Устройство для возбуждения колебаний Советский патент 1989 года по МПК B06B1/04 

Изобретение относится к технике вибро- Е озбужления и может быть лрименемо, например, Б вибрационных ма1иинах, в активных виброзащитных системах, в системах виброиспытания и т. д.

Целью изобретения является расширение рабочего дианазона частот и увеличение надежности устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема нредлагаемого устройства для возбуждения колебаний; на фиг. 2 - частот- ные характеристики развиваемых устройством сил.

Устройство для возбуждения колебаний (фиг. 1) содержит аналоговый сумматор 1, первый вход которого соединен с источни- ком 2 возбуждающего сигнала, а выход через усилитель 3 .мощности подключен к рабочим обмоткам 4|, 42 электромагнитного вибровозбудителя 5, содержащего недвижную (реактивную) часть 6, скрепленную с кор- нусом 7 вибровозбудителя посредством не равножестких упругих элементов 8i, 82 (кольцевых мембран), датчик 9 перемещения, закрепленный на корпусе 7 с зазором относительно подвижной части 6 и подключенный к второму, третьему и четвертому вхо- дам аналогового сумматора .1 через первую 10, вторую 11 и третью 12 корректи()ую- щие цепи, содержащие соответственнс последовательно соединенные фильтр 13 верхних частот и усилитель 14, фильтр 15 нижних частот и дополнительный усилитель 16, дифференцирующий 17 и нолосовой 18 усилители. Кроме того, выход дифференцирующего усилителя 17 через дополнительный полосовой фильтр 19 подключен к пятому входу анало1чшого сумматора 1. Машитные сердечники 20i и 20.) установлены с зазо- рами 211, 21 к подвижной части 6 вибровозбудителя. В канавках сердечников 20:. 20 кроме рабочих обмоток 4|, 4 уложены также обмотки подмагничивания 22:, 22:;.

Пред,пагаемое устройство работает c,-ie- дующим образом.

При отключенных корректирующих цепях 10 12 частотная характеристика развиваемых устройством сил (кривая 1 на фиг. 2а) имеет первый, низкочастотный резонанс и 6o, iee высокочастотных резонан- сов, между которыми характеристика имеет частотный интервал ш,,,,,, - w,,,,,.,, в котором ве- ;1ичина развиваемых устройством сил практически постоянна и равна (с точностью f,.,, фиг. 2а) силе электромагнитного си. ювого взаимодействия F .между подвиж ной частью 6 вибровозбудителя и его магнитными сердечниками 20|, 20j, жестко скрепленными с его кориусом 7. В лучших известных электромагнитных вибровозбудителях этот частотный интервал (который можно условно назвать рабочим дианазоном час- тот) обычно составляет 40-600 Гц.

Применение в устройстве для возбуждения колебаний датчика 9 перемещения позволяет реализовать сколь угодно малую величину граничной частоты фильтра 13 верхних частот. При этом увеличивается отношение первой собствепной частоты (о вибровозбудителя к частоте среза фильтра верхних частот, что приводит к увеличению устойчивости канала обратной связи. Введение обратной связи по перемещению подвижной части вибровозбудителя приводит к снижению только вещественной части комплексной жесткости k() иеравножестких упругих элементов, что сопровождается увеличением эквивалентного коэффициента зату.- хания до величины .,„ A.(l-(-fez ), тде k коэффициент усиления канала обратной связи по перемещению, равный произведению коэффициентов передачи датчика 9 перемещения, нервой корректирующей цепи 10, аналогового сумматора 1, усилителя 3 мощности и вибровозбудителя 5.

Благодаря увеличению эквивалентного демпфирования устойчивость канала управления новыщается, что позволяет реа пизо- нать более глубокую обратную связь, которая приводит к больщему перемещению первого резонанса вибровозбудителя при одновременном снижении его величины (кривая 2 на фиг. 2а). При настройке по.по- сового усилителя 18 на частоту экв;1валент- ногч) резонанса шУГ(0(,|д, 1+ (в примере, изображенном кривой 2 на фиг. 2а, i,),5ci)fti) в полосе пропускания этого усилителя обеспечивается управление по относительной скорости подвижной части 6 вибровозбудителя. Для формирования управляющего сигнала, пропорционального относительной скорости в третью корректирующую цепь 12 предлагаемого устройства вк, 1ючен дифференцирующий усилитель 17. Полоса пропускания и коэффициент усиления полосового усилителя 18 выбраны так, что обратная связь в некоторой полосе частот, содержащей j.acTOTу эквивалентного резонанса a)M W6iVl+ Ez вносит дополни- те;|ьное избирательное демпфирование в подвеску подвижной части вибровозбудителя и обеспечивает безрезонансный характер его частотной характеристики (кривая 3 на фи1 . 2а).

Динамические процессы, происходящие в предлагаемом устройстве при введении обратной связи по перемещению подвижной части, описываются дифференциальными уравнениями

Mf,Z + k(+k)( + i. -cosMZ. (II

где Гэ„ - сила электромагнитного взаимодействия между якорем и магнитными сердечниками вибровозбудителя.

уравнения (1) для коэффициента преобразования, определяемого как отношение силы Fh, действующей на возбуждаемый объект (со стороны корпуса вибровозбудителя ), к силе F имеет вид

ft

- 1

ЭН

11) /((1-НП

-- ot I/оЛ |(Т+)+/ /./( + k)

I / (w/COfti

(2)

)л1 V I +

1-(ш/шТГГ+//.

где CLiM / //Vf/, - первая собственная частота внбровозбудителя; эквивалентная собственная частота вибровозбудителя; Кзкл -/() -эквивалентный коэффициент затухания упругой нодвески подвижной части вибровозбуднтеля.

Из выражения (2) видно, что введение обратной связи по перемещению подвижной части вибровозбудителя сдвигает резонанс ее частотной характеристики на частоту MI, при одновременном увеличении коэффициента затухания в (1+/Сг) раз.

В тех с.чучаях, когда от предлагаемого устройства требуется создание поли- 1-армонических колебаний возбуждаемого объекта с ярко выраженной по величине дискретной или узкополосной составляющей, параметры вибровозбудителя, определяющие его первую собственную частоту, выбирают из условия равенства этой собственной частоты частоте наиболее интенсивной составляющей возбуждаемого спектра. При этом существенно улучн1аются массогабаритные и энергетические показатели устройства д/1я возбуждения колебаний благодаря тому, что для формирования максимальной по величине динамической силы используется механический резонанс упруго закрепленной подвижной части вибровозбудите, 1я, что позволяет возбудить те же колебания возбуждаемого об 1,екта при меныпем токе в рабочих обмотках, которые могут быть при этом выполнены из провода с меньшим сечение.м. Важным достоинством этого режима работы устройства является возможрюсть обеспечения высокой равномерности ег о амп- литудно- и фазочастотный характеристики в том числе в ближайшей окрестности первой собственной частоты вибровозбудителя 5. Об1)Ясняется это тем, что механический резонанс упруго закрепленной реактивной части 6 впбровозбудителя в этом режиме, определяя воз.можность создания интенсивных колебаний реактивной части 6 вибровозбу- дптеля с помощью малых возбуждающих токов в рабочих обмотках 4, 4, не определяет а.мплитудно- п фазочастотных характеристик всего устройства возбуждения колебаний. Эти характеристики определяются не только вибровозбудпте.1ем, но и корректирующими обратными связями. При работе иредлагаемого устройства к этом режиме глубину обратной связи приходится выбирать более значительной (при заданном значении минималь}и)й частоты )абочсг() диапазона) в связи с бо. 1ьп1им исходн1 1м значением (||ч. Для обесг1(чения сто11чивости кана

ла обратной связи в нерпой избирательной цепи приходится примепять фильтр 13 верхних частот с очень ма.юй (десятые - сотые доли герц) граничной частотой. Снижение жесткости упругой подвески подвижной части вибровозбудителя на статике при этом должно компенсироваться введением отрицательной обратной связи, которая в устройстве формируется второй корректирующей цепью 11, содержащей noc, ie10 довательно включенные фильтр 15 нижних частот и инвертирующий усилитель 16. Датчик 9 перемещения установлен и отрегулирован так, что при равенстве рабочих зазоров 211 и 2Ь его выходное напряжение

с равно нулю, а при отключении подвижной части 6 вибровозбудителя от этого положения на выходе датчика 9 перемещения образуется напряжение, ве.тичипа которого пропорциональна величине отклонення, а знак определяется направлением отклонения.

20 При этом любое отклонение подвижной части 6 вибровозбудителя от положения, в котором рабочие зазоры 211 и 21.) равны, вызывает образование постоянной составляюще) тока в рабочих обмотках 4|, 42 вибровоз25

40

45

будителя, включенных последовательно и согласно. Поскольку обмотки 22|, 22i подмагни- чивания при этом включены последовательно п встречно, то появление постоянной составляющей тока в рабочих обмотках 41, 4.) вибровозбудителя приводит к нарушению

30 равенства магнитных потоков в сердечниках 20|, 202 двухтактного электромагнитного вибровозбудителя. Это сопровождается нарушением равенства тяговых усилий, действующих на подвижную (якорную) часть со стороны магнитных сердечников 20i, 202.

35 Благодаря наличию в корректирующей цепи II инвертирующего усилителя 16 результирующее усилие, действующее на подвижную часть 6 (со стороны магнитных сердечников 20:, 202), направлено в противоположную сторону от направления ее отклонения, т. е. стре.мится возвратить отклонивц уюся подвижную часть в исходное положение, характеризующееся равенством рабочих зазоров. Управляющее действие этой обратной связи эквивалентно увеличению динамической жесткости упругой подвески подвижной части вибровозбудите,1я, что необходимо для обеспечения стабильности равенства рабочих зазоров вибровозбудителя при испо,пьзовании предлагаемо1 о устройства для возбуждения колебаний на транс50 портных объектах. Зависимость амплитуды перемещения реактивной части впб 1овозбу- дителя от частоты ш вне1нних воздействий (например, наклонов основания транспортного средства) представ.1ены на фиг. 26). Кривая 1 соответствует с, отсутст1 ия

55 корректирующих обратпых связей, кривая 2 соответствует вк,1ючению первой корректирующей цепи 10, К1)ивая 3вк.чючению всех корректируюц их цепей.

Значительное снижение амплитуды перемещений реактивной части вибровозбудителя в низкочастотной области ,3ш(,1 обусловлено стабилизирующим действием обратной связи, формируемой второй корректирующей цепью 11 (фиг. 1). Для устранения ужесточения нодвески подвижной части вибровозбудителя в рабочем диапазоне частот параметрь фильтра 15 нижних частот выбраны так, что его частота среза оказывается в несколько раз ниже минимальной частоты Wm,n рабочего диапазона устройства для возбуждения колебаний.

Для расн ирения рабочего диапазона частот сверху и устранения резонансного подъема частотной характеристики развиваемых сил на второй эквивалентной собственной частоте ff вибровозбудителя в схему устройства включен дополнительный полосовой фильтр 19, который настроен на вторую собственную эквивалентную частоту вибровозбудителя. Необходимые фазовые соотношения в канале коррекции обеспечиваются дифференцирующим усилителем 17. Благодаря наличию в предлагаемо.м устройстве дополнительного полосового фильтра 19, в окрестности второй эквивалентной частоты иД вибровозбудителя осуществляется отрицательная обратная связь по скорости подвижной части 6 вибровозбудителя, что эквивалентно внесению избирательного

демпфирования в ее подвеску и потому ЗО ности, оно снабжено третьей корректирую

ной части вибровозбудителя в области эквивалентных собственных частот вибровозбудителя, тем самым достигается равномерность и стабильность частотных характеристик развиваемых устройством сил при значительном расщирении рабочего диапазона. При совмещении первой собственной частоты вибровозбудителя с частотой максимальной силы, с помощью предлагаемого устройства удается эффективно решить задачу формирования широкополосной возбуждающей силы с одной ярко выраженной по величине гармонической или узкополосной составляющей.

Формула изобретения

Устройство для возбуждения колебаний, содержащее аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с источником возбуждающего сигнала, последовательно подключенные к выходу аналогового сумматора усилитель мощности и вибровозбудитель, сое РОЯЩИЙ из корпуса, скрепленной с корпусом через неравножесткие упругие элементы подвижной части и обмоток возбуждения, а также вибродатчик, подключенный через первую и вторую корректирующие цепи соответственно к второму и третьему входам аналогового сумматора, отличающееся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот и увеличения иадеж

Изобретение относится к вибротехнике и может быть использовано в вибрационных машинах, в активных виброзащитных системах и т.п. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот и увеличение надежности устройства. Устройство содержит аналоговый сумматор 1, соединенный первым входом с источником возбуждающего сигнала 2, усилитель мощности 3, вибровозбудитель 5, рабочие обмотки которого соединены с выходом усилителя мощности 3, датчик перемещения 9, закрепленный на корпусе вибровозбудителя 5 с зазором относительно его подвижной части 6 и подключенный к соответствующим входам аналогового сумматора 1 через первую 10, вторую 11, третью 12 корректирующие цепи и полосовой фильтр 19. 2 ил.

сопровождается снижением резонансного пика в окрестности юлТ (кривая 3 на фиг. 2а). Таким образом, благодаря тому, что в устройстве в качестве вибродатчика применен датчик перемещения, эффективность имеющей цепью, содержащей последовательно соединенные дифференцирующий и полосовой усилители и включенной между вибродатчиком и четвертым входом аналогового сумматора, и полосовым фильтро.м, вклющихся корректирующих обратных связей уве- 35 ченным между выходом дифференцирующего

. шчивается. Введение в схему устройства для возбуждения колебаний третьей корректирующей цени и дополнительного полосового усилителя приводит к увеличению демпфирования в упругой подвеске подвижусилителя и пятым входом аналогового сумматора, а вибродатчик выполнен в виде датчика перемещений и закреплен на корпусе вибровозбудителя с зазором относительно его подвижной части.

щей цепью, содержащей последовательно соединенные дифференцирующий и полосовой усилители и включенной между вибродатчиком и четвертым входом аналогового сумматора, и полосовым фильтро.м, вклюусилителя и пятым входом аналогового сумматора, а вибродатчик выполнен в виде датчика перемещений и закреплен на корпусе вибровозбудителя с зазором относительно его подвижной части.

5/6/

H,4H вГ- « lOojgf MaKC

1020/7)200 /2 /ц

f/

/20; u;,7 CJ

f)

Фае.2

10(61

co