Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время на основе фундаментальных исследований в области физики твёрдого тела и теории колебаний разработаны новые способы разрушения материала и оборудование, позволяющие повысить производительность, стабильность рабочего режима, степень дробления материала и качество конечного продукта, а также снизить затраты энергии.
В значительной степени принципы рационального разрушения материала реализованы в созданной в ОАО "Механобр-техника" вибрационной щековой дробилке. В этой дробилке впервые был использован эффект самосинхронизации приводных инерционных вибровозбудителей, что позволило существенно упростить конструкцию и снизить уровень динамических нагрузок на различные элементы дробилки.
Явление самосинхронизации вибраторов уже сравнительно давно используется при конструировании вибрационных машин различного назначения. Теоретический анализ явления самосинхронизации изложен в работах Д.А. Плисса, И.И. Блехмана, Б.П. Лаврова, Р.Ф. Нагаева, О.П. Барзукова, К.Ш. Ходжаева, Л. Шперленга и других отечественных и зарубежных учёных. В создание вибрационной щековой дробилки (ВЩД) наибольший вклад внесли Б.П. Лавров и В.Я. Туркин.
Теоретические исследования, а также опыт эксплуатации ВЩД показали, что в рабочем диапазоне частот имеются две существенно различные собственные частоты колебаний несущей системы. Одна из них сос. соответствует симметричным колебаниям машины, а другая со»,. - кососимметричным. При этом устойчивый синхронно-синфазный режим вращения роторов вибраторов возможен либо в дорезонансном частотном диапазоне (0 < со< сос), либо в заре-зонансном (со > со*). Существенно, что необходимую для дробления интенсивность вибраций возможно обеспечить только при со > со*. Это предопределило следующие основные недостатки ВЩД:
прохождение через два разнохарактерных резонанса, соот
ветствующих значениям сос и сок, при пуске и выбеге маши
ны;
І рос. национальная]
возбуждение интенсивных поворотных колебаний несущей системы при возмущениях рабочего режима;
сравнительно высокие динамические нагрузки на подшипники валов вибраторов, расположенных непосредственно на дробящих щеках.
Во многом вышеперечисленные недостатки устранены в новых дробилках виброударного действия, предложенных в ОАО "Механобр-техника": вибрационной конусной дробилке (ВКД) и вибрационной щековой дробилке с нежёстким креплением вибровозбудителей (ВЩД-2). Однако на сегодняшний день теоретические исследования динамики новых дробилок отсутствуют, и проведение таких исследований является актуальным для повышения эффективности и надёжности работы дробилок виброударного действия.
Целью работы является научно обоснованный выбор геометрических и инерционных параметров дробилок виброударного действия и их настройка на рабочую синхронную частоту для обеспечения устойчивой работы с заданными производительностью и степенью дробления.
Идея работы состоит в учёте влияния измельчаемого материала на устойчивость рабочего режима дробилок виброударного действия путём введения линейно-вязкого демпфера между дробящими телами.
Основные задачи исследовании:
-
Разработка динамических моделей дробилок виброударного действия: вибрационной конусной дробилки и вибрационной щековой дробилки с нежёстким креплением вибровозбудителей.
-
Теоретическое обоснование возможности максимального повышения запаса по устойчивости синхронно-синфазного режима работы дробилок.
-
Проведение экспериментальных исследований для определения влияния разрушаемого материала на динамику несущей системы и запас по устойчивости рабочего синхронно-синфазного режи-
ма вибрационной щековой дробилки с нежёстким креплением вибровозбудителей.
Методы исследований
Для решения поставленных задач использовался комплексный метод исследований, включающий теоретическую и экспериментальную части. В теоретическую часть входило построение динамических моделей дробилок на основе методов теоретической механики и теории колебаний, исследование динамики несущей системы проводилось апробированными методами теории синхронизации.
Экспериментальные исследования были проведены на опытном образце вибрационной щековой дробилки с нежёстким креплением вибровозбудителей (ВЩД 130x300) и преследовали цель определения коэффициента эквивалентного вязкого трения. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики.
Защищаемые научные положения:
-
При условии превышения рабочей синхронной частоты над парциальной частотой колебаний конуса достигается синхронно-противофазное движение корпуса и конуса, обеспечивающее устойчивый режим работы вибрационной конусной дробилки с заданными производительностью и степенью дробления.
-
Устойчивый синхронно-синфазный режим работы вибрационной конусной дробилки существует в зарезонансном частотном диапазоне при условии, что сумма квадратов геометрических параметров дробилки, отнесённая к моменту инерции системы, больше массы конуса, отнесённой к произведению массы корпуса на общую массу машины.
-
При увеличении расстояния между осями вибровозбудителей и общей жёсткости системы устойчивый синхронно-синфазный режим работы вибрационной щековой дробилки с нежёстким креплением вибровозбудителей реализуется в межрезонансном частотном диапазоне.
Научная новизна работы:
-
Впервые установлены закономерности изменения коэффициентов запаса по устойчивости синхронно-синфазного режима работы вибрационной конусной дробилки и вибрационной щековой дробилки с нежёстким креплением вибровозбудителей в зависимости от рабочей частоты в различных диапазонах её изменения.
-
Построены амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики дробилок виброударного действия и разработаны рекомендации по выбору рабочей синхронной частоты.
-
Теоретические и экспериментальные исследования позволили получить зависимость коэффициента запаса по устойчивости от производительности и частоты, а также сформулировать условие получения максимальной производительности вибрационной щековой дробилки с нежёстким креплением вибровозбудителей.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций определяется использованием апробированных современных методов теории нелинейных колебаний и теории синхронизации и подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований при доверительной вероятности 95%.
Практическая значимость работы:
-
Разработаны инженерные методики для определения законов колебаний элементов вибрационной конусной дробилки и вибрационной щековой дробилки с нежёстким креплением вибровозбудителей, а также коэффициентов запаса по устойчивости рабочего синхронно-синфазного режима.
-
Даны рекомендации по выбору научно обоснованных геометрических и инерционных параметров дробилок виброударного действия.
Апробация работы
Основные положения работы докладывались на научных конференциях молодых учёных «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 1999-2002 г.г.), на XIV Симпозиуме
«Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем» (Звенигород, 2003 г.).
Личный вклад автора
Разработана теория устойчивых колебаний и самосинхронизации инерционных вибровозбудителей дробилок виброударного действия и предложена методика их расчёта при синхронно-синфазном режиме работы этих машин.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 работ в периодических изданиях и сборниках научных трудов.
Объём и структура работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 104 страницах, содержит 18 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 91 наименования.
