<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte à des dispositifs générateurs de vibrations équilibrés comportant au moins trois masses alignées. De tels dis- positifs peuvent être utilisés par exemple comme cribles alternatifs pour trier des produits tels que sable, charbon, pierres broyées, minerais divers, ou comme transporteurs à secousses et autres applicationso
Des dispositifs générateurs de vibrations de ce genre sont généra- lement pourvus de contrepoids destinés à équilibrer les mouvements des mas- ses oscillanteso Ces contrepoids sont agités soit directement à partir des moyens de commande soit par resonances avec la masse oscillante. Dans les , deux cas, il est assez difficile d'équilibrer les masses oscillantes pour différentes conditions d'utilisation.
Les réactions sur les fondations sont donc généralement considérables. Mais même lorsque les masses se trouvent' être parfaitement équilibrées, la commande forcée des diverses masses trans- met à l'arbre de commande des effort considérables qui,tout en pouvant être en équilibre par rapport à l'ensemble du dispositif, obligent à utili- ser un mécanisme de commande de grandes dimensions.
La présente invention a pour objet un dispositif générateur de vibrations qui,peut être équilibré parfaitement pour diverses conditions d'utilisation et qui permet de réduire au minimum toutes les réactions des masses oscillantes,d'une manière telle-que les moyens de commande aient seu- lement à compenser les résistances passives tandis que les réactions sur les fondations sont réduites.
L'invention comporte également des moyens pour assurer un démarra- ge doux du dispositif et pour amener ce dernier dans les conditions de fonc- tionnement sans vibrations intempestiveso
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre de formes d'exécution, choisies- à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un crible alternatif avec trois châssis distincts de criblageo la? figure 2 montre un crible analogue mais avec cinq châssis dis- tincts ,Les figures 3 et 4 sont des vues en élévation et en plan d'un cri- ble tel que celui représenté à la figure 1.
Le crible représenté à la figure 1 se compose d'un châssis central sensiblement horizontal 1 et de deux châssis externes alignés 7 et 8. Tous les châssis sont supportés par des barres sensiblement parallèles 6, qui à leur tour sont supportées par le bâti ou fondations 40 Le crible 1 est agité par un jeu de deux barres parallèles 2 articulées sur les manivelles 13 de l'arbre 3. Celui-ci est supporté soit rigidement soit élastiquement sur le bâti 4 et est entraîné par exemple par un moteur électrique. Les cribles 7 et 8 sont reliés au crible 1 uniquement au moyen d'éléments élastiques 9 dispo- sés dans des barres latérales prolongées 11 du châssis 1. On peut relier mu- tuellement les écrans 7 et 8 par une bielle d'accouplement telle que celle représentée par la ligne pointillée 12.
Toutefois une telle liaison n'est pas obligatoire et peut même devenir indésirable ou impossible dans certaines conditions de fonctionnement.
L'axe des éléments élastiques 9 doit se trouver pratiquement dans un plan passant par le centre de gravité de la masse correspondante.
Les masses adjacentes sont destinées à vibrer avec une amplitude opposée, et il est par suite nécessaire de choisir une raideur appropriée des éléments élastiques 9 en sorte que les masses adjacentes se trouvent en
<Desc/Clms Page number 2>
relation appropriée de phaseo Si l'écran 7 a la masse m et si son amplitude est x l'amplitude de l'écran 1 est y et la raideur de l'élément élastique 9 est c, les équa- tions différentielles suivantes doivent être remplies dans le cas où l'élé- ment élastique s'appuie à une extrémité contre la masse m,,, tandis que son autre extrémité est soumise aux oscillations y = yocos t:
EMI2.1
m c/x # zur cos Ctit/ a/x - cos ±8àt/ Une solution partielle de cette équation est :
EMI2.2
= X cos 4j t ou zo = y0 c-m-J c 2 E:fli,T 2 ra :
Si la grandeur des amplitudes est égale mais de sens opposé on au- soit
EMI2.3
ho soit
EMI2.4
po 0. 2 C-M7t¯;j 0 = m .4,J2 2
Par suite, la raideur des éléments élastiques 9 ne dépend pas de la grandeur des amplitudes, de sorte que le dispositif est équilibré pour tou- tes les amplitudes, pourvu qu'elles soient modifiées proportionnellement.
Lorsque le dispositif est amené à osciller, les forces P1' P7' et P8 sont développées par les mouvements des masses m., m et m8 des cribles respectifs 1, 7 et 8. Pour qu'il y ait équilibre, la condition suivante doit être remplie :
P1 + P7 + P8 = O (1)
EMI2.5
ou p 1 ... mi r 1 t..J 2 P7 - m m,rT 2 P8 =' - m8r8VJ 2 ou r1' r7 et r8 sont les amplitudes des oscillations des masses respectives et w la vitesse angulaire des oscillations
Si l'on substitue ces termes dans l'équation (1),on a :
EMI2.6
ml:rl {# 2 = m7r7 2 = m8r8 w2 = 0 (2)
En même temps, la somme des moments des masses oscillantes doit être nulle, si un état équilibré doit être obtenu. En supposant que la force P agisse à une distance a de la force P -et la force P8 à une distance b de la force P1' la condition suivante doit être remplie pour un équilibre des moments par rapport au centre de gravité de la masse 7
EMI2.7
mlrlf2e, e m8r8ip.J 2 la + b/ s 0 (3)
Des deux équations 2 et 3, on peut sortir w 2 que l'on suppose le même pour toutes les masses9 de sorte que l'on a deux équations avec huit valeurs parmi lesquelles on peut.en choisir six à volonté.
<Desc/Clms Page number 3>
Dans le cas où la masse de chacun des cribles externes 7, 8 est moitié de la masse du crible central 1 et où leurs centres de gravité sont également éloignés du centre de gravité du crible central, le dispositif est équilibré, lorsque les amplitudes r et r8 sont les mêmes, mais de sens opposé, que l'amplitude r1' Dans ce cas il est possible de relier les deux cri- bles 7 et 8 au moyen des barres 12 qui ne sont soumises à des contraintes que quand l'équilibre du dispositif est dérangéo Ces barres sont représentées à la,figure 1 en traits pointillés. Lorsque 1 on utilise de telles barres, on transforme le dispositif initial à trois masses en un dispositif à deux mas- ses, avec toutes les conséquences qui peuvent en résulter quant aux fréquen- ces de résonance.
On peut toutefois obtenir un état équilibré même avec des masses différentes m7 et m8 et des amplitudes différentes et éventuellement avec des distances différentes a et bo On peut ainsi donner par exemple au corible
7 une amplitude plus grande qu'au crible 1 et en même temps au criblé 8 une amplitude plus petite-qu'au crible 1, ce qui est souvent avantageux lors- que l'on trie des produits. En même temps, tout le dispositif se trouve équi- libré, quant aux forces et aux moments de ces forces.
De façon analogue, on peut, dans les limites des deux équations fondamentales, choisir les masses des cribles et les distances de leurs centres de gravité, en sorte que tout le dispositif puisse être facilement adapté aux conditions voulues. Si.la raideur des éléments élastiques 9 est choisie telle que les amplitudes des masses adjacentes soient de sens opposé, avec la grandeur voulue, les barres parallèles 2 transmettent alors aux fondations les seules réactions qui cor- respondent aux résistances passives de tout le dispositif.
Il est à noter que le dispositiftravaille au-dessus de la fréquen- ce critique des masses 7 et 8, et qu'il est par suite nécessaire d'amortir les oscillations qui sont engendrées lorsque l'on augmente la fréquence de zéro jusqu'à la fréquence de travail, et qui peut être réalisé par des amor- tisseurs appropriés, tels que ceux'représentés en 10 à la figure 30
Le fait que le dispositif travaille au-dessus de la fréquence cri- tique des masses 7 et 8 est avantageux en ce que les petits changements de masses ou autres paramètres ne développent pas des forces ou oscillations intempestives dans les conditions de fonctionnemento .
Le dispositif selon l'invention peut toutefois être amené dans les pleines conditions de fonctionnement sans amortisseur et sans qu'il en résul- te des oscillations intempestives. A cet effet, on amène, l'arbre de commande 3 jusqu'à la pleine vitesseavec une excentricité nulle ou petite de la ma- nivelle 13 par rapport à l'arbre 3, puis on augmente l'excentricité jusqu'à ce que les amplitudes voulues soient atteintes. Les changements d'excentrici- té pendant le fonctionnement peuvent être effectués par tous'procédés connus, par-exemple par le changement de la position relative de deux disques excen- triques. Le démarrage et l'arrêt de tout le dispositif peuvent être effectu- és de façon analogue avec des commandes autres qu'une manivelle.
Le dispositif oscillant selon l'invention n'est pas limité à trois masses alignées oscillant individuellement. On peut en prévoir davantage, pourvu que les conditions données par les équations 1 et 3 soient remplies en application au nombre correspondant de'masses.
La figure 2 montre schématiquement un dispositif avec cinq masses oscillantes alignées 1, 7, 8, 17, 18. Les éléments élastiques 9 sont ici reli- és aux barres latérales prolongées 14, 15 des châssis de criblage 7 et 8. La masse 1 est tôujours commandée directement. Autrement, toutes les conditions s'appliquent encore ici comme pour le dispositif de la figure 1, avec le même choix possible de la grandeur des masses, amplitudes, et distances des
<Desc/Clms Page number 4>
centres de gravité. Il n'est pas nécessaire de commander directement la mas- se 1 :en variante, la masse 7 et 8 peut recevoir la commande directeo
Les figues 3 et 4 montrent, en élévation et en plan, un mode de réalisation de l'objet de l'invention pour un crible oscillant horizontal.
Les chiffres de référence de la figure 1 ont été adoptés dans ces 'figures
On voit en outre en 10 les amortisseurs pour amortir les oscillations au dé- marrage et à l'arrêt de la commandée Ces amortissements, peuvent avoir une caractéristique linéaire ou non, et peuvent être disposés, comme il est re- présenté, entre les éléments élastiques et la masse entraînée, ou entre,la masse entraînée et les fondations du dispositif.
Le dispositif suivant 1.''invention peut être utilisé dans diverses installations telles que cribles à secousses, transporteurs à secousses et analogues. 'Les éléments individuels peuvent être adaptés aux conditions par- ticulières d'utilisation. On peut par exemple fixer positivement les barres
6 aux fondations 4;au moyen de tiges de torsion ou 'suspendre les châssis de criblage, ou adopter d'autres agencements appropriés dans un'but déterminée
En éliminan pratiquement toutes les masses oscillantes dites mor- tes, on obtient une réduction considérable du poids de tout le dispositif et une réduction de la dépense de puissance et du coût d'entretieno:
-Aveo la réduction du poids des masses oscillantes, on obtient une réduction considé- rable des efforts sur le mécanisme de commande qui doit alors seulement vain- cre les résistances passives de tout le dispositif. Puisque l'on obtient un équilibre parfait des forces et des moments,, aucune réaction n'a à être trans- mise pratiquement aux fondations, ce qui pourrait être nuisible au bâtiment et aux autres machines @ .
Le dispositif peut être utilisé dans une position horizontale,.ver- ticale ou inclinée des éléments alignés. Aucune précaution particulière n'est nécessaire lorsque des petites changements de fréquence se produisent dans le réseau local de distribution d'électricité, et s'il y a de petites irrégula- rités dans l'alimentation ou le triage des produits, il ne s'ensuit aucune réaction nuisible sensible puisque le dispositif travaille au-dessus de la fréquence de résonance des masses 7 et 8, de sorte que l'état d'équilibre n'a pas besoin d'être rigoureusement maintenu.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to balanced vibration generating devices comprising at least three aligned masses. Such devices can be used, for example, as alternative screens to sort products such as sand, coal, crushed stones, various ores, or as shaker conveyors and other applications.
Vibration-generating devices of this type are generally provided with counterweights intended to balance the movements of the oscillating masses. These counterweights are agitated either directly from the control means or by resonances with the oscillating mass. In both cases, it is quite difficult to balance the oscillating masses for different conditions of use.
The reactions on the foundations are therefore generally considerable. But even when the masses are found to be perfectly balanced, the forced control of the various masses transmits to the control shaft considerable forces which, while being able to be in equilibrium with respect to the whole of the device, oblige to use. - be a large control mechanism.
The present invention relates to a vibration generator device which can be perfectly balanced for various conditions of use and which makes it possible to reduce to a minimum all the reactions of the oscillating masses, in such a way that the control means have only - also to compensate for the passive resistances while the reactions on the foundations are reduced.
The invention also comprises means for ensuring a smooth starting of the device and for bringing the latter into operating conditions without unwanted vibrations.
Other characteristics and advantages of the invention will moreover emerge from the following description of embodiments, chosen by way of example, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view an alternative screen with three separate screening frames? Figure 2 shows a similar screen but with five separate frames. Figures 3 and 4 are elevation and plan views of a screen such as that shown in Figure 1.
The screen shown in Figure 1 consists of a substantially horizontal central frame 1 and two aligned outer frames 7 and 8. All frames are supported by substantially parallel bars 6, which in turn are supported by the frame or foundations. The screen 1 is agitated by a set of two parallel bars 2 articulated on the cranks 13 of the shaft 3. The latter is supported either rigidly or elastically on the frame 4 and is driven for example by an electric motor. The screens 7 and 8 are connected to the screen 1 only by means of elastic elements 9 arranged in extended side bars 11 of the frame 1. The screens 7 and 8 can be interconnected by a coupling rod such as the one represented by the dotted line 12.
However, such a connection is not compulsory and may even become undesirable or impossible under certain operating conditions.
The axis of the elastic elements 9 must lie practically in a plane passing through the center of gravity of the corresponding mass.
The adjacent masses are intended to vibrate with an opposite amplitude, and it is therefore necessary to choose an appropriate stiffness of the elastic elements 9 so that the adjacent masses lie in
<Desc / Clms Page number 2>
appropriate phase relationo If the screen 7 has the mass m and its amplitude is x the amplitude of the screen 1 is y and the stiffness of the elastic member 9 is c, the following differential equations must be fulfilled in the case where the elastic element is supported at one end against the mass m ,,, while its other end is subjected to oscillations y = yocos t:
EMI2.1
m c / x # zur cos Ctit / a / x - cos ± 8àt / A partial solution of this equation is:
EMI2.2
= X cos 4j t or zo = y0 c-m-J c 2 E: fli, T 2 ra:
If the magnitude of the amplitudes is equal but in the opposite direction, we either
EMI2.3
ho be
EMI2.4
po 0. 2 C-M7t¯; j 0 = m .4, J2 2
Consequently, the stiffness of the elastic elements 9 does not depend on the magnitude of the amplitudes, so that the device is balanced for all the amplitudes, provided that they are modified proportionally.
When the device is caused to oscillate, the forces P1 'P7' and P8 are developed by the movements of the masses m., M and m8 of the respective screens 1, 7 and 8. For there to be equilibrium, the following condition must be fulfilled:
P1 + P7 + P8 = O (1)
EMI2.5
or p 1 ... mi r 1 t..J 2 P7 - m m, rT 2 P8 = '- m8r8VJ 2 or r1' r7 and r8 are the amplitudes of the oscillations of the respective masses and w the angular speed of the oscillations
If we substitute these terms in equation (1), we have:
EMI2.6
ml: rl {# 2 = m7r7 2 = m8r8 w2 = 0 (2)
At the same time, the sum of the moments of the oscillating masses must be zero, if a balanced state is to be obtained. Assuming that the force P acts at a distance a from the force P -and the force P8 at a distance b from the force P1 'the following condition must be fulfilled for a balance of moments with respect to the center of gravity of the mass 7
EMI2.7
mlrlf2e, e m8r8ip.J 2 la + b / s 0 (3)
From the two equations 2 and 3, we can get w 2 that we assume the same for all the masses9 so that we have two equations with eight values from which we can choose six at will.
<Desc / Clms Page number 3>
In the case where the mass of each of the external screens 7, 8 is half the mass of the central screen 1 and where their centers of gravity are also far from the center of gravity of the central screen, the device is balanced, when the amplitudes r and r8 are the same, but in opposite directions, as the amplitude r1 'In this case it is possible to connect the two screens 7 and 8 by means of the bars 12 which are only subjected to stresses when the equilibrium of the device is disturbed These bars are shown in, Figure 1 in dotted lines. When such bars are used, the initial three-mass device is transformed into a two-mass device, with all the consequences which may result as regards the resonance frequencies.
However, we can obtain a balanced state even with different masses m7 and m8 and different amplitudes and possibly with different distances a and bo.We can thus give for example to the corible
7 a larger amplitude than screen 1 and at the same time to screen 8 a smaller amplitude than screen 1, which is often advantageous when sorting products. At the same time, the whole system is balanced, as regards the forces and the moments of these forces.
Similarly, it is possible, within the limits of the two fundamental equations, to choose the masses of the screens and the distances from their centers of gravity, so that the whole device can be easily adapted to the desired conditions. If the stiffness of the elastic elements 9 is chosen such that the amplitudes of the adjacent masses are in the opposite direction, with the desired magnitude, the parallel bars 2 then transmit to the foundations the only reactions which correspond to the passive resistances of the entire device.
It should be noted that the device works above the critical frequency of masses 7 and 8, and that it is therefore necessary to damp the oscillations which are generated when the frequency is increased from zero to the working frequency, and which can be achieved by suitable dampers, such as those shown at 10 in FIG. 30
The fact that the device operates above the critical frequency of masses 7 and 8 is advantageous in that small changes in masses or other parameters do not develop unwanted forces or oscillations under operating conditions.
The device according to the invention can however be brought into full operating conditions without a shock absorber and without any unwanted oscillations resulting therefrom. To this end, the control shaft 3 is brought up to full speed with zero or small eccentricity of the gear 13 relative to the shaft 3, then the eccentricity is increased until the desired amplitudes are achieved. Changes of eccentricity during operation can be effected by any known method, for example by changing the relative position of two eccentric discs. The starting and stopping of the whole device can be effected in a similar fashion with controls other than a crank.
The oscillating device according to the invention is not limited to three aligned masses oscillating individually. More can be provided, provided that the conditions given by equations 1 and 3 are met by applying the corresponding number of masses.
Figure 2 shows schematically a device with five aligned oscillating masses 1, 7, 8, 17, 18. The elastic elements 9 are here connected to the extended side bars 14, 15 of the screening frames 7 and 8. The mass 1 is always ordered directly. Otherwise, all the conditions still apply here as for the device of figure 1, with the same possible choice of the magnitude of the masses, amplitudes, and distances of the
<Desc / Clms Page number 4>
centers of gravity. It is not necessary to directly control mass 1: alternatively, mass 7 and 8 can receive direct control.
Figs 3 and 4 show, in elevation and in plan, an embodiment of the object of the invention for a horizontal oscillating screen.
The reference figures of figure 1 have been adopted in these 'figures
Also seen at 10 are the dampers for damping the oscillations when starting and stopping the control. These dampers may or may not have a linear characteristic, and may be arranged, as shown, between the elements. elastic and the driven mass, or between, the driven mass and the foundation of the device.
The device according to the invention can be used in various installations such as shaker screens, shaker conveyors and the like. 'The individual elements can be adapted to the particular conditions of use. For example, we can positively fix the bars
6 to foundations 4; by means of torsion rods or 'suspend the screen frames, or adopt other suitable arrangements for a specific purpose
By eliminating practically all the so-called dead oscillating masses, we obtain a considerable reduction in the weight of the whole device and a reduction in the power expenditure and the maintenance cost:
- With the reduction in the weight of the oscillating masses, a considerable reduction in the forces on the control mechanism is obtained, which then only has to overcome the passive resistances of the whole device. Since a perfect balance of forces and moments is obtained, practically no reaction has to be transmitted to the foundations, which could be detrimental to the building and other machinery @.
The device can be used in a horizontal, vertical or inclined position of the aligned elements. No special precautions are necessary when small changes of frequency occur in the local electricity distribution network, and if there are small irregularities in the feeding or sorting of products, it does not occur. There follows no appreciable harmful reaction since the device works above the resonant frequency of masses 7 and 8, so that the state of equilibrium does not need to be strictly maintained.