Способ настройки на резонансные колебания вибромашины с кусочно-линейной характеристикой упругих связей

 

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 прикладьшают 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)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Ц1) . В 06 В 1/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3910845/24-28 (22) 17.06.85 (46) 15. 11.87. Бюл. У 42 (71) Рижский политехнический институт им. А.Я.Пельше (72) С.Л.Цыфанский и В,И.Бересневич (53) 534.141 (088.8) (56) Крюков Б.И. Динамика виорационных машин резонансного типа. Киев:

Наукова думка, 1967, с. 118-123. (54) СПОСОБ НАСТРОЙКИ НА РЕЗОНАНСНЫЕ

КОЛЕБАНИЯ ВИБРОМАШИНЫ С КУСОЧНО-ЛИНЕЙНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ УПРУГИХ СВЯЗЕЙ (57) 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 Г рабочего

„,SU 1351È6 А 1 органа вибромашины, регулируют жесткость К„ упругих элементов К„ и жесткость К упругих ограничителей, добиваясь выполнения условий

m ы /9 (1-1/3 у ) г < K, <ñ т ы /5, 5

K> >i 4К,, величину зазора d между рабочим органом и упругими ограничителями устанавливают в зависимости от величины полуразмаха Х колебаний рабочего органа, пользуясь соотношением А = .(0,05-0,1)Х „, после чего к рабочему органу вибромашины прикладывают внешнее гармоническое вынуждающее воздействие, амплитуду P которого предварительно определяют по формуле P = (0,525-1,2)К,Х„ где m— масса рабочего органа, — частота возбуждения, о" — логарифмический декремент колебаний, Реализация изложенных операций обеспечивает настройку вибромашины на субгармонические резонансные колебания порядка 1/2.

6 ил..

1351696

9(1 — — И )

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в строительной, угольной, металлургической и других отраслях промышленности 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 i/2) закон движения рабочего органа вибромаши1 ны; на фиг.3 — область существования субгармонического режима порядка 1/2 на плоскости параметров р = P/K„ a, q =/»/ / К„/m; на фиг.4— область существования субгармонического режима порядка 1/2 на плос костп параметров Кс/К,, /с м/ /К,/т; на фиг.5 — амплитудно — частотная характеристика (АЧХ) колебаний рабочего органа вибромашины в окрестности субгармонического резонанса порядка

1/2; на фиг.6 — семейство кривых, характеризующих изменение безразмерного полуразмаха Yo = Х„/ л субгармонических колебаний порядка 1/2

|в зависимости от безразмерной амплитуды р = Р/K„d гармонического вынуждающего воздействия.

Вибромашина состоит из рабочего органа 1, связанного с основанием 2 через упругие элементы 3 и 4 >кесткостью К,, которые выполнены, напI ример, в виде рессор и установлены в зажимах 5 и 6. С зазором по отношению к рабочему органу 1 дополнительно установлены упругие ограничители 7 жесткостью К в Установка начальной величины зазора Л осуществляется с помошью регулировочного винта 8. Внешняя вынуждающая сила

Psinut генерируется с помощью вибровозбудителя 9 (например, инерционного). Для регистрации параметров колебательного процес.са прецназначен шлейфовый осциллограф 10, сигнал на который подается от измерительного преобразователя 11 через усилитель 12

Способ настройки на резонансные колебания вибромашины с кусочнолинейной характеристикой упругих свн зей осуществляют следующим образом.

Экспериментально одним из известных способов определяют логарифмический декремент колебаний g 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

Х 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 d .

После этого регулируют жесткость

K„ упругих элементов 3 и ч и жесткость К упругих ограничителей 7, обеспечивая выполнение условий:

I где m — масса рабочего органа;

/» — частота возбуждения; — 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 рабоо чей длины 1 рессор, либо путем замены одного комплекта рессор другим.

Затем с помощью регулировочного винта 8 устанавливают зазор 1 между рабочим органом 1 и упругим ограничителем 7. При этом необходимую величину зазора и определяют по формуле

Л = (0,05-0,1)Х„, где Х„ — величина полуразмаха колебаний рабочего органа 1.

Вслед за этим к рабочему органу 1 с помощью вибровозбудителя 9 прикладывают внешнее гармоническое вынуждающее воздействие Psinvt, амплитуду P которого предварительно определяют по формуле P = (0,525-1,2)К,Х„.

Реализация указанных технологических операций способа обеспечивает настройку вибромашины на субгармонические резонансные колебания порядка 1/2.

696

Таким образом, реализация в вибромашине субгармонического режима 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 связ 1351

Пример. Генерирование внешней вынуждающей силы Psinet осуществлялись с помощью дебалансного вибровозбудителя. Масса m рабочего органа и частота ю вращения дебалансов в процессе исследований оставались постоянными и имели следующие значения:

m = 9,6 кг; ы = 293 с- . (Остальные параметры машины — жесткость К, уп10 ругих связей, жесткость К упругих ограничителей, зазор д, амплитуда

P внешнего возбуждения, коэффициент затухания Ь). При этом плавное регулирование жесткостей К„ и К осуществляли путем изменения рабочей длины упругих элементов (ограничителей), грубое регулирование — путем замены упругих элементов (ограничителей). Варьирование амплитуды

P = m r v внешней силы производили

9 путем изменения статического момента

mr массы комплекта дебалансов. С целью обеспечения возможности регулирования коэффициента затухания Ь между рабочим органом 1 и основанием 2 дополнительно устанавливали управляемый гидравлический демпфер (на фиг.1 не показан).

Для контроля параметров вибрирования (частота, амплитуда, ускорение, спектральный состав) использовали стандартную аппаратуру: измеритель шума и вибрации ИШВ-1 с комплектом датчиков, строботахометр Ст-5, за35 поминающий осциллограф С8-11, анализатор спектра SBA-101.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что субгармонические резонансные колебания (в срав- 40 кении с колебаниями в зоне основного резонанса) характеризуются значительно более богатым частотным спектром. Причем наиболее интенсивным из всех (при прочих равных условиях) оказался субгармонический резонансный режим порядка 1/2. На фиг.2 приведен полученный экспериментально типичный субгармонический (порядка 1/2) закон движения Y(t) ра50 бочего органа (по оси ординат на графике отложен безразмерный полуразмах

Y = Хо/ d субгармонических колебаний рабочего органа, где Х о — величина полуразмаха колебаний рабочего органа).

Как показал спектральный анализ колебаний, приведенный закон движения (фиг.2) можно приближенно аппроксимировать следующим математическим выражением:

y(t) = A sin(t + с/ ) + I 2 2 1(1

+ А sin(

1 wz

"(-et+ 1 ) + ... =45sin t+

id

2 /

+ Звзп(М вЂ” -) + 1 5sin(-u!t-Ti)+. °, 3

2 2

° ° ° е

rpe A,, А, А — амплитуды гармоник 1/2, 1 „

3/2 в спектре субгармонических колебаний; ц „ — начальные фаэоf „ 1 ЗИ вые углы.

Иэ данного выражения следует, что на субгармоническом резонансе имеет место преобразование частоты возбуждения у 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, „ /A 1 = 1,5; А . /А, — 0,5 (на основном резонансе было

,,/А = 0,08, А /А1 = 0,05) . В то же время по интенсивности (полуразI X +I+ Х I махи Х = — — — -- — колебания на

2 основном и субгармоническом резонансах примерно эквивалентны друг другу.

1351696 зей именно на субгармонический, а не на основной резонансный режим движения.

Субгармонические резонансные ко— лебания 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 по результатам экспериментальных исследований области существования субгармонических колебаний порядка 1/2 на плоскостях безразмерных пареметров p = P/Ê, е, Е= ы/ ГК,7о н

Кт/К,, 4 = и/ т е„/m соответственно.

Исследовали влияние диссипации на по-. ложение границ приведенных областей.

Оказалось, что положение нижней (по частоте возбуждения / ) границы оо— ласти существования практически не зависит от затухания„ характеризуемого логарифмическим декрементом

d =- — — — . В то же время верхняя

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

На фиг.З и 4 в качестве примера нанесены две границы области существования режима порядка 1/2, соответствующие с ",= 0 1 (сплошная линия) и d = 0,05 (пунктирная линия). Выбранный диапазон изменения d = 0„05-0,10 соответствует примерному уровню потерь в реальных вибромашинах. При настройке вибромашины на субгармонические колебания учитывали не только положение границ соответствующих областей существования„ но и величины амплитуд (нолураэмахов Х ) колебаний внутри указанных областей. Экспериментальные исследования показали,„ что при прочих равных условиях наибольшие по амплитуде (величине полуразмаха Х ) субгармонические колебания реализуются вблизи правой (верхней по частоте возбуждения 4) границы их области существования.

На фиг.5 в качестве примера изображена АЧХ субгармонических колебаний порядка 1/2 (ветвь ab), полученная при р = 6 и К /К„= -1 (по оси ординат отложены безразмерные полу-Хо 1Х+(+!Х 1 размахи колебаний Y о

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 Ь

b> срыва резонансных колебаний) °

Однако положение точек Ь срыва на

АЧХ существенным образом зависит от диссипации. Так, при d, = О, 1 точке

b срыва соответствует частота

/ = ?,5, а при d = 0„05 точке Ъ срыва — частота )= 2,77 (фиг.5).

Фактический уровень демпфирования в вибромашине зависит от целого ряда факторов (материала 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

1 ) в конкретной вибромашине, подлежащей настройке. !

После этого, зная численное значение величины d можно точно установить положение правой границы области существования режима 1/2 и настроить вибромашину на рабочую точку, расположенную по воэможности ближе к этой границе. Следует, однако, учитывать, что при слишком близком расположении 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 вынуждающего воздействия и т.д.

Поэтому в целях повышения 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.3 и ц) такой оптимальной настройке вибромашины соответствует подобласть А, которая выделена внутри области существования субгармонического режима порядс ка 1/2 двойноч штриховкой. Причем

1351696 сплошными линиями обозначены границы подобласти А, соответствующие d =

= 0,1, пунктирными линиями — границы, соответствующие с 2 = 0,05.

По результатам экспериментальных исследований для диапазона значений = 0,01-0, 10 получена регрессионная зависимость, характеризующая размеры подобласти А и связывающая инерционно-жесткостные параметры вибромашины (К,, К, m) е логарифмическим декремейтом колебаний д „

Формула изобретения

Способ настройки на резонансные колебания вибромашины с кусочнолинейной характеристикой упругих

20 связей, заключающийся в том, что регулируют жесткости упругих элементов и упругих ограничителей, амплитуду внешнего гармонического возбуждения и величину зазора между рабоI чим 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 ши> /9 (1 — — Р) (К g m /5 5, 2

3 жесткость К2 упругих ограничителей— из соотношения К2 g 4К,, величину зазора А между рабочим органом и упругими ограничителями — из соотношения д = (0,05-0,1)Х,а амплитуду P внешнего гармонического возбуждения — из соотношения P = — (0,525-1,2) К„Х, где m — масса рабочего органа; щ — частота возбуждения; Х вЂ” величина полуразмаха колебаний рабочего органа; d - логарифмический декремент колебаний. )»

Кг

Я

1351696

А -ar

A=8

8Я авиа. Ф,=o us д, =а п5 Ю

6Г/

Д Ж/ 7

1351696

"а

g8 q. cd llhg/т

Составитель Н. Вартанова

Техред Л.Сердюкова

Редактор А.Огар

Корректор Н.Король

Подписное

Заказ 5520/9 Тираж 438

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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