RU2718177C1

RU2718177C1 - Method of adjusting dynamic state of vibration process machine and device for implementation thereof

Info

Publication number: RU2718177C1
Application number: RU2018146234A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Елисеев; Роман Сергеевич Большаков; Андрей Владимирович Елисеев; Артем Сергеевич Миронов; Андрей Владимирович Николаев
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2020-03-31

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to the field of machine building. Vibrations of the working member of the vibration process machine are excited to record displacement of coordinates of motion. Additional vibration exciter and a pneumatic resilient element are introduced into the system. By varying the position of the pneumatic resilient element relative to the centre of mass of the element system and pressure, the reduced stiffness of the system is controlled therein. Proposed device comprises solid body on resilient supports, vibrating exciter, transducers and additional adjustable resilient element. Additional resilient element is made in the form of a pneumocylinder. Automatic sub-tuning system adjusts pneumatic cylinder parameters.

EFFECT: enabling adjustment of the dynamic state of the object by changing the given stiffness of the system.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области вибрационной техники и может быть использовано при проектировании технологических вибрационных машинам.The invention relates to the field of vibration technology and can be used in the design of technological vibration machines.

Вибрационные технологические машины широко используются в различных производительных процессах в горнодобывающей промышленности (грохоты, вибрационные питатели и транспортеры, классификаторы и др.), в строительной индустрии, на химических предприятиях и др. [1 - 5]. Рабочие органы таких машин создают вибрационные поля, которые обеспечивают необходимые формы взаимодействия гранулированных сыпучих рабочих сред с обрабатываемыми деталями. В настоящее время разработаны и реализуются сложные технологические процессы, в которых контролируются не только параметры и структура вибрационных полей рабочих органов, но и особенности динамических взаимодействий рабочих сред в вибрационных режимах и др. [2, 6, 7].Vibration technological machines are widely used in various production processes in the mining industry (screens, vibrating feeders and conveyors, classifiers, etc.), in the construction industry, at chemical enterprises, etc. [1 - 5]. The working bodies of such machines create vibration fields that provide the necessary forms of interaction between granular bulk working media and workpieces. At present, complex technological processes have been developed and are being implemented, in which not only the parameters and structure of the vibration fields of the working bodies are controlled, but also the features of the dynamic interactions of the working media in vibration modes, etc. [2, 6, 7].

Настройка вибрационных машин и поддержание параметров вибрационных взаимодействий является достаточно сложной задачей, требующей детализированных представлений о динамических свойствах технического объекта, знаний о возможностях оценки, контроля и изменения динамических свойств системы.Setting up vibrating machines and maintaining the parameters of vibrational interactions is a rather complicated task, requiring detailed ideas about the dynamic properties of a technical object, knowledge about the possibilities of assessing, controlling and changing the dynamic properties of a system.

Во многих случаях для предварительной оценки спектра динамических свойств вибрационных технологических машин используются расчетные схемы в виде механических колебательных систем с несколькими степенями свободы [5, 8-10]; получаемые при этом математические модели дают возможность комплексной оценки свойств технологической машины и выбора возможных направлений в создании способов и средств оценки, контроля и корректировки динамических состояний, что в значительной степени обеспечивает надежность работы машин, повышает динамическое качество и конкурентоспособность оборудования в условияхIn many cases, for a preliminary assessment of the spectrum of dynamic properties of vibrating technological machines, design schemes are used in the form of mechanical oscillatory systems with several degrees of freedom [5, 8-10]; the resulting mathematical models make it possible to comprehensively evaluate the properties of a technological machine and select possible directions in creating methods and means of assessing, monitoring and adjusting dynamic states, which largely ensures the reliability of machines, increases the dynamic quality and competitiveness of equipment in conditions

В связи с этим актуальными представляются инициативы по поиску, разработке и использованию новых динамических эффектов в работе технологических систем, которые возникают при введении в технологические схемы дополнительных связей, использовании динамических эффектов одновременного действия нескольких факторов, создающих эффекты связности движений по нескольким координатам, динамического гашения колебаний, проявления специфических форм динамических состояний и др.In this regard, initiatives to search, develop and use new dynamic effects in the operation of technological systems that arise when additional connections are introduced into technological schemes, use of dynamic effects of the simultaneous action of several factors that create the effects of connectedness of movements along several coordinates, and dynamic damping are relevant. , manifestations of specific forms of dynamic states, etc.

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., Резниченко С.М. «Вибрационная машина для предпосевной обработки семян», 2585476 С1, МПК А01С 1/00, приоритет 27.05.2016], представляющее собой вибрационную машину для предпосевной обработки семян содержит шлифовальный барабан, внутренняя поверхность которого покрыта слоем резины, с разгрузочным окном, рабочий орган, бункер-дозатор, выгрузной лоток, установленные упруго на основании. Шлифовальный барабан выполнен коническим, многозаходным, винтовым и смонтирован из направляющих элементов, выполненных из трех и более скрученных по винтовой линии в продольном направлении относительно продольной оси и изогнутых по винтовой линии в поперечном направлении на оправке в виде параболоида вращения полос, выполненных с боковыми кромками выпуклой криволинейной формы, с напусками и описанных кривыми различного порядка и степени кривизны. При этом по всей длине внутри шлифовального барабана образованы напуски в виде винтовых лопастей, причем по всей длине шлифовального барабана смонтирована коническая пружина с плоским сечением витков и с устройством для изменения шага витков путем растяжения или сжатия пружины. Упрощенная конструкция устройства позволяет расширить его технологические возможности.The invention is known [Serga G.V., Reznichenko S.M. “Vibrating machine for presowing treatment of seeds”, 2585476 C1, IPC А01С 1/00, priority 05.27.2016], which is a vibrating machine for presowing treatment of seeds contains a grinding drum, the inner surface of which is covered with a layer of rubber, with an unloading window, a working body, hopper-dispenser, unloading tray mounted elastically on the base. The grinding drum is made conical, multi-start, screw and mounted from guiding elements made of three or more twisted along a helical line in the longitudinal direction relative to the longitudinal axis and curved along the helical line in the transverse direction on the mandrel in the form of a paraboloid of rotation of strips made with convex lateral edges curvilinear shape, with flaps and described by curves of various orders and degrees of curvature. In this case, along the entire length of the inside of the grinding drum, inlets in the form of screw blades are formed, and a conical spring with a flat section of coils and with a device for changing the pitch of the coils by stretching or compressing the spring is mounted along the entire length of the grinding drum. The simplified design of the device allows you to expand its technological capabilities.

К недостаткам данного изобретения можно отнести отсутствие автоматического регулирования динамического состояния вибрационной машины, а также отсутствие режима «зануления» угловых колебаний.The disadvantages of this invention include the lack of automatic control of the dynamic state of the vibrating machine, as well as the absence of the regime of "zeroing" of the angular oscillations.

Также известен способ вибрационной обработки деталей [Митрофанов И.А., Вариченко Л.Ю. «Способ вибрационной обработки деталей и устройство для его осуществления», патент №2123419 G1, МПК В24В 31/06, приоритет 20.12.1998], заключающийся в размещении деталей в контейнере с обрабатывающей средой и сообщении им вибраций, отличающийся тем, что обрабатывающую среду уплотняют однонаправленными колебаниями деталей, сдерживают ее от колебаний у обрабатываемых поверхностей и разуплотняют среду струями фонтанирующей жидкости, периодически подавая ее в направлении колебаний под обрабатываемые детали и регулируя ее расход из условия изменения состояния обрабатывающей среды от монолитного до взвешенного. Устройство для вибрационной обработки, содержащее основание со смонтированным на нем контейнером, в котором размещено приспособление для обрабатываемых деталей, жестко соединенное с виброприводом, отличающееся тем, что вибропривод упруго установлен на основании с возможностью съема, а контейнер выполнен в виде цилиндра с расположенными на внутренней его поверхности перпендикулярно образующей ребрами и с конусным дном и установлен на основании с возможностью наклона, при этом устройство снабжено смонтированным в дне контейнера патрубком с размещенными соответственно внутри и снаружи контейнера по меньшей мере одной насадкой и гибким трубопроводом с дросселем, а также обтекателем, закрепленным на приспособлении для обрабатываемых деталей, и кольцеобразным желобом, установленным по периметру цилиндра контейнера и имеющим отвод, расположенный над воронкой, сообщенной с отстойником.Also known is a method of vibration processing of parts [Mitrofanov I.A., Varichenko L.Yu. "Method of vibration processing of parts and a device for its implementation", patent No. 2143419 G1, IPC B24B 31/06, priority 20.12.1998], which consists in placing parts in a container with a processing medium and communicating vibrations to it, characterized in that the processing medium is compacted unidirectional vibrations of the parts, restrain it from vibrations at the treated surfaces and decompress the medium with jets of gushing fluid, periodically feeding it in the direction of vibrations under the machined parts and adjusting its flow rate from the conditions of change conditions of the processing medium from monolithic to suspended. A device for vibration processing, comprising a base with a container mounted on it, in which a fixture for the workpieces is placed, rigidly connected to the vibrodrive, characterized in that the vibrodriver is resiliently mounted on the base with a removable mechanism, and the container is made in the form of a cylinder with its located on its inner surface perpendicular to the forming ribs and with a conical bottom and mounted on the base with the possibility of tilting, while the device is equipped with a patrol mounted in the bottom of the container a side chamber with at least one nozzle and flexible conduit with a throttle, as well as a cowl mounted on the tool for workpieces and an annular groove mounted along the perimeter of the container cylinder and having a branch located above the funnel in communication with the sump, respectively .

Рассмотренное изобретение имеет ряд недостатков, к которым можно отнести отсутствие автоматического регулирования динамического состояния вибрационной машины и математического описания работы предложенного устройства.The invention has several disadvantages, which include the lack of automatic control of the dynamic state of the vibrating machine and a mathematical description of the operation of the proposed device.

Известна вибрационная транспортирующая машина [Антипов В.И., Антипова Р.И., Кошелев А.В., Денцов Н.Н. «Вибрационная транспортирующая машина», патент №2532235 О, МПК В06В 1/00, приоритет 27.10.2014], включающая рабочий орган, соединенный упругой связью с реактивной частью, несущей средство для сообщения резонансных однонаправленных колебаний, и амортизаторы малой жесткости, отличающаяся тем, что средство для сообщения резонансных однонаправленных колебаний выполнено в виде смонтированных на реактивной части машины, по меньшей мере, пары одинаковых параметрических вибровозбудителей, установленных с возможностью вращения роторов инерционных элементов в противоположных направлениях в вертикальных плоскостях и приводимых во вращение от независимых электродвигателей, а резонансная частота средства для сообщения резонансных однонаправленных колебаний определяется из соотношений ω=λ₁+λ₂, λ₁=ν⋅ω, 0<ν<l, где ω - усредненное значение парциальных угловых скоростей роторов, λ₁ - эффективная собственная частота качающихся маятников роторов инерционных элементов, λ₂=√(C/M_пр) - парциальная собственная частота рабочего органа, соответствующая противофазной форме однонаправленных свободных колебаний, М_пр=М₁М₂/(М₁+М₂) - приведенная масса, С - жесткость упругой связи, M₁ - масса рабочего органа, М₂ - общая масса реактивной части машины.Known vibration transporting machine [Antipov V.I., Antipova R.I., Koshelev A.V., Dentsov N.N. Иб Vibration transporting machine О О, IPC В06В 1/00, priority 10.27.2014], including an operating element connected by an elastic connection with a reactive part, carrying means for communicating resonant unidirectional vibrations, and shock absorbers of low stiffness, characterized in that the means for communicating resonant unidirectional oscillations is made in the form of at least a pair of identical parametric vibration exciters mounted on the reactive part of the machine, mounted with the possibility of rotation of the rotors of inertial elements entrances in opposite directions in vertical planes and driven by independent electric motors, and the resonant frequency of the means for communicating resonant unidirectional oscillations is determined from the relations ω = λ ₁ + λ ₂ , λ ₁ = ν⋅ω, 0 <ν <l, where ω is the average value of the partial angular velocities of the rotors, λ ₁ is the effective natural frequency of the swinging pendulums of the rotors of inertial elements, λ ₂ = √ (C / M _CR ) is the partial natural frequency of the working body corresponding to the antiphase shape of unidirectional freedoms vibrations, M _pr = M ₁ M ₂ / (M ₁ + M ₂ ) is the reduced mass, C is the elastic bond stiffness, M ₁ is the mass of the working body, M ₂ is the total mass of the reactive part of the machine.

Недостатками представленного аналога являются невнимание к автоматическому регулированию динамического состояния вибрационной машины, а также отсутствие режима обнуления угловых колебаний системы.The disadvantages of the presented analogue are inattention to automatic regulation of the dynamic state of the vibrating machine, as well as the lack of a regime of zeroing the angular oscillations of the system.

За прототип взят способ управления структурой вибрационного поля вибрационной технологической машины на основе использования эффектов динамического гашения и устройство для его осуществления [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 06.07.2017], состоящий из рабочего органа в виде твердого тела на упругих элементах, имеющего инерционный вибровозбудитель, действующий в определенной точке, отличающийся введением в конструктивно-техническую схему системы устройства для преобразования движения в виде несамотормозящегося винтового механизма с гайкой-маховиком с перемещением вдоль рабочего органа точки приложения усилия, возникающего при работе элементов винтовой пары, генерирующей дополнительные стабилизирующие движения рабочего органа таким образом, чтобы вибрационное поле имело однородную структуру и обеспечивало возможности регулирования и настройки вибрационной системы для реализации необходимых параметров технологического процесса. Устройство, реализующее способ, представляющее собой конструктивно-технический блок, состоящий из винтового несамотормозящегося механизма с массивной гайкой-маховиком, на торцевой части которой может быть создан момент сил путем прижатия тормозной колодки специальным приводом, что генерирует управляющее воздействие в определенной точке рабочего органа вибростенда; устройство для преобразования движения также отличается тем, что точка приложения усилия на рабочий орган может изменяться в результате перемещения конструктивного блока вдоль рабочего органа с помощью синхронно работающих двух электроприводов, обеспечивающих перемещение верхней и нижней частей конструктивно-технического блока с помощью ходовых винтов, управляемого специальным программным блоком, в который для расчетов по заложенной математической модели поступает информация с датчиков, контролирующих вибрационное состояние и системы.The prototype is a method of 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 [Eliseev SV, Eliseev AV, Kaimov EV, Nguyen D.Kh., Vyong K. H “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 06.07.2017], consisting of a working body in the form of a solid body on elastic elements having an inertial vibration exciter operating at a certain point, characterized by introducing into the structural and technical scheme of the device system for converting movement in the form of a non-self-locking screw mechanism with a flywheel nut m along with the movement of the working member point of application force generated when the pair of helical elements, generating additional stabilizing working body motion so that the vibratory field had a uniform structure and provides regulation and adjustment possibilities the vibration system to implement the necessary process parameters. A device that implements a structural and technical unit, consisting of a non-self-locking screw mechanism with a massive flywheel nut, on the end of which a moment of force can be created by pressing the brake pad with a special drive, which generates a control action at a certain point on the working body of the vibrating stand; The device for converting movement is also characterized in that the point of application of force to the working body can be changed as a result of moving the structural unit along the working body using two synchronous electric drives that provide movement of the upper and lower parts of the structural and technical unit using spindles controlled by special software block, in which, for calculations based on the built-in mathematical model, information is received from sensors monitoring the vibrational state and Themes.

Основным недостаткам прототипа является отсутствие режима согласованной работы координат движения вибрационной машины, позволяющего «обнулять» угловые колебания.The main disadvantages of the prototype is the lack of a mode of coordinated work of the coordinates of the movement of the vibrating machine, which allows you to "zero" the angular vibrations.

Задачей изобретения настройка динамического состояния вибрационной технологической машины при помощи изменения параметров положения и жесткости дополнительного пневмобаллона.The objective of the invention is the adjustment of the dynamic state of the vibrating technological machine by changing the position parameters and the stiffness of the additional air balloon.

Способ настройки динамического состояния вибрационной технологической машины и устройство для его реализации, включающий возбуждение колебаний рабочего органа вибрационной технологической машины и регистрацию смещений координат движения вибрационной технологической машины, отличающийся тем, что для получения режима стабилизации колебательного движения при обнулении угловых вибраций рабочего органа вводят в систему дополнительный вибровозбудитель и пневматический упругий элемент, причем при помощи изменения положения пневматического упругого относительно центра масс системы элемента и давления в нем регулируют приведенную жесткость системы.A method for adjusting the dynamic state of a vibrating technological machine and a device for its implementation, including excitation of vibrations of the working body of the vibrating technological machine and recording displacements of the motion coordinates of the vibrating technological machine, characterized in that in order to obtain a mode of stabilization of the oscillatory movement when zeroing the angular vibrations of the working body, an additional vibration exciter and pneumatic elastic element, and by changing the position of the pneumatic eskogo elastic member relative to the center of mass of the system and the pressure in the controlled system the reduced stiffness.

Устройство для реализации способа настройки динамического состояния вибрационной технологической машины, содержащее твердое тело на упругих опорах, вибровозбудитель, датчики и дополнительный регулируемый упругий элемент, отличающееся тем, что дополнительный упругий элемент представляет собой пневмобаллон, регулирование параметров которого осуществляется за счет специальной автоматической системы поднастройки, основанной на применении встроенного компрессора, системы управляемых дросселей и возможностей перемещения вертикальной оси блока относительно центра масс за счет движения опорных элементов по специальным направляющим, закрепленным как на опорной поверхности, так и на рабочем органе с возможностями равномерного перемещения вертикальной оси пневмобаллона на определенное ей расстояние относительно центра масс системы с помощью синхронно работающих сервоприводов и ходовых винтов.A device for implementing the method of adjusting the dynamic state of a vibrating technological machine containing a solid body on elastic supports, a vibration exciter, sensors and an additional adjustable elastic element, characterized in that the additional elastic element is a pneumatic balloon, the parameters of which are controlled by a special automatic adjustment system based on using an integrated compressor, controlled throttle system and vertical movement capabilities th block axis relative to the center of mass due to the motion of the support elements on special guides, fixed both on the support surface and the operating element with possibilities uniform displacement of vertical axes of the air at a certain her distance relative to the center of mass using a synchronously operating actuators and spindles.

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

На фиг. 1 показана принципиальная схема вибрационной технологической машины с устройствами настройки динамического состояния, содержащая опорную поверхность 1, рабочий орган 2, направляющие 3, 4, упругие элементы 5, 7, пневмобаллон 6, перемещающиеся опоры 8, 10, ходовые винты 9, 11, электрические сервоприводы 12, 13, компрессор 14, управляемые клапаны 15, 16, 17, датчики 18, 19, блок управления 20, вибровозбудители 21, 22, коммуникационные связи 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a vibrating technological machine with dynamic state adjustment devices, comprising a supporting surface 1, a working body 2, guides 3, 4, elastic elements 5, 7, an air balloon 6, moving bearings 8, 10, spindles 9, 11, electric servos 12, 13, compressor 14, controlled valves 15, 16, 17, sensors 18, 19, control unit 20, vibration exciters 21, 22, communication links 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30.

На фиг. 2 приведена расчетная схема вибрационной технологической машины, принципиальные особенности которой были представлены на фиг. 1.In FIG. 2 shows the design diagram of a vibrating technological machine, the principal features of which were presented in FIG. one.

На фиг. 3 показана структурная математическая модель (структурная схема) исходной системы технологической вибрационной машины по фиг. 2.In FIG. 3 shows a structural mathematical model (block diagram) of the original system of the technological vibrating machine of FIG. 2.

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

Предлагаемое изобретение реализует способ настройки динамического состояния вибрационной технологической машины, осуществляющийся механической колебательной системой, состоящей из рабочего органа 3 или твердого тела, обладающего массой М и моментом инерции J, отображающих производственную загрузку технологической машины. Рабочий орган 3 через упругие элементы 5 и 7 с соответствующими жесткостями k₁ и k₂ опираются на неподвижную поверхность. В качестве дополнительного упругого элемента с реализуемой жесткостью k₀ используется также пневмобаллон 6.The present invention implements a method for adjusting the dynamic state of a vibrating technological machine, carried out by a mechanical oscillating system consisting of a working body 3 or a solid body having a mass M and an inertia moment J, representing the production load of the technological machine. The working body 3 through the elastic elements 5 and 7 with the corresponding stiffness k ₁ and k ₂ are based on a fixed surface. As an additional elastic element with realizable stiffness k ₀ , a pneumatic balloon 6 is also used.

Для организации движения управляемого упругого элемента 6 жесткостью k₀ в рабочем пространстве между точками крепления упругих элементов k₁ и k₂ применяются направляющие 3 и 4, закрепленные на опорной поверхности 1 и рабочем органе 2. По направляющим 3, 4 перемещается пневмоблок с управляемой жестокостью k₀ и возможностями фиксации своего положения относительно характерной точки (т. О), соответствующей положению центра масс механической колебательной системы. Блок, в свою очередь, состоит из двух передвигающихся опор 8 и 10, которые могут перемещаться по направляющим 3 и 4 с помощью синхронно работающих ходовых винтов 9, 11, приводимых в движение электрическими сервоприводами 12, 13. Необходимая корректировка жесткости k₀ управляемого пневматического упругого элемента осуществляется с помощью компрессора 14, установленного на нижней перемещающейся опоре 8. Компрессор 14 через управляемые клапаны 15, 16, 17 обеспечивает изменение и поддержание необходимой жесткости пневмобаллона 6.To organize the movement of the controlled elastic element 6 with rigidity k ₀ in the working space between the attachment points of the elastic elements k ₁ and k _2, guides 3 and 4 are used, mounted on the supporting surface 1 and the working body 2. A pneumatic unit with controlled severity k moves along the guides 3, 4 ₀ and the possibilities of fixing its position relative to a characteristic point (t. O), corresponding to the position of the center of mass of the mechanical oscillatory system. The block, in turn, consists of two moving supports 8 and 10, which can be moved along the guides 3 and 4 with the help of synchronously operating spindles 9, 11, driven by electric servos 12, 13. The necessary correction of stiffness k _{0 of the} controlled pneumatic elastic the element is carried out using a compressor 14 mounted on a lower moving support 8. The compressor 14 through controlled valves 15, 16, 17 provides for the change and maintenance of the necessary rigidity of the air balloon 6.

Управление работой системы в автоматическом режиме обеспечивается блоком управления 20, установленном на неподвижной опорной поверхности 1. Блок управления связан с датчиками 18 и 19, фиксирующими амплитуды колебаний рабочего органа по координатам у₁ и у₂. Датчики 18, 19 имеют коммуникационные связи 25, 26 с блоком управления 20. Сервоприводы 12, 13 также имеют коммуникационные связи 27, 28 с блоком управления 19. Управление компрессором и пневмобаллоном осуществляется коммуникациями 23, 29, 30.The operation of the system in automatic mode is controlled by a control unit 20 mounted on a fixed supporting surface 1. The control unit is connected to sensors 18 and 19, fixing the oscillation amplitudes of the working body in coordinates ₁ and ₂ . The sensors 18, 19 have communication links 25, 26 with the control unit 20. Servos 12, 13 also have communication links 27, 28 with the control unit 19. The compressor and the air tank are controlled by communications 23, 29, 30.

Блок управления 20 имеет микропроцессор, отрабатывающий алгоритм управления движением пневмобаллона по направляющим, что создает возможности изменения приведенной жесткости системы в целом, для поддержания режима колебаний рабочего органа вибростенда в условиях, когда отношение амплитуд колебаний у₁ и у₂ сохраняется равным единице. Вибрации стенда создаются вибрационными синфазными гармоническими вибровозбудителями 21, 22.The control unit 20 has a microprocessor that works out the algorithm for controlling the movement of the pneumatic balloon along the guides, which creates the possibility of changing the reduced stiffness of the system as a whole, in order to maintain the vibration mode of the working body of the vibration bench under conditions when the ratio of vibration amplitudes of ₁ and ₂ remains equal to unity. Vibrations of the stand are created by vibrational in-phase harmonic vibration exciters 21, 22.

Вибрационная технологическая машина обеспечивает возможности поднастройки параметров колебательных движений рабочего органа в тех случаях, когда в силу внешних возмущений, вызванных изменениями массоинерционных параметров системы, происходит выход из условий динамического состояния рабочего органа, когда отношение амплитуд колебаний у₁ и у₂ равно единице. В этом случае алгоритмы блока управления вносят коррективы в положение пневмоблока относительно центра массЮ что определяется расстоянием между т. О (центр рабочего органа) и вертикальной осью пневмоблока; движение осуществляется с помощью сервоприводов, синхронно перемещающих верхние и нижние части пневмоблока.Vibration technological machine provides the ability to adjust the parameters of the oscillatory movements of the working body in those cases when, due to external disturbances caused by changes in the mass-inertia parameters of the system, the dynamic state of the working body is exited when the ratio of the oscillation amplitudes of ₁ and ₂ is equal to unity. In this case, the control unit algorithms make adjustments to the position of the pneumatic unit relative to the center of mass, which is determined by the distance between the mass (center of the working body) and the vertical axis of the pneumatic unit; the movement is carried out using servos synchronously moving the upper and lower parts of the pneumatic unit.

В случае необходимости отработка алгоритма стабилизации режима работы вибрационной технологической машины производится путем внесения соответствующих коррекций величины жесткости пневмобаллона за счет подключения пневмосистемы, имеющей управляемые выпускные дроссели и компрессор для установления необходимого давления в пневматическом упругом элементе. Теоретическое обоснование работы системы прилагается.If necessary, the algorithm for stabilizing the operating mode of a vibrating technological machine is developed by making appropriate corrections of the stiffness of the pneumatic balloon by connecting a pneumatic system that has controlled exhaust chokes and a compressor to establish the necessary pressure in the pneumatic elastic element. A theoretical rationale for the operation of the system is attached.

Теоретическое обоснование технологических аспектов способа настройки динамического состояния технологической вибрационной машины и устройства для его реализацииTheoretical substantiation of technological aspects of the method for setting the dynamic state of a technological vibrating machine and device for its implementation

Расчетная схема вибрационной технологической машины, принципиальные особенности которой были приведены на фиг. 1, может быть представлена в виде механической колебательной системы с двумя степенями свободы, что приводится на рис. 1.The design diagram of a vibrating technological machine, the principal features of which were shown in FIG. 1 can be represented as a mechanical oscillatory system with two degrees of freedom, which is shown in Fig. one.

Рабочий орган вибрационной технологической машины (рис. 1) состоит из твердого тела массой М и моментом инерции J. Центр масс системы находится в т. О. Твердое тело опирается на три упругих элемента с жесткостями k₁, k₀, k₂. Точки крепления элементов с опорной поверхностью обозначены соответственно тт. А₁, В₁, С₁. Точки крепления упругих элементов k₁, k₀, k₂ с рабочим органом (твердое тело (М, J)) соответственно обозначены как тт.А, В и С. Внешние гармонические синфазные силовые воздействия приложены в тт. А и С.Движение системы может быть описано в системах координат у₁, у₂ и у₀, ϕ, связанных с неподвижным базисом. Между системами координат имеются соотношенияThe working body of the vibrating technological machine (Fig. 1) consists of a solid body of mass M and moment of inertia J. The center of mass of the system is in T.O. The solid body is supported by three elastic elements with stiffnesses k ₁ , k ₀ , k ₂ . The attachment points of elements with a supporting surface are indicated respectively TT. A ₁ , B ₁ , C ₁ . The attachment points of the elastic elements k ₁ , k ₀ , k ₂ with the working body (solid (M, J)) are respectively designated as volts A, B and C. External harmonic common-mode forces are applied in volts. A and C. The motion of the system can be described in coordinate systems y ₁ , y ₂ and y ₀ , ϕ associated with a fixed basis. There are relations between coordinate systems

где

- длины плеч, определяющие положение центра масс - т. О;

- расстояние от центра масс до точки закрепления упругого элемента k₀;Where

- shoulder lengths determining the position of the center of mass - t. O;

- the distance from the center of mass to the fixing point of the elastic element k ₀ ;

Система обладает линейными свойствами и совершает малые колебания относительно положения статического равновесия; силы сопротивления на предварительной стадии расчетов полагают исчезающе малыми.The system has linear properties and performs small oscillations relative to the position of static equilibrium; resistance forces at the preliminary stage of calculations are considered vanishingly small.

1. Для вывода дифференциальных уравнений движения используются известные подходы, например, как это изложено в работах [1, 2].1. To derive differential equations of motion, well-known approaches are used, for example, as described in [1, 2].

Запишем выражения для кинетической и потенциальной энергий системы в координатах у₁ и у₂ We write the expressions for the kinetic and potential energies of the system in coordinates y ₁ and y ₂

Выражение (3) можно представить также в виде:

Expression (3) can also be represented as:

где

Where

2. Математическая модель системы в координатах у₁ и у₂ представляет собой систему двух обыкновенных дифференциальных уравнений 2-го порядка с постоянными коэффициентами2. The mathematical model of the system in coordinates y ₁ and y ₂ is a system of two ordinary differential equations of the second order with constant coefficients

Используя преобразования Лапласа при нулевых начальных условиях [1,2], систему уравнений (5), (6) можно представить в операторной форме

Using the Laplace transforms under zero initial conditions [1,2], the system of equations (5), (6) can be represented in operator form

где р=jω - комплексная переменная (j=√-1), значок

над переменной означает ее изображение по Лапласу [1].where p = jω is the complex variable (j = √-1), the icon

above a variable means its image according to Laplace [1].

3. На основе уравнений (6), (7) может быть построена структурная математическая модель системы в виде структурной схемы эквивалентной в динамическом отношении системы автоматического управления, как показано на рис. 2.3. Based on equations (6), (7), a structural mathematical model of the system can be constructed in the form of a structural diagram of a dynamically equivalent automatic control system, as shown in Fig. 2.

Из структурной схемы на рис. 2 следует, что структурная математическая модель системы состоит из двух парциальных блоков, соединенных между собой звеном с массоинерционными и упругими свойствами.From the structural diagram in Fig. 2 it follows that the structural mathematical model of the system consists of two partial blocks interconnected by a link with mass inertial and elastic properties.

На частотеOn frequency

связь между парциальными частотами исчезает и парциальные блоки могут совершать движения, не оказывая влияния друг на друга.the connection between the partial frequencies disappears and the partial blocks can make movements without affecting each other.

4. Передаточные функции системы могут быть найдены из структурной схемы на рис. 2; для упрощения выкладок принимается, что между внешними силовыми воздействиями существует связь, определяемая условием4. The transfer functions of the system can be found from the block diagram in Fig. 2; to simplify the calculations, it is accepted that there is a relationship between external force influences determined by the condition

где α - коэффициент связности внешних силовых воздействий; α - может принимать нулевые, отрицательные и положительные значения.where α is the coupling coefficient of external force effects; α - can take zero, negative and positive values.

5. Таким образом при α≠0 (положительные значения) передаточные функции системы принимают вид:

5. Thus, with α ≠ 0 (positive values), the transfer functions of the system take the form:

гдеWhere

- является частотным характеристическим уравнением системы.- is the frequency characteristic equation of the system.

В общем случае, как это следует из анализа передаточных функций, в системе имеется две частоты собственных колебаний, что обеспечивает соответствующие резонансные динамические эффекты. Кроме того, в системе возникают режимы динамического гашения колебаний по координатам

на частотах

соответственноIn the general case, as follows from the analysis of the transfer functions, the system has two frequencies of natural vibrations, which ensures the corresponding resonant dynamic effects. In addition, in the system there are modes of dynamic damping of oscillations in coordinates

at frequencies

respectively

Частоты динамического гашения колебаний при действии двух внешних силовых факторов отличаются от параметров динамического гашения колебаний при действии одного силового фактора. Отметим, что в системе с одним возмущением режим динамического гашения наблюдается только по одной координате, которая «обнуляется» на частоте динамического гашения колебаний. По второй координате динамическое гашение колебаний не наблюдается.The frequencies of the dynamic damping of oscillations under the action of two external force factors differ from the parameters of the dynamic damping of oscillations under the action of one force factor. Note that in a system with one perturbation, the dynamic damping mode is observed only in one coordinate, which is “zeroed out” at the frequency of dynamic damping. In the second coordinate, dynamic damping is not observed.

При этом частота динамического гашения колебаний совпадает с парциальной частотой соответствующего блока, координата которого «не обнуляется», то есть находится в движении.In this case, the frequency of the dynamic damping of oscillations coincides with the partial frequency of the corresponding block, the coordinate of which is "not reset to zero", that is, it is in motion.

При действии одновременно двух силовых факторов режимы динамического гашения колебаний возникают по двум координатам. При этом, частота динамического гашения колебаний определяется из уравнения, получаемого при «занулении» полинома числителя передаточной функции. Таким образом режимы динамического гашения колебаний принимают обобщенные значения.Under the action of two power factors simultaneously, the modes of dynamic damping of oscillations occur along two coordinates. Moreover, the frequency of dynamic damping of oscillations is determined from the equation obtained by "zeroing" the polynomial of the numerator of the transfer function. Thus, the modes of dynamic vibration damping take generalized values.

В реализациях вибрационных технологических процессов большое значение имеют амплитудно-частотные характеристики системы и все необходимые данные могут быть получены из соответствующих передаточных функций.In the implementation of vibrational technological processes, the amplitude-frequency characteristics of the system are of great importance and all the necessary data can be obtained from the corresponding transfer functions.

6. При рассмотрении динамических состояний технологических вибрационных машин, однородное вибрационное поле с одинаковыми амплитудами колебаний всех точек рабочего органа могут быть рассмотрены при анализе передаточных функций межпарциальных связей W₁₂(p). При этом отношении амплитуд колебаний координат

становится равным единице, можно получить соотношения (или условия), определяющие возможности настройки соответствующих параметров при изменении условий работы вибростенда. Компенсация отклонений параметров системы и возвращение ее к режиму отсутствия угловых колебательных движений на различных частотах может быть получено из условия6. When considering the dynamic states of technological vibrational machines, a uniform vibrational field with the same oscillation amplitudes of all points of the working body can be considered when analyzing the transfer functions of interpartial connections W ₁₂ (p). In this respect, the amplitudes of the coordinate oscillations

becomes equal to unity, you can get the ratio (or condition) that determines the ability to configure the relevant parameters when changing the operating conditions of the vibrating stand. Compensation of deviations of the system parameters and its return to the mode of absence of angular oscillatory movements at various frequencies can be obtained from the condition

После преобразований (17) получим выражениеAfter transformations (17) we obtain the expression

Принимая для примера α=1, выражение (18) упрощается, что позволяет найтиTaking α = 1 as an example, expression (18) is simplified, which allows us to find

Задаваясь значениями частоты р²=-ω², которая соответствует отношению амплитуд колебаний

равным единице, можно найти искомое значение

как настроечного параметра. Частота движения рабочего органа вибрационной технологической машины при

определяется выражением (15). Реализация технологического процесса при возможных отклонениях массоинерционных параметров при осуществлении необходимых режимов динамических состояний при фиксированных коэффициентах связности а и частотах «зануления» угловых колебаний может быть обеспечена выбором

Соответствующие алгоритмы управления системой автоматического управления состоянием технического объекта определяются на основе соотношений, приведенных выше.Given the values of the frequency p ² = -ω ² , which corresponds to the ratio of the amplitudes of the oscillations

equal to one, you can find the desired value

as a tuning parameter. The frequency of movement of the working body of the vibrating technological machine at

defined by expression (15). The implementation of the process with possible deviations of the mass inertia parameters during the implementation of the necessary regimes of dynamic states with fixed coupling coefficients a and frequencies of “zeroing” of the angular oscillations can be ensured by the choice

The corresponding control algorithms for the system of automatic control of the state of a technical object are determined on the basis of the relations given above.

БиблиографияBibliography

1. Пановко Г.Я. Лекции по основам теории вибрационных машин и технологий. М.: МГТУ им. Баумана, 2008. - 192 с.1. Pankov G.Ya. Lectures on the basics of the theory of vibration machines and technologies. M .: MSTU im. Bauman, 2008 .-- 192 p.

2. Копылов Ю.Р. Динамика процессов виброударного упрочнения: монография / Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2011. - 569 с.2. Kopylov Yu.R. Dynamics of vibro-impact hardening processes: monograph / Voronezh: CPI "Scientific Book", 2011. - 569 p.

3. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей в абразивной среде. М.: Машиностроения. 1968-92 с.3. Babichev A.P. Vibration processing of parts in an abrasive medium. M .: Engineering. 1968-92 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. Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники / И.И. Быховский. - М.: Машиностроение, 1968. - 362 с.5. Bykhovsky II. Fundamentals of the theory of vibration technology / II. Bykhovsky. - M.: Mechanical Engineering, 1968 .-- 362 p.

6. Пнёв А.Г. Обеспечение прочности элементов конструкций из композиционных материалов с учетом межслойных дефектов / авт.-т дис. канд. техн. наук. Иркутск. 2012.- 164 с.6. Pnev A.G. Ensuring the strength of structural elements from composite materials, taking into account interlayer defects / ed. Cand. tech. sciences. Irkutsk 2012.- 164 p.

7. Елисеев С.В. Прикладной системный анализ и структурное математическое моделирование / С.В. Елисеев. - Иркутск: ИрГУПС, 2018.7. Eliseev S.V. Applied system analysis and structural mathematical modeling / S.V. Eliseev. - Irkutsk: IrGUPS, 2018.

8. Ганиев Р.Ф. Волновые машины и технологии (Введение в волновую технологию). Москва, научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2008, - 192 с.8. Ganiev R.F. Wave machines and technologies (Introduction to wave technology). Moscow, the scientific and publishing center “Regular and chaotic dynamics”, 2008, - 192 p.

9. Кашуба В.Б., Елисеев С.В., Большаков Р.С Динамические реакции в соединениях элементов механических колебательных систем. Новосибирск: Наука. 2016.-331 с.9. Kashuba VB, Eliseev SV, Bolshakov RS Dynamic reactions in compounds of elements of mechanical oscillatory systems. Novosibirsk: Science. 2016.-331 p.

10. Елисеев С.В. Прикладной системный анализ и структурное математическое моделирование (динамика транспортных и технологических машин: связность движений, вибрационные взаимодействия, рычажные связи): монография - Иркутск: ИрГУПС, 2018. - 692 с.10. Eliseev S.V. Applied system analysis and structural mathematical modeling (dynamics of transport and technological machines: motion connectivity, vibrational interactions, linkages): monograph - Irkutsk: IrGUPS, 2018 .-- 692 p.

Claims

1. A method for adjusting the dynamic state of a vibrating technological machine, including exciting vibrations of the working body of the vibrating technological machine and recording the displacements of the motion coordinates of the vibrating technological machine, characterized in that an additional vibration exciter and pneumatic are introduced into the system in order to stabilize the oscillatory movement when zeroing the angular vibrations of the working body elastic element, and by changing the position of the pneumatic elastic relative to the center of mass of the element system and the pressure in it regulate the reduced stiffness of the system.

2. A device for implementing a method for adjusting the dynamic state of a vibrating technological machine, comprising a solid body on elastic supports, a vibration exciter, sensors and an additional adjustable elastic element, characterized in that the additional elastic element is a pneumatic balloon, the parameters of which are controlled by an automatic adjustment system, based on the use of an integrated compressor, a system of controlled chokes and the ability to move the vertical axis of the unit the center of mass due to the motion of the support elements along guides fixed both on the support surface and the operating element with possibilities uniform vertical axis displacement of the air by a certain distance s from the center of mass of the system by means of synchronously operating actuators and spindles.