Вибровозбудитель Советский патент 1991 года по МПК B06B1/04 

Изобретение относится к технике вибровозбуждения и может быть использовано, например, в активных виброзащитных системах, системах вибровозбуждения и вибрационных машинах.

Целью изобретения является расширение рабочего диапазона частот и уменьшение нелинейных искажений.

На фиг, 1 изображена конструктивная схема вибровозбудителя электродинамического типа, в котором узел регулирования жесткости упругой подвески выполнен на основе пары постоянных магнитов; на фиг.2 - то же, с узлом регулирования в виде витой пружины и шпильки; на фиг. 3 - то же, с узлом регулирования жесткости упругой подвески в виде витой пружины и шпильки в центральном отверстии стяжного болта и при отсутствии узла регулирования положения рабочего органа относительно магнитной системы; на фиг. 4 - конструктивная схема вибровозбудителя электромагнитного типа, в котором упругий элемент узла регулирования жесткости выполнен в виде пневматического упругого элемента и пнев- мополости, связанных между собой дросселирующим отверстием; на фиг. 5 - частотные характеристики вынуждающей силы, развиваемой вибровозбудителями.

Вибровозбудитель содержит (фиг. 1) корпус 1, включающий боковую стенку 2, крышку 3 и основание 4, магнитную систему 5, состоящую из кольцевого магнита 6, керна 7, полюсной накладки 8 и диамагнитной разъемной втулки 9. В кольцевом пазу 10, образованном внешней цилиндрической поверхностью керна 7 и внутренней цилиндрической поверхностью полюсной накладки 8, размещена силовая катушка 11, связанная с крышкой З.узел 12 регулирования положения катушки 11 относительно системы 5, выполненной в виде регулируемой по высоте проставки 13 (нарезной шпильки с центральным отверстием), размещенной

О

со о

00

ел со

между крышкой 3 и рабочим органом 14 (вибростолом), первого фиксирующего элемента 15 в виде болта, размещенного в центральном отверстии проставки 13 и резьбоеом отверстии органа 14, при этом головка 16 болта 15 через кольцевую шайбу 17 опирается на крышку 3, второго фиксирующего элемента в виде шпильки, один конец которой размещен в отверстии крышки 3, а другой скреплен с органом 14 прижим- ного упругого элемента 19, установленного между органом 14 и крышкой 3. Магнитная система 5 прикреплена к корпусу 1 с помощью кольцевых мембран 20 и 21, а узел регулирования жесткости упругой подвески выполнен в виде пары соосно расположенных и обращенных друг к другу одноименными полюсами постоянных магнитов 22 и 23, один из которых (22) скреплен с системой 5, а другой (23) через резьбовое соеди- нение связан с основанием 4 корпуса 1. Крепление системы 5 осуществляется с помощью болтов 24 и 25. Для удобства сборки керн 7 может быть снабжен полюсным наконечником 26, присоединенным бол- том 27.

Представленная на фиг.2 конструкция отличается использованием для подмаг- ничивания магнитопровода стержневого (дискового) постоянного магнита, что во многих случаях более целесообразно с точки зрения компоновки элементов вибровозбудителя и обеспечения равной площади сечения магнитопровода по его длине. В данном случае узел регулирования жест- кости упругой подвески выполнен в виде витой пружины 28 и прижимной шпильки 29, размещенной в центральном отверстии 30 основания 4. Сила для регулирования жесткости образуется в результате поджа- тия пружины 28 при завинчивании шпильки 29. Жесткость пружины 28 по продольной оси вибровозбудителя выбирается меньше (обычно в несколько раз) соответствующей жесткости кольцевых мембран 20 и 21, что позволяет, практически не увеличивая эквивалентной жесткости упругой подвески магнитной системы, осуществить ее регулирование в широких пределах.

Во многих случаях эксплуатации вибро- возбудителей (например, в многоприводных вибрационных машинах, активных виброзащитных системах) регулирование их резонансных частот необходимо осуществлять без открепления от возбуждаемого (защищаемого) объекта. Такая возможность в конструкции вибровозбудителя (фиг. 3) обеспечивается размещением шпильки 29 и фиксатора 31 в центральном отверстии стяжного болта 32. Регулировка жесткости

упругой подвески осуществляется со стороны крышки 3, что позволяет регулировать резонансную частоту в процессе работы.

Электромагнитный вариант вибровозбудителя (фиг. 4) содержит два магнитопровода 33i и 322, в кольцевых пазах которых размешены обмотки 34i и 342 подмагничи- вания и обмотки 35i и 352 возбуждения, соединенные между собой соответственно последовательно-встречно и последовательно-согласно. Магнитопроводы установлены в центрах мембран 20 и 21 с помощью штока 36, внутренняя полость 37 которого через дросселирующее отверстие 38 соединена с пневматическим элементом 28, установленным между штоком 36 и шпилькой 29.

Силовые элементы 111 и 112 - кольцевые якори установлены с зазорами от взаимодействующих с ними торцовых поверхностей магнитопроводов 33 на диамагнитных дисках, прикрепленных к корпусу 1 с помощью болтов. Упругий элемент 28 узла регулирования жесткости упругой подвески выполнен в виде пневматического упрогого элемента 39 и пневмополости 37, соединенных между собой дросселирующим отверстием 38.

Вибровозбудитель работает следующим образом.

При подаче возбуждающего тока в катушку 11 между ней и магнитной системой 5 возникает силовое взаимодействие

1эд. В I teocosrw t Рэдсоз ш t, (1) где В - величина магнитной индукции в зазоре 10;

I - длина провода силовой катушки, расположенного в кольцевом зазоре магнитопровода:

IB leocos О) t - возбуждающий ток в силовой катушкб

1во и ш - амплитуда и угловая частота возбуждающего тока.

Частотная зависимость нормированной (по амплитуде РЗД Blleo электродинамического взаимодействия) силы FBB. развиваемой вибровозбудителем, определяется выражением

(Рвв/Рэд (ш1шо )2/{( м/ш0 ) Я z), (2) где (кг/гпв)1/2- собственная частота упруго закрепленной магнитной системы;

kz, k - коэффициенты жесткости и затухания упругой подвески магнитной системы вибровозбудителя

Теоретическая зависимость (2). справедливая для случая применения упругой подвески (кольцевых мембран 20, 21) с бесконечной величиной поперечной и угловой жесткостей показана на фиг. 5 кривой А Она

характеризуется единственным резонансом на частоте ftfe /2л: 10 Гц и бесконечным частотным интервалом равных усилий в зарезонансной области упруго закреплен- ной магнитной системы 5. Для реализации вибровозбудителей с близкими к кривой А зависимостями развиваемых сил для подвески магнитной системы используют упругие элементы с минимальной продольной и мак- симальной поперечной жесткостями. Из известных наиболее широкое применение в упругих подвесках находят кольцевые мембраны, обладающие значительным (два-три порядка) отношением поперечной и про- дольной жесткостей. Однако кольцевые мембраны обладают существенно нелиней- ной(жесткой) упругой характеристикой. Эти особенности кольцевых мембран в вибровозбудителях с упруго закрепленной реак- тивной, как правило более тяжелой, частью проявляются в значительной зависимости частотной характеристики развиваемой вибровозбудителем силы и нелинейных искажений от ориентации вибровозбудителя в пространстве. Так, при отсутствии узла регулирования жесткости упругой подвески и регулирования положения силовой катушки в рабочем зазоре магнитопровода и при вертикальном положении вибровозбудите- ля деформации мембран 20 и 21, обусловленная действием на них силы веса магнитной системы 5, оказывается максимальной. При этом ихжесткость по продольной (рабочей) оси вибровозбудителя также максимальна, а поперечная имеет минимальную величину, в результате чего первая собственная частота упруго закрепленной магнитной системы имеет максимальное значение. На кривой Б (фиг. 5), соответству- ющей этому случаю, значение этой частоты выбрано равным 20 Гц. Вторая и последующие собственные частоты при этом имееют минимальные значения (на кривой Б 550 и 1100Гц).

Рабочий диапазон частот вибровозбудителя, определяемый, например, как частотный интервал, в котором амплитуда развиваемых вибровозбудителем сил не отклоняется от заданного значения более чем на 3 дБ (30%), при этом равен 27-о70 Гц и составляет 353 Гц.

При наличии узла регулирования жесткости упругой подвески, например, в виде пары магнитов 22, 23 приближение одного из них к другому приводит к уменьшению деформации мембран 20 и 21 и, как следствие, к снижению их продольной и увеличению поперечной жесткостей. При этом первый резонанс смещается в сторону низких частот, а второй и последующие - в

сторону более высоких частот, что сопровождается расширением рабочего диапазона частот ДО У max - У mm 800 17 783 Гц

(кривая В, фиг. 5).

В случае повышенных требований к нелинейным искажениям (например, при разработке активных виброзащитных систем) линейность электродинамического преобразования может быть увеличена путем настройки узла регулирования положения силовой катушки относительно магнитной системы 5. Эта регулировка заключается в следующем. Вращением шпильки 13 (при вынутом болте 16) изменяется положение вибростола 14 и катушки 11 до получения минимальных нелинейных искажений Под- жатие органа 14 к шпильке 13 осуществляется предварительно поджатым упругим элементом 18, aero вращение предотвращается шпилькой 19.

Работа электромагнитного возбудителя (фиг. 4) отличается, в основном, способом формирования сил взаимодействия между магнитной системой 5 и якорями 11. Электромагнитный принцип формирования этих сил сводится к изменению баланса магнитных потоков в магнитопроводах 33i и 332 при подаче в обмотки 35i и 352 возбуждающего тока. В результате антифазной пульсации магнитных потоков в рабочих зазорах 40i и 402 вибровозбудителя между магнитной системой 5 и якорями 11 возникает сила электромагнитного взаимодействия, пропорциональная токам в обмотках 35i и 352 возбуждения

Существенным отличием конструкции (фиг. 4) является выполнение упругого элемента узла регулирования жесткости упругой подвески в виде пневматического упругого элемента и пневмополости, соединенных между собой дросселирующим отверстием. Площадь сечения последнего и величина объемов пневмополости и упругого элемента выбраны из условия заданного снижения амплитуды развиваемых вибровозбудителем сил в окрестности первого резонанса. Это позволяет значительно расширить частотный диапазон работы вибровозбудителя. Так, в рассмотренном на фиг, 5 примере введение демпфирования в упругую подвеску магнитной системы 5 привело к расширению рабочего диапазона частот до 8 Гц (кривая Г)

Формула изобретения 1. Вибровозбудитель, содержащий корпус, состоящий из боковой стенки, крышки и основания, магнитную систему, установленную в корпусе при помощи упругой подвески в виде кольцевых мембран, рабочий орган вибровозбудителя с установленным на нем по меньшей мере одним силовым элементом в виде силовой катушки или якоря с возможностью взаимодействия через рабочий зазор с магнитной системой, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот и снижения нелинейных искажений, он снабжен узлом регулирования жесткости упругой подвески, выполненным в виде по меньшей мере одного упругого элемента и элемента его поджатия, установленных последовательно между корпусом и магнитной системой, или в виде по меньшей мере одной пары соосно расположенных и обращенных друг к другу одноименными полюсами постоянных магнитов, один из которых прикреплен к магнитной системе, другой - к основанию корпуса, а по меньшей мере один из них установлен с возможностью осевого перемещения относительно другого.

2. Вибровозбудитель по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что элемент поджатия

выполнен в виде шпильки, размещенной в центральном отверстии основания корпуса или магнитной системы, а упругий элемент выполнен в виде витой или прорезной пружины или в виде пневматического элемента и пневмополости, связанных между собой дросселирующим отверстием.

3. Вибровозбудитель по п. 1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что он снабжен узлом

регулирования положения рабочего органа относительно магнитной системы, содержащим шпильку, размещенную в резьбовом отверстии крышки или основания возбудителя, упругий элемент, установленный с

поджатием между корпусом и рабочим органом, первый фиксирующий элемент в виде болта, размещенного в центральном отверстии шпилька узла регулирования и в резьбовом отверстии рабочего органа и

опирающегося головкой через кольцевую шайбу на крышку корпуса, и второй фиксирующий элемент в виде шпильки, одним концом установленной в отверстии крышки корпуса, а другим жестко связанной с

рабочим органом возбудителя.

Изобретение относится к технике вибровозбуждения и может быть использовано в активных виброзащитных системах, вибрационных машинах, вибродиагностической и лечебной аппаратуре. Новым в конструкции вибровозбудителя является применение в ней узла регулирования жесткости упругой подвески магнитной системы и узла регулирования положения рабочего органа относительно магнитопровода. Это позволяет значительно расширить рабочий диапазон частот известных вибровозбудителей и снизить величину нелинейных искажений 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

15

17

12 19 1 18 Ю 20 3 5

ЩЩЖ

тгг к С7й

Фиг.1

6 9 7 25 5

5 J

7 21

Фиг.З

29 28 30 ФигЛ

IFB/F3DI

ы/2п

гО Vmn 50 WO ZOO VmaxSOO ЮОО Гц Ul

2ЖФиг 5

Составитель Н. Макаренко Редактор Л. Веселовская Техред М.МоргенталКорректор Н. Ревская

Щ2135, 3

Wz К 36 Ч