ВИБРАЦИОННЫЙ СЕПАРАТОР

Изобретение относится к сепарации сыпучих материалов и может быть использовано в сельском хозяйстве, обогатительной и пищевой промышленностях.

Известен вибрационный сепаратор, включающий деку, подвески, вибровозбудитель с регулируемой амплитудой колебаний деки, выполненный в виде линейного асинхронного двигателя с блоком управления и со статором, состоящим из двух частей, расположенных с разных сторон деки, причем обмотки одной части статора являются продолжением другой, а ротор двигателя, жестко связанный с декой, снабжен в крайних точках упругими элементами [1].

Недостатком технического решения являются: сложность конструкции, большие весогабаритные показатели, что снижает эффективность применения сепаратора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является вибрационный сепаратор, включающий деку, упругие подвески, вибровозбудитель с регулируемой амплитудой колебаний деки, выполненный в виде линейного асинхронного двигателя с блоком управления и со статором, состоящим из двух частей, расположенных с разных сторон деки и соединенных обмотками, а ротор двигателя снабжен в крайних точках упругими элементами, причем части статора могут перемещаться между упругими элементами на роторе, состоящем из двух частей [2].

Недостатком технического решения является то, что привод сепаратора имеет узкий диапазон регулирования амплитуды колебаний деки, что ограничивает возможности его применения.

Предлагаемое техническое решение позволяет достичь новый технический эффект: расширить диапазон регулирования амплитуды колебаний деки, причем сложной формы. Этот технический эффект достигается тем, что дека установлена на упругих подвесках, части ротора жестко связаны с декой крайними точками, а части статора имеют возможность перемещаться относительно деки, причем их обмотки соединены друг с другом параллельно или встречно-параллельно, последовательно или встречно-последовательно.

Предлагаемое техническое решение имеет существенное отличие от известных в связи с тем, что дека установлена на упругих подвесках, а статор линейного асинхронного двигателя не связан с декой, с декой жестко связаны крайними точками части ротора так, что статор имеет возможность перемещаться вдоль ротора, снабженного упругими элементами независимо от деки, а обмотки частей статора могут быть соединены друг с другом параллельно или встречно-параллельно, последовательно или встречно-последовательно, что дает возможность не только регулировать длительность включения блоком управления линейного асинхронного двигателя (ЛАД), но и силу, развиваемую ЛАД, тем самым расширяется диапазон регулирования параметров колебаний деки по амплитуде.

Дополнительно к этому вибровозбудитель обеспечивает регулируемое по амплитуде колебательное движение деки сложной формы: возвратно-поступательное с вертикальной составляющей колебаний и возвратно-поступательное с поперечной составляющей колебаний, что дополнительно расширяет возможность применения технического решения.

На фиг. 1 приведен вид сепаратора сбоку, на фиг. 2 - разрез А-А, на фиг. 3 - параллельное соединение обмоток частей статора, на фиг. 4 - встречно-параллельное соединение обмоток, на фиг. 5 - последовательное соединение, на фиг. 6 - встречно-последовательное соединение обмоток.

Дека 1 шарнирно установлена на упругих подвесках, попарно, 2 и 3. В свою очередь, упругие подвески 2 и 3 установлены жестко на основании (на фиг. 1 и 2 без обозначения позиции). Статор ЛАД состоит из двух равных частей, расположенных с разных сторон деки и параллельно друг к другу. Части 4 и 5 статора ЛАД расположены на частях 6 и 7 ротора (фиг. 2), которые своими концами жестко закреплены на деке 1 (фиг. 1). На концах частей ротора 6 и 7 установлены с зазором относительно частей статора 4 и 5, попарно, упругие элементы 8 и 9. Обмотки частей статора 4 и 5 соединены друг с другом по фиг. 3, или 4, или 5, или 6. Под декой 1 на основании может быть установлена приемная емкость 10 для просеянного материала 11 после его сепарации.

Сепаратор работает следующим образом. С блока управления (не показан) на обмотки частей 4 и 5 статора ЛАД подается переменное напряжение питания с фазами А, В и С (фиг. 3, 4, 5, 6). При включении обмоток по фиг. 3 или фиг. 5 обмотки частей статора создают бегущие магнитные поля в одном направлении, например, от упругих элементов 8 к упругим элементам 9. Взаимодействие бегущего магнитного поля статора с ротором создает силу, направленную в сторону магнитного поля. Под действием этой силы части 4 и 5 статора ЛАД движутся от упругих элементов 8 к упругим элементам 9. При этом вначале выбирается зазор между частями статора и упругими элементами 9, затем последние начинают сжиматься. Из-за смещения центра тяжести сепаратора, при движении частей статора ЛАД, дека 1 движется в направлении поля, но по радиусу. При этом упругая подвеска 3 сжимается, а упругая подвеска 2 разжимается, один край деки 1 опускается, а другой - приподнимается. В какой-то момент времени блок управления обесточивает обмотки статора ЛАД. Бегущие магнитные поля исчезают, под действием потенциальной энергии предварительно сжатых упругих элементов 9 части статора ЛАД перемещаются в обратном направлении. При движении частей статора в сторону упругих элементов 8 выбирается зазор между частями статора и упругими элементами 8, затем упругие элементы 8 начинают сжиматься. Вслед за частями статора, из-за смещения центра тяжести статора, в противоположную сторону движется дека 1, но по радиусу, сжимая упругие подвески 2 и разжимая упругие подвески 3, а предварительно деформированные упругие подвески 2 и 3 будут способствовать этому движению. При этом один край деки 1, противоположный предыдущему, поднимается, а второй опускается.

Частота включения (f_вкл) блоком управления ЛАД должна определяться частотой собственных колебаний (f_к) колебательной системы, определяемой массой части статора и жесткостью упругих элементов 8 и 9.

При совпадении частот f_вкл и f_к имеет место наиболее экономичный - резонансный режим работы вибровозбудителя. В техническом решении резонансный режим соблюдается всегда, т.к. масса статора ЛАД и жесткости упругих элементов 8 и 9 в процессе работы вибрационного сепаратора остаются неизменными.

В предложенном техническом решении сложное колебательное движение деки, (по горизонтальной оси и перпендикулярной к осям частей статора) обеспечивается посредством смещения вибровозбудителем центра тяжести сепаратора, имеющего частоту собственных колебаний:

где c_n - жесткость упругих подвесок (2 и 3),

m - эквивалентная сумма масс подвижной части вибрационного сепаратора.

При соблюдении условия f_вкл=f_к.с. будет иметь место резонанс всего сепаратора, однако обеспечение этого условия сложно, т.к. в процессе работы сепаратора масса обрабатываемого материала меняется. В предложенном техническом решении имеется возможность выполнения условия:

При этом обеспечивается резонансный режим работы вибровозбудителя и зарезонансный режим работы вибрационного сепаратора, который характеризуется устойчивым колебательным движением деки, более устойчивым к влиянию изменения массы сепарирующего материала при высоких энергетических показателях.

Амплитуда колебаний деки регулируется изменением длительности включения блоком управления ЛАД к источнику питания. В техническом решении имеется дополнительная возможность регулирования амплитуды колебаний деки: изменением напряжения, подводимого к обмоткам ЛАД. При соединении обмоток ЛАД по фиг. 3 на их выводы будет приложено полное напряжение источника питания, а при соединении обмоток по фиг. 5 - в два раза меньшее, т.к. в первом случае обе обмотки соединены параллельно, а во втором - последовательно друг с другом. Электромагнитная сила, развиваемая ЛАД, пропорциональна квадрату напряжения, подводимого к выводам ее обмоток, следовательно, при изменении напряжении будет изменяться и сила. Амплитуда колебания деки определяется этой силой, чем больше сила, тем больше амплитуда, и наоборот.

В техническом решении при соединении обмоток частей статора ЛАД по фиг. 4 или 6 направления создаваемых ими магнитных полей будут противоположными, следовательно, части 4 и 5 статора ЛАД будут перемещаться в противоположные стороны относительно друг друга и деки. Дека будет совершать сложное колебательное движение: возвратно-поступательно с поперечной составляющей, причем при соединении обмоток статора по фиг. 4 амплитуда колебаний будет больше, чем при соединении по фиг. 6, что дополнительно повышает возможность применения технического решения.

Закрепленные на концах ротора упругие элементы с зазором относительно частей статора при ударном их взаимодействии дают дополнительный встряхивающий импульс деке, способствующей сепарации. Улучшению процесса сепарации способствуют и краевые эффекты, имеющие место при работе ЛАД с маленьким (меньше 4) числом пар полюсов частей статора. Краевые эффекты в ЛАД приводят к появлению дополнительных высокочастотных колебаний (f_в.к.) развиваемой ею электромагнитной силы, причем f_в.к=2 f₁, где f₁ - частота переменного напряжения питания обмоток статора ЛАД. Например, при f₁=50 Гц f_в.к=100 Гц.

Масса статора ЛАД должна быть соизмерима с массой деки с сепарируемым материалом. Отмеченный момент определяет максимально возможную амплитуду колебаний деки.

Источники информации

1. Патент РФ №2325235, кл. В07В 1/28, 27.05.2008. Бюл. №15 Вибрационный сепаратор.

2. Патент РФ №2393029, кл. В07В 1/28, 27.06.2010. Бюл. №18 Вибрационный сепаратор. (Прототип).