RU2335355C2 - Method of excitation and maintenance of resonance mechanical oscillations and device for its realisation - Google Patents
Method of excitation and maintenance of resonance mechanical oscillations and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2335355C2 RU2335355C2 RU2004126029/28A RU2004126029A RU2335355C2 RU 2335355 C2 RU2335355 C2 RU 2335355C2 RU 2004126029/28 A RU2004126029/28 A RU 2004126029/28A RU 2004126029 A RU2004126029 A RU 2004126029A RU 2335355 C2 RU2335355 C2 RU 2335355C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mass
- resonant
- oscillations
- period
- elastic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в различных отраслях хозяйственной деятельности.The invention relates to vibration technology and can be used in various industries.
Известен, 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 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.
Известен, 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.Known 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.
Описанные аналоги имеют недостаток: резонансные колебания рабочего органа возбуждаются на упругой связи, жестко соединенной с основанием. Такая связь оказывает значительное динамическое воздействие на основание. Практически эти способы могут быть осуществлены только в случае применения массивного фундамента.The described analogues have a disadvantage: resonant vibrations of the working body are excited on an elastic bond, rigidly connected to the base. Such a relationship has a significant dynamic effect on the base. In practice, these methods can only be implemented if a massive foundation is used.
Известен, 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, которые определяют по соответствующей формуле.Known 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 disturbing force ν is chosen close to the sum of two natural frequencies ω 1 and ω 2 of the oscillatory system, which are determined by the corresponding formula.
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.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.
В качестве прототипов выбраны способ и устройство, описанные на стр.34-36 в книге: Элементарный учебник физики. Под ред. акад. Г.С.Ландсберга. Том III. Колебания, волны. Оптика. Строение атома. Изд. четвертое, исправленное. Изд-во "Наука". Главная редакция физико-математической лит-ры. М., 1966.As prototypes, the method and device are described on pages 34-36 in the book: Elementary textbook of physics. Ed. Acad. G.S. Landsberg. Volume III Oscillations, waves. Optics. The structure of the atom. Ed. fourth, corrected. Publishing House "Science". The main edition of the physical and mathematical literature. M., 1966.
Колебательная система, включающая груз, висящий на пружине, свободным концом пружины присоединена к механизму, позволяющему при вращении рукоятки механизма сообщать присоединенному концу пружины принудительное периодическое перемещение. Это приводит к возбуждению вынужденных колебаний груза на пружине. При увеличении частоты вращения рукоятки амплитуда вынужденных колебаний возрастает и достигает максимального значения при совпадении периода принудительного периодического перемещения с собственным периодом колебательной системы, т.е. при резонансе.The oscillation system, including the load hanging on the spring, is connected to the mechanism by the free end of the spring, which allows the rotation of the handle to inform the connected end of the spring forced periodic movement. This leads to the excitation of forced oscillations of the load on the spring. With an increase in the frequency of rotation of the handle, the amplitude of the forced oscillations increases and reaches its maximum value when the period of forced periodic movement coincides with the intrinsic period of the oscillatory system, i.e. at resonance.
Приведенное описание устройства и особенностей его работы позволяет сформулировать следующие существенные признаки осуществленного в нем способа возбуждения резонансных механических колебаний, а также существенные признаки устройства.The description of the device and the features of its operation allows us to formulate the following essential features of the method of exciting resonant mechanical vibrations implemented in it, as well as the essential features of the device.
Существенные признаки способа в прототипе: резонансные колебания массы на упругой связи возбуждают путем принудительного периодического перемещения противоположного конца упругой связи, принудительное периодическое перемещение конца упругой связи осуществляют относительно основания по схеме жесткой кинематической связи, изменяют период принудительного периодического перемещения и настраивают резонансные колебания заданной амплитуды.The essential features of the method in the prototype: resonant oscillations of the mass on an elastic bond are excited by forcing periodic displacement of the opposite end of the elastic bond, forced periodic displacement of the end of the elastic bond is carried out relative to the base according to the rigid kinematic coupling scheme, the period of forced periodic displacement is changed, and resonant vibrations of a given amplitude are adjusted.
Существенные признаки устройства в прототипе: устройство содержит массу, соединенную с упругим элементом, противоположный конец которого присоединен к механизму принудительного периодического перемещения, механизм закреплен на основании и выполнен с возможностью изменения периода принудительного периодического перемещения.Salient features of the device in the prototype: the device contains a mass connected to an elastic element, the opposite end of which is attached to the mechanism of forced periodic movement, the mechanism is fixed on the base and is configured to change the period of forced periodic movement.
Недостатком описанного способа и устройства является то, что резонансные колебания массы возбуждаются на упругой связи, которая присоединена к основанию. Такая связь, как и в случаях с описанными выше аналогами, оказывает значительное динамическое воздействие на основание, что требует применения массивного фундамента. Использование же упругой связи низкой жесткости, обеспечивающей виброизоляцию устройства от основания, неприемлемо в силу низкой частоты собственных колебаний системы и получения вследствие этого незначительного виброускорения, что неприемлемо по требованиям современных технологий, осуществляемых с применением вибрационной техники.The disadvantage of the described method and device is that the resonant oscillations of the mass are excited on an elastic bond that is attached to the base. Such a connection, as in the cases with the analogues described above, has a significant dynamic effect on the base, which requires the use of a massive foundation. The use of an elastic bond of low stiffness, which ensures vibration isolation of the device from the base, is unacceptable due to the low frequency of the system’s natural vibrations and, as a result, insignificant vibration acceleration, which is unacceptable according to the requirements of modern technologies using vibration technology.
Кроме того, важным недостатком прототипов для способа и устройства является то, что при изменениях массы, которые могут происходить по технологическим причинам, резонансная настройка колебаний будет нарушаться по причине изменения периода собственных колебаний колебательной системы. Это требует постоянного наблюдения за процессом и периодической ручной подстройки периода принудительного периодического перемещения на период собственных колебаний. Важным недостатком является также то, что регулировка амплитуды резонансных колебаний осуществляется путем настройки на определенный период колебаний на резонансной кривой. Как показывают эксперименты, резонансные кривые для механических колебательных систем имеют островытянутый вид с узким диапазоном резонансных периодов колебаний. Это существенно затрудняет настройку контролируемого параметра (амплитуды или виброускорения) резонансных колебаний.In addition, an important disadvantage of the prototypes for the method and device is that when changes in mass that can occur for technological reasons, the resonant tuning of the oscillations will be violated due to changes in the period of natural oscillations of the oscillatory system. This requires constant monitoring of the process and periodic manual adjustment of the period of forced periodic movement to the period of natural oscillations. An important disadvantage is that the amplitude of the resonant oscillations is adjusted by tuning for a certain period of oscillations on the resonance curve. As experiments show, the resonance curves for mechanical oscillatory systems have an elongated shape with a narrow range of resonant periods of oscillation. This significantly complicates the setting of a controlled parameter (amplitude or vibration acceleration) of resonant vibrations.
Задачей изобретения является возбуждение резонансных механических колебаний без применения уравновешивающей массы или фундамента при автоматическом поддержании заданного значения контролируемого параметра резонансных колебаний в случае технологического изменения колеблющейся массы с возможностью ручного плавного регулирования колебаний путем изменения амплитуды вынуждающей силы.The objective of the invention is the excitation of resonant mechanical vibrations without the use of a balancing mass or foundation while automatically maintaining the set value of the controlled parameter of the resonant vibrations in the case of technological changes in the vibrating mass with the possibility of manual smooth regulation of vibrations by changing the amplitude of the driving force.
Решение задачи достигается тем, что в предлагаемом способе резонансные колебания массы на упругой связи возбуждают путем принудительного периодического перемещения противоположного конца упругой связи, изменяют период принудительного периодического перемещения конца упругой связи и настраивают резонансные колебания заданной амплитуды, причем принудительное периодическое перемещение концу упругой связи сообщают вынуждающей силой инерции, создаваемой электромагнитным вибратором, электромагнитный вибратор удерживают в пространстве виброизолирующей упругой связью с основанием и выдерживают соотношениеThe solution to the problem is achieved by the fact that in the proposed method, resonant oscillations of the mass on an elastic bond are excited by forced periodic displacement of the opposite end of the elastic bond, the period of forced periodic displacement of the end of the elastic bond is changed, and resonant vibrations of a given amplitude are adjusted, and forced periodic displacement of the end of the elastic bond is reported by a driving force the inertia created by the electromagnetic vibrator, the electromagnetic vibrator is held in space TVE vibration-absorbing elastic bond with the base and withstand the ratio
С>>Со,C >> C about
где С - жесткость упругой связи;where C is the stiffness of the elastic bond;
Со - жесткость виброизолирующей упругой связи;With about - the rigidity of the vibration-isolating elastic connection;
настраивают амплитуду вынуждающей силы инерции на заведомо меньшее значение, чем требуется при номинальном режиме резонансных колебаний массы, изменяют период вынуждающей силы инерции в области периода Тр и настраивают резонансные колебания массы на максимальное значение регулируемого параметра резонансных колебаний массы, период Тр определяют по формулеadjust the amplitude of the inertial driving force to a known lower value than is required for the nominal mode of resonant mass oscillations, change the period of the inertial driving force in the region of the period T p and adjust the resonant mass oscillations to the maximum value of the adjustable parameter of the resonant mass oscillations, the period T p is determined by the formula
где Тр - расчетный период резонансных колебаний массы в с;where T p - the estimated period of the resonant oscillations of the mass in s;
С - жесткость упругой связи в Н/м;C is the stiffness of the elastic bond in N / m;
m - максимальная величина колеблющейся массы в кг;m is the maximum value of the oscillating mass in kg;
увеличивают амплитуду вынуждающей силы инерции до получения настроечного значения Хн регулируемого параметра резонансных колебаний массы, который выбирают по формулеincrease the amplitude of the driving force of inertia to obtain the tuning value Xn of the adjustable parameter of the resonant oscillations of the mass, which is selected by the formula
Xн=Хо+ΔХ,X n = X o + ΔX,
где Хн - настроечное значение регулируемого параметра резонансных колебаний массы;where X n - tuning value of the adjustable parameter of the resonant oscillations of the mass;
Хо - заданное по требованиям технологии применения вибрационной установки значение регулируемого параметра резонансных колебаний массы;X about - the value of the adjustable parameter of the resonant oscillations of the mass specified according to the requirements of the technology of using the vibration installation;
ΔХ - запас по величине регулируемого параметра резонансных колебаний массы, определяемый экспериментально для конкретной системы управления резонансными колебаниями массы;ΔX is the margin of the magnitude of the adjustable parameter of the resonant oscillations of the mass, determined experimentally for a specific control system of resonant oscillations of the mass;
задают Хо установкой опорного сигнала, управляющего регулируемым параметром резонансных колебаний путем изменения периода вынуждающей силы инерции, измеряют в автоматическом режиме колебания массы, сигнал измерения обрабатывают, сравнивают с опорным сигналом, задающим значение регулируемого параметра колебаний массы, полученный сигнал ошибки используют в качестве сигнала, управляющего периодом принудительного периодического перемещения конца упругой связи, поддерживающим заданное значение контролируемого параметра колебаний массы.ask X about the installation of a reference signal that controls the adjustable parameter of resonant vibrations by changing the period of the inertia driving force, measures the mass fluctuations automatically, the measurement signal is processed, compared with a reference signal that sets the value of the adjustable mass oscillation parameter, the resulting error signal is used as a signal, controlling the period of forced periodic movement of the end of the elastic bond supporting a given value of the controlled oscillation parameter m ssy.
Поставленная задача решается также тем, что заявляемое устройство для возбуждения и поддержания резонансных механических колебаний содержит массу, соединенную с упругим элементом, противоположный конец которого присоединен к механизму принудительного периодического перемещения, механизм выполнен с возможностью изменения периода принудительного периодического перемещения, причем в качестве механизма принудительного периодического применен электромагнитный вибратор с блоком управления, соединенный с основанием через виброизолирующую упругую подвеску, упругий элемент выполнен с жесткостью, определяемой по формулеThe problem is also solved by the fact that the inventive device for exciting and maintaining resonant mechanical vibrations contains a mass connected to an elastic element, the opposite end of which is attached to the mechanism of forced periodic movement, the mechanism is configured to change the period of forced periodic movement, moreover, as a mechanism of forced periodic an electromagnetic vibrator with a control unit connected to the base through vibration isolators is used uyuschuyu elastic suspension, the elastic member is formed with a hardness, defined by the formula
где С - жесткость упругого элемента в Н/м;where C is the stiffness of the elastic element in N / m;
m - колеблющаяся масса в кг;m is the oscillating mass in kg;
T - период резонансных колебаний массы в с;T is the period of resonant mass oscillations in s;
виброизолирующая упругая подвеска выполнена с жесткостью Со, связанной с жесткостью упругого элемента соотношением Со<<C, датчик колебаний, прикрепленный к массе, выход которого соединен с блоком управления, при этом блок управления выполнен с возможностью автоматического поддержания заданного значения контролируемого параметра колебаний массы путем изменения периода вынуждающей силы, создаваемой электромагнитным вибратором, а также с возможностью ручного регулирования резонансных колебаний массы путем изменения амплитуды вынуждающей силы инерции, создаваемой электромагнитным вибратором.the vibration-isolating elastic suspension is made with stiffness C o associated with the stiffness of the elastic element with the ratio C o << C, an oscillation sensor attached to the mass, the output of which is connected to the control unit, while the control unit is configured to automatically maintain the set value of the controlled parameter of the mass oscillations by changing the period of the driving force created by the electromagnetic vibrator, as well as with the ability to manually control the resonant oscillations of the mass by changing the amplitude of the force giving the inertia generated by the electromagnetic vibrator.
Применение предложенных совокупностей существенных признаков позволяет получить новый технический результат: возбуждать резонансные механические колебания без применения уравновешивающей массы или фундамента при автоматическом поддержании заданного значения контролируемого параметра резонансных колебаний в случае технологического изменения колеблющейся массы с возможностью ручного плавного регулирования колебаний путем изменения амплитуды вынуждающей силы.The application of the proposed sets of essential features allows us to obtain a new technical result: to excite resonant mechanical vibrations without the use of a balancing mass or foundation while automatically maintaining a given value of the controlled parameter of the resonant vibrations in the case of a technological change in the oscillating mass with the possibility of manual smooth regulation of vibrations by changing the amplitude of the driving force.
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 aggregate 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 возбуждения и поддержания резонансных механических колебаний. Устройство содержит массу 1, которая через упругий элемент 2 соединена с электромагнитным вибратором 3. Электромагнитный вибратор получает питание от блока управления 4. Через виброизолирующую подвеску 5 электромагнитный вибратор соединен с основанием 6. К массе прикреплен датчик колебаний 7, выход которого соединен с блоком управления.The invention is illustrated by the drawing, which shows a schematic diagram of a device for implementing the method of excitation and maintaining resonant mechanical vibrations. The device contains a mass 1, which is connected through an elastic element 2 to an electromagnetic vibrator 3. The electromagnetic vibrator receives power from the control unit 4. An electromagnetic vibrator is connected to the base 6 through a vibration isolating suspension 5. An oscillation sensor 7 is connected to the mass, the output of which is connected to the control unit.
Устройство работает следующим образом. Электромагнитный вибратор 3 создает вынуждающую силу инерции, под действием которой прикрепленный к нему конец упругого элемента 2 совершает принудительное периодическое перемещение. Благодаря этому возбуждаются через упругий элемент 2 вынужденные колебания массы 1. Поскольку жесткость упругого элемента 2 существенно превышает жесткость виброизолирующей упругой подвески 5, амплитуда принудительного периодического перемещения электромагнитного вибратора 3 и связанного с ним конца упругого элемента 2 будет зависеть практически от массы якоря электромагнитного вибратора (работающего в зарезонансном режиме собственной колебательной системы), массы статора вибратора, жесткости упругого элемента 2 и массы 1, а также от периода и амплитуды тока питания. С помощью блока управления 4 настраивают амплитуду вынуждающей силы инерции на заведомо меньшее значение, чем требуется при номинальном режиме резонансных колебаний массы, изменяют период вынуждающей силы инерции в области периода и настраивают резонансные колебания на максимальное значение регулируемого параметра резонансных колебаний массы. Увеличивают амплитуду вынуждающей силы инерции до получения настроечного значения Xн регулируемого параметра резонансных колебаний массы. Изменяют опорный сигнал, управляющий регулируемым параметром резонансных колебаний через изменение периода вынуждающей силы инерции, и настраивают на получение резонансных колебаний с заданным значением Хо регулируемого параметра. Переводят блок управления в режим автоматического поддержания заданных колебаний массы. Блок управления обрабатывает сигнал датчика колебаний 7, прикрепленного к массе 1, и выдает управляющий сигнал по поддержанию заданного значения регулируемого параметра резонансных колебаний путем соответствующего изменения периода вынуждающей силы инерции, создаваемой электромагнитным вибратором.The device operates as follows. The electromagnetic vibrator 3 creates a driving force of inertia, under the action of which the end of the elastic element 2 attached to it makes a forced periodic movement. Due to this, forced vibrations of mass 1 are excited through the elastic element 2. Since the stiffness of the elastic element 2 significantly exceeds the stiffness of the vibration-isolating elastic suspension 5, the amplitude of the forced periodic movement of the electromagnetic vibrator 3 and the end of the elastic element 2 connected with it will depend practically on the mass of the armature of the electromagnetic vibrator (working in the resonance mode of its own oscillatory system), the mass of the stator of the vibrator, the stiffness of the elastic element 2 and mass 1, as well as from Heat-current power and amplitude. Using the control unit 4, the amplitude of the inertial driving force is set to a known lower value than is required for the nominal mode of resonant mass oscillations, the period of the inertial driving force is changed in the period region, and the resonant vibrations are adjusted to the maximum value of the adjustable parameter of the resonant mass oscillations. The amplitude of the inertial driving force is increased to obtain the tuning value X n of the adjustable parameter of the resonant oscillations of the mass. Change the reference signal that controls the adjustable parameter of the resonant oscillations through a change in the period of the driving force of inertia, and configure to receive resonant oscillations with a given value of X about the adjustable parameter. The control unit is put into automatic maintenance of the set mass fluctuations. The control unit processes the signal of the vibration sensor 7, attached to the mass 1, and generates a control signal to maintain the specified value of the adjustable parameter of the resonant oscillations by correspondingly changing the period of the driving inertia force created by the electromagnetic vibrator.
Способ возбуждения и поддержания резонансных механических колебаний осуществляют следующим образом.The method of exciting and maintaining resonant mechanical vibrations is as follows.
Чтобы возбудить резонансные колебания массы на связанной с ней упругой связи без присоединения противоположного конца упругой связи к основанию (или уравновешивающей массе) при поддержании заданного значения контролируемого параметра резонансных колебаний в случае технологического изменения колеблющейся массы с возможностью ручного плавного регулирования колебаний, необходимо выполнить следующие условия.In order to excite resonant oscillations of the mass on an elastic bond connected to it without attaching the opposite end of the elastic bond to the base (or balancing mass) while maintaining a given value of the controlled parameter of the resonant vibrations in the case of a technological change in the vibrating mass with the possibility of manual smooth regulation of vibrations, it is necessary to fulfill the following conditions.
Первое условие: необходимо применить источник возмущающей силы, способный создавать периодическую вынуждающую силу без опоры на основание или уравновешивающую массу. Это условие может быть выполнено 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 при использовании электромагнитного вибратора указанное выше условие будет выполнено.The first condition: it is necessary to apply a source of disturbing force, capable of creating a periodic driving force without resting on the base or balancing mass. This condition can be satisfied only when using a source of perturbing forces of inertial nature. As you know, the inertial forces 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. Manual for universities. - 2nd ed., Revised) . - M.: Higher School, 1978. - 240 p., Ill.). Obviously, when using an electromagnetic vibrator, the above condition will be satisfied.
Второе условие: необходимо электромагнитный вибратор удерживать в пространстве на упругой связи, которая бы обеспечила "динамическую автономность" колебательной системы "масса - упругий элемент - электромагнитный вибратор". Выполнение этого условия создает два преимущества. Во-первых, позволит получить колебательную систему с высокой частотой квазисвободных колебаний и, следовательно, с высокой частотой резонансных колебаний. Во-вторых, позволит уменьшить до допустимого значения величину динамического воздействия колебательной системы на основание. Очевидно, что условие может быть выполнено, если электромагнитный вибратор удерживать в пространстве на виброизолирующей упругой связи с основанием, 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 second condition: it is necessary to hold the electromagnetic vibrator in space in an elastic connection, which would provide "dynamic autonomy" of the oscillatory system "mass - elastic element - electromagnetic vibrator". Fulfillment of this condition creates two advantages. First, it will make it possible to obtain an oscillatory system with a high frequency of quasi-free oscillations and, therefore, with a high frequency of resonant oscillations. Secondly, it will reduce to an acceptable value the magnitude of the dynamic effect of the oscillatory system on the base. Obviously, the condition can be fulfilled if the electromagnetic vibrator is kept in space on a vibration-isolating elastic connection with a base, the distinguishing feature of which is low rigidity (see pages 102 and 178 in the book: Ivovich V.A., Onishchenko V.Ya. Zashchita from vibration in mechanical engineering. - M.: Mechanical Engineering, 1990. - 272 p., ill.).
Удержание электромагнитного вибратора 3 в пространстве виброизолирующей упругой связью с основанием 6 и его воздействие на упругую связь (соединенную противоположным концом с массой 1) создает эффект динамической псевдоопоры. Иначе говоря, электромагнитный вибратор будет выполнять функции не только устройства, сообщающего прикрепленному к нему концу упругой связи принудительное периодическое перемещение, но и функцию подвижной "опоры", относительно которой масса 1 будет совершать вынужденные (а в области периода Тр - резонансные) колебания.Holding the electromagnetic vibrator 3 in space with a vibration-isolating elastic bond with the base 6 and its effect on the elastic bond (connected by the opposite end to the mass 1) creates the effect of a dynamic pseudo-support. In other words, the electromagnetic vibrator will perform the functions of not only a device that informs the end of the elastic connection attached to it of forced periodic displacement, but also the function of a movable “support”, relative to which the mass 1 will perform forced (and in the region of the period T p - resonant) oscillations.
Третье условие: необходимо ввести обратную связь путем измерения колебаний датчиком колебаний, обработки сигнала датчика колебаний, сравнения его с опорным сигналом, задающим требуемое значение контролируемого параметра колебаний, формирования управляющего сигнала по соответствующему изменению периода вынуждающей силы, создаваемой электромагнитным вибратором. Такая обратная связь в предлагаемом способе предусмотрена.Third condition: it is necessary to introduce feedback by measuring the vibrations by the vibration sensor, processing the signal of the vibration sensor, comparing it with a reference signal that sets the required value of the controlled vibration parameter, generating a control signal from the corresponding change in the period of the driving force created by the electromagnetic vibrator. Such feedback in the proposed method is provided.
Четвертое условие: необходимо иметь источник вынуждающей силы инерции, который бы позволял осуществлять раздельное регулирование по периоду и амплитуде создаваемой им силы. Очевидно, что при использовании электромагнитного вибратора это условие будет выполнено.Fourth condition: it is necessary to have a source of the driving force of inertia, which would allow for separate control over the period and amplitude of the force created by it. Obviously, when using an electromagnetic vibrator, this condition will be met.
Для осуществления способа выполняют следующие действия.To implement the method perform the following steps.
Массу 1 удерживают в пространстве на связанных с ней последовательно упругой связи в виде упругого элемента 2, электромагнитном вибраторе 3 и виброизолирующей упругой связи в виде виброизолирующей упругой подвески 5 с основанием 6. При этом соблюдают условие, чтобы жесткость С упругой связи и жесткость Со виброизолирующей упругой связи были связаны соотношением С>>Со. Электромагнитным вибратором 3 создают принудительное периодическое перемещение связанного с ним конца упругой связи. Благодаря этому на противоположном конце упругой связи возникают вынужденные колебания массы 1. Настраивают амплитуду вынуждающей силы инерции на заведомо меньшее значение, чем требуется при номинальном режиме резонансных колебаний массы, изменяют период вынуждающей силы инерции в области периода Тр и настраивают резонансные колебания на максимальное значение регулируемого параметра резонансных колебаний массы. Увеличивают амплитуду вынуждающей силы инерции до получения настроечного значения Хн регулируемого параметра резонансных колебаний массы. Изменяют опорный сигнал, управляющий регулируемым параметром резонансных колебаний через изменение периода вынуждающей силы инерции, и настраивают период вынуждающей силы инерции в области периода Tр на получение резонансных колебаний с заданным значением регулируемого параметра. Переводят блок управления в режим автоматического поддержания заданных колебаний массы. Измеряют резонансные колебания, сигнал измерения обрабатывают, сравнивают с опорным сигналом, задающим значение контролируемого параметра колебаний массы, полученный сигнал ошибки используют в качестве сигнала, управляющего периодом принудительного периодического перемещения конца упругой связи, поддерживающим заданное значение контролируемого параметра колебаний массы.The mass 1 is held in space on sequentially connected elastic bonds in the form of an elastic element 2, an electromagnetic vibrator 3 and a vibration-isolating elastic coupling in the form of a vibration-isolating elastic suspension 5 with a base 6. In this case, the condition is met that the rigidity C of the elastic bond and the rigidity C of the vibration isolating elastic bonds were connected by the ratio C >> C about . Electromagnetic vibrator 3 create a forced periodic movement of the associated end of the elastic connection. Due to this, forced oscillations of mass 1 arise at the opposite end of the elastic coupling. The amplitude of the inertia driving force is set to a known lower value than is required for the nominal mode of resonant mass oscillations, the period of the inertia driving force is changed in the region of the period T p, and the resonance vibrations are adjusted to the maximum value of the adjustable parameter of resonant mass oscillations. The amplitude of the inertia driving force is increased to obtain a tuning value X n of an adjustable parameter of the resonant oscillations of the mass. Change the reference signal that controls the adjustable parameter of the resonant oscillations through a change in the period of the driving force of inertia, and set the period of the driving force of inertia in the region of the period T p to obtain resonant oscillations with a given value of the adjustable parameter. The control unit is put into automatic maintenance of the set mass fluctuations. Resonant vibrations are measured, the measurement signal is processed, compared with a reference signal that sets the value of the controlled parameter of mass fluctuations, the resulting error signal is used as a signal that controls the period of forced periodic movement of the end of the elastic bond, which maintains the set value of the controlled parameter of mass fluctuations.
Предложенные способ и устройство в сравнении с прототипами имеют преимущество: позволяют возбуждать резонансные механические колебания без применения уравновешивающей массы или фундамента, автоматически поддерживать заданное значение контролируемого параметра резонансных колебаний в случае технологического изменения колеблющейся массы с возможностью ручного плавного регулирования колебаний путем изменения амплитуды вынуждающей силы.The proposed method and device in comparison with the prototypes have the advantage of allowing resonant mechanical vibrations to be excited without the use of a balancing mass or foundation, automatically maintaining the set value of the controlled parameter of the resonant vibrations in the case of a technological change in the vibrating mass with the possibility of manual smooth regulation of vibrations by changing the amplitude of the driving force.
Для проверки возможности практического осуществления способа и устройства была изготовлена по схеме устройства для реализации способа действующая модель. Модель имела следующие параметры: масса mB лабораторного электромагнитного вибратора, выполненного на базе электромагнита постоянного тока тягового реле автомобильного стартера, mB=1,2 кг; масса, имитирующая колеблющуюся массу, выбиралась по распространенному на практике соотношению m>10mВ, принято m=15 кг; соотношение жесткости С упругого элемента и жесткости Со виброизолирующей подвески выбиралось с учетом требований виброизоляции (см. стр.102 в книге: В.А.Ивович, В.Я.Онищенко. Защита от вибрации в машиностроении. - М.: Машиностроение, 1990), при этом для C=16,4·104 Н/м жесткость виброизолирующей подвески была выбрана равной Со=0,07·104 Н/м. В качестве датчика колебаний использовали датчик детонации, применяемый на современных автомобильных двигателях. Блок управления содержал схему обработки сигнала датчика, задающее устройство, сравнивающее устройство, сигнал которого управлял генератором импульсов постоянного тока, через который осуществляли питание электромагнитного лабораторного вибратора. Амплитуду питающего тока изменяли с помощью реостата, включенного в цепь питания вибратора.To test the feasibility of the practical implementation of the method and device was made according to the device diagram for implementing the method of the current model. The model had the following parameters: mass m B of a laboratory electromagnetic vibrator made on the basis of a direct current solenoid of a traction relay of a car starter, m B = 1.2 kg; the mass imitating the oscillating mass was selected according to the ratio widespread in practice m> 10m V , m = 15 kg is accepted; the ratio of the stiffness C of the elastic element and the stiffness C of the vibration isolating suspension was selected taking into account the requirements of vibration isolation (see page 102 in the book: V.A. Ivovich, V.Ya. Onishchenko. Protection against vibration in mechanical engineering. - M .: Mechanical Engineering, 1990 ), while for C = 16.4 · 10 4 N / m, the stiffness of the vibration-isolating suspension was chosen equal to С о = 0.07 · 10 4 N / m. The knock sensor used on modern automobile engines was used as a vibration sensor. The control unit contained a sensor signal processing circuit, a master device, a comparator, the signal of which controlled a direct current pulse generator, through which an electromagnetic laboratory vibrator was supplied. The amplitude of the supply current was changed using a rheostat, included in the power supply circuit of the vibrator.
По формуле определили, что для выбранных параметров период резонансных колебаний массы на упругом элементе относительно электромагнитного вибратора должен составлять 0,06 с.According to the formula, it was determined that for the selected parameters the period of resonant oscillations of the mass on the elastic element relative to the electromagnetic vibrator should be 0.06 s.
Эксперименты показали, что по мере приближения к периоду 0,06 с амплитуда вынужденных колебаний массы заметно увеличивается и достигает максимального значения при периоде 0,06 с. Кроме того, эксперименты показали, что при изменении колеблющейся массы в пределах от -20% до +20% величина виброускорения колеблющейся массы изменялась в пределах от -5% до +5%, что приемлемо для технологий применения вибрационных установок. При этом изменение амплитуды вынуждающей силы инерции, создаваемой вибратором путем изменения амплитуды тока питания, обеспечивает плавное регулирование резонансных колебаний без нарушения режима резонанса.The experiments showed that, as we approach the 0.06 s period, the amplitude of the forced mass oscillations increases noticeably and reaches its maximum value with a period of 0.06 s. In addition, experiments have shown that when the oscillating mass varies from -20% to + 20%, the vibration acceleration of the oscillating mass varies from -5% to + 5%, which is acceptable for the technology of using vibratory installations. In this case, the change in the amplitude of the driving force of inertia created by the vibrator by changing the amplitude of the supply current provides a smooth adjustment of resonant oscillations without violating the resonance mode.
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 |
|---|---|---|---|
| RU2004126029/28A RU2335355C2 (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Method of excitation and maintenance of resonance mechanical oscillations and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004126029/28A RU2335355C2 (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Method of excitation and maintenance of resonance mechanical oscillations and device for its realisation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004126029A RU2004126029A (en) | 2006-02-27 |
| RU2335355C2 true RU2335355C2 (en) | 2008-10-10 |
Family
ID=36114036
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004126029/28A RU2335355C2 (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Method of excitation and maintenance of resonance mechanical oscillations and device for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2335355C2 (en) |
-
2004
- 2004-08-26 RU RU2004126029/28A patent/RU2335355C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004126029A (en) | 2006-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100535473C (en) | Method and system for controlling helicopter vibrations | |
| Ghenna et al. | Vector control of piezoelectric transducers and ultrasonic actuators | |
| KR20110005855A (en) | Vibration control device and vehicle | |
| JP3179610B2 (en) | Method of adjusting natural frequency of ultrasonic motor, ultrasonic motor, apparatus using ultrasonic motor, method of inspecting state of ultrasonic motor | |
| RU2335355C2 (en) | Method of excitation and maintenance 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 | |
| US4539845A (en) | Driving system for exciting a mechanical component at its resonant frequency for fatigue-testing purposes | |
| RU2653961C1 (en) | Method of the amplitude controlling during the automatic tuning to the driven by induction motor vibrating machine vibrations resonance mode | |
| RU2572657C1 (en) | Method of automatic setting of resonant modes of oscillations of vibration machine driven by induction motor | |
| RU2335353C2 (en) | Method of excitation and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| JP5146747B2 (en) | Damping device and method for manufacturing vibration command table | |
| JP7049729B2 (en) | Cutting equipment and cutting method | |
| RU2335350C2 (en) | Method of excitation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335356C2 (en) | Method of excitation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| JP5098796B2 (en) | Vibration control device and vehicle | |
| RU2335352C2 (en) | Method of deriving and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335351C2 (en) | Method of deriving and regulation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2339462C2 (en) | Method of generating resonant mechanical oscillations and device for implementation of method | |
| JP5217217B2 (en) | Damping device and device to be damped provided with damping device | |
| CN202039104U (en) | Nonlinear combined resonance type vibration aging device | |
| JPS60113840A (en) | Car body vibration reducing device | |
| RU2356645C2 (en) | Electromagnetic vibration exciter | |
| JP4469388B2 (en) | MOBILE BODY CONTROL METHOD AND MOBILE BODY CONTROL DEVICE | |
| JP2009275815A (en) | Vibration damping device and vehicle | |
| RU2753983C1 (en) | Method for automatic tuning of resonant vibration modes of vibration machine driven by asynchronous motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110827 |