RU2410167C1 - Procedure for excitation of resonance mechanical oscillations and device for its implementation (versions) - Google Patents
Procedure for excitation of resonance mechanical oscillations and device for its implementation (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2410167C1 RU2410167C1 RU2009145237/28A RU2009145237A RU2410167C1 RU 2410167 C1 RU2410167 C1 RU 2410167C1 RU 2009145237/28 A RU2009145237/28 A RU 2009145237/28A RU 2009145237 A RU2009145237 A RU 2009145237A RU 2410167 C1 RU2410167 C1 RU 2410167C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- working body
- treadmills
- vibrations
- resonant
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано во всех отраслях промышленности для возбуждения механических колебаний на резонансных частотах.The invention relates to vibration technology and can be used in all industries for the excitation of mechanical vibrations at resonant frequencies.
Один из наиболее перспективных способов создания высокопроизводительных энергосберегающих вибрационных машин основан на явлении резонанса. В резонансном состоянии колебательная система машины совершает движение, близкое к собственному, при котором упругие и инерционные силы взаимно уравновешиваются, а энергия возбудителя колебаний расходуется только на преодоление диссипативных сил.One of the most promising ways to create high-performance energy-saving vibrating machines is based on the phenomenon of resonance. In the resonant state, the vibrational system of the machine makes a movement close to its own, in which the elastic and inertial forces are mutually balanced, and the energy of the pathogen is used only to overcome dissipative forces.
Недостатком резонансных схем в существующих вибрационных машинах при обычном резонансе вынужденных колебаний является низкая стабильность работы и сложность настройки и по этой причине они не получили широкого распространения в промышленности (Гончаревич И.Ф. Вибрация - нестандартный путь. - М.: Наука, 1986. С.7-8. Вибрации в технике: Справочник в 6 томах. Т 4. Вибрационные процессы. М.: Машиностроение, 1981, с. 139-141, с.351).The disadvantage of resonant circuits in existing vibration machines with the usual resonance of forced oscillations is the low stability of operation and the complexity of the settings and for this reason they are not widely used in industry (Goncharevich I.F. Vibration - a non-standard way. - M .: Nauka, 1986. C .7-8. Vibrations in technology: a Handbook in 6 volumes. T 4. Vibration processes. M: Mechanical Engineering, 1981, pp. 139-141, p. 351).
Максимальная производительность и эффективность вибрационных машин может быть достигнута путем создания резонансных колебательных систем, обладающих техническим интеллектом. Разработка таких систем возможна на основе использования принципов самоорганизации (синергетики).Maximum productivity and efficiency of vibrating machines can be achieved by creating resonant oscillatory systems with technical intelligence. The development of such systems is possible through the use of the principles of self-organization (synergetics).
Известен способ возбуждения резонансных механических колебаний и устройство для его осуществления по патенту РФ №2335356, B06B 1/16, опубл. 10.10.2008. Способ заключается в том, что резонансные колебания массы на упругой связи возбуждают путем принудительного периодического перемещения противоположного конца упругой связи и настраивают резонансные колебания заданной амплитуды, принудительное периодическое перемещение концу упругой связи сообщают инерционным вибратором, инерционный вибратор удерживают в пространстве виброизолирующей упругой связью с основанием, изменяют жесткость упругой связи и массу и возбуждают резонансные колебания в области периода Т0 колебаний, который выбирают по формулеA known method of exciting resonant mechanical vibrations and a device for its implementation according to the patent of the Russian Federation No. 2335356, B06B 1/16, publ. 10/10/2008. The method consists in the fact that the resonant oscillations of the mass on an elastic bond are excited by forcing periodic displacement of the opposite end of the elastic bond and adjusting the resonant vibrations of a given amplitude, the forced periodic displacement of the end of the elastic coupling is reported by an inertial vibrator, the inertial vibrator is held in space by a vibration-isolating elastic connection with the base, change the stiffness of the elastic bond and the mass and excite the resonant oscillations in the region of the period T 0 oscillations, which you take the formula
где Т0 - период колебаний, с; С - жесткость упругой связи, Н/м; m - колеблющаяся масса, кг; при этом выдерживают соотношение С>>С0, где С0 - жесткость виброизолирующей упругой связи.where T 0 - period of oscillation, s; C is the stiffness of the elastic bond, N / m; m is the oscillating mass, kg; while maintaining the ratio C >> C 0 , where C 0 is the stiffness of the vibration-isolating elastic bond.
Устройство для возбуждения резонансных механических колебаний содержит массу, соединенную с упругим элементом, противоположный конец которого присоединен к механизму принудительного периодического перемещения, в качестве механизма принудительного периодического перемещения применен инерционный вибратор, соединенный с основанием через виброизолирующую упругую подвеску, упругий элемент выполнен с жесткостью, определяемой по формулеA device for exciting resonant mechanical vibrations contains a mass connected to an elastic element, the opposite end of which is connected to a forced periodic movement mechanism, an inertial vibrator is used as a forced periodic movement mechanism connected to the base through a vibration-isolating elastic suspension, the elastic element is made with stiffness determined by the formula
С=m(2π/T0)2 C = m (2π / T 0 ) 2
где С - жесткость упругого элемента Н/м; m - колеблющаяся масса, кг; Т0 - период колебаний, с; виброизолирующая упругая подвеска выполнена с жесткостью С0, связанной с жесткостью упругого элемента соотношением С>>С0, при этом упругий элемент и масса выполнены с возможностью его подстройки.where C is the stiffness of the elastic element N / m; m is the oscillating mass, kg; T 0 - period of oscillation, s; the vibration-isolating elastic suspension is made with rigidity C 0 associated with the stiffness of the elastic element with the ratio C >> C 0 , while the elastic element and the mass are made with the possibility of its adjustment.
Это решение имеет следующие недостатки.This solution has the following disadvantages.
Резонансные режимы рабочего органа вибрационной машины при указанном способе возбуждения практически нереализуемы из-за высокой чувствительности к изменению технологической нагрузки.The resonance modes of the working body of the vibrating machine with the specified method of excitation are practically unrealizable due to the high sensitivity to changes in the technological load.
Всегда существует возможность срыва резонансного режима колебаний из-за нелинейности технологической нагрузки вследствие неконтролируемых возмущений.There is always the possibility of disrupting the resonant mode of oscillations due to the nonlinearity of the technological load due to uncontrolled disturbances.
Именно нелинейность технологической нагрузки приводит к неэффективности применения традиционных средств автоматического поддержания резонансного состояния вибромашины. В качестве прототипа приняты параметрический вибровозбудитель и способ его работы по патенту РФ №2072660 (заявка №94008295), B06B 1/16, опубл. 27.01.1997.It is the nonlinearity of the technological load that leads to the inefficiency of using traditional means of automatically maintaining the resonant state of the vibrator. As a prototype adopted parametric vibration exciter and the method of its operation according to the patent of the Russian Federation No. 2072660 (application No. 94008295), B06B 1/16, publ. 01/27/1997.
Параметрический вибровозбудитель содержит корпус, приводной вал, упругие элементы и тела качения; на приводном валу жестко закреплен один инерционный элемент в виде уравновешенного маховика, снабженного двумя парами, незамкнутых беговых дорожек, которые расположены симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных диаметров, а их центры смещены от оси вращения маховика в диаметрально противоположных направлениях, причем круговые беговые дорожки одной пары повернуты вокруг оси маховика на угол 90° относительно другой, на круговых беговых дорожках размещены тела качения с возможностью обкатки в виде четырех одинаковых уравновешенных бегунков.The parametric vibration exciter contains a housing, a drive shaft, elastic elements and rolling elements; one inertial element is rigidly fixed on the drive shaft in the form of a balanced flywheel equipped with two pairs of open racetracks that are symmetrically relative to two mutually perpendicular diameters, and their centers are offset from the axis of rotation of the flywheel in diametrically opposite directions, and the circular racetracks of one pair are rotated around the axis of the flywheel at an angle of 90 ° relative to the other, rolling bodies with the possibility of running in the form of four identical equalizers are placed on circular treadmills Addressing runners.
Рабочий орган (плита, к которой крепится, например, лоток вибротранспортера), вибровозбудитель (уравновешенный маховик с телами. качения) и упругие связи образуют колебательную систему. Маховик представляет собой монолитную деталь с беговыми дорожками на обеих его плоскостях.The working body (plate, to which, for example, the tray of the vibratory conveyor is attached), vibration exciter (balanced flywheel with rolling bodies) and elastic bonds form an oscillatory system. The flywheel is a monolithic part with treadmills on both its planes.
Возбуждаются резонансные механические колебания в направлении оси ОХ за счет периодического принудительного изменения инерционных параметров колебательной системы.Resonant mechanical vibrations in the direction of the OX axis are excited due to periodic forced changes in the inertial parameters of the oscillatory system.
Физическая сущность известного способа возбуждения колебаний состоит в том, что в зоне параметрического резонанса автоматически образуется неуравновешенность маховика, которая и приводит к появлению возмущающей силы. Вместе с тем маховик играет роль аккумулятора кинетической энергии. В нерезонансной зоне маховик полностью уравновешен.The physical essence of the known method of excitation of oscillations consists in the fact that flywheel imbalance is automatically formed in the zone of parametric resonance, which leads to the appearance of a disturbing force. However, the flywheel plays the role of a kinetic energy accumulator. In the non-resonant zone, the flywheel is completely balanced.
Недостатки прототипа следующие:The disadvantages of the prototype are as follows:
- предназначен для возбуждения однонаправленных (по оси ОХ) прямолинейных механических колебаний, что существенно ограничивает области его применения;- is intended for the excitation of unidirectional (along the OX axis) rectilinear mechanical vibrations, which significantly limits the scope of its application;
- невозможность возбуждения круговых и эллиптических колебаний рабочего органа.- the impossibility of exciting circular and elliptical vibrations of the working body.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.These shortcomings are addressed by the proposed solution.
Решается задача создания принципиально нового энергосберегающего способа и устройства для возбуждения резонансных механических колебаний с расширением эксплуатационных возможностей и производительности.The problem is solved of creating a fundamentally new energy-saving method and device for exciting resonant mechanical vibrations with the expansion of operational capabilities and performance.
Технический результат - возбуждение многократного комбинационного резонанса с возникновением коллективного взаимодействия тел вращения с рабочим органом, связанным с основанием упругими связями, за счет неустойчивости положения равновесия с достижением эффекта самоорганизации системы без вмешательства извне.The technical result is the excitation of multiple Raman resonance with the emergence of collective interaction of the bodies of revolution with the working body associated with the base with elastic bonds due to the instability of the equilibrium position with the achievement of the effect of self-organization of the system without external interference.
Этот технический результат достигается тем, что в способе возбуждения резонансных механических колебаний, заключающемся в том, что резонансные колебания возбуждают за счет периодического принудительного изменения инерционных параметров колебательной системы, образованной рабочим органом на упругой подвеске и параметрическим вибровозбудителем, включающим ротор с беговыми дорожками и телами качения в них, осуществляют упругую подвеску рабочего органа в двух взаимно перпендикулярных направлениях по осям X, Y, производят настройку колебательной системы, задавая жесткость упругой подвески и частоту вращения ротора, определяемую по формулеThis technical result is achieved by the fact that in the method of exciting resonant mechanical vibrations, namely, that resonant vibrations are excited due to periodic forced changes in the inertial parameters of the oscillatory system formed by the working body on an elastic suspension and a parametric vibration exciter, including a rotor with treadmills and rolling bodies in them, carry out the elastic suspension of the working body in two mutually perpendicular directions along the axes X, Y, adjust the count the vibrational system, setting the stiffness of the elastic suspension and the rotor rotation frequency determined by the formula
ω=λ1+λ2,ω = λ 1 + λ 2 ,
где λ1 - эффективная частота тела качения во вращающейся системе, λ2 - парциальная собственная частота рабочего органа; для возбуждения круговых колебаний жесткость упругой подвески выбирают изотропной в плоскости вращения вибровозбудителя с равными коэффициентами жесткости Сх=Су=С; для возбуждения поступательных колебаний по эллиптическим траекториям коэффициенты жесткости упругой подвески Сх, Су выбирают различными, но так, чтобы парциальные собственные частоты λ2х, λ2у были близкими и располагались в резонансной зоне, причем частоту λ2 определяют по усредненной жесткости подвески С=(Сх+Су)/2, в устройстве по первому варианту для возбуждения резонансных механических колебаний, содержащем колебательную систему в виде соединенного с основанием упругими связями рабочего органа и установленного на нем параметрического вибровозбудителя, в котором на валу электродвигателя закреплен уравновешенный ротор с парой незамкнутых круговых беговых дорожек, расположенных симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных его диаметров, их центры смещены от оси вращения ротора на одинаковые расстояния в сторону беговой дорожки, а в беговых дорожках размещены одинаковые уравновешенные тела качения, ротор выполнен из одного диска с двумя одинаковыми телами качения в беговых дорожках, а колебательная система выполнена с возможностью поступательного перемещения рабочего органа по осям Х и Y; во втором варианте выполнения устройства ротор выполнен из набора одинаковых дисков, в смежных дисках оси обкатки тел качения повернуты вокруг оси вращения ротора на одинаковый угол γ=π/S, где S - число дисков одного ротора, а колебательная система выполнена с возможностью перемещения рабочего органа по осям Х и Y; для реализации и стабилизации резонансных колебаний диски установлены на консольных концах приводного вала с угловым смещением γ=π/2S.where λ 1 is the effective frequency of the rolling body in a rotating system, λ 2 is the partial natural frequency of the working body; to excite circular oscillations, the stiffness of the elastic suspension is chosen isotropic in the plane of rotation of the vibration exciter with equal stiffness coefficients C x = C y = C; in order to excite translational vibrations along elliptical trajectories, the stiffness coefficients of the elastic suspension C x , C y are chosen different, but so that the partial eigenfrequencies λ 2x , λ 2y are close and located in the resonance zone, and the frequency λ 2 is determined by the average suspension stiffness C = (C x + C y ) / 2, in the device according to the first embodiment for exciting resonant mechanical vibrations, containing an oscillating system in the form of a working body connected to the base by elastic bonds and installed on it of a vibration exciter, in which a balanced rotor with a pair of open circular racetracks symmetrically relative to two mutually perpendicular diameters is fixed to the motor shaft, their centers are offset from the rotor axis of rotation by the same distance towards the racetrack, and the same balanced bodies are placed in the racetracks rolling, the rotor is made of one disk with two identical rolling bodies in treadmills, and the oscillating system is made with the possibility of translational on the movement of the working body along the axes X and Y; in the second embodiment of the device, the rotor is made of a set of identical disks, in adjacent disks, the axis of rolling of the rolling bodies are rotated around the axis of rotation of the rotor by the same angle γ = π / S, where S is the number of disks of one rotor, and the oscillating system is arranged to move the working body along the axes X and Y; To realize and stabilize resonant vibrations, the disks are mounted on the cantilever ends of the drive shaft with an angular displacement γ = π / 2S.
Таким образом, создается колебательная система со многими степениями свободы, предлагаемая настройка которой приводит к самоорганизованному возбуждению стабильных резонансных колебаний при высокой добротности системы (с малым трением).Thus, an oscillatory system with many degrees of freedom is created, the proposed setting of which leads to self-organized excitation of stable resonant oscillations at a high quality factor of the system (with low friction).
На фиг.1, 2, 3 приведена схема предлагаемого устройства для реализации способа.Figure 1, 2, 3 shows a diagram of the proposed device for implementing the method.
На приводном валу 1 электродвигателя установлен рабочий орган 2, соединенный с основанием 3 упругими связями 4, обеспечивающими возможность поступательного перемещения рабочего органа по любым направлениям плоскости, задаваемой осями Х и У. Одновременно обеспечивается и перемещение вибровозбудителя, включающего ротор 5, имеющий пару незамкнутых беговых дорожек 6, расположенных симметрично относительно двух взаимно перпендикулярных диаметров. Центры беговых дорожек 6 смещены от оси вращения ротора на одинаковые расстояния АВ=l в сторону соответствующей беговой дорожки.A working body 2 is mounted on the drive shaft 1 of the electric motor, connected to the base 3 by elastic couplings 4, which provide the possibility of translational movement of the working body in any direction of the plane defined by the X and U axes. At the same time, the vibration exciter, including the rotor 5, has a pair of open treadmills 6 arranged symmetrically with respect to two mutually perpendicular diameters. The centers of the treadmills 6 are offset from the axis of rotation of the rotor by the same distance AB = l towards the corresponding treadmill.
В беговых дорожках 6 размещены одинаковые уравновешенные тела качения 7 с возможностью обкатки дорожек 6. Ротор может быть выполнен из одного диска или в виде набора одинаковых дисков, в каждом из которых имеются беговые дорожки и тела качения. В смежных дисках оси обкатки тел качения повернуты вокруг оси вращения ротора на одинаковый угол γ=π/S, где S - число дисков. Диски двух одинаковых роторов могут быть закреплены на консольных концах приводного вала 1. В этом случае угловое смещение γ=π/2S.In the treadmills 6 are placed the same balanced rolling elements 7 with the possibility of running in the tracks 6. The rotor can be made of one disk or in the form of a set of identical disks, each of which has treadmills and rolling bodies. In adjacent disks, the run-in axes of the rolling bodies are rotated around the rotor axis of rotation by the same angle γ = π / S, where S is the number of disks. The disks of two identical rotors can be mounted on the cantilever ends of the drive shaft 1. In this case, the angular displacement γ = π / 2S.
Положение осей обкатки определяется углами ψk=ω t+2πk/N, а положение тел качения - углами φk, k=1, 2, … N (фиг.2), где t - время, N - число тел качения.The position of the break-in axes is determined by the angles ψ k = ω t + 2πk / N, and the position of the rolling bodies is determined by the angles φ k , k = 1, 2, ... N (Fig. 2), where t is the time, N is the number of rolling bodies.
В варианте исполнения ротор может быть однодисковым с двумя телами качения в двух беговых дорожках, как указано выше.In an embodiment, the rotor may be single-disk with two rolling elements in two treadmills, as described above.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Устанавливают рабочий орган на упругих связях 4 с обеспечением его движения в любом направлении плоскости ОХУ, производят настройку колебательной системы, задавая жесткость упругой подвески Сх и Су, частоту вращения ротора ω и параметры ν, ε, которые определяют по формуламThe working body is mounted on elastic bonds 4 to ensure its movement in any direction of the OXU plane, the oscillatory system is set up by setting the stiffness of the elastic suspension C x and C y , the rotor speed ω and the parameters ν, ε, which are determined by the formulas
ω=λ1+λ2 при 
где ω* - резонансная частота вращения ротора, λ1=νω, 
Жесткость упругой системы выбирают изотропной (С=Cx=Су) в плоскости вращения вибровозбудителя для обеспечения поступательного движения рабочего органа по круговым траекториям, а для возбуждения поступательных колебаний по эллиптическим траекториям коэффициенты жесткости Cx и Су выбирают различными, но так, чтобы парциальные собственные частоты λ2х и λ2у рабочего органа были близкими и располагались в резонансной зоне, причем частота λ2 определяется по усредненному значению коэффициента жесткости С=(Cx+Су)/2.The stiffness of the elastic system is chosen isotropic (C = C x = C y ) in the plane of rotation of the vibration exciter to ensure the translational movement of the working body along circular paths, and to excite translational vibrations along elliptical trajectories, the stiffness coefficients C x and C y are chosen different, but so that the partial eigenfrequencies λ 2x and λ 2y of the working body were close and located in the resonance zone, and the frequency λ 2 was determined by the averaged stiffness coefficient C = (C x + C y ) / 2.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Энергия к колебательной системе вибромашины подводится посредством вращающегося ротора. При равномерном вращении ротора с частотой ω периодически меняются во времени инертные свойства колебательной системы вибромашины вследствие наложения на движение тел качения нестационарных связей, что приводит к периодическому изменению коэффициентов в выражении кинетической энергии системы с периодом 2π/ω и самовозбуждению многократного комбинационного параметрического резонанса с возникновением синергетического эффекта (эффекта самоорганизации системы), причем справедливо соотношениеEnergy is supplied to the vibrating system of the vibrator by means of a rotating rotor. With a uniform rotation of the rotor with a frequency ω, the inert properties of the oscillatory system of the vibratory machine periodically change over time due to the imposition of unsteady couplings on the motion of the rolling bodies, which leads to a periodic change in the coefficients in the expression of the kinetic energy of the system with a period of 2π / ω and self-excitation of multiple Raman resonance with the appearance of synergetic effect (system self-organization effect), and the relation
ω=ω1+ω2,ω = ω 1 + ω 2 ,
где ω1, ω2 - соответственно частоты генерации тел качения и рабочего органа, близкие к собственным частотам λ1, λ2.where ω 1 , ω 2 - respectively, the generation frequencies of the rolling elements and the working body, close to the natural frequencies λ 1 , λ 2 .
В результате колебаний тел качения с частотой ω1 их центр масс описывает окружность в системе координат AX′Y′. При этом автоматически образуется неуравновешенность ротора вибровозбудителя и возникает невидимый дебаланс, причем этот дебаланс вращается с угловой скоростью ω2. Поскольку ω2≅λ2, то центробежная сила инерции будет возбуждать резонансные колебания рабочего органа.As a result of oscillations of the rolling bodies with a frequency of ω 1, their center of mass describes a circle in the coordinate system AX′Y ′. In this case, the imbalance of the rotor of the vibration exciter is automatically formed and an invisible unbalance occurs, and this unbalance rotates with an angular velocity ω 2 . Since ω 2 ≅λ 2 , the centrifugal inertia force will excite the resonant vibrations of the working body.
В колебательной системе машины еще до выхода на резонансный режим вследствие неконтролируемых малых возмущений существуют собственные колебания с частотами λ1=νω и λ2. Колебания с этими частотами значительно превышают все другие шумовые колебания по среднеквадратичной амплитуде. Вхождение машины в резонансную зону приводит к росту амплитуды шумовых компонент с частотами λ1, λ2 и самовозбуждению многократного комбинационного параметрического резонанса. При этом колебательная система машины синхронизируется на частотах ω=ω1+ω2.In the oscillatory system of the machine, even before reaching the resonance mode, due to uncontrolled small perturbations, there are natural vibrations with frequencies λ 1 = νω and λ 2 . Oscillations with these frequencies significantly exceed all other noise vibrations in terms of rms amplitude. Entering the machine into the resonance zone leads to an increase in the amplitude of the noise components with frequencies λ 1 , λ 2 and self-excitation of multiple Raman parametric resonance. In this case, the oscillatory system of the machine is synchronized at frequencies ω = ω 1 + ω 2 .
Пример осуществления способаAn example of the method
Для проверки возможности практического осуществления способа и устройства была изготовлена по вариантам 1, 2 действующая модель.To test the feasibility of the practical implementation of the method and device was made according to options 1, 2, the current model.
Составной двухдисковый ротор изготовлен из стали марки 40 без закалки. Модель имела следующие параметры: масса рабочего органа (плиты с регулировочными грузами) m0=4,1 кг, масса параметрического вибровозбудителя без тел качения, закрепленного на плите, m1=mд+mР=5,7 кг (mд=4 кг - масса электродвигателя постоянного тока мощностью 77 Вт, mР=1,7 кг - масса ротора), масса тела качения m=0,105 кг, ν=0,25, ε=0,005 (для однодискового ротора), Cx=239971,1 Н/м, Cy=230341,33 Н/м.The composite double disc rotor is made of grade 40 steel without hardening. The model had the following parameters: mass of the working body (plate with adjusting weights) m 0 = 4.1 kg, mass of a parametric vibration exciter without rolling elements fixed on the plate, m 1 = m d + m P = 5.7 kg (m d = 4 kg - mass of a direct current electric motor with a power of 77 W, m P = 1.7 kg - rotor mass), rolling body mass m = 0.105 kg, ν = 0.25, ε = 0.005 (for a single-disk rotor), C x = 239971 , 1 N / m, C y = 230341.33 N / m.
Вариант 1. Однодисковый ротор закреплялся на конце вала электродвигателя. Система имела параметры:Option 1. The single-disc rotor was fixed at the end of the motor shaft. The system had parameters:
M=m0+m1+2m=10,01 кг, резонансная частота вращения ротора ω*=λ2/(1-ν)=204,36 с-1. Частота вращения ротора и частота колебаний рабочего органа измерялись строботахометром.M = m 0 + m 1 + 2m = 10.01 kg, the resonant rotor speed ω * = λ 2 / (1-ν) = 204.36 s -1 . The rotor speed and the oscillation frequency of the working body were measured with a strobotachometer.
Эксперимент показал, что по мере приближения ω к ω* возбуждаются резонансные колебания рабочего органа по эллиптическим траекториям с частотой ω2=149,15 с-1, которые наблюдались в стробоскопическом освещении при незначительном рассогласовании частоты вспышек лампы. При этом большая полуось эллипса ориентирована по оси Y. Амплитуда колебаний измерялась ручным вибрографом ВР-1.The experiment showed that, as ω approaches ω *, resonant oscillations of the working body are excited along elliptical trajectories with a frequency of ω 2 = 149.15 s -1 , which were observed in stroboscopic illumination with a slight mismatch in the frequency of lamp flashes. In this case, the semi-major axis of the ellipse is oriented along the Y axis. The vibration amplitude was measured with a VR-1 hand-held vibrograph.
Вариант 2. В этом случае ротор собирался из двух дисков с угловым смещением осей обкатки на угол γ=π/2, которые закреплялись на валу электродвигателя. Параметры системы: λ2=151,69 с-1, σε=2×0,005=0,01, ω*=202,25 c-1, M=m0+m1+4m=0,22 кг. При ω→ω* возбуждаются резонансные колебания рабочего органа по эллиптическим траекториям с удвоенной амплитудой.Option 2. In this case, the rotor was assembled from two disks with an angular displacement of the break-in axes by an angle γ = π / 2, which were fixed on the motor shaft. System parameters: λ 2 = 151.69 s -1 , σε = 2 × 0.005 = 0.01, ω * = 202.25 s -1 , M = m 0 + m 1 + 4m = 0.22 kg. When ω → ω * , the resonant vibrations of the working body are excited along elliptical trajectories with doubled amplitude.
Резонансные колебания по круговым траекториям получаются как частный случай при Cx=Су.Resonant oscillations along circular paths are obtained as a special case at C x = C y .
Предложенный способ возбуждения обладает важными достоинствами, которые наделяют машину новыми качествами.The proposed method of excitation has important advantages that give the car new qualities.
1. Комбинационный параметрический резонанс возбуждается в широких частотных интервалах (областях параметрической неустойчивости), лежащих в окрестности частоты ω*=λ2/(1-ν), 0<ν<1. При этом обеспечивается практически абсолютная устойчивость резонансного режима работы машины при высокой добротности ее колебательной системы.1. Raman resonance resonance is excited in wide frequency intervals (regions of parametric instability) lying in the vicinity of the frequency ω * = λ 2 / (1-ν), 0 <ν <1. This ensures almost absolute stability of the resonant mode of operation of the machine with a high quality factor of its oscillatory system.
2. Установочная мощность привода вибромашины снижается более чем в два раза по сравнению с используемыми в промышленности инерционным (центробежным) или кинематическим вибровозбудителями. Это дает возможность применить электродвигатель меньшей мощности, чем в существующих машинах с зарезонансной настройкой, то есть способ и устройство являются новыми энергосберегающими технологиями.2. The installation power of the drive of the vibrator is reduced by more than two times compared with the inertial (centrifugal) or kinematic vibration exciters used in industry. This makes it possible to use an electric motor of lower power than in existing machines with resonance tuning, that is, the method and device are new energy-saving technologies.
3. Возможность возбуждения колебаний большой амплитуды (0,05-0,1 м) и низкой частоты (2-5 Гц), что является оптимальным для работы, например, в зерноперерабатывающей и пищевой промышленности. Используемые инерционные центробежные вибровозбудители, работающие при этих параметрах, являются громоздкими и металлоемкими и требуют специальных пусковых устройств, а при настройке на оптимальный технологический режим самопроизвольно выходят из резонансного режима.3. The ability to excite oscillations of large amplitude (0.05-0.1 m) and low frequency (2-5 Hz), which is optimal for work, for example, in the grain processing and food industries. The used inertial centrifugal vibration exciters operating at these parameters are cumbersome and metal-intensive and require special starting devices, and when tuned to the optimal technological mode they spontaneously exit the resonant mode.
4. Реализуется синергетический эффект, то есть взаимное стимулирование колебаний рабочего органа и тел качения.4. A synergistic effect is realized, that is, mutual stimulation of oscillations of the working body and rolling elements.
5. При работе проявляется эффект расширения резонансной зоны при значительном увеличении линейного демпфирования рабочего органа относительно уровня демпфирования тел качения. Во всех других случаях резонансная машина при увеличении демпфирования «глохнет», а при уменьшении идет в «разнос». Этот эффект может быть реализован на практике, так как тела качения не подвержены действию технологической нагрузки.5. During operation, the effect of the expansion of the resonance zone is manifested with a significant increase in the linear damping of the working body relative to the level of damping of the rolling elements. In all other cases, the resonant machine “stalls” when the damping increases, and when it decreases, it goes to “spacing”. This effect can be realized in practice, since the rolling bodies are not subject to the technological load.
6. Имеется возможность работать в широком диапазоне амплитуд колебаний.6. It is possible to work in a wide range of oscillation amplitudes.
7. Возможность создания вибропривода непосредственно от ротора электродвигателя, что существенно упрощает конструкцию, снижает массоемкость машины, а главное открывает перспективы оптимального управления технологическим процессом.7. The ability to create a vibrodrive directly from the rotor of the electric motor, which greatly simplifies the design, reduces the mass consumption of the machine, and most importantly opens up prospects for optimal process control.
Испытания опытных образцов параметрически возбуждаемых вибрационных устройств показали их высокую эффективность при сравнительно небольших габаритах и массе привода.Tests of prototypes of parametrically excited vibration devices have shown their high efficiency with relatively small dimensions and mass of the drive.
Анализ показывает, что предлагаемое решение соответствует критериям "новизна", "изобретательский уровень" и "промышленная применимость".The analysis shows that the proposed solution meets the criteria of "novelty", "inventive step" and "industrial applicability".
Claims (6)
ω=λ1+λ2,
где λ1 - эффективная частота тела качения во вращающейся системе;
λ2 - парциальная собственная частота рабочего органа.1. The method of excitation of resonant mechanical vibrations, namely, that resonant vibrations excite due to periodic forced changes inertial parameters of the oscillatory system formed by the working body on an elastic suspension and parametric vibration exciter, including a rotor with treadmills and rolling bodies in them, characterized in that carry out the elastic suspension of the working body in two mutually perpendicular directions along the axes X, Y, adjust the oscillatory system by setting the stiffness of the elastic suspension and the rotor speed, determined by the formula:
ω = λ 1 + λ 2 ,
where λ 1 is the effective frequency of the rolling body in a rotating system;
λ 2 - partial natural frequency of the working body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009145237/28A RU2410167C1 (en) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Procedure for excitation of resonance mechanical oscillations and device for its implementation (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009145237/28A RU2410167C1 (en) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Procedure for excitation of resonance mechanical oscillations and device for its implementation (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2410167C1 true RU2410167C1 (en) | 2011-01-27 |
Family
ID=46308313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009145237/28A RU2410167C1 (en) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Procedure for excitation of resonance mechanical oscillations and device for its implementation (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2410167C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486017C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-06-27 | Василий Иванович Антипов | Method of exciting resonant mechanical vibrations and device to this end |
| RU2617800C1 (en) * | 2016-01-25 | 2017-04-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО "ИрГУПС") | Method and device for technical condition estimation of the engineering structures |
| RU226985U1 (en) * | 2023-08-18 | 2024-07-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Resonance vibration machine |
-
2009
- 2009-12-07 RU RU2009145237/28A patent/RU2410167C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2486017C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-06-27 | Василий Иванович Антипов | Method of exciting resonant mechanical vibrations and device to this end |
| RU2617800C1 (en) * | 2016-01-25 | 2017-04-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО "ИрГУПС") | Method and device for technical condition estimation of the engineering structures |
| RU226985U1 (en) * | 2023-08-18 | 2024-07-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Resonance vibration machine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN202045073U (en) | Three-freedom-degree hybrid vibrating screen | |
| RU2501608C2 (en) | Vibratory mill | |
| RU2532235C2 (en) | Vibration transporting machine | |
| RU2441714C1 (en) | Mode of excitation of resonant mechanical oscillations | |
| RU2410167C1 (en) | Procedure for excitation of resonance mechanical oscillations and device for its implementation (versions) | |
| RU2009141481A (en) | VIBRATION CENTRIFUGE | |
| RU180678U1 (en) | Two-mass resonant vibrating screen | |
| JPH1194691A (en) | Exciter | |
| RU2617800C1 (en) | Method and device for technical condition estimation of the engineering structures | |
| RU2604005C1 (en) | Vibration grinder | |
| RU2486017C1 (en) | Method of exciting resonant mechanical vibrations and device to this end | |
| CN102274822A (en) | Elliptic vibration machine with parallel shafts and double excitation motors | |
| RU2669163C2 (en) | Method of excitation of vibrations and device therefor | |
| Eremeykin et al. | On the problem of control resonance oscillations of a mechanical system with unbalanced exciters | |
| CN220111515U (en) | Displacement output type vibration exciter | |
| RU2789250C1 (en) | Method for converting synchronous in-phase harmonic oscillations of vibrotransport and technological devices into synchronous harmonic oscillations with a phase shift and obtaining lissajous figures | |
| RU2819319C1 (en) | Vibration resonance planetary-ball mill | |
| RU2492931C1 (en) | Vibrating jaw crusher | |
| RU2682871C1 (en) | Oscillation generation device | |
| RU2816833C1 (en) | Vibrator with resonance tuning | |
| RU2152345C1 (en) | Vibrating feeder | |
| JPH04354714A (en) | Vibration device | |
| RU2354446C1 (en) | Vibration service machine drive | |
| Panovko et al. | Experimental Analysis of Dynamics of a Nonlinear Oscillatory System with Self-Synchronizing Vibration Exciters when Interacting with Bulk Material | |
| RU2278461C1 (en) | Piezoelectric engine |