Исследование динамических характеристик выбивной виброударной машины. Первый расчет.

         Здравствуйте, дорогие читатели! В этой публикации будет описан пробный частотный расчет на примере выбивной машины с эксцентриковыми валами. Это первый расчет, который проведен с грубой сеткой и толщиной стенок конструкции 1 мм. В следующих публикациях будут описаны уточнения для расчета и получившиеся результаты.

              Итак, приступим. Описание выбивной машины и область применения.
      Решетка выбивная инерционная предназначена для выбивки отливок из песчано-глинистых форм и отделения отливок от формовочных и стержневых примесей в условиях единичного и мелкосерийного производства. 
        Каждая вибрационная выбивная решетка отличается специфическими техническими характеристиками. Выбивные решетки применяются на литейных и металургических заводах. Литейное производство - отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, или полость, которая имеет конфигурацию заготовки (детали).

В технической литературе приведено множество конструкций инерционных машин, основанных на различных принципах работы. Например, работа инерционных машин в литейном производстве бывает основана на переменном магнитном поле, или, в случае изъятия отливок из грудки, на ультразвуковом воздействии. В некоторых источниках можно встретить конструкции для выбивки отливок в виде барабана. Конструкции аналогичного принципа применяются для обработки деталей после штамповки, например, снятия заусенцев. Некоторые способы выбивания литейных форм предусматривают перемещения формы в герметичную камеру и создания в ней декомпрессии до остаточного давления 100-300 ГПа. Разработаны также процесс вакуумного прошивки сырых песчаноглинистих форм при одностороннем вакуумировании формы, приводятся технологические и конструктивные параметры процесса. В патентном решении формовочную смесь с отливкой выбивают из опок ударной воздушной или газовой волной с помощью импульсной головки. В литературе также встречаются конструкции инерционных машин, основанные на других принципах работы, в том числе дробеметные и установки выбивки выдавливанием.
 В состав конструкции входят:
- корпус, состоящий из двух боковин, позиция 1, 3 и 2, 4, скрепленных с двух сторон стенками 8 и стяжками 5 и 6, изготовленными из двутавра, и торцевых платиков для скрепления с боковинами;

- колосники рабочего полотна 7, которые устанавливаются на стяжки 5;

- вибровозбудителя 11, закрепленный в верхней части на боковинах;

- привод, включающий два электродвигателя, промежуточные муфты, роликоопоры, лепестковые муфты и раму;

- опоры решеток 9 (4 единицы);

- пружина опоры решетки.

Основным элементом вибратора является эксцентриковый вал 11, постоянная дебалансная масса которого при вращении в подшипниковых опорах создает определенную величину возмущающей силы. На каждом конце эксцентрикового вала насажены два регулируемых дебаланса 12. Регулирование возмущающей силы дебаланса производится смещением дополнительных дебалансов на определенный угол относительно основного дебаланса за счет шлицевых пазов.
В качестве амортизатора корпуса решетки применяют сдвоенные (пружина в пружине) пружины 10 в количестве 16 пар по 4 пары на каждой опоре).
             Конечно-элементная модель была создана в ANSYS  Workbench 14.0. 

  Что такое выбивная решетка, в общем, выяснили, теперь перейдем к подготовке модели к расчету. 
  Для выполнения расчета была взята поверхностная модель выбивной решетки построенная в Pro/ENGINEER Wildfire 5.0. Поверхностная модель состоит из 593 тел и 856 поверхностей.

            Конечно-элементная сетка создавалась очень грубой.

        Закрепление модели осуществлялось согласно чертежам, в местах крепления пружин с опорами. На каждом узле крепления корпуса выбивной машины были созданы три пружины, которые эмитируют реальное закрепление. Пружины продольные с продольной жесткостью = 0.33 Н / мм, продольным затуханием = 7.18 Н * с / мм - для вертикальных, и горизонтальных - продольная жесткость = 0.115 Н / мм, продольное затухания = 7.18 Н * с / мм.

           Так же приложили гармоническую нагрузку к первой секции полотна...

           Толщина всей конструкции 1 мм.

         Перед выполнением гармонического анализа необходимо провести модальный анализ для вычисления собственных частот. Анализ был проведен в программном комплексе ANSYS  Workbench 14.0. 

           Ниже представлены 3 собственные трансляционные формы.

           Ниже приведены 3 собственные деформационные формы.

        После проведения модального анализа, можно сделать вывод, что при нагрузке в 1,5е6 Н конструкция не ломается.

     Теперь посмотрим результаты гармонического анализа. для этого, возьмем 2 точки к которых посмотрим частотные характеристики и определим частоты в которых  конструкция резонирует.

        Первую точку возьмем под одним из валов. Отобразим график зависимости амплитуды колебаний от частоты и фазового угла от частоты (по оси X).

На частоте 0,5 Гц с амплитудой 2,7е6 конструкция резонирует.

        Отобразим график зависимости амплитуды колебаний от частоты и фазового угла от частоты (по оси Y).

На частоте 0,5 Гц с амплитудой 6е6 конструкция резонирует.

       Вторая точка находиться посредине стяжки под первой секцией полотна. Также посмотрим график зависимости амплитуды колебаний от частоты и фазового угла от частоты (по оси X).

На частоте 0,5 Гц с амплитудой 4,7е6 конструкция резонирует.

       Отобразим график зависимости амплитуды колебаний от частоты и фазового угла от частоты (по оси Y).

На частоте 0,5 Гц с амплитудой 1,1е6 конструкция резонирует.

    Проанализировав режим работы и результаты расчетов можно сделать вывод, что конструкция работает в зарезонансном режиме по трансляционным собственным частотам и в дорезонансном - по деформационным.

      Исходя из результатов гармонического анализа можно предположить, что конструкция будет резонировать на частоте 0,5 Гц. 

     Далее планируется провести более точный расчет. Который и будет представлен в следующих публикациях.

Спасибо за внимание!