автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Создание ряда, выбор параметров, обоснованиенаправлений модернизации резонансных вибрационных площадок для уплотнения бетона

АО "Моспромстройматериалы" Российская инженерная академия

рГ Б ОА

; \ " На правах рукописи

Сырцов Владимир Михайлович

Создание ряда, выбор параметров, обоснование направлений

модернизации резонансных вибрационных площадок для уплотнения бетона

Специальность 05.05.04 - Дорожные и строительные машины

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1997г.

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук Борщевскнн А. А.

доктор технических наук Глухарёв К. К.

Ведущая организация: АО ВНИИСтройдормаш

Защита состоится / 4 OiiTjlfy£ 1997 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета К.053.11.03 при Московском Государственном Строительном Университете по адресу:

Москва, Ярославское шоссе, 26, аудитория № 507Г.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Строительного Университета.

Диссертация в виде r у л

научного доклада разослана -J С S i/ T fb'i 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного

Совета, профессор • Тотолин П.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Актуальность темы диссертации обуславливается прежде всего объёмами применения в зомышленности методов вибрационного уплотнения бетона. Для достижения высоких ■ужебных свойств практически всех изделий из бетона необходимо обеспечить их высокую тотность и прочность. Поэтому вся масса производимого промышленностью бетона должка здвергаться уплотнению. Сегодня основным и наиболее эффективным технологическим гтодом уплотнения бетона является вибрационный, что обуславливант огромные масштабы о применения.

Важное для производства значение технологии вибрационного уплотнения бетона и ирокое применение требуют постоянного совершенствования и создания всё более }фективного оборудования для её реализации. Современные вибрационные машины для шотнения бетона должны создавать поличастотные асимметричные колебания, рантирующие высокое качество ведения технологического процесса, применительно к тонам различных марок и конфигурациям формуемых изделий.

Второй аспект проблемы - это повышение конструкционно-эксплуатационных :рактеристик вибрационного уплотняющего оборудования, совершенствование шнципиально-конструктивного устройства, снижение динамических нагрузок на элементы шструкции и опорные узлы, повышение устойчивости работы при переменных нагрузках и дачи энергии на выполнение технологического процесса, в том числе и за счет применения >вых типов приводов.

Учитывая широкие масштабы применения и современные требования экономики следует метить особую важность проблемы снижения металлоёмкости и энергоёмкости формующего уплотняющего бетон оборудования.

И, наконец, необходимость неотложного решения комплекса проблем, связанных со шжением вредных воздействий на окружающую среду и обслуживающий персонал. В первую юредь - это снижение уровня передачи вибрационных воздействий, звуковых и ¡фразвуковых излучений.

Цель работы.

Целью работы является создание и внедрение в серийное производство ряда резонансных [брационных площадок для уплотнения бетона, обоснование направлений дальнейшей их щернизации, разработка новых типов виброприводов и инженерных методов выбора ]фективных технологичеких режимов и проектирования конструкций повышенной »фективности.

Работа предусматривает решение комплекса задач, связанных с исследованием динамики резонансных вибрационных площадок под нагрузкой, с целью обеспечения высокой

з

технологической эффективности, снижения энергозатрат и металлоёмкости, а также вредны вибрационных, шумовых и инфразвуковых воздействий на окружающую среду.

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:

создание, внедрение в серийное производство ряда резонансных вибрационных площадо и оснащение заводов ЖБИ эффективными установками для уплотнения бетона пр1 производстве железобетонных строительных конструкций;

обоснование направлений модернизации резонансных вибрационных площадок в часп совершенствования принципиально-конструктивного устройства, применения новых типо] прогрессивных систем вибрационных приводов, повышения технологической эффективности I снижения вибрационной нагруженности элементов конструкции;

разработка принципиалыю-конструктивных схем эксцентрикового привода с'нелинейны» упруговязким элементом и бигармонического инерционно-эксцентрнкового вибровозбудителя;

разработка инженерных методов проектирования резонансных вибрационных площадок I нелинейными характеристиками элементов конструкции и инерциошю-эксцентриковыл приводом.

Научная новизна работы.

Разработана принципиально-конструктивная схема эксцешрикового вибропривода I нелинейными упругим и вязким элементами в шатуне и инженерный метод выбора егс параметров и настройки на заданный технологический режим работы;

Разработаны принципиально-конструктивные схемы резонанасных вибрационны? площадок с бнгармоническим инерционно-эксцентриковым приводом и инженерный мето; выбора их параметров, обеспечивающих высокую эффективность ведения технологической: процесса и снижение динамических нагрузок на опорную раму.

Разработанные конструкции виброплощадок защищены авторскими свидетельствами.

Методы исследования.

Исследования нелинейных динамических систем вибропривод-виброилощадка с нелинейными элементами конструкции-иагрузка (уплотняемый бетон) проводились методами теории вибрационной техники и технологии.

При проведении исследований на РС применялась стандартная компьютерная программ* Дельта, допускающая одновременное выведение на монитор и на печать основных характеристик исследуемого процесса. Решение нелинейных дифференциальных уравнени? системы производилось численным методом Рунге-Кутга. Точность вычислений задавалась в 12%.

Для определения параметров нагрузки использовались результаты экспериментальных исследований Б. В. Гусева, О. А. Савинова и других исследователей, работавших в области методов виброуплотнения бетона.

Степень обоснованности и достоверности научных, положений и практических результатов обеспечивается 20-летним опытом эксплуатации более ста резонансных внброплощадок на десятках предприятий.

Практическая значимость работы.

Разработаны и организовано серийное производство резонансных вибрационных площадок для уплотнения бетонных изделий 18 типоразмеров, грузоподъёмностью от 5т до 30т.

Оснащены резонансными вибрационными площадками для уплотнения бетона 48 заводов железобетонных изделий АО Моспромстройматериалы и других ведомств.

Сформулированы основные направления модернизации и дальнейшего совершенствования резонансных вибрационных площадок для уплотнения бетонных изделий и выполнен ряд конкретных разработок по их совершенствованию..

Разработаны предложения и даны рекомендации по сижению динамических нагрузок на опорные конструкции резонансных вибрационных площадок для уплотнения бетона.

Разработаны инженерные методы проектирования резонансных вибрационных площадок и определения эффективных технологических режимов уплотнения бетона, которые могут быть использованы научными и инженерно-техническими работниками научно-исследовательских и проектно-конструкторских институтов, фирм, АО и заводскими конструкторскими бюро при разработке новых, усовершенствовании и модернизации существующих резонансных вибрационных площадок для уплотнения бетона.

Реализация результатов работы.

За период с 1974 по 1991 гг. включительно было разработано 18 типов резонансных виброплощадок грузоподъемностью от 5 до 30 тонн. За этот период было изготовлено и внедрено 123 виброплощадки, из них на предприятиях АО Моспромстройматериалы 71 виброплощадка и на предприятиях других ведомств 52 виброплощадки.

В КТБ АО Моспромстройматериалы внедрены комплексные методики проектирования и расчёта резонансных вибрационных площадок для уплотнения бетона.

Заводским лаборатоиям ЖБИ АО Моспромстройматериалы выданы рекомендации по определению эффективных режимов уплотнения бетона в вибрационных и виброударных режимах.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на 2 технических заседаниях KTI Моспромстройматериалы (1974, 1977 гг.), 4 технических заседаниях Моспромстройматериаль (1976, 1979, 1981гг.), на конференции "Опыт использования резонансных виброуплотняющю машин в промышленности строительных материалов" МДНТП, Москва (1975г.); семинар» "Автоматизация и роботизация производства сборного железобетона", МДНТП, Москва (1986); Научном совете по вибрационной технике Секции "Коммуникации" Pocchhckoí Инженерной Академии (1995); Международной конференции "Развитие строительных машин механизации и автоматизации строительных и открытых горных работ", Москва,(1996г.) Конференции по нелинейным колебаниям механических систем", Н.Новгород,(1996г.).

Практические результаты работы в виде промышленных резонансных виброплощадо! прошли апробацию в течение 20 лет на заводах ЖБИ и других предприятиях.

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 12 статей, брошюра (объемом 5,3 п.л.), : описания изобретений.

Структура н объем работы.

Диссертация в виде научного доклада изложена на 33 страницах машинописного текста включает 1 таблицу и 4 рисунка и является обобщением научных трудов и изобретений автор: [1] - [16] по теме работы.

На защиту выносится следующие основные положения диссертации i виде научного доклада.

Результаты создания, экспериментальной отладки, организации производства и виедренм на 48 предприятиях Моспромстройматериалов и других ведомств более 120 резонансны) виброплощадок для уплотнения бетона 18 типоразмеров.

Принципиально-конструктивная схема резонансной виброплощадки с эксцентриковыл приводом, имеющим нелинейные упруговязкие характеристики и инженерный метод расчёта i настройки на заданный технологический режим работы.

Принципиально-конструктивные схемы двух модификаций резонансных вибрационные площадок с гармоническим и бигармоническим инерционно-эксцентриковым! вибровозбудителями и инженерного метода расчёта их параметров.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Разработка, экспериментальные исследования, доводка, организация производства и внедрение резонансных вибрационных площадок с эксцентриковым приводом и нелинейной упругой системой.

1.1. Постановка задач.

В начале 80-х годов в условиях интенсивного роста объемов производства железобетонных изделий остро встала проблема нехватки, недолговечности и недостаточной эффективности наличного парка вибрационных площадок для уплотнения бетона. Для решения этой проблемы в соответствии с постановлением Главмосстроя в КТБ и на механическом заводе Главмопромстройматериалов были начаты работы по созданию резонансных вибрационных площадок нового поколения более высокой надежности, с меньшим уровнем излучения шума и вибрации в окружающее пространство и повышенной технологической эффективности.

В то время на заводах ЖБИ использовались вибрационные площадки различных конструкций, созданные разными организациями, но по существу все по принципиальному устройству относились к высокочастотным установкам (3000, 6000 1/ мин.) зарезонансного типа с приводом от инерционных вибраторов. Высокочастотные режимы работы и отсутствие надежных инерционных вибраторов при работе в условиях высокой динамической нагруженности элементов конструкции,приводили к частым поломкам и многократному превышению допустиых медицинских норм излучения шума и вибрации на рабочем месте.

При создании новой конструкции виброплощадки принципиальным отличием явилось многократное снижение рабочей частоты установки (600 вместо 3000,6000). Это сразу позволило снизить излучение шума и вибрации на рабочем месте до допустимых норм и существенно уменьшить динамическую нагруженность элементов конструкции. Однако переход на низкочастотные режимы работы,повлек за собой необходимость решения целого ряда конструктивных и технологических проблем.

Результаты решения этих проблем приводятся ниже.

1.2. Технологические аспекты проблемы виброуплотнеиня бетона.

Все основные свойства бетона (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость) определяются его плотностью. По экспериментальным данным многих исследователей недоуплотнение бетона на 1% может привести к уменьшению прочности на 5-10%. Поэтому уплотнение бетона является основным технологическим процессом при изготовлении сборных железобетонных изделий.

При вертикальных колебаниях рабочего органа резонансной виброплощадк! нецелесообразно применять симметричные законы движения, поскольку "верхнее" и "нижнее' ускорения, создающие инерционные воздействия на уплотняемый бетон, выполняют принципиально различные функции. Инерционные усилия, суммирующиеся с сипами тяжести способствуют уплотнению бетонной смеси. Они должно быть достаточно большими дл; достижения необходимой плотности изделия.

Положительной особенностью резонансных ударно-вибрационых машин являете! возможность регулирования величины "верхнего" и "нижнего" ускорений.

Большими преимуществами обладает ударно-вибрационный режим, который реализуете) асимметричными колебаниями на резонансных площадках.Варьировать величиной ускорснш вверх и величиной ускорения вниз можно за счет регулирования зазора между буферами Исследования показали, что на эффективность технологического режима влияние "верхнего1 ускорения в диапазоне 1,5-3,5 g выше, чем влияние "нижнего" ускорения. В резонансны) машинах в настоящее время величина "верхнего" ускорения ограничена 1,7 & для устраненш явления подсоса воздуха. Однако желательно создание нового класса виброплощадок ( возможностью регулирования величины "верхнего" ускорения в пределах до 2,5-3,0 g "Нижнее" ускорение обеспечивает уплотнение частиц бетонной смеси, их взаимнук перекомпоновку, а "верхнее" ускорение подготавливает частицы бетонной смеси 1 последующему уплотнению. С точки зрения достижения необходимой степени уплотнеши асимметричные ударно-вибрационные режимы являются наиболее перспективными.

С точки зрения повышения качества поверхности изделия предпочтение следует отдавай комбинации низкочастотных и высокочастотных режимов обработки бетонной смеси. П[н последовательном приложении высокочастотной, а затем низкочастотной вибрации количество мелких пор на поверхности изделия составляет около 0,8%. Если в начале уплотнять бетонную смесь на частотах до 1000 колебаний в минуту и более, а затеь прикладывать вибрационные воздействия с частотой более 3000 колебаний в минуту, тс качество поверхности улучшается в два раза и поверхность мелких пор составляет 0,4%. Г!р) последующей обработке в условиях асимметричных режимов качество поверхности может еще возрасти.

На процесс виброуплотнення бетона, плотность и качество поверхности готового изделш большое влияние оказывают не только характер вибрационных и виброударных воздействий виброплощадки, но и особенности взаимодействия составляющих его монослоев и частиц друг с другом в вибрационном поле.

При виброуплотнении бетона монослой, входящий в контакт с поверхностыс виброплощадки, получает от нее силовые импульсы, которые в общем случае могут иметь продольные и поперечные составляющие. Силовые импульсы, направленные перпендикулярно к поверхности виброплощадки, реализуются в виде внутренних напряжений, вызванных

оперечнон, в общем случае, упруговязкопластичной, деформацией бетона. В продольном аправлении слою передаются через контактную зону импульсы сил трения от поверхности иброплощадки. От контактного монослоя поперечные и продольные импульсы аспространяются на всю массу бетона. Вследствие наличия внутренних сил вязкого и сухого рения и необратимых деформаций импульсы по мере передачи их от монослоя к монослою остепенно ослабляются, причем степень их затухания определяется свойствами бетона, а акже характером и величиной силовых воздействий, создаваемых виброплощадкой. Энергия олебательного движения, сообщаемая бетонной масее виброплощадкой затрачивается на осполнение потерь при необратимых деформациях.

Работами многих исследователей показано, что при вибрировании бетона наблюдается цвиг по фазе в перемещении смежных монослоев и виброплощадки и обычно некоторое меньшение смещения верхних монослоев относительно нижних. Смещение вышележащих поев по отношению к нижележащим обусловливается тем, что при передаче импульса ижиими монослоями вышележащим происходит некоторое проскальзывание составляющих х частиц относительно друг друга. Основное влияние на величину сдвига фаз в перемещении онослоев и на градиент скорости оказывают свойства бетона, высота его слоя, а также нейтральный состав и направление колебаний виброплошадки.

Экспериментальными исследованиями установлено также, что для получения бетона ысокой прочности с коэффициентом уплотнения порядка 0,98 из бетонной смеси жесткостью коло 70 сек., при частоте 150 Гц необходимо ускорение 5 - 5,5§, при частоте 50 Гц — 3,5 - 4§;

при частоте 10 - 15 Гц — всего 2^. Понижение ускорения в 1,5 - 2,0 раза позволяет меньшить динамические нагрузки на виброплощадку, значительно повысить их долговечность надежность работы. Поэтому особенно детально был исследован диапазон низких частот.

Было произведено уплотнение жестких бетонных смесей жесткостью порядка 100 сек. рн среднем расходе цемента 325 кг в диапазоне ускорений от 1 до 4g. Средняя прочность етона, уплотненного на стандартной частоте 50 Гц, составила около 190 кг/см2; на частоте 15 ц — 250 кг/см2, т. е. прирост прочности только засчёт работы в диапазоне низких частот ожет составить 30%.

При уплотнении на частотах 5 - 10 Гц в условиях симметричных вертикальных режимов ри жестких бетонных смесях наблюдается процесс подскока щебня в верхней зоне, хотя сам роцесс уплотнения протекает весьма эффективно. Для того, чтобы избежать это явление, надо пи давать пригруз, или создавать асимметричные режимы, когда ускорение при движении верх меньше ускорения при движении вниз. Такого рода режимы колебаний реализуются на иброустановках с соударением о буферные элементы. На таком принципе и основаны ударно-йрационные резонансные машины.

При технологических испытаниях контролировались прочность, качество и другие эказатели контрольных образцов и изделий. Формовались смеси жесткостью 25 - 90 сек. по

техническому вискозиметру. Полученные данные показали, что резонансные виброплощад! обеспечивают эффективное уплотнение бетонных смесей жесткостью 25 - 90 сек. Та например, на заводе ЖБИ № 7 для изготовления ребристых настилов рекомендованы сме< жесткостью 25 - 30 сек. Время вибрирования — 2 мин. Для изготовления других изделий [ результатам экспериментальных формовок рекомендованы смеси жёсткостью 60 - 90 се] время вибрирования 2-4 мин.

Таким образом, была подтверждена высокая эффективность уплотнения рекомендуемь смесей на низкочастотных резонансных виброплощадках по ударно-вибрационнс технологии. При формовании смесей жесткостью 25 - 90 сек. достигаются высою коэффициенты уплотнения (0,98 - 0,99). Так, например, внедрение машин на заводе ЖБИ № и КСМ № 24 позволило сократить расход цемента на 35 - 50 кг/мЗ, на заводе ЖВИ № уменьшена максимальная температура изотермии, улучшилось качество изделий.

На основе полученного опыта и анализа экспериментальных исследований мноп авторов были установлены основные закономерности механизма взаимодействия уплотняемо! бетона с виброударным уплотняющим органом, резонансной виброплощадки.

1.3. Разработка резонансных вибрационных площадок с нелинейно упругой системой и эксцентриковым приводом.

В процессе разработки принципиально-конструктивной схемы было установлено, что д; возбуждения низкочастотных колебаний инерционный привод непригоден.

Поэтому для резонансной виброплощадки был принят эксцентриковый привод, в отлич! от широко распространённого инерционного. Однако эксцентриковый привод требу* опирания на несущие конструкции площадки и передает на них значительные вибрационнь нагрузки, в связи с этим потребовался пересмотр принципиально-конструктивной схем вибропрлощадки: она стала двухмассной с виброизоляцией. Для снижения динамическ! нагрузок на привод была применена система их компенсации восстанавливающими силам упругих элементов т.е. применена настройка на резонансный режим работы. Для снижеш пусковых нагрузок на привод (от жестких резонансных упругих элементов) в шатунг эксцентриков были установлены пружины (рис. 1).

При разработке виброплощадок нового типа наибольшие трудности возникли в облает технологии - обеспечения необходимой степени уплотнения бетона. При низкочастотны режимах не достигалось потребное уплотнение. Для обеспечения необходимого уплотнени режим работы виброплощадки бьш преобразован из вибрационного в виброударный. Эт достигалось установкой на раме площадки с зазором по отношению к рабочему орган дополнительных жестких упругих элементов - буферов.

При колебаниях рабочий орган виброплощадки периодически соударяется с буферам! При этом на бетон, находящийся в форме, действуют асимметричные ударные импульсь

содержащие спектр колебаний высоких частот. Такой виброустановкой с виброударным режимом обработки обеспечивается высокоэффективное уплотнение бетона.

Применение в подвеске виброплощадки наряду с линейными упругими элементами буферов меняет конфигурацию амплитудно-частотной характеристики, придавая ей излом, что способствует повышению устойчивости колебаний в условиях больших переменных нагрузок и при изменениях частоты вращения привода (при колебаниях частоты в сети).

Виброплощадки рассмотренного устройства получили название резонансных.

Для определения конструктивных параметров виброплощадки (жесткости линейных упругих элементов и буферов, величины зазора в буферах,эксцентриситета привода и жесткости его упругих элементов) и технологических режимов виброуплотнения бетона (формы виброударных импульсов, степени их ассиметрии, спектра рабочих частот) с использованием методов теории нелинейных колебаний был проведен аналитически динамический расчет с последующими числовыми вычислениями по полученным зависимостям (1974 год). Расчётная схема виброплощадки и основные математические зависимости приведены на рис. 1.

Вследствие ограниченности возможностей использованных ассимптотических методов теории нелинейных колебаний и вынужденных упрощений расчетной схемы виброплощадки, результаты динамических исследований носили сутубо приближенный характер. В связи с этим для создания промышленной установки был проведен обширный комплекс экспериментальных и доводочных работ по уточнению параметров привода, нелинейной упругой подвески, амортизаторов, соотношения масс рабочего органа и рамы и т. д.

Динамические испытания показали, что виброплощадки в диапазоне частот 550 - 650 кол./мин. обеспечивают стабильные колебания рабочего органа как вхолостую, так и под нагрузкой. Амплитуда колебаний 6-8 мм. Неравномерность амплитуд вертикальных колебаний в различных точках рабочего органа не превышает 8%, что и обеспечивает, как отмечалось выше, высокую однородность уплотнения изделий. Реализуется асимметричный закон колебаний, ускорение при движении форм вниз (уплотняющее) в 3 - 4 раза больше ускорения вверх, при этом нет отрыва бетонной смеси, подсоса воздуха и разуплотнения. Виброплощадки являются универсальными и обеспечивают в пределах допустимой грузоподъёмности эффективное уплотнение различных по массе изделий без перенастройки машин. Потребляемая мощность под нагрузкой в установившемся режиме в 1,5 раза меньше, чем у серийных виброплощадок аналогичной грузоподъёмности.

Динамическая схема

Ко!*! -Хг)'

-т, -т,

Си

Характеристики упругих сбязей

/ агс!д (К?2Ж*2*}

- & Т - х,-хг Г * Г X* 112+1 л

Г" 1 «г

Рис. 1. и

Резонансная вибрационная площадка с эксцентриковым прибобом нелинейной упругой системой.

Виброударный режим работы виброплощадки, приводил к сравнительно быстрому выходу из строя таких ответственных элементов констструкции как буфера, силовых элементов привода и рабочего органа.В связи с этим были проведены большие работы по созданию быстрозаменяемых узлов конструкции с ограниченным сроком службы, налажено их серийное производство для обеспечения бесперебойной работы виброплощадок на заводах ЖБИ.

В результате проведения большого и трудоемкого комплекса опытно-доводочных работ была создана достаточно надежная,для тяжелых условий эксплуатации, конструкция резонансной виброплощадки.

1.4. Результаты создания, доводки, производства и эксплуатации резонансных вибрационных площадок для уплотнения бетона.

Серийный выпуск резонансных виброплощадок, предназначенных для изготовления железобетонных изделий из жёстких бетонных смесей, первоначально был освоен опытным механическим заводом Главстройматериалы. Конструкции резонансных виброплощадок, по сравнению с выпускавшимися ранее инерционными виброплощадками, довольно просты и технологичны в изготовлении. Резонансная виброплощадка отличается простотой сборки, настройки и регулировки.

Резонансные виброплощадки состоят из двух рам — верхней и нижней и привода. Привод представляет собой эксцентриковый механизм и состоит из двигателя, вала с эксцентриками и шатунами и клиноременной передачи. Форма крепится к рабочему органу (верхней раме) с помощью электромагнитов постоянного тока, которые запитываются через тиристорный преобразователь. Покупные изделия — резиновые детали, двигатель, электромагниты, электрооборудование, заложенные в проектах, серийно выпускаются промышленностью. Применены также доступные материалы, в связи с чем не возникает особых трудностей при освоении производства виброплощадок. Все заложенные в проект комплектующие изделия взаимозаменяемы для виброплощадок всех типов. Конструкция виброплощадки исключает высокие требования по плоскости рам, т.к. взаимная ориентация рам производится регулировочными винтами.

Значительно снижается механическая обработка деталей и металлоемкость изделий. К технологичности и безусловному преимуществу резонансных площадок следует также отнести и то, что их конструкция позволяет организовать поузловую сборку, что при серийном производстве значительно снизит трудоемкость. Коэффициент унифицированных деталей рассматриваемых виброплощадок составляет 25%.

Изготовляемые виброплощадки проходят испытание на холостом ходу и под нагрузкой на специально изготовленном на заводе стенде. В процессе стендовых испытаний проверялась работоспособность виброплощадок, прочность и надежность отдельных узлов и деталей, динамические параметры и шумовые характеристики. Результаты замеров позволили внести

корректировку в проектную документацию и улучшить эксплуатационные характеристики виброплощадок, по сравнению с проектными. В результате проведённых доводочных работ в широком диапазоне амплитуд обеспечиваются стабильные колебания рабочего органа как вхолостую, так и под нагрузкой. Шумовые характеристики находятся ниже допустимых норм.

Всё изложенное выше обеспечило широкое внедрение ннзкочастотных резонансных виброплощадок.

При участии автора диссертации КТБ Моспромстройматериалы в 1974 - 1991 гг. было разработано 18 типов резонансных виброплощадок грузоподъёмностью от 5 до 30 тонн: ВПА -8, ВПА -15, ВРА, ВРА -5, ВРА-8, ВРА -10, ВРА -15, ВРА -5М, ВРА -8Д, ВРА -15Д, 2ВРА -15, ВПТ, ВС, ВП -30, секционные ВП блок-модульной конструкции на 5 и 20 тонн и др.

За тот же период изготовлено и внедрено 123 резонансные виброплощадки: на предприятиях Моспромстрой материалов 71 виброплощадка, на предприятиях Ярославля, Клина, Набережных Челнов, Ижевска, Чебоксар, Ногинска, Киева, Припяти, Гатчины, Серпухова, Калинина, Электростали, Ташкента, Орехово-Зуева, Мытищ, Саратова, Ярославля, Дмитрова, Москвы — 52 виброплощадки (см. табл. 1).

Таблица 1.

КОЛИЧЕСТВО И ТИПЫ ВНЕДРЁННЫХ РЕЗОНАНСНЫХ ВИБРОПЛОЩАДОК

Год внедрения Общее кол-во Предприятия "Мосстройматериалы" Предприятия других ведомств

1974 3 ВПА-8 - завод ЖБИ № 7; ВПА-15 - КСМ-24; ВПТ - МЗЖБТ.

1975 10 ВПА-8 - заводы ЖБИ 7 (2), 10, 13, 16, 22,24, 25 МЗЖБТ.

1976 7 ВРА-5, ВРА-8, ВРА-10, ВРА-15, БРТ-20 -заводы ЖБИ №№ 3, 7, 8,9, к-т ЖБК № 2, "Гипсобетон", Корсневский завод СМиК.

1977 14 ВРА-8 - к-ты "Гипсобетон", "Стройиндустрия"(2), Корсневский завод, ВРА-5 -Калибровский к/с завод ВРА-15 - заводы ЖБИ Ж№ 8, 21, 23; 2ВРА-15 - к-т ЖБК № 2. ВРА-8 - Обнинский УПП, завод ЖБИ 5 г.Харьков, Серпуховский УПП; ВРА-15 - Ленинградский комбинат "Баррикзда", Нововоронежский завод ЖБК № 1

1978 15 ВРА-5 - БКСМ № 1,заводы ЖБИ № 7,17; ВС-завод ЖБИ № 17; ВПА-8 -заводЖБИ№5; ВРА-15 - КСМ-24. 9 виброплощадок на предприятиях гг. Ярославль, Клин, Наб. Челны, Ижевск. Чебоксары.

1979 21 ВРА-5М - заводы ЖБИ № 7, 20; ВРА- Лианозовский завод (2); ВС -завод ЖБИX» 17; ВРА-15М - БКСМ № 1; 2ВРА-15М - заводы 15,18(2), КСМ- 24. 11 виброплощадок на предприятиях гг: Ногинск,Киев, Припять, Гатчина, Клш Серпухов, Калинин, Электросталь.

1980 14 ВРА-8 - завод ЖБИ №4; ВС-заводЖБИ№22; 2ВРА-15А - КЖБК № 2. 11 виброплощадок на предприятиях: гг Ташкент, Орехово-Зуево, Мытищи, Клин, Ульяновск, Тураево, Электросталь, Саратов, Ярославль, Дмитров, Москва "Цеш-ракадемстрой"

1981 12 ВРА-5-заводы ЖБИ №7; ВРА-15Д - заводы ЖБИ №7, БКСМ № 1; ВС - заводы ЖШ№ 22. 8 виброплощадок типа ВРА-15 на предприятиях гг: Новгород, Саранск, Жуковский, Подольск, Калинин, Москва - "Подводречьстрой".

1982 8 ВРА-8 - заводы ЖБИ № 25, к-т "Стройиндустрия"; 2ВРА-15 - КЖБК № 2. 5 виброплощадок на Энгельском ДСК, Ульяновском КПД-2, Ленинградском ДСК-5, Очаковском ДСК, Кочубеевскс». ДСК Ставропольского края.

1984 4 ВРА-8Д - к-т "Стройиндустроя"; ВРА-8 - Лосиноостровский завод СМиК; ВРА-10 - Лосиноостровский завод СМиК; 2ВРА-15-2x6 - КЖБК № 2.

1985 4 ВРА-8, ВРА-15 х 2 х 6М, ВРА-15-3 х 6М на заводах ЖБИ №№ 4, 15, 24, "Москерамзитобетон".

1986 4 ВРА-15 (2) и ВРА-20 - КЖБК 2; ВРА-10-завод ЖБИ № 15.

1990 4 Секционные виброплощадки блок-модульной конструкции грузоподъемностью 5 т и 20 т - БКСМиК; Виброплощадка грузоподъемностью 5 т-Кореневский завод СМиК; Виброплошадка грузоподъемностью 30 т-МСНПО "Бекерон".

1991 3 Виброплощадка грузоподъемностью 5 т-Приобский уч. ДСК "Экология"; Виброплощадки грузоподъемностью 15 т-Дчитровский экспериментальный комбинат, Рыбинское моторостроительное производственное объединение.

За период с 1990 г. до настоящего времени расширение производства виброплощадок не производилось.Однако практически на всех ранее оснащенных резонансными виброплощадками предприятиях продолжается их эксплуатация. Это достигается за счёт организации производства и практически бесперебойного снабжения действующих установок запчастями.

Достоинствами резонансных площадок являются: возможность получения высокой плотности и однородности бетона при хорошей внешней фактуре; снижение расхода цемента за счёт повышения жёсткости бетонной смеси; уменьшение расхода электроэнергии на единицу формуемой массы; увеличение срока службы виброплощадок за счёт использования быстросъёмных элементов конструкции с низким сроком службы; снижение себестоимости изделий при установке машин в действующие технологические линии.

1.5. Основные направления модернизации резонансных вибрационных площадок.

Анализ выполненных разработок показал, что ряд узлов, эксплуатирующихся в настоящее время вибрационных площадок, являются недостаточно надёжными и не соответствуют по своим технико-эксплуатационным характеристикам современному уровню развития вибротехники. В связи с изложенным, были сформулированы основные направления модернизации резонансных вибрационных площадок, работающих в настоящее время на заводах ЖБИ.

Выявленные за более чем двадцатилетний период эксплуатации недостатки конструктивно-технических и экплуатационных характеристик виброплощадок, учёт тенденций развития и использование некоторых новейших разработок в области вибрационной техники позволили наметить основные направления модернизации вибрационного оборудования для уплотнения бетона.

В приводе резонансных виброплощадок, работающих под большими нагрузками, устанавливаются упругие элементы высокой жесткости для повышения устойчивости работы. Это приводит к тому,что момент сопротивления на валу привода при пуске виброплощадки существенно превышает момент сопротивлений в рабочем режиме. Всвязи с этим на виброплощадках устанавливаются двигатели более высокой мощности,чем это нужно для поддержания рабочего режима. Использование двигателей завышенной мощности приводит к удорожанию всей виброплощадки. Кроме того, работа виброплощадок в режиме кратковременного нагружения и частых повторных пусков, когда пусковой режим по продолжительности соизмерим со стационарным, приводит к повышенному расходу электроэнергии.

В поисках решения этой проблемы были использованы новейшие разработки в области вибротехники. За основу были приняты разработки, выполненные в РИА в части теоретического обоснования принципиального устройства, комбинированного инерционно-эксцентрикового (синтетического) вибропривода, объединяющего в себе все типы кинематических приводов - эксцентриковый с упругим шатуном, экцентриковый с демпфером и инерционный.

Возмущающая сила такого привода формируется тремя составляющими: независящей от скорости вращения , зависящей, от первой степени скорости вращения и зависящей от второй степени скорости. Кроме того, эти составляющие могут быть сдвинуты на любой угол по отношению друг к другу. Такой привод позволяет в принципе формировать пусковые и

стационарные амплитудно-частотные и частотно-силовые характеристики любой конфигурации.

Используя эта теоретические исследования, была разработана конструкция синтетического вибропривода для резонансных площадок полностью взаимозаменяемого со стандартным упругим эксцентриковым приводом используемым в настоящее время.

Такой привод позволяет снизить пусковые моменты, вследствие чего открывается возможность использовать для привода виброплощадок двигатели меньшей мощности.

Применение в синтетическом приводе бигармонического инерционного механизма позволяет возбуждать эффективные в технологическом отношении асимметричные колебания виброплощадки без применения буферов.

Асимметричные полигармонические колебания виброплощадки могут возбуждаться без буферов также с помощью нелинейного упруго-вязкого привода.

Идея использования нелинейного упругого эксцентрикового привода высказывалась и ранее, однако она не получила технического решения вследствие громоздкости предлагавшейся для этих целей нелинейной упругой системы привода.

Использование нелинейного демпфера и рычажной системы увеличения амплитуды его деформации позволяет реализовать этот привод, так как при небольших габаритах он может передавать значительные возмущающие силы. Эта силы пропорциональны не перемещению эксцентрика, как в упругом приводе, а скорости его вращения, то есть больше в са раз (где ю -угловая скорость привода).

В качестве главного требования к новым конструкциям виброприводов являлась взаимозаменяемость со стандартными приводами и максимальное использование узлов заменяемого привода.

2. Разработка принципиально-конструктивного устройства и методов конструирования модернизированных резонансных вибрационных площадок с нелинейными эксцентриковыми приводами.

2.1. Принципиально-конструктивное устройство нелинейного эксцентрикового привода.

Эксцентриковый нелинейный упруговязкий привод представлен на рис. 2. Он спроектирован на основе стандартного эксцентрикового привода, состоящего из эксцентрикового вала,установленного на опорной раме виброплощадки и двух шатунов, которые с помощью резиновых элементов крепятся к рабочему органу виброплощадки. Нелинейный демпфер устанавливается параллельно с упругим элементом шатуна на рычаге,

середина которого шарнирно закреплена на рабочем органе виброплощадки, а коней резиновым шарниром соединён с шатуном. Шток поршня демпфера соединён с рабочим органом виброплощадки, корпус с рычагом.

Крепление корпуса демпфера к длинному плечу рычага увеличивает ход поршня по отношению к ходу шатуна. Это повышает скорость перемещения поршня демпфера и передаваемые возмущающие усилия.

Нелинейные характеристики демпфера создаются специальным клапаном, которыГ изменяет проходные сечения дросселирующих отверстий при ходе поршня в разньв направлениях.

Вследствие этого меняются возмущающие усилия,передаваемые нелинейным демпфером при движении рабочего органа виброплощадки вверх и вниз. На рис. 3 приведена принципиальная схема работы нелинейного демпфера и динамическая схема дросселирующего клапана.

Демпфер эксцентрикового привода с нелинейными упруговязкими характеристикам! состоит из корпуса - цилиндра. Внутри цилиндра перемещается поршень с клапаном прижимаемым к нему пружинами (рис. За).

В поршне и клапане имеются калиброванные каналы, через которые при движени* поршня происходит перетечка рабочей жидкости из одной полости цилиндра в другую Сопротивления перетечке жидкости определяются проходными сечениями этих каналов I кольцевой щелью, образующейся при смещении клапана, через которую также может протекав рабочая жидкость.

Дисковый клапан при движении поршня вверх (на рис. 36 положение 1) прижат пружинами и напором рабочей жидкости к торцовой поверхности поршня. Г^ противоположном направлении движения поршня (положение 2) при достаточном напор« рабочей жидкости, превышающем силу прижатия пружины, клапаи отходит от торцово? поверхности поршня. В этом случае между поверхностью поршня и клапаном образуете; кольцевая щель с.

Когда клапан прижат к поршню эффективное проходное сечение демпфера определяете) проходным сечением отверстия Ь клапана (положение 1). В этом случае рабочая жидкости перетекает из верхней полости через канал Ь в полость с! и далее через каналы а в нижнюк полость демпфера.

В положении, когда клапан отходит от поверхности поршня, (положение 2) рабоча: жидкость претекает из нижней полости демпфера в верхнюю через каналы а в полость (1 и дале1 проходит через кольцевую щель с и отверстие Ь клапана в верхнюю полость цилиндра Вследствие того, что суммарное проходное сечение кольцевой щели с и канала Ь болыш проходного сечения одного канала Ь, сопротивления перетеканию рабочей жидкости из нижне! полости демпфера в верхнюю меньше, чем при движении в противоположном направлении.

Таким образом, установка на поршне подпружиненного клапана позволяет получит! демпфер эксцентрикового упруговязкого вибропривода с асимметричными характеристикам! коэффициента вязких сопротивлений.

А-А

1. ПрибоЗной электродвигатель

2. Опорная рама

3. Эксцентриковый вибратор

4. Рабочий орган

5. Балансир

6. Упругий элемент

7. Нелинейный Эемпфер

8. Основные упругие элементы

9. Амортизаторы

Рис. 2. Принципиально—конструктивная схема нелинейного упруговязкого эксцентрикового привода.

схема Эемпфера

5 — принципиальная схема работы Зросселирукщего клапана

5 - Зинамическая схена нелинейного клапана

Рис. 3. Принципиальная схема работы нелинейного Земпфера и Зинамическая схема дросселирующего клапана.

Динамическая схема клапана включает в себя следующие элементы: клапан массы т*, чрижимаемый к торцу поршня пружиной с жесткостью к*о и жёсткостью контактной зоны слапан-поршень рк*0, где р значительно больше 1. В процессе работы демпфера при движении г одном направлении клапан испытывает гидродинамическое давление рабочей жидкости зропорциональное величине проходного сечения его канала Ь, при перемещении в 1ротивоположном направлении, суммарного проходного сечения канала Ь и кольцевой щели с иежду клапаном и торцом поршня. В первом случае напор пропорционален коэффициенту зязких сопротивлений Со*, во втором случае он снижается до величины Со.

Изменения проходного сечения канала клапана демпфера, а следовательно величины шэффициента вязких сопротивлений гидравлического демпфера, в процессе работы жецентрикового упруговязкого вибропривода определяется величиной смещения клапана этносительно поршня X] и выражается следующим соотношением:

с0 = с;(1-зсх1).

где 5С " коэффициент пропорциональности между проходным сечением кольцевого санала и перемещением клапана.

Устранение ударных нагрузок на опорную раму при замене буферов нелинейным жецентриковым приводом позволяет устанавливать её непосредственно на фундамент без тримеиеиия резиновых амортизаторов. Это упрощает конструкцию виброплощадки, улучшает условия передачи колебаний виброприводом рабочему органу и стабилизирует режим работы три больших переменных нагрузках.

2.2. Расчётная схема виброплощадки с нелинейным эксцентриковым приводом.

Необходимая по технологическим соображениям асимметрия колебаний виброплощадки яожет создаваться эксцентриковым приводом с нелинейными упруговязкими характеристиками 5ез применения буферов в системе подвески.

Виброплощадка с эксцентриковым приводом, имеющим нелинейные упруговязкие шементы, состоит из массы М, которая с помощью упругих связей, характеризующихся кесткостью кх и коэффициентом гистерезисных вязких сопротивлений Сх, соединена с фундаментом. Привод вибромашины осуществляется вибровозбудителем, имеющим жсцентриситет Г и угловую скорость вращения. приводного вала а. Обойма эксцентрика »единена упрут ми связями и нелинейными демпферами, характеризующимися нелинейными кесткостями к0х , к*0х, коэффициентами вязких сопротивлений С0х, С*0)<, с рабочим органом ¡иброплощадки в центре ее масс. Приводной вал жёстко установлен на фундаменте ¡иброплощадки.

В процессе раоты на виброплощадку действуют восстанавливающие силы и •истерезисные сопротивления упругих связей, технологические сопротивления, силы инерции солеблющихся масс и возмущающая сила привода.

Силы сопротивления технологической нагрузки мо!ут быть сведены к постоянным сопротивлениям не зависящим от скорости и сопротивлениям, пропорциональным скорости.

Для инженерных расчетов обычно принимают, что параметры деформации технологической нагрузки определяются перемещениями и скоростями виброплощадки. Точные методы определения деформации и скорости деформации технологической нагрузки рассматриваются в работе [16].

Параметры нелинейности и асимметрии упруговязких характеристик эксцентрикового привода задаются следующими соотношениями.

Коэффициенты жесткости к0х и гистерезисных сопротивлений С0,

не зависят от

деформации и скорости деформации упруговязких элементов привода.

Коэффициенты жесткости к*0х и гистерезисных сопротивлений С*0ж упруговязких элементов привода зависят от их деформации (Хф — х) следующим образом,

'Ох

где

— при(х0 — х) > О,

-при(х0 -х) < О, 1е

С0х ~ Чхс

х^Ох'

где

1

I 1

;при(х0 - X) > О, при(х0 - X) < О,

Б

<

где Хо и X - проекция на ось X перемещения обоймы эксцентрика и перемещения виброплощадки,

е и е* - коэффициенты асимметрии упругого и вязкого элементов привода, е > 1.

В приведённых выражениях в зависимости от того, какое ускорение должно быть большим верхнее или нижнее, принимают значение Бх и С|х » стоящие над чертой или под чертой.

Таким образом, усилия, генерируемые нелинейным упруговязким эксцентриковым приводом и передаваемые виброплощадке, определяются следующим соотношением:

^Ох = + 8х)^0хХ0 ~ 0 + Ях)с0х*0-

Упругогистерезисные сопротивления упругих связей, пропорциональные их упруговязким коэффициентам кх и Сх, деформации и скорости деформации с обратным знаком —X и —X, равны

Рхс = -кхх-схх.

Постоянные составляющие технологических сопротивлений действуют на виброплощадку навстречу скорости ее перемещения и не изменяются со временем по величине.

Проекция постоянных сил сопротивления на ось X является переменной величиной, так как меняется направление скорости, а следовательно, поворачивается и вектор постоянных сопротивлений.

Обозначив модуль вектора постоянных сопротивлений F*. найдем проекцию его на координатную ось X

К = F* sin(ot + yx).

Здесь ух - сдвиг фаз между положениями эксцентрика и напралением составляющей силы постоянных сопротивлений.

Вязкая составляющая технологических сопротивлений, пропорциональная вязким *

коэффициентам и скорости перемещения виброплощадки, равна

FXT = —схх.

Силы инерции пропорциональны величине колеблющейся массы виброплощадки М и ускорению её колебаний X с обратным знаком:

FXH = -Мх.

Возмущающая сила эксцентрикового привода создается вследствие деформации упругих связей и демпфера при вращении его эксцентрика и передается виброплощадке. Возмущающая сила пропорциональна жесткости упругих связей и коэффициенту вязких сопротивлений демпфера привода, а также их деформации и скорости деформации.

Возмущающая сила, создаваемая нелинейным эксцентриковым вибровозбудителем с упругим элементом и демпфером, при неподвижной рабочей массе виброплощадки равна

Fox = ^Ох sin((Ot + фдх),

где

Fox = rV(l + sx)2k¿x+(l + qx)2c¡>2.

Возмущающая сила нелинейного эксцентрикового вибровозбудителя с упруговязкими элементами в шатуне, сдвинута по фазе по отношению к положению эксцентрика на угол

о - arctg (1 + (**>С°*Ю т Ох - arcig—тг~ ^

Вследствие нелинейных характеристик упруговязких элементов привода сдвиг фаз меду положением эксцентрика и генерируемой возмущающей силой привода меняется в пределах одного оборота привода.

2.3. Амплитудно-частотные, частотно-силовые и мощностные характеристики виброплощадки под нагрузкой.

Подставив найденное значение коэффициента вязких сопротивлений С}хСдх в

выражение для вязкой составляющей возмущающей силы привода, получаем возможность исследования закономерностей работы вибрационной площадки с нелинейным упруговязким

23

эксцентриковым виброприводом рассматриваемой модификации. Путем подбора параметров клапана гидродемпфера С% и х можно изменять степень его нелинейности и формировать желаемый закон колебаний вибрационной площадки, обеспечивающий достижение оптимального технологического режима уплотнения бетона в формах различной конфигурации.

Просуммировав все действующие в системе силы, получим дифференциальное уравнение движения виброплощадки с нелинейным эксцентриковым упруговязкнм приводом в направлении оси X при действии на нее технологических сопротивлений и упруго-гистерезисных сопротивлений упругих связей:

Mx + [cx+(l + qx)-c0Jx + [kx + (l + sx)-k0Jx = = F*x sin(cot + Фох ) + F* sin(cot + у x )

Исследования параметров гидравлического демпфера с нелинейными характеристиками

позволяют оценить величину коэффициента нелинейности демпфера .

По приведенным уравнениям с использованием стандартной программы для решения нелинейных дифференциальных уравнений DELTA в результате матеметического эксперимента на PC определяются амплитудно-частотные (АЧХ) и силочастотные (СЧХ) характеристики виброплощадки с нелинейным эксцентриковым приводом, а также исследуются графики перемещения, скорость и ускоения, фазовые диаграммы и энергетические параметры виброплощадки.

При работе виброплощадки с эксцентриковым упруговязким вибровозбудителем энергия затрачивается прежде всего на преодоление сопротивлений от технологической нагрузкн. Энергия затрачивается также на преодоление гистерезисных сопротивлений в упругой системе подвески и упругой системе привода, в демпферах привода, а также в подшипниковых узлах привода (один подшипник в обойме эксцентрика и два опорных на концах эксцентрикового вала). Энергетические характеристики виброплощадки подразделяются на: потребление энергии приводом, технологические (виброуплотнение бетона), в упругой системе и в нелинейных элементах привода.

Затраты энергии приводом виброплощадки на преодоление всех действующих на неё сопротивлений определяются путём вычислений по выражению

W = Fox Am sin(tot + фох) sin(ot + у ох), F*

где ох - амплитудное значение возмущающей силы, А - амплитуда перемещения виброплощадки,

Фох'Ч'ох" Углы сдвига фаз перемещения виброплощадки и возмущающей силы привода.

Технологические затраты энергии на уплотнение бетона, связанные с преодолением вязких и постоянных сопротивлений, определяются по следующей зависимости

\УТ = (Рп + Р*)Аю зт(с* + ф), Б*

где п - постоянные сопротивления (сухое трение),

. вязкие сопротивления уплотнению бетона.

3. Разработка принципиально-конструктивного устройства и методов конструирования модернизированных вибрационных площадок с инерционно-эксцентриковым виброприводом.

3.1. Принципиально-конструктивное устройство вибрационной площадки с инерционно-эксцентриковым приводом.

Устройство разработанного для вибрационных площадок инерционно-эксцентрикового вибропривода (синтетического) представлено на рис. 4.

Синтетический вибропривод также как и стандартный имеет эксцентриковый вал, на котором с помощью подшипников качения и резинометаллических шарниров дополнительно смонтированы с возможностью небольших поворотов корпуса двух дебалансных механизмов. Установленные в корпусах на подшипниках качения дебалансы приводятся во вращение зубчатой ременной передачей от шкива эксцентрикового вала. Зубчатая ременная передача служит для синхронизации вращения эксцентрикового и дебалансного механизмов. Фиксация дебалансного механизма в вертикальном положении достигается за счет крепления внутренней втулки резинового шарнира к корпусу опорного подшипника эксцентрикового вала. Привод эксцентрикового вала, как и в серийной конструкции, осуществляется клиноременной передачей.

В процессе работы, вследствие шарнирной установки на эксцентриковом валу, дебалансный механизм сообщает рабочему органу виброплощадки прямолинейные вертикальные возмущающие усилия. Эти усилия суммируются с возмущениями, передаваемыми шатунами эксцентрикового механизма, и создают вертикальные колебания рабочего органа виброплощадки. Если эксцентриковый вал привода смонтировать на опорной раме и направить возмущающие усилия эксцентрикового и дебалансного механизмов в противоположные стороны, то можно полностью устранить ее колебания, что чрезвычайно важно с точки зрения защиты обслуживающего персонала от вибрации.

В процессе создания синтетического привода были выявлены новые возможности и разработана вторая модификация синтетического привода — бигармоническая.

В бигармоническом синтетическом приводе дебалансному механизму сообщается вращение с удвоенной угловой скоростью. Такой привод создаст бнгармонические ассиметричные колебания виброплощадки без использования нелинейной упругой системы (буферов), полностью обеспечивая технологические требования по уплотнению бетона. В отсутствие буферов на опорную раму не передаются ударные нагрузки и виброплощадка может

вмпол!шться по одномассной схеме без установки рамы на резиновых буферах.

25

А-А

1. ПрибоЗной Всм

2. Опорные подшипники

3. Эксцентрики

4. Шатун

5. Упругий элемент шатуна

6. Зубчатая ременная передача

7. Деба/юнсы

8. Резиновый элемент инерционного вибратора

Рис. 4. Принципиально-конструктивная схема бигармонического инерционно-эксцентрикобого биброприбода.

3.2. Расчётная динамическая схема виброплощадки с синтетическим вибронриводом.

Синтетический привод образуется объединением эксцентрикового и инерционного маятникового механизмов на одном приводном валу.

Дебалансный механизм состоит из неуравновешенной массы ГП*, центр которой находится на расстоянии Г* от оси вала, вокруг которого он вращается с угловой скоростью СО *.

На приводном валу вибровозбудителя наряду с дебалансом установлен эксцентрик с эксцентриситетом Г**. Обойма эксцентрика соединена упруговязкими связями, характеризующимися коэффициентом жёсткости кох и коэфициентом вязких сопротивлений С»* с опорной рамой вибромашины. Дебаланс и эксцентрик смещены по отношению друг к другу на угол 0, который может изменяться в пределах от 0° до 360°.

Рассмотрим закономерности работы виброплощадки при установке привода на рабочем органе. При работе виброплощадки центр масс рабочего органа совершает перемещение х от своего начального положения. Положение центра масс дебаланса Х0* и центра эксцентрика Хо" удобно оценивать в системе подвижных координатных осей Х'О'У', начало О' которой совмещено с осью вращения вала привода. В неработающей машине начало неподвижных и подвижных координатных осей совпадает. При работе виброплощадки координатная система Х'О'У' перемещается совместно с массой рабочего органа Ш относительно неподвижных координат ХОУ, соединённых с рамой виброплощадки.

В процессе эксплуатации рабочий орган виброплощадки находится под действием активных сил и сил сопротивления.В связи с тем, что вибрационная площадка под нагрузкой представляет собой сложную динамическую систему с сильным взаимовлиянием составляющих её элементов окончательный характер как активных сил, так и сил сопротивления формируется в процессе этого взаимодействия. Формирование сил инерции и сил сопротивления, зависящих от скорости и постоянных, рассмотрено в разделе 2.

Активные силы, возмущающие силы привода, формируются дебалансным н эксцентриковым механизмами и окончательный их вид является результатом сложения центробежных сил дебаланса и упруговязких возмущений эксцентрика. При этом существенное влияние имеет угол сдвига фаз между эксцентриком и дсбалансом.

В установившемся движении при вращении дебаланса неподвижной виброплощадки

а

создается центробежная сила, пропорциональная его массе Ш', квадрату угловой скорости СО и эксцентриситету дебаланса Г* в подвижной системе координатных осей Х'О'У'

р* = ш * г * со *2

Возмущающая сила, генерируемая дебалансным механизмом неподвижной виброплощадки в установившемся движении, равна проекции центробежной силы на ось ОХ.

Р„х = т * г * ю *2 зт(ш * I + 0).

При движении вибромашины вследствие того, что ось вращения вибровозбудителя участвует в поступательных перемещениях рабочего органа, меняется радиус-вектор вращения дебаланса, становясь равным, в неподвижной системе координат И*.

В этом случае проекция возмущающей силы на ось оказывается зависимой от закона движения виброплощадки

Б* = т*К*ш*2 8Н1(ю*г + 0).

Закономерности формирования возмущающей силы эксцентриковым механизмом синтетического вибропривода подробно рассмотрены в разделе 2.

Возмущающая сила эксцентрикового вибровозбудителя работающей вибромашины пропорциональна радиусу-вектору Д.** вращения центра эксцентрика в неподвижной системе координат, поэтому проекция ее па ось ОХ равна

_« ** I, 2 2 2~ / ** ч

^кох+СохЮ -С05((01 + фох).

Взаимодействие рассмотренных сил определяет вид кинематических, динамических и силовых характеристик вибромашины.

3.3. Амплитудно-частотные и частотно-силовые характеристики виброплощадки с инерционно-эксцентриковым вибровозбудителсм под нагрузкой.

Установившееся движение виброплощадки с синтетическим приводом при действии постоянных сопротивлений и сопротивлений пропорциональных скорости, когда угловое ускорение дебаланса ф = О и вал вращается с постоянной угловой скоростью О),

описывается обобщенным нелинейным дифференциальным уравнением

(ш+ш*)х + (сх + сох)х + (кх + кох )х = т *г*со *2 Бт(ю*1 + 0) +

+г ** л/кох+сох соз(оЛ + ф;х) + Б" собИ + у х), *

где СО - угловая скорость вращения дебаланса, в гармоническом виброприводе * * _

(О — О) , в бигармоническом виброприводе (О = 2© .

Анализируя правые части приведенных уравнений, видим, что они содержат выражения, не зависящие от параметров движения виброплощадки. Все эти величины являются гармоническими функциями угла поворота вибровозбудителей сдвинутыми по отношению друг

к другу на углы 0, ф ох и у. Эти гармонические функции, представляющие собой возмущающие силы инерционного и эксцентрикового вибровозбудителей, а также силу постоянных сопротивлений, можно привести к одной силе, обобщающей в себе движущие силы и силы сопротивлений. При этом составляющая от сил постоянных сопротивлений уменьшает составляющую от возмущающих сил. Члены, содержащие выражения, зависящие от параметров движения виброплощадки, находятся в левой части уравнения.

При действии в колебательной системе постоянных сопротивлений и сопротивлений пропорциональных скорости, каждое из них оказывает свое влияние на закономерности движения виброплощадки,

Амплитуда вынужденных колебаний вибрационной площадки с гармоническим инерционно-эксцентриковым приводом определяется по выражению

**

7 О 'У 9 9

(q^co cosG + ро) + (q^ra sin 0 + 2n0co)

(P2 + Ро ~®2)2 +4(n +n0)2to2

i/

/2

*

Ш

где С} - соотношение вращающейся и общей масс виброплощадки, С) =-—;

Ш+ Ш *

£ Г

^ - соотношение эксцентриситетов дебаланса и эксцентрика, С, — —^г;

Г

- приведенный к единичной возмущающей силе коэффициент постоянных

сопротивлений,

[(q£co2 cos© + Ро)2 + (q^o>2 sin© + 2n0co)]

На вибрационную площадку действует возмущающая сила Jr =

Р sin(rat + vF),

где

амплитудное значение возмущающей силы, приведённое к единичному перемещению виброплощадки, равно

# . , y

— = {[p2-(l-q)u2]2+4nV' 2

Возмущающие силы передаются площадке через подшипники вибровозбудителя. Поскольку эти силы велики, то надежность вибрационной площадке в значительной мере определяется тем, насколько точно определены нагрузки на подшипниковые узлы и правильно подобраны типы и размеры подшипников.

Нагрузки на подшипниковые узлы приводного вала от дебалансного механизма Р равны проекциям на направление радиуса дебаланса давлений, создаваемых при работе виброплощадки вращающимся дебалансом

Возмущающая сила, создаваемая вращающимся дебалансом при его движении совместно с колеблющейся массой виброплощадки, проектируется на линию, соединяющую центр масс

29

дебаланса с центром его вращения в связи с тем, что через шарнир (в нашем случае подшипни приводного вала) может быть передана только та составляющая внешней силы, котора5 действует в этом направлении. Любая другая сила, отличающаяся от этого направления, создав! лишь крутящий момент.

р**

Нагрузки на подшипниковый узел эксцентрикового механизма С равны проекциям иг направление эксцентриситета давлений, создаваемых при работе виброплощадки упругим! связями и демпферами (здесь так жег как и в дебалансном механизме усилие передается чере: шарнир - подшипник)

Нагрузки на подшипниковых узлах приводного вала от эксцентрикового механизма буду! суммироваться с учетом направления их действия с нагрузками от дебалансного механизма

Р = (РЧ 2Р*Р** соб© + Р**2)х

С точки зрения защиты обслуживающего персонала от вибрационных воздействие чрезвычайно важно знать какие нагрузки действуют на упругую систему виброплощадки ^ через нее передаются на опорные конструкции.

В вибрационных площадках с инерционно-эксцентриковым приводом, смонтированной на рабочем органе, нагрузки на несущие конструкции передаются через упругую систем) виброплощадки и упруговязкие элементы эксцентрикового вибровозбудителя. Усилия, создаваемые дебалансным механизмом, на опорные конструкции не передаются, т. е. такой привод частично разгружает опорные конструкции от динамических нагрузок.

При монтаже вала привода на раме, обеспечив работу эксцентрикового и дебалансногс механизмов со сдвигом по фазе и подобрав величину и направления результирующей силы можно компенсировать реакции упругой подвески и эксцентрикового механизма на раму.

Нагрузки на основную упругую систему создаются силами инерции рабочего оргаш виброплощадки, не скомпенсированными возмущающей силой вибровозбудителя, и силами сопротивления в упругих элементах привода и упругой подвески. Под действием этих сих происходит деформация упугих связей, в процессе которой формируются два вида напряжений упругие, пропорциональные деформации, и вязкие, пропорциональные скороси деформации упругих элементов.

При отсутствии внешних сопротивлений силы инерции, действующие в вибрационное площадке, полностью уравновешиваются реакцией упругих связей и соответствующей составляющей возмущающей силы, действующей навстречу вектору сил инерции. Чем £ большей мере силы инерции виброплощадки компенсируются составляющей возмущающе; силы, тем меньше нагружается основная упругая система. Основную упругую систему можне разгрузить, увеличив возмущающую силу вибровозбудителя.

Таким образом, степень перераспределения инерционных нагрузок между основной упругой системой виброплощадки и вибровозбудителем должна определяться специально £ каждом конкретном случае путем нахождения разумного компромиссного варианта. Эта задача решается методами многокритериального оптимального проектирования.

В вибрационной площадке с инерционно-эксцентриковым приводом негрузки на фундамент передаются не только основными упугими связями виброплощадке, но и

зо

упруговязкими элементами привода. Значения этих усилий определяются характеристиками элементов и пропорциональны значеням перемещений и скорости движения вибромашины. Возмущающая сила, создающаяся за счет деформации упруговязких элементов привода, частично идет на компенсацию сил инерции колеблющихся масс виброплощадки (конечно, не считая составляющей этой преодолевающей силы сопротивления) и не передастся на основные упругие связи.

Таким образом, эксцентриковый механизм привода хотя и разгружает основную упругую систему виброплощадки, но тем не менее передает свою долю нагрузок на фундамент. В то же время дебалансный механизм компенсирует силы инерции колеблющихся масс виброплощадки,не передавая дополнительных нагрузок на фундамент. Дебалансный механизм разгружает основные упругие связи виброплощадки и снижает общие нагрузки на фундамент. Вследствие этого общие нагрузки на фундамент от вибрационной площадки с инерционно-эксцентриковым приводом могут быть более низкими, чем от вибрационной площадки с эксцентриковым приводом, в которых иенрционные усилия передаются на фундамент полностью.

Основные выводы и рекомендации.

1. Реализация принципа резонанса в нелинейной колебательной системе с низкочастотным (650 1/мин) эксцентриковым упругим виброприводом, проведённые экспериментальные исследования, доводочные и опытные работы позволили создать более совершенные, с меньшим уровнем излучения вибрации в окружающее пространство, чем существующие, вибрационные площадки, организовать серийное производство 18 типоразмеров грузоподъёмностью от 5 до 30 т и оснастить 48 предприятий АО Моспромстройматериалы и других ведомств более чем 120 вибрационными установками для уплотнения бетона; работоспособность конструкции и достаточно высокая технологическая эффективность подтверждены 20-ти летним опытом эксплуатации.

2. Устойчивые асимметричные колебания рабочего органа виброплощадки, обеспечивающие высокую технологическую эффективность уплотнения бетона, могут возбуждаться эксцентриковыми виброприводами с нелинейными упруговязкими характеристиками в динамических системах с линейными упругими связями; применение в виброплощадках упругих элементов с линейной характеристикой и переход на безударные режимы работы, при сохранении асимметрии колебаний рабочего органа, сннжают динамические нагрузки на элементы конструкции, способствуют повышению долговечности и уменьшают вредные вибрационные воздействия на обслуживающий персонал.

3. Разработанные в диссертации принципиально-конструктивные схемы установки приводов и их установки, инженерные методы проектирования систем с инерционно-эксцентриковым возбуждением позволяют производить модернизацию резонансных вибрационных площадок путем простой замены эксцентрикового вибропривода на синтетический, обеспечивающую повышение стабильности работы при больших переменных нагрузках, снижение пусковой мощности и реализацию интенсивных колебаний рабочего органа виброплощадки, повышающих степень уплотнения обрабатываемых бетонных изделий.

31

4. Разработанная в диссертации принципиально-конструктивная схем бигармонического инерционно-эксцентрикового привода и методы определен!!) конструктивных и технологических параметров вибрационных площадок с таким типок привода позволяют производить модернизацию резонансных вибрационных площадок обеспечивая необходимую технологическую эффективность, без применения буферов в систем! подвески, снижать динамические нагрузки на опорные конструкции и вредные воздействие вибрации на обслуживающий персонал.

5. Использование разработанных в диссертации на базе серийного привод; эксцентрикового вибропривода с нелинейными упруговязкими характеристиками гармонического и бигармонического инерционно-эксцентриковых виброприводов, инерционного метода проектирования резонансных вибрационных площадок позволяет сократить сроки проектирования, снижает объёмы и ускоряет проведение экспериментальных, у опытно-доводочных работ при модернизации и разработке новых вибрационных площадок дл* уплотнения бетона; материалы диссертации могут быть использованы проектировщиками \ научными работниками при разработке методов вибрационного и вибро-ударного уплотнения бетона и создании виброуплотняющего оборудования.

Основные положения диссертации, опубликованные в следующш работах.

1. В.М.Сырцов и др. Вибрационная технология отделки строительных изделий, МДНТП.М. 1981.

2. В.М.Сырцов. Технологичность изготовления низкочастотных резонансных площадок. Опыт использования резонансных виброуплотняющих машин в промышленности строительных материалов.МДНТП.М.1975.

3. В.М.Сырцов, Л.И.Элштейн. Малогабаритный вибропресс для изготовления дорожных изделий. Промышленность строительных материалов Москвы. №2 1983.

4. В.М.Сырцов, В.В.Глазков. Вибрационный способ отделки строительных изделий и материалов. Промышленность строительных материалов Москвы. №3 1983.

5. В.М.Сырцов,Л.Е.Беленов. Комплекс машин для выгрузки смерзшихся материалов. Промышленность строительных материалов Москвы. №4 1978.

6. В.М.Сырцов, Л.И.Элштейн. Малогабаритные формовочные агрегаты для изготовления изделий широкой номенклатуры. Сборник трудов ВНИИЖелезобегон. 1983.

7. В.М.Сырцов, Л.И.Эпштейн. Устройство для формования изделий из бетонных смесей. Авт.свид. №1064097.БИ. №10.1983.

8. В.М.Сырцов, СЛМарьяновский. Виброплощадка.Авт.свид. №808286. БИ. №8.1981.

9. В.М.Сырцов, И.С.Нахшунов. Устройство для формования изделий из бетонных смесей.Авт.свид. №1041292.

10. В.В.Жаринов, В.М.Сырцов и др. Автоматическая линия для производства трамвайных плит из песчаного бетона. Промышленность строительных материалов Москвы. №8.1985.

П. В.М.Сырцов, Н.И.Хромекков и др. АСУТП роботизированного комплекса по производству деталей технических полов. Промышленность строительных материалов Москвы.

12. В.М.Сырцов. Моспромстройматериалам - 35 лет. Промышленное и гражданское строительство. №8.1993.

13. В.М.Сырцов, В.А.Анисимов. Машиностроительная база Моспрмстройматериалов. Промышленное и гражданское строительство. №3.1994.

14. В.М.Сырцов. Динамика вибрационных площадок с синтетическим приводом под нагрузкой. Международная конференция "Развитие строительных машин,механизация и автоматизация строительства".Москва, 1996.

15. И.Ф.Гончаревич, В.М.Сырцов. Нелинейные задачи динамики виброударного уплотнения высоконаполненных дисперсных сред. Тезисы "IV Конференции по нелинейным колебаниям механических систем". Н. Новгород, 1996 г.

16. В.М.Сырцов. Основы конструирования и модернизации вибрационных площадок для уплотнения бетона,МГАП,Москва,1996.86 е.,5,3 п л.

№5,1986.

Лицензия ЛР № 020675 от 09.12.92 г.

Подписано в печать 4.07.97 г. И-95 Объём 1 п. л.

Формат 60x84'/¡6 Т. 80

Заказ

Печ. офсетная

Московский государственный строительный университет Типография МГСУ, 129337, Москва, Ярославское ш., 26