#Лучков В. В., Коц І. В.  Моделирование рабочего процесса виброгрохота с импульсным гидроприводом

 

 

 

Техническое машиностроение /3.Отраслевое машиностроение

 

Лучков В.В., Коц И.В., к.т.н.

Винницкий национальный технический университет

 

Моделирование рабочего процесса виброгрохота с импульсным гидроприводом

 

Повышение эффективности технологических процессов разделения, транспортирования и погрузки горной массы существенно зависит от надежности работы грохотов [1-2]. В НИЛ гидродинамики Винницкого национального технического университета ведутся  разработки и исследование  различных конструктивных решений гидравлических возбудителей колебаний для грохотов разных типоразмеров[ 4, 5 и др.].

На рисунке показана типовая конструктивная схема гидравлического привода возбудителя колебаний, который использовался для возбуждения колебаний виброгрохота, предназначенного для отсева мелочи кокса, агломерата, окатышей и других сыпучих материалов крупностью кусков исходного продукта не более 300...400 мм. Виброгрохот состоит из транспортирующего органа 1, основания 2, соединенных друг с другом при помощи упругих элементов возврата 3. В качестве исполнительного органа возбудителя колебаний используется плунжерный гидроцилиндр, включающий плунжер 4 и корпус 5, установленный под некоторым углом к направлению транспортирования. Рабочая полость плунжерного гидроцилиндра при помощи трубопроводов 6 соединена с насосом 7, приводимым в движение электродвигателем 8, а также с генератором импульсов давления – двухкаскадным клапаном-пульсатором [4, 5 и др.].

Под действием давления рабочей жидкости, поступающей от приводного гидронасоса 7 в рабочую полость 11 плунжерного силового гидроцилиндра, происходит перемещение – прямой ход плунжера 4 относительно корпуса 5, а также контактирующего с ним транспортирующего органа 1 и технологической нагрузки – сыпучей горной массы, находящейся на нем, в направлении смещения плунжера 4. При этом одновременно происходит деформация упругих элементов возврата 3 и накапливание потенциальной энергии для последующего обратного хода. В этом положении рабочая жидкость под давлением от приводного гидронасоса 7 также подается в  подклапанную полость 15 и посредством открытой дроссельной щели между кромкой золотника 12 и кольцевой расточкой 19 в надклапанную полость 10.

 

Рисунок. Конструктивная схема гидравлического привода возбудителя

колебаний виброгрохота

Клапан второго каскада 11 при этом прижат рабочим давлением к седлу, так как усилие от давления рабочей жидкости на площадь поперечного сечения, на которую воздействует оно со стороны надклапанной полости 18 в сумме с усилием пружины 14 больше, чем усилие противодействия со стороны подклапанной полости 15. Усилие от давления рабочей жидкости, поступающей в полость 16, посредством плунжера-толкателя 13 воздействует на двухкромочный золотник 12 и по достижении некоторого заданного давления рН , на которое настроена пружина 9, он начинает перемещаться. При этом дроссельная щель, связывающая кольцевую расточку высокого давления 19 через канал 26 с надклапанной полостью 18 закрывается и происходит соединение надклапанной полости 18 со сливной кольцевой расточкой 21. Соединение надклапанной полости 18 со сливной магистралью приводит к падению давления в ней до сливного. Со стороны подклапанной полости 15 создается усилие давления, способное открыть клапан второго каскада 10, и он открывается. При этом напорная магистраль 6 и рабочая камера 11 соединяются со сливной магистралью. Давление в гидросистеме падает до сливного. Под действием потенциальной энергии, аккумулированной упругими элементами – пружинами возврата 3, осуществляется перемещение – обратный ход транспортирующего органа 1 и плунжера 4 в исходное положение. Так как, проекция ускорения на вертикальную ось при перемещении транспортирующего органа будет значительно больше ускорения свободного падения транспортируемого материала – горной массы, то произойдет их разделение. Таким образом, транспортирующий орган 1 грохота вернется в исходное положение, а транспортируемый материал, совершающий свободное падение переместится в горизонтальном направлении и в конце падения встретится с транспортирующим органом 1. Рабочий плунжер 4 при этом вытесняет рабочую жидкость из рабочей камеры 11 на слив через открытый клапан второго каскада 10. При понижении давления в гидросистеме до минимума пружина 9 перемещает двухкромочный золотник 12 и плунжер-толкатель 13 в исходное положение, а пружина 14 закрывает клапан второго каскада 10. Под действием усилий от увеличивающегося давления рабочей жидкости, происходит фиксирование всех элементов гидрораспределителя в исходном положении и начинается следующий рабочий цикл, который повторяется в автоматическом режиме. В результате последовательных периодических импульсов зарядки и разрядки упругих элементов 3, будет про­исходить колебательное движение плоскостей транспортирующего органа 1, способствующее перемещению транспортируемого материала вдоль плоскостей транспортирования.

К положительным качествам рассмотренного устройства следует отнести простоту схемы управления процессом осуществления возвратно-поступательных ходов исполнительного органа – плунжера 4, так как управление в данном случае осуществляется только по потоку рабочей жидкости (изменением давления срабатывания при помощи настройки пружины и изменением расхода приводного гидронасоса 8). Так как работа данного генератора импульсов давления – клапана-пульсатора практически не зависит от исходных условий, а определяется только величиной давления жидкости в рабочей камере в момент затяжки пружины возврата, то стабильность рабочего цикла и надежность функционирования при этом также повышается.

Для аналитического исследования рабочего процесса этой системы  разработана математическая модель, на основе  анализа которой проводится изучение качественных и количественных зависимостей технических показа­телей устройства от конструктивных, силовых и энергетических параметров.

При составлении дифференциальных уравнений, которые описывают математическую модель гидропривода были сделаны следующие основные предположения: температура и вязкость рабочей жидкости изменяются незначительно; волновыми процессами пренебрегаем, учитывая небольшую протяженность трубопроводов; механическая характеристика приводного электродвигателя принимается линейной; коэффициент сжимаемости b, который характеризует суммарный эффект сжимаемости рабочей жидкости и деформации соединительных трубопроводов принимается постоянным [4, 5]; переходной процесс срабатывание двухкаскадного клапана-пульсатора на слив считается релейным, то есть таким, что происходит за достаточное малое время по сравнению с продолжительностью прямого или обратного хода; при открытии клапана-пульсатора  площадь его проходного сечения изменяется релейно от 0 к fсл; давление на сливе принимается постоянным; временем торможения в конце прямого и обратного хода, учитывая его малую величину пренебрегаем; производительность Qн гидронасоса  принимается постоянной, то есть независимой от величины давления в гидросистеме; объемные потери рабочей жидкости в гидросистеме не учитываются вследствии их малой величины; транспортированный сыпучий материал для упрощения расчетов принимается в виде сосредоточенной массы и абсолютно жестким.

Фаза прямого хода описывается уравнениями движения транспортирующего органа грохота совместно с транспортированным материалом вверх в проекциях на горизонтальную и вертикальную оси:

                                       (1)

                              (2)

и уравнением связи, полученным из условия неразрывности потока в гидросистеме:

                          (3)

 

В уравнениях (1)-(3) обозначено: М=m1+m2 – суммарная масса транспортирующего органа грохота m1 и массы сыпучего материала на нем m2;   и – соответственно проекции на горизонтальную и вертикальную оси ускорения, скорости и перемещения центра массы транспортирующего органа грохота; m - коэффициент вязкого демпфирования; с – жесткость упругих элементов возврата; р – текущее давление  в гидросистеме; Fпл – эффективная рабочая площадь плунжера 4; WГ – общий объем гидросистемы; α – угол наклона оси плунжера силового гидроцилиндра к горизонту;  g – ускорение свободного падения.

Фазу обратного хода можно представить соответственно уравнениями:

– движения транспортирующего органа вниз отдельно от транспортированного груза в проекциях на горизонтальную и вертикальную оси:

                         (4)

                 (5)

– расхода из рабочей полости и гидросистемы на слив через проходное сечение основного выпускного отверстия клапана-пульсатора :

                       (6)

– свободного падения транспортированного материала, который подвергается грохочению:

                                                (7)

                                                (8)

В уравнениях (4) – (8) введены дополнительные обозначения: х10 и у10 – координаты смещений транспортирующего органа грохота в фазе прямого хода; s=кfсл – гидропроводимость основного проходного сечения автоматического гидрораспределителя – двухкаскадного клапана-пульсатора, где к – коэффициент гидравлических потерь; fсл –  проходная площадь  поперечного сечения в основном выпускном отверстии клапана-пульсатора; r - плотность рабочей жидкости; – соответственно проекции ускорения центра масс транспортированного материала, который подлежит грохочению.

Аналитическое решение системы уравнений наиболее целесообразным численными методами на ЭВМ. Авторами разработана специальная программа решения этих систем уравнений (1) – (8),  методом Рунге-Кутта-Мерсона с использованием стандартных подпрограмм. Результаты решений уравнений прямого хода были исходными для решения уравнений обратного хода.

На основе результатов аналитических исследований были изготовлены экспериментальные образцы виброгрохотов с гидравлическим приводом предложенной конструкции. Ведутся работы по дальнейшей  экспериментальной проверке теоретических результатов и внедрению опытно-промышленных образцов виброгрохотов в производство.

Выводы

1. Разработана конструктивная схема гидравлического толкающего привода возбудителя колебаний грохота, который дистанционно управляется с помощью генератора импульсов давления – двухкаскадного клапана-пульсатора.

2. Предлагаемая математическая модель рабочего процесса гидравлического привода позволяет обосновать кинематические, динамические и геометрические параметры рассматриваемой колебательной системы виброгрохота в зависимости от режимов его работы и величин прикладываемых нагрузок.

Литература:

1. Вопросы динамики тяжелых грохотов с пневматическим толкающим  приводом / Потураев В.Н., Круш И.И., Шифрин Л.М., Сергиенко А.В.- В кн.: Теория и расчет  горных машин. Сб. науч. тр. – Киев: Наукова думка, 1982. – С. 116 – 120.

2. Вайсберг Л.А. Вибрационное  грохочение сыпучих материалов. Моделирование процесса и технологический расчет грохотов / Вайсберг Л.А., Рубисов Д.Г.–  СПб.: 1994. – 47 с.

3. Иванов М.Е., Искович-Лотоцкий Р.Д., Коц И.В. Специальная гидроапаратура управления короткоходовыми возвратно-поступательными прямолинейными и вращательными перемещениями в машиностроении. Обзор. – М.: НИИМаш, 1982. – 52 с.

4. А.с. № 906844 СССР. МКИ В 65 G 25/08. Привод конвейера переталкивающего типа / Б.А. Земляков, И.В. Коц, П.В. Плащевский (СССР). – № 2961164/24-12. Заявлено 16.07.80; Опубл. 23.02.82, Бюл. № 7. – С.42.

5. Патент України № 91402. МПК B65G 27/00. Вібраційний конвеєр для транспортування сипучих матеріалів /     І. В. Коц, Н.П. Бадьора, О. П. Колісник, А. М. Власенко. № u201309937. Заявлено 09.08.2013. Опубл. 10.07.2014, Бюл. № 13. – С.28.