RU2773825C1 - Apparatus for forming vibrational movement of the working medium - Google Patents

Apparatus for forming vibrational movement of the working medium Download PDF

Info

Publication number
RU2773825C1
RU2773825C1 RU2021102615A RU2021102615A RU2773825C1 RU 2773825 C1 RU2773825 C1 RU 2773825C1 RU 2021102615 A RU2021102615 A RU 2021102615A RU 2021102615 A RU2021102615 A RU 2021102615A RU 2773825 C1 RU2773825 C1 RU 2773825C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mass
working body
triangular units
working
vibration
Prior art date
Application number
RU2021102615A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Елисеев
Сергей Константинович Каргапольцев
Роман Сергеевич Большаков
Андрей Владимирович Елисеев
Куанг Чык Выонг
Артем Сергеевич Миронов
Андрей Владимирович Николаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
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)
Application granted granted Critical
Publication of RU2773825C1 publication Critical patent/RU2773825C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: apparatus for forming vibrational movement of the working medium comprises a main unit in the form of an elongated solid body with a mass and a moment of inertia, and an air pumping system with a compressor and controlled throttle valves. The main unit is supported by elastic elements in the form of screw and pneumatic springs with a property of adjustment within the scope of capabilities of the control system, vibration sensors, information processing unit. The apparatus is equipped with triangular units interconnected by hinges. Each pair of triangular units is connected with each of the opposite ends of the apparatus. Some of the triangular units are hinged to the support surface, the others are hinged to the working body. The triangular units are equipped with loads configured to change the mass or position thereof on the levers of the corresponding triangular units.
EFFECT: possibility of pre-adjusting and maintaining the set parameters of the technological process.
1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, связанному с разработкой новых типов технологического оборудования, использующего эффекты вибрационного взаимодействия элементов машин и технологических сред.The present invention relates to mechanical engineering associated with the development of new types of process equipment using the effects of vibrational interaction of machine elements and process media.

Вибрационные технологические машины в последние десятилетия находят применение и широко используются во многих производственных процессах: в строительной индустрии, на предприятиях горнодобывающей промышленности, строительстве железных дорог, автомобильных трасс, на предприятиях химической промышленности и др.In recent decades, vibration technology machines have found application and are widely used in many production processes: in the construction industry, in the mining industry, in the construction of railways, highways, in the chemical industry, etc.

Вибрационные технологические процессы реализуют вибрационное перемещение сыпучих смесей, их классификацию, используются для подачи и ориентации деталей в автоматизированных производствах предприятий машиностроения. Вибрационные технологии позволяют решать вопросы упрочнения поверхностей деталей сложных форм в вибрационных полях сыпучих и гранулированных сред.Vibratory technological processes implement the vibrational movement of bulk mixtures, their classification, and are used to feed and orient parts in automated production of mechanical engineering enterprises. Vibration technologies make it possible to solve the problems of hardening the surfaces of parts of complex shapes in the vibration fields of loose and granular media.

Разработка научных основ вибрационных технологий нашла отражение в работах отечественных ученых Блехмана И.И., Бабичева А.П., Гончаревича И.Ф., Вайсберга Л.А., Быховского И.И., Потураева В.Н. и др. Достаточно подробно исследованы и изучены особенности формирования вибрационных полей рабочими органами вибрационных технологических машин с учетом специфических условий возбуждения колебаний, возможностей оценки, формирования и управления динамическими состояниями рабочих органов в виде протяженных твердых тел, обладающих массой и моментом инерции и совершающих плоское движение или пространственное движение под действием периодического возмущения.The development of the scientific foundations of vibration technologies was reflected in the works of domestic scientists Blekhman I.I., Babichev A.P., Goncharevich I.F., Weisberg L.A., Bykhovsky I.I., Poturaev V.N. and others. The features of the formation of vibration fields by the working bodies of vibration technological machines have been studied and studied in sufficient detail, taking into account the specific conditions for excitation of oscillations, the possibilities of assessing, forming and controlling the dynamic states of the working bodies in the form of extended solid bodies with mass and moment of inertia and performing a plane motion or spatial motion under the action of a periodic perturbation.

Вместе с тем задачи практического освоения инновационных технологий требуют поиска и разработки новых способов и средств формирования, и управления динамическими состояниями рабочих органов и взаимодействующих с ними рабочих обрабатывающих сред.At the same time, the tasks of the practical development of innovative technologies require the search and development of new methods and means for the formation and control of the dynamic states of the working bodies and the working processing environments interacting with them.

В этом плане определенный интерес представляют возможности организации процессов взаимодействия рабочих сред с деталями в пространственных условиях, которые могут создаваться рабочими органами специальной конструкции, состоящими из нескольких взаимодействующих между собой управляемых определенным образом блоков.In this regard, of particular interest are the possibilities of organizing the processes of interaction of working media with parts in spatial conditions, which can be created by working bodies of a special design, consisting of several interacting blocks controlled in a certain way.

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

Известно изобретение [Серга Г.В., Резниченко С.М. «Вибрационная машина для предпосевной обработки семян», 2585476, МПК В28В 11/08, Е01С 19/42, приоритет 27.11.2005], содержащее шлифовальный барабан, внутренняя поверхность которого покрыта слоем резины, с разгрузочным окном, рабочий орган, бункер дозатор, выгрузной лоток, установленные упруго на основании, отличающаяся тем, что шлифовальный барабан, внутренняя поверхность которого покрыта слоем резины, 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 описанные 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.An invention is known [Serga G.V., Reznichenko S.M. "Vibrating machine for pre-sowing seed treatment", 2585476, IPC B28V 11/08, E01C 19/42, priority 11/27/2005], containing a grinding drum, the inner surface of which is covered with a layer of rubber, with an unloading window, a working body, a hopper dispenser, unloading tray installed elastically on the base, characterized in that the grinding drum, the inner surface of which is covered with a layer of rubber, is made conical, multi-threaded, screw and mounted from guide elements made of three or more twisted along a helical line in the longitudinal direction relative to the longitudinal axis and curved along a helical line in the transverse direction on a mandrel in the form of a paraboloid of rotation of strips made with side edges of a convex curvilinear shape with laps, and described by curves of various orders and degrees of curvature, while along the entire length inside the grinding drum laps are formed in the form of helical blades, and along the entire length of the grinding drum is mounted conical I am a spring with a flat coil section and with a device for changing the pitch of the coils by stretching or compressing the spring.

В рассматриваемом аналоге не предусмотрены контроль и настройка динамического состояния вибрационной технологической машины, а также отсутствует математическое описание динамических эффектов, возникающих в процессе работы.The analog under consideration does not provide for control and adjustment of the dynamic state of the vibrational technological machine, and there is also no mathematical description of the dynamic effects that occur during operation.

Известен способ настройки динамического состояния вибрационной технологической машины и устройство для его осуществления [Елисеев С.В., Большаков Р.С., Елисеев А.В., Миронов А.С., Николаев А.В. «Способ настройки динамического состояния вибрационной технологической машины и устройство для его осуществления», 2718177, МПК F16F 15/02, приоритет 31.03.2020], согласно которому возбуждают колебания рабочего органа вибрационной технологической машины и регистрируют смещение координат движения. Вводят в систему дополнительный вибровозбудитель и пневматический упругий элемент. Посредством изменения положения пневматического упругого элемента относительно центра масс системы элемента и давления в нем регулируют приведенную жесткость системы. Устройство содержит твердое тело на упругих опорах, вибровоздбудитель, датчики и дополнительный регулируемый упругий элемент. Дополнительный упругий элемент выполнен в виде пневмобаллона. Автоматическая система поднастройки регулирует параметры пневмобаллона. Достигается возможность настройки динамического состояния объекта за счет изменения приведенной жесткости системы.There is a method for setting the dynamic state of a vibrational technological machine and a device for its implementation [Eliseev S.V., Bolshakov R.S., Eliseev A.V., Mironov A.S., Nikolaev A.V. “Method for setting the dynamic state of a vibrational technological machine and a device for its implementation”, 2718177, IPC F16F 15/02, priority 03/31/2020], according to which vibrations of the working body of a vibrational technological machine are excited and the displacement of movement coordinates is recorded. An additional vibration exciter and a pneumatic elastic element are introduced into the system. By changing the position of the pneumatic elastic element relative to the center of mass of the element system and the pressure in it, the reduced stiffness of the system is regulated. The device contains a solid body on elastic supports, a vibration exciter, sensors and an additional adjustable elastic element. Additional elastic element is made in the form of a pneumocylinder. The automatic tuning system regulates the parameters of the air spring. It is possible to adjust the dynamic state of the object by changing the reduced stiffness of the system.

К недостаткам можно отнести наличие сложной систему управления для получения необходимых режимов работы.The disadvantages include the presence of a complex control system to obtain the necessary modes of operation.

Известна вибрационная машина [Емельяненко Н.Г., Метелев А.В., Кузнецов В.В. «Вибрационная машина», 2108171, МПК В06 В 1/18, приоритет 10.03.1998], содержащая рабочий орган связан с штоками поршней, установленных в цилиндрах. Цилиндры разделены на гидрополости и пневмополости. Сообщение пневмополостей с пневмомагистралью и сброс из них сжатого газа осуществляют распределительным устройством. В отдельном блоке, сообщенном с гидрополостями, размещены упругие газонаполненные тела предпочтительно в виде тороидальных автомобильных пневмокамер. Последние сообщены между собой и пневмомагистралью. Поршни и гидрополости цилиндров разделены мембранами. За счет размещения пневмокамер в отдельном блоке улучшаются условия монтажа и эксплуатации. Сообщение пневмокамер между собой и с пневмомагистралью обеспечивает регулировку жесткости упругой системы вибромашины. Благодаря исключению перетекания жидкости из гидрополостей в пневмополости поршни в цилиндрах могут быть установлены с зазорами, вследствие чего повышается долговечного и надежность привода вибромашины.A vibration machine is known [Emelianenko N.G., Metelev A.V., Kuznetsov V.V. "Vibrating Machine", 2108171, IPC B06 B 1/18, priority 03/10/1998], containing the working body is connected to the piston rods installed in the cylinders. Cylinders are divided into hydro-cavities and pneumatic cavities. The communication of the pneumatic cavities with the pneumatic line and the discharge of compressed gas from them is carried out by a distributing device. In a separate block, communicated with the hydrocavities, elastic gas-filled bodies are placed, preferably in the form of toroidal automobile pneumatic chambers. The latter are communicated with each other and the pneumatic line. The pistons and hydraulic cavities of the cylinders are separated by membranes. Due to the placement of pneumatic chambers in a separate block, the conditions of installation and operation are improved. The communication of the pneumatic chambers with each other and with the pneumatic line ensures the adjustment of the rigidity of the elastic system of the vibrator. Due to the exclusion of fluid overflow from the hydraulic cavities into the pneumatic cavities, the pistons in the cylinders can be installed with gaps, as a result of which the durability and reliability of the vibrator drive is increased.

Недостатками данного изобретения являются отсутствие возможностей регулирования динамического состояния вибрационной машины.The disadvantages of this invention are the lack of control of the dynamic state of the vibration machine.

За прототип принимает изобретение [Мамаев Л.А., Кононов А.А., Герасимов С.Н., Бублик С.С. «Рабочий орган в виде бруса с вибрационными секторами», 2 264 912, МПК В28В 11/08, Е01С 19/42, B61F 3/10, приоритет 27.11.2005], содержащее Рабочий орган в виде бруса с вибрационными секторами, имеющий возможность совершать возвратно-поступательное волновое движение по траектории, напоминающей образующую морской волны на протяжении от середины одной впадины до середины второй, отличающийся тем, что на рабочей поверхности бруса находятся сектора, имеющие возможность совершать возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости, причем сектора разбиты на две группы, каждая из которых имеет возможность двигаться в противоположных направлениях, передавая вибрационное воздействие на обрабатываемую поверхность без отрыва кромки основной рабочей поверхности бруса от нее.For the prototype takes the invention [Mamaev L.A., Kononov A.A., Gerasimov S.N., Bublik S.S. “Working body in the form of a bar with vibration sectors”, 2 264 912, IPC B28B 11/08, E01C 19/42, B61F 3/10, priority 11/27/2005], containing the Working body in the form of a bar with vibration sectors, having the ability to perform reciprocating wave motion along a trajectory resembling a generatrix of a sea wave extending from the middle of one cavity to the middle of the second, characterized in that there are sectors on the working surface of the beam that can perform reciprocating motion in a vertical plane, and the sectors are divided into two groups , each of which has the ability to move in opposite directions, transferring the vibration effect to the surface to be treated without tearing off the edge of the main working surface of the beam from it.

К недостаткам прототипа можно отнести сложность конструкции рабочего органа и отсутствие устройств для настройки необходимых режимов работы.The disadvantages of the prototype include the complexity of the design of the working body and the lack of devices for setting the required modes of operation.

Задачей предлагаемого изобретения является формирование динамического состояния вибрационной технологической машины при помощи изменения параметров регулируемых конструктивных элементов.The objective of the invention is the formation of the dynamic state of the vibrational technological machine by changing the parameters of adjustable structural elements.

Устройство для формирования вибрационного перемещения рабочей среды, характеризующееся тем, что содержит основной блок в виде протяженного твердого тела, обладающего массой и моментом инерции, опирающегося на упругие элементы в виде винтовых и пневматических пружин, обладающих свойством под настройки и в рамках возможностей системы управления, вибродатчиков, блока обработки информации, системы подкачки воздуха с компрессором и управляемыми дросселями, при этом устройство снабжено шарнирно соединены с опорной поверхностью, а другие - с рабочим телом, причем треугольные блоки снабжены при грузами, выполненными с возможностью изменения их массы или положения на рычагах соответствующих треугольных блоков.A device for generating a vibrational movement of the working medium, characterized in that it contains the main unit in the form of an extended solid body having a mass and a moment of inertia, based on elastic elements in the form of helical and pneumatic springs, which have the property for settings and within the capabilities of the control system, vibration sensors , an information processing unit, an air pumping system with a compressor and controlled throttles, while the device is pivotally connected to the support surface, and the others to the working fluid, and the triangular blocks are equipped with weights made with the possibility of changing their mass or position on the levers of the corresponding triangular blocks.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема вибрационной технологической машины со сложным рабочим органом, содержащая опорную поверхность 1, компрессор 2, блок управления 3, блок обработки информации 4, воздуховоды 5, 30, демпфирующие камеры 6, 29, дроссели 7, 8, 27, 28, пневмоупругие камеры 9, 26, пружины 10, 25, треугольные блоки 11, 14, 21, 24, рычаги 12, 23, массо-инерционные элементы 13, 15, 20, 22, вибрационные датчики 16, 19, рабочий орган 17, вибратор 18, коммуникации 31, 32, 33, 34, 35, 36.In FIG. 1 shows a schematic diagram of a vibration process machine with a complex working body, containing a support surface 1, a compressor 2, a control unit 3, an information processing unit 4, air ducts 5, 30, damping chambers 6, 29, throttles 7, 8, 27, 28, pneumoelastic chambers 9, 26, springs 10, 25, triangular blocks 11, 14, 21, 24, levers 12, 23, mass-inertial elements 13, 15, 20, 22, vibration sensors 16, 19, working body 17, vibrator 18, communications 31, 32, 33, 34, 35, 36.

На фиг. 2 показана расчетная схема технического объекта в виде механической колебательной системы с двумя степенями свободы с составным рабочим органом.In FIG. 2 shows the design scheme of a technical object in the form of a mechanical oscillatory system with two degrees of freedom with a composite working body.

На фиг. 3, а, б представлены принципиальные схемы расположения скоростей точек по координатам у1 и у2.In FIG. 3, a, b shows the schematic diagrams of the location of the velocities of the points along the coordinates y 1 and y 2 .

На фиг. 4 приведена структурная математическая модель (структурная схема) исходной системы по расчетной схеме на фиг. 2.In FIG. 4 shows a structural mathematical model (structural diagram) of the original system according to the design scheme in FIG. 2.

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

Предлагаемое изобретение относится к тем направлениям машиностроения, которые связаны с разработкой способов и средств повышения производительности труда, обеспечения повышения качества продукции и создания безопасных условий эксплуатации оборудования, реализующие вибрационные технологии. Изобретение реализуется механической колебательной системой, состоящей из рабочего органа в виде твердого тела, обладающего массой и моментом инерции, совершающей движения, характерные для систем с двумя степенями свободы.The present invention relates to those areas of mechanical engineering that are associated with the development of methods and means to increase labor productivity, improve product quality and create safe operating conditions for equipment that implement vibration technologies. The invention is implemented by a mechanical oscillatory system consisting of a working body in the form of a solid body with a mass and a moment of inertia that performs movements characteristic of systems with two degrees of freedom.

Технологический объект содержит рабочий орган 17, представляющий собой соединение основного рабочего тела, к которому в тт. A3, В3 присоединяются два треугольных блока 14, 21; в этих точках блоки соединяются через шарнирные соединения с основной частью рабочего органа, положение которого определяется координатами y1 и у2; в свою очередь присоединяемые треугольные блоки 11, 24 тт. А1, В1 соединяются с рычагами 12, 23, связанными через шарнирные соединения в тт. А, В с опорной поверхностью 1.The technological object contains a working body 17, which is a connection of the main working body, to which in TT. A 3 , B 3 join two triangular blocks 14, 21; at these points, the blocks are connected through swivel joints with the main part of the working body, the position of which is determined by the coordinates y 1 and y 2 ; in turn attached triangular blocks 11, 24 tt. A 1 , B 1 are connected to the levers 12, 23 connected through swivel joints in tt. A, B with support surface 1.

Рабочий орган в тт. А, В опирается на упругие элементы 10, 25 с коэффициентами жесткости k1 и k2; в свою очередь упругие элементы соединяются с рабочим органом 17 в тт. А4, В4.Working body in vols. A, B rests on elastic elements 10, 25 with stiffness coefficients k 1 and k 2 ; in turn, the elastic elements are connected to the working body 17 in TT. A 4 , B 4 .

Параллельно упругим элементам 10, 25 с жесткостями k1 и k2 в системе устанавливаются пневмоупругие блоки, имеющие приведенные жесткости kпр1 и kпр2, которые работают параллельно с металлическими винтовыми пружинами 10, 25.Parallel to the elastic elements 10, 25 with stiffnesses k 1 and k 2 , pneumoelastic blocks are installed in the system, having reduced stiffnesses k pr1 and k pr2 , which operate in parallel with metal helical springs 10, 25.

Каждый из пневмоупругих элементов связан в верхней части с рабочим органом 18; нижняя часть установлена на опорной поверхности 1.Each of the pneumoelastic elements is connected in the upper part with the working body 18; the lower part is installed on the supporting surface 1.

Пневматические пружины состоят из пневмоупругих камер 9, 26 с объемами V1, V10 (пневмоупругие баллоны), опирающихся на демпфирующие камеры 6, 29 в виде жесткого баллона с объемами V2 и V20 соответственно. Внутри пневмоопор имеются дроссели 8, 27, которые могут изменять свое поперечное сечение и создавать эффекты диссипации энергии; их параметры приведенных коэффициентов вязкого трения обозначаются соответственно как b1 и b2. В разделе «Теоретическое обоснование работы системы» будут приведены более детализированные данные о работе пневмоопор.Pneumatic springs consist of pneumoelastic chambers 9, 26 with volumes V 1 , V 10 (pneumoelastic cylinders), based on damping chambers 6, 29 in the form of a rigid cylinder with volumes V 2 and V 20 , respectively. Inside the air mounts there are throttles 8, 27, which can change their cross section and create energy dissipation effects; their parameters of reduced viscous friction coefficients are denoted as b 1 and b 2 , respectively. In the section “Theoretical substantiation of the system operation”, more detailed data on the operation of the air mounts will be given.

Подкачка пневмобаллонов 9, 26 осуществляется компрессором 2 через воздуховоды 5, 30 и управляемые дроссели 7, 28. Возбуждение системы осуществляется инерционным вибратором 18, установленным в нижней части рабочего органа 17; динамическое состояние системы фиксируется вибрационными датчиками 16, 19, связанными через коммуникации 31, 34 с блоком обработки информации 4.Pneumatic cylinders 9, 26 are pumped by compressor 2 through air ducts 5, 30 and controlled throttles 7, 28. The system is excited by an inertial vibrator 18 installed in the lower part of the working body 17; the dynamic state of the system is recorded by vibration sensors 16, 19 connected through communications 31, 34 with the information processing unit 4.

Настройка вибрационного технологического комплекса (фиг. 1) на соответствующее динамическое состояние обеспечивается выбором параметров возбуждения и может корректироваться путем изменения масс пригрузов m1, m2, m10, m20 13, 15, 20, 22 или путем изменения положения пригрузов на рычагах 12, 23 (вариация длин участков).Setting the vibrational technological complex (Fig. 1) to the appropriate dynamic state is ensured by selecting the excitation parameters and can be adjusted by changing the masses of weights m 1 , m 2 , m 10 , m 20 13, 15, 20, 22 or by changing the position of the weights on the levers 12 , 23 (variation of segment lengths).

Особенностью предлагаемого изобретения является возможность создания специфических режимов в формировании вибрационных полей рабочего органа, состоящего из трех подвижных секторов, движущихся в системе двух координат плоского движения. Это позволяет при организации движения рабочей обрабатывающей среды создавать эффективные объемные движения с одновременным формированием определенных форм пространственных перемещений технологической среды, в целом, и обрабатывать детали сложной формы за счет непрерывных подбрасываний.A feature of the invention is the possibility of creating specific modes in the formation of vibrational fields of the working body, consisting of three movable sectors moving in a two-coordinate system of plane motion. This allows, when organizing the movement of the working processing medium, to create effective three-dimensional movements with the simultaneous formation of certain forms of spatial displacements of the technological environment as a whole, and to process parts of complex shape due to continuous tossing.

Настройка технологического комплекса может осуществляться путем варьирования параметрами пневмоупругих подвесок, используя управляемые дроссели и компрессор для обеспечения необходимых параметров сжатого воздуха.The setting of the technological complex can be carried out by varying the parameters of the pneumoelastic suspensions, using controlled throttles and a compressor to provide the necessary compressed air parameters.

Теоретическое обоснование работы системыTheoretical substantiation of the system operation

1. Предлагаемое изобретение как технический объект представляет собой техническую систему, принципиальная схема которой приводится на фиг. 1. Расчетная схема технического объекта по фиг. 1 представляет собой механическую колебательную систему с сосредоточенными параметрами с двумя степенями свободы. Предполагается, что расчетная схема (физическая модель системы) совершает малые колебания относительно положения статического равновесия или установившегося движения, которое рассматривается в системе координат у1, у2, связанных с неподвижным базисом.1. The present invention as a technical object is a technical system, the schematic diagram of which is shown in Fig. 1. The design scheme of the technical object according to FIG. 1 is a mechanical oscillatory system with lumped parameters with two degrees of freedom. It is assumed that the calculation scheme (physical model of the system) makes small oscillations relative to the position of static equilibrium or steady motion, which is considered in the coordinate system y 1 , y 2 associated with a fixed basis.

Рабочий орган технологической машины, выполнен в виде механической замкнутой цепи, в структуре которой твердое тело массой М и моментом инерции J занимает центральное положение. Рабочий орган опирается на рычажные механизмы (рычаги, находящиеся в шарнирных соединениях, обозначенных как тт. - А1 - А4, B1-B4). В тт. A3 и В3 рабочий орган имеет контакты с упругими элементами, обладающими жесткостями k1 и k2; параллельно этим элементам используются управляемые пневмоупругие опоры с демпферными камерами.The working body of the technological machine is made in the form of a mechanical closed circuit, in the structure of which a solid body with mass M and moment of inertia J occupies a central position. The working body is based on lever mechanisms (levers located in the swivel, designated as TT. - A 1 - A 4 , B 1 -B 4 ). In tt. A 3 and B 3 the working body has contacts with elastic elements with stiffness k 1 and k 2 ; parallel to these elements, controlled pneumoelastic supports with damper chambers are used.

Расчетная схема исходной системы (фиг. 1) приводится на фиг. 2 и представляет собой механическую колебательную систему с двумя степенями свободы, структура которой имеет набор дополнительных динамических связей, реализуемых рычажными механизмами.The design scheme of the original system (Fig. 1) is shown in Fig. 2 and is a mechanical oscillatory system with two degrees of freedom, the structure of which has a set of additional dynamic links implemented by lever mechanisms.

Динамика исходной системы (фиг. 2) достаточно сложна, однако ее рассмотрение может быть упрощено построением линейной математической модели при учете малости колебаний элементов, относительно положения статического равновесия.The dynamics of the original system (Fig. 2) is quite complex, but its consideration can be simplified by constructing a linear mathematical model, taking into account the smallness of the oscillations of the elements relative to the position of static equilibrium.

Элементы системы, кроме рабочего органа, имеющего массу М и момент инерции J, обладают также массоинерционными свойствами в виде сосредоточенными масс m1, m2, m10, m20 в тт. А2, В2, А4, В4.The elements of the system, in addition to the working body, having a mass M and a moment of inertia J, also have mass-inertial properties in the form of concentrated masses m 1 , m 2 , m 10 , m 20 in tt. A 2 , B 2 , A 4 , B 4 .

Система имеет источники внешнего возбуждения колебаний рабочего органа в виде внешней гармонической силы Q(t), приложенной в т. О - центре масс; положение центра масс относительно концов рабочего органа (тт. А3, В3) длинами плеч l1, l2.The system has sources of external excitation of oscillations of the working body in the form of an external harmonic force Q(t) applied in t. O - the center of mass; the position of the center of mass relative to the ends of the working body (mm. A 3 , B 3 ) with shoulder lengths l 1 , l 2 .

Движение системы рассматривается с использованием систем координат у1, у2, а также у0, ϕ. Между координатами имеются следующие соотношенияThe motion of the system is considered using coordinate systems y 1 , y 2 , as well as y 0 , ϕ. There are the following relations between the coordinates

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
where
Figure 00000002

Для построения математической модели используется метод Лагранжа [1], что связано с построением выражений для кинетической и потенциальной энергий системы, что требует определения скоростей движения элементов m1, m2, m10 и m20. Искомые скорости на расчетной схеме (фиг. 2) обозначены соответственно: дляTo build a mathematical model, the Lagrange method [1] is used, which is associated with the construction of expressions for the kinetic and potential energies of the system, which requires determining the velocities of the elements m 1 , m 2 , m 10 and m 20 . The desired speeds on the design scheme (Fig. 2) are indicated respectively: for

Figure 00000003
Figure 00000003

Определение скоростей

Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
производится с использованием представлений о мгновенных центрах скоростей, что требует определенных геометрических построений. Необходимые данные приводятся на схемах (фиг. 3, фиг. 4). Нужная информация о конструктивных параметрах (углы β1, β2, β3 и γ1, γ2, γ3), длины звеньев l01, l02, l03, l10, l20, l30, l40 и др. параметры являются исходными и определяются, исходя из конструктивно-технических соображений, связанных с проектными решениями.Determination of speeds
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
,
Figure 00000007
is produced using the concepts of instantaneous centers of velocities, which requires certain geometric constructions. The necessary data are given in the diagrams (Fig. 3, Fig. 4). The necessary information about the design parameters (angles β 1 , β 2 , β 3 and γ 1 , γ 2 , γ 3 ), link lengths l 01 , l 02 , l 03 , l 10 , l 20 , l 30 , l 40 , etc. .parameters are initial and are determined on the basis of structural and technical considerations associated with design solutions.

Используя вспомогательные расчетные схемы (фиг. 3, фиг. 4) на основе известных конструктивно-технических данных, определяются соотношенияUsing auxiliary design schemes (Fig. 3, Fig. 4) on the basis of known design and technical data, the ratios are determined

Figure 00000008
Figure 00000008

С учетом вышеприведенного выражение для кинетической энергий системы примет видTaking into account the above, the expression for the kinetic energies of the system takes the form

Figure 00000009
Figure 00000009

2. Для определения потенциальной энергии системы необходимо принимать во внимание детализированные представления относительно пневмоупругих блоков.2. To determine the potential energy of the system, it is necessary to take into account detailed representations of pneumoelastic blocks.

Как уже отмечалось ранее, пневмоупругий блок (пневмопружина) состоит из пневмоупругого элемента баллонного типа с объемом камеры V1, что формирует локальную жесткость (эквивалентной пружины) k01. Второй блок пневмопружины образует демпферную камеру; оболочкой такой камеры является жесткая цилиндрическая оболочка объемом V2, что формирует эквивалентную локальную жесткость k02. Обе упомянутые камеры соединяются через управляемый лепестковый дроссель, создающий условия для диссипации энергии, что можно отобразить в виде демпфирующего соединительного звена с коэффициентом демпфирования b.As noted earlier, the pneumoelastic block (pneumospring) consists of a pneumoelastic element of a balloon type with a chamber volume V 1 , which forms the local stiffness (of an equivalent spring) k 01 . The second air spring assembly forms the damper chamber; the shell of such a chamber is a rigid cylindrical shell of volume V 2 , which forms the equivalent local stiffness k 02 . Both mentioned chambers are connected through a controlled petal throttle, which creates conditions for energy dissipation, which can be displayed as a damping connecting link with a damping coefficient b.

Общая схема пневмоупругого блока может быть представлена последовательным соединением двух составляющих элементовThe general scheme of the pneumoelastic block can be represented by a series connection of two constituent elements

Figure 00000010
Figure 00000010

Если b1 → 0, тоIf b 1 → 0, then

Figure 00000011
Figure 00000011

При b1 → ∞ - kпр1=k01.When b 1 → ∞ - k pr1 =k 01 .

Особенности динамических свойств таких упругих элементов будут рассмотрены далее, но в более удобной операторной форме. Таким образом выражение для потенциальной энергии системы можно представить в видеThe features of the dynamic properties of such elastic elements will be considered below, but in a more convenient operator form. Thus, the expression for the potential energy of the system can be represented as

Figure 00000012
Figure 00000012

где

Figure 00000013
where
Figure 00000013

3. Используя выражения для кинетической и потенциальной энергий запишем ряд вспомогательных соотношений для системы с двумя степенями свободы:3. Using the expressions for the kinetic and potential energies, we write a number of auxiliary relations for a system with two degrees of freedom:

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000017
Figure 00000016
Figure 00000017

Математическая модель исходного объекта по расчетной схеме, приведенной на фиг.2, может быть представлена системой двух обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами во временной областиThe mathematical model of the original object according to the calculation scheme shown in figure 2 can be represented by a system of two ordinary differential equations with constant coefficients in the time domain

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Уравнения во временной области (11), (12) могут после интегральных преобразований Лапласа при нулевых начальных условиях представлены в операторной форме [1]:Equations in the time domain (11), (12) can, after the Laplace integral transformations under zero initial conditions, be presented in operator form [1]:

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

где p=jω - комплексная переменная (J=√-1), значок <-> над переменной означает ее изображение по Лапласу [3].where p=jω is a complex variable (J=√-1), the <-> sign above the variable means its image according to Laplace [3].

Система уравнений (13), (14) в операторной форме может быть интерпретирована структурной схемой эквивалентной в динамическом отношении системы автоматического управления, как это показано на фиг. 4 [2].The system of equations (13), (14) in operator form can be interpreted by a block diagram of a dynamically equivalent automatic control system, as shown in Fig. 4 [2].

Используя структурную схему (фиг. 4) можно построить передаточные функции системы при заданном силовом возмущении

Figure 00000022
, которые одновременно действует на два входа системы:Using the block diagram (Fig. 4), it is possible to construct the transfer functions of the system for a given force perturbation
Figure 00000022
, which simultaneously acts on two inputs of the system:

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000024
Figure 00000024

где

Figure 00000025
where
Figure 00000025

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

4. Оценка возможных динамических свойств. Рассматриваемая механическая колебательная система состоит из двух парциальных блок, соединенных между собой звеном межпарциальных связей; это звено отражает инерционный характер динамических связей между парциальными блоками.4. Estimation of possible dynamic properties. The mechanical oscillatory system under consideration consists of two partial blocks interconnected by a link of interpartial bonds; this link reflects the inertial nature of the dynamic links between the partial blocks.

При определенных сочетаниях инерционных параметров системы парциальные связи могут обнуляться; в этом случае парциальные блоки могут обнуляться; в этом случае парциальные блоки работают в автономном режиме.With certain combinations of inertial parameters of the system, partial constraints can be set to zero; in this case, partial blocks can be set to zero; in this case, the partial units operate offline.

В целом система обладает двумя частотами собственных колебаний, при которых возможно возбуждение резонансных (b1=0, b2=0) или околорезонансных режимов (b1≠0, b2≠0).In general, the system has two frequencies of natural oscillations, at which it is possible to excite resonant (b 1 =0, b 2 =0) or near-resonance modes (b 1 ≠0, b 2 ≠0).

Анализ показывает, что на определенных частотах, что совпадает с «обнулением» числителей передаточных функций W1(p) и W2(p) возможна реализация режимов динамического гашения колебаний, что позволяет создавать на рабочем органе вибрационные поля (то есть распределения колебаний точек рабочего органа) разнообразных форм движения элементов системы, обеспечивающих пространственные формы взаимодействия сыпучих технологических сред с обрабатываемом на рабочем органе изделии.The analysis shows that at certain frequencies, which coincides with the “zeroing” of the numerators of the transfer functions W 1 (p) and W 2 (p), it is possible to implement dynamic vibration damping modes, which allows you to create vibration fields on the working body (that is, the distribution of oscillations of the points of the working body) of various forms of movement of the elements of the system, providing spatial forms of interaction of loose technological media with the product processed on the working body.

5. Большими возможностями в оценке динамического состояния вибрационной технологической машины, в плане выбора и оценки динамических режимов, обладает подход, основанный на использовании передаточной функции межпарциальных связей5. An approach based on the use of the transfer function of interpartial connections has great potential in assessing the dynamic state of a vibration technological machine, in terms of choosing and evaluating dynamic modes.

Figure 00000026
Figure 00000026

Обычно W12(p) рассматривается как связности движения по координатам

Figure 00000027
и
Figure 00000028
. Если W12(p)=i=1, то рабочий орган совершает только поступательные вертикальные вибрационные движения. В свою очередь, при i=-1 рабочий орган совершает только угловые колебания при условии, что у0=0 (то есть центр масс является неподвижным).Usually W 12 (p) is considered as connections of motion along the coordinates
Figure 00000027
and
Figure 00000028
. If W 12 (p)=i=1, then the working body performs only translational vertical vibrational movements. In turn, when i=-1, the working body performs only angular vibrations, provided that y 0 = 0 (that is, the center of mass is motionless).

Трапецеидальную форму имеют распределения амплитуд колебаний точек по длине рабочего органа, если i>1 или i<1. В этом случае рабочий орган имеет так называемый центр колебаний, относительно которого рабочий орган совершает угловые колебания.The trapezoidal shape is the distribution of the amplitudes of oscillations of points along the length of the working body, if i>1 or i<1. In this case, the working body has a so-called center of oscillation, relative to which the working body makes angular oscillations.

В режимах динамического гашения колебаний (

Figure 00000029
и
Figure 00000030
) узел колебаний совпадает с «обнуляющейся» координатой.In the modes of dynamic vibration damping (
Figure 00000029
and
Figure 00000030
) the oscillation node coincides with the "resetting" coordinate.

Наличие в системе пневмоупругого блока с управляемым дросселем (b1, b2) позволяет избегать резкого нарастания амплитуд колебаний в частотах, близких резонансным.The presence in the system of a pneumoelastic block with a controlled throttle (b 1 , b 2 ) makes it possible to avoid a sharp increase in the oscillation amplitudes at frequencies close to the resonant ones.

Выбор и настройка вибрационного технологического комплекса осуществляется варьированием значений масс пригрузов m1, m2, m10 и m20 и возможностями и длин плеч рычагов l10 и l20, что формирует значения настроечных массоинерционных коэффициентов a I, a II, а 10, а 20. Кроме того, в случае необходимости могут использоваться возможности дросселирования каналов упругих и демпферных камер пневмоупругих опор.The choice and adjustment of the vibrational technological complex is carried out by varying the mass values of the weights m 1 , m 2 , m 10 and m 20 and the capabilities and lengths of the arms of the levers l 10 and l 20 , which forms the values of the tuning mass inertia coefficients a I , a II , a 10 , and 20 . In addition, if necessary, the possibilities of throttling the channels of the elastic and damper chambers of the pneumoelastic supports can be used.

Для поддержания параметров подвески и ее регулирования система снабжается компрессором.To maintain the parameters of the suspension and its regulation, the system is equipped with a compressor.

Динамическое состояние вибрационного технологического комплекса контролируется соответствующими датчиками, имеет систему сбора и обработки информации в соответствии с регламентами технологического процесса для получения различных динамических режимов, в том числе тех, которые могут быть применены при обработке деталей сложной формы.The dynamic state of the vibration technological complex is controlled by appropriate sensors, has a system for collecting and processing information in accordance with the regulations of the technological process to obtain various dynamic modes, including those that can be used when processing parts of complex shape.

Источники информацииSources of information

1. Лурье А.И. Операционное исчисление и его приложения к задачам механики. М.; Л.: Гос. изд-во техн.-теор. лит., 1950. - 431 с.1. Lurie A.I. Operational calculus and its applications to problems in mechanics. M.; L.: Mrs. Publishing house of tech.-theor. lit., 1950. - 431 p.

2. Eliseev S.V., Eliseev A.V. Theory of oscillations. Structural mathematical modeling in problems of dynamics of technical objects. Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2019. 521 p.2. Eliseev S.V., Eliseev A.V. Theory of oscillations. Structural mathematical modeling in problems of dynamics of technical objects. Cham: Springer Nature Switzerland AG, 2019. 521 p.

Claims (1)

Устройство для формирования вибрационного перемещения рабочей среды, характеризующееся тем, что содержит основной блок в виде протяженного твердого тела, обладающего массой и моментом инерции, опирающегося на упругие элементы в виде винтовых и пневматических пружин, обладающих свойством поднастройки в рамках возможностей системы управления, вибродатчиков, блока обработки информации, системы подкачки воздуха с компрессором и управляемыми дросселями, при этом устройство снабжено шарнирно соединенными между собой треугольными блоками, каждая пара которых соединена с каждым из его противоположных концов, при этом одни из треугольных блоков шарнирно соединены с опорной поверхностью, другие – с рабочим телом, причем треугольные блоки снабжены пригрузами, выполненными с возможностью изменения их массы или положения на рычагах соответствующих треугольных блоков.A device for forming a vibrational movement of the working medium, characterized in that it contains the main unit in the form of an extended solid body having a mass and a moment of inertia, based on elastic elements in the form of helical and pneumatic springs, having the property of subtuning within the capabilities of the control system, vibration sensors, unit information processing, an air pumping system with a compressor and controlled throttles, while the device is equipped with triangular blocks pivotally connected to each other, each pair of which is connected to each of its opposite ends, while one of the triangular blocks is pivotally connected to the supporting surface, the others to the working body, and the triangular blocks are equipped with weights, made with the possibility of changing their mass or position on the levers of the corresponding triangular blocks.
RU2021102615A 2021-02-04 Apparatus for forming vibrational movement of the working medium RU2773825C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2773825C1 true RU2773825C1 (en) 2022-06-10

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4001658A (en) * 1973-04-16 1977-01-04 Ernst Leitz G.M.B.H. Oscillator for non-sinusoidal movements
RU2264912C1 (en) * 2004-04-26 2005-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный технический университет" Working tool made as a bar with vibrating sections
RU2275286C1 (en) * 2004-10-25 2006-04-27 Кубанский государственный аграрный университет Device for vibration working
RU2624757C1 (en) * 2016-01-25 2017-07-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Control method of vibration technological machine vibration field structure, based on using dynamic damping effects and device for its implementation
RU2695899C1 (en) * 2018-08-01 2019-07-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for adjusting vibration amplitude distributions of a vibration table working body and device for its implementation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4001658A (en) * 1973-04-16 1977-01-04 Ernst Leitz G.M.B.H. Oscillator for non-sinusoidal movements
RU2264912C1 (en) * 2004-04-26 2005-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Братский государственный технический университет" Working tool made as a bar with vibrating sections
RU2275286C1 (en) * 2004-10-25 2006-04-27 Кубанский государственный аграрный университет Device for vibration working
RU2624757C1 (en) * 2016-01-25 2017-07-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Control method of vibration technological machine vibration field structure, based on using dynamic damping effects and device for its implementation
RU2695899C1 (en) * 2018-08-01 2019-07-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for adjusting vibration amplitude distributions of a vibration table working body and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3260756B2 (en) High frequency vibration test fixture with hydraulic servo valve and piston actuator
RU2710314C1 (en) Method for changing and adjusting the dynamic state of a vibration process machine and a device for realizing said method
JPH03503923A (en) Machine mount for vibration isolation
US10124963B1 (en) Vibratory apparatus
Bapat The general motion of an inclined impact damper with friction
RU2773825C1 (en) Apparatus for forming vibrational movement of the working medium
RU2595733C2 (en) Method of adjusting operating modes of anti-vibration system and device therefor
RU2624757C1 (en) Control method of vibration technological machine vibration field structure, based on using dynamic damping effects and device for its implementation
CN113565912B (en) Dynamic vibration absorbing structure and method with self-adaptive and rapid-adjustable resonant frequency
RU2711832C1 (en) Method for control of dynamic state of process vibration machine and device for implementation thereof
RU2751042C1 (en) Device for setting, correcting, forming and controlling dynamic state of vibration technological machine and method for its implementation
RU2693711C2 (en) Vibration process machine dynamic state control device
RU2716368C1 (en) Method of adjusting vibrations amplitude distribution of vibrating process bench working element and device for implementation thereof
RU2755534C1 (en) Apparatus for controlling dynamic state of vibrational technological machine and method for implementation thereof
RU2718177C1 (en) Method of adjusting dynamic state of vibration process machine and device for implementation thereof
RU2695899C1 (en) Method for adjusting vibration amplitude distributions of a vibration table working body and device for its implementation
Kibirkštis et al. Synchronization of pneumatic vibroexciters under air cushion operating mode in a self-exciting autovibration regime
RU2691646C1 (en) Method of controlling formation of structure and parameters of vibration field of process machine
CN204107827U (en) A kind of many vibration type screens
RU2668933C1 (en) Oscillation damping device
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
US4003203A (en) Hydraulic exciter of vibrations for a vibratory compactor
RU2604250C2 (en) Method and device for dynamic oscillations suppression
RU2755646C1 (en) Device for setting, adjusting and forming the dynamic state of a vibrating technological machine and a method for its implementation