Теоретическая часть. Вибрационные машины в пищевой промышленности применяют при просеивании и сепарировании сыпучих пищевых продуктов

Вибрационные машины в пищевой промышленности применяют при просеивании и сепарировании сыпучих пищевых продуктов, для ускорения процессов структурообразования различных пищевых масс и для формирования их однородности, а также при мойке, транспортировании, сушке, измельчении, дозировании и уплотнении в разделительных, фасовочных автоматах и т.п.

Отличительной особенностью вибрационного воздействия на обрабатываемый продукт является то, что оно интенсифицирует процессы тепло- и массообмена в результате быстрого увеличения поверхности взаимодействия участвующих компонентов и повышения скорости конвективной диффузии.

Наибольшее распространение получили вибрационные машины, работающие в режиме прямолинейных параметрических гармонических колебаний (рис.7.1).

 

 

Рис.7.1. Расчетная схема колебаний вибрационной машины:

1 – пружина; 2 – вибрационная машина; 3 – направляющие;

4 – демпфер; 5 – неподвижная стойка.

 

 

Рассмотрим в качестве примера колебания вибрационной машины массой М (рис. 7.1) с центробежным вибровозбуждением.

Дифференциальное уравнение движения данной системы имеет вид

(7.1)

где – угол наклона рабочего органа, град; m – масса дебаланса, кг; r – эксцентриситет центра массы дебаланса относительно оси вращения, м; ω – частота колебаний вынуждающей силы (равна угловой скорости вращения дебаланса), ; – масса вибрационной машины, кг; – время, с; – перемещение, м; – амплитуда колебаний, м; – угол сдвига фаз между перемещением системы и перемещением дебаланса, град.

Решая уравнение (7.1), после ряда преобразований получаем выражение для определения усилия , передаваемого на возбужденную колебательную систему

(7.2)

где – собственная частота колебаний, ; – перемещение упругих связей машины под действием единичной силы;

Из уравнения (7.2) можно легко получить выражение для определения

, (7.3)

где коэффициент демпфирования; Р ₀ – гармоническая сила, Н; – круговая частота собственных колебаний системы, с^-1; – круговая частота вынужденных колебаний системы, с^-1.

Амплитуда установившихся вынужденных колебаний с затуханием

. (7.4)

Вводя значения безразмерных коэффициентов виброизоляции

(7.5)

и безразмерные параметры

(7.6)

получим условия эффективности виброзащиты:

, (7.7)

(7.8)

Таким образом, целью виброзащиты является уменьшение амплитуды силы и амплитуды установившихся вынужденных колебаний .

Различают виброзащиту активную и пассивную. При активной виброзащите для уменьшения динамической составляющей сил на опорную конструкцию машины, являющуюся источником вибрации, устанавливают на виброизоляторы. При пассивной – машину защищают от внешних возмущений.

При конструировании необходимо учитывать следующие рекомендации:

1) необходимо сокращать расстояние между центром масс машины и линией действия возмущающей силы, при этом уменьшается амплитуда колебаний машины при вращении;

2) соединительные коммуникации (трубопроводы, шланги и т. п.) должны быть гибкими, а их жесткость значительно ниже жесткости виброизоляторов;

3) нельзя удалять виброизоляторы от центра масс машины, так как это увеличивает частоту собственных колебаний машины;

4) подвешивание машины на стержнях – когда преобладают горизонтальные возмущающие силы.

Вибрацию ряда пищевых машин трудно устранить уравновешиванием или демпфированием. В этих случаях применяют вибрационные амортизирующие средства. Рассмотрим более подробно способы виброзащиты, связанные с применением этих средств.

1. Установка машины на амортизирующую подкладку (рис. 7.2).

Обычно в качестве подкладки используют резину, войлок, пробку. Однако они обладают существенным недостатком: при попадании на них смазочных материалов изолирующий слой разрушается. В связи с этим более целесообразно применение упругих подкладок из прессованных пробковой крошки, пенькового волокна и пластмассы. В этом случае пластмасса предохраняет пробку от действия смазочных материалов, а куски пробки соединены длинными волокнами. Для увеличения трения используют подкладки с рифлеными поверхностями.

2. Использование пружинных амортизатором (рис. 7.3) с битумной массой.

 

Внутреннюю часть пружинного амортизатора заливают битумной массой с низкой температурой плавления. Применение битума способствует повышению демпфирующей (гасящей колебания) способности конструкции.

3. Применение пружинных телескопических амортизаторов (рис. 7.4).

4. Применение гидравлических амортизаторов (рис.7.5).

 

 

 

 

Серийно выпускаемые виброизоляторы отличаются упругодемпфирующими характеристиками, различным сочетанием виброизолируюших и ударозащитных свойств, долговечностью, условиями эксплуатации и конструктивными особенностями. Они классифицируются в основном по виду демпфирования или по материалу упругого элемента на резинометаллические (типов АП, АЧ, АР, АН, АМ, Аксс), пружинные (типов АД, АФД, АПН), цельнометаллические виброизоляторы (типов ДК, АРМ, АЦП) с воздушным или сухим трением, а также недемпфированные.

Резинометаллические виброизоляторы. Упругим элементом в этих виброизоляторах является фасонный резиновый массив (рис. 7.6), соединенный с деталями металлической арматуры с помощью вулканизации. Их достоинства: простота конструкции; широкий диапазон изменения упругих характеристик, определяющихся как маркой применяемой резины, так и конфигурацией упругого элемента; возможность произвольной ориентировки относительно основания.

К недостаткам следует отнести изменение динамических свойств при длительной эксплуатации из-за «старения» резины; недостаточная надежность соединения резинового элемента с металлической основой; ухудшение виброзащитных свойств в условиях повышенной или пониженной температуры и влажности; невозможность использования при повышенных содержаниях паров бензина, масла и т. п.; недостаточное в отдельных случаях демпфирование.

Пружинные виброизоляторы с демпфированием. Упругий элемент пружинных виброизоляторов представляет фасонную пружину, коническую или экспоненциальную, назначение которой состоит в том, чтобы статическая характеристика была нелинейной. Демпфирование в виброизоляторах типа АД (рис. 7.7) создается вследствие потерь в потоке воздуха, протекающего через калиброванное отверстие в резиновой оболочке, окружающей пружину; эта оболочка представляет собой воздушный демпфер, параллельный упругому элементу.

В виброизоляторах типа АПН (рис. 7.8) демпфирование создается силами сухого трения между корпусом и пластмассовой диафрагмой, связанной со штоком, соединяющимся с виброизолированным объектом.

 

 

Упругий элемент виброизолятора состоит из двух последовательно соединенных конических пружин, причем верхняя пружина идентична нижней. Для лучшей защиты от ударных воздействий в конструкцию введена ограничительная шайба.

Пружинные виброизоляторы обладают большим ресурсом работы по сравнению с резинометаллическими виброзоляторами, их упругие характеристики гораздо меньше зависят от внешних условий (температуры, влажности и т. п.), они могут работать в агрессивных средах. Однако, они осуществляют эффективную виброзащиту лишь в осевом направлении, демпфирование в них создается искусственно, т. к. внутреннее трение в материале пружины весьма мало.

Цельнометаллические виброизоляторы. Упругий элемент в них выполняется в виде пружины рессорного типа или из прессованных гофрированных лент, металлической витой проволоки или сетки.

В виброизоляторах типа АРМ (рис. 7.9) упругий элемент выполнен из стальной путанки и допускает изменение жесткости с помощью регулировочных опорных шайб.

 

 

 

Цельнометаллические сетчатые виброизоляторы отличаются высокой надежностью и долговечностью, а при совместном использовании в качестве упругого элемента параллельно работающих пружин и сетчатых подушек – стабильностью упругодемпфирующих свойств даже при интенсивных динамических нагрузках и в тяжелых климатических условиях.

Основные параметры виброизоляторов даны в табл. 7.1.

Таблица 7.1