Моделирование технологических вибрационных установок.


Вербицкий В.И.
Известно, что успех использования вибрационных процессов в технологических целях связан с изменением физико-механических свойств обрабатываемых сред при воздействии вибраций. В многокомпонентных средах происходит разрушение надмолекулярных связей структуры среды и значительное (на порядок и больше) изменение реологических характеристик - вязкости, модуля сдвига, предела текучести и т.п. Установление зависимости реологических параметров обрабатываемой среды от параметров вибрационного воздействия позволяет выбрать оптимальные направленность колебаний и амплитудно-частотную характеристику вибромашины.


Вибрационные процессы широко применяются в литейном производстве для уплотнения песчано-глинистых и песчано-смоляных формовочных смесей, уплотнения сухого песка при изготовлении форм по газифицируемым моделям и вакуумно-пленочной формовке, для выбивки литейных форм и стержней и очистки отливок. Однако применяемые вибромашины и установки чаще всего представляют собой копии зарубежных образцов, а при попытках создания оригинальных конструкций параметры этих машин выбирают расчетом по примитивным методикам, не учитывающим особенности функциони­рования установок и реологические характеристики перерабатываемых материалов.


В МГТУ им.Н.Э.Баумана создана методика проектирования технологических машин на основе построения комплексных динамических моделей, охватывающих не только процессы в узлах и механизмах машины или агрегата и их приводах, но и процессы в перерабатываемых материалах, передачу нагрузок на фундамент и подстилающий грунт. При построении динамических моделей механических систем учитываются инерционные, упругие, пластические и диссипативные свойства элементов системы и их стыков. Для определения реологических характеристик перерабатываемых материалов проводятся исследования песков и формовочных смесей. Математическая модель строится как модель механической колебательной системы с сосредоточенными параметрами и электрическим или пневматическим приводом. В последние годы работы проводятся в содружестве со специалистами ООО «Спеилиттех» и АО «Литаформ».


В качестве примера представлены результаты моделирования работы инерционной транспортирующей выбивной решетки. Она снабжена 2-мя центробежными вибраторами направленного действия, приводимыми в движение от двух независимых асинхронных электродвигателей посредством карданных валов. Разрушаемый объем блока смеси моделировали одной массой, величина которой уменьшается по мере просеивания частиц смеси через секции ре­шетки. Для моделирования деформационного поведения смеси используется 4-х элементная упруго вязкопластическая реологическая модель, поведение которой зависит от величины сжимающих и растягивающих напряжений и скорости нагружения и деформирования. Блок смеси содержал одну отливку, жесткость контакта отливки и решетки принимали переменной, увеличивающейся при остывании отливки.


Динамическая модель привода вращательного движения представляли в виде последовательно или параллельно установленных инерционных элементов (маховых масс), связанных невесомыми упруго-вязкими связями, в качестве маховых масс принимали ротор электродвигателя, карданный вал и вал вибровозбудителя с дебалансными дисками. Для асинхронных электродвигателей использовали математическую модель, которая воспроизводит основные их динамические свойства.
На рис. представлен рабочий процесс выбивной решетки, обозначено nэд -число оборотов ротора электродвигателя, Qцбу - вертикальная составляющая силы вибровозбуждения, Vршу и Vopy - вертикальные компоненты скорости полотна решетки и отливки относительно решетки, Yрш - вертикальное перемещение решетки, Yop и Ycмp - относительные вертикальные перемещения отливки и центра масс кома смеси относительно решетки, Хотл, Хсм и Хрш - абсолютные горизонтальные перемещения отливки, кома смеси и полотна решетки.

 работа вибрационной решетки

Запуск в работу производится для порожней решетки, при этом агрегат выходит на режим устойчивых колебаний примерно за 5 сек. с момента подключения к сети, проходя через резонанс.

При этом самосинхронизация вращения роторов обоих электродвигателей наблюдается во всех исследованных режимах работы агрегата. В устойчивом зарезонансном режиме амплитуда движения по вертикали - 5 мм, по горизонтали - 2 мм, частота колебаний 15 Гц. Скорость транспортирования отливок по полотну решетки составляет примерно 0,05 м/сек. В приведенном примере блок относительно малопрочной смеси быстро (примерно за 2,5 сек.) разрушается при взаимодействии с решеткой и отливкой и просеивается через полотно решетки. Однако для высокопрочных смесей и форм, изготовленных с использованием прессования под высоким давлением, при выбивке на инерционных транспортирующих решетках часто прочные комья смеси не разбиваются и уходят в отвал. На компьютерной модели был проведен анализ движения отливок и смеси при разных углах вибровозбуждения и разных углах наклона полотна решетки в направлении транспортирования. Установлены значения этих углов, при которых воздействие на разрушаемые комья смеси наибольшее, но и такое воздействие оказалось недостаточным для разрушения самых прочных форм. В этом случае требуется более длительное и интенсивное действие на смесь отливок, движение которых вдоль полотна решетки следует искусственно тормозить, например, свисающей шторкой, установленной над решеткой. Исследовано влияние конструкции и параметров шторки на скорость движения отливок вдоль решетки и интенсивность соударений отливок с решеткой, установлено, что достаточное воздействие на смесь будет, если шторка пропускает отливку только тогда, когда ее подталкивает вторая отливка.


Приведенный пример показывает эффективность математического моделирования технологических вибрационных установок для изучения их работы в разных условиях, выбора оптимальных параметров воздействия рабочего органа на обрабатываемые материалы и соответствующих им параметров установки, модернизации вибрационных установок с целью повышения их эксплуатационных характеристик.


©Спецлиттех 2015
Яндекс.Метрика