REWERSYJNY PRZENOŚNIK WIBRACYJNY P

(1)

REWERSYJNY PRZENOŚNIK WIBRACYJNY

P

IOTR

C

ZUBAK

Katedra Mechaniki i Wibroakustyki, AGH e-mail:czubak@agh.edu.pl

Streszczenie. W ciągu produkcyjnym często stosowane są przenośniki wibracyjne umożliwiające transport nadawy w dwóch kierunkach. W pracy analizowano możliwości transportowe nowego autorskiego rozwiązania rewersyjnego przenośnika wibracyjnego (zgłoszenie patentowe [4]) służącego do dwukierunkowego transportu materiałów sypkich lub przedmiotów o niewielkich wymiarach gabarytowych. Przedstawiono analizę dynamiczną przenośnika, wykazując możliwości transportowania nadawy w obydwu kierunkach jedynie poprzez zmianę częstości obrotowej wibratora.

1. WSTĘP

W pracy analizowano możliwości transportowe rewersyjnego przenośnika wibracyjnego służącego do dwukierunkowego transportu materiałów sypkich lub przedmiotów o niewielkich wymiarach gabarytowych. W pracy opisano zasadę działania jak również za pomocą symulacji komputerowej wykazano poprawność pracy nowego urządzenia.

2. OPIS DOTYCHCZASOWYCH ROZWIĄZAŃ PRZENOŚNIKÓW REWERSYJNYCH Do najczęściej stosowanych rozwiązań przenośnika rewersyjnego zalicza się układ z dwoma osobnymi układami wibratorów. Przykładowym przenośnikiem tego typu jest urządzenie niemieckiej firmy Jost (rys 1).

1

2 2

4 3

Rys. 1. Rewersyjny przenośnik firmy Jost

Silniki elektryczne napędzają wały z zamocowaną na nich niewyważoną masą, wymuszającą drgania ukierunkowane prostopadle do linii przechodzącej przez osie układów wibratorów (3,4), a pod kątem do rynny przenośnika (1) zawieszonej na układzie sprężyn resorujących (2). W zależności od żądanego kierunku transportowania materiału

(2)

alternatywnie włączany jest jeden albo drugi układ wibratorów. Przenośniki z dwoma układami wibratorów charakteryzują się dużą wydajnością podobną do przenośników, w których transport odbywa się tylko w jednym kierunku, ale są kosztowne w produkcji i eksploatacji. Drgania pracy jednego układu wibratorów powodują w łożyskach drugiego, nieruchomego, wyciskanie smaru i występowanie fałszywych odcisków Brinella, powodując bardzo szybkie ich zużycie. Wadą tego typu rozwiązania jest długi czas potrzebny na zmianę kierunku transportowania związany z czasem wybiegu jednego i rozruchu drugiego układu wibratorów.

Znane są również, przykładowo z opisu US5713457, rewersyjne przenośniki posiadające jeden wibrator (2) podwieszony centralnie w pobliżu środka ciężkości przenośnika do rynny (1) zawieszonej na układzie sprężyn (3) (rys.2).

1

43 43

5

5 2

Rys. 2. Rewersyjny przenośnik wibracyjny według patentu US5713457

Wibrator wyposażony jest w silnik o zmiennym kierunku obrotów. Na obu końcach rynny zamocowane są identyczne eliminatory drgań (4) powodujące spłaszczenie elipsy drgań masy głównej przenośnika przy częstości wymuszeń drgań wibratora zbliżonej do częstość drgań własnych eliminatorów. Każdy eliminator złożony jest z masy pomocniczej podwieszonej pionowo do rynny na sprężynie (5). Wadą tego typu rozwiązania jest również długi czas potrzebny do zmiany kierunku transportowania dokonywanej poprzez zmianę kierunku obrotów silnika, co wymaga przejścia kolejno przez wybieg maszyny, a następnie przez rezonans przejściowy. Ponadto eliptyczne trajektorie ruchu drgającego rynny znacznie ograniczają wydajność przenośnika.

Inną grupę rozwiązań stanowią przenośniki z mechaniczną zmianą kierunku transportowania poprzez ręczną lub zautomatyzowaną zmianę kąta zawieszenia układu wibratorów napędowych (4), powodując zmianę kierunku drgań rynny (1) zawieszonej na układzie sprężyn (2). Przykładem tego typu rozwiązania jest patent US 5,064,053 firmy Carrier Vibrating Equipment (rys.3).

Rys. 3. Rewersyjny przenośnik wibracyjny według patentu US 5064053

(3)

3. OPIS WYNALAZKU

Przenośnik według wynalazku (zgłoszenie nr P-388654), podobnie jak w powyżej opisanych rozwiązaniach, posiada otwartą na obu końcach rynnę, sprężyście podpartą na sztywnej podstawie oraz obrotowy napęd wibracyjny, podwieszony centralnie do rynny (rys.4). Głównym celem wynalazku jest dostarczenie nowego udoskonalonego dwukierunkowego podajnika lub przenośnika, w którym kierunek transportowania można zmieniać bardzo szybko jedynie poprzez zmianę częstości obrotów wibratora.

Rys. 4. Rewersyjny przenośnik wibracyjny według wynalazku.

Zasada działania przenośnika polega na tym, że jeśli częstość wymuszenia wibratora w stanie ustalonym spełnia warunek

1 1m k_s

=

w , to masa m1 drga z amplitudą wywołującą w elemencie k1 siły przeciwne do siły wymuszającej wibratora na kierunku s1 , powodując - przy małym tłumieniu w sprężynie ks1 - wygaśnięcie drgań rynny na tym kierunku, jednak nie zmieniając wartości drgań na kierunku prostopadłym s2. Umożliwia to transport nadawy w prawo. Jeśli częstość wymuszenia wibratora w stanie ustalonym spełnia warunek

2 2m k_s

=

w , to masa m2 drga z amplitudą wywołującą w elemencie ks2 siły przeciwne do siły wymuszającej wibratora na kierunku s2 powodując wygaśnięcie drgań rynny na tym kierunku, nie zmieniając jednak wartości drgań na kierunku prostopadłym s1. Umożliwia to transport nadawy w lewo.

Przenośnik może być wyposażony w dwa lub więcej masowe eliminatory drgań zamocowane do rynny z każdej strony wału. Rozwiązanie pozwala na wykonanie szybkiej zmiany kierunku transportowania materiału jedynie przez zmianę prędkości obrotowej silnika wibratora, a uzyskane drgania rynny mają charakter prawie prostoliniowy – co stanowi, że wydajność osiąga takie wartości jak w przenośniku jednokierunkowym. Przy zastosowaniu w wibratorze silnika z płynną regulacją prędkości obrotowej istnieje możliwość sterowania prędkością transportowania materiału w obu kierunkach.

Cechą przenośnika jest różna prędkość transportowania w przeciwnych kierunkach, gdy przenośnik jest symetryczny, a kierunki drgań mas pomocniczych eliminatorów odchylone są od poziomu odpowiednio pod kątami b₁=45° i b₂ =135°.

4. ANALIZA DYNAMICZNA PRZENOŚNIKA

Model matematyczny analizowanego przenośnika (rys 4) przedstawiony jest poniżej.

(4)

Q q

M × & & =

(1)

gdzie:

úú úú úú û ù

êê êê êê ë é

+ +

+ + +

+ +

=

2 2

2

1 1

1

2 1 1

1 1

1

2 2 1 1 1 1 2

1

2 2 1 1 1 1 2

1

0 0

0 ) sin(

) cos(

0 0

0 ) sin(

) cos(

0 0

0 ) cos(

)

sin(00 0 0 cos(0 ) sin(0 ) sin(0 )

) cos(

) sin(

0 0

m m

m

m m

m

J e m e

m e

m M m m m J me m m

m m

e m m

m m M

M

w w w

w

w w

b

b b

bj j

b b

j b b

j

(2)

s T

s y x

q&&=[&&&&a&&j&&₁&&₁&&₂] (3)

úú úú úú úú úú úú

û ù

êê êê êê êê êê êê

ë é

- -

- + + - - + + - - - - -

- - + - - - + -

+ - + - -

=

2 2 2 2

1 1 1 1

2 2 1

1 2

2 1

1 2

2

2 1

1 2 1 1

) ( ) ( ) ( ) ( 2

2 2 2

) ( ) ( ) ( ) ( ) sin(

) ( 2 ) ( 2 ) cos(

s b s k

M

l l y b l l y b l l y k l l y k h b x h b hx k h k

l y b l y b l y k l y k e

m

h x b h x k e

m

Q

s s

el

y y

x x x x

y y

w

x x

w

&

a a

j j

a a

j j

(4)

gdzie:

Mei - moment elektromagnetyczny rozwijany przez silnik, przyjęty w postaci odpowiadającej charakterystyce statycznej silnika:

2 2

1

) (

2

i ss ut

ss

ut ss i ss ut el

M M

j w w

w

w w j w

&

- + -

-

×

= - i=1,2

gdzie:

Mut - moment utyku silników napędowych

wss - częstość synchroniczna silników napędowych wut - częstość utyku silników napędowych

Symulację przeprowadzono dla następujących wartości parametrów:

l1=l2= 0.5[m]

h = 0.5[m]

bx = by=

pw y 2

k [Ns/m]

kx = ky= 75000[N/m]

mw = 5[kg]

m = 120[kg]

Jw = 0[kgm²] J = 25[kgm²] e = 0.02[m]

Mut = 50[Nm]

wss = 157[rad/s] lub wss = 133,5[rad/s]

wut = 100[rad/s] lub wut = 85[rad/s]

(5)

x[m]

y[m]

Rys. 5. Zależność drgań poziomych od pionowych dla częstości wymuszenia 157[rad/s]

y[m]

x[m]

Rys. 6. Zależność drgań poziomych od pionowych dla częstości wymuszenia 133,5[rad/s]

Jak widać, przy częstości wymuszającej wibratora wynoszącej 157[rad/s] drgania rynny są prawie prostoliniowe, a ich nachylenie powoduje transport nadawy w prawo (rys.5), natomiast przy zmianie częstości wymuszającej wibratora na 133,5[rad/s] drgania rynny są również prawie prostoliniowe, a ich nachylenie powoduje transport nadawy w lewo (rys.6).

Amplituda drgań na kierunkach ruchu jest różna w zależności od częstotliwości wymuszenia, powodując niejednakową prędkość transportowania nadawy w przeciwnych kierunkach.

Prędkość transportowania związana jest również z częstością wymuszenia, co dodatkowo zwiększa różnicę prędkości w obydwu kierunkach. Jeśli w zastosowaniu przenośnika będzie postrzegane to jedynie jako wada, można prędkości transportowania wyrównać w jeden z następujących sposobów:

· poprzez zmianę kąta g zaczepienia eliminatorów,

· poprzez zastosowanie wibratora o zmniejszającym się mimośrodzie masy niewyważonej wraz ze wzrostem częstości wymuszającej,

· poprzez sterowanie częstością wymuszenia tak, aby nie była ona dokładnie nastawiona na częstości poszczególnych eliminatorów, co będzie powodować zmianę prędkości transportu na poszczególnych kierunkach.

(6)

5. WNIOSKI

1. Dwukierunkowy przenośnik wibracyjny przedstawiony w pracy ma prostą i niezawodną konstrukcję.

2. Istnieje możliwość szybkiej zmiany kierunku transportowania materiału poprzez zmianę częstości wymuszenia wibratora.

3. W pewnych zastosowaniach różna prędkość transportowania w poszczególnych kierunkach jest wadą, którą jednak można zniwelować na kilka sposobów przedstawionych w pracy.

LITERATURA 1. Katalog firmy Jost.

2. Musschoot A.: Two-way vibratory feeder or conveyor. US Patent No.5713457, 1998.

3. Baker S.: Vibratory drive system for a vibratory conveyor apparatus. US Patent No.5064053, 1991.

4. Czubak P.: Rewersyjny przenośnik wibracyjny. Zgłoszenie projektu wynalazczego nr P- 388654, 28.07.2009.

5. Frahm H.: Device for damping vibrations of bodies. US Patent No.989958, 1909.

6. Michalczyk J., Czubak A.: Teoria transportu wibracyjnego. Monografia. Kielce: Wyd.

Pol. Świętokrzyskiej, 2000.

7. Michalczyk J., Cieplok G.: Model cyfrowy przesiewacza wibracyjnego. „Modelowanie Inżynierskie” 2006, nr 32, t. 1, s. 381 – 388.

8. Goździecki M. , Świątkiewicz H.: Przenośniki. Warszawa : WNT, 1975.

9. Czubak. P.: Mass optimisation of the vibroinsulating frame of a short vibratory conveyer.

“Mechanics” 2006, Vol.25 No.1, p. 33 – 40.

TWO-WAY VIBRATORY CONVEYER

Summary. Vibratory conveyers that enable a feed transportation in two opposite directions are often applied in a production sequence. Transport qualities of the new, author’s innovatory solution, two-way vibratory conveyer (Patent Application [4]) for transporting loose materials or objects of small dimensions, were analysed in this study. The dynamic analysis of the conveyer was presented and the possibility of a feed transportation in both directions only by changing the vibrator rotational frequency - was indicated.

Praca została wykonana w ramach badań statutowych za rok 2010.