RU2734839C1 - Vibration process machine dynamic state control device - Google Patents

Vibration process machine dynamic state control device Download PDF

Info

Publication number
RU2734839C1
RU2734839C1 RU2019114634A RU2019114634A RU2734839C1 RU 2734839 C1 RU2734839 C1 RU 2734839C1 RU 2019114634 A RU2019114634 A RU 2019114634A RU 2019114634 A RU2019114634 A RU 2019114634A RU 2734839 C1 RU2734839 C1 RU 2734839C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vibration
dynamic state
working body
dynamic
machine
Prior art date
Application number
RU2019114634A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Елисеев
Сергей Константинович Каргапольцев
Роман Сергеевич Большаков
Андрей Владимирович Елисеев
Андрей Владимирович Николаев
Артем Сергеевич Миронов
Куанг Чык Выонг
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority to RU2019114634A priority Critical patent/RU2734839C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2734839C1 publication Critical patent/RU2734839C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to the field of machine building. Device for controlling the dynamic state of the vibrating process machine comprises a solid body on elastic supports, a vibration exciter, sensors, servo drives with leadscrews. Lead screws and servo drives are additionally installed on top of the working element along its entire length for displacement of vibration exciter located in the centre along it.
EFFECT: possibility of controlling the dynamic state of the vibration process machine by changing the position of the vibration exciter.
1 cl, 5 dwg

Description

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

Динамическое состояние рабочих органов технологических машин создается вибровозбудителями различной природы, что представляет собой, как правило, формирование в некоторой точке рабочего органа вибрационной силы. Такая сила приводит в движение систему и предопределяет соответствующую форму распределения амплитуд колебаний точек рабочего органа по его длине.The dynamic state of the working bodies of technological machines is created by vibration exciters of various nature, which, as a rule, is the formation of a vibration force at some point of the working body. Such a force sets the system in motion and determines the corresponding form of distribution of the vibration amplitudes of the points of the working body along its length.

Условия возбуждения вибраций рабочего органа достаточно разнообразны, зависят от многих факторов, что стимулирует поиск и разработку новых способов и средств оценки, контроля и управления динамическими состояниями технологических вибрационных машин [1-3].The conditions for excitation of vibrations of the working body are quite diverse, depend on many factors, which stimulates the search and development of new methods and means for assessing, monitoring and controlling the dynamic states of technological vibration machines [1-3].

Среди рациональных способов и средств возбуждения вибрационных полей, коррекции динамических состояний распространение получили варианты с установкой одного вибрационного возбудителя; определенную известность приобрели подходы, ориентированные на введение дополнительных связей, что достаточно подробно описано в научной литературе [1-3].Among the rational methods and means of exciting vibration fields, correcting dynamic states, variants with the installation of one vibration exciter have become widespread; Approaches focused on the introduction of additional links have gained some popularity, which is described in sufficient detail in the scientific literature [1-3].

Вместе с тем ряд направлений поисков рациональных решений еще не получил должной степени детализации представлений о действии силовых факторов, что связано с нетрадиционными приемами перемещения источника внешнего возбуждения.At the same time, a number of directions in the search for rational solutions have not yet received the proper degree of detailing of ideas about the action of force factors, which is associated with non-traditional methods of moving the source of external excitation.

В процессе патентного поиска выявлен ряд изобретений-аналогов.In the course of the patent search, a number of analogous inventions were identified.

1. Известно изобретение [Скрипка Д.О. «Вибрационная установка», 95574 U1, МПК В22С 15/00, приоритет 10.07.2010], представляющее собой вибрационную установку для обеспечения спецэффекта колебаний - «имитация землетрясения» за счет передачи крутящего момента от вала с измененным центром тяжести рабочей машины через опоры к пластине из 1. Known invention [Violin D.O. "Vibration installation", 95574 U1, IPC В22С 15/00, priority 07/10/2010], which is a vibration installation to provide a special effect of vibrations - "imitation of an earthquake" by transferring torque from the shaft with a changed center of gravity of the working machine through the supports to the plate of

железа, установленной на основании рамы-каркаса. Технический результат от использования данного технического решения достигается за счет того, что вибрационная установка состоит из рамы выполненного в виде металлического блока-каркаса, в форме параллелепипеда, обшитого стальным тонколистовым прокатом, сверху по его краям укладывают резиновую прокладку (для смягчения вибрации). Затем на последнюю укладывают пластину из железа, под которой предварительно смонтированы вибровозбудитель колебаний в виде рабочей машины с электродвигателем с жесткозакрепленными опорами при этом, рабочая машина имеет вал с измененным центром тяжести, который через муфту связан с электродвигателем. Необходимо отметить, что вал с измененным центром тяжести установлен на подшипниках скольжения (последние на чертеже не указаны).iron installed on the base of the frame-frame. The technical result from the use of this technical solution is achieved due to the fact that the vibration unit consists of a frame made in the form of a metal block-frame, in the form of a parallelepiped, sheathed with steel sheet rolled, a rubber gasket is placed on top of its edges (to mitigate vibration). Then a plate of iron is placed on the latter, under which a vibration exciter is pre-mounted in the form of a working machine with an electric motor with rigidly fixed supports, while the working machine has a shaft with a changed center of gravity, which is connected to the electric motor through a coupling. It should be noted that the shaft with a changed center of gravity is mounted on sleeve bearings (the latter are not shown in the drawing).

Недостатками данного изобретения являются отсутствие регулирования динамического состояния, а также отсутствие математического описания режимов работы устройства.The disadvantages of this invention are the lack of regulation of the dynamic state, as well as the lack of a mathematical description of the operating modes of the device.

2. Известно устройство для гашения колебаний [Елисеев С.В., Ермошенко Ю.В., Московских А.О., Большаков Р.С. «Устройство для гашения колебаний», патент №2498126 C2, МПК F16F 7/112, F16F 15/027 приоритет 10.11.2013], содержащее упругие элементы и систему динамического гашения колебаний в виде упруго присоединенной массы. Объект защиты содержит настраиваемую систему динамического гашения колебаний. Система динамического гашения содержит пневмобаллон с клапаном, компрессор с трубопроводом и систему управления с датчиками. Пневмобаллон закреплен на опорной плите, перемещающейся в соединении типа «ласточкин хвост» при помощи самотормозящегося винтового устройства. Датчики установлены на объекте защиты и на динамическом гасителе колебаний и передают информацию о состоянии объекта защиты и динамического гасителя в блок обработки информации для принятия 2. Known device for damping vibrations [Eliseev SV, Yermoshenko Y. V., Moscow AO, Bolshakov RS. "Device for damping vibrations", patent No. 2498126 C2, IPC F16F 7/112, F16F 15/027 priority 11/10/2013], containing elastic elements and a system of dynamic vibration damping in the form of an elastically attached mass. The object of protection contains an adjustable system of dynamic vibration damping. The dynamic damping system contains a pneumatic cylinder with a valve, a compressor with a pipeline and a control system with sensors. The air spring is secured to a base plate that moves in a dovetail joint with a self-braking screw device. The sensors are installed on the protected object and on the dynamic vibration damper and transmit information about the state of the protected object and the dynamic damper to the information processing unit for acceptance

решения о включении компрессора и винтового устройства. Достигается динамическое гашение колебаний по двум координатам.decisions about turning on the compressor and the screw device. Achieved dynamic damping of vibrations in two coordinates.

Рассмотренное изобретение имеет ряд недостатков, к числу которых можно отнести сложность конструкции и отсутствие возможности формирования устойчивых динамических режимов работы.The considered invention has a number of disadvantages, which include the complexity of the design and the inability to form stable dynamic modes of operation.

3. Известно изобретение [Каварма И.И., Кальницкий A.M., Кондратенко В.Ф., Горбачев Ю.Г.[UA] «Вибрационная транспортирующая машина», патент №2028264 С1, МПК В6527/20, приоритет 09.02.1995], представляющее собой вибрационный привод, содержащий вибратор, в корпусе которого на подшипниках установлен дебалансный вал, соединенный посредством упругой муфты с электродвигателем. Корпус закреплен в центре тяжести рабочего органа вибромашины, установленного посредством упругих опор на неподвижной раме, где также смонтирован электродвигатель. Муфта имеет ведущую полумуфту, закрепленную на валу двигателя, и ведомую полумуфту, закрепленную на дебалансном валу. Между собой полумуфты связаны упругими элементами, выполненными, например, в виде лепестков из конвейерной ленты. На полумуфте дополнительный дебаланс закреплен синфазно с дебалансным валом при зарезонансной настройке машины или противофазно при ее дорезонансной настройке.3. Known invention [Kavarma II, Kalnitsky AM, Kondratenko VF, Gorbachev YG [UA] "Vibration transporting machine", patent No. 2028264 C1, IPC B6527 / 20, priority 09.02.1995], which is a vibration drive containing a vibrator, in the housing of which an unbalanced shaft is mounted on bearings, connected by means of an elastic coupling to an electric motor. The body is fixed in the center of gravity of the working body of the vibrating machine, installed by means of elastic supports on a fixed frame, where the electric motor is also mounted. The clutch has a driving half-coupling, fixed on the motor shaft, and a driven half-coupling, fixed on the unbalanced shaft. The half-couplings are interconnected by elastic elements made, for example, in the form of petals from a conveyor belt. On the half of the coupling, an additional unbalance is fixed in phase with the unbalance shaft during the resonant tuning of the machine or in antiphase when it is tuned before the resonance.

Недостатками представленного аналога являются отсутствие регулирования динамического состояния и отсутствие математического описания режимов работы устройства.The disadvantages of the presented analogue are the lack of regulation of the dynamic state and the lack of a mathematical description of the operating modes of the device.

4. 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 4. For the prototype is taken a method of controlling the structure of the vibration field of a vibration technological machine based on the use of dynamic damping effects and a device for its implementation [Eliseev S.V., Eliseev A.V., Kaimov E.V., Nguyen D.Kh., Vyong K.Ch. "A method for controlling the structure of a vibration field of a vibration technological machine based on the use of dynamic damping effects and a device for its implementation", patent No. 2624757 C1, IPC F16F 15/02, priority

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.07/06/2017], consisting of a working body in the form of a solid body on elastic elements, having an inertial vibration exciter acting at a certain point, characterized by the introduction into the structural and technical scheme of the system of a device for converting motion in the form of a non-self-braking screw mechanism with a flywheel nut with movement along the working body of the point of application of the force arising during the operation of the elements of the screw pair, generating additional stabilizing movements of the working body so that the vibration field has a homogeneous structure and provides the possibility of regulating and tuning the vibration system to implement the necessary parameters of the technological process. A device that implements the method, which is a structural and technical unit consisting of a non-self-braking screw mechanism with a massive flywheel nut, on the end part of which a moment of forces can be created by pressing the brake shoe with a special drive, which generates a control action at a certain point of the working body of the vibration table; the device for converting motion is also characterized in that the point of application of the force on the working body can be changed as a result of moving the structural block along the working body using two synchronously operating electric drives that move the upper and lower parts of the structural and technical unit using lead screws controlled by a special software a block, which receives information from sensors that control the vibration state and the system for calculations according to the embedded mathematical model.

Основным недостаткам прототипа является отсутствие режима совместной работы крайних точек вибрационной машины, а также наличие в системе элемента, создающего дополнительную силу.The main disadvantages of the prototype are the lack of a mode of joint operation of the extreme points of the vibration machine, as well as the presence in the system of an element that creates additional force.

Задачей изобретения является управление динамическим состоянием вибрационной технологической машины при помощи изменения положения вибровозбудителя.The objective of the invention is to control the dynamic state of a vibratory technological machine by changing the position of the vibration exciter.

Устройство управления динамическим состоянием вибрационной технологической машины, содержит твердое тело на упругих опорах, вибровозбудитель, датчики, сервоприводы с ходовыми винтами, отличается тем, что ходовые винты и сервоприводы дополнительно установлены сверху рабочего органа на всем его протяжении для перемещения вдоль него размещенного в центре вибровозбудителя.The device for controlling the dynamic state of a vibrating technological machine contains a solid body on elastic supports, a vibration exciter, sensors, servos with lead screws, characterized in that lead screws and servos are additionally installed on top of the working body along its entire length to move along it a vibration exciter located in the center.

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, блок управления 3, упругие элементы 4, 5, датчики 6, 7, электрические сервоприводы 8, 9, ходовые винты 10, 11, направляющие 12, вибровозбудитель 13, коммуникационные связи 14, 15, 16, 17.FIG. 1 shows a schematic diagram of a vibratory technological machine with devices for adjusting the dynamic state, containing a support surface 1, a working body 2, a control unit 3, elastic elements 4, 5, sensors 6, 7, electric servos 8, 9, lead screws 10, 11, guides 12, vibration exciter 13, communication links 14, 15, 16, 17.

На фиг. 2 показана расчетная схема системы по фиг. 1.FIG. 2 shows a design diagram of the system of FIG. 1.

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

На фиг. 4 представлена диаграмма расположения узла колебаний при

Figure 00000001
FIG. 4 shows a diagram of the location of the vibration node at
Figure 00000001

На фиг. 5 приведены варианты взаимного расположения смещений по координатам

Figure 00000002
и
Figure 00000003
в стационарном режиме при
Figure 00000004
: а) случай
Figure 00000005
,
Figure 00000006
; б) случай
Figure 00000007
,
Figure 00000008
; в) случай
Figure 00000009
,
Figure 00000010
, узел колебаний - т. D,
Figure 00000011
; г) случай
Figure 00000012
,
Figure 00000013
, узел колебаний - т. D,
Figure 00000014
; д) случай
Figure 00000015
- узел колебаний бесконечно удален,
Figure 00000016
; е) случай
Figure 00000017
узел колебаний - т. D; ж) случай выноса узла колебаний т. А за пределы твердого тела; з) случай выноса узла колебаний за пределы т. В твердого тела.FIG. 5 shows the options for the relative position of the offsets along the coordinates
Figure 00000002
and
Figure 00000003
in stationary mode at
Figure 00000004
: a) case
Figure 00000005
,
Figure 00000006
; b) case
Figure 00000007
,
Figure 00000008
; c) case
Figure 00000009
,
Figure 00000010
, vibration node - point D,
Figure 00000011
; d) case
Figure 00000012
,
Figure 00000013
, vibration node - point D,
Figure 00000014
; e) case
Figure 00000015
- the vibration node is infinitely distant,
Figure 00000016
; f) case
Figure 00000017
vibration node - point D; g) the case of the removal of the vibration node m. A outside the rigid body; h) the case of the removal of the vibration node outside the limits of t. B of a rigid body.

Принцип функционирования устройства реализуется следующим образом.The principle of operation of the device is implemented as follows.

Предлагаемое изобретение реализует способ настройки динамического состояния вибрационной технологической машины, осуществляющийся механической колебательной системой, состоящей из рабочего органа 2 (твердое тела массой М и моментом инерции J). Рабочий орган 2 через упругие элементы 4 и 5 с соответствующими жесткостями k1 и k2 опирается на неподвижную поверхность 1, а также имеет установленный сверху вибровозбудитель 13, приводимый в движение при помощи сервоприводов 8, 9 и ходовых винтов 10, 11 по направляющим 12.The proposed invention implements a method for adjusting the dynamic state of a vibrating technological machine, which is carried out by a mechanical vibrating system consisting of a working body 2 (a solid body with mass M and moment of inertia J). The working body 2, through elastic elements 4 and 5 with corresponding stiffnesses k 1 and k 2, rests on a fixed surface 1, and also has a vibration exciter 13 installed on top, driven by servo drives 8, 9 and lead screws 10, 11 along guides 12.

Управление работой системы производится в автоматическом режиме блоком управления 3, установленном на неподвижной опорной поверхности 1. Блок управления связан с датчиками 6 и 7, фиксирующими амплитуды колебаний рабочего органа по координатам y1 и y2, через коммуникационные связи 15, 17. Сервоприводы 8, 9 также имеют коммуникационные связи 14, 16 с блоком управления 3.The operation of the system is controlled in automatic mode by the control unit 3, installed on a fixed supporting surface 1. The control unit is connected to sensors 6 and 7, which record the vibration amplitudes of the working body along the coordinates y1 and y2, through communication links 15, 17. Servos 8, 9 also have communication links 14, 16 with the control unit 3.

Блок управления 3 содержит микропроцессор, отрабатывающий алгоритм управления движением вибровозбудителя по направляющим, что создает возможности изменения силовых факторов по координатам y1 и y2 и позволяет получать различные динамические режимы работы вибрационной технологической машины, в том числе формирование соотношения между координатами, равного единице.The control unit 3 contains a microprocessor that works out the algorithm for controlling the movement of the vibration exciter along the guides, which creates the possibility of changing the force factors along the coordinates y 1 and y 2 and makes it possible to obtain various dynamic modes of operation of the vibrating technological machine, including the formation of a ratio between the coordinates equal to one.

Теоретическое обоснование устройства управления динамическим состоянием технологической вибрационной машиныTheoretical substantiation of the device for controlling the dynamic state of a technological vibration machine

Практика оценки, контроля и управления формированием динамических состояний технологических вибрационных машин, определение динамических реакций в соединениях элементов системы и прочностные расчеты ориентированы на возможности представления технических объектов в виде механических колебательных систем с несколькими степенями свободы (чаще всего не более трех). Предполагается, что технические объекты совершают малые колебания и обладают линейными свойствами. С учетом таких подходов расчетная схема технологической вибрационной машины, приведенной на фиг. 1, может быть представлена в виде механической колебательной системы балочного типа с двумя степенями свободы. Рабочий орган машины в этом случае рассматривается в виде протяженного твердого тела (массой М и моментом инерции J), расположенного на опорной поверхности на упругих линейных пружинах с жесткостями k1 и k2. Вибрации объекта вызываются внешней гармонической силой Q0 (фиг. 2), которая приложена в т. Е, отстоящей от центра масс (т. О) твердого тела на расстояние l0. Центр масс, в свою очередь, расположен на расстояниях l1 и l2 от тт. А и В рабочего органа. Движение системы может быть описано в системах координат y1, y2 или y0, ϕ; между которыми имеются соотношенияThe practice of assessing, monitoring and managing the formation of dynamic states of technological vibration machines, the determination of dynamic reactions in the connections of system elements and strength calculations are focused on the possibility of representing technical objects in the form of mechanical vibration systems with several degrees of freedom (most often no more than three). It is assumed that technical objects perform small vibrations and have linear properties. Taking into account such approaches, the design diagram of the technological vibration machine shown in Fig. 1, can be represented in the form of a mechanical oscillatory system of a beam type with two degrees of freedom. The working body of the machine in this case is considered in the form of an extended rigid body (mass M and moment of inertia J) located on the support surface on elastic linear springs with stiffnesses k 1 and k 2 . Vibrations of an object are caused by an external harmonic force Q 0 (Fig. 2), which is applied at point E, which is spaced from the center of mass (point O) of a rigid body at a distance l 0 . The center of mass, in turn, is located at distances l 1 and l 2 from point. A and B of the working body. The movement of the system can be described in coordinate systems y 1 , y 2 or y 0 , ϕ; between which there are relations

Figure 00000018
Figure 00000018

где

Figure 00000019
Where
Figure 00000019

Предполагается, что система совершает малые колебания относительно положения статического равновесия при практическом отсутствии сил сопротивления движению.It is assumed that the system performs small vibrations relative to the position of static equilibrium with the practical absence of forces of resistance to motion.

1. В соответствии с [4] сила Q0, приложенная в т. Е может быть трансформирована в систему двух сил, приложенных в тт. А и В:1. In accordance with [4], the force Q 0 applied at point E can be transformed into a system of two forces applied at point E. A and B:

Figure 00000020
Figure 00000020

Система дифференциальных уравнений движения по рис. 1 может быть представлена в операторной форме на основе использования известных подходов [2, 5]:The system of differential equations of motion according to Fig. 1 can be represented in operator form based on the use of well-known approaches [2, 5]:

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

где

Figure 00000023
- комплексная переменная, значок
Figure 00000024
над переменной означает ее изображение по Лапласу при нулевых начальных условиях.Where
Figure 00000023
- complex variable, icon
Figure 00000024
over a variable means its Laplace image with zero initial conditions.

2. Используя (4), (5), можно ввести в рассмотрение структурную математическую модель исходной системы (фиг. 2) в виде структурной схемы (фиг. 3) эквивалентной в динамическом отношении системы автоматического управления [2].2. Using (4), (5), it is possible to introduce into consideration the structural mathematical model of the original system (Fig. 2) in the form of a structural diagram (Fig. 3) of a dynamically equivalent automatic control system [2].

Структурная математическая модель имеет два парциальных блока, связанных инерционной связью.The structural mathematical model has two partial blocks connected by inertial coupling.

3. Передаточные функции системы при одновременном действии двух силовых факторов

Figure 00000025
и
Figure 00000026
определяются по координатам
Figure 00000027
и
Figure 00000028
выражениями3. Transfer functions of the system under the simultaneous action of two force factors
Figure 00000025
and
Figure 00000026
determined by coordinates
Figure 00000027
and
Figure 00000028
expressions

Figure 00000029
Figure 00000029

Figure 00000030
Figure 00000030

где

Figure 00000031
- является характеристическим частотным уравнением системы.Where
Figure 00000031
- is the characteristic frequency equation of the system.

Из выражений (6), (7) могут быть найдены соответствующие частоты динамического гашения колебаний:From expressions (6), (7), the corresponding frequencies of dynamic vibration damping can be found:

по координате

Figure 00000032
-by coordinate
Figure 00000032
-

Figure 00000033
Figure 00000033

по координате

Figure 00000034
-by coordinate
Figure 00000034
-

Figure 00000035
Figure 00000035

В выражениях (9), (10) принято, чтоIn expressions (9), (10), it is assumed that

Figure 00000036
Figure 00000036

В данном случае α является, по своей сути, коэффициентом связности между внешними воздействиями

Figure 00000037
и
Figure 00000038
, когда выполняется условиеIn this case, α is, in essence, the coefficient of connectivity between external influences
Figure 00000037
and
Figure 00000038
when the condition

Figure 00000039
Figure 00000039

В работе [5] частично рассмотрены особенности динамических состояний различных технических объектов, в рамках научной гипотезы о возможности практической реализации коэффициента связности внешних сил в форме α. В данном случае связность внешних воздействий в конструктивно-техническом виде реализуется за счет возможного перемещения точки Е рабочего органа. В соответствии с (12) коэффициентом связности α может принимать положительные и отрицательные значения, а также принимать при изменениях l0 и экстремальные значения.In [5], the features of the dynamic states of various technical objects are partially considered, within the framework of a scientific hypothesis about the possibility of practical implementation of the coefficient of connectivity of external forces in the form α. In this case, the connectivity of external influences in a constructive and technical form is realized due to the possible movement of point E of the working body. In accordance with (12), the connectivity coefficient α can take positive and negative values, and also take on extreme values when l 0 changes.

4. Из выражений (9), (10) следует, частоты динамического гашения колебаний зависят от выше введенного коэффициента α. В обычных подходах, когда внешнее воздействие является одиночным и приложено по 4. From expressions (9), (10) it follows that the frequencies of dynamic damping of oscillations depend on the above introduced coefficient α. In conventional approaches, when the external influence is single and applied along

одной из координат, то есть либо в т. А, либо в т. В, то частота динамического гашения определяется так называемыми парциальными частотамиone of the coordinates, that is, either at point A or at point B, then the frequency of dynamic damping is determined by the so-called partial frequencies

Figure 00000040
Figure 00000040

В обычных ситуациях, когда на систему действует одна сила, приложенная по координате

Figure 00000041
или
Figure 00000042
, частоты динамического гашения колебаний совпадают с парциальными частотами, определяемыми (13), (14).In ordinary situations, when the system is acted upon by one force applied along the coordinate
Figure 00000041
or
Figure 00000042
, the frequencies of dynamic damping of oscillations coincide with the partial frequencies determined by (13), (14).

Введем в рассмотрение передаточную функцию межпарциальных связей коэффициент связности внешних сил α:Let us introduce into consideration the transfer function of interpartial connections, the coefficient of connectivity of external forces α:

Figure 00000043
Figure 00000043

Физический смысл передаточной функции (15) заключается в том, что она дает представление о закономерностях распределения амплитуд колебаний рабочего органа по его длине. Преобразуем (15) к видуThe physical meaning of the transfer function (15) lies in the fact that it gives an idea of the regularities of the distribution of the vibration amplitudes of the working body along its length. We transform (15) to the form

Figure 00000044
Figure 00000044

Выражение (16) можно переписать в видеExpression (16) can be rewritten as

Figure 00000045
Figure 00000045

Где

Figure 00000046
Where
Figure 00000046

Используя выражения (15), (16), можно детализировать представления о коэффициенте связности амплитуд колебаний по координатам

Figure 00000047
и
Figure 00000048
, признав, чтоUsing expressions (15), (16), it is possible to detail the ideas about the connectivity coefficient of the vibration amplitudes along the coordinates
Figure 00000047
and
Figure 00000048
recognizing that

Figure 00000049
Figure 00000049

тогда из (16), (17) получим выражение для αthen from (16), (17) we obtain an expression for α

Figure 00000050
Figure 00000050

5. Зная параметры системы М, Jc2, а, b, i и задавшись частотой ω2, можно найти соответствующее значение α. В свою очередь, из (19) можно также найти частоту

Figure 00000051
, на которой при заданных М, Jc2, а, b и i выражение примет вид5. Knowing the parameters of the system M, Jc 2 , a, b, i and setting the frequency ω 2 , we can find the corresponding value of α. In turn, from (19) one can also find the frequency
Figure 00000051
, on which for given М, Jc 2 , a, b and i the expression takes the form

Figure 00000052
Figure 00000052

Из (19) следует, что при заданных α, i, М, Jc2, a, b, k1 и k2 можно найти частоту, на которой реализуется необходимое распределение амплитуд колебаний точек твердого тела (или рабочего органа).From (19) it follows that for given α, i, M, Jc 2 , a, b, k 1 and k 2, one can find the frequency at which the required distribution of the vibration amplitudes of the points of the rigid body (or working body) is realized.

Параметр α, то есть коэффициент связности внешних воздействий определяется через параметры a, b, α, что позволяет получитьThe parameter α, that is, the coefficient of connectivity of external influences is determined through the parameters a, b, α, which makes it possible to obtain

Figure 00000053
Figure 00000053

Поскольку

Figure 00000054
, то при известных l1 и l2 определяется и расположение точки приложения силы
Figure 00000055
. При настройке параметров вибрационного поля таким образом, что при известных параметрах системы, может быть реализован итеративный процесс получения необходимых настроечных данных для технологической машины. Обычно такие данные определяются при разработке технологического процесса.Insofar as
Figure 00000054
, then for known l 1 and l 2 , the location of the point of application of the force is determined
Figure 00000055
... When tuning the parameters of the vibration field in such a way that with the known parameters of the system, an iterative process of obtaining the necessary tuning data for the technological machine can be implemented. Typically, such data is determined during the development of the technological process.

6. Если будет известна величина i, то, используя условия подобия, можно найти закономерности распределения амплитуд колебаний точек рабочего органа по его длине. Если известно значение α, то при заданных i, a, b, d можно найти положение узла колебаний. Вариант распределения амплитуд колебаний

Figure 00000056
приводится на диаграмме (фиг. 4).6. If the value of i is known, then, using the similarity conditions, it is possible to find the regularities of the distribution of the vibration amplitudes of the points of the working body along its length. If the value of α is known, then for given i, a, b, d, the position of the vibration node can be found. Variant of vibration amplitude distribution
Figure 00000056
is given in the diagram (Fig. 4).

Из подобия треугольников найдем, чтоFrom the similarity of triangles, we find that

Figure 00000057
Figure 00000057

тогдаthen

Figure 00000058
Figure 00000058

Таким образом, предлагаемый подход позволяет создать условия для определения необходимых данных о структуре вибрационного поля или распределении амплитуд колебаний точек рабочего органа.Thus, the proposed approach allows creating conditions for determining the necessary data on the structure of the vibration field or the distribution of the vibration amplitudes of the points of the working body.

7. Выражение (17) можно преобразовать к виду7. Expression (17) can be transformed to the form

Figure 00000059
Figure 00000059

Из (19) при параметрах системы, определяемых выражениями (17'), (17''), можно найти частоту возбуждения рабочего органа, обеспечивающую необходимое значение параметра i.From (19) with the parameters of the system determined by expressions (17 '), (17' '), it is possible to find the excitation frequency of the working body, which provides the required value of the parameter i.

8. Сопоставим варианты формирования распределений амплитуд точек рабочего органа, полагая, что длина AB (рис. 1) определяется соотношением8. Let us compare the variants of the formation of the distributions of the amplitudes of the points of the working body, assuming that the length AB (Fig. 1) is determined by the ratio

Figure 00000060
Figure 00000060

Общая схема взаимного отношения амплитуд колебаний точек твердого тела может быть представлена диаграммами, приведенными на фиг. 5. Рассмотрение диаграмм на фиг. 5 дает представление о The general diagram of the relationship between the vibration amplitudes of the points of a rigid body can be represented by the diagrams shown in FIG. 5. Consideration of the diagrams in FIG. 5 gives an idea of

закономерностях распределения амплитуд колебаний точек рабочего органа. Так, для случаев, приведенных на фиг. 5 по координате

Figure 00000061
реализуется режим динамического гашения колебаний; по фиг. 5, б - режим колебаний по координате
Figure 00000062
. На фиг. 5, в и г, приведены режимы колебаний, когда узел колебаний (т. D) находится между тт. А и В, что предполагает возможности угловых колебаний совместно с поступательными движениями. При выполнении условия
Figure 00000063
узел колебаний (т. D) находится посередине твердого тела. Если узел колебаний и центр масс совпадают, то твердое тело теряет возможность поступательных движений и совершает только угловые колебания. При
Figure 00000064
твердое тело может совершать только вертикальные прямолинейные колебания при отсутствии угловых. Из (17) следует, что коэффициент связности амплитуд колебаний i реализуется на определенной частотеpatterns of distribution of amplitudes of vibrations of points of the working body. Thus, for the cases shown in FIG. 5 by coordinate
Figure 00000061
the mode of dynamic vibration damping is implemented; according to FIG. 5, b - vibration mode along the coordinate
Figure 00000062
... FIG. 5, c and d, the vibration modes are shown when the vibration node (point D) is between point. A and B, which implies the possibility of angular oscillations together with translational movements. If the condition is met
Figure 00000063
the vibration node (point D) is in the middle of a rigid body. If the node of vibrations and the center of mass coincide, then the rigid body loses the possibility of translational movements and performs only angular vibrations. When
Figure 00000064
a rigid body can perform only vertical rectilinear vibrations in the absence of angular vibrations. It follows from (17) that the connectivity coefficient of the oscillation amplitudes i is realized at a certain frequency

Используя (23), можно оценить возможные виды распределения амплитуд на каждой из частот внешнего возмущения с учетом параметров систем. Коэффициент связности а учитывается в структуре выражения (9) через коэффициенты А и В (выражения (17'), (17'')). Если принять, чтоUsing (23), one can estimate the possible types of distribution of amplitudes at each of the frequencies of the external disturbance, taking into account the parameters of the systems. The connectivity coefficient a is taken into account in the structure of expression (9) through the coefficients A and B (expressions (17 '), (17' ')). If we accept that

Figure 00000065
Figure 00000065

то параметр i будет зависеть от частоты внешнего воздействия; при заданном i и параметрах системы частота определится выражением (24).then the parameter i will depend on the frequency of the external influence; for a given i and system parameters, the frequency is determined by expression (24).

9. Управление динамическим состоянием вибрационного рабочего органа можно реализовать с помощью установки только одного вибровозбудителя, который генерирует сосредоточенную силу. Теоретические исследования показывают, что сосредоточенная сила, приложенная в некоторой точке рабочего органа (в данном случае т. Е) 9. Control of the dynamic state of the vibrating working body can be realized by installing only one vibration exciter, which generates a concentrated force. Theoretical studies show that the concentrated force applied at some point of the working body (in this case, i.e., E)

может быть заменена эквивалентной в динамическом отношении системой из двух сил, которые будут разнесены по координатам y11) и y21). В рассматриваемом случае эквивалентных преобразований полученная система двух связанных сил. Коэффициент связности этих сил определяется формулой

Figure 00000066
. Используя значения α, а также значения i как коэффициент межпарциальной связности координат, можно определить положение характерных точек и частот колебаний, которые определяют особенности динамических состояний вибрационного органа, представленных на фиг. 5, а также режим отсутствия угловых колебаний:can be replaced by a dynamically equivalent system of two forces, which will be spaced along the coordinates y 1 (A 1 ) and y 2 (B 1 ). In the considered case of equivalent transformations, the resulting system of two coupled forces. The connectivity coefficient of these forces is determined by the formula
Figure 00000066
... Using the values of α, as well as the values of i as the coefficient of interpartial connectivity of coordinates, it is possible to determine the position of the characteristic points and vibration frequencies that determine the features of the dynamic states of the vibrating organ, shown in Fig. 5, as well as the mode of absence of angular vibrations:

Figure 00000067
Figure 00000067

Заключение. Предлагаемый способ управления динамическим состоянием вибрационной технологической машины отличается простотой реализации, поскольку необходимое распределение амплитуд колебаний точек рабочего органа определяется параметрами конструктивно-технического исполнения машины, доступными для оценки. Коэффициенты связности координат движения

Figure 00000068
и
Figure 00000069
вполне доступны при визуальном доступе или могут определяться с помощью обычных вибродатчиков с последующей обработкой информации в блоке управления.Conclusion. The proposed method for controlling the dynamic state of a vibrating technological machine is simple to implement, since the required distribution of the vibration amplitudes of the points of the working body is determined by the parameters of the design and technical performance of the machine available for evaluation. Coefficients of connectivity of coordinates of motion
Figure 00000068
and
Figure 00000069
are quite accessible with visual access or can be determined using conventional vibration sensors with subsequent processing of information in the control unit.

Предлагается метод, позволяющий построить математические модели на основе технологий структурного математического моделирования. Используемые структурные математические модели обеспечивают получение необходимых передаточных функций и функций межпарциальных связей. Все необходимые данные могут быть получены на основании аналитических расчетов при известных параметрах технологической системы.A method is proposed that allows to build mathematical models based on technologies of structural mathematical modeling. The used structural mathematical models provide the necessary transfer functions and functions of interpartial relations. All necessary data can be obtained on the basis of analytical calculations with known parameters of the technological system.

Предлагаемая методологическая основа дает возможность не только обеспечить получение данных о выборе места приложения вибровозбудителя, но и оценить возможности масштаба изменения динамического состояния рабочего органа, в том числе и через частотное характеристическое уравнение, а также определять расположение узлов The proposed methodological basis makes it possible not only to obtain data on the choice of the place of application of the vibration exciter, but also to assess the possibilities of the scale of changes in the dynamic state of the working body, including through the frequency characteristic equation, and also to determine the location of the nodes

колебаний рабочих органов с выделением параметров, неблагоприятно влияющих на устойчивость работы системы.oscillations of working bodies with the allocation of parameters that adversely affect the stability of the system.

Список литературыBibliography

1. Копылов Ю.Р. Динамика процессов виброударного упрочнения: монография / Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2011. - 569 с.1. Kopylov Yu.R. Dynamics of vibroimpact hardening processes: monograph / Voronezh: IPC "Scientific book", 2011. - 569 p.

2. Елисеев С.В., Артюнин А.И. Прикладная теория колебаний в задачах динамики линейных механических систем / С. В. Елисеев, А.И. Артюнин. - Новосибирск: Наука, 2016. - 459 с.2. Eliseev S.V., Artyunin A.I. Applied theory of oscillations in problems of dynamics of linear mechanical systems / S. V. Eliseev, A.I. Artyunin. - Novosibirsk: Nauka, 2016 .-- 459 p.

3. Елисеев А.В., Сельвинский В.В., Елисеев С.В. Динамика вибрационных взаимодействий элементов технологических систем с учетом неудерживающих связей. - Новосибирск: Наука, 2015. - 332 с.3. Eliseev A.V., Selvinsky V.V., Eliseev S.V. Dynamics of vibrational interactions of elements of technological systems, taking into account unstoppable connections. - Novosibirsk: Nauka, 2015 .-- 332 p.

4. Лойцянский, А.И. Лурье. Курс теоретической механики. В 2 т. Л.Г. - Т. 2.: Динамика. М.: Дрофа, 2006. - 7-е изд., испр. и доп. - 719 с.4. Loytsyansky, A.I. Lurie. Theoretical Mechanics Course. In 2 volumes, L.G. - T. 2 .: Dynamics. M .: Bustard, 2006. - 7th ed., Rev. and add. - 719 p.

5. 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.5. Eliseev S.V. Applied system analysis and structural mathematical modeling (dynamics of transport and technological machines: connectivity of movements, vibrational interactions, linkages): monograph - Irkutsk: IrGUPS, 2018 .-- 692 p.

Claims (1)

Устройство управления динамическим состоянием вибрационной технологической машины, содержащее твердое тело на упругих опорах, вибровозбудитель, датчики, сервоприводы с ходовыми винтами, отличающееся тем, что ходовые винты и сервоприводы дополнительно установлены сверху рабочего органа на всем его протяжении для перемещения вдоль него размещенного в центре вибровозбудителя.A device for controlling the dynamic state of a vibration technological machine containing a solid body on elastic supports, a vibration exciter, sensors, servo drives with lead screws, characterized in that lead screws and servos are additionally installed on top of the working body along its entire length to move along it a vibration exciter located in the center.
RU2019114634A 2019-05-13 2019-05-13 Vibration process machine dynamic state control device RU2734839C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114634A RU2734839C1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 Vibration process machine dynamic state control device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114634A RU2734839C1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 Vibration process machine dynamic state control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2734839C1 true RU2734839C1 (en) 2020-10-23

Family

ID=72949126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019114634A RU2734839C1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 Vibration process machine dynamic state control device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2734839C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090212475A1 (en) * 2005-07-03 2009-08-27 Hermann Tropf Fastening Means Preventing The Transmission of Shocks and Vibrations
RU2475658C2 (en) * 2011-04-28 2013-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС (ИрИИТ)) Control method of stiffness of anti-vibration system, and device for its implementation
US20130292541A1 (en) * 2011-01-11 2013-11-07 Drs Tactical Systems, Inc. Vibration isolating device
RU136112U1 (en) * 2013-07-25 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) Vibration damping device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090212475A1 (en) * 2005-07-03 2009-08-27 Hermann Tropf Fastening Means Preventing The Transmission of Shocks and Vibrations
US20130292541A1 (en) * 2011-01-11 2013-11-07 Drs Tactical Systems, Inc. Vibration isolating device
RU2475658C2 (en) * 2011-04-28 2013-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ИрГУПС (ИрИИТ)) Control method of stiffness of anti-vibration system, and device for its implementation
RU136112U1 (en) * 2013-07-25 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) Vibration damping device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103477181B (en) Coordinate measuring machine
RU2710314C1 (en) Method for changing and adjusting the dynamic state of a vibration process machine and a device for realizing said method
CN108638056A (en) Joint of robot vibration analysis based on kinetics of deformable bodies model and suppressing method
JPS5965638A (en) Vibration controller
US20140013842A1 (en) Driving An Active Vibration Balancer To Minimize Vibrations At The Fundamental And Harmonic Frequencies
Wang et al. Parameter design for a vibration absorber with time-delayed feedback control
Fiebig et al. Two stage vibration isolation of vibratory shake-out conveyor
RU2734839C1 (en) Vibration process machine dynamic state control device
KR101316442B1 (en) Parts feeder
JP3901910B2 (en) Driving method of vibration test apparatus and vibration test apparatus
RU2624757C1 (en) Control method of vibration technological machine vibration field structure, based on using dynamic damping effects and device for its implementation
RU2711832C1 (en) Method for control of dynamic state of process vibration machine and device for implementation thereof
RU2693711C2 (en) Vibration process machine dynamic state control device
RU2751042C1 (en) Device for setting, correcting, forming and controlling dynamic state of vibration technological machine and method for its implementation
RU2755646C1 (en) Device for setting, adjusting and forming the dynamic state of a vibrating technological machine and a method for its implementation
RU2695899C1 (en) Method for adjusting vibration amplitude distributions of a vibration table working body and device for its implementation
RU2716368C1 (en) Method of adjusting vibrations amplitude distribution of vibrating process bench working element and device for implementation thereof
RU2691646C1 (en) Method of controlling formation of structure and parameters of vibration field of process machine
RU2718177C1 (en) Method of adjusting dynamic state of vibration process machine and device for implementation thereof
CN1700126A (en) Full-automatic mechanical oscillation platform control system
RU2753843C1 (en) Apparatus for forming and controlling the dynamic state of a vibrational technological machine and method for implementation thereof
RU2749364C2 (en) A method of forming, adjusting and adjusting the dynamic state of the working bodies of technological vibration machines based on the introduction of additional elastic connections and a device for its implementation
RU2696506C1 (en) Method of controlling dynamic state of technical object during vibration actions and device for its implementation
RU2749987C1 (en) Device for correcting the dynamic state of the working body of vibrating technological machine and method for its implementation
RU2773825C1 (en) Apparatus for forming vibrational movement of the working medium