Вибрационная машина Советский патент 1982 года по МПК B06B1/14 

(54) ВИБРАЦИОННАЯ МАШИНА

Изобретение относится к мгшшностроению и может быть использовано для возбуждения и преобразования в требуемое число раз частоты колебаний рабочего органа. Известна механическая вибрационная машина, содержащая рабочий орган и приводной вибратор инерционного или эксцентрикового типа til. Недостатком данной машины является то, что колебания рабочего органа происходят с фиксированной частотой, равной частоте возмущающего усилия. Для изменения частоты колебаний рабочего органа между последним и приводнЕлм двигателем устанавливают передаточные механиз IЫ (например редукторы), что ведет к усложнению конструкции вибрационной машины. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является вибрационная машина, содержащая основание, рабочий орган, нелинейную упругую систему, связывающую основание с ра бочим органом, и приводной вибратор 2. Элементы упругой системы в данно машине выполнены нелинейныгли, а жес кость этих элементов выбрана такой, что собственная линеаризованная частота системы близка к частоте, в целое число раз меньшей частоты возмущшэдего усилия привода. При таком выполнении упругих элементов устройство может работать только в субгармоническом )ежиме колебаний, т.е. осуществлять только уменьшение и только в целое число раз частоты вынужденных колебаний рабочего органа по сравнению с частотой возмущающего усилия привода. Это ограничивает функциональные возможности машины. Нелинейность упругой системы в известном устройстве создается за счет закрепления линейных плоских пружин в профильных кулачках, что позволяет получить сравнительно небольшие степени нелинейности при больших амплитудах колебаний. Исследования, проведенные с помощью аналоговой вычислительной техники, показывают, что в системах с малой упругой нелинейностью возможности возбуждения суб- и супергармонических колебаний весьма ограничены, а амплитуды суб- и супергармоник в спектре колебаний на суб- и суперрезонансах относительно невелики даже при больших величинах внешней возбуждающей силы. Поэтом известное устройство имеет низкий коэффициент полезного действия. Цель изобретения - растиирение функциональных возможностей машины путем обеспечения возможности преобразования частоты колебаний рабочего органа по сравнению с частотой воз мущаюцего усилия не только в целое, но и в дробное число раз и повышение коэффициента полезнего действия Указанная цель достигается тем, что в вибрационной машине ударного действия, содержащей основание, рабочий орган, нелинейную упругую систему, связывающую основание с рабочим органом, и приводной вибратор, элементы упругой системы выполнены с симметричной мягкой кусочно-линейной характеристикой и ср сте пенью нелинейности 10-40, а между пороговым значением упругой силы и амплитудой Р возмущающего усилия выбрано соотношение 0,8 ,95 Р На фиг. 1 изображЬйа схема вибрационной машины}.на фиг. 2 - схема од ного из упругих элементов с мягкой кусочно-линейной характеристикой; на фиг. 3 - упругая характеристика системы. Вибрационная машина содержит рабочий орган 1, который опирается на основание 2 посредством нелинейно упругой системы, состоящей из упругих элементов 3 с мягкой кусочнолинейной характеристикой. Рабочий орган 1 приводится в колебательное движение от электромагнитного привод ного вибратора, якорь 4 которого при креплен к рабочему органу 1, а электромагнит 5 - к основанию 2, уставов ленному на амортизаторах 6. Каждый упругий элемент 3 (фиг. 2) состоит из цилиндрического KopnyCei 7, внутри которого установлен поршень 8, связа ный посредством жесткого стержня 9 с рабочим органом 1. Поршень 8 при помощи цилиндрических пружин 10 и 1 имеющих одинаковые коэффи даенты жест кости К, связан с шайбами 12 и 13. Шайбы плотно прижаты к упорам 14 пос редством цилиндрических пружин 15 и 16, имеющих коэффициенты жесткости Сила прижатия шайб 12 и 13 к упорам 14 может настраиваться ре1улировочНЫГЛ1 винтами 17 и 18. Машина работает следукяцим образом. При сообщении рабочему органу 1 колебательных движений от электрома нитного вибратора поршень 8 перемещается внутри корпуса 7 до тех по пока амплитуда колебаний рабочего органа 1 не превышает величины и (фиг. 3); работают только пружины 10 и 11. При этом пружины 15 и 16 плотно прижимают шайбы 12 и 13 к уп рам 14 силой Fjo . СИЛУ и соответствующее ей перемещение и будем i в дальнейшем именовать соответственно пороговым упругим ycилиeм и пороговым перемещением. Рассмотренный режим колебаний соответствует участку 1 упругой характеристики с коэффициентом жесткости (фиг . 3) . Когда амплитуда колебаний рабочего органа становится больше д(это происходит при увеличении амплитуды возг ущающего усилия) , шайбы 12 и 13 отрываются от упбров 14, поскольку азвиваемая упругая сила начинает превышать . В работу вступают пружины 15 и 16. На упругой характерисике этому соответствует часток Ii, эквивалентный коэффицинт жесткости на котором подсчитыается по форглуле V Jlliii Ч . Изменяя жесткости пружин К-, и К,, ожно получить упругие характеристии с любой Наперед заданной степенью елинейности Kj/K{i., Колебания в рассматриваемой систее описываются уравнением (-i), где m - сук&1арная масса элементов вибрационной машины, соверша сяцих колебательное движение (рабочий орган, поршень; жесткий стержень); b - коэффициент линейного демфирования;X - перемещение рабочего органа в процессе колебаний; Fy(х)- характеристика упругой силы; Р и UJ - соответственно амплитуда и частрта внешнего воздействия, задаваемые электромагнитным вибратором. Характеристики упругой силы имеют вид (KjX, если К,-. x-(Kj-K,i ) и , если (3) кг х4-(К,-Кп ) Д , если X д В результате проведенных исследований установлено,, что в рассматриваемой системе помимо основного резонанса могут развиваться интенсивные резонансные всплески как в дорезонансной (суперрезонансн), так и в зарезонансной (субрезонансы) областях. Причем условия возбуждения супер- и субрезонансов и их интенсивность существенным образом зависят от степени нелинейности Kj;/K {j и от соотношения P/F.o между ампл1Гтудой Р внешнего воздействия и пороговым значением упругой силы ius

Так, при ,5.P в зарезонансноП области частот развиваются субгармонические режимы колебаний. Были пoлv -11

чены субрезонансы порядков , 4 ,

J и . Спектральный анализ колебани

на этих резонансах показывает, что дминирующими по амплитуде являются гармоники с частотой соответственно 2, 3, 4 и 5 раз меньшей частоты ш внешнего воздействия. Причем субрезо нансные колебания возбуждаются в широком диапазоне изменения степени нелинейности KI/К (Т , однако наибольшей интенсивности достигают при 2- Kj/Kj-,iS. Таким образом, при соответствующей настройке предлагаемое устройство может осуществлять те же функции, что и прототип, т.е. уменьшать частоту колебаний, рабочего орГана в требуемое число раз. Этот режим работы устройства будем называть режимом деления частоты.

Однако функциональные возможности предлагаемой вибрационной машины этим не ограничиваются. Исследования на АВМ показыва1-зт, что в рассматриваемой системе в дорезонансной области частот развиваются интенсивные супергармонические колебания. Амплитуда колебаний на всех суперрезонансах достигает максимума при 0,(o 0,95Р (при любом выбранном значении Kj/K,-;). Увеличение степени нелинейност и Kj./Kfj при прочих равных условиях способствует усилению колебаний на всех суперрезонансах. Более того, при Кj-/К,-;7,10 на амплитудно-частотной хараКтеристике (АЧХ) системы помимо суперрезонансов целого порядка (в спектре колебаний которых доминируют гармоники с Частотой, в целое число раз большей UJ) появляются так называекие дробные суперрезоиансы, для спектралного состава которых характерным является преобладание гармоник с частотой, в дробное число раз больше ш. Эта особенность поведения системы является свойством решения уравнения (2).

Это открывает возможности для увеличения частоты колебаний рабочего органа по сравнению с частотой возбуждения не только в целое, но и в дробное число риз. Для этого параметры Fjjj и KI/KJ; необходимо отрегулировать, как ук-азано вшие, а собственную линеаризованную частоту системы выбрать в соответствующее число раз большей ы ..Указанный режим работы вибромашины будем называть режимом умножения частоты. Отношение собственной линеаризованной частоты системы Юр к частоте возмущающего усилия w будем называть коэффициентом

UJn

преобразования К

Из этого

определения следует, что в режиме умн ожения , в режиме деления К 1.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет преобразовать частоту колебаний рабочего органа по сравнению с частотой возмущающего усилия не только в целое, но и в дробное число раз. При этом повышается и коэффициент полезного действия преобразования, что объясняется возможностью получения в предлаг;аемом устройстве значительно больших, чем, в прототипе, степеней нелинейности.

Формула изобретения

Вибрационная машина, содержгицая основание, рабб.чий орган, нелинейную упругую систему, связывающую основание с рабочим органом, и приводной вибратор .отличающаяся тем, чтб, с целью расширения ее функциональных возможностей путем обеспечения возможности преобразования частоты колебаний рабочего органа по сравнению с частотой возмущающего усилия не только в целое, но и в дробное число раз и повышение коэффициента полезного действия, элементы упругой системы выполнены с симметричной мягкой кусочно-линейной характеристикой и со степенью нелинейности 10-40, а между пороговым значением упругой силы F-,o и амплитудой Р возмушающего усилия выбрано соотнсяаение 0,95Р.

Источники инфорМсСции, принятые во внимание при экспертизе

с. 77-125.

№ 202766, кл. В 65 G 27/12, 1969 (пртотип) .

.

-fyo

(pue.3