PL238058B1 - Hybrydowe urządzenie wibracyjne, zwłaszcza do stabilizacji wymiarów wyrobów metalowych - Google Patents

Abstract

Hybrydowe urządzenie wibracyjne, zwłaszcza do stabilizacji wymiarów wyrobów metalowych, posiada wibrator oraz układ napędowy dwuźródłowy, który realizuje drgania mechaniczne oraz ma układ sterowania (1) z modułem pomiarowym, wyposażony w system mikroprocesorowy z oprogramowaniem. Układ sterowania (1) jest sprzężony z układem napędowym indukcyjnym (3) oraz układem napędowym pneumatycznym (5), stanowiące układ napędowy dwuźródłowy, a każdy napęd posiada odpowiedni wibrator (4, 6) którego częstotliwość obrotów, w odrębnych czasowo fazach działania, zadawana jest z układu sterowania (1) każdorazowo w zakresie częstotliwości rezonansowych stabilizowanego obiektu (7) aż do uzyskania zadanych wartości parametrów.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest hybrydowe urządzenie wibracyjne, zwłaszcza do stabilizacji wymiarów wyrobów metalowych, w tym spawanych, odlewanych i przerabianych plastycznie.

Urządzenie może również być stosowane w technologii maszyn do podwyższania stabilności wymiarowej wyrobów w zastępstwie wyżarzania odprężającego oraz do realizacji technologicznych procesów wibracyjnych.

Znane jest zastosowanie procesu stabilizacji wibracyjnej w celu uzyskania stabilności wymiarowej wyrobów, zwłaszcza tych wytworzonych w procesach technologicznych np. odlewania, spawania, przeróbki plastycznej, obróbki cieplnej i innych. Polega on na odpowiednim wprowadzeniu wyrobu w drgania mechaniczne przy pomocy urządzeń wyposażonych w wibratory współpracujące ze sterowanym układem napędowym. Stosuje się m. innymi indukcyjne układy napędowe prądu przemiennego lub prądu stałego, umożliwiające osiągnięcie roboczych częstotliwości zwykle do 100 Hz i sporadycznie do 200 Hz. Znany z opisu patentu PL225544B1 motowibrator do stabilizacji wibracyjnej wymiarów konstrukcji, posiada stojan w kształcie pierścienia przymocowany do jednej z tarcz łożyskowych, a w zespole wirującym do nieruchomo zamocowanej na wałku stałej masy niewyrównoważonej przymocowany jest wirnik, natomiast druga ruchoma masa niewyrównoważona posiada możliwość obrotu względem stałej masy. Ponadto w ruchomej masie niewyrównoważonej wykonane są łopatki wymuszające przepływ powietrza chłodzącego przez wloty w tarczach łożyskowych.

Znane jest z opisu patentu US4968359 prowadzenie procesu zmniejszania naprężenia części metalowych z zastosowaniem, przez dłuższy czas, częstotliwości podharmonicznej ustalonej po etapie testowym i odpowiadającej amplitudzie drgań równej 1/3 amplitudy maksymalnej drgań.

Znany jest z opisu patentu US7175722B2 sposób i urządzenie do usuwania naprężeń wewnętrznych z wykorzystaniem wielu źródeł energii w wyrobach poddanych obróbce mechanicznej lub termicznej. W celu zmiany właściwości fizycznych przedmiotu sposobem według wynalazku, stosuje się w jednostce czasu jednocześnie dwa źródła energii, z których jedno dostarcza energię cieplną, natomiast drugie jest źródłem wibracji. Natomiast z opisu patentu US7439470B2 znane jest urządzenie, które zawiera wiele źródeł wibracji nadających drgania materiałowi, przy czym urządzenie przeznaczone jest do wytwarzania materiału podczas zmiany fazy ze stałej, płynnej lub stałego proszku - w spójną substancję stałą. Źródła wibracji generują drgania o różnych, nieharmonicznych częstotliwościach i oscylacjach w co najmniej dwóch różnych kierunkach. Wibracje mogą być stosowane i/lub przekazywane bezpośrednio do materiału za pomocą różnych źródeł wibracji, w tym, ale nie wyłącznie, przetworników piezoelektrycznych, silników, urządzeń elektromagnetycznych, źródeł laserowych, urządzeń akustycznych i ich kombinacji.

Realizacja procesu w przypadku wyrobu o większej sztywności i tym samym wyższej częstotliwości rezonansowej przy pomocy systemu o niższej częstotliwości wymuszenia dynamicznego jest mniej skuteczna. Tym samym procesy stabilizacji wibracyjnej realizowane przy pomocy takich systemów mają istotne ograniczenia co do wielkości, sztywności i masy wyrobów. Dotyczy to w szczególności znaczącego asortymentu elementów maszyn, które mają dużą sztywność, a muszą charakteryzować się wysoką stabilnością wymiarową.

Hybrydowe urządzenie wibracyjne, zwłaszcza do stabilizacji wymiarów wyrobów metalowych, według wynalazku, posiada wibrator oraz układ napędowy dwuźródłowy, który realizuje drgania mechaniczne oraz ma układ sterowania z modułem pomiarowym, wyposażony w system mikroprocesorowy z oprogramowaniem, charakteryzuje się tym, że układ sterowania jest sprzężony z układem napędowym indukcyjnym oraz układem napędowym pneumatycznym, stanowiące układ napędowy dwuźródłowy, a każdy napęd posiada odpowiedni wibrator, którego częstotliwość obrotów, w odrębnych czasowo fazach działania, zadawana jest z układu sterowania każdorazowo w zakresie częstotliwości rezonansowych stabilizowanego obiektu aż do uzyskania zadanych wartości parametrów.

Układ napędowy pneumatyczny jest sterowany poprzez zawór proporcjonalny i ma wibrator pneumatyczny, a układ napędowym indukcyjny jest sterowany poprzez falownik i ma wibrator indukcyjny.

Częstotliwość obrotów wibratora zawiera się w zakresie od 100 Hz do 1000 Hz, przy czym częstotliwość obrotów wibratora indukcyjnego zawiera się w zakresie od 100 Hz do 300 Hz,

Obydwa układy napędowe umieszczone są we wspólnej obudowie.

W urządzeniu, według wynalazku zastosowano system hybrydowy składający się z dwóch układów napędowych, co umożliwia prowadzenie procesu stabilizacji wibracyjnej obiektów o znacznej sztywności, z wykorzystaniem jednego układu sterowania.

PL 238 058 B1

Hybrydowe urządzenie do stabilizacji wibracyjnej wymiarów, posiada we wspólnej obudowie, (niepokazanej na rysunku), układ napędowy dwuźródłowy, który generuje drgania mechaniczne i poprzez wibratory wprowadza w wibracje stabilizowany obiekt 7. Ponadto ma układ sterowania 1 z modułem pomiarowym, wyposażony w system mikroprocesorowy z oprogramowaniem do rejestracji, analizy i przetwarzania wartości mierzonych i zadanych oraz ich wizualizacji. Moduł pomiarowy posiada układ pomiaru amplitudy przyśpieszeń i czujnik przyśpieszeń 2 zamocowany na stabilizowanym obiekcie.

Układ napędowy dwuźródłowy stanowią dwa układy tj. napęd indukcyjny 3 i napęd pneumatyczny 5, przy czym układ napędowy indukcyjny 3 z przekształtnikiem częstotliwości tj. falownikiem 3a sterowanym, współdziała z wibratorem indukcyjnym 4. Natomiast układ napędowy pneumatyczny 5 z zaworem proporcjonalnym 5a współdziała z wibratorem pneumatycznym 6. Zarówno falownik 3a jak i zawór proporcjonalny 5a układów napędowych są sterowane przez wspólny układ sterowania 1.

Układ sterowania 1 zadaje a system mikroprocesorowy modułu pomiarowego analizuje i rejestruje przebieg procesu tj. wielkości dynamiczne np. amplitudy przyśpieszeń, częstotliwości rezonansowe, na potrzeby edycji i zapamiętywania danych oraz tworzy i uzupełnia bazę danych.

Układ napędowy indukcyjny 3, który służy do zasilania wibratora indukcyjnego 4 umożliwia uzyskanie prędkości obrotowej (częstotliwości wymuszenia dynamicznego) wibratora w zakresie do 200 Hz. Układ napędowy pneumatyczny 5, który służy do zasilania wibratora pneumatycznego 6, w zależności od potrzeb turbinowego, wałeczkowego lub kulkowego, umożliwia uzyskanie przez niego prędkości obrotowej (częstotliwości wymuszenia dynamicznego) w zakresie do 700 Hz lub wyższej, w zależności od potrzeby.

Układy napędowe działają niezależnie i realizują proces stabilizacji wibracyjnej w określonych sekwencjach technologicznych różniących się częstotliwościami rezonansowymi. Natomiast układ sterownia 1, w zależności od fazy działania, zadaje sygnały wzbudzające układ napędowy indukcyjny 3 lub pneumatyczny 5. Dla stabilności wymiarowej obiektu 7 najkorzystniejsze jest prowadzenie tego procesu przy częstotliwości drgań wymuszonych odpowiadające częstotliwości rezonansowej, czyli częstotliwości drgań własnych. Częstotliwość rezonansową stabilizowanego obiektu 7 wyznacza się przez dostrojenie do niej częstotliwości wymuszonych drgań odpowiedniego wibratora, którego częstotliwość obrotów zadawana jest z układu sterowania 1.

W pierwszej fazie realizacji procesu stabilizacji wibracyjnej, wibrator indukcyjny 4 umieszcza się na obiekcie 7, a układ sterujący 1 uruchamia układ napędowy indukcyjny 3 z falownikiem 3a.

Po zrealizowaniu pierwszej fazy stabilizacji wymiarowej obiektu 7 w zakresie częstotliwości wibratora indukcyjnego 4 w ustalonym przez układ sterujący czasie, następuje faza druga, w której układ sterujący 1 uaktywnia układ napędowy pneumatyczny 5 i wibrator pneumatyczny 6.

Ponowne strojenie częstotliwości rezonansowych, w fazie drugiej stabilizacji obiektu 7, zaczyna się od ustalenia wstępnej częstotliwości, wyższej od częstotliwości rezonansowych zarejestrowanych przez moduł pomiarowy podczas aktywności układu indukcyjnego 3 w fazie pierwszej procesu.

Po osiągnięciu częstotliwości wstępnej, układ sterujący 1 realizuje strojenie częstotliwości rezonansowych przy pomocy zaworu proporcjonalnego 5a i wibratora pneumatycznego 6 w całym - możliwym do osiągnięcia zakresie częstotliwości wymuszenia dynamicznego. Proces stabilizacji wibracyjnej zostanie zrealizowany przy częstotliwościach wyższych niż w fazie pierwszej w czasie ustalonym przez układ sterujący 1.

Claims (5)

1. Hybrydowe urządzenie wibracyjne, zwłaszcza do stabilizacji wymiarów wyrobów metalowych, posiada wibrator oraz układ napędowy dwuźródłowy, który realizuje drgania mechaniczne oraz ma układ sterowania z modułem pomiarowym, wyposażony w system mikroprocesorowy z oprogramowaniem, znamienne tym, że układ sterowania /1/ jest sprzężony z układem napędowym indukcyjnym /3/ oraz układem napędowym pneumatycznym /5/, stanowiące układ napędowy dwuźródłowy, a każdy napęd posiada odpowiedni wibrator /4,6/ którego częstotliwość obrotów, w odrębnych czasowo fazach działania, zadawana jest z układu sterowania /1/ każdorazowo w zakresie częstotliwości rezonansowych stabilizowanego obiektu /7/ aż do uzyskania zadanych wartości parametrów.

2. Hybrydowe urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że układ napędowy pneumatyczny /5/ jest sterowany poprzez zawór proporcjonalny /5a/ i ma wibrator pneumatyczny/6/.

PL 238 058 Β1

3. Hybrydowe urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że układ napędowym indukcyjny /3/jest sterowany poprzez falownik /3a/ i ma wibrator indukcyjny /4/.

4. Hybrydowe urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że częstotliwość obrotów wibratora /4,6/ zawiera się w zakresie od 100 Hz do 1000 Hz, przy czym częstotliwość obrotów wibratora indukcyjnego /4/ zawiera się w zakresie od 100 Hz do 300 Hz.

5. Hybrydowe urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że układ napędowy indukcyjny /3/ oraz układ napędowy pneumatyczny /5/ umieszczone są we wspólnej obudowie.