RU2335352C2 - Method of deriving and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation - Google Patents
Method of deriving and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2335352C2 RU2335352C2 RU2004119580/28A RU2004119580A RU2335352C2 RU 2335352 C2 RU2335352 C2 RU 2335352C2 RU 2004119580/28 A RU2004119580/28 A RU 2004119580/28A RU 2004119580 A RU2004119580 A RU 2004119580A RU 2335352 C2 RU2335352 C2 RU 2335352C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working body
- vibration
- vibrations
- force
- periodic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности.The invention relates to vibration technology and can be used in various industries.
Известен по А.С. СССР 1269854, В06В 1/14, способ возбуждения колебаний заданной частоты в вибрационной резонансной системе с двумя степенями свободы, заключающийся в том, что на вибрационную резонансную систему воздействуют возмущающей силой, при этом для вибрационных систем с упругими элементами, имеющими билинейную характеристику с изломом в положении статического равновесия, частоту возмущающей силы ν выбирают близкой к сумме двух собственных частот ω1 и ω2 колебательной системы и определяют из соотношенияKnown by A.S. USSR 1269854, B06B 1/14, a method of exciting oscillations of a given frequency in a vibrational resonance system with two degrees of freedom, which consists in the fact that the vibrating resonance system is subjected to a disturbing force, while for vibration systems with elastic elements having a bilinear characteristic with a kink in the position of static equilibrium, the frequency of the perturbing force ν is chosen close to the sum of two natural frequencies ω 1 and ω 2 of the oscillatory system and is determined from the relation
где m1 и m2 - массы колеблющихся тел; К и К'=K+K1 - коэффициенты жесткости билинейной характеристики упругой подвески.where m 1 and m 2 are the masses of the oscillating bodies; K and K '= K + K 1 are the stiffness coefficients of the bilinear characteristics of the elastic suspension.
Недостатком способа является необходимость применения уравновешивающей массы, которая, как правило, имеет величину того же порядка, что и масса рабочего органа. Это приводит к значительному увеличению металлоемкости и усложнению конструкции устройства для осуществления способа. Кроме того, при большой массе рабочего органа получение резонансных колебаний на частотах возмущающей силы, создаваемых широко распространенными вибраторами (от 16 до 100 Гц), требует выполнения упругого элемента, связывающего рабочий орган и уравновешивающую массу с исключительно высокой жесткостью. Это требование в свою очередь создает проблему при практической реализации, т.к. узел вибрационной установки, выполняющий функцию уравновешивающей массы, должен иметь в зонах вокруг мест присоединения упругого элемента практически на порядок более высокую жесткость, чем упругий элемент. В противном случае этот узел будет испытывать подобно упругому элементу значительные деформации, что приведет к его поломке.The disadvantage of this method is the need to use a balancing mass, which, as a rule, has a value of the same order as the mass of the working body. This leads to a significant increase in metal consumption and the complexity of the design of the device for implementing the method. In addition, with a large mass of the working body, obtaining resonant oscillations at the frequencies of the disturbing force created by the widespread vibrators (from 16 to 100 Hz) requires the implementation of an elastic element connecting the working body and balancing mass with extremely high rigidity. This requirement in turn creates a problem in practical implementation, as the unit of the vibration unit, which performs the function of balancing mass, should have almost an order of magnitude higher stiffness in the zones around the points of attachment of the elastic element than the elastic element. Otherwise, this node will experience significant deformations like an elastic element, which will lead to its breakage.
Известен по А.С. СССР 1609515, В06В 1/16, способ возбуждения резонансных колебаний механических систем синхронным электродвигателем, заключающийся в подаче на электродвигатель электрического напряжения, в измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фазы измеренного сигнала, его усилении и подаче на электродвигатель, при этом одновременно подают напряжение на фазную обмотку и обмотку возбуждения электродвигателя, изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на обмотки, поворачивают статор до обеспечения условия возбуждения резонансных колебаний.Known by A.S. USSR 1609515, B06B 1/16, a method for exciting resonant vibrations of mechanical systems with a synchronous electric motor, which comprises applying an electric voltage to the electric motor, measuring the vibrations of the mechanical system, performing a phase shift of the measured signal, amplifying it and applying it to the electric motor, while simultaneously applying voltage to the phase winding and the excitation winding of the electric motor, change the amplitude of the voltage supplied to the windings, rotate the stator to ensure that the resonant oscillations.
Данному способу присущи те же недостатки, которые были указаны для предыдущего аналога. Кроме того, способ имеет ограниченные возможности для практического использования в силу высокой сложности, а также по причине использования синхронного электродвигателя, который значительно уступает асинхронному электродвигателю по объемам применения.This method has the same disadvantages that were indicated for the previous analogue. In addition, the method has limited possibilities for practical use due to its high complexity, as well as due to the use of a synchronous electric motor, which is significantly inferior to an asynchronous electric motor in terms of application volume.
Ивестен по А.С. СССР 1726055, В06В 1/16, способ поддержания резонансных колебаний механической системы синхронным электродвигателем, заключающийся в подаче напряжения одновременно на фазную обмотку и обмотку возбуждения электродвигателя, измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фаз измеренного сигнала, усилении его и подаче на электродвигатель, при этом изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на электродвигатель, и поворачивают статор до обеспечения условий возбуждения резонансных колебаний, при измерении колебаний определяют ускорение колебаний механической системы, осуществляют сдвиг фазы измеренного сигнала на π/2, изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на фазную обмотку, и поворачивают статор до совпадения движущего момента с моментом нагрузки, а на обмотку возбуждения подают постоянное напряжение.Ivesten by A.S. USSR 1726055, B06B 1/16, a method for maintaining resonant vibrations of a mechanical system with a synchronous electric motor, which consists in applying voltage to the phase winding and the excitation winding of the electric motor simultaneously, measuring the vibrations of the mechanical system, performing phase shift of the measured signal, amplifying it and applying it to the electric motor, change the amplitude of the voltage supplied to the electric motor, and rotate the stator to ensure the conditions for the excitation of resonant oscillations, when measuring oscillations determine Rapid oscillation of the mechanical system, the phase shift is performed on the measured signal π / 2, change the voltage amplitude applied to the phase winding, the stator and rotated to match the drive torque to a torque load, and the excitation coil is supplied a constant voltage.
Данный способ имеет те же недостатки, которые были указаны для предыдущего аналога.This method has the same disadvantages that were indicated for the previous analogue.
В качестве прототипа выбран способ, осуществленный практически в резонансных вибрационных бункерных питателях и виброподъемниках (см. стр.42-45 и стр.67-69 в книге: В.А.Повидайло, Р.И.Силин, В.А.Щигель. Вибрационные устройства в машиностроении. Машгиз, Москва-Киев, 1962). Анализ конструкций этих вибрационных установок, а также описаний их работы позволяет отнести к существенным признакам осуществленного в них способа следующие признаки: на рабочий орган вибрационной установки воздействуют возмущающей периодической силой взаимодействия с реактивной массой, угловые частоты возмущающей периодической силы и собственных колебаний рабочего органа в колебательной системе настраивают в режим резонансных колебаний подстройкой жесткости основной упругой связи, резонансные колебания рабочего органа возбуждают на основной упругой связи с реактивной массой.As a prototype, a method was chosen that was implemented practically in resonant vibrating hopper feeders and vibro-lifters (see p. 42-45 and p. 67-69 in the book: V.A. Povidailo, R.I. Silin, V.A. Schigel. Vibration devices in mechanical engineering (Mashgiz, Moscow-Kiev, 1962). An analysis of the designs of these vibrational installations, as well as descriptions of their work, allows us to attribute the following features to the essential features of the method implemented in them: the working body of the vibrating installation is affected by the disturbing periodic force of interaction with the reactive mass, the angular frequencies of the disturbing periodic force and the natural vibrations of the working body in the oscillatory system adjust to the mode of resonant vibrations by adjusting the stiffness of the main elastic connection, the resonant vibrations of the working body excite ayut elastic connection to the primary reactive mass.
Недостатки прототипа: необходимость применения реактивной массы, невозможность применения при значительных технологических изменениях массы рабочего органа вследствие нарушения резонансного режима колебаний рабочего органа.The disadvantages of the prototype: the need to use reactive mass, the inability to use with significant technological changes in the mass of the working body due to violations of the resonant mode of oscillations of the working body.
Задачей изобретения является получение резонансных механических колебаний рабочего органа вибрационной установки без применения реактивной массы с возможностью поддержания заданных колебаний рабочего органа при технологических изменениях его массы.The objective of the invention is to obtain resonant mechanical vibrations of the working body of the vibrating installation without the use of reactive mass with the ability to maintain specified oscillations of the working body with technological changes in its mass.
Решение задачи достигается тем, что в предлагаемом способе получения и поддержания резонансных механических колебаний на рабочий орган вибрационной установки воздействуют возмущающей периодической силой, угловые частоты возмущающей периодической силы и собственных колебаний рабочего органа в колебательной системе настраивают в режим резонансных колебаний, причем возмущающую периодическую силу передают рабочему органу через основную упругую связь, в качестве возмущающей периодической силы применяют возмущающую периодическую силу инерции, рабочий орган подвешивают в пространстве на виброизолирующей упругой связи с основанием, резонансные колебания рабочего органа возбуждают на основной упругой связи относительно источника возмущающей периодической силы инерции, при этом угловую частоту резонансных колебаний рабочего органа определяют по формулеThe solution to the problem is achieved by the fact that in the proposed method for obtaining and maintaining resonant mechanical vibrations, the working body of the vibration unit is subjected to perturbing periodic forces, the angular frequencies of the perturbing periodic forces and natural vibrations of the working body in the oscillating system are set to resonant vibrations, and the perturbing periodic force is transmitted to the worker organ through the main elastic bond, as a disturbing periodic force, a disturbing periodic force is used in inertia, the working body is suspended in space on a vibration-isolating elastic connection with the base, the resonant vibrations of the working body are excited on the main elastic connection relative to the source of the perturbing periodic inertia force, while the angular frequency of the resonant vibrations of the working body is determined by the formula
где ω - угловая частота резонансных колебаний рабочего органа в рад/с;where ω is the angular frequency of the resonant vibrations of the working body in rad / s;
С - жесткость основной упругой связи в Н/м;C is the stiffness of the main elastic bond in N / m;
m - масса рабочего органа в кг;m is the mass of the working body in kg;
изменяют угловую частоту возмущающей периодической силы инерции в области частот восходящей части резонансной кривой и настраивают амплитуду колебаний рабочего органа, заданную по технологии, для осуществления которой используется вибрационная установка, измеряют колебания рабочего органа, сигнал измерения колебаний обрабатывают, сравнивают с опорным сигналом, задающим амплитуду колебаний рабочего органа, полученный сигнал ошибки используют в качестве сигнала, управляющего угловой частотой возмущающей периодической силы инерции.change the angular frequency of the perturbing periodic inertia in the frequency region of the ascending part of the resonance curve and adjust the amplitude of the vibrations of the working body, set according to the technology for which the vibration unit is used, measure the vibrations of the working body, process the vibration measurement signal, compare it with a reference signal that sets the vibration amplitude working body, the received error signal is used as a signal that controls the angular frequency of the perturbing periodic inertia force.
Устройство для получения и поддержания резонансных механических колебаний содержит рабочий орган, источник возмущающей периодической силы, основную и виброизолирующую упругие связи, при этом рабочий орган соединен с основанием виброизолирующей упругой связью, в качестве источника возмущающей периодической силы применен инерционный вибратор, связанный с рабочим органом через основную упругую связь, причем основная упругая связь выполнена с жесткостью, определяемой по формулеA device for obtaining and maintaining resonant mechanical vibrations contains a working body, a source of perturbing periodic force, the main and vibration-isolating elastic bonds, while the working body is connected to the base with a vibration-isolating elastic connection, an inertial vibrator connected to the working body through the main one is used as a source of disturbing periodic force elastic bond, and the main elastic bond is made with stiffness, determined by the formula
где C - жесткость основной упругой связи в Н/м;where C is the stiffness of the main elastic bond in N / m;
ωн - номинальная угловая частота возмущающей силы инерционного вибратора в рад/с;ω n is the nominal angular frequency of the disturbing force of the inertial vibrator in rad / s;
mн - номинальная масса рабочего органа в кг;m n - nominal mass of the working body in kg;
жесткости основной и виброизолирующей упругих связей связаны соотношениемthe stiffness of the main and vibration-isolating elastic bonds are related by the ratio
С>>Co C >> C o
где С - жесткость основной упругой связи;where C is the stiffness of the main elastic bond;
Со - жесткость виброизолирующей упругой связи;With about - the rigidity of the vibration-isolating elastic connection;
инерционный вибратор подключен к устройству управления колебаниями рабочего органа, на рабочем органе установлен датчик колебаний, выход которого подключен к входу устройства управления колебаниями рабочего органа, при этом устройство управления колебаниями рабочего органа выполнено с возможностью обработки сигнала датчика колебаний, сравнения его с заданным опорным сигналом и формирования сигнала управления инерционным вибратором по угловой частоте возмущающей периодической силы, а также с возможностью работы в двух режимах: режиме ручной настройки колебаний рабочего органа и режиме автоматического поддержания заданных колебаний рабочего органа.the inertial vibrator is connected to the device for controlling the vibrations of the working body, an oscillation sensor is installed on the working body, the output of which is connected to the input of the device for controlling the vibrations of the working body, while the device for controlling the vibrations of the working body is configured to process the signal of the vibration sensor, comparing it with a given reference signal and generating an inertial vibrator control signal by the angular frequency of a disturbing periodic force, and also with the ability to work in two modes: IU manual adjustment operating element and the oscillation mode automatically maintain the predetermined working body vibrations.
Применение предложенных совокупностей существенных признаков позволяет получить новый технический результат: получить резонансные механические колебания рабочего органа вибрационной установки без применения реактивной массы с возможностью поддержания заданных колебаний рабочего органа при технологических изменениях его массы.The application of the proposed sets of essential features allows you to get a new technical result: to obtain resonant mechanical vibrations of the working body of the vibrating installation without using reactive mass with the ability to maintain the specified oscillations of the working body with technological changes in its mass.
Анализ уровня техники в области вибрационной техники показал, что предложенные в способе и устройстве для его осуществления совокупности существенных признаков являются новыми, явным образом не следуют из уровня техники и таким образом, предлагаемое изобретение является новым и имеет изобретательский уровень.The analysis of the prior art in the field of vibration technology showed that the combination of essential features proposed in the method and device for its implementation are new, do not explicitly follow from the prior art, and thus, the present invention is new and has an inventive step.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема устройства для осуществления способа получения и поддержания резонансных механических колебаний. Устройство содержит рабочий орган 1, который через виброизолирующую упругую связь 2 соединен с основанием 3. Инерционный вибратор 4 связан с рабочим органом через основную упругую связь 5. Инерционный вибратор подключен к устройству управления колебаниями рабочего органа (УУ) 6. На рабочем органе установлен датчик колебаний 7, выход которого подключен к каналу управления УУ.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a device for implementing the method of obtaining and maintaining resonant mechanical vibrations. The device contains a working body 1, which is connected through a vibration-isolating elastic connection 2 to the base 3. The inertial vibrator 4 is connected to the working body through the main elastic connection 5. The inertial vibrator is connected to the vibration control device of the working body (SU) 6. An oscillation sensor is installed on the working body 7, the output of which is connected to the control channel of the SU.
Устройство работает следующим образом. Инерционный вибратор 4 настраивают на заведомо меньшую амплитуду возмущающей периодической силы, чем требуется в номинальном режиме работы вибрационной установки. При максимальном значении массы рабочего органа 1 включают инерционный вибратор 4 и создают в области номинальной угловой частоты возмущающую периодическую силу, которая через основную упругую связь 5 передается к рабочему органу 1. Возникающие при этом резонансные колебания рабочего органа 1 настраивают на максимальную амплитуду с помощью УУ 6 путем совмещения угловой частоты возмущающей периодической силы с угловой частотой резонансных колебаний рабочего органа в колебательной системе "основание - виброизолирующая упругая связь - масса рабочего органа - основная упругая связь - инерционный вибратор". Измеряют колебания рабочего органа 1 и подбирают амплитуду возмущающей периодической силы, при которой достигается требуемое максимальное значение заданного параметра резонансных колебаний: амплитуды или виброускорения рабочего органа. Инерционный вибратор 4 настраивают на выбранное значение амплитуды возмущающей периодической силы. На этом заканчивается подготовка устройства к работе. Далее в соответствии с требованиями технологии, осуществляемой с помощью вибрационной установки, настраивают УУ 6 на заданные колебания рабочего органа. После этого переключают УУ 6 в режим автоматического поддержания заданных колебаний рабочего органа. При этом сигнал датчика колебаний 7 обрабатывается в УУ 6 и сравнивается с заданным опорным сигналом. Полученный сигнал ошибки обрабатывается и формируется выходной сигнал УУ 6, который изменяет соответствующим образом угловую частоту возмущающей периодической силы. Благодаря обратной связи обеспечивается поддержание резонансных механических колебаний рабочего органа вибрационной установки независимо от технологических изменений массы рабочего органа.The device operates as follows. The inertial vibrator 4 is set to a known lower amplitude of the disturbing periodic force than is required in the nominal operating mode of the vibration unit. At the maximum value of the mass of the working body 1, an inertial vibrator 4 is turned on and a disturbing periodic force is generated in the region of the nominal angular frequency, which is transmitted through the main elastic connection 5 to the working body 1. The resulting resonant vibrations of the working body 1 are adjusted to the maximum amplitude with the help of CC 6 by combining the angular frequency of the disturbing periodic force with the angular frequency of the resonant vibrations of the working body in the vibrational system "base - vibration-isolating elastic bond - mass ca working body - the main elastic connection is an inertial vibrator. " Measure the vibrations of the working body 1 and select the amplitude of the perturbing periodic force at which the required maximum value of the given parameter of the resonant vibrations is achieved: the amplitude or vibration acceleration of the working body. The inertial vibrator 4 is adjusted to the selected amplitude value of the perturbing periodic force. This completes the preparation of the device for work. Further, in accordance with the requirements of the technology carried out with the help of a vibration unit, the UU 6 is adjusted to the specified oscillations of the working body. After that, switch UU 6 to the mode of automatically maintaining the given oscillations of the working body. In this case, the signal of the vibration sensor 7 is processed in UU 6 and compared with a given reference signal. The received error signal is processed and the output signal of the control unit 6 is formed, which changes the angular frequency of the disturbing periodic force accordingly. Thanks to the feedback, the resonant mechanical vibrations of the working body of the vibrating unit are maintained regardless of technological changes in the mass of the working body.
Способ получения и поддержания резонансных механических колебаний осуществляется следующим образом. Физико-механическая сущность действий, выполняемых при осуществлении способа, поясняется анализом условий, имеющих определяющее значение для реализации способа.The method of obtaining and maintaining resonant mechanical vibrations is as follows. The physical and mechanical nature of the actions performed during the implementation of the method is illustrated by the analysis of conditions that are crucial for the implementation of the method.
Первое условие: рабочий орган необходимо подвесить в пространстве на упругой связи, которая практически не должна оказывать влияния на вынужденные колебания рабочего органа, возбуждаемые возмущающей периодической силой. Очевидно, что это условие может быть выполнено, если рабочий орган будет связан с основанием виброизолирующей упругой связью, отличительной особенностью которой является низкая жесткость (см. стр.102 и 178 в книге: Ивович В.А., Онищенко В.Я. Защита от вибрации в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.: ил.).The first condition: the working body must be suspended in space on an elastic bond, which should practically not affect the forced vibrations of the working body, excited by a disturbing periodic force. Obviously, this condition can be fulfilled if the working body is connected to the base with a vibration-isolating elastic bond, the distinguishing feature of which is low rigidity (see pages 102 and 178 in the book: Ivovich V.A., Onishchenko V.Ya. Protection against vibration in mechanical engineering. - M.: Mechanical Engineering, 1990. - 272 pp., ill.).
Второе условие: действие возмущающей периодической силы необходимо передавать рабочему органу через упругую связь (назовем ее основной упругой связью). Если это условие не будет выполнено, то рабочий орган может совершать резонансные колебания только на виброизолирующей упругой связи. Однако эти колебания не могут быть приняты в качестве рабочих по причине низкой угловой частоты резонансных колебаний и, как следствие этого, - низкого значения создаваемого виброускорения. Возможность же увеличения амплитуды колебаний ограничена требованиями технологии, а также нарастающим динамическим воздействием рабочего органа на основание, что нарушает требования по виброизоляции.The second condition: the action of a disturbing periodic force must be transmitted to the working body through an elastic connection (we will call it the main elastic connection). If this condition is not met, then the working body can make resonant oscillations only on a vibration-isolating elastic connection. However, these vibrations cannot be accepted as workers because of the low angular frequency of resonant vibrations and, as a consequence of this, the low value of the generated vibration acceleration. The possibility of increasing the amplitude of the oscillations is limited by the requirements of the technology, as well as the increasing dynamic effect of the working body on the base, which violates the requirements for vibration isolation.
Третье условие: необходимо обеспечить принудительные периодические перемещения конца основной упругой связи, соединенного с источником возмущающей периодической силы. Такие перемещения приведут к появлению динамических деформаций в основной упругой связи. При этом будет происходить периодическая передача механической энергии от источника возмущающей периодической силы к основной упругой связи. Как известно, запас потенциальной энергии в деформируемой упругой связи составляетThird condition: it is necessary to provide forced periodic movements of the end of the main elastic bond, connected to a source of disturbing periodic force. Such displacements will lead to the appearance of dynamic strains in the main elastic bond. In this case, a periodic transfer of mechanical energy from a source of disturbing periodic force to the main elastic bond will occur. As is known, the potential energy reserve in a deformable elastic bond is
где u - потенциальная энергия в Дж;where u is the potential energy in J;
С - жесткость упругой связи в Н/м;C is the stiffness of the elastic bond in N / m;
a - амплитуда колебаний в м;a is the oscillation amplitude in m;
(см. стр.244 в книге: Справочник машиностроителя в трех томах. Том 3. Под ред. С.В.Серенсена и Н.С.Ачеркана. Гос. научно-техн. изд-во машиностроит. лит-ры. М., 1951, с.1098). Появление запаса потенциальной энергии в основной упругой связи (допустим, при ее сжатии) приведет к тому, что эта энергия, не имея со стороны массы рабочего органа ограничений по ее высвобождению, приведет в движение рабочий орган. Следовательно, начнется процесс перехода потенциальной энергии деформации основной упругой связи в кинетическую энергию движения рабочего органа. Поскольку конец основной упругой связи соединен с источником возмущающей периодической силы и, следовательно, совершает принудительные перемещения, то начавшееся движение рабочего органа прекратится, как только его кинетическая энергия перейдет в потенциальную энергию растяжения основной упругой связи. Благодаря взаимному переходу потенциальной и кинетической энергии начнется процесс вынужденных колебаний рабочего органа. Принципиально важное значение имеет то, что эти колебания будут определяться практически только жесткостью основной упругой связи и массой рабочего органа. Влиянием виброизолирующей упругой связи можно пренебречь, т.к. ее жесткость по требованиям виброизоляции должна быть более чем на порядок меньшей по сравнению с жесткостью основной упругой связи. Кроме того, при осуществлении предлагаемого способа соотношение жесткостей основной и виброизолирующей упругих связей многократно изменится и можно принять, что(see p. 244 in the book: Reference book of a machine builder in three volumes. Volume 3. Edited by S.V. Serensen and N.S. Acherkan. State Scientific and Technical Publishing House of Machine-Building Literature. M. , 1951, p. 1098). The appearance of a reserve of potential energy in the main elastic bond (for example, when it is compressed) will lead to the fact that this energy, having no restrictions on its release from the mass of the working body, will set the working body in motion. Consequently, the process of transition of the potential energy of deformation of the main elastic bond to the kinetic energy of movement of the working body will begin. Since the end of the main elastic bond is connected to a source of perturbing periodic force and, therefore, makes forced movements, the movement of the working body that has begun will stop as soon as its kinetic energy passes into the potential tensile energy of the main elastic bond. Due to the mutual transition of potential and kinetic energy, the process of forced oscillations of the working body will begin. Of fundamental importance is the fact that these oscillations will be determined almost exclusively by the stiffness of the main elastic bond and the mass of the working body. The effect of vibration-isolating elastic coupling can be neglected, because its rigidity according to the requirements of vibration isolation should be more than an order of magnitude less than the rigidity of the main elastic bond. In addition, in the implementation of the proposed method, the ratio of the stiffnesses of the main and vibration-isolating elastic bonds will change many times and we can assume that
C>>Co,C >> C o ,
где С - жесткость основной упругой связи;where C is the stiffness of the main elastic bond;
Со - жесткость виброизолирующей упругой связи.With about - the stiffness of the vibration-isolating elastic bond.
Дело в том, что предлагаемый способ открывает возможность конструирования вибрационных установок на высокие частоты колебаний, что при значительных массах рабочих органов приводит к весьма высоким значениям жесткости основной упругой связи, на которой будут совершаться резонансные колебания. Например, для получения резонансных колебаний рабочего органа массой m=600 кг при частоте колебаний f=50 Гц требуется обеспечить жесткость основной упругой связиThe fact is that the proposed method opens up the possibility of constructing vibrational installations at high vibrational frequencies, which, with significant masses of the working bodies, leads to very high stiffnesses of the main elastic coupling at which resonant vibrations will occur. For example, to obtain resonant vibrations of a working body with a mass of m = 600 kg at an oscillation frequency of f = 50 Hz, it is necessary to ensure the rigidity of the main elastic bond
Сопоставление полученного значения с жесткостью распространенных в вибрационных установках виброизолирующих упругих опор показывает, что различие в жесткости превышает два порядка. Например, жесткость виброизолирующих опор, используемых в вибросите СВ1Л для очистки бурового раствора (выпускаемого по ТУ 39-0147001-145-96), составляет Со≈42,4·104 Н/м. Принимая во внимание, что масса рамы вибрирующей указанного вибросита составляет около 600 кг, можно корректно сопоставить полученные значения жесткостей. Получаем C:Co=5916·104:42,4·104=139,5. Таким образом, жесткость виброизолирующей связи рабочего органа с основанием в предлагаемом способе практически не будет влиять на колебания рабочего органа.Comparison of the obtained value with the stiffness of vibration-isolating elastic supports common in vibration installations shows that the difference in stiffness exceeds two orders of magnitude. For example, the rigidity of the vibration isolating supports used in the CB1L vibrating screen for cleaning drilling mud (produced according to TU 39-0147001-145-96) is C about ≈42.4 · 10 4 N / m. Taking into account that the mass of the vibrating frame of the indicated vibrating screen is about 600 kg, it is possible to correctly compare the obtained stiffness values. We get C: C o = 5916 · 10 4 : 42.4 · 10 4 = 139.5. Thus, the stiffness of the vibration-isolating connection of the working body with the base in the proposed method will practically not affect the vibrations of the working body.
Предложенный механизм возбуждения вынужденных колебаний массы, подвешенной в пространстве на виброизолирующей упругой связи, относительно конца основной упругой связи, получающего принудительные периодические перемещения (а не относительно основания или реактивной массы), согласуется с данными теории механических колебаний. Так, известна задача о поведении подобной колебательной системы, включающей массу m и упругий элемент жесткостью Сn, причем упругий элемент прикреплен с одной стороны к основанию, а с другой стороны соединен с массой. При этом рассматривается передача возбуждающей силы к массе через упругий элемент. Для этого условно принято, что закрепленный конец упругого элемента (т.е. основание) совершает принудительные периодические перемещения (см. стр.250-251 в книге: Справочник машиностроителя в трех томах. Том 3. Под ред. С.В.Серенсена и Н.С.Ачеркана. Гос. научно-техн. изд-во машиностроит. лит-ры. М., 1951, с.1098). Показано, что если перемещение конца упругого элемента происходит по законуThe proposed mechanism for exciting forced oscillations of a mass suspended in space on a vibration-isolating elastic bond relative to the end of the main elastic coupling receiving forced periodic displacements (and not relative to the base or reactive mass) is consistent with the data of the theory of mechanical vibrations. So, the known problem of the behavior of such an oscillatory system, including mass m and an elastic element of rigidity C n , and the elastic element is attached on one side to the base, and on the other hand connected to the mass. In this case, the transfer of the exciting force to the mass through the elastic element is considered. For this, it is conditionally accepted that the fixed end of the elastic element (i.e., the base) performs forced periodic movements (see pages 250-251 in the book: Machine-builder Handbook in three volumes. Volume 3. Edited by S.V.Serensen and N.S. Acherkana (State Scientific and Technical Publishing House of Machine-Building Literature, Moscow, 1951, p. 1098). It is shown that if the movement of the end of the elastic element occurs according to the law
где X - перемещение;where X is the displacement;
r - амплитуда перемещения;r is the amplitude of displacement;
ω - угловая частота перемещения;ω is the angular displacement frequency;
t - текущее время;t is the current time;
"то получается такое абсолютное перемещение массы m в пространстве, какое вызвала бы приложенная к ней внешняя сила Q"then we get such an absolute displacement of mass m in space, which would cause the external force Q applied to it
Q=Сn·r·sinωt при неподвижном закреплении конца упругого элемента.Q = С n · r · sinωt with motionless fixing of the end of the elastic element.
Внешняя сила, создающая при неподвижном закреплении такую же динамическую деформацию упругого элемента, какая имеет место в рассматриваемой системе, равна Q=m·r·ω2·sinωt".The external force, which creates with the fixed fastening the same dynamic deformation of the elastic element as occurs in the system under consideration, is equal to Q = m · r · ω 2 · sinωt ".
Таким образом, можно сделать вывод о том, что периодическое принудительное перемещение конца основной упругой связи будет возбуждать на этой же связи вынужденные колебания рабочего органа с параметрами, которые будут определяться практически только массой рабочего органа и жесткостью основной упругой связи. Практически такой способ осуществлен при кинематическом принудительном перемещении конца упругого элемента, передающего возбуждающую силу массе, связанной с основанием еще одним упругим элементом (см. стр.351 в книге: С.В.Серенсен и др. Динамика машин для испытаний на усталость. М.: Машиностроение, 1967). Для обоснования заявляемого способа приведенная ссылка важна тем, что авторами указанной работы экспериментально было установлено, что колебательная система "основание - упругая связь жесткостью С1 - масса m - упругая связь жесткостью С2 - узел кинематического принудительного периодического перемещения конца упругой связи, опирающийся на основание с другой стороны" имеет две резонансные угловые частоты ω1 и ω2, определяемые по формулам:Thus, it can be concluded that periodic forced displacement of the end of the main elastic bond will cause forced vibrations of the working body with parameters that will be determined almost exclusively by the mass of the working body and the stiffness of the main elastic bond. In practice, this method was carried out with a kinematic forced displacement of the end of an elastic element that transmits the exciting force to the mass associated with the base with another elastic element (see page 351 in the book: S.V.Serensen et al. Dynamics of Fatigue Testing Machines. M. : Engineering, 1967). To justify the proposed method, the cited link is important in that the authors of this work experimentally established that the vibrational system "base - elastic bond with rigidity C 1 - mass m - elastic bond with rigidity C 2 - node kinematic forced periodic movement of the end of the elastic bond, based on the base on the other hand, "has two resonant angular frequencies ω 1 and ω 2 determined by the formulas:
Применительно к предлагаемому способу C2>>C1, что приводит к формуле для определения угловой частоты резонансных колебаний рабочего органа относительно инерционного вибратораIn relation to the proposed method, C 2 >> C 1 , which leads to the formula for determining the angular frequency of the resonant vibrations of the working body relative to the inertial vibrator
где ω - угловая частота резонансных колебаний рабочего органа в рад/с;where ω is the angular frequency of the resonant vibrations of the working body in rad / s;
С - жесткость основной упругой связи в Н/м;C is the stiffness of the main elastic bond in N / m;
m - масса рабочего органа в кг.m is the mass of the working body in kg.
Четвертое условие: необходимо обеспечить возможность выполнения третьего условия без опоры источника возмущающей периодической силы на основание или реактивную массу. Это условие может быть выполнено практически только при использовании источника возмущающей силы инерционной природы. Как известно, силы инерции обусловлены не взаимодействием тел, а свойствами самих неинерциальных систем отсчета (см. стр.48-52 в книге: Иродов И.Е. Основные законы механики: Учебн. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. - М.: Высшая школа, 1978. - 240 с., ил.). Очевидно, что данное условие может быть выполнено при использовании центробежных вибраторов или вибраторов с возвратно-поступательным движением массы.Fourth condition: it is necessary to ensure the possibility of fulfilling the third condition without supporting the source of disturbing periodic force on the base or reactive mass. This condition can be fulfilled practically only when using a source of disturbing force of inertial nature. As you know, the forces of inertia are caused not by the interaction of bodies, but by the properties of the non-inertial reference systems themselves (see pp. 48-52 in the book: I. Herod. Basic laws of mechanics: Textbook for universities. - 2nd ed., Revised) . - M.: Higher School, 1978. - 240 p., Ill.). Obviously, this condition can be fulfilled when using centrifugal vibrators or vibrators with reciprocating motion of the mass.
Пятое условие: необходимо обеспечить возможность плавного совмещения угловых частот возмущающей периодической силы и собственных колебаний рабочего органа для получения режима резонанса, а также для регулирования амплитуды резонансных колебаний при настройке установки на требуемый режим работы. В предлагаемом способе данное условие выполняется путем изменения угловой частоты возмущающей периодической силы инерции.Fifth condition: it is necessary to ensure the smooth combination of the angular frequencies of the perturbing periodic force and the natural vibrations of the working body to obtain a resonance mode, as well as to regulate the amplitude of the resonant vibrations when tuning the installation to the desired operating mode. In the proposed method, this condition is satisfied by changing the angular frequency of the perturbing periodic inertial force.
Шестое условие: для поддержания заданных колебаний рабочего органа при технологических изменениях его массы необходима система автоматического регулирования колебаний рабочего органа с обратной связью. В предлагаемом способе такая система предусмотрена.The sixth condition: to maintain the given oscillations of the working body with technological changes in its mass, a system for automatically controlling the vibrations of the working body with feedback is necessary. In the proposed method, such a system is provided.
Для осуществления способа выполняют следующие действия. Рабочий орган вибрационной установки подвешивают в пространстве на виброизолирующей упругой связи с основанием. Источник возмущающей периодической силы инерции настраивают на заведомо меньшую амплитуду создаваемой силы, чем требуется для достижения максимальной заданной амплитуды колебаний рабочего органа. Загружают массу рабочего органа до максимального значения. Создают возмущающую периодическую силу инерции, действие которой передают рабочему органу через основную упругую связь. Изменяют угловую частоту возмущающей периодической силы инерции в области угловой частоты резонансных колебаний рабочего органа, которую предварительно определяют по формулеTo implement the method perform the following steps. The working body of the vibration unit is suspended in space on a vibration-isolating elastic connection with the base. The source of the perturbing periodic inertial force is adjusted to a deliberately lower amplitude of the generated force than is required to achieve the maximum specified amplitude of the oscillations of the working body. Download the mass of the working body to the maximum value. They create a disturbing periodic force of inertia, the action of which is transmitted to the working body through the main elastic connection. Change the angular frequency of the perturbing periodic inertia in the region of the angular frequency of the resonant vibrations of the working body, which is previously determined by the formula
где ω - угловая частота резонансных колебаний рабочего органа в рад/с;where ω is the angular frequency of the resonant vibrations of the working body in rad / s;
С - жесткость основной упругой связи в Н/м;C is the stiffness of the main elastic bond in N / m;
m - масса рабочего органа в кг.m is the mass of the working body in kg.
Настраивают угловую частоту возмущающей периодической силы инерции на режим получения резонансных колебаний рабочего органа с максимальной амплитудой. При этой настройке проводят корректировку амплитуды возмущающей периодической силы инерции исходя из необходимости обеспечения максимальной заданной амплитуды колебаний рабочего органа. Изменяют угловую частоту возмущающей периодической силы инерции в области частот восходящей части резонансной кривой и настраивают амплитуду колебаний рабочего органа, заданную по технологии, для осуществления которой используется вибрационная установка. Измеряют колебания рабочего органа, сигнал измерения обрабатывают, сравнивают с опорным сигналом, задающим требуемую амплитуду колебаний рабочего органа. Полученный сигнал ошибки используют в качестве сигнала, управляющего угловой частотой возмущающей периодической силой инерции.The angular frequency of the perturbing periodic inertia force is adjusted to the mode of obtaining resonant vibrations of the working body with the maximum amplitude. With this setting, the amplitude of the disturbing periodic inertia is adjusted based on the need to ensure the maximum specified amplitude of the oscillations of the working body. The angular frequency of the perturbing periodic inertia force is changed in the frequency region of the ascending part of the resonance curve and the oscillation amplitude of the working body is set, set by the technology for which a vibration installation is used. The vibrations of the working body are measured, the measurement signal is processed, compared with a reference signal that sets the required amplitude of the working body vibrations. The received error signal is used as a signal that controls the angular frequency of the disturbing periodic inertia force.
Данный способ в сравнении с прототипом имеет преимущество, т.к. позволяет получать резонансные механические колебания рабочего органа вибрационной установки без применения реактивной массы с возможностью поддержания заданных колебаний рабочего органа при технологических изменениях его массы.This method in comparison with the prototype has the advantage, because allows you to obtain resonant mechanical vibrations of the working body of the vibrating installation without the use of reactive mass with the ability to maintain specified oscillations of the working body with technological changes in its mass.
Для проверки возможности практического осуществления способа была изготовлена по схеме устройства для реализации способа модель устройства со следующими данными: масса инерционного лабораторного вибратора, выполненного на базе электромотора постоянного тока, mВ=1,5 кг; масса, имитирующая рабочий орган, выбиралась по распространенному на практике соотношению m≥10mВ принято m=15 кг; соотношение жесткостей основной и виброизолирующей упругих связей выбиралось с учетом требования виброизоляции (см. стр.102 в книге В.А.Ивович, В.Я.Онищенко. Защита от вибрации в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990), при этом для С=20·10-4 Н/м жесткость виброизолирующей связи была выбрана равной Со=1,2·104 Н/м. Устройство управления колебаниями рабочего органа было выполнено на основе усилителя постоянного тока и содержало также блоки обработки сигнала датчика колебаний, задатчик опорного сигнала и сравнивающее устройство. В качестве датчика колебаний использовали пьезокерамический датчик детонации, применяемый на двигателях современных автомобилей.To test the feasibility of the practical implementation of the method, a device model with the following data was made according to the device diagram for implementing the method: mass of an inertial laboratory vibrator based on a direct current electric motor, m B = 1.5 kg; the mass imitating the working body was selected according to the ratio m≥10m B widely accepted in practice, m = 15 kg; the ratio of the stiffnesses of the main and vibration-isolating elastic bonds was chosen taking into account the requirements of vibration isolation (see page 102 in the book by V.A. Ivovich, V.Ya. Onishchenko. Protection against vibration in mechanical engineering. M .: Mechanical Engineering, 1990), while for C = 20 · 10 -4 N / m, the stiffness of the vibration-isolating connection was chosen equal to C o = 1.2 · 10 4 N / m. The control device for the oscillations of the working body was made on the basis of a DC amplifier and also contained signal processing units of the oscillation sensor, a reference signal adjuster, and a comparison device. As a vibration sensor, a piezoceramic knock sensor used on the engines of modern cars was used.
Эксперименты показали, что колебательная система имеет три резонансные угловые частоты: низшую ωн=27 рад/с (проявляется при резонансе колебаний массы "рабочего органа" совместно с массой вибратора на виброизолирующей связи относительно основания), среднюю ωc=119 рад/с (проявляется при резонансе колебаний массы "рабочего органа" на основной упругой связи относительно вибратора), высшую ωв=365 рад/с (проявляется при резонансе колебаний массы вибратора на основной упругой связи относительно массы "рабочего органа").The experiments showed that the oscillatory system has three resonant angular frequencies: the lowest ω n = 27 rad / s (manifests itself in the resonance of the oscillations of the mass of the "working body" together with the mass of the vibrator on the vibration-insulating connection relative to the base), the average ω c = 119 rad / s ( manifests itself at a resonance of oscillations of the mass of the "working body" on the main elastic connection with respect to the vibrator), higher ω at = 365 rad / s (manifests itself with the resonance of the oscillations of the mass of the vibrator on the main elastic connection with respect to the mass of the "working body").
Таким образом, наличие средней резонансной угловой частоты подтверждает возможность получения резонансных механических колебаний рабочего органа относительно инерционного вибратора, т.е. без применения реактивной массы.Thus, the presence of an average resonant angular frequency confirms the possibility of obtaining resonant mechanical vibrations of the working body relative to the inertial vibrator, i.e. without the use of reactive mass.
Эксперименты показали также практическую возможность поддержания заданных колебаний "рабочего органа" путем изменения угловой частоты возмущающей силы, - при изменениях массы "рабочего органа" до 30% отклонение амплитуды колебаний не превышало 5%.The experiments also showed the practical possibility of maintaining the given oscillations of the "working body" by changing the angular frequency of the disturbing force - when the mass of the "working body" changes up to 30%, the deviation of the oscillation amplitude did not exceed 5%.
Таким образом, предложенное изобретение промышленно применимо.Thus, the proposed invention is industrially applicable.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004119580/28A RU2335352C2 (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Method of deriving and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004119580/28A RU2335352C2 (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Method of deriving and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004119580A RU2004119580A (en) | 2005-12-10 |
| RU2335352C2 true RU2335352C2 (en) | 2008-10-10 |
Family
ID=35868530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004119580/28A RU2335352C2 (en) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | Method of deriving and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2335352C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2572657C1 (en) * | 2014-10-07 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of automatic setting of resonant modes of oscillations of vibration machine driven by induction motor |
| RU2589639C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Device for automatic tuning and maintenance of resonance modes of oscillations of vibration machine driven by induction motor |
| RU2637578C1 (en) * | 2016-09-19 | 2017-12-05 | Олег Савельевич Кочетов | Vibration insulation system with automatic adjusting and maintaining resonance modes of machine vibration oscilations |
| WO2020234639A1 (en) * | 2019-04-07 | 2020-11-26 | Resonance Technology International Inc. | Single-mass, one-dimensional resonant driver |
-
2004
- 2004-06-30 RU RU2004119580/28A patent/RU2335352C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2572657C1 (en) * | 2014-10-07 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of automatic setting of resonant modes of oscillations of vibration machine driven by induction motor |
| RU2589639C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-07-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Device for automatic tuning and maintenance of resonance modes of oscillations of vibration machine driven by induction motor |
| RU2637578C1 (en) * | 2016-09-19 | 2017-12-05 | Олег Савельевич Кочетов | Vibration insulation system with automatic adjusting and maintaining resonance modes of machine vibration oscilations |
| WO2020234639A1 (en) * | 2019-04-07 | 2020-11-26 | Resonance Technology International Inc. | Single-mass, one-dimensional resonant driver |
| US11338326B2 (en) | 2019-04-07 | 2022-05-24 | Resonance Technology International Inc. | Single-mass, one-dimensional resonant driver |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004119580A (en) | 2005-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2475658C2 (en) | Control method of stiffness of anti-vibration system, and device for its implementation | |
| RU2710314C1 (en) | Method for changing and adjusting the dynamic state of a vibration process machine and a device for realizing said method | |
| RU2335352C2 (en) | Method of deriving and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| Fiebig et al. | Two stage vibration isolation of vibratory shake-out conveyor | |
| RU2624757C1 (en) | Control method of vibration technological machine vibration field structure, based on using dynamic damping effects and device for its implementation | |
| JP2011047718A (en) | Mass measuring device | |
| RU2572657C1 (en) | Method of automatic setting of resonant modes of oscillations of vibration machine driven by induction motor | |
| RU2653961C1 (en) | Method of the amplitude controlling during the automatic tuning to the driven by induction motor vibrating machine vibrations resonance mode | |
| JP6010361B2 (en) | Resonant shaking table | |
| RU2711832C1 (en) | Method for control of dynamic state of process vibration machine and device for implementation thereof | |
| RU2751042C1 (en) | Device for setting, correcting, forming and controlling dynamic state of vibration technological machine and method for its implementation | |
| RU2695899C1 (en) | Method for adjusting vibration amplitude distributions of a vibration table working body and device for its implementation | |
| JP2019128209A (en) | Vibration device and vibration test device with the vibration device | |
| Kundu et al. | Nonlinear feedback self-excitation of modal oscillations in a class of under-actuated two degrees-of-freedom mechanical systems | |
| RU2335353C2 (en) | Method of excitation and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335354C2 (en) | Method of excitation and regulation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335356C2 (en) | Method of excitation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335355C2 (en) | Method of excitation and maintenance of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| JP6010362B2 (en) | Resonant shaking table | |
| RU2335350C2 (en) | Method of excitation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2244755C2 (en) | Bibrostabilization unit | |
| RU2749364C2 (en) | A method of forming, adjusting and adjusting the dynamic state of the working bodies of technological vibration machines based on the introduction of additional elastic connections and a device for its implementation | |
| RU2734839C1 (en) | Vibration process machine dynamic state control device | |
| RU2753983C1 (en) | Method for automatic tuning of resonant vibration modes of vibration machine driven by asynchronous motor | |
| RU2254192C1 (en) | Method for vibration treatment of axially symmetrical elongated parts and apparatus for performing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120701 |