Способ настройки на резонансные колебания вибромашины с кусочно-линейной характеристикой упругих связей Советский патент 1987 года по МПК B06B1/14 

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в строительной, угольной, металлургической и других отраслях аромьпаленности для настройки вибромашин, на резонансные колебания.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет преобразования амплитудно-частотного спектра колебаний рабочего органа путем настройки вибромашины на субгармонические резонансные колебания.

На фиг.1 изображена схема вибромашины с кусочно-линейной характеристикой упругих связей; на фиг.2 - субгармонический (порядка 1/2) закон дв1-гаения рабочего органа вибромашины; на фиГоЗ - область существования субгармонического режима порядка 1/2 на плоскости парам;етров р Р/К 35 W flc77™5 на фиг о 4 - область существования субгармони ;- ческого режима порядка 1/2 на плос- кости параметров , V a) на фиг о 5 - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) колебаний рабочего органа вибромашины в окрестности субгармонического резонанса порядка 1/2; на фиг,6 - семейство кривых, характеризуюш;их изменение безразмерного полуразмаха Y субгармонических колебаний порядка 1/2 в зависимости от безразмерной амплитуды р Р/К гармонического вынуж- даюш;его воздействия.

Вибромашина состоит из рабочего органа 15 связанного с основанием 2 через упругие элементы 3 и 4 жесткостью К,5 которые выполнены, например, в виде рессор и установлены в зажимах 5 и 6, С зазором / по отношению к рабочему орга:ну 1 дополнительно установлены упругие ограничители 7 жесткостью К., Установка начальной величины зазора 1 осуществляется с помош.ью регулировочного винта 8, Внешняя вынуждающая сила Psinwt генерируется с помощью вибровозбудителя 9 (например, инерционного) . ,Цля регистрации параметров колебательного процесса предназначен шлейфовый осциллограф 10, сигнал на который подается от измерительного преобразователя 11 через усилитель 1

Способ настройки на резонансные колебания вибромашины с кусочно- линейной характеристикой упругих свзей осуществляют следующим образом.

5

0

Экспериментально одним из известных способов определяют логарифмический декремент колебаний (У рабочего органа 1 вибромашины, например на основе записи виброграммы свободных затухающих колебаний. Для этого при выключенном вибровозбудителе 9 сообщают рабочему органу 1 начальное отклонение в направлении оси X и возбуждают его свободные колебания. Запись виброграммы свободных затухающих колебаний осуществляют с помощью шлейфового осциллографа 10, сигнал на который поступает от измерительного преобразователя 11 через усилитель 12. Далее производят обработку виброграммы и расчет величины f,

После этого регулируют жесткость К упругих элементов 3 и 4 и жест- кость Kj упругих ограничителей 7, обеспечивая выполнение условий:

mW

9(.1- I V(/ )2

- .К,

тш 5,5

; К, 4К, ,

где m - масса рабочего органа; Со - частота возбуждения; of - логарифмический декремент

колебаний.

В зависимости от конструктивного исполнения упругих элементов 3 и 4 (рессоры, цилиндрические винтовые пружины и др.) регулирование можно осуществлять различными способами, например либо путем изменения рабочей длины 1 рессор, либо путем заме- ны одного комплекта рессор другим. Затем с помощью регулировочного винта 8 устанавливают зазор между рабочим органом 1 и упругим ограничителем 7. При этом необходимую вели- чину зазора и определяют по формуле й (0,05-0,1)Хр, где Хр - величина полуразмаха колебаний рабочего органа 1 .

Вслед за этим к рабочему органу 1 с помощью вибровозбудителя 9 прикладывают внешнее гармоническое вынуждающее воздействие; Psinut, амплитуду Р которого предварительно определяют по формуле Р (0,525-1,2)КДо, Реализация указанньсх технологических операций способа обеспечивает настройку вибромашины на субгармонические резонансные колебания порядка 1/2,

31

Пример. Генерирование внешне вынуждающей силы Psinwt осуществлялись с помощью дебалансного вибровозбудителя. Масса m рабочего органа и частота ш вращения дебалансов в про- цессе исследований оставались постоянными и имели следующие значения: m 9,6 кг; w 293 с- . (Остальные параметры машины - жесткость К упругих связей, жесткость Kj ynpyriix ограничителей, зазор и , амплитуда Р внешнего возбуждения, коэффициент затухания Ь). При этом плавное регулирование жесткостей К, и К, осу- ществляли путем изменения рабочей длины упругих элементов (ограничителей) , грубое регулирование - путем замены упругих элементов (ограничителей) . Варьирование амплитуды Р m г U) 2 внешней силы производили путем изменения статического момента m г массы комплекта дебалансов. С целью обеспечения возможности регули

рования коэффициента затухания b между рабочим органом 1 и основанием 2 дополнительно устанавливали управляемый гидравлический демпфер (на фиг.1 не показан).

Для контроля параметров вибрирова

НИИ (частота, амплитуда, ускорение, спектральный состав) использовали стандартную аппаратуру: измеритель шума и вибрации ИШВ-1 с комплектом датчиков, строботахометр Ст-5, запоминающий осциллограф С8-11, анализатор спектра SBA-101.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что субгармонические резонансные колебания (в срав нении с колебаниями в зоне основного резонанса) характеризуются значительно более богатым частотным спектром. Причем наиболее интенсивным из всех (при прочих равньпс условиях) оказался субгармонический резонансный режим порядка 1/2. На фиг.2 |приведен полученный экспериментально типичный субгармонический (порядка 1/2) закон движения Y(t) рабочего органа (по оси ординат на графике отложен безразмерный полуразмах YJJ Хр/ 4 субгармонических колебаний рабочего органа, где Х - величина полуразмаха колебаний рабочего органа) .

Как показал спектральный анализ колебаний, приведенный закон движения (фиг.2) можно приближенно аппрок

696 4

симировать следующим математическим выражением:

y(t) А,, sin(|t - с/ ) +

+ А sin((jt + 1/. ) + Aj sin

... 4,5sin|t +

. ,3

1,5sin() + ...,

-

25

35

„

Q

20

45

0

5

где , А, Aj - амплитуды гармоник 1/2, 1, 3/2 в спектре субгармонических колебаний;

U , , /jp начальные фазовые углы.

Из данного выражения следует, что на субгармоническом резонансе имеет место преобразование частоты возбуждения и не только вверх (как на основном резонансе при способе-прототипе) , но и вниз (появление в частотном спектре колебаний субгармонической составляющей порядка 1/2, частота которой в 2 раза меньше частоты возбуждения). Удельный вес дополнительных гармонических составляющих по отношению к основной гармонике также оказывается значительно выше, чем на основном резонансе, и составляет А / j А 3/,, /А, 0,5 (на основном резонансе было Л г/А, 0,08, AVA, 0,05). В то

же время по интенсивности (полураз., 1x41+ IXJ

махи Хр колебания на

основном и субгармоническом резонан- сах примерно эквивалентны друг другу.

Таким образом, реализация в вибромашине субгармонического peжIiмa порядка 1/2 обеспечивает обогащение спектрального состава колебаний рабочего органа (при неизменной их интенсивности) как по амплитудам гармонических составляющих, так и по их числу. Все это в конечном счете благоприятным образом сказывается на эффективности таких процессов вибрационной технологии, как виброуплотнение, виброобработка, виброгрохочение и. др. Поэтому целесообразно настраивать вибромашину с кусочно-линейной характеристикой упругих свя

5

зей именно на субгармонический, а н на основной резонансный режим движения.

Субгармонические резонансные колебания в отличие от основных возникают только при вполне определенных сочетаниях параметров нелинейной упругой системы и внешнего гармонического возбуждения.

На фиг.З и 4 изображены построенные ПС результатам экспериментальных исследований области существования субгармонических колебаний поряка 1/2 на плоскостях безразмерных п раметров р Р/К, л , i} ы/ К /т и Kj/K, i) W / V соответственно. Исследовали влияние диссипации на. пложение границ приведенных областей Оказалось; что положение нижней (по частоте возбуждения ) границы области существования практически ке зависит от затухания,, характеризуемого логарифмическим декрементам «Ь

J

В то же время верхняя

храница области даже при сравнительно небольшом изменении d существенно отклоняется от своего исходного положения,

На фиг.З и А в качестве примера нанесены две границы области существования режима порядка 1/2, соответствующие 0, О,, (сплошная линия)

и (2 0,05 (пунктирная линия). Быб- 35 настроить виброма:лину на рабочую

ранный диапазон изменения d О,,05- 0,10 соответствует примерному уровню потерь в реальных вибромашинах. При настройке вибромашины на субгармонические колебания учитывали не только 40 положение границ соответствующих областей существования;, но н величины амплитуд (полуразмахов Xр) колебаний внутри указанных областей. Экспериментальные исследования показали,, 45 что при прочих равных условиях наибольшие по амплитуде (величине полуразмаха X Q) субгармонические Колебания реализуются вблизи правой (верхней по частоте возбуждения -j) грани- 50 цы их области существования.

На фиг.5 в качестве примера изображена АЧХ субгармонических колебаний порядка 1/2 (ветвь аЬ), получен- gg ная при р 6 и Kj/K 4 (по оси ординат отложены безразмерные по.пуХо 1Х+|+ Х„ размахи колебании Уд,

„V

точку, расположенную по возможнос ближе к этой границе. Следует, од ко, учитывать, что при слишком бл ком располойсении рабочей точки ок границы области существования (ил в точности на этой границе) возни ет опасность срыва субгармоническ колебаний вследствие неконтролиру го изменения массы загрузки обраб тываемой среды, нестабильности ча ты вьшуждающего воздействия и т.д Поэтому в целях повьшения техноло ческой устойчивости субгармоничес резонансных колебаний рабочую точ на АЧХ необходимо выбирать с учет некоторой отстройки от верхней (п частоте возбуждения -)) границы о ласти существования.

На диаграммах (фиг.З и 4) тако оптимальной настройке вибромашины соответствует подобласть А, котор вьщелена внутри области существов ния субгармонического режима поря ка 1/2 двойной штриховкой. Причем

С точки зрения снижения энергопотребления вибромашины рабочую точку на АЧХ целесообразно выбирать по возможности ближе к правой верхней границе области существования субгармонического режима (вблизи точек Ъ , Ь2 срыва резонансных колебаний).

Однако положение точек b срыва на АЧХ существенным образом зависит от диссипации. Так, при #, 0,1 точке Ь срыва соответствует частота ) 2,5, а при f) 0,05 точке Ь2

0

5

0

срыва - частота V 2,77 (фиг.5). Фактический уровень демпфирования в вибромашине зависит от целого ряда факторов (материсша упругих элементов и его термообработки, степени затяжки болтовых соединений, рассеяния энергии в обрабатываемой среде и т.д.), корректно оценить влияние которых на стадии проектирования и разработки машины не представляется возможным. Поэтому первой технологической операцией предлагаемого способа должно быть экспериментальное определение внутреннего трения (логарифмического декремента колебаний t/), в конкретной вибромашине, подлежащей настройке.

После этого, зная численное значение величины с/, можно точно установить положение правой границы области существования режима 1/2 и

4045 50

gg

точку, расположенную по возможности ближе к этой границе. Следует, однако, учитывать, что при слишком близком располойсении рабочей точки около границы области существования (или в точности на этой границе) возникает опасность срыва субгармонических колебаний вследствие неконтролируемого изменения массы загрузки обрабатываемой среды, нестабильности частоты вьшуждающего воздействия и т.д. Поэтому в целях повьшения технологической устойчивости субгармонических резонансных колебаний рабочую точку на АЧХ необходимо выбирать с учетом некоторой отстройки от верхней (по частоте возбуждения -)) границы области существования.

На диаграммах (фиг.З и 4) такой оптимальной настройке вибромашины соответствует подобласть А, которая вьщелена внутри области существования субгармонического режима порядка 1/2 двойной штриховкой. Причем

сплошными линиями обозначены границы подобласти А, соответствующие /, 0,1, пунктирными линиями - границы, соответствующие (/ 2 0,05.

По результатам экспериментальных исследований для диапазона значений / 0,01-0,10 получена регрессионная зависимость, характеризующая размеры подобласти А и связьшающая инерци- онно-жесткостные параметры вибромашины (К , К , т) с логарифмическим декрементом колебаний f,

Формула изобретения

Способ настройки на резонансные колебания вибромашины с кусочно- линейной характеристикой упругих связей, заключающийся в том, что регулируют жесткости упругих элементов и упругих ограничителей, амплитуду внешнего гармонического возбуждения и величину зазора между рабочин органом и упругими ограничителями, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет преобразования амплитудно-частотного спектра колебаний рабочего органа, при регулировании жесткость К упругих элементов задают из соотношения

10

ma)V9(1 - I ) К, mtuV5,5 ,

жесткость К упругих ограничителей - из сдотношения , величину зазора л между рабочим органом и упругими ограничителями - из соотношения & (0,05-0,1)Х(),а амплитуду Р внешнего гармонического возбуждения - из соотношения Р (0,525-1,2), где m - масса рабочего органа; о)- частота возбз ж™ дения; Х - величина полуразмаха колебаний рабочего органа; с/- логарифмический декремент колебаний.

Cpu$.t

фие.2

/n

в

6г-0,05

.j

Изобретение относится к вибрационной технике. Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет преобразования амплитудно-частотного спектра колебаний рабочего органа вибромашины. Экспериментально определяют логарифмический декремент колебаний d рабочего органа вибромашины, регулируют жесткость К упругих элементов К и жесткость К упругих ограничителей, добиваясь выполнения условий ты /9(1-1/3 т 5)2 K,mo)V5,5, Kj 7/ 4К , величину зазора J между рабочим органом и упругими ограничителями устанавливают в зависимости от величины полуразмаха Х колебаний рабочего органа, пользуясь соотношением А (0,05-0,1)Хо, после чего к рабочему органу вибромашины при- кладьшают внешнее гармоническое вынуждающее воздействие, амплитуду Р которого предварительно определяют по Р (0,525-1,2)К,Хд, где m - масса рабочего органа, w - частота возбуждения, tf логарифмический декремент колебаний. Реализация изложенных операций обеспечивает настройку вибромашины на субгармонические резонансные колебания порядка 1/2. 6 ил. . о СО СП 05 СО О)

2,5 фигЪ

3 о-л

10 .

,05

,1

Т

Z5

Уг Vj$V/77

20

2,6

фиг.6

Редактор А.Огар.

Составитель Н.Вартанова Техред Л.Сердюкова

Заказ 5520/9 Тираж 438Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ,

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Н,Король