RU2716368C1

RU2716368C1 - Method of adjusting vibrations amplitude distribution of vibrating process bench working element and device for implementation thereof

Info

Publication number: RU2716368C1
Application number: RU2018134450A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Елисеев; Роман Сергеевич Большаков; Андрей Владимирович Елисеев; Куанг Чык Выонг; Андрей Владимирович Николаев; Артем Сергеевич Миронов
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-03-11

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of machine building. When correcting the distribution of oscillations amplitude of the working member, two vibration exciters are created by the flat oscillatory motion. Vibration exciters are installed on ends of working element. Two-type lever mechanisms are introduced on both sides of the working element. Length of lever mechanisms and rigidity of resilient elements are adjusted. Specified rigidity of the system is changed to achieve the required level of the working member amplitudes. Proposed device comprises working element furnished with two symmetrically arranged second-type lever mechanisms. Mechanisms of the second kind on free ends have additional bulkheads. Additional tails are configured to vary masses. Gear ratio ratios change the elastic element stiffness between the weight and the bearing surface by changing the arm lengths.

EFFECT: possibility of correcting distribution of amplitude of working member.

2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области вибрационной техники и может быть использовано для контроля динамического состояния вибрационных технологических машин.The invention relates to the field of vibration technology and can be used to control the dynamic state of vibration technological machines.

Вибрационные технологические машины широко используются во многих производственных процессах горнодобывающей промышленности, сельском хозяйстве, строительной индустрии, машиностроении, что нашло отражение в работах отечественных ученых и специалистов [1-5]. Вибрационные машины работают в условиях интенсивного динамического нагружения, что сопровождается проявлениями различных динамических эффектов. Рабочие органы вибростендов обычно представляют собой протяженные твердые тела, совершающие пространственные или плоские колебательные движения, формируемые работой различных вибровозбудителей. Широкое распространение получили системы инерционного возбуждения колебаний с одновременным синфазным действием нескольких силовых устройств.Vibration technological machines are widely used in many production processes of the mining industry, agriculture, the construction industry, and mechanical engineering, which is reflected in the works of domestic scientists and specialists [1-5]. Vibration machines operate under intense dynamic loading, which is accompanied by manifestations of various dynamic effects. The working bodies of the vibration stands are usually extended solid bodies that perform spatial or flat vibrational movements formed by the work of various vibration exciters. Widespread systems of inertial excitation of oscillations with simultaneous in-phase action of several power devices.

Особенность работы технологических машин заключается в вариативности и изменяемости параметров динамических состояний рабочих органов, к которым закрепляются различные по массоинерционным и геометрическим параметрам обрабатываемых деталей.A feature of the operation of technological machines is the variability and variability of the parameters of the dynamic states of the working bodies, to which various parts with respect to mass inertia and geometric parameters are fixed.

Изменения положений центра масс, моментов инерции приведенных масс и жесткостей вибростенда приводит к существенным отклонениям в структуре вибрационных полей и распределению амплитуд колебаний по точкам протяженного рабочего органа.Changes in the positions of the center of mass, the moments of inertia of the reduced masses, and the stiffnesses of the vibration stand lead to significant deviations in the structure of the vibration fields and the distribution of vibration amplitudes over the points of the extended working body.

С целью соответствующей настройки вибрационных полей технологические системы оборудуются измерительными системами, средствами вычислительной техники и сервоприводами для контроля и управления параметрами технологических процессов, что по существу превращает вибростенд в технологический автоматический комплекс. Это удорожает стоимость оборудования итехнологического процесса, как такового, что предопределяет инициативы по поиску и разработке новых конструктивно-технических решений.In order to properly adjust the vibration fields, the technological systems are equipped with measuring systems, computer equipment and servo drives for monitoring and controlling the parameters of technological processes, which essentially turns the vibrating stand into a technological automatic complex. This increases the cost of equipment and the technological process, as such, which predetermines initiatives for the search and development of new structural and technical solutions.

Одним из направлений разработок, связанных с повышением эффективности технологических вибрационных процессов является введение в структуру технологических машин (или вибростендов) дополнительных связей, что может быть реализовано на основе введения в структуру механической части вибростендов специальных механизмов или устройств для преобразования движения. Такие направления модернизации не требуют серьезных экономических затрат и позволяют управлять структурой вибрационных простых технических средств и технологий оценки, контроля и управления динамическими состояниями вибрационной технологической системы.One of the areas of development related to increasing the efficiency of technological vibration processes is the introduction of additional bonds into the structure of technological machines (or vibration stands), which can be implemented by introducing special mechanisms or devices for converting motion into the structure of the mechanical part of vibration stands. Such areas of modernization do not require significant economic costs and allow you to control the structure of vibrational simple technical means and technologies for assessing, monitoring and controlling the dynamic states of a vibrational technological system.

В процессе патентного поиска выявлен ряд изобретений-аналогов.In the process of patent search revealed a number of inventions analogues.

Известно изобретение [Серга Г.В., Бабичев А.П., Бабичев И.А., Вобу A.M., Вейсса Г.К. «Станок вибрационный», патент №2605735 C1, МПК В24В 31/067, приоритет 27.12.2016], представляющее собой вибрационный станок с контейнером, закрепленным на платформе с вибратором, установленной упруго на основании. В контейнере смонтирована и жестко прикреплена к его внутренним стенкам вставка в виде винтового барабана, смонтированного из секций, собранных из двух одинаковых подсекций, выполненных из четного количества одинаковых равнобедренных треугольников, поочередно соединенных по периметру подсекции с четырьмя одинаковыми равносторонними треугольниками с образованием малого и большого торцевых отверстий в виде многоугольников. Две подсекции соединены друг с другом сторонами с торцевыми большими отверстиями. Секции присоединены друг к другу по длине винтового барабана сторонами с малыми торцевыми отверстиями с образованием многозаходной винтовой поверхности с ломаными винтовыми линиями. Винтовой барабан по всей длине усечен в верхней части по линии, параллельной оси симметрии барабана, не более чем на одну четвертую его часть. В результате расширяются технологические возможности станка и повышается интенсивность обработки.The invention is known [Serga G.V., Babichev A.P., Babichev I.A., Vobu A.M., Weiss G.K. “Vibrating machine”, patent No. 2605735 C1, IPC VBB 31/067, priority 12/27/2016], which is a vibrating machine with a container mounted on a platform with a vibrator mounted elastically on the base. An insert in the form of a helical drum mounted from sections assembled from two identical subsections made of an even number of identical isosceles triangles alternately connected along the perimeter of the subsection with four identical equilateral triangles with the formation of small and large end-faces is mounted and rigidly attached to its inner walls holes in the form of polygons. Two subsections are connected to each other by sides with large end holes. The sections are connected to each other along the length of the screw drum with sides with small end openings with the formation of a multi-helical surface with broken helical lines. A helical drum along its entire length is truncated in the upper part along a line parallel to the axis of symmetry of the drum, by no more than one fourth of its part. As a result, the technological capabilities of the machine are expanded and the processing intensity is increased.

К недостаткам данного изобретения можно отнести отсутствие возможностей автоматического регулирования динамического состояния вибростенда.The disadvantages of this invention include the lack of automatic control of the dynamic state of the vibrating stand.

Также известен способ [Никифоров А.Н., Шохин А.Е. «Способ гидродинамического возбуждения колебаний и вибрационная машина с гидродинамическим возбудителем колебаний», патент №2589460 С1, МПК В06В 1/16, приоритет 10.07.2016], согласно которому к подвижной части вибромашины присоединяется цилиндрический резервуар (ротор), который затем заполняется маловязкой жидкостью до определенного объема и приводится во вращение с такими скоростями, что реализуется волновой резонанс, сопровождающийся требуемой амплитудой колебаний. При этом параметры вибромашины должны удовлетворять определенным соотношениям линейных размеров и массы ее регулируемых компонент. Предложенная вибромашина содержит станину, подрессоренный контейнер с установленным на нем вращающимся дисбалансом, выполненным в виде полого цилиндрического резервуара, частично заполненного жидкостью, при этом масса жидкости в резервуаре зависит от параметров вибрационной машины и частоты вращения ротора.Also known method [Nikiforov A.N., Shokhin A.E. “Method of hydrodynamic excitation of vibrations and a vibrating machine with a hydrodynamic exciter of oscillations” № C1, IPC В06В 1/16, priority 07/10/2016], according to which a cylindrical tank (rotor) is attached to the moving part of the vibrator, which is then filled with a low-viscosity fluid to a certain volume and is driven into rotation at such speeds that a wave resonance is realized, accompanied by the required oscillation amplitude. Moreover, the parameters of the vibrator must satisfy certain ratios of linear dimensions and the mass of its adjustable components. The proposed vibrator contains a bed, a sprung container with a rotating imbalance mounted on it, made in the form of a hollow cylindrical tank partially filled with liquid, while the mass of liquid in the tank depends on the parameters of the vibrating machine and the rotor speed.

Недостатками данного изобретения являются отсутствие возможностей автоматической корректировки амплитуд колебаний вибрационной машины, а также отсутствие учета вращательной степени свободы движения.The disadvantages of this invention are the lack of automatic adjustment of the vibration amplitudes of the vibrating machine, as well as the lack of consideration of the rotational degree of freedom of movement.

Известна полезная модель [Шевцов С.М., Ереско С.П. «Вибростенд», патент №86737 U1, МПК G01M 7/06, приоритет 10.09.2009], Данное техническое решение направлено на создание устройства, создающего линейные вибрации на испытуемом изделии и позволяет повысить точность воспроизведения режимов испытаний, упростить конструкцию вибростенда. Это достигается за счет того, что в качестве вибратора вибростенда использован электродвигатель (например, постоянного тока) с кривошипно-шатунным механизмом, в котором кривошип установлен с возможностью перемещения по направляющей в виде улитки Паскаля.A useful model is known [Shevtsov S.M., Eresko S.P. “Vibrostend”, patent No. 86737 U1, IPC G01M 7/06, priority 10.09.2009], This technical solution is aimed at creating a device that creates linear vibrations on the tested product and allows to increase the accuracy of the reproduction of test modes, to simplify the design of the vibration stand. This is achieved due to the fact that an electric motor (for example, direct current) with a crank mechanism, in which the crank is mounted with the ability to move along a guide in the form of a Pascal snail, is used as a vibrator of the vibrostand.

К недостаткам данной полезной модели можно отнести отсутствие автоматического регулирования режимов испытаний.The disadvantages of this utility model include the lack of automatic regulation of test modes.

За прототип выбирается способ управления [Елисеев С.В., Елисеев А.В., Каимов Е.В., Нгуен Д.Х., Выонг К.Ч. «Способ управления структурой вибрационного поля вибрационной технологической машины на основе использования эффектов динамического гашения и устройство для его осуществления», патент №2624757 С1, МПК F16F 15/02, приоритет 06.07.2018], включающий введение в конструктивно-техническую схему системы устройства для преобразования движения несамотормозящегося винтового механизма с гайкой-маховиком. Генерируют дополнительные стабилизирующие движения рабочего органа для обеспечения возможности регулирования и настройки вибрационной системы. Устройство генерирует управляющее воздействие в определенной точке рабочего органа вибростенда. Точка приложения усилия на рабочий орган имеет возможность изменяться в результате перемещения конструктивного блока вдоль рабочего органа с помощью синхронно работающих двух электроприводов. Электроприводы обеспечивают перемещение верхней и нижней частей конструктивно-технического блока с помощью ходовых винтов. Информация с датчиков, контролирующих вибрационное состояние и системы, поступает в специальный программный блок. Достигается упрощение регулировки режимов работы.The control method is selected for the prototype [Eliseev S.V., Eliseev A.V., Kaimov E.V., Nguyen D.Kh., Vyong K.Ch. “A method for controlling the structure of the vibration field of a vibrating technological machine based on the use of dynamic quenching effects and a device for its implementation”, Patent No. 2624757 C1, IPC F16F 15/02, priority 06.07.2018], including the introduction of a device for conversion into the structural and technical diagram of the system movements of a non-self-braking screw mechanism with a flywheel nut. Additional stabilizing movements of the working body are generated to enable regulation and adjustment of the vibration system. The device generates a control action at a certain point on the working body of the vibrating stand. The point of application of force to the working body has the ability to change as a result of moving the structural unit along the working body using two synchronous electric drives. Electric drives provide movement of the upper and lower parts of the structural and technical unit using lead screws. Information from sensors that monitor the vibrational state and systems enters a special program unit. EFFECT: simplification of adjustment of operating modes.

К недостаткам выбранного аналога можно отнести отсутствие в конструкции рычажных механизмов, необходимых для корректировки распределения амплитуд колебаний, а также наличие только одного управляемого элемента.The disadvantages of the selected analogue include the lack of lever mechanisms in the design necessary to adjust the distribution of vibration amplitudes, as well as the presence of only one controlled element.

Задачей предлагаемого изобретения является корректировка распределения амплитуд колебаний рабочего органа вибрационной технологической машины за счет контроля параметров устройств для преобразования движения.The task of the invention is to adjust the distribution of the amplitudes of the oscillations of the working body of the vibrating technological machine by controlling the parameters of the devices for converting movement.

Способ корректировки распределения амплитуд колебаний рабочего органа вибрационного технологического стенда, включающий создание двумя вибровозбудителями, установленными на концах рабочего органа, совершение рабочим органом вибрационного стенда плоского колебательного движения, отличающийся тем, что вводят по обе стороны рабочего органа рычажные механизмы второго рода, имеющие неподвижные точки опоры и пригрузы с изменяющимися массами на концах, а также упругие элементы, причем регулируют длины рычажных механизмов и жесткость упругих элементов, тем самым изменяют приведенную жесткость системы для достижения необходимого уровня амплитуд рабочего органа.A method of adjusting the distribution of the amplitudes of oscillations of the working body of a vibration technological stand, including the creation of two vibration exciters installed at the ends of the working body, the execution of a flat vibrational movement by the working body of the vibration stand, characterized in that lever mechanisms of the second kind are introduced on both sides of the working body, having fixed support points and weights with varying masses at the ends, as well as elastic elements, moreover, regulate the length of the lever mechanisms and the stiffness of the control cog elements, thereby changing the reduced rigidity of the system to achieve the required level of amplitudes of the working body.

Для реализации способа по п. 1, отличающееся тем, что рабочий орган снабжен двумя симметрично расположенными рычажными механизмами второго рода, имеющими на свободных концах дополнительные пригрузы, массы которых могут целенаправленно изменяться, а также устройства для изменения длин плеч рычагов, позволяющих настраивать передаточные отношения рычагов при имеющейся возможности изменять жесткость упругого элемента между пригрузом и опорной поверхностью, что, в целом, обеспечивает для рабочего органа вибростенда работу с безрезонансной и не зависящей от частоты внешнего возбуждения амплитудно-частотной характеристикой.To implement the method according to p. 1, characterized in that the working body is equipped with two symmetrically arranged lever mechanisms of the second kind, having additional weights at their free ends, the masses of which can be purposefully changed, as well as devices for changing the leverage of the levers, allowing adjusting the gear ratios of the levers if it is possible to change the stiffness of the elastic element between the load and the supporting surface, which, in general, provides for the working body of the vibrating stand to work with resonance-free th and independent of the frequency of the external excitation amplitude-frequency characteristic.

Предлагаемые способ изменения, настройки или корректировки динамического состояния вибростенда заключается в том, что в структуру механической системы вибростенда вводятся дополнительные связи в виде двух рычажных механизмов создающих динамических эффекты введения в систему приведенных масс и жесткостей, что позволяет решать вопросы поддержания формы и параметров вибрационного поля в определенных нормах.The proposed method for changing, adjusting, or adjusting the dynamic state of the vibration bench is that additional links are introduced into the structure of the mechanical system of the vibration bench in the form of two linkage mechanisms that create dynamic effects of introducing reduced masses and stiffnesses into the system, which makes it possible to solve the problems of maintaining the shape and parameters of the vibration field in certain standards.

Суть изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведена принципиальная схема технологической вибрационной машины с устройствами для корректировки вибрационного поля с дополнительными динамическими корректорами или рычажными устройствами, содержащая опорную поверхность 1, опорные упругие элементы 2, 14, сосредоточенные пригрузы 3, 13, специальные устройства 4, 12 для изменения длины плеч

и

, два устройства для преобразования движения в виде рычажных механизмов 2-го рода 5 и 11, ползуны 6 и 18, пружины 7 и 15, вибродатчики 8, 10, твердое тело 9, блок управления 16, цепь коммутации 17, вибровозбудители 19 и 20, опоры рычагов 21, 22.Figure 1 shows a schematic diagram of a technological vibration machine with devices for adjusting the vibration field with additional dynamic correctors or lever devices, comprising a supporting surface 1, supporting

elastic elements

2, 14, concentrated

weights

3, 13,

special devices

4, 12 for changing the length shoulders

and

, two devices for converting movement in the form of lever mechanisms of the

second kind

5 and 11,

sliders

6 and 18, springs 7 and 15, vibration sensors 8, 10, solid body 9, control unit 16, switching circuit 17,

vibration exciters

19 and 20, support

arms

21, 22.

На фиг. 2 показана расчетная схема механической колебательной системы на основе фиг. 1.In FIG. 2 shows a design diagram of a mechanical oscillatory system based on FIG. 1.

На фиг. 3 представлена структурная математическая модель (структурная схема) механической колебательной системы по фиг. 2.In FIG. 3 shows a structural mathematical model (block diagram) of the mechanical oscillatory system of FIG. 2.

Общий вид амплитудно-частотных характеристик межпарциальных связей показан на фиг. 4.A general view of the amplitude-frequency characteristics of interpartial relations is shown in FIG. 4.

На фиг. 5, а, б приведены семейство амплитудно-частотных характеристик межпарциальных связей. На фиг. 5, а показаны графики 19 представляют собой кривые при i₁=2.01, i₂=1.91; графики 20 - i₁=2.02, i₂=1.92; графики 21 - i₁=2.03, i₂=1.93; графики 22 - i₁=2.04, i₂=1.94; графики 23 с значением i₁=2.05, i₂=1.95 соответствует режиму работы при

. На фиг. 5, б приведены графики 24 представленной собой кривые при i₁=2.06, i₂=1.96; графики 25 - i₁=2.07, i₂=1.97; графики 26 - i₁=2.08, i₂=1.98; графики 27 - i₁=2.09, i₂=1.99; графики 23 с значением i₁=2.05, i₂=1.95 соответствует режиму работы при

.In FIG. Figures 5a and 5b show a family of amplitude-frequency characteristics of interpartial relations. In FIG. 5a shows graphs 19 represent curves at ₁ i = 2.01, i ₂ = 1.91; graphs 20 - i ₁ = 2.02, i ₂ = 1.92; graphs 21 - i ₁ = 2.03, i ₂ = 1.93; graphs 22 - i ₁ = 2.04, i ₂ = 1.94; graphics 23 with a value of i ₁ = 2.05, i ₂ = 1.95 corresponds to the operating mode at

. In FIG. 5, b shows graphs 24 of the presented curves for i ₁ = 2.06, i ₂ = 1.96; graphs 25 - i ₁ = 2.07, i ₂ = 1.97; graphs 26 - i ₁ = 2.08, i ₂ = 1.98; graphs 27 - i ₁ = 2.09, i ₂ = 1.99; graphics 23 with a value of i ₁ = 2.05, i ₂ = 1.95 corresponds to the operating mode at

.

Амплитудно-частотные характеристики межпарциальных связей при m₂=0 и i₂=0 показаны на фиг. 6, а, б при различных значениях i₁ (фиг. 6, а - докритические значения, фиг. 6, б - закритические).The amplitude-frequency characteristics of the inter-partial connections with m ₂ = 0 and i ₂ = 0 are shown in FIG. 6, a and b for different values of i ₁ (Figure 6, and -. Subcritical values, Fig 6b -. Hypercritical).

Амплитудно-частотные характеристики межпарциальных связей при различных сочетаниях i₁ и i₂ представлены на фиг. 6.The amplitude-frequency characteristics of the inter-partial connections for various combinations of i ₁ and i _{2 are} presented in FIG. 6.

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

Предлагаемый способ корректировки вибрационного поля, создаваемого двумя инерционными возбудителями 19 и 20 в тт. (А₂), (В₂) (фиг. 1), реализуется в механической колебательной системе, состоящей из твердого тела 9 с массой М и моментом инерции J, являющимся рабочим органом вибрационной машины, использующей опорные упругие элементы 2, 14 с жесткостями k₁ и k₂ соответственно, а также имеющимся в составе системы двумя устройствами для преобразования движения в виде рычажных механизмов 2-го рода 5 и 11, опирающимся на опоры 21, 22 и имеющим на концах сосредоточенные пригрузы 3, 13 с массами m₁ и m₂ с одной стороны и ползуны 6 и 18 с другой. Рабочий орган 9 в тт. (А₁), (B₁) имеет подвижное соединение с рычагами 5, 11, что обеспечивает возможности изменения приведенных масс в тт. (А₁), (B₁). Присоединенные пригрузы 3, 13 массами m₁ и m₂ могут перемещаться по рычагам с помощью специальных устройств 4, 12, изменяя длины плеч

и

вручную при настройке системы перед работой или автоматическом режиме, который обеспечивает, в случае необходимости, управления 16, использующего возможности контроля динамического состояния рабочего органа 9 с использованием вибродатчиков 8, 10 имеющих цепь коммутации 17 с блоком управления и обработки информации 16. С помощью пружин 2 и 14 возможна локальная настройка параметров системы k₁₀ и k₂₀, что обеспечивает амплитудно-частотную характеристику вибрационного поля в виде

, что распространяется на весь частотный диапазон. Изменение жесткостей элементов 2, 14 может быть реализовано установкой пневмоэлемента с регулируемым давлением сжатого воздуха. При установке системы автоматического контроля упругая система 2, 14 должна обеспечиваться компрессором, управляемым дросселями и датчиками контроля динамического состояния, что обеспечивается соответствующей работой блока управления 16. При ручной настройке вибростенда для выбора параметров системы используются аналитические соотношения.The proposed method for adjusting the vibration field created by two

inertial pathogens

19 and 20 in TT. (A ₂ ), (B ₂ ) (Fig. 1), is implemented in a mechanical oscillatory system consisting of a solid body 9 with mass M and moment of inertia J, which is the working body of a vibrating machine using supporting

elastic elements

2, 14 with stiffness k ₁ and k _2, respectively, as well as with two devices for converting movement in the form of lever mechanisms of the

second kind

5 and 11, supported by

supports

21, 22 and having concentrated

weights

3, 13 with masses m ₁ and m at the ends ₂ on the one hand and

sliders

6 and 18 on the other. Working body 9 in the vol. (A ₁ ), (B ₁ ) has a movable connection with

levers

5, 11, which makes it possible to change the reduced masses in volts. (A ₁ ), (B ₁ ). Attached

weights

3, 13 with masses m ₁ and m ₂ can be moved along levers using

special devices

4, 12, changing the lengths of the shoulders

and

manually when setting up the system before operation or in automatic mode, which provides, if necessary, control 16 using the ability to control the dynamic state of the working body 9 using vibration sensors 8, 10 having a switching circuit 17 with a control unit and information processing 16. Using

springs

2 and 14, local adjustment of the system parameters k ₁₀ and k ₂₀ is possible, which provides the amplitude-frequency characteristic of the vibration field in the form

that applies to the entire frequency range. Changing the stiffness of the

elements

2, 14 can be realized by installing a pneumatic element with an adjustable pressure of compressed air. When installing an automatic control system, the

elastic system

2, 14 must be provided with a compressor controlled by throttles and sensors for monitoring the dynamic state, which is ensured by the corresponding operation of the control unit 16. When manually adjusting the vibration bench, analytical ratios are used to select system parameters.

Конструктивно-технические особенности вибрационной технологической машины при соответствующем выборе параметров механической колебательной системы в ручном режиме, то есть после соответствующего выбора параметров системы могут обеспечить безрезонансные формы амплитудно-частотных характеристик. Как дополнительный вариант распределения возможностей настройки системы обладает вариативным потенциалом настройки через изменения длин плеч рычажных механизмов через блоки 4, 12.The structural and technical features of the vibration technological machine with the appropriate selection of the parameters of the mechanical oscillating system in manual mode, that is, after the appropriate selection of the system parameters, can provide resonance-free forms of amplitude-frequency characteristics. As an additional variant of the distribution of tuning capabilities of the system, it has a variable tuning potential through changes in the arm lengths of the lever mechanisms through blocks 4, 12.

Более подробно суть изобретения раскрыта при помощи математического моделирования, что приведено в теоретическом обосновании.The essence of the invention is disclosed in more detail using mathematical modeling, which is given in the theoretical justification.

Теоретическое обоснованиеTheoretical background

1. Расчетная схема вибростенда приведена на фиг.2. Рабочий орган вибростенда в виде твердого тела массой М и моментом инерции J опирается на упругие элементы (линейные пружины) с коэффициентами жесткости k₁ и k₂. В тт. (А) и (В) закреплены рычаги второго рода, на концах которых в тт. (O₁) и (O₂) закреплены пригрузы с массами m₁ и m₂ соответственно. В тт. (А₁) и (В₁) рычага устанавливаются на ползуны, обеспечивающие необходимые условия для совместных движений элементов системы. Пригрузы m₁ и m₂ опираются, в свою очередь, на поверхность через упругие элементы с коэффициентами жесткости k₁₀ и k₂₀. Рычажные устройства обеспечивают постоянные связи между координатами элементов системы y₁₀ и у₁, у₂₀и у₂, что определяется соотношениями1. The design scheme of the vibrostand is shown in figure 2. The working body of the vibrostand in the form of a solid body of mass M and moment of inertia J is based on elastic elements (linear springs) with stiffness factors k ₁ and k ₂ . In vols. (A) and (B) levers of the second kind are fixed, at the ends of which in vols. (O ₁ ) and (O ₂ ) secured weights with masses m ₁ and m _2, respectively. In vols. (A ₁ ) and (B ₁ ) the levers are mounted on sliders that provide the necessary conditions for joint movements of system elements. The weights m ₁ and m ₂ are supported, in turn, on the surface through elastic elements with stiffness factors k ₁₀ and k ₂₀ . Lever devices provide constant communication between the coordinates of the elements of the system y ₁₀ and y ₁ , y ₂₀ and y ₂ , which is determined by the relations

где i₁ и⋅i₂ являются передаточными отношениями рычагов, представляющих собой отношении длин плеч рычагов (i является отрицательной величиной, так как точки (A₁) и (O₁), а также (В₂) и (O₂) движутся в разных направлениях.where i _{1 and} ⋅i ₂ are the gear ratios of the levers, which are the ratios of the lengths of the leverage of the levers (i is a negative value, since the points (A ₁ ) and (O ₁ ), as well as (B ₂ ) and (O ₂ ) move in different directions.

Система обладает линейными свойствами и совершает малые колебания относительно положения статического равновесия. Силы сопротивления в данном случае полагаются малыми и не учитываются. Движение системы рассматривается в системе координат y₁ и у₂, связанной с неподвижным базисом. Силовые возмущения в системе формируются инерционными устройствами и описываются синфазными гармоническими колебаниями одной амплитуды (в данном случае).The system has linear properties and performs small oscillations relative to the position of static equilibrium. In this case, the resistance forces are assumed to be small and not taken into account. The motion of the system is considered in the coordinate system y ₁ and y ₂ , associated with a fixed basis. Force disturbances in the system are formed by inertial devices and are described by in-phase harmonic oscillations of the same amplitude (in this case).

Для построения математической модели системы в виде двух обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами используются уравнения Лагранжа 2-го рода.To construct a mathematical model of the system in the form of two ordinary differential equations with constant coefficients, Lagrange equations of the second kind are used.

Выражения для кинетической и потенциальной энергий могут быть записаны в видеExpressions for kinetic and potential energies can be written as

Между системами координату y₁,у₂ и у₀, ϕ существуют следующие соотношенияBetween the coordinate systems y ₁ , y ₂ and y ₀ , ϕ there are the following relations

где

и

- расстояния центра масс до точек приложения сил Q₁ и Q₂.Where

and

- the distance of the center of mass to the points of application of forces Q ₁ and Q ₂ .

После ряда преобразований система уравнений движения может быть записанаAfter a series of transformations, the system of equations of motion can be written

После преобразований Лапласа при нулевых начальных условиях, система уравнений (6), (7) может быть представлена в операторной форме:

After the Laplace transforms under zero initial conditions, the system of equations (6), (7) can be represented in operator form:

где р=jω - комплексная переменная

; значок 〈-〉 над переменной означает ее изображение по Лапласу.where p = jω is the complex variable

; the 〈-〉 icon above a variable indicates its Laplace image.

Система уравнений (8), (9) в операторной форме может быть представлена в виде структурной математической модели, которая интерпретируется как структурная схема эквивалентной в динамическом отношении системы автоматического управления.The system of equations (8), (9) in operator form can be represented as a structural mathematical model, which is interpreted as a structural diagram of a dynamically equivalent automatic control system.

Как это следует из структурной схемы на фиг. 3 система состоит из двух парциальных блоков (или систем), имеющих инерционную межпарциальную связь, передаточная функция которой определяется выражениемAs follows from the block diagram of FIG. 3, the system consists of two partial blocks (or systems) having an inertial inter-partial connection, the transfer function of which is determined by the expression

При определенных значениях коэффициентов а и b межпарциальная связь может «обнуляться». В этом случае колебательные процессы в своих движениях становятся автономными. Однако для обеспечения работы технологического оборудования такие режимы не являются рациональными. Парциальные частоты системы зависят от параметров рычажных связей (рис. 1) и определяются выражениямиAt certain values of the coefficients a and b, the inter-partial connection can be “nullified”. In this case, the oscillatory processes in their movements become autonomous. However, to ensure the operation of technological equipment, such modes are not rational. The partial frequencies of the system depend on the parameters of the linkages (Fig. 1) and are determined by the expressions

Внешние воздействия

и

, создаваемые инерционными возбудителями могут изменяться в достаточно широких пределах, в том числе, и в отношении фазовых сдвигов и соотношения амплитуд колебаний. В данном случае предполагается, что в системе могут выполняться условияExternal influences

and

generated by inertial pathogens can vary within a fairly wide range, including in relation to phase shifts and the ratio of the amplitudes of the oscillations. In this case, it is assumed that conditions can be satisfied in the system

Задача исследования заключается в разработке метода формирования структуры вибрационного поля рабочего органа как некоторой системы распределения амплитуд колебаний, обеспечивающих условия однородности форм движения (например через «обнуление» угловых движений или выполнение определенных соотношений между координатами в условиях независимости или малой зависимости от частоты внешних сил).The objective of the study is to develop a method for forming the structure of the vibration field of the working body as a certain system of distribution of vibration amplitudes providing conditions for uniformity of motion forms (for example, through “zeroing” of angular movements or the fulfillment of certain relations between coordinates under conditions of independence or little dependence on the frequency of external forces).

2. Используя структурную схему системы (фиг. 3), найдем передаточные функции2. Using the structural diagram of the system (Fig. 3), we find the transfer functions

гдеWhere

- частотное характеристическое уравнение системы.- frequency characteristic equation of the system.

Для оценки динамических свойств механической колебательной системы при одновременном действии двух силовых факторов

может быть использовано понятие передаточной функции межпарциальных связей, что, в определенной степени, отображает так называемые рычажные связи.To assess the dynamic properties of a mechanical oscillatory system with the simultaneous action of two force factors

the concept of the transfer function of inter-partial ties can be used, which, to a certain extent, reflects the so-called lever ties.

Используя выражения (18), (19), найдем, что передаточная функция межпарциальной связи принимает видUsing expressions (18), (19), we find that the transfer function of inter-partial communication takes the form

Если числитель и знаменатель (21) будут равны друг другу, то W₁₂(p)=1, что определяет такую форму движения вибростенда, когда реализуются только поступательные вертикальные колебания твердого тела, а угловые колебания «обнуляются». Такие режимы представляют интерес для реализации определенных вибрационных технологических процессов (например, вибрационное упрочнение деталей) [3].If the numerator and denominator (21) are equal to each other, then W ₁₂ (p) = 1, which determines such a form of movement of the vibrating stand when only translational vertical vibrations of a solid body are realized, and angular vibrations are “zeroed”. Such modes are of interest for the implementation of certain vibrational technological processes (for example, vibration hardening of parts) [3].

Из выражения (21) следует также, что числитель может принимать «нулевые» значения при частотеFrom the expression (21) it also follows that the numerator can take "zero" values at a frequency

В свою очередь знаменатель (21), также может принимать нулевые значения на частотеThe denominator (21), in turn, can also take zero values at a frequency

Можно отметить, что при р→0 и р→∞ выражение (21) имеют пределыIt can be noted that as p → 0 and p → ∞, expression (21) has limits

Амплитудно-частотные характеристики межпарциальных связей, определяемые на основе выражения (21) в общем виде приведены на фиг. 4.The amplitude-frequency characteristics of interpartial relationships, determined on the basis of expression (21) in general form are shown in FIG. 4.

Для графика (сплошная линия

), на частоте, определяемой т. (1) имеет разрыв второго рода, что соответствует обнулению знаменателя выражения (21). При частоте, определяемой т. (2) на оси абсцисс, то выражение (21) «обнуляется». При ω→0 и ω→∞ графики отражают наличие предельных значений, которые могут найдены из выражений (24), (25).For graph (solid line

), at a frequency determined by t. (1) has a gap of the second kind, which corresponds to zeroing the denominator of expression (21). At the frequency determined by t. (2) on the abscissa, then expression (21) is “nullified”. As ω → 0 and ω → ∞, the graphs reflect the presence of limit values that can be found from expressions (24), (25).

Работа с вибрационными полями, подобными приведенными на фиг. 4, не всегда является рациональным, поскольку, изменения параметров системы могут приводить к существенным изменениям условий реализации технологических процессов.Working with vibration fields similar to those shown in FIG. 4, is not always rational, because changes in system parameters can lead to significant changes in the conditions for the implementation of technological processes.

3. Если в выражении (21) принять, что

, то это дает возможность записать следующие условия3. If in expression (21) we accept that

, then this makes it possible to record the following conditions

Откуда следует, чтоWhence it follows that

Выражение (27) преобразуется к видуExpression (27) is converted to the form

Условие реализации только поступательного движения можно найти, полагая, чтоThe condition for the realization of only translational motion can be found assuming that

Таким образомIn this way

Откуда следует, чтоWhence it follows that

Зная

можно найти

Knowing

can find

Выбор параметров при выполнении условий (30), (31) обеспечивает выполнение движений при соблюдении соотношения

The choice of parameters under the conditions (30), (31) ensures the execution of movements subject to the relation

Для детализации представлений об особенностях амплитудно-частотных характеристик, решается модельная задача при параметров: а=0.4; b=0.6; с=1; М=1000 кг; J=400 кг.м²; m₁=120 кг; m₂=80 кг; k₁=900 кН/м; k₂=1100 кН/м; k₁₀=k₂₀=500 кН/м. С данными параметрами можно получить i₁=2.05, i₂=1.95. Амплитудно-частотные характеристики межпарциальных связей приводятся на фиг. 5, а и б. Показано, что изменяя значения передаточных отношений рычажных механизмов, можно существенным образом менять вид амплитудно-частотных характеристик, которые при определенных значениях i₁ и i₂ превращаются в специфичную амплитудно-частотную характеристику однородного вибрационного поля. Для получения такой структуры вибрационного поля необходима соответствующая настройка вибрационной технологической машины.To detail ideas about the characteristics of the amplitude-frequency characteristics, a model problem is solved with the parameters: a = 0.4; b = 0.6; c = 1; M = 1000 kg; J = 400 kg.m ² ; m ₁ = 120 kg; m ₂ = 80 kg; k ₁ = 900 kN / m; k ₂ = 1100 kN / m; k ₁₀ = k ₂₀ = 500 kN / m. With these parameters, you can get i ₁ = 2.05, i ₂ = 1.95. The amplitude-frequency characteristics of the inter-partial connections are shown in FIG. 5, a and b. It is shown that by changing the values of the gear ratios of the linkage mechanisms, it is possible to substantially change the form of the amplitude-frequency characteristics, which at certain values of i ₁ and i ₂ turn into a specific amplitude-frequency characteristic of a uniform vibration field. To obtain such a structure of the vibration field, the corresponding adjustment of the vibration technological machine is necessary.

4. Интересен другой подход. Если m₁=0 и k₁₀=04. Another approach is interesting. If m ₁ = 0 and k ₁₀ = 0

Если m₂=0 и i₂=0If m ₂ = 0 and i ₂ = 0

Из выражений (38), (39) можно получить необходимое соотношение массы m₁ и жесткости k₁₀, что определяется выражениемFrom expressions (38), (39), we can obtain the necessary ratio of mass m ₁ and stiffness k ₁₀ , which is determined by the expression

Полагая, что данные для модельной задачи составляют данные для расчетов а=0.4; b=0.6; с=1; М=1000 кг; J=400 кг.м²; m₂=80 кг; k₁=900 кН/м; k₂=1100 кН/м; k₁₀=500 кН/м; m₁=500 кг. Построим амплитудно-частотные характеристики межпарциальных связей, что приведены на фиг. 6, а и б.Assuming that the data for the model problem are data for the calculations of a = 0.4; b = 0.6; c = 1; M = 1000 kg; J = 400 kg.m ² ; m ₂ = 80 kg; k ₁ = 900 kN / m; k ₂ = 1100 kN / m; k ₁₀ = 500 kN / m; m ₁ = 500 kg. Let us construct the amplitude-frequency characteristics of interpartial connections, which are shown in FIG. 6, a and b.

Из графиков на фиг. 6, а и б следует, что при отсутствии одного из устройств для преобразования движения (в частности m₂=0), также возможна настройка вибрационного поля на однородную структуру

. Также показаны возможные вариации форм амплитудно-частотных характеристик при изменениях передаточных отношений i₁ и i₂ рычажных механизмов. Показано, что близкие к однородным вибрационными полям результаты могут быть получены не только в критических соотношениях, распространяющихся на все частоты, но и в локальных частотных диапазонах, когда соотношения амплитуд будут достаточно близки к значению, равному единице.From the graphs in FIG. 6 a and b it follows that in the absence of one of the devices for converting motion (in particular, m ₂ = 0), it is also possible to adjust the vibration field to a homogeneous structure

. Also shown are the possible variations in the forms of the amplitude-frequency characteristics with changes in the gear ratios i ₁ and i _{2 of the} linkage mechanisms. It is shown that results close to uniform vibrational fields can be obtained not only in critical relationships that apply to all frequencies, but also in local frequency ranges, when the amplitude ratios are fairly close to a value of unity.

На фиг. 7 отображена ситуация вариативности амплитудно-частотных характеристик системы при различных сочетаниях i₁ и i₂.In FIG. 7 shows the situation of variability of the amplitude-frequency characteristics of the system for various combinations of i ₁ and i ₂ .

Научные работы, на основе которых было разработано теоретическое обоснование, приведены в списке литературы.The scientific works on the basis of which the theoretical basis was developed are listed in the list of references.

Список литературыList of references

1. Блехман И.И. Вибрационная механика. М.: Наука. 1994. - 400 с.1. Blekhman I.I. Vibratory mechanics. M .: Science. 1994 .-- 400 p.

2. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники. М.: Машиностроение, 1969. 364 с. 2. Bykhovsky II. Fundamentals of the theory of vibration technology. M.: Mechanical Engineering, 1969.364 s.

3. - Повидайло В.А. Вибрационные устройства в машиностроении. М.; Киев: Машгиз. [Юж. отд-ние], 1962. - 111 с. 3. - Povidailo V.A. Vibration devices in mechanical engineering. M .; Kiev: Mashgiz. [South Department], 1962. - 111 p.

4. Вайсберг Л.А. Вибрационное грохочение сыпучих материалов. Моделирование процессов и технологический расчет грохотов / Л.А. Вайсберг, Л.Г. Рубисов // Механобр. СПБ. 1994. - 45 с. 4. Weisberg L.A. Vibratory screening of bulk materials. Modeling of processes and technological calculation of screens / L.A. Weisberg, L.G. Rubisov // Mechanobr. SPB 1994 .-- 45 p.

5. Гончаревич И.Ф., Фролов К.В. Теория вибрационной техники и технологии. Москва: Наука, 1981. - 319 с. 5. Goncharevich I.F., Frolov K.V. Theory of vibration technique and technology. Moscow: Nauka, 1981.- 319 p.

Claims

1. The method of adjusting the distribution of the amplitudes of the oscillations of the working body of the vibration technological stand, including the creation of two vibration exciters installed at the ends of the working body, making the working body of the vibration stand of the flat oscillatory movement, characterized in that the lever mechanisms of the second kind are introduced on both sides of the working body, having fixed fulcrum and weights with varying masses at the ends, as well as elastic elements, moreover, regulate the length of the linkage mechanisms and stiffness rugih elements, thereby changing the stiffness of the reduced system to achieve the desired level of the working body amplitudes.

2. The device for implementing the method according to p. 1, characterized in that the working body is equipped with two symmetrically arranged lever mechanisms of the second kind, having additional weights at the free ends, the masses of which can be purposefully changed, as well as devices for changing the lengths of the arms of the levers, allowing you to adjust the gear ratios of the levers with the opportunity to change the stiffness of the elastic element between the load and the supporting surface, which, in General, provides for the working body of the vibrating stand work with an unresonant and frequency-independent amplitude-frequency response.