Вибровозбудитель с управляемой частотой и направлением колебаний
Владельцы патента RU 2284870:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) (RU)
Изобретение относится к строительным машинам и может быть использовано для вспучивания ячеистобетонной смеси. Устройство содержит рабочий орган - вибростол, вибровозбудитель, закрепленный на рабочем органе, включающем в себя полый вал, закрепленный на рабочем органе в подшипниковых опорах с расположенными на концах дебалансами, и установленный датчик угла поворота внешнего вала. Внутри полого вала на подшипниках крепится вал с расположенными на концах дебалансами и датчик угла поворота внутреннего вала. Привод вращения валов состоит из асинхронного электродвигателя и зубчатой ременной передачи, а между валами установлена закрытая зубчатая передача с передаточным числом, равным единице. Вибровозбудитель оснащен системой автоматического управления, включающей задатчик частоты вибрирования рабочего органа и каналы управления углом поворота внешнего и внутреннего валов вибровозбудителя соответственно, каждый из каналов включает в себя последовательно соединенные первый и второй регуляторы системы управления углом поворота вала вибровозбудителя, силовой преобразователь, датчик угла поворота вала вибровозбудителя и четыре блока суммирования, а также датчик вибрации в цепи обратной связи. Технический результат заключается в возможности регулирования направлений колебаний вибростола, сокращении количества приводов, упрощении системы управления частотой и направлением колебаний. 3 ил.
Изобретение относится к производству строительных материалов и предназначено для вибровспучивания ячеистобетонной смеси.
Известен одновальный дебалансный вибровозбудитель с направленной вынуждающей силой, включающий в себя асинхронный двигатель, на обоих концах вала которого закреплено по одному одинжовому дебалансу, соединенный через маятниковый амортизатор с вибростолом /Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / С.Г.Силенок, А.А.Борщевский, М.Н.Горбовец. - М.: Машиностроение, 1990 - С.240/ [1].
Недостатком данной конструкции является невозможность изменения направления колебаний в процессе вибрирования, т.е. для изменения направления колебаний необходимо останавливать установку и изменять настройку маятникового амортизатора, что приводит к значительной потере времени и снижению эффективности работы установки. Таким образом, повысить показатели качества изделий по прочности на этапе вибрирования невозможно.
Известен вибровозбудитель с вертикально направленными колебаниями, состоящий из двух параллельно расположенных дебалансных валов с механической синхронизацией. Валы вращаются в противоположных направлениях, взаимно компенсируя горизонтальные составляющие колебаний /Строительные машины: Справочник.: В 2-х т. Т.2.: Оборудование для производства строительных материалов и изделий / Под общ. ред. М.Н.Горбовца. - 3-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1991. - С.159/ [2].
Недостатком этой конструкции является невозможность изменения направления колебаний в процессе вибрирования, поэтому отсутствует возможность выбора оптимального закона, изменения направления колебаний.
Наиболее близким устройством, принятым за прототип, является вибровозбудитель, состоящий из двух расположенных соосно один в другом валов с дебалансами, оснащенный системой автоматического управления частотой и амплитудой колебаний. Регулирование амплитуды осуществляется путем автоматического изменения угла рассогласования дебалансов с помощью САУ. Пат. 2233738 Российская Федерация, МПК7 В 28 В 1/087. Виброплощадка с изменяемой амплитудой колебаний / Баскаков А.В., Галицков К.С., Галицков С.Я. - №2002125790; заявл. 27.09.02; опубл. 10.08.04, Бюл. №22 [3] - принято за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства, относится невозможность изменения направления колебаний в процессе вибрирования, что приводит, в ряде случаев, к снижению эффективности вспучивания.
Сущность изобретения - повышение показателей качества ячеистобетонных изделий по прочности, увеличение ресурса работы виброблоков, экономия электроэнергии и строительных материалов, входящих в состав бетонной смеси, сокращение времени вибровспучивания.
Технический результат - регулирование направления колебаний вибростола в процессе работы, сокращение количества приводных двигателей вращающих валы с дебалансами, упрощение системы управления регулирования частотой и направлением колебаний.
Технический результат достигается тем, что наличие асинхронного двигателя, цепной передачи, валов с крепежом вращающихся в подшипниковых опорах позволяет вместе с системой управления автоматически в процессе работы регулировать направление колебаний вибровозбудителя, а устройство вибровозбудителя в виде закрытой зубчатой передачи, на валах которой установлены дебалансы, позволяет сократить количество приводных двигателей, привод вращения зубчатой передачи и система управления позволяет в процессе работы регулировать частоту вибрационного воздействия. В известной виброплощадке, содержащей рабочий орган - вибростол, вибровозбудитель, закреплен на рабочем органе, включает в себя полый вал, закрепленный на рабочем органе в подшипниковых опорах с расположенными на концах дебалансами и с закрепленным шкивом под клиновидный ремень приводного асинхронного двигателя внешнего вала и шкивом под зубчатый ремень, приводящий датчик угла поворота внешнего вала, внутри полого вала на подшипниках крепится вал с расположенными на концах дебалансами и закрепленным шкивом под клиновидный ремень приводного двигателя внутреннего вала и шкивом под зубчатый ремень, приводящий датчик угла поворота внутреннего вала, вибровозбудитель оснащен системой автоматического управления, в которую включены задатчик частоты вибрирования рабочего органа и каналы управления углом поворота внешнего и внутреннего валов вибровозбудителя, соответственно, каждый из каналов включает в себя последовательно соединенные, первый и второй регуляторы системы управления углом поворота вала вибровозбудителя, силовой преобразователь, двигатель и датчик угла поворота вала вибровозбудителя, четыре блока суммирования, причем выход задатчика частоты вибрирования соединен с прямыми входами первого и второго блоков суммирования каналов управления, выход первого блока суммирования соединен с прямым входом первого регулятора системы управления углом поворота внешнего вала, выход первого регулятора системы управления углом поворота внешнего вала соединен с прямым входом третьего блока суммирования, выход третьего блока суммирования соединен с прямым входом второго регулятора системы управления углом поворота внешнего вала, выход второго блока суммирования соединен с прямым входом первого регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала, выход первого регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала соединен с прямым входом четвертого блока суммирования, выход четвертого блока суммирования соединен с прямым входом второго регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала, выход второго регулятора системы управления углом поворота внешнего вала соединен со входом частотного силового преобразователя первого двигателя, выход второго регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала соединен со входом частотного силового преобразователя второго двигателя, выход частотного силового преобразователя первого двигателя соединен со входом первого двигателя, выход частотного силового преобразователя второго двигателя соединен со входом второго двигателя, выход датчика угла поворота внешнего вала соединен с инверсными входами первого и третьего блоков суммирования канала управления углом поворота внешнего вала, выход датчика угла поворота внутреннего вала соединен с инверсными входами второго и четвертого блоков суммирования канала управления углом поворота внутреннего вала, особенностью является то, что привод вращения валов с дебалансами состоит из одного приводного асинхронного двигателя и одной клиноременной передачи, это достигается тем, что между валами с дебалансами установлена закрытая зубчатая передача с передаточным числом, равным единице; изменение направления колебаний вибровозбудителя осуществляется с помощью асинхронного двигателя и цепной передачи, а также валов с крепежом, вращающихся в подшипниковых опорах установленных в креплениях вибровозбудителя, система управления упрощена и исключает три блока суммирования, регулятор амплитуды, два интегральных регулятора, два датчика угла поворота, причем с датчика вибрации выходят два сигнала обратной связи.
На фиг.1 изображен вибровозбудитель; на фиг.2 показана кинематическая схема вибровозбудителя; на фиг.3 изображена структурная схема системы управления частотой и направлением колебаний.
На фиг.1 изображен вибровозбудитель. Вибровозбудитель состоит из закрытой зубчатой передачи 1, с передаточным отношением, равным единице. На валах зубчатой передачи закреплены дебалансы 2 одинаковой массы. На входном валу зубчатой передачи 1 установлен ведомый шкив 3 клиноременной передачи, зубчатое колесо 4 входит в состав привода изменения направления колебаний. Соединение вибровозбудителя с вибростолом осуществляется с помощью креплений 7. Вращение вибровозбудителя происходит посредствам валов 5, а также с помощью крепежа 6, который соединен с корпусом вибровозбудителя.
На фиг.2 показана кинематическая схема вибровозбудителя, которая состоит из привода изменения направления колебаний, в состав которого входит асинхронный двигатель 8, цепная передача 9, включающая в себя зубчатое колесо 4. Привод вращения дебалансов 2 включает асинхронный двигатель 11, клиноременную передачу 10 с ведомым шкивом 3, зубчатую передачу 1. Вращение вибровозбудителя при изменении направления колебаний происходит посредствам валов 5, которые соединены с вибровозбудителем с помощью крепежа 6. Соединение вибровозбудителя с вибростолом происходит с помощью креплений 7.
На фиг.3 изображена структурная схема системы управления частотой и направлением колебаний. Она включает в себя задатчик частоты вибрирования 12, задатчик направления колебаний вибростола 13, и два канала управления. Первый канал - для управления частотой колебаний, второй - для контроля направлением колебаний. Каждый из каналов содержит последовательно соединенные первый и второй блоки суммирования 14 и 15, соответственно в первом и во втором каналах регулятор частоты 16 и регулятор направления колебаний 17, соответственно в первом и во втором каналах преобразователи частоты 18 и 19, соответственно в первом и во втором каналах асинхронный двигатель 8 и 11, в первом канале валы с дебалансами 2, во втором вал 5 с приводным зубчатым колесом 4, соответственно в первом и во втором каналах рабочий орган - вибростол 25, соответственно в первом и во втором каналах датчик вибрации 24, устанавливаемый на вибростоле 25.
Выход задатчика частоты вибрации 12 соединен с прямым входом первого блока суммирования 14, выход задатчика направления колебаний вибростола 13 соединен с прямым входом второго блока суммирования 15, выход первого блока суммирования 14 соединен с входом регулятора частоты 16, выход второго блока суммирования 15 соединен с входом регулятора направления колебаний 17. В первом канале последовательно за регулятором установлены: преобразователь частоты 18, асинхронный двигатель 11, валы с дебалансами 2, вибростол 25, а в обратной связи установлен датчик вибрации 24. Во втором канале за регулятором направления последовательно установлены преобразователь частоты 19, асинхронный двигатель 8, вал 5 с приводным зубчатым колесом 4, вибростол 25, а в обратной связи установлен датчик вибрации 24, один из выходов датчика вибрации 24 соединен со входом первого блока суммирования 14, другой выход датчика вибрации 24 соединен со входом второго блока суммирования 15.
Задатчик и регулятор частоты 12 и 16, задатчик и регулятор направления 13 и 17, блоки суммирования 14 и 15, выполнены, например, программно. Первый и второй преобразователь частоты 18 и 19 выполнены, например, в виде стандартных транзисторных управляемых частотно-импульсных преобразователей со встроенными стандартными цифро-аналоговыми преобразователями. При программной реализации блоков 12, 13, 14, 15, 16, 17 может быть использован, например, программируемый контроллер С-60 /Программируемый контроллер С60 / Техническое описание, - 64.10.0600000.000 ТО. - АО Автоваз/ [4], обладающий необходимым количеством встроенных цифроаналоговых преобразователей и устройств сопряжения.
В качестве силового частотного преобразователя может быть использован преобразователь Siemens.
Установка работает следующим образом: по заданному закону изменения частоты колебаний рабочего органа вибростола vзад и направления колебаний αзад на выходе задатчика частоты вибрации 12 формируется сигнал задания угла поворота валов с дебалансами ϕ1зад=ψ(vзад), который складывается с сигналом с датчика вибрации 24 в первом блоке суммирования 14, а на выходе задатчика направления 13 формируется сигнал задания направления колебаний Азад=ψ(хзад), который складывается с сигналом ΔАос, поступающим с датчика вибрации 24 во втором блоке с суммирования 15 и поступает на регулятор направления колебаний 17. Сигнал с регулятора частоты 16 в первом канале подается на вход преобразователя частоты 18, который изменяет частоту и амплитуду напряжения питания асинхронного двигателя 11 и тем самым регулирует его скорость вращения и угол поворота вала двигателя и, соответственно, угол поворота валов с дебалансами 2. Выходная координата системы частота колебаний контролируется датчиком вибрации 24. Сигнал с регулятора направления колебаний 17 во втором канале подается на вход преобразователя частоты 19, который изменяет частоту и амплитуду напряжения питания асинхронного двигателя 8 и тем самым регулирует его скорость вращения и угол поворота вала двигателя и, соответственно, угол поворота вала 5 с зубчатым колесом 4. Выходная координата системы направление колебаний контролируется датчиком вибрации 24. Сигналы с датчика вибрации 24 соответственно складываются в первом блоке суммирования 14 и во втором блоке суммирования 15.
Валы с дебалансами 2 вращаются синхронно в противоположных направлениях с равной скоростью за счет зубчатой передачи между ними. Скорость их вращения регулируется автоматически датчиком частоты вибрации 12. Направление колебаний регулируется автоматически с помощью задатчика направления колебаний вибростола 13. В результате автоматически регулируются частота и направление колебаний вибростола, что обеспечивает повышение показателей качества ячеистобетонных изделий по прочности, увеличение ресурса работы виброблоков, экономию электроэнергии и строительных материалов, входящих в состав ячеистобетонной смеси, сокращение времени вибровспучивания.
Использование вибровозбудителя с автоматически управляемой частотой и направлением колебаний позволит найти ее широкое применение в производстве строительных материалов, изделий и конструкций.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / С.Г.Силенок, А.А.Борщевский, М.Н.Горбовец. - М.: Машиностроение, 1990 - С.240.
2. Строительные машины: Справочник.: В 2-х т. Т.2.: Оборудование для производства строительных материалов и изделий / Под общ. ред. М.Н.Горбовца. - 3-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1991. - С.159.
3. Пат. 2233738 Российская Федерация, МПК7 В 28 В 1/087. Виброплощадка с изменяемой амплитудой колебаний / Баскаков А.В., Галицков К.С., Галицков С.Я. - №2002125790; заявл. 27.09.02; опубл. 10.08.04, Бюл. №22.
4. Программируемый контроллер С60 / Техническое описание, - 64.10.0600000.000 ТО. - АО Автоваз.
Вибровозбудитель с управляемой частотой и направлением колебаний, содержащий рабочий орган - вибростол, вибровозбудитель, закрепленный на рабочем органе, включающий в себя полый вал, закрепленный на рабочем органе в подшипниковых опорах с расположенными на концах дебалансами и с закрепленным шкивом под клиновидный ремень приводного асинхронного двигателя внешнего вала и шкивом под зубчатый ремень, приводящий датчик угла поворота внешнего вала, внутри полого вала на подшипниках крепится вал с расположенными на концах дебалансами и закрепленным шкивом под клиновидный ремень приводного двигателя внутреннего вала и шкивом под зубчатый ремень, приводящий датчик угла поворота внутреннего вала, вибровозбудитель оснащен системой автоматического управления, в которую включены задатчик частоты вибрирования рабочего органа и каналы управления углом поворота внешнего и внутреннего валов вибровозбудителя, соответственно, каждый из каналов включает в себя последовательно соединенные первый и второй регуляторы системы управления углом поворота вала вибровозбудителя, силовой преобразователь, двигатель и датчик угла поворота вала вибровозбудителя, четыре блока суммирования, причем выход задатчика частоты вибрирования соединен с прямыми входами первого и второго блоков суммирования каналов управления, выход первого блока суммирования соединен с прямым входом первого регулятора системы управления углом поворота внешнего вала, выход первого регулятора системы управления углом поворота внешнего вала соединен с прямым входом третьего блока суммирования, выход третьего блока суммирования соединен с прямым входом второго регулятора системы управления углом поворота внешнего вала, выход второго блока суммирования соединен с прямым входом первого регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала, выход первого регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала соединен с прямым входом четвертого блока суммирования, выход четвертого блока суммирования соединен с прямым входом второго регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала, выход второго регулятора системы управления углом поворота внешнего вала соединен со входом частотного силового преобразователя первого двигателя, выход второго регулятора системы управления углом поворота внутреннего вала соединен со входом частотного силового преобразователя второго двигателя, выход частотного силового преобразователя первого двигателя соединен со входом первого двигателя, выход частотного силового преобразователя второго двигателя соединен со входом второго двигателя, выход датчика угла поворота внешнего вала соединен с инверсными входами первого и третьего блоков суммирования канала управления углом поворота внешнего вала, выход датчика угла поворота внутреннего вала соединен с инверсными входами второго и четвертого блоков суммирования канала управления углом поворота внутреннего вала, отличающаяся тем, что привод вращения валов с дебалансами состоит из одного приводного асинхронного двигателя и одной зубчатой ременной передачи, между валами с дебалансами установлена закрытая зубчатая передача с передаточным числом, равным единице, изменение направления колебаний вибровозбудителя осуществляется с помощью асинхронного двигателя и цепной передачи, а также валов с крепежом, вращающихся в подшипниковых опорах, установленных в креплениях вибровозбудителя, в цепи обратной связи установлен датчик вибрации.
