Лаб 66

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Лабораторна робота № 66

з дисципліни ”Автоматизація виробничих процесів”

на тему: “ Вивчення конструкції, принципу дії та дослідження

вібраційного бункерного живильника з незалежними коливаннями”

Виконав

Ст. гр. РТК-41

Перевірив

Шенбор В.С.

ВСТУП

Вібраційні бункерні живильники (ВБЖ) сьогодні є найпоширенішим бункерно-орієнтувальними пристроями обробляючих, складальних, контрольно-сортувальних та лічильно-фасувальних машин-автоматів, а також транспортно-орієнтувальними модулями робото-технологічних комплексів. Це пояснюється високою продуктивністю, універсальністю та економічністю віброживильників, а також простотою їх налагодження та експлуатації.

Завдяки зусиллям переважно вітчизняних вчених, зокрема науковців Львівської політехніки, було розроблено теорію вібротранспортування, сформульовано теоретичні основи розрахунку віброживильників різних конструкцій та створено низку нових конструкцій віброживильників. Ці конструкції призначені для виділення з навалу, транспортування із здійсненням часткового або повного орієнтування штучних виробів і подавання їх у робочу зону різноманітного технологічного обладнання. Крім того, вони також можуть здійснювати транспортування і подавання сипких матеріалів.

Однією з важливих характеристик віброживильника є його продуктивність, яка залежить від конструктивних параметрів живильника та режимів його роботи. Тому особливо важливим є показник коефіцієнта швидкості, який характеризує рівень використання коливань пристрою. Дослідженню впливу режимів роботи на продуктивність та коефіцієнт швидкості віброживильника присвячено цю лабораторну роботу.

1. МЕТА РОБОТИ

1.1. Ознайомлення з конструкцією та принципом роботи ВБЖ.

1.2. Визначення власних частот коливань ВБЖ.

1.3. Експериментальне дослідження залежності коефіцієнта швидкості Кш і продуктивності Q від параметра перевантаження W та кута зсуву фаз 0 між вертикальною та горизонтальною складовими коливань робочого органа ВБЖ.

2. КОНСТРУКЦІЯ ТА ПРИНЦИП РОБОТИ ВБЖ

На рис. 1 зображено в розрізі вібраційний бункерний живильник з незалежними коливаннями, який застосовано в цій лабораторній роботі.

Живильник складається з чаш 1, на внутрішній поверхні якої виконано гвинтовий лоток (для виконання лабораторної роботи чашу 1 замінено на плоский диск з канавкою, що імітує лоток, рис.2). Чаша разом з кільцями 3, 5 дном 4 і стаканом 2 утворюють робочу масу (m1,), що закріплена до комбінованої пружної системи, яка складається з центрального циліндричного торсіона 7, плоских пружин 6, (утворюють торсіон «білкове колесо») та плоских компенсуючих пружин 14. До нижньої частини торсіона 7 закріплено проміжну реактивну масу 13 (m2). У зоні «нульових коливань» на центральному торсіоні зроблено потовщення, на якому запресоване кільце 12 для кріплення, за допомогою пластин 9, якорів 8 віброзбуджувачів горизонтальних (кутових) коливань. Пластини 9 з’єднані з кронштейнами 11, що є опорами для встановлення віброживильника, через гумові амортизатори 10 на нерухому основу 17. Встановлення живильника через амортизатори та кріплення якорів у зоні «нульових коливань» практично забезпечує повну віброізоляцію віброживильника, тобто відсутнє передавання вібрації на основу 17.

На проміжній реактивній масі 13 встановлено чотири кронштейни 23, до яких закріплено чотири електромагніти 24 віброзбуджувачів горизонтальних (кутових) коливань. Нижня реактивна маса 21 закріплена до кінців плоских пружин 14, середини яких закріплені до проміжної маси 13. На нижній реактивній масі (m3) встановлено електромагніт 16 віброзбуджувача вертикальних коливань, якір 15 якого через втулки 22 закріплено до проміжної реактивної маси 13. Нижня реактивна маса 21, окрім того, через гумовий амортизатор 20, жорсткість якого регулюється гвинтом, опирається на нерухому основу 17. Для розміщення віброживильника у вертикальному положенні, що контролюється горизонтальним розташуванням верхнього краю чаші 1 за допомогою рівня, нерухома основа 17 встановлюється через опори, висота яких регулюється гвинтами 19.

Отже, коливальна система віброживильника об’єднує три маси, але, під час роботи, для кожної із складових коливань долучаються тільки по дві маси. Так, для горизонтальних (кутових) коливань робочою є маса (m1), а реактивна складається з нижньої (m3) та проміжної (m2) мас, а для вертикальних — робоча маса об’єднує масу (m1) і проміжну масу (m2), а реактивною масою є тільки нижня маса (m3). Тому коливальну систему цього віброживильника можна вважати двомасовою.

Завдяки наявності двох незалежних пружних систем та окремих віброзбуджувачів вертикальних та горизонтальних (кутових) коливань віброживильник може працювати у двох режимах: у режимі лінійних коливань та у режимі еліптичних коливань. Для роботи у режимі лінійних коливань обидва віброзбуджувачі під’єднуються до однієї фази електромережі, а для роботи у режимі еліптичних коливань — один віброзбуджувач під’єднується до мережі «напруги», а другий — через фазозміщувач. Крім того, завдяки тому, що регулювання горизонтальної та вертикальної амплітуд коливань здійснюється окремо, можна налагодити будь-які кути «кидання» (вібрації) та форму і нахил еліпса на транспортуючому лотку чаші.

Віброживильник працює так. Ввімкнувши живильник, якір віброзбуджувача вертикальних коливань змушує робочий орган здійснювати вертикальні коливання, а якорі збуджувача горизонтальних (кутових) коливань передають імпульсні зусилля на кільце, яке змушує центральний торсіон здійснювати кутові коливання. Завдяки кінематичному збудженню, маса m1 і реактивні маси m2 та m3 здійснюють кутові протифазні коливання. Під час складення цих коливань робочий орган здійснює гвинтові коливання під певним кутом «кидання», або еліптичні коливання, якщо віброзбуджувачі під’єднані через фазозміщувач. Завдяки напрямленим коливанням, вироби або сипкий матеріал транспортуються по гвинтовому лотку в чашу 1 і в момент досягнення вихідного вікна, випадають до відвідного лотка.

3. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

Віброживильник, що досліджується, розрахований для роботи на робочу частоту 50 Гц. Це означає, що обидва його віброзбуджувачі під’єднуються до мережі змінного струму з напругою 220 В, частотою 50 Гц через одно-напівперіодні випрямлячі, якими є напівпровідникові діоди. Оскільки конструкція віброживильника резонансна, то це означає, що власні частоти коливань вертикальної та горизонтальної коливальних систем останнього наближені до робочої частоти, тобто до 50 Гц (51,5-53 Гц).

Завдяки тому, що чаша ВБЖ здійснює гвинтові коливання (під час під’єднання без зсуву фаз), — кожний елементарний відрізок її гвинтового лотка можна розглядати як прямолінійний лоток, що коливається під кутом «кидання» до горизонту (кутом нахилу прямолінійної траєкторії коливань). При цьому кут нахилу лотка а до горизонту дотримуватиме відповідному куту нахилу гвинтового лотка чаші, який визначається з виразу

(1)

де h - крок гвинтового лотка, мм;

R - середній радіус гвинтового лотка, мм.

Коливання під кутом можна розкласти на дві складові: горизонтальну та вертикальну. Вертикальна складова коливань має практичне обмеження по величині, яке визначається коефіцієнтом перевантаження W. Параметр перевантаження W показує, у скільки разів нормальна складова прискорення транспортуючої поверхні більша за прискорення вільного падіння

(2)

де v - частота вимушуючих коливань, Гц;

Аннормальна складова амплітуди коливань лотка, м;

g - прискорення вільного падіння, м/с2;

а - кут підйому гвинтового лотка.

У цій роботі чаша з гвинтовим лотком замінена на плоский диск з канавкою, що імітує лоток, тому кут а = 0, а Анв і вираз (2) приймає такий вигляд:

(3)

Для безвідривного режиму вібротранспортування параметр W не може перевищувати значення одиниці, тому для робочої частоти коливань v =50 Гц максимальна величина вертикальної амплітуди Ан = 0,1 мм. Для відривних режимів максимальна величина вертикальної амплітуди коливань залежить від робочої частоти, матеріалу лотка та деталі і коефіцієнта пружності деталі (так званого коефіцієнта «відновлення» деталі).

Максимальна горизонтальна складова швидкості лотка визначається за виразом

VТ =

АГ- горизонтальна складова амплітуди коливань. Швидкість транспортування виробів визначається за виразом

Vр=

де - коефіцієнт швидкості, який показує наскільки дійсна швидкість транспортування Vр близька до теоретичної VT.

Отже, коефіцієнт швидкості визначається з виразу

(4)

Коефіцієнт швидкості завжди менший за одиницю ( 1), тому що швидкість транспортування виробу завжди менша за максимальну швидкість лотка.

Всі висновки, зроблені для елементарного лотка, будуть справедливими і для всього гвинтового лотка, оскільки параметри режиму руху по цілому лотку будуть однаковими.

У зв’язку з тим, що вироби, які транспортуються по лотку ВБЖ, видаються з нього потоком, то продуктивність ВБЖ розраховують за формулою

(5)

де — довжина виробу в напрямку швидкості його переміщення по лотку;

- коефіцієнт заповнення лотка виробами, що враховує розриви у суцільному потоці виробів.

Коефіцієнт заповнення залежить від числа ступенів орієнтування, конфігурації виробів, співвідношення габаритних розмірів та способу орієнтування виробів, а також параметра перевантаження W, Із збільшенням величини параметра W коефіцієнт заповнення зменшується. Він так само не може бути більшим за одиницю, тобто к31.

4. ОПИС ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ УСТАНОВКИ

Експериментальна установка (рис. 2) складається з віброживильника 1, чашу якого замінено на плоский диск 2, на верхній поверхні якого проточена прямокутна канавка, що імітує транспортуючий лоток, індикаторів горизонтальної 7 та вертикальної 6 складових коливань диска 2, двох лабораторних автотрансформаторів 3 і 4 та фазозміщувача 5. До технічного забезпечення входить секундомір та лінійка. Індикатори 6 та 7 мають вигляд трикутника, на якому нанесені поділки, що відзначають розмах коливань (подвійну амплітуду) і користування ним дуже просте; у разі коливаннь чаші трикутник втрачає чіткий вигляд, але чітко видно місце перетину країв його «розмитого» вигляду, — це означає, що подвійна амплітуда має величину, яка вказана у цьому місці трикутника. Перехід від амплітуди A1 що отримана під час замірювань, до амплітуди А1 на робочому витку лотка з радіусом RЛ здійснюється за допомогою співвідношення

(6)

де - радіус закріплення індикатора 7.

5. НАЛАГОДЖЕННЯ ВІБРОЖИВИЛЬНИКА НА РЕЖИМ

ТРАНСПОРТУВАННЯ

5.1. Приєднати віброзбуджувачі ВБЖ до ЛАТРів та фазорегулятора за допомогою з’єднювача з роз’ємом.

5.2. Вивести ручки регулювання амплітуд горизонтальних і вертикальних коливань у крайнє ліве положення.

5.3. Ввімкнути пакетний перемикач живлення електромережі.

5.4. Плавно повертаючи регулятор амплітуди горизонтальних коливань, встановити необхідний розмах коливань, користуючись індикатором 7.

5.5 Плавно повертаючи регулятор амплітуди вертикальних коливань, встановити необхідний розмах коливань, користуючись індикатором 6. Для спрощення налагодження вертикальної складової можна використовувати металеву деталь, яку встановлюють на плоский диск 2. Плавно повертаючи регулятор вертикальних коливань, досягаємо межу між безвідривним і відривним режимами, що відповідає розмаху Аов = 0,2 мм (чути стук деталі по лотку); з цією амплітудою виконуємо лабораторні дослідження.

6. ПОСЛІДОВНІСТЬ ВИКОНАННЯ РОБОТИ

6.1. Визначити власні частоти горизонтальних (кутових) і вертикальних коливань (методика визначення власних частот коливань подана в [2]).

6.2. Налагодити ВБЖ на режим транспортування.

6.3. Встановити постійну величину розмаху вертикальних коливань Aoв = 0,2 мм, а величину горизонтальних поступово змінювати: Аог2,0; 4,0; 6,0; 8,0; 10,0 мм*. Виміряти швидкість транспортування поліетиленової крихти для кожного значення Аог при різних кутах зсуву фаз 0, який змінювати фазорегулятором через 15° від 0° до 180°.

6.4. За формулою (4) визначити коефіцієнти швидкості для всіх виміряних значень швидкості.

Розмах горизонтальних коливань вимірюємо за допомогою індикатора -трикутника зі шкалою амплітуд, що закріплений на транспортуючому диску по радіусу транспортуючого лотка. На рис. За зображено індикатор при нульовій амплітуді коливань, а на рис. 3б — під час коливань з розмахом, що показує перегин двох трикутників.

7. ВИМОГИ ДО ЗВІТУ РОБОТИ

7.1. Вказати мету роботи.

7.2.Навести конструктивну схему ВБЖ (рис. 1).

7.3. Навести результати вимірювань власних частот коливань ВБЖ.

7.4. Заповнити табл. 1, 2 і 3 експериментальних досліджень і розрахунків.

7.5. Побудувати графіки залежності Vp=f(°) та кш=f (°) для всіх досліджених амплітуд Aог.

7.6. Зробити висновки за результатами роботи.

8. СПЕЦІАЛЬНІ ВИМОГИ З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ

8.1. Не вмикати прилади і обладнання без дозволу викладача.

8.2. Всі вимірювання і експерименти виконувати при заземленому обладнанні і приладах.

8.3. Котушки віброзбудників ВБЖ під’єднювати до звукогенератора або до лабораторних автотрансформаторів і фазорегулятора тільки за допомогою спеціальних з’єднувальних шнурів з роз’ємом.

8.4. У разі виявлення несправності приладів чи обладнання негайно вимкнути їх з мережі.