна на элеваторах, подготовке семян в агропромышленном комплексе.

По типу преобразования подводимой энергии в энергию механических колебаний привода зерноочистительных машин делятся на две группы. Простейшими из них являются кинематически жесткие приводы. Достоинство кинематически жесткого привода заключается в том, что он обеспечивает заданную амплитуду колебаний рабочего органа при изменении частоты колебаний, колеблющейся массы и технологической нагрузки. Недостатком такого привода является действие больших инерционных сил на звенья устройства.

При возвратно-поступательном движении двух ситовых корпусов применяют эксцентриковый  колебатель.

К другой группе приводных устройств относятся инерционные колебатели. Амплитуда колебаний зерноочистительных машин с инерционными колебателями зависит от соотношения частот вынужденных и собственных колебаний, массы рабочих органов и обрабатываемого продукта.

Проведенный анализ показывает, что любое изменение оптимальных параметров рабочих органов зерноочистительных машин ведет к снижению эффективности процесса сепарирования. Одним из факторов, влияющих на кинематический режим работы, являются колебания рамы машины, возникающие вследствие неполной уравновешенности сил инерции колеблющихся масс.

Колебания рамы машины увеличивают фактическую амплитуду колебаний ситовых корпусов на 30-40%  по сравнению с номинальной [2]. Нарушается также закон движения ситовых корпусов.

Гашение колебаний осуществляют при помощи специальных устройств – динамических гасителей, которые не входят в основную, конструктивную цепь. Существует следующая классификация динамических гасителей [3]:

1. Поглотители колебаний – устройства, поглощающие энергию, подводимую возбуждающим моментом, и уменьшающие амплитуду колебаний. Они представляют собой массу, присоединенную к основной механической системе при помощи элемента трения. К этому типу относятся гасители сухого трения, гидравлические, ударные.

2. Динамические гасители колебаний уравновешивают возбуждающий момент или изменяют частоту системы без рассеяния энергии. К динамическим гасителям относятся: нелинейные муфты, маятниковые демпферы, устройства для отключения маховых масс при подходе к резонансу, добавочные массы на пружине.

3. Динамические гасители колебаний с трением. Действие данных устройств вызывает частичное рассеяние энергии и частичное уравновешивание возбуждающего момента. Динамические гасители колебаний с трением представляют собой дополнительную массу, присоединенную к основной механической системе при помощи упругого и вязкого элементов. Такими гасителями являются резиновые демпферы, динамические демпферы с рессорными пружинами.

Динамические гасители применяются, как правило, для понижения     виброактивности объекта в местах крепления гасителей, что может вызвать ухудшение вибрационного состояния в других узлах машины. Динамические гасители используют для подавления различных видов колебаний: изгибных, продольных, крутильных и т. д. Для эффективности гашения необходимо, чтобы вид подавляемых колебаний совпадал с видом колебаний, осуществляемых присоединенным устройством.

В работе [3] представлены возможные виды и принципиальные схемы наиболее распространенных динамических гасителей, даны основные настроечные соотношения и возможная область применения. Вопросам теоретической и конструкционной разработки линейных, нелинейных, регулируемых виброгасителей посвящены монографии [4, 5]. Практическое применение ударных, эксцентриковых, маятниковых виброгасителей описано в работе [6]. При выборе параметров виброгасителя важны следующие соотношения: отношения масс гасителя и объекта, отношения частот свободных колебаний гасителя и объекта.

В решетных зерноочистительных машинах виброгашение не применяется, но установка виброгасителей возможна на решетных станах и на раме машины. Так как у данных машин возбуждающая сила имеет синусоидальный характер и фиксированные частоты, то возможно применение линейных виброгасителей.

Виброизоляция. В ряде случаев невозможно устранить вибрацию машины при помощи уравновешивания или виброгашения, тогда применяют виброизолирующее устройство. Вопросы теории и практики виброизоляции а также конструкции применяемых виброизоляторов рассмотрены в работах: [3, 6, 7, 8, 9, 10, 11].   

Виброизолирующее устройство устанавливается между источником возмущений и объектом защиты. В зависимости от соотношения масс объекта и источника в системе возникает силовое или кинематическое возбуждение. При работе зерноочистительных машин возникает повышенная вибрация фундамента, при этом в системе возникает силовое возбуждение. Целью виброизоляции при силовом гармоническом возбуждении является уменьшение амплитуды R0 силы, передаваемой на неподвижный объект, или уменьшении амплитуды X0 установившихся вынужденных колебаний источника.

Виброизоляторы классифицируются по виду или способу введения демпфирования или по материалу упругого элемента. Виброизоляторы бывают резинометаллические, пружинные и цельнометаллические с воздушным или сухим трением, недемпфированные. В ситовых корпусах, совершающих прямолинейные колебания, применяют резиновые и резинометаллические опоры. Расчет таких опор приведен в работе [12]. Данные опоры имеют ряд недостатков: изменение динамических свойств при длительной эксплуатации, недостаточная надежность соединения резинового массива с металлической арматурой, ухудшение виброзащитных свойств при изменении температуры и влажности, недостаточное в отдельных случаях демпфирование, влияние на долговечность паров бензина, масла.

В работе [13] Трантенберитом М.А. и Оляничем Ю.Д. рассмотрено уменьшение колебаний перекрытий с помощью нелинейных виброизоляторов при работе решетных зерноочистительных машин. Защита обслуживающего персонала возможна при применении антивибрационной обуви [14]. Выбор жесткости перекрытий при работе зерноочистительных машин в зависимости от частоты собственных колебаний машины обоснован в работе [15].

Во избежание резонанса собственные частоты машины должны значительно отличаться от частот вынужденных колебаний решетных станов. При жестком креплении машины частоты собственных колебаний должны лежать в пределах 120¸150 (1/сек). Применение виброизоляторов (установка упругих резиновых или деревянных прокладок) снижает частоту собственных колебаний до значений 15¸20 (1/сек), что приводит  к более плавному ходу машины во время пуска и остановки.

Кроме общей виброизоляции при которой изолируется машина от основания существует местная виброизоляция. Примером местной виброизоляции  может служить изоляция двигателей внутреннего сгорания. Например, виброизоляция дизельного двигателя СМД-14К, которая рассматривается в работе [16]. Возможна виброизоляция отдельных рабочих органов вибрационных машин [17].

В решетных зерноочистительных машинах с кинематически жестким приводом местная виброизоляция решетных станов не осуществляется. Решетные станы крепятся к раме машины при помощи пластинчатых деревянных или стальных подвесок. Подвески в данном случае являются упругими поддерживающими связями, обеспечивающие направленное движение рабочих органов. Подвески работают параллельно с приводным устройством и должны его разгружать. Расчет подвесок приводится в работах [18, 19].

Анализ существующих виброгасителей и виброизоляторов показывает, что эти устройства также как и уравновешивающие устройства не обеспечивают полного устранения вредных вибраций и позволяет сделать следующие выводы:

1.Неуравновешенность движущихся частей сепарирующих машин, недостаточная жесткость элементов рамной конструкции вызывает виброперемещения рам сепарирующих машин, в несколько раз  превышающих установленные требования.

2.Колебания рамы зерноочистительной машины увеличивают фактическую амплитуду колебаний до 40% в сравнении с номинальной и существенно снижают качество сепарирования, а также приводят к повышенному износу механизмов.

3.Существующие методики расчета рамных конструкций не учитывают всех особенностей зерноочистительных машин как машин с преднамеренно возбужденной вибрацией для осуществления технологического процесса.   

4.Для повышения надежности зерноочистительных машин и их вибрационной безопасность, улучшения качества сепарирования необходимо снижение вибрационных перемещений  несущих конструкций.

5.Улучшение вибрационных характеристик зерноочистительных машин возможно за счет гашения вредной вибрации, а также оптимизации рамных конструкций, позволяющей рационально располагать ее структурные элементы при минимуме массы с учетом динамического нагружения и выполнения прочностных условий.


Библиографический список
  1. Пивень В.В., Уманская О.Л. Классификация вибрационных сепарирующих машин //Современные научные исследования и инновации. – Март, 2013 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/ issues/2013/03/22592   ISSN 2223-4888.
  2. Барсуков А. Ф. Справочник по сельскохозяйственной технике / А. Ф. Барсуков, А. В. Еленев. – М.: Колос, 1981. -  463 с.
  3. Вибрация в технике: справочник. В 6 т. / под ред. В. Н. Челомей. – М.: Машиностроение, 1978. – 1981.
  4. Алексеев А. М. Судовые виброгасители / А. М. Алексеев, А. К. Сборовский. – Л.: Судпромгиз, 1962. – 196 с.
  5. Елисеев С. В. Динамические гасители колебаний / С. В. Елисеев, Г. П. Нерубенко. – Новосибирск: Наука, 1982. – 144 с.
  6. Ананьев И. В. Динамика конструкций летательных аппаратов / И. В. Ананьев, И. М. Колбин, Н. П. Серебрянский. – М.: Машиностроение, 1972. – 416 с.
  7. Вибрация энергетических машин: справочное пособие / под ред. Н. В. Григорьева. – Л.: Машиностроение, 1974. – 464 с.
  8. Вольперт Э. Г. Динамика амортизаторов с нелинейными упругими элементами. – М.: Машиностроение, 1972. – 136 с.
  9. Шубин Ю. П. Выбор оптимального противовеса для машин с горизонтально качающимся рабочим органом // Труды ЧИМЭСХ – Челябинск , 1978. Вып. 134 - С. 151-156.
  10. Crede Ch. E. Vibration and shook Lsolation.- N.Y.- London: John Wiley & Sons, 1962.- 328 p.
  11. Crede Ch. E. Vibration and shook Lsolation.- N.Y.- London: John Wiley & Sons, 1962.- 328 p.
  12. Бидерман В. Л. Теория механических колебаний. – М.: Высшая школа, 1980. – 160 с.
  13. Трантенберит М. А. Расчет системы виброизоляции зерноочиститель ной машины ЗАВ-10.30000 / М. А. Трантенберит, Ю. Д. Олялич.  - Тракторы и сельхозмашины, 1975. – №  9 – С. 23 – 25.
  14. Патент № 3120712 (США) Shoeconstruction/ MenkenL. L. 1961.
  15. Лапшин П. Н. Исследование и обоснование путей уменьшения вибрации решетных зерноочистительных машин: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Челябинск, 1971. – 123 с.
  16. Гриньков Ю. В. Исследование в области уменьшения вибраций и повышения долговечности рабочих органов зерноуборочных комбайнов/ Ю. В. Гриньков, Л. Е. Декамили, А. Е. Мартышкин // Долговечность и надежность сельскохозяйственных машин. – М.: Машиностроение, 1966. -  С. 7 – 12.
  17. Николаенко Г. И. Теория амортизации вибрационных машин: сб. Механика и расчет машин вибрационного типа.- М. : Изд-во АН СССР, 1957. – С. 61-79.
  18. Кожуховский И. Е. Зерноочистительные машины. – М.: Машиностроение, 1974. – 200 с.
  19. Борискин М. А. Сепарирующие машины зерноперерабатывающих предприятий / М. А. Борискин, В. В. Гортинский, А. Б. Демский. – М.: Машиностроение, 1979. – 109 с.


Все статьи автора «pivenvv»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: