SU1493321A1 - Устройство дл возбуждени колебаний - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вибротехнике и может быть использовано в вибрационных машинах, в активных виброзащитных системах и т.п. Целью изобретени   вл етс  расширение рабочего диапазона частот и увеличение надежности устройства. Устройство содержит аналоговый сумматор 1, соединенный первым входом с источником возбуждающего сигнала 2, усилитель мощности 3, вибровозбудитель 5, рабочие обмотки которого соединены с выходом усилител  мощности 3, датчик перемещени  9, закрепленный на корпусе вибровозбудител  5 с зазором относительно его подвижной части 6 и подключенный к соответствующим входам аналогового сумматора 1 через первую 10, вторую 11, третью 12 корректирующие цепи и полосовой фильтр 19. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике вибро- Е озбужлени  и может быть лрименемо, например , Б вибрационных ма1иинах, в активных виброзащитных системах, в системах виброиспытани  и т. д.

Целью изобретени   вл етс  расширение рабочего дианазона частот и увеличение надежности устройства.

На фиг. 1 изображена функциональна  схема нредлагаемого устройства дл  возбуждени  колебаний; на фиг. 2 - частот- ные характеристики развиваемых устройством сил.

Устройство дл  возбуждени  колебаний (фиг. 1) содержит аналоговый сумматор 1, первый вход которого соединен с источни- ком 2 возбуждающего сигнала, а выход через усилитель 3 .мощности подключен к рабочим обмоткам 4|, 42 электромагнитного вибровозбудител  5, содержащего недвижную (реактивную) часть 6, скрепленную с кор- нусом 7 вибровозбудител  посредством не равножестких упругих элементов 8i, 82 (кольцевых мембран), датчик 9 перемещени , закрепленный на корпусе 7 с зазором относительно подвижной части 6 и подключенный к второму, третьему и четвертому вхо- дам аналогового сумматора .1 через первую 10, вторую 11 и третью 12 корректи()ую- щие цепи, содержащие соответственнс последовательно соединенные фильтр 13 верхних частот и усилитель 14, фильтр 15 нижних частот и дополнительный усилитель 16, дифференцирующий 17 и нолосовой 18 усилители . Кроме того, выход дифференцирующего усилител  17 через дополнительный полосовой фильтр 19 подключен к п тому входу анало1чшого сумматора 1. Машитные сердечники 20i и 20.) установлены с зазо- рами 211, 21 к подвижной части 6 вибровозбудител . В канавках сердечников 20:. 20 кроме рабочих обмоток 4|, 4 уложены также обмотки подмагничивани  22:, 22:;.

Пред,пагаемое устройство работает c,-ie- дующим образом.

При отключенных корректирующих цеп х 10 12 частотна  характеристика развиваемых устройством сил (крива  1 на фиг. 2а) имеет первый, низкочастотный резонанс и 6o, iee высокочастотных резонан- сов, между которыми характеристика имеет частотный интервал ш,,,,,, - w,,,,,.,, в котором ве- ;1ичина развиваемых устройством сил практически посто нна и равна (с точностью f,.,, фиг. 2а) силе электромагнитного си. ювого взаимодействи  F .между подвиж ной частью 6 вибровозбудител  и его магнитными сердечниками 20|, 20j, жестко скрепленными с его кориусом 7. В лучших известных электромагнитных вибровозбудител х этот частотный интервал (который можно условно назвать рабочим дианазоном час- тот) обычно составл ет 40-600 Гц.

Применение в устройстве дл  возбуждени  колебаний датчика 9 перемещени  позвол ет реализовать сколь угодно малую величину граничной частоты фильтра 13 верхних частот. При этом увеличиваетс  отношение первой собствепной частоты (о вибровозбудител  к частоте среза фильтра верхних частот, что приводит к увеличению устойчивости канала обратной св зи. Введение обратной св зи по перемещению подвижной части вибровозбудител  приводит к снижению только вещественной части комплексной жесткости k() иеравножестких упругих элементов, что сопровождаетс  увеличением эквивалентного коэффициента зату.- хани  до величины .,„ A.(l-(-fez ), тде k коэффициент усилени  канала обратной св зи по перемещению, равный произведению коэффициентов передачи датчика 9 перемещени , нервой корректирующей цепи 10, аналогового сумматора 1, усилител  3 мощности и вибровозбудител  5.

Благодар  увеличению эквивалентного демпфировани  устойчивость канала управлени  новыщаетс , что позвол ет реа пизо- нать более глубокую обратную св зь, котора  приводит к больщему перемещению первого резонанса вибровозбудител  при одновременном снижении его величины (крива  2 на фиг. 2а). При настройке по.по- сового усилител  18 на частоту экв;1валент- ногч) резонанса шУГ(0(,|д, 1+ (в примере, изображенном кривой 2 на фиг. 2а, i,),5ci)fti) в полосе пропускани  этого усилител  обеспечиваетс  управление по относительной скорости подвижной части 6 вибровозбудител . Дл  формировани  управл ющего сигнала, пропорционального относительной скорости в третью корректирующую цепь 12 предлагаемого устройства вк, 1ючен дифференцирующий усилитель 17. Полоса пропускани  и коэффициент усилени  полосового усилител  18 выбраны так, что обратна  св зь в некоторой полосе частот, содержащей j.acTOTу эквивалентного резонанса a)M W6iVl+ Ez вносит дополни- те;|ьное избирательное демпфирование в подвеску подвижной части вибровозбудител  и обеспечивает безрезонансный характер его частотной характеристики (крива  3 на фи1 . 2а).

Динамические процессы, происход щие в предлагаемом устройстве при введении обратной св зи по перемещению подвижной части, описываютс  дифференциальными уравнени ми

Mf,Z + k(+k)( + i. -cosMZ. (II

где Гэ„ - сила электромагнитного взаимодействи  между  корем и магнитными сердечниками вибровозбудител .

уравнени  (1) дл  коэффициента преобразовани , определ емого как отношение силы Fh, действующей на возбуждаемый объект (со стороны корпуса вибровозбудител  ), к силе F имеет вид

ft

- 1

ЭН

11) /((1-НП

-- ot I/оЛ |(Т+)+/ /./( + k)

I / (w/COfti

(2)

)л1 V I +

1-(ш/шТГГ+//.

где CLiM / //Vf/, - перва  собственна  частота внбровозбудител ; эквивалентна  собственна  частота вибровозбудител ; Кзкл -/() -эквивалентный коэффициент затухани  упругой нодвески подвижной части вибровозбуднтел .

Из выражени  (2) видно, что введение обратной св зи по перемещению подвижной части вибровозбудител  сдвигает резонанс ее частотной характеристики на частоту MI, при одновременном увеличении коэффициента затухани  в (1+/Сг) раз.

В тех с.чуча х, когда от предлагаемого устройства требуетс  создание поли- 1-армонических колебаний возбуждаемого объекта с  рко выраженной по величине дискретной или узкополосной составл ющей, параметры вибровозбудител , определ ющие его первую собственную частоту, выбирают из услови  равенства этой собственной частоты частоте наиболее интенсивной составл ющей возбуждаемого спектра. При этом существенно улучн1аютс  массогабаритные и энергетические показатели устройства д/1  возбуждени  колебаний благодар  тому, что дл  формировани  максимальной по величине динамической силы используетс  механический резонанс упруго закрепленной подвижной части вибровозбудите, 1 , что позвол ет возбудить те же колебани  возбуждаемого об 1,екта при меныпем токе в рабочих обмотках, которые могут быть при этом выполнены из провода с меньшим сечение.м. Важным достоинством этого режима работы устройства  вл етс  возможрюсть обеспечени  высокой равномерности ег о амп- литудно- и фазочастотный характеристики в том числе в ближайшей окрестности первой собственной частоты вибровозбудител  5. Об1)Ясн етс  это тем, что механический резонанс упруго закрепленной реактивной части 6 впбровозбудител  в этом режиме, определ   воз.можность создани  интенсивных колебаний реактивной части 6 вибровозбу- дптел  с помощью малых возбуждающих токов в рабочих обмотках 4, 4, не определ ет а.мплитудно- п фазочастотных характеристик всего устройства возбуждени  колебаний . Эти характеристики определ ютс  не только вибровозбудпте.1ем, но и корректирующими обратными св з ми. При работе иредлагаемого устройства к этом режиме глубину обратной св зи приходитс  выбирать более значительной (при заданном значении минималь}и)й частоты )абочсг() диапазона) в св зи с бо. 1ьп1им исходн1 1м значением (||ч. Дл  обесг1(чени  сто11чивости кана

ла обратной св зи в нерпой избирательной цепи приходитс  примеп ть фильтр 13 верхних частот с очень ма.юй (дес тые - сотые доли герц) граничной частотой. Снижение жесткости упругой подвески подвижной части вибровозбудител  на статике при этом должно компенсироватьс  введением отрицательной обратной св зи, котора  в устройстве формируетс  второй корректирующей цепью 11, содержащей noc, ie10 довательно включенные фильтр 15 нижних частот и инвертирующий усилитель 16. Датчик 9 перемещени  установлен и отрегулирован так, что при равенстве рабочих зазоров 211 и 2Ь его выходное напр жение

с равно нулю, а при отключении подвижной части 6 вибровозбудител  от этого положени  на выходе датчика 9 перемещени  образуетс  напр жение, ве.тичипа которого пропорциональна величине отклоненн , а знак определ етс  направлением отклонени .

20 При этом любое отклонение подвижной части 6 вибровозбудител  от положени , в котором рабочие зазоры 211 и 21.) равны, вызывает образование посто нной составл юще) тока в рабочих обмотках 4|, 42 вибровоз25

40

45

будител , включенных последовательно и согласно . Поскольку обмотки 22|, 22i подмагни- чивани  при этом включены последовательно п встречно, то по вление посто нной составл ющей тока в рабочих обмотках 41, 4.) вибровозбудител  приводит к нарушению

30 равенства магнитных потоков в сердечниках 20|, 202 двухтактного электромагнитного вибровозбудител . Это сопровождаетс  нарушением равенства т говых усилий, действующих на подвижную ( корную) часть со стороны магнитных сердечников 20i, 202.

35 Благодар  наличию в корректирующей цепи II инвертирующего усилител  16 результирующее усилие, действующее на подвижную часть 6 (со стороны магнитных сердечников 20:, 202), направлено в противоположную сторону от направлени  ее отклонени , т. е. стре.митс  возвратить отклонивц уюс  подвижную часть в исходное положение, характеризующеес  равенством рабочих зазоров . Управл ющее действие этой обратной св зи эквивалентно увеличению динамической жесткости упругой подвески подвижной части вибровозбудите,1 , что необходимо дл  обеспечени  стабильности равенства рабочих зазоров вибровозбудител  при испо,пьзовании предлагаемо1 о устройства дл  возбуждени  колебаний на транс50 портных объектах. Зависимость амплитуды перемещени  реактивной части впб 1овозбу- дител  от частоты ш вне1нних воздействий (например, наклонов основани  транспортного средства) представ.1ены на фиг. 26). Крива  1 соответствует с, отсутст1 и 

55 корректирующих обратпых св зей, крива  2 соответствует вк,1ючению первой корректирующей цепи 10, К1)ива  3вк.чючению всех корректируюц их цепей.

Значительное снижение амплитуды перемещений реактивной части вибровозбудител  в низкочастотной области ,3ш(,1 обусловлено стабилизирующим действием обратной св зи, формируемой второй корректирующей цепью 11 (фиг. 1). Дл  устранени  ужесточени  нодвески подвижной части вибровозбудител  в рабочем диапазоне частот параметрь фильтра 15 нижних частот выбраны так, что его частота среза оказываетс  в несколько раз ниже минимальной частоты Wm,n рабочего диапазона устройства дл  возбуждени  колебаний.

Дл  расн ирени  рабочего диапазона частот сверху и устранени  резонансного подъема частотной характеристики развиваемых сил на второй эквивалентной собственной частоте ff вибровозбудител  в схему устройства включен дополнительный полосовой фильтр 19, который настроен на вторую собственную эквивалентную частоту вибровозбудител . Необходимые фазовые соотношени  в канале коррекции обеспечиваютс  дифференцирующим усилителем 17. Благодар  наличию в предлагаемо.м устройстве дополнительного полосового фильтра 19, в окрестности второй эквивалентной частоты иД вибровозбудител  осуществл етс  отрицательна  обратна  св зь по скорости подвижной части 6 вибровозбудител , что эквивалентно внесению избирательного

демпфировани  в ее подвеску и потому ЗО ности, оно снабжено третьей корректирую

ной части вибровозбудител  в области эквивалентных собственных частот вибровозбудител , тем самым достигаетс  равномерность и стабильность частотных характеристик развиваемых устройством сил при значительном расщирении рабочего диапазона. При совмещении первой собственной частоты вибровозбудител  с частотой максимальной силы, с помощью предлагаемого устройства удаетс  эффективно решить задачу формировани  широкополосной возбуждающей силы с одной  рко выраженной по величине гармонической или узкополосной составл ющей.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  возбуждени  колебаний, содержащее аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с источником возбуждающего сигнала, последовательно подключенные к выходу аналогового сумматора усилитель мощности и вибровозбудитель, сое РОЯЩИЙ из корпуса, скрепленной с корпусом через неравножесткие упругие элементы подвижной части и обмоток возбуждени , а также вибродатчик, подключенный через первую и вторую корректирующие цепи соответственно к второму и третьему входам аналогового сумматора, отличающеес  тем, что, с целью расширени  рабочего диапазона частот и увеличени  иадеж

   сопровождаетс  снижением резонансного пика в окрестности юлТ (крива  3 на фиг. 2а). Таким образом, благодар  тому, что в устройстве в качестве вибродатчика применен датчик перемещени , эффективность имеющей цепью, содержащей последовательно соединенные дифференцирующий и полосовой усилители и включенной между вибродатчиком и четвертым входом аналогового сумматора, и полосовым фильтро.м, вклющихс  корректирующих обратных св зей уве- 35 ченным между выходом дифференцирующего

   . шчиваетс . Введение в схему устройства дл  возбуждени  колебаний третьей корректирующей цени и дополнительного полосового усилител  приводит к увеличению демпфировани  в упругой подвеске подвижусилител  и п тым входом аналогового сумматора , а вибродатчик выполнен в виде датчика перемещений и закреплен на корпусе вибровозбудител  с зазором относительно его подвижной части.

   щей цепью, содержащей последовательно соединенные дифференцирующий и полосовой усилители и включенной между вибродатчиком и четвертым входом аналогового сумматора, и полосовым фильтро.м, вклюусилител  и п тым входом аналогового сумматора , а вибродатчик выполнен в виде датчика перемещений и закреплен на корпусе вибровозбудител  с зазором относительно его подвижной части.

   5/6/

   H,4H вГ- « lOojgf MaKC

   1020/7)200 /2 /ц

   f/

   /20; u;,7 CJ

   f)

   Фае.2

   10(61

   co