Вибрационные загрузочные устройства

где l - динамический коэффициент, равный

.        (24)

Если вибраторов z, то усилие, развиваемое одним вибратоором

F(1)=F/z;

при горизонтальной установке вибраторов Fг(1)=F/z cosj; при вертикальном расположении (только один вибратор) Fв=F/ sinj.

Для ВБЗУ с диаметром части D<450 мм при известных значениях l, d, A0, j и l усилие F удобно определять по номограмме.

Расчет электромагнитного вибратора. Рассчитываемые параметры: значение возмущающего усилия Fр, амплитуда A0, эффективное значение напряжения питания Uр, консттруктивный фактор Кф, максимальное значение магнитной индукции Вm, сечение магнитопровода S, число витков провода W, индуктивное сопротивление электромагнита wL0, эффективное значение тока iэ, диаметр провода катушки dпр, сечение катушки Sк, средняя длина витка обмотки, активное сопротивление обмотки, мощность Р. Расчетное усилие электромагнита, Н,

Fр=(1,1 ... 1,15) Fв,         (25)

где Fв или (F, Fг) - усилие, создаваемое одним электромагнитом, расположенным соответственно вертикально Fв, нормально к пружинам F и горизонтально Fг. Эффективное напряжение, при котором обеспечивается усилие Fр

up=kиuc,           (26)

где kи - коэффициент, учитывающий изменение напряжения сети uc (kи=0,75 ... 1).

Конструктивный фактор элемента

         (27)

где Sз - магнитный зазор (Sз=Ав[А,Аг]+0,1 ... 0,5 мм). Максимальное значение индукции Вm, Вб/см2 определяют по Кср по графику.

Сечение S, мм2, и предварительные размеры магнитопровода S=Fp/2,01 106Вm2.

Магнитопровод электромагнита изгтовляют из стандартных пластин типа Ш и УШ (рис. 11), для которых высоту окна, его ширину и другие размеры  выбирают из табл. 2.

Таблица 2

Обозначение	l0	l1	l2	h0	h1	h2	l3	d	L	B	S
пластины	мм										мм2
УШ-10	10	6,5	6,5	18	24,5	3,25	29,5	3	36	10	182
										15	272
										20	364
Ш-12	12	12	6	30	36	3	42	3	48	12	262
										16	350
										20	436
										25	558
УШ-16	16	10	10	28	31	5	46	3,6	56	16	466
										24	500
										32	922
Ш-16	16	16	8	40	48	4	56	3,6	64	16	466
										20	582
										25	728
										32	932
Ш-20	20	20	10	50	60	5	70	5	80	20	428
										25	910
										32	1164
										40	1456
Ш-25	25	25	12,5	62,5	75	6,25	87,5	5	100	25	1136
										32	1456
										40	1820
										50	2280
Ш-32	32	32	16	80	96	8	112	6	128	32	1864
										40	2330
										50	2912
										63	3668
Ш-40	40	40	20	100	120	10	140	6	160	40	2912
										50	3640
										63	4586
										80	5824

 

рис. 11

Приведенное значение индукции зависит от схемы питания вибратора (без выпрямителя и с выпрямителем); без выпрямителя В= Вm; с выпрямителем В= 0,5 Вm. Значение Вm выбирают из рис. 12

рис. 12    рис.13

Число витков провода в обмотке электромагнита ,

где fэ - частота сети;

Эффективное значение тока iэ, А (зависит от схемы питания):

без выпрямителя ;    (28)

с выпрямителем .    (29)

Диаметр dпр, мм, (без изоляции) провода катушки электромагнита

,         (30)

где - допустимое значение плотности тока ( =2 ... 6 А/мм2).

Расчетное сечение катушки (обмотки) электромагнита ,  (31)

где кэс - коэффициент заполнения сечения катушки.

Для катушек прямоугольного сечения, наматываемых проводом с эмалевой изоляцией, значения коэффициента заполнения в зависимости от условий намотки и диаметра привода приведены в табл. 3. Размеры катушки (рис. 13): длина lk=h=(Sknk)1/2, ширина окна железа hк=l1=lk/nk. После этого уточняются размеры выбранного железа. Средняя длина витка обмотки катушки lср, мм, равна

lср=2(а1+а2)+2p(r+dк+bн/2),        (32)

где а1,а2 - наружные размеры каркаса катушки с учетом толщины стенок; dк и bн - толщина каркаса и намотки катушки. Активное сопротивление R0, Ом, обмотки

.        (33)

Мощность, расходуемая на нагрев, Вт Р=i2эR0.

Таблица 3

Диаметр провода	Намотка с ручной заправкой изоляционных прокладок			Намотка автоматическая с про-
с изоляцией, мм	без прокладок	через один ряд	через два ряда		кладкой изоляции через один ряд
0,05	0,37	0,27	0,3		-
0,1	0,42	0,28	0,35		0,36
0,15	0,48	0,32	0,39		0,41
0,2	0,51	0,35	0,43		0,44
0,25	0,53	0,37	0,46		0,47
0,3	-	0,38	0,47		0,5
0,4	-	0,41	0,48		0,53

 

Проверка правильности расчета.

Коэффициент охлаждения, мм2/Вт: кохл=2(l0+B+4l1) l1h / P1,

где кохл - нормативный коэффициент.

Полное сопротивление цепи электромагнита R, Ом: без выпрямителя R= R0, с выпрямителем R= R0+ Rв, где Rв - сопротивление выпрямителя. Усилие вибратора F0, кгс (Н):

с впрямителем F0= Fрсв/2, без выпрямителя F0= Fрсс/0,5. Значение F0 должно быть не менее заданного Fв [F, Fг], при F0< Fв[F, Fг] необходимо расчет повторить, вновь рассчитать значение B, S, iэ и др.

 

 

5 ВЗУ модульного построения

 

 

Построение ВЗУ по модульному принципу позволяет упростить поиск компромисса между требованиями потребителей и возможностями изготовителей. Модульный принцип построения оборудования позволяет сократить число модификаций и создать гибкую систему проектирования, дающую возможность при ограниченном комплекте унифицированных сборочных единиц удовлетворить разнообразные технологические и компоновочные требования технических заданий.

Вариант конструкции ВЗУ модульного построения представлен на рис. Основу устройства составляет блок электромагнитов 2, содержащий 32 плоских, радиально расположенных пакета магнитопровода.

рис. 14

В пазы пакетов уложены две кольцевые обмотки 3  и 5. Они питаются пульсирующим током с частотой 50 Гц от промышленой электросети через однополупериодный выпрямитель. Против полюсов магнитопровода электромагнита расположены шихтованные якоря 6, закрепленные в немагнитном корпусе 7. Постоянный рабочий воздушный зазор между полюсами магнитопровода и якорями выдерживается благодаря устройствам центрирования 1, содержащим шарикоподшипники и мембраны и дающим возможность якорям совершать колебательные движения по вертикали и возвратно-вращательные в горизонтальной плоскости. На наружной поверхности корпуса якорей закреплена чаша 4 со спиральным лотком на внутренней поверхности. Блок электромагнитов связан с основанием ВЗУ 11 жестко, а корпус якорей - посредством наклонных пружинных стержней 9, закрепленных в кольцах 8 и 10. Пружины обеспечивают требуемое направление колебаний подвижных частей и постоянную составляющую жесткости упругой подвески.

При настройке ВЗУ стремятся обеспечить положение устойчивого равновесия якорей при любом значении тока в обмотках. Следовательно, такой электромагнит роль вибратора выполнять не может. Он может лишь при подаче пульсирующего или переменного тока циклически менять свою жесткость и при ничтожной неточности наладки, а также при случайном или преднамеренном отклонении якорей от положения устойчивого равновесия обеспечить процесс параметрических колебаний чаши ВЗУ.

При питании электромагнита пульсирующим током (50 Гц) в зависимости от жесткости упругой подвески и массы (момента инерции) подвижных частей ВЗУ можно получить устойчивые колебания подвижных частей с частотой 25 или 12,5 Гц.

В конструкциях ВЗУ модульного построения целесообразно использование многофункциональных электромагнитных механизмов поперечного действия (ЭМПД), якорь которых в процессе работы перемещается поперечно по отношению к направлению рабочего магнитного потока. Зазор между полюсами ярма и якоря ЭМПД не определяет их относительного смещения. Механизм может выполняться с минимальными рабочими зазорами. При работе ЭМПД исключается возможность соударения полюсов, т. е. отсутствует явление “стопа”, что снимает ограничения в выборе рабочего участка электромеханической характеристики механизма. Электромеханическая характеристика ЭМПД симметрична, что расширяет возможности механизма и позволяет реверсировать его действия. На форму электромеханической характеристики ЭМПД влияет геометрия полюсов.

Расчет ЭМПД состоит в определении параметров зубцовых зон магнитопровода, диаметральных и осевых размеров ЭМПД, сечений магнитопровода и обмоточных данных. Исходными для расчета являются электромагнитная сила, жесткость и амплитуда колебаний, которую механизм должен возбуждать и поддерживать.

Конструктивные параметры ЭМПД определяют в два этапа. Сначала рассчитывают магнитную цепь, а затем электрическую. На обоих этапах используют метод последовательных приближений.

Рис. 15

При расчете магнитной цепи ЭМПД определяют геометрические параметры магнитопрововда и его зубцовой зоны. По ним ведут расчет магниитной цепи ЭМПД, величины окна под обмотку, развиваемой ЭМПД силы и свойственной ему жесткости. Вычисленные значения сравнивают со значениями, вложенныит в эскизный проект и задание на проектирование ЭМПД. По результатам сравнения конструкцию корректируют и расчет повторяют. При достижении соответствия полученных значений силы и жесткости требуемым переходят к расчету электрической цепи ЭМПД.

На втором этапе определяют диаметр обмоточного провода, сопротивление обмотки, силу и плотность тока в ней. При несоотвветствии величины плотности тока допустимой обмоточные данные корректируют  расчет электрической цепи повторяют.

По завершении расчета ЭМПД механизм проверяют на теплостойкость.

Исходными данными для расчета магнитной цепи являются: А - амплитуда колебаний; F - электромагнитная сила, которую должен развивать ЭМПД; Сэм - электромагнитная жесткость, которой должен обладать ЭМПД. Расчетные зависимости приведены в табл. 4.

Расчет электрической цепи ЭМПД ведут по общепринятой методике расчета обмоток электромагнитов.

Таблица 4

Определяемый параметр	Расчетная формула
Минимальная ширина зубца, tmin, мм	tmin = 1,2А
Ширина зубца t, мм	По конструктивным соображениям
Радиальный рабочий воздушный зазор d, мм	d = 0,2 ... 0,5
Суммарная длина зубцов магнитопровода åb, м	По конструктивным соображениям эскизного проектирования
Удельная сила, которую может развить ЭМПД, Fуд, Н/м	См. рис. 15,а
Удельная жесткость, которой должен обладать ЭМПД, сн, Н/(м мм)	сн = сэм / åb
Удельная жесткость, которой может обладать ЭМПД, суд, Н/(м мм)	См. рис. 15,б
Магнитная постоянная m0, Г/м	m0 = 1,256 10-6
Магнитная индукция в рабочем зазоре В,Т	B = 1,2 ... 1,5
Амплитудное значение МДС для ЭМПД, питаемого через однополупериодный выпрямитель (JW)0, А	(JW)0 = B d 10-3/ m0
Глубина модуляции магнитного сопротивления g	g = 0,3 ... 0,4
Угол сдвига фаз между перемещением и силой e	e = 50 ... 800
Эффективное значение МДС (JW)эф, А
Допустимое значение плотности тока dJ, A/мм2	dJ = 2...3
Коэффициент заполнения окна сердечника Кз	Кз = 0,3 ... 0,4
Минимальный размер площади окна сердечника Q0, мм2	Q0 = (JW)эф / dJ Кз

 

 

Заключение

 

 

Вибрационные устройства в последнее время широко применятся в машиностроении благодаря тому, что они обладают целым рядом преимуществ по сравнеению с другими типами. Эти устройства просты по конструкции. Отсутствие в них движущихся захватных органов исключает возможность заклинивания заготовок, в связи с чем отпадает необходимость в дополнительных прредохранительных механизмах.