Автор работы: Пользователь скрыл имя, 14 Мая 2014 в 18:16, лекция
Процесс колебаний возникает в различных физических условиях и относится к различным объектам. Среди них в первую очередь нужно отметить материальные тела, совершающие механические движения, т. е. движения, изменяющие положение относительно друг друга (в том числе и колебательные движения). То есть можно выделить класс механических колебаний.
Существуют колебания и другой физической природы: электрические колебания, тепловые колебания. Но мы рас¬смотрим только механические.
Принципиальные схемы вибрационных установок с депнлннепыми вибраторами
К раме или непосредственно к рабочей камере крепится корпус дебаланса 3. Рама с работой и камерой устанавливается на упругих элементах 4 на массивном основании 5. Рабочая камера также может иметь упругую подвеску на раме. В качестве упругих элементов in пользуются пружины, резинокордные баллоны со сжатым воздухом и резиновые амортизаторы. Вращение дебалансов осуществляется от электродвигателя, установленного на основании 5, при помощи клиноременной передачи через ступенчатые шкивы и эластичные муфты. Возмущающая шла, создаваемая вращающимися дебалансами, сообщает рабочей камере с находящейся в ней так называемой загрузкой (рабочей средой и обрабатываемыми деталями) крупные колебания.
Вибрационная установка с трехдебалансным вибратором (см. рис. 80, б) имеет рабочую камеру I со скошенной боковой стенкой. Такая форма сечения камеры, близкая к () образной, позволяет ускорить процесс обработки, так как улучшаются условия обтекания загрузкой стенок камеры но сравнению с U-образным сечением. Вдоль дна рабочей камеры расположены валы трех дебалансов 3, корпуса которых жестко крепятся к камере и к раме 2 упругим элементом 4, установленным на основании 5. Правый дебалансний вал вращается от электродвигателя и при помощи шестерен 6 передает вращение двум другим валам. Под воздейстннем возникающих центробежных сил рабочая камера совершает движение по некруговой траектории, что также способствует интенсификации процесса обработки.
Рабочая камера 1 установки с двухдебалансным вибратором (см. рис. 89, в) имеет форму горизонтально расположенной у цилиндра, открытого сверху, жестко связанного с и< I \ щей рамой 2, которая упруго смонтирована при помощи пружин 4 на основании 5. К несущей раме прикреплены корпуса валов дебалансов 3. Оси валов расположены по обе | троны от оси рабочей камеры и лежат в одной плоскости I ее центром тяжести. Привод обоих дебалансных валов in ушегшляется от общего приводного двигателя. Рабочая камера получает вибрации от вращающихся в одну сторону ж | ..шансов.
Вибрационная установка, показанная на рисунке такую же по форме камеру 1, как в предыдущем слу¬чае. Отличие состоит в том, что источником колебаний камеры являются шесть дебалансов 3, корпуса которых жесты укреплены на камере и раме 2. Валы дебалансов связаны между собой при помощи зубчатых ремней 6 и шестерен 7. Камера установлена при помощи пружин 4 на основании 5. Вращение от приводного двигателя сообщается правому нижнему дебалансу. Все дебалансы, вращаясь в одну сторону, воздействуют на загрузку в рабочей камере эффективными вибрациями, которые увеличивают производительность установки по сравнению с однодебалансной. Существенными недостатками данной системы являются невысокая степень надежности системы и повышенный уровень шума.
11редставленная на рис. 80, д схема вибрационной установки в отличие от рассмотренных, рабочие камеры которых открыты и в плане представляют собой прямоугольник, имеет закрытую цилиндрическую горизонтальную рабочую камеру /, жестко соединенную с несущей рамой 2. Снаружи на валах параллельно оси камеры расположены дебалансы 3, помещенные в трубчатые кожухи, жестко связанные с рамой. Ось вала нижнего, большего по массе дебаланса находится в вертикальной плоскости, проходящей через ось рабочей камеры, а оси двух других равных по массе дебалансов расположены сверху симметрично этой плоскости. Налы дебалансов связаны между собой при помощи звездочек 4, цепи 5 и паразитных звездочек 6. Несущая рама кренится посредством пневмоупругих амортизаторов 7 к основанию 8.
Такая установка имеет ряд преимуществ: повышенную интенсивность перемешивания груза, возможность высоко - аффективной обработки изделий со сложной внешней формой, высокую производительность.
Кроме виброустановок с одной рабочей камерой, разработаны конструкции многокамерные—с двумя, тремя,
четырьмя камерами. Их основное преимущество — повышение производительности.
На рис. 80, е показана схема с двумя цилиндрическими камерами 1, приводимыми в колебательное движение двух - дебалансным вибратором, оси валов которого находятся в вертикальной плоскости симметрии рабочих камер. Имеются установки с рабочей камерой кольцевого (торпидного) типа. Рабочая камера 1 такой установки, представляющая собой открытый тор (см. рис. 80, ж), жестко укреплена на раме 2. Под камерой, внутри ее горловины, расположен вибратор с двумя дебалансами 3. Оси рабочей камеры и вибратора совпадают. Рама установки опирается на пружины 4, расположенные по окружности основания 5.
Принципиальная схема установки с электромагнитным вибратором показана на рис. 89, з. К рабочей камере 1 цилиндрической формы жестко прикреплен рычаг с якорем 2. Статор 3 неподвижно покоится на раме 4, которая посредством упругих элементов 5 крепится к основанию 6. При пропускании тока через обмотки статора якорь притягивается к нему. Благодаря упругой подвеске камера вместе с рычагом и якорем совершает колебательные движения, которые сообщаются нагрузке.
Двухкамерная установка электромагнитного действия изображена на рис. 8Ш и. Две горизонтально расположенные камеры 1, соединенные рамой 2, и закрепленный между камерами якорь 3 образуют одну жесткую систему, установленную на упругих элементах 4 на основании 6. Помещенные под камерами по обе стороны якоря статоры 5 электромагнитов попеременно притягивают якорь, вынуждая систему якорь — рама камеры совершать качающиеся движения, передаваемые загрузке. Установки с электромагнитным вибратором, как правило, обладают меньшей мощностью и производительностью по сравнению с установками дебалансного типа.
На рис. 89, к представлена схема с однодебалансным вибратором, имеющая те же составные элементы, что и установка на рис. 89, и, за исключением электромагнитного устройства, состоящего из якоря 6 и статора 7, жестко закрепленных соответственно на раме 2 и на основании 5, и служащего для автоматического регулирования амплитуды колебаний.
Резонансные машины, облегчающие человеческий труд, не требующие больших энергетических затрат,— еще один способ повышения производительности.
Методы интенсификации физических процессов и химических реакций.
За последние два десятилетия во многих отраслях промышленности все больше применяются вибрационные метод интенсификации физических процессов и химических I и ли. 11 nil, протекающих в однофазных и многофазных система'. Интенсификация процессов выражается как в их V горении, так и в более полном использовании взаимодействующих веществ. В некоторых случаях использование I > 111 >| *. 111п и позволяет создавать новые технологические процессы, которые без вибрации либо не осуществимы, либо не больны.
<. помощью вибрационных
машин и аппаратов
Ряд технологических операций выполняют на вибрационных конвейерах, на которых сыпучий материал передвигая с помощью подбрасывания. Часто эти операции представляют собой физические теплообменные и массообменные процессы, например охлаждение, нагрев, сушку, м иногда химические реакции — хлорирование и т. д.
Для интенсификации физических процессов и химических реакций с помощью вибрации применяются специальные вибрационные аппараты, например, аппараты с виброкипящим слоем сыпучего вещества в воздушной или иной I.повой среде или аппараты с вибрационным перемешиванием суспензий, эмульсий и потоков газовых пузырьков в жидкости (см. дальше).
Многие технологические процессы в виброкипящем слое приводят к значительному ускорению процессов, повышению качественных показателей, уменьшению размеров аппаратуры. В частности, предложены различные аппараты для технологических процессов, происходящих в виброкипящем слое сыпучего материала в газовой среде. Меньше внимания уделяют использованию виброкипящего слоя в жидкой среде, так как в этих случаях, как правило, большой
эффект дает вибрационное воздействие на более значительный объем суспензии в камере аппарата.
Чаще всего виброкипящий слой сыпучего материала в газовой среде используют в таких процессах тепло - и массового обмена, как охлаждение, нагрев и сушка. Высокий уровень теплопередачи достигается при циркуляционном движении сыпучего материала в камере аппарата. Имеются вибрационные аппараты с кондуктивной, конвективной и радиационной передачей тепла.
В связи с высокой интенсивностью и возможностью тонкого регулирования теплообмена в виброкипящем слое предложен ряд технологических процессов термической обработки металлических изделий в виброкипящем слое специально подобранного тонкоизмельченного материала (корунда, песка и т. д.). Такая термическая обработка, выполненная в атмосфере защитного слоя, предохраняет поверхность деталей от обезуглероживания и окисления. Таким способом осуществляются закалка, отпуск и нормализация различных металлических изделий.
В виброкипящем слое интенсивно протекает и ряд других технологических процессов. В их числе адсорбция активированного угля, отдельных газов из газовой смеси, твердофазные химические реакции, нанесение на поверхность металлических изделий полимерного покрытия.
В жидких средах эффективным способом интенсификации технологического процесса является вибрационное перемешивание, которое может осуществляться по-разному. Один из способов — вибрационное возбуждение множества затопленных турбулентных струй в объеме жидкости, помещенной в камере аппарата. Аппараты с интенсивным вибрационным перемешиванием жидкой среды эффективны для многих технологических процессов, в том числе выщелачивания и цементации.
Использование морских волн для получения полезной механической энергии.
Колебательные движения морских волн позволяют непрерывно получать механическую энергию, которую можно преобразовать в энергию электрическую. Известно, что энергия морских волн используется и на электростанциях.
Один из видов подобных электростанций состоит из трех соединенных горизонтальными шарнирами понтонов. Передний понтон, подобно поплавку, движется вверх и вниз, второй качается, а третий относительно неподвижен. С помощью механизма вращение понтонов в шарнирах передается насосу, который перекачивает жидкость и приводит в движение гидромотор, связанный с генератором, вырабатывающим электроэнергию. Схема расположения понтонов на волне показана на рис. ЭЩ м
Заметим, что, несмотря на движение гребней волны в одном направлении, частицы жидкости совершают локальные движения, близкие к колебаниям вверх — вниз, и движение волны характеризует, собственно, движение конфигурации поверхности воды, но не движение масс жидкости. Гели понаблюдать за движением какого-нибудь плавающего предмета, можно заметить, что при одностороннем движении Полны предмет очень незначительно продвигается в горизонтальном направлении. И поэтому цепь из трех понтонов при проходе волны попеременно изгибается то в одну то в другую сторону, передавая вращение шарнирам. Конечно, иен эта система при помощи якорей привязывается, ибо полна имеет много различных составляющих; некоторые из них обладают «прибойным» характером и могут, хотя и в слабой степени, способствовать продольному перемещению системы в одну сторону.
Лекция шестая. Задачи измерений. Приборы. Вибродиагностика.
Задачи измерений.
Для чего нужно измерять колебания?
Как уже указывалось, теоретическая модель, т. е. механическая система, предназначенная для расчетов, представляет собой идеализированное, а порой и субъективное воспроизведение реального объекта. Модель не может охватить все многообразие движений элементов объекта. Естественно, движение, в частности колебания или вибрация, реального объекта (машины, сооружения, транспортного средства и др.) отличается от того движения, которое получается при расчетах идеализированной механической модели. В реальном движении проявляются такие особенности объекта, которые лежат «за пределами» модели и в расчетах не учитываются. Это, например, особенности формы элементов, схематически представляемых простыми стержневыми или балочными, несовершенство соединений элементов между собой (зазоры, трение, действующее по сложному закону, смазочная среда и др.).
Существует много объектов техники, о поведении которых в эксплуатации необходимы достаточно достоверные знания. В этом случае важно уметь измерять и записывать фактически происходящий процесс колебаний. Или, например, при экспериментах с опытным образцом машины, которая должна быть пущена в серийное производство. Измерения нужны также при проверке принятой расчетной модели, на основании которой устанавливается ее приемлемость или необходимость корректировки.
На основании измерений колебаний и вибрации могут быть выявлены опасные состояния объекта, в частности близость к резонансному состоянию, или другие виды неустойчивости, порождающие раскачку колебаний. По результатам измерений вибрации и анализу шума можно диагностировать внутренние дефекты, нарушающие нормальное функционирование механизма. (Еще в глубокой древности по уровню вибрации, передаваемой через грунт, предсказывали землетрясение.)
В настоящее время существует обширная область применения колебаний и вибрации в технике испытаний. Для любого испытания должна быть составлена программа, за- н.in нцая все необходимые параметры, определяющие процесс, и in с величины должны быть измеряемы. Колебания и вибрацию измеряют в их источнике и на испытуемом объекте.
Какие же величины подлежат измерению?
Во-первых, амплитуды колебаний, а также их производные величины — скорости и ускорения. Эти величины могут hi носиться как к отдельным точкам тела (детали, машины, сооружения и др.), так и к поступательному движению, Когда происходят прямолинейные колебания тела, и к вращательному движению, когда происходят угловые колебания тела относительно постоянной оси.