Способ автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя Российский патент 2021 года по МПК B06B1/16 

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для возбуждения резонансных колебаний вибромашин с приводом от асинхронного электродвигателя и поддержания их резонансного состояния при изменении технологической нагрузки.

Известен способ возбуждения резонансных колебаний механических систем синхронным электродвигателем, (авторское свидетельство СССР 1609515, В06В 1/16), заключающийся в подаче на электродвигатель электрического напряжения, в измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фазы измеренного сигнала, его усилении и подаче на электродвигатель, при этом одновременно подают напряжение на фазную обмотку и обмотку возбуждения электродвигателя, изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на обмотки, поворачивают статор до обеспечения условия возбуждения резонансных колебаний. Данный способ имеет ограниченные возможности для практического использования в силу высокой сложности, а также по причине использования синхронного электродвигателя, который значительно уступает асинхронному электродвигателю по объемам применения.

Известен способ поддержания резонансных колебаний механической системы синхронным электродвигателем, (авторское свидетельство СССР 1726055, В06В 1/16), заключающийся в подаче напряжения одновременно на фазную обмотку и обмотку возбуждения электродвигателя, измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фаз измеренного сигнала, усилении его и подаче на электродвигатель, при этом изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на электродвигатель, и поворачивают статор до обеспечения условий возбуждения резонансных колебаний, при измерении колебаний определяют ускорение колебаний механической системы, осуществляют сдвиг фазы измеренного сигнала на π/2, изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на фазную обмотку, и поворачивают статор до совпадения движущего момента с моментом нагрузки, а на обмотку возбуждения подают постоянное напряжение. Данный способ имеет те же недостатки, которые были указаны для предыдущего аналога.

Известен способ получения и поддержания резонансных механических колебаний, (патент РФ 2335352, от 10.10.2008), заключающийся в том, что на рабочий орган вибрационной установки воздействуют возмущающей периодической силой, угловые частоты возмущающей периодической силы и собственных колебаний рабочего органа в колебательной системе настраивают в режим резонансных колебаний, причем возмущающую периодическую силу передают рабочему органу через основную упругую связь, в качестве возмущающей периодической силы применяют возмущающую периодическую силу инерции, рабочий орган подвешивают в пространстве на виброизолирующей упругой связи с основанием, резонансные колебания рабочего органа возбуждают на основной упругой связи относительно источника возмущающей периодической силы инерции. Недостатками данного способа являются: сложность применения при значительных изменениях массы рабочего органа вследствие изменения массы технологической нагрузки, так как требуется заранее знать массу рабочего органа для определения резонансной частоты системы и формирования опорного сигнала, притом что масса может изменяться произвольным образом, а также невозможность оценки резонансной частоты в системах с нелинейными характеристиками восстанавливающей силы, которые проявляются при значительных перемещениях рабочего органа.

Наиболее близким по своей технической сущности (прототипом предлагаемого изобретения) является способ автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя, включающий возбуждение колебаний рабочего органа вибрационной машины периодической силой за счет вращения дебаланса инерционного вибровозбудителя, контроль виброскорости колебаний механической системы вибрационной машины и настройку на резонансный режим ее колебаний (RU №2572657, 20.01.2016).

Предлагаемый способ сложен по алгоритму работы, требует сложных электронных схем и дорогих электронных комплектующих для его реализации.

Задачей настоящего изобретения является упрощение и удешевление способа автоматической настройки вибрационной машины на резонансный режим работы

Технической сущностью настоящего изобретения является использование в качестве датчика автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя маятника П.Л. Капицы.

Настоящая задача решается тем, что в способе автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя, включающем возбуждение колебаний рабочего органа вибрационной машины периодической силой за счет вращения дебаланса инерционного вибровозбудителя, контроль виброскорости колебаний механической системы вибрационной машины и настройку на резонансный режим ее колебаний, контроль виброскорости рабочего органа вибрационной машины ведут с помощью датчика колебаний, выполненного на основе маятника Капицы и соединенного контактом с блоком управления преобразователем частоты асинхронного двигателя, при этом маятник размещают в обойме из токопроводящего материала, имеющей контакт с блоком управления преобразователем частоты, и регулируют так, что резонансному режиму вибромашины соответствует вертикальное динамическое положение маятника, а сам он в это время не касается стенок обоймы.

На фиг. 1 представлена схема вибромашины, в которой может быть реализован предлагаемый способ

На фиг. 2 показано положение маятника П.Л. Капицы (11) при нахождении вибромашины 3 в резонансном режиме

На фиг. 3 показано положение маятника П.Л. Капицы (11) при потере своей устойчивости, когда вибромашина 3 по каким-либо причинам сходит с резонансного режима и виброскорость рабочего органа существенно уменьшается.

Способ автоматической настройки резонансных режимов колебаний реализуется следующим образом. Механическая система вибромашины состоит (фиг. 1) из рабочего органа вибромашины 3, связанного с основанием 4 посредством упругих элементов 5 и диссипативных элементов 6. Для возбуждения колебаний используется инерционный вибровозбудитель, выполненный в виде электродвигателя 1 с дебалансом 2, закрепленным на его оси 9. Электродвигатель 1 жестко закреплен на рабочем органе вибромашины 3. Устройство также содержит систему управления с обратной связью, включающую устройство для управления (УУ) в виде частотного преобразователя 7 питающего тока (следовательно, изменения угловой частоты вращения ротора электродвигателя 1 и частоты колебаний рабочего органа 3), датчик колебаний - обращенный маятник 8, установленный на рабочем органе 3 вибромашины, блок управления (БУ) 10, входы которого соединены с датчиком колебаний 8, а выход соединен с устройством 7 для управления частотой вращения электродвигателя 1, при этом блок управления 10 выполнен с возможностью обработки сигналов с датчика колебаний 8 и формирования сигнала управления частотой вращения электродвигателя.

Электродвигатель подсоединен к внешнему источнику электрического тока через устройство управления 7.

Датчик колебаний 8 (фиг. 1) выполнен (фиг. 2) в виде обоймы 16 и маятника П.Л. Капицы 11, крепящегося посредством шарнира 12 к пластине 13, воспринимающей колебания рабочего органа 3 вибромашины. Маятник П.Л. Капицы 11 снабжен контактом 14 с блоком управления (БУ) 10 и груз-регулятором 15 настройки маятника 11 в устойчивое верхнее расположение при резонансном режиме работы вибромашины 3. Маятник П.Л. Капицы 11 размещен внутри обоймы 16, выполненной из токопроводящего материала и соединенной контактом 17 с блоком управления (БУ) 10 асинхронного двигателя 1.

Способ осуществляется следующим образом. При автоматической настройке резонансных режимов колебаний вибрационной машины включают в работу асинхронный двигатель 1 с дебалансом 2 и блоком управления 10, грузом регулятора 15 подбирают такое положение маятника П.Л. Капицы 11, при котором бы он находился в вертикальном положении, имея величину допустимых отклонений, не позволяющую ему касаться стенок обоймы 16. При изменении технологической нагрузки системы или нарушении каких -либо резонансных режимов ее работы, маятник П.Л. Капицы теряет эффект вертикального положения и, наклоняясь на обойму 16, через контакт 17 замыкает цепь, соединяющую ее с блоком управления (БУ) 10, представляющим из себя частотный регулятор. Частотный регулятор увеличивает частоту тока асинхронного двигателя, доводя ее до резонансной. Амплитуда колебаний основания маятника П.Л. Капицы увеличивается, и он восстанавливает свое вертикальное положение, выходя из контакта с обоймой. Цепь размыкается и вибромашина продолжает работу в резонансном режиме до следующего сбоя.

Способ автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя. Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для возбуждения резонансных колебаний вибромашин с возбудителем колебаний, выполненным в виде асинхронного электродвигателя, и поддержания их резонансного состояния при изменении технологической нагрузки. Способ включает возбуждение колебаний рабочего органа вибрационной машины периодической силой за счет вращения дебаланса инерционного вибровозбудителя, контроль виброскорости колебаний механической системы вибрационной машины и настройку на резонансный режим ее колебаний. Контроль виброскорости рабочего органа вибрационной машины ведут с помощью датчика колебаний, выполненного на основе маятника Капицы и соединенного контактом с блоком управления преобразователем частоты асинхронного двигателя. Маятник Капицы размещают в обойме из токопроводящего материала, имеющей контакт с блоком управления преобразователем частоты, и регулируют так, что резонансному режиму вибромашины соответствует вертикальное динамическое положение маятника, а сам он в это время не касается стенок обоймы. Технический результат – упрощение настройки. 3 ил.

Способ автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя, включающий возбуждение колебаний рабочего органа вибрационной машины периодической силой за счет вращения дебаланса инерционного вибровозбудителя, контроль виброскорости колебаний механической системы вибрационной машины и настройку на резонансный режим ее колебаний, отличающийся тем, что контроль виброскорости рабочего органа вибрационной машины ведут с помощью датчика колебаний, выполненного на основе маятника Капицы и соединенного контактом с блоком управления преобразователем частоты асинхронного двигателя, при этом маятник размещают в обойме из токопроводящего материала, имеющей контакт с блоком управления преобразователем частоты, и регулируют так, что резонансному режиму вибромашины соответствует вертикальное динамическое положение маятника, а сам он в это время не касается стенок обоймы.