RU2624829C1 - Vibrating field characteristics control method and device for its implementation - Google Patents

Vibrating field characteristics control method and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2624829C1
RU2624829C1 RU2015156775A RU2015156775A RU2624829C1 RU 2624829 C1 RU2624829 C1 RU 2624829C1 RU 2015156775 A RU2015156775 A RU 2015156775A RU 2015156775 A RU2015156775 A RU 2015156775A RU 2624829 C1 RU2624829 C1 RU 2624829C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vibration
sensors
field
working body
vibration field
Prior art date
Application number
RU2015156775A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Елисеев
Андрей Владимирович Елисеев
Андрей Павлович Хоменко
Анатолий Иванович Артюнин
Андрей Григорьевич Пнев
Владимир Богданович Кашуба
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority to RU2015156775A priority Critical patent/RU2624829C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2624829C1 publication Critical patent/RU2624829C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: method involves the installation on the surface of the desktop sensors fixation parameters of vibrating movement of the working body. At the same time produce simultaneous signals fixation with sensors placed on your body, with a mandatory fixing of the measured one directional movement, changing the properties of massoinertsionnye working body by moving along the perpendicular guides prigruza, administers the vibration characteristics of the field. Device for implementing the method includes working member rigidly connected to the vibrator sensors. Along the edges of the desktop set prigruza with the possibility of movement on command from the control unit when the information comes from sensors on the need to change the characteristics of the vibration field.
EFFECT: obtaining reliable information.
2 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения, контроля и управления динамическими характеристиками вибрационных технологических машин, представляющих собою механические колебательные системы, где в качестве элементов рабочей среды выступают гранулированные сыпучие смеси.The invention relates to the field of measurement, control and management of the dynamic characteristics of vibrating technological machines, which are mechanical oscillatory systems, where granular granular mixtures act as elements of the working medium.

Взаимодействие рабочей среды с вибрирующими поверхностями достаточно широко используется в технологии упрочнения поверхностей деталей (Пановко Г.Я. Динамика вибрационных технологических процессов. РХД. М.-Ижевск. 2006, 158 с., Копылов, Ю.Р. Динамика процессов виброударного упрочнения. Монография / Ю.Р. Копылов - Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2011. - 568 с.), например, при обработке длинномерных деталей, что характерно для конструктивных элементов летательных аппаратов и транспортных средств, особое значение приобретают вопросы формирования однородной структуры вибрационного поля, такие эффекты достигаются организацией движения рабочих органов вибростендов, когда вибрационные движения обладают определенной однородностью. Особенностью технологических процессов вибрационного упрочнения является необходимость обеспечения непрерывного подбрасывания гранулированной рабочей среды. Известен ряд решений в направлении обеспечения необходимых условий вибрационных взаимодействий.The interaction of the working medium with vibrating surfaces is widely used in the technology of hardening the surfaces of parts (Panovko G.Ya. Dynamics of vibrational technological processes. RHD. M.-Izhevsk. 2006, 158 pp., Kopylov, Yu.R. Dynamics of vibration-hardening processes. Monograph / Yu.R. Kopylov - Voronezh: CPI "Scientific Book", 2011. - 568 p.), For example, when machining long parts, which is typical for structural elements of aircraft and vehicles, the formation of a uniform shape is of particular importance. oh vibration field structure, such effects are achieved organization motion shakers working elements when vibratory motion have a certain homogeneity. A feature of technological processes of vibration hardening is the need to ensure continuous tossing of a granular working medium. A number of solutions are known in the direction of providing the necessary conditions for vibrational interactions.

Известен способ исследования (управления) характеристик(ами) вибрационного поля, создаваемого исполнительным органом вибрационной установки, заключающийся в их измерении (управлении ими) с помощью датчиков (возбудителей колебаний), жестко связанных с рабочей поверхностью исполнительного органа (Вибрации в технике. Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). - М.: Машиностроение, 1981. - Т. 5. Измерения и испытания. - Под ред. М.Д. Генкина. 1981. 496 с.). Недостатком известного способа является то, что он не позволяет исследовать и управлять характеристиками вибрационных режимов, использующих полезные свойства неудерживающего характера связей между гранулированной смесью и поверхностью рабочего органа технологической машины.A known method of research (control) of the characteristics (s) of the vibration field created by the actuator of the vibrating installation, which consists in measuring them (controlling them) using sensors (pathogens), rigidly connected with the working surface of the actuator (Vibrations in technology. Reference. In 6 volumes / Ed. Advice: V.N. Chelomey (previous) - M .: Mashinostroenie, 1981. - T. 5. Measurements and tests. - Edited by M. D. Genkin. 1981. 496 from.). The disadvantage of this method is that it does not allow to investigate and control the characteristics of vibration modes using the beneficial properties of the non-retaining nature of the bonds between the granular mixture and the surface of the working body of the technological machine.

Известно также изобретение (ПФАЙФФЕР X., «Устройство для определения и/или контроля по меньшей мере одного параметра процесса», RU 2338164 C1, G01F 23/296, Опубл. 10.11.2008. Бюл. №31), относящееся к устройствам для определения параметров среды, представляющее собой устройство для определения и/или контроля по меньшей мере одного параметра процесса среды, с элементом, способным совершать механические колебания, который в одном направлении осуществляет механические колебания и который закреплен на зажиме, с возбуждающе/приемным элементом, который возбуждает механические колебания у элемента и который воспринимает механические колебания элемента, и с блоком регулировки/обработки результатов, который регулирует механические колебания элемента и который определяет и/или контролирует параметр процесса.The invention is also known (PFEIFFER X., "Device for determining and / or monitoring at least one process parameter", RU 2338164 C1, G01F 23/296, Pub. 10.11.2008. Bull. No. 31) relating to devices for determining environmental parameters, which is a device for determining and / or monitoring at least one parameter of the process of the medium, with an element capable of performing mechanical vibrations, which in one direction carries out mechanical vibrations and which is fixed to the clamp, with an exciting / receiving element that excites m mechanical vibrations of the element and which element receives mechanical oscillations, and results of adjustment / evaluation unit which controls the mechanical vibrations of the element and which determines and / or monitors the process variable.

Сущность способа, используемого по данному патенту, заключается в том, что данное изобретение позволяет определить и/или контролировать по меньшей мере один параметр процесса. Вместе с тем изобретение не обеспечивает получение параметров процесса вибрационного взаимодействия рабочей гранулированной сыпучей смеси с учетом неудерживающих связей при однородном и одномерном движении рабочего органа технологической машины.The essence of the method used according to this patent is that the invention allows to determine and / or control at least one process parameter. However, the invention does not provide obtaining process parameters of the vibrational interaction of the working granular granular mixture, taking into account non-holding bonds with a uniform and one-dimensional movement of the working body of the technological machine.

В литературе (Вибрации в технике. Справочник в 6-ти томах / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). - М.: Машиностроение. 1981. Т. 4. Вибрационные процессы и машины / Под ред. Э.Э Лавенделла. 1981. - 504 с.) описаны структуры вибрационных полей, создаваемых рабочими органами вибростендов с различными требованиями к траекторным движениями точек рабочего органа. Отмечено, что структура вибрационного поля отличается неоднородностью, в связи с чем гранулированная среда не всегда взаимодействует с реализацией отскоков и последующих взаимодействий. Для контроля за структурой вибрационного поля предлагается использование традиционных средств виброизмерительной техники, что не учитывает принципиально важную особенность, заключающуюся в необходимости создания режимов непрерывного подбрасывания.In the literature (Vibrations in technology. Handbook in 6 volumes / Ed. Advice: V.N. Chelomei (previous). - M .: Mechanical engineering. 1981. T. 4. Vibration processes and machines / Ed. E. E. Lavendella. 1981. - 504 pp.) Describes the structure of the vibration fields created by the working bodies of the vibration stands with different requirements for the trajectory movements of the points of the working body. It is noted that the structure of the vibration field is not uniform, and therefore the granular medium does not always interact with the implementation of rebounds and subsequent interactions. To control the structure of the vibration field, it is proposed to use traditional means of vibration measuring equipment, which does not take into account the fundamentally important feature, which consists in the need to create continuous tossing modes.

В качестве прототипа взят «Способ исследования и управления характеристиками вибрационного поля» [RU 2274843 С1, МПК G01M 7/00. Опубл. 20.04.2006. Бюл. №11]. Сущность заключается в измерении или управлении характеристиками вибрационного поля с помощью датчиков или возбудителей колебаний соответственно, которые жестко связаны с рабочей поверхностью исполнительного органа. Отличается тем, что с целью получения точного значения характеристик (или управления их величинами) вибрационного поля в любой его точке по заданным значениям параметров колебательного движения и затрачиваемой мощности для стандартных исполнительных органов виброустановок, например виброплощадок, расчетным путем определяют местонахождение точек (узлов колебаний), расположенных, в зависимости от физических свойств исполнительного органа, на его поверхности или вне этой поверхности, но жестко с нею связанных, в которых суммарное значение какого-либо характеристического параметра вибрационного поля (амплитуда, частота, кинематические характеристики линейных или угловых колебаний) равно нулю, затем относительно узлов колебаний определяют значения вибрационных характеристик в заданных точках поверхности исследуемого объекта; изменяя мощность на осуществление колебаний, меняют положение узла колебаний и таким образом вибрационную характеристику в заданной точке на поверхности исследуемого объекта; задавшись значением вибрационной характеристики в заданной точке поля, зная положение узла колебаний, определяют потребную величину расходуемой мощности.As a prototype taken "Method of research and control the characteristics of the vibration field" [RU 2274843 C1, IPC G01M 7/00. Publ. 04/20/2006. Bull. No. 11]. The essence is to measure or control the characteristics of the vibration field using sensors or exciters, respectively, which are rigidly connected with the working surface of the actuator. It differs in that in order to obtain the exact value of the characteristics (or control of their values) of the vibration field at any point from the given values of the parameters of the vibrational motion and the power consumed for standard actuating organs of vibroinstallations, for example vibroplates, the location of points (vibration nodes) is calculated by calculation, located, depending on the physical properties of the executive body, on its surface or outside this surface, but rigidly connected with it, in which the total value ue any vibration field characteristic parameter (amplitude, frequency, kinematic characteristics of the linear or angular oscillation) is zero, then determine the relative oscillation nodes of vibration characteristics values at predetermined points of the surface of the object; changing the power for the implementation of the oscillations, change the position of the oscillation node and thus the vibrational characteristic at a given point on the surface of the investigated object; Having set the value of the vibrational characteristic at a given point in the field, knowing the position of the vibration unit, the required amount of power is determined.

Данный способ позволяет получить потребляемую величину расходуемой мощности. Вместе с тем способ не обеспечивает получение характеристик вибрационного поля, формируемых режимами, которые реализуют движение гранулированной сыпучей смеси в процессе однородного и одномерного движения рабочего органа технологической машины.This method allows to obtain the consumed value of the consumed power. However, the method does not provide obtaining the characteristics of the vibration field formed by the modes that implement the movement of the granular granular mixture in the process of uniform and one-dimensional movement of the working body of the technological machine.

Задача изобретения заключается в разработке принципов построения форм реализации, оценке контроля и управления динамическим состоянием рабочих органов вибрационных технологических машин, предназначенных для упрочнения поверхностей крупногабаритных деталей в рабочей гранулированной среде, совершающей с поверхностью деталей непрерывное вибрационно-ударное взаимодействие.The objective of the invention is to develop principles for constructing forms of implementation, assessing the control and management of the dynamic state of the working bodies of vibrating technological machines, designed to harden the surfaces of large parts in a granular working environment, making continuous vibration-impact interaction with the surface of the parts.

Поставленная задача решается следующим образом. Способ управления характеристиками вибрационного поля включает установку датчиков на поверхности рабочего органа, фиксацию параметров вибрационного движения рабочего органа, отличается тем, что производит одновременную фиксацию сигналов с датчиков, расположенных на рабочем органе, с обязательной фиксацией измеряемого движения одной направленности, изменяя массоинерционные свойства рабочего органа путем перемещения вдоль перпендикулярных направляющих специальных перемещаемых массивных элементов (пригрузов), осуществляет управление характеристиками вибрационного поля.The problem is solved as follows. The method of controlling the characteristics of the vibration field includes the installation of sensors on the surface of the working body, fixing the parameters of the vibrational movement of the working body, characterized in that it simultaneously fixes signals from sensors located on the working body, with the obligatory fixation of the measured movement of one direction, changing the mass inertia of the working body by movements along the perpendicular guides of special movable massive elements (weights), controls characteristics of the vibratory field.

Устройство для реализации способа управления характеристикой вибрационного поля включает рабочий орган, жестко соединенный с вибратором, датчики, отличается тем, что вдоль краев рабочего стола установлены пригрузы с возможностью передвижения по команде с блока управления при поступлении информации от датчиков о необходимости изменения характеристики вибрационного поля.A device for implementing the method of controlling the characteristic of the vibration field includes a working element rigidly connected to the vibrator, sensors, characterized in that along the edges of the desktop installed weights with the ability to move on command from the control unit upon receipt of information from the sensors about the need to change the characteristics of the vibration field.

Сигнал с датчиков передается в блок управления, записывается, обрабатывается и используется для регулирования положения пригрузов.The signal from the sensors is transmitted to the control unit, recorded, processed and used to adjust the position of the weights.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На ФИГ. 1 показана принципиальная схема вибростенда в виде твердого тела, совершающего вертикальные колебания. Рабочий орган вибростенда 2 установлен на упругие элементы 5. По углам рабочей поверхности вибрационной технологической машины установлены датчики 1. Вдоль боковых поверхностей рабочего органа вибрационной машины установлены направляющие 4 с пригрузами 3 с возможностью смещения при помощи механизмов поступательного принципа действия.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a vibrating stand in the form of a solid body performing vertical vibrations. The working body of the vibrating stand 2 is mounted on the elastic elements 5. Sensors 1 are installed at the corners of the working surface of the vibrating technological machine. Along the side surfaces of the working body of the vibrating machine, guides 4 with weights 3 are mounted with the possibility of displacement using the mechanisms of the translational principle of operation.

На ФИГ. 2 показана общая схема контура управления состоянием вибрационного поля. На поверхность рабочего органа вибрационного стенда 2 установлены четыре датчика 1, соединенные токовыводами 6 с блоком управления 7. На направляющих 4 установлены пригрузы 3, соединенные токовыводами 5 с блоком управления 7 и перемещающиеся посредством механизмов поступательного принципа действия вдоль направляющих 4.In FIG. 2 shows a general outline of a vibration field control circuit. Four sensors 1 are mounted on the surface of the working body of the vibrating stand 2, connected by current leads 6 to the control unit 7. On guides 4, weights 3 are installed, connected by current leads 5 to the control unit 7 and moved by means of translational operating principles along the guides 4.

На ФИГ. 3 отражена принципиальная схема твердого тела с 6-ю степенями свободы, возбуждаемого инерционным возбудителем в вертикальном направлении и совершающего колебание на упругих элементах k1, k2, k3, k4.In FIG. Figure 3 shows a schematic diagram of a rigid body with 6 degrees of freedom, excited by an inertial pathogen in the vertical direction and oscillating on elastic elements k 1, k 2 , k 3, k 4 .

На ФИГ. 4 представлена редуцированная расчетная схема системы с двумя степенями свободы плоского колебания твердого тела с гармоническим входным воздействием Q, отражающим воздействие инерционного вибровозбудителя, установленного в соответствующей точке вибрационного стенда.In FIG. Figure 4 shows a reduced design scheme of a system with two degrees of freedom of a plane oscillation of a solid with a harmonic input action Q, reflecting the effect of an inertial vibration exciter installed at the corresponding point of the vibration stand.

На ФИГ. 5 представлена структурная схема с выделенными парциальными системами, взаимодействующими через квазиупругие связи.In FIG. 5 is a structural diagram with selected partial systems interacting through quasielastic bonds.

На ФИГ. 6 представлен лабораторный прототип вибрационной установки. На рабочий орган установлены датчики 1, 2, 3, 4, соединенные через токовыводы 5 с блоком управления.In FIG. 6 shows a laboratory prototype of a vibrating installation. Sensors 1, 2, 3, 4 are installed on the working body, connected via current leads 5 to the control unit.

На ФИГ. 7 представлены датчики 1, 2, 3, 4 («Датчик определения граничных параметров взаимодействия тел в вибрационных системах» [Патент 148250, МПК G01P 15/09, приоритет 05.05.2014, опубликовано: 27.11.2014. Бюл. 33]).In FIG. 7 presents sensors 1, 2, 3, 4 (“A sensor for determining the boundary parameters of the interaction of bodies in vibration systems” [Patent 148250, IPC G01P 15/09, priority 05/05/2014, published: 11/27/2014. Bull. 33]).

На ФИГ. 8 представлены графики результатов обработки характерных сигналов, полученных с 4-х датчиков, в процессе работы лабораторного вибростенда. Графики отражают зависимость напряжения на токовыводах датчиков от времени для четырех датчиков.In FIG. Figure 8 shows graphs of the results of processing characteristic signals received from 4 sensors during the operation of a laboratory vibrostand. The graphs reflect the time dependence of the voltage at the sensor outputs for four sensors.

На ФИГ. 9 представлен спектр характерного сигнала с датчика 1.In FIG. 9 shows a spectrum of a characteristic signal from sensor 1.

На ФИГ. 10 представлены нормированные графики 1, 2, 3, 4 основных гармоник сигналов с датчиков 1, 2, 3, 4 соответственно и основной гармоники 5 усредненного сигнала (среднеарифметическое значение четырех сигналов).In FIG. 10 shows the normalized graphs 1, 2, 3, 4 of the main harmonics of the signals from the sensors 1, 2, 3, 4, respectively, and the main harmonic 5 of the averaged signal (arithmetic mean value of four signals).

Описание принципов работыDescription of the principles of work

Предлагаемый способ управления вибрационным состоянием технологического комплекса и устройство для его осуществления заключаются в том, что на рабочий орган вибростенда устанавливается одновременно 4 датчика, схема расположения которых учитывает особенности колебания рабочего органа как твердого тела, совершающего при гармоническом возбуждении сложное колебательное движение. Способ оценки структуры вибрационного поля ориентирован на измерение вертикальных компонент скоростей, перемещений и ускорений одновременно с записью на соответствующий носитель информации, позволяющий определить распределение амплитуд перемещений, скоростей и ускорений. При этом полагается, что однородность вертикального движения рабочего органа вибростенда предварительно обеспечивается соответствующими ограничителями движения и возможностями осуществлять настройку путем выдерживания определенных соотношений по параметрам движения в других направлениях, кроме вертикального.The proposed method for controlling the vibrational state of the technological complex and the device for its implementation consist in the fact that 4 sensors are installed simultaneously on the vibrating stand’s working body, the layout of which takes into account the peculiarities of the working body’s oscillation as a solid body that undergoes complex oscillatory motion during harmonic excitation. The method of assessing the structure of the vibration field is focused on measuring the vertical components of velocities, displacements, and accelerations simultaneously with recording on an appropriate storage medium, which allows one to determine the distribution of the amplitudes of displacements, velocities, and accelerations. It is assumed that the uniformity of the vertical movement of the working body of the vibrating stand is preliminarily provided by the corresponding movement limiters and the ability to adjust by maintaining certain ratios in terms of movement parameters in directions other than vertical.

Если движение носит однородный характер, то амплитуды колебаний сигналов по выбранным точкам будут иметь один и тот же знак, и текущие амплитуды или фазы колебаний будут незначительно отличаться от среднеквадратичного или среднеарифметического значения. Если доля движений твердого тела по различным координатам будет завышена, то сигналы будут иметь значительный разброс, что дает возможность своевременно приступить к корректировке вибрационного поля.If the motion is homogeneous, then the amplitudes of the oscillations of the signals at the selected points will have the same sign, and the current amplitudes or phases of the oscillations will slightly differ from the rms or arithmetic mean values. If the fraction of motions of a solid body at different coordinates is overestimated, then the signals will have a significant scatter, which makes it possible to start timely correction of the vibration field.

На ФИГ. 1 показана принципиальная схема вибростенда в виде твердого тела, совершающего вертикальные колебания, возбуждаемого инерционным устройством (к примеру, инерционным возбудителем). Установка датчиков обозначена позициями 1.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a vibrating stand in the form of a solid body, performing vertical vibrations, excited by an inertial device (for example, an inertial pathogen). The sensor installation is indicated by 1.

На ФИГ. 2 представлена общая схема регистрации сигналов с датчиков. Измеряемый сигнал поступает в блок управления, обрабатывается для вычисления среднеарифметического или среднеквадратичного значения амплитуд колебания и отклонения от средних параметров. Отдельно выводится информация о знаках скоростей и перемещений по выбранным точкам, определяются фазы гармонического разложения сигналов.In FIG. 2 shows a general scheme for recording signals from sensors. The measured signal enters the control unit, is processed to calculate the arithmetic mean or root mean square value of the oscillation amplitudes and deviations from the average parameters. Information on the signs of velocities and displacements at selected points is separately displayed, and the phases of harmonic decomposition of signals are determined.

Теоретическое обоснование способа контроля и оценки структуры вибрационного поля (управление состоянием)Theoretical basis for the method of monitoring and evaluating the structure of the vibration field (state control)

На ФИГ. 3 показана принципиальная схема твердого тела с 6-ю степенями свободы, возбуждаемого инерционным возбудителем в вертикальном направлении.In FIG. 3 shows a schematic diagram of a rigid body with 6 degrees of freedom, excited by an inertial pathogen in the vertical direction.

Математическая модель колебания твердого тела может быть представлена системой дифференциальных уравнений движения по координатам точек. Для упрощения исходной модели условия развязки колебаний при заданных условиях вибрационных колебаний могут быть обеспечены введением специальных ограничителей на отдельные виды движений, а также путем соблюдения определенных отношений симметричности инерционных свойств. Введение ограничителей на движения вдоль осей ОХ и OY приводит к том, что система будет колебаться только в вертикальном направлении. The mathematical model of a rigid body oscillation can be represented by a system of differential equations of motion along the coordinates of points. To simplify the initial model, the conditions for decoupling the oscillations under given conditions of vibrational vibrations can be provided by introducing special limiters on certain types of movements, as well as by observing certain relations of symmetry of inertial properties. The introduction of restrictions on movements along the axes OX and OY leads to the fact that the system will oscillate only in the vertical direction.

На ФИГ. 4 приведена редуцированная расчетная схема системы с двумя степенями свободы плоского колебания твердого тела с гармоническим входным воздействием Q, отображающим воздействие инерционного вибровозбудителя, установленного в соответствующей точке вибрационного стенда.In FIG. Figure 4 shows the reduced design scheme of a system with two degrees of freedom of a plane oscillation of a solid with a harmonic input action Q, which reflects the effect of an inertial vibration exciter installed at the corresponding point on the vibration stand.

Элементами расчетной схемы на ФИГ. 4 является твердое тело (рабочий орган), опирающееся в точках А, В на упругие элементы с жесткостями k1, k2 соответственно. Предполагается, что центр тяжести находится в точке О, расположенной на отрезке А и В.Elements of the design scheme in FIG. 4 is a solid body (working body), resting at points A, B on elastic elements with stiffnesses k 1 , k 2, respectively. It is assumed that the center of gravity is located at point O, located on the segment A and B.

Гармоническое силовое возмущение

Figure 00000001
приложено в точке на расстоянии
Figure 00000002
от точки О. Система совершает малые колебания относительно положения статического равновесия, силы трения предполагаются малыми. Рассматриваются одновременно две неподвижные системы обобщенных координат относительно положения статического равновесия твердого тела. Обобщенные координаты {у12} определяют смещение точек А, В, {у0,ϕ} - определяют смещение центра тяжести по вертикали и угол поворота.Harmonic power disturbance
Figure 00000001
applied at a point in the distance
Figure 00000002
from point O. The system makes small oscillations relative to the position of static equilibrium, the friction forces are assumed to be small. Two fixed systems of generalized coordinates with respect to the position of the static equilibrium of a solid are considered simultaneously. The generalized coordinates {y 1 , y 2 } determine the displacement of points A, B, {y 0 , ϕ} - determine the vertical displacement of the center of gravity and the angle of rotation.

С учетом предположений обобщенные координаты двух неподвижных систем отсчета y1, y2 и y0, ϕ связаны соотношениями:Taking into account the assumptions, the generalized coordinates of two fixed reference systems y 1 , y 2 and y 0 , ϕ are related by the relations:

Figure 00000003
и
Figure 00000004
, где
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
.
Figure 00000003
and
Figure 00000004
where
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
.

В соответствии с формализмом Лагранжа составляется система дифференциальных уравнений, которая после преобразования Лапласа может быть трансформирована в структурную математическую модель. Структурная схема с выделенными парциальными системами, взаимодействующими через квазиупругие связи, представлена на ФИГ. 5.In accordance with the Lagrange formalism, a system of differential equations is compiled, which, after the Laplace transform, can be transformed into a structural mathematical model. A block diagram with selected partial systems interacting via quasi-elastic bonds is shown in FIG. 5.

Условия однородности вибрационного поля соотносятся с представлением о том, что при заданных внешних возмущениях отношение выходных сигналов на парциальных системах будет равно единице:The conditions for the uniformity of the vibration field are correlated with the idea that for given external perturbations, the ratio of output signals on partial systems will be equal to unity:

Figure 00000008
Figure 00000008

Разрешение уравнения (1) относительно p=iω позволяет определить частоту внешнего воздействия

Figure 00000009
, обеспечивающую однородную структуру вибрационного поля в зависимости от параметров вводимого устройства и приложенной силы:The resolution of equation (1) with respect to p = iω allows us to determine the frequency of the external action
Figure 00000009
providing a homogeneous structure of the vibration field depending on the parameters of the input device and the applied force:

Figure 00000010
Figure 00000010

На частоте

Figure 00000009
изображения
Figure 00000011
и
Figure 00000012
равны между собой и составляют величину:On frequency
Figure 00000009
Images
Figure 00000011
and
Figure 00000012
are equal to each other and amount to:

Figure 00000013
Figure 00000013

С учетом аналитических особенностей выражения (3) решение

Figure 00000011
существует и не равно нулю, если выполнены условия:Given the analytical features of expression (3), the solution
Figure 00000011
exists and is not equal to zero if the conditions are met:

Figure 00000014
Figure 00000014

Частота режима однородного движения твердого тела реализуется, если для величины смещения

Figure 00000015
точки приложения силы
Figure 00000016
от центра тяжести с выполнено условие:The frequency of the regime of uniform motion of a rigid body is realized if, for the displacement
Figure 00000015
force points
Figure 00000016
from the center of gravity with the condition:

Figure 00000017
Figure 00000017

Таким образом, условия (5) обеспечивают существование

Figure 00000018
- частоты однородного вибрационного поля. Частота
Figure 00000018
определяется массоинерционными характеристиками колебательной системы, которые могут быть изменены, в частности, посредством изменения положения центра тяжести (с помощью перемещения пригрузов).Thus, conditions (5) ensure the existence of
Figure 00000018
- frequency of a uniform vibration field. Frequency
Figure 00000018
determined by the mass inertia characteristics of the oscillatory system, which can be changed, in particular, by changing the position of the center of gravity (by moving the weights).

Для оценки и контроля структуры вибрационного поля синхронно фиксируются сигналы с четырех датчиков, установленных в углах рабочего органа вибрационной технологической машины, и определяется среднее значение амплитуд колебания сигналов:To evaluate and control the structure of the vibration field, signals from four sensors installed in the corners of the working body of the vibration technological machine are synchronously recorded, and the average value of the amplitudes of the oscillations of the signals is determined:

АСР=(А1234)/4.A CP = (A 1 + A 2 + A 3 + A 4 ) / 4.

При одномерном и однородном колебании рабочей поверхности будет выполняться совпадение амплитуд колебания А1234. Если амплитуды колебаний не равны, это означает наличие угловых вибраций. Величина этих угловых движений может быть отрегулирована с помощью установки на рабочем органе пригрузов, после чего технологический процесс реализуется в режиме одномерного и однородного колебания.With a one-dimensional and uniform oscillation of the working surface, the coincidence of the oscillation amplitudes A 1 = A 2 = A 3 = A 4 will be performed. If the oscillation amplitudes are not equal, this means the presence of angular vibrations. The magnitude of these angular movements can be adjusted by installing weights on the working body, after which the technological process is implemented in the mode of one-dimensional and uniform oscillation.

Регулирующее устройство представляет собой систему жестких балок с расположенными на них пригрузами. На ФИГ. 1 и ФИГ. 2 пригрузы 3 могут передвигаться вдоль направляющих 4, используя механизм поступательного принципа действия (примером служит суппорт токарного станка, перемещаемый с помощью ходового винта). Схема представлена на ФИГ. 1 - изометрическая проекция.The adjusting device is a system of rigid beams with weights located on them. In FIG. 1 and FIG. 2 weights 3 can move along the guides 4, using the mechanism of the translational principle of action (an example is a support of a lathe, moved with a lead screw). The scheme is presented in FIG. 1 is an isometric view.

Настройка работы вибростенда осуществляется в начале технологического процесса и может осуществляться автоматически на основе информации, полученной с установленных датчиков 1.The vibrostand operation is set up at the beginning of the technological process and can be carried out automatically based on information received from installed sensors 1.

В рамках предлагаемого изобретения способ реализуется устройством, состоящим из массоинерционных элементов 3 (ФИГ. 1), которые могут перемещаться вдоль направляющих 4, параллельных поперечной и продольной осям рабочего органа, на достаточно больших расстояниях от центра масс системы при наличии соответствующих ограничителей, обеспечивающих возможность движения по вертикальной оси рабочего органа вибрационной машины.In the framework of the invention, the method is implemented by a device consisting of mass inertia elements 3 (FIG. 1), which can move along the guides 4, parallel to the transverse and longitudinal axes of the working body, at sufficiently large distances from the center of mass of the system in the presence of appropriate limiters, providing the possibility of movement along the vertical axis of the working body of the vibrating machine.

Предварительная оценка возможностей реализацииPreliminary assessment of feasibility

В качестве примера применения способа управления характеристикой вибрационного поля и устройства для его осуществления в вибрационных системах следует привести технологический вибрационный процесс виброупрочнения лонжерона лопасти вертолета посредством рабочей среды, образованной большим количеством стальных шариков, в основе которого лежит теория взаимодействия материальной частицы с вибрирующей поверхностью [Вибрации в технике. Справочник в 6-ти томах / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). - М.: Машиностроение. 1981. Т. 4. Вибрационные процессы и машины. / Под ред. Э.Э Лавенделла. 1981. - 504 с., стр. 13] для случая горизонтальной поверхности, совершающей вертикальные колебания. Машина образована тремя вибрационными секциями, помещенными на упругие элементы, на которые сверху помещаются лонжероны лопастей вертолетов в контейнерах, внутрь которых засыпаны стальные металлические шарики. Такая технологическая машина может иметь возможность регулирования амплитуды и частоты колебания опорной поверхности вибрирующих секций. Из-за разбалансировки и износа элементов вибрационной машины амплитуды колебания точек вибрационного поля могут перестать соответствовать допустимым значениям в частности и может произойти нарушение однородности вибрационного поля каждой секции вибрационного стенда. Для первичной настройки режима виброупрочнения необходима оценка однородности вибрационного поля каждой из трех секций. Установка датчиков на технологическую опорную поверхность колебания и определение отклонений сигналов по четырем датчикам от среднего значения для различных положений точечных грузов вдоль направляющих позволяет провести предварительную оценку структуры вибрационного поля технологической машины в зависимости от массоинерционных характеристик рабочего органа секции вибростенда и произвести регулировку структуры вибрационного поля. Если при определенных положениях пригрузов усредненный сигнал имеет малые отклонения от сигналов с четырех датчиков, то считается, что регулирование структуры вибрационного поля произведено и достигнута однородная структура вибрационного поля секции технологической машины.As an example of the application of the method of controlling the characteristic of the vibration field and the device for its implementation in vibration systems, the technological vibration process of vibration hardening of the helicopter blade spar by means of a working medium formed by a large number of steel balls based on the theory of the interaction of a material particle with a vibrating surface [Vibrations in technique. Handbook in 6 volumes / Ed. advice: V.N. Chelomei (previous). - M.: Mechanical Engineering. 1981. T. 4. Vibration processes and machines. / Ed. E.E. Lavendell. 1981. - 504 p., P. 13] for the case of a horizontal surface that performs vertical vibrations. The machine is formed by three vibrating sections placed on elastic elements, on which spars of helicopter blades in containers are placed on top, inside of which steel metal balls are filled. Such a technological machine may be able to control the amplitude and frequency of oscillation of the supporting surface of the vibrating sections. Due to the imbalance and wear of the elements of the vibrating machine, the amplitude of the vibration of the points of the vibration field may cease to correspond to acceptable values in particular, and there may be a violation of the uniformity of the vibration field of each section of the vibration stand. For the initial adjustment of the vibration hardening mode, it is necessary to evaluate the uniformity of the vibration field of each of the three sections. Installing sensors on the technological supporting surface of the oscillation and determining deviations of the signals from the four sensors from the average value for different positions of point weights along the guides allows a preliminary assessment of the structure of the vibration field of the technological machine depending on the mass inertia characteristics of the working body of the vibrating stand section and adjustment of the structure of the vibration field. If, at certain positions of the loads, the averaged signal has small deviations from the signals from four sensors, then it is believed that the structure of the vibration field is regulated and a uniform structure of the vibration field of the section of the technological machine is achieved.

Техническая применимость способа управления характеристикой вибрационного поля и устройства для его осуществления в вибрационных системах может быть обоснована теоретическими результатами и модельным экспериментом. При рассмотрении механической колебательной системы с внешним силовым гармоническим возмущением, приложенным к определенной точке твердого тела, существуют массоинерционные параметры системы, обеспечивающие однородность вибрационного поля.The technical applicability of the method of controlling the characteristic of the vibration field and the device for its implementation in vibration systems can be justified by theoretical results and model experiment. When considering a mechanical oscillatory system with an external harmonic force disturbance applied to a certain point of a solid, there are mass-inertial parameters of the system that ensure the uniformity of the vibration field.

Таким образом можно полагать, что в случае нарушения однородной структуры вибрационного поля существуют такие массоинерционные параметры механической колебательной системы, при достижении которых структура вибрационного поля становится близка к однородной.Thus, it can be assumed that in the event of a violation of the homogeneous structure of the vibrational field, there exist such mass-inertia parameters of the mechanical vibrational system, upon reaching which the structure of the vibrational field becomes close to homogeneous.

Для подтверждения возможности получения технического результата представлен экспериментальный прототип виброустановки и проведено сравнение четырех сигналов датчиков со средней величиной, характеризующее неоднородность структуры вибрационного поля на основе различия фазовых сдвигов сигналов гармоник основной частоты.To confirm the possibility of obtaining a technical result, an experimental prototype of a vibration unit is presented and four sensor signals are compared with an average value, which characterizes the heterogeneity of the structure of the vibration field based on the difference in phase shifts of the harmonics of the fundamental frequency.

Для регистрации структуры вибрационного поля четыре датчика 1, 2, 3, 4 (ФИГ. 6) жестко крепятся к рабочей поверхности вибрационной машины.To register the structure of the vibration field, four sensors 1, 2, 3, 4 (FIG. 6) are rigidly attached to the working surface of the vibration machine.

Сигналы с датчиков 1, 2, 3, 4 (ФИГ. 6) через токовыводы 5 поступают в блок управления. В блоке управления сигнал обрабатывается и представляется в виде графиков напряжений на токовыводах датчиков в зависимости от времени (ФИГ. 8) и графиков спектрального представления (ФИГ. 9). Все графики напряжений (ФИГ. 8) имеют характерные всплески, отражающие периодические моменты удара рабочей среды.The signals from the sensors 1, 2, 3, 4 (FIG. 6) through current outputs 5 enter the control unit. In the control unit, the signal is processed and presented in the form of graphs of voltages at the current outputs of the sensors depending on time (FIG. 8) and graphs of the spectral representation (FIG. 9). All stress graphs (FIG. 8) have characteristic surges reflecting the periodic moments of impact of the working medium.

На основе спектрального представления сигналов определяется основная частота, которая совпадает для всех четырех сигналов. Для каждого сигнала определяется фаза основной гармоники. Полученные гармоники нормируются 1, 2, 3, 4 (ФИГ. 10) и сравниваются с основной нормированной гармоникой усредненного сигнала 5.Based on the spectral representation of the signals, the fundamental frequency is determined, which coincides for all four signals. For each signal, the phase of the fundamental harmonic is determined. The resulting harmonics are normalized to 1, 2, 3, 4 (FIG. 10) and compared with the main normalized harmonics of the averaged signal 5.

Таким образом, на основании различия фаз нормированных гармоник и сравнении с фазами усредненного сигнала делается вывод о степени близости структуры вибрационного поля к однородной.Thus, based on the difference between the phases of the normalized harmonics and comparison with the phases of the averaged signal, it is concluded that the structure of the vibration field is close to homogeneous.

Так, в соответствии с ФИГ. 10 среднее абсолютное отклонение фаз сигналов 1, 2, 3, 4 от фазы усредненного сигнала 5 превышает

Figure 00000019
рад, что свидетельствует о сильной неоднородности вибрационного поля и является основанием для принятия мер по коррекции структуры вибрационного поля.So, in accordance with FIG. 10 the average absolute deviation of the phases of the signals 1, 2, 3, 4 from the phase of the averaged signal 5 exceeds
Figure 00000019
I am glad that this indicates a strong heterogeneity of the vibration field and is the basis for taking measures to correct the structure of the vibration field.

Полезность способа управления характеристикой вибрационного поля и устройства для его осуществления в вибрационных системах заключается в возможности оценки неоднородности структуры вибрационного поля в режиме подбрасывания сыпучих материалов, и как следствие, в возможности контроля, настройки и регулирования режимов работы технологических линий вибрационных машин.The usefulness of the method of controlling the characteristic of the vibration field and the device for its implementation in vibration systems lies in the possibility of assessing the heterogeneity of the structure of the vibration field in the tossing-up of bulk materials, and as a result, in the possibility of monitoring, adjusting and regulating the operating modes of technological lines of vibration machines.

Эффективность заключается в большей простоте, надежности и возможности способа управления характеристикой вибрационного поля и устройства для его осуществления идентифицировать неоднородную структуру вибрационного поля в режиме виброподбрасывания в точках опорной поверхности вибрационной машины.Efficiency lies in the greater simplicity, reliability and feasibility of the method for controlling the characteristic of the vibration field and the device for its implementation to identify the heterogeneous structure of the vibration field in the vibration tossing mode at the points of the supporting surface of the vibration machine.

Работоспособность подтверждается теоретическими результатами и практическими данными, полученными при проведении лабораторных экспериментов с опытными образцами.Efficiency is confirmed by theoretical results and practical data obtained during laboratory experiments with prototypes.

Claims (2)

1. Способ управления характеристиками вибрационного поля включает установку на поверхности рабочего стола датчиков, фиксацию параметров вибрационного движения рабочего органа, отличающийся тем, что производят одновременную фиксацию сигналов с датчиков, расположенных на рабочем органе, с обязательной фиксацией измеряемого движения одной направленности, изменяя массоинерционные свойства рабочего органа путем перемещения вдоль перпендикулярных направляющих пригрузов, осуществляют управление характеристиками вибрационного поля.1. The method of controlling the characteristics of the vibration field includes installing sensors on the surface of the desktop, fixing the parameters of the vibrational movement of the working body, characterized in that they simultaneously fix the signals from the sensors located on the working body, with the mandatory fixing of the measured movement of one direction, changing the mass inertia of the working body by moving along perpendicular guiding weights, control the characteristics of the vibration field. 2. Устройство для реализации способа управления характеристикой вибрационного поля включает рабочий орган, жестко соединенный с вибратором, датчики, отличающееся тем, что вдоль краев рабочего стола установлены пригрузы с возможностью передвижения по команде с блока управления при поступлении информации от датчиков о необходимости изменения характеристики вибрационного поля.2. A device for implementing the method of controlling the characteristic of the vibration field includes a working body rigidly connected to the vibrator, sensors, characterized in that along the edges of the desktop are installed weights with the ability to move on command from the control unit upon receipt of information from the sensors about the need to change the characteristics of the vibration field .
RU2015156775A 2015-12-28 2015-12-28 Vibrating field characteristics control method and device for its implementation RU2624829C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156775A RU2624829C1 (en) 2015-12-28 2015-12-28 Vibrating field characteristics control method and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156775A RU2624829C1 (en) 2015-12-28 2015-12-28 Vibrating field characteristics control method and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2624829C1 true RU2624829C1 (en) 2017-07-07

Family

ID=59312733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015156775A RU2624829C1 (en) 2015-12-28 2015-12-28 Vibrating field characteristics control method and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2624829C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691646C1 (en) * 2018-05-07 2019-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method of controlling formation of structure and parameters of vibration field of process machine
RU2710314C1 (en) * 2018-12-06 2019-12-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for changing and adjusting the dynamic state of a vibration process machine and a device for realizing said method
RU2711832C1 (en) * 2018-11-08 2020-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for control of dynamic state of process vibration machine and device for implementation thereof
RU2818983C1 (en) * 2023-07-10 2024-05-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Device for forming vibration field of technological machine and method for its implementation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2274843C1 (en) * 2004-08-30 2006-04-20 Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС) Method for researching and controlling characteristics of vibration field
RU60002U1 (en) * 2006-08-04 2007-01-10 Новосибирский государственный технический университет VIBROSEISMO SOURCE
RU2338164C1 (en) * 2004-07-23 2008-11-10 Эндресс+Хаузер Гмбх+Ко. Кг Device for defining and/or control of at least one process parameter
RU2393984C1 (en) * 2006-05-12 2010-07-10 Жан-Клод ПОНСЕ Modular vibration floor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2338164C1 (en) * 2004-07-23 2008-11-10 Эндресс+Хаузер Гмбх+Ко. Кг Device for defining and/or control of at least one process parameter
RU2274843C1 (en) * 2004-08-30 2006-04-20 Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС) Method for researching and controlling characteristics of vibration field
RU2393984C1 (en) * 2006-05-12 2010-07-10 Жан-Клод ПОНСЕ Modular vibration floor
RU60002U1 (en) * 2006-08-04 2007-01-10 Новосибирский государственный технический университет VIBROSEISMO SOURCE

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691646C1 (en) * 2018-05-07 2019-06-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method of controlling formation of structure and parameters of vibration field of process machine
RU2711832C1 (en) * 2018-11-08 2020-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for control of dynamic state of process vibration machine and device for implementation thereof
RU2710314C1 (en) * 2018-12-06 2019-12-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for changing and adjusting the dynamic state of a vibration process machine and a device for realizing said method
RU2818983C1 (en) * 2023-07-10 2024-05-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Device for forming vibration field of technological machine and method for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7109798B2 (en) Method and Apparatus for Nondestructive Laser Scanning Fiber Reinforced Composite Parameter Identification
JP2768058B2 (en) Vibration test device for structure, vibration test method, and vibration response analysis device
RU2624829C1 (en) Vibrating field characteristics control method and device for its implementation
CN108287072A (en) A kind of robot precision speed reduction device method for testing fatigue life
Baragetti et al. A dynamic optimization theoretical method for heavy loaded vibrating screens
CN105527179A (en) Method and apparatus of multi-axis resonance fatigue test
JP2003083840A (en) Vibration testing device and vibration response evaluation method
RU2434213C1 (en) Stand for measuring mass, centre of mass coordinates and inertia tensor of articles
CN110702303B (en) Calibration method of small force value sensor
Abdulkerim et al. Experimental investigation of nonlinear vibration of a thin rectangular plate
CN103575469A (en) Measurement of the inertial properties of an aircraft movable control surface
Yatsun et al. Experimental research of rectilinear translational vibrations of a screen box excited by a ball balancer
RU2489696C1 (en) Method for determining free frequencies and generalised masses of vibrating structures
RU2711832C1 (en) Method for control of dynamic state of process vibration machine and device for implementation thereof
RU2677942C2 (en) Method of decontamination and excitation of vibrations in modal tests and device for its implementation
Attia et al. Dynamic analysis of 2DFGM porous nanobeams under moving load with surface stress and microstructure effects using Ritz method
JPH07306115A (en) Vibration tester for structure, method for testing vibration of structure and structure thereof
Stolarski et al. Performance of a self-lifting linear air contact
Filimonikhin et al. Studying the load jam modes within the framework of a flat model of the rotor with an auto-balancer
Šiaudinytė et al. Modal analysis and experimental research into improved centering–leveling devices
Sturm Design optimization of linear vibratory conveyors
JPH05332876A (en) Apparatus and method for testing vibration of structure
Michalczyk Transient resonance of machines and devices in general motion
Haniszewski Hybrid analysis of vibration of the overhead travelling crane
Olejnik et al. Contact and non-contact methods of vibration measurement in aircraft structures

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181229