SU1694659A1 - Способ сн ти внутренних напр жений в детал х вибрацией - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к обработке металлов вибрацией и может быть использовано в металлургии и машиностроении при изготовлении изделий литьем или сваркой. Цель изобретени  - увеличение производительности путем использовани  максимума мощности вибрации. Сущность изобретени  заключаетс  в том, что деталь подвергают виброобработке на различных частотах, соответствующих собственным резонансным частотам ее путем подачи на нее силового частотно-модулированного воздействи , несуща  частота которого измен етс , начина  с области высших частот и конча  областью низших частот при посто нном индексе частотной модул ции. В процессе виброобработки определ ют скорость изменени  собственной резонансной частоты детали и по достижении ею заданного значени  переход т к обработке на следующей резонансной частоте или оканчивают обработку. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к обработке металлов вибрацией и может быть использовано в металлургии и машиностроении при изготовлении изделий литьем или сваркой.

Цель изобретени  - увеличение производительности путем использовани  максимума мощности вибрации.

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что деталь подвергают виброобработке на различных частотах, соответствующих собственным резонансным частотам, силовым возмущени м, частота которого постепенно измен етс  в диапазоне ожидаемого расположени  собственных резонансных частот детали, начина  с высших частот и оканчива  низшими, промодулирована таким образом, чтобы индекс модул ции К

-д-, где F и Рн (соответственно мгновенные

ГНг

значени  модулирующей частоты и несущей частоты частотно-модулированного силового Ёозмущени , оставалс  посто нным во всем диапазоне частот Р и дополнительно застабилизирована от возможных внешних и внутренних возмущений). Совпадение собственных резонансных частот детали и несущей частоты силового возмущени  оцениваетс  по минимальному значению частоты биений, а об окончании процесса обработки на каждой из собственных резонансных частот детали суд т по уменьшению скорости изменени  несущей частоты частотно-модулированного силового возмущени  (при неизменной минимальной частоте биений с учетом того, что К const) до некоторого наперед заданного значени . При этом, поскольку частоты биений . частотно-модулированного силового возмуС

I

с ел Ч)

щени  Р и собственные резонансные частоты coi отдельных участков детали однознач (Р-ол) но св заны выражением а.

возможно вынесение суждени  о прекращении обработки на 1-й резонансной частоте по величине скорости изменени  частоты биений неизменной несущей частоте частотно-модулированного силового возмущени . Так как частоты Р и йУюднозначно определ ют соответствующие периоды колебаний этих частот, оценка о прекращении обработки детали может быть также вынесена и по оценке скорости изменени  указанных периодов.

Изобретение иллюстрируетс  фиг.1, на которой изображена структурна  схема устройства , позвол ющего реализовать описанный способ; на фиг.2 - скоростна  электромеханическа  характеристика привода вибростенда, показанного на фиг.1; на фиг.З и 4 - алгоритмы устройства в контрольном и рабочем режимах соответствен но.

Устройство (см. фиг.1) предназначено дл  испытаний или виброобработки детали 1 при помощи закрепленного на ней вибровозбудител  2, например дебалансного типа с регулируемым электродвигателем 3,  корь которого последовательно через усилитель 4 и сумматор 5 подключен к выходу задающего генератора 6, встречно-параллельно с усилителе 4 при помощи сумматора 5 включат генератор 7 модулирующего сигнала, а параллельно  корю двигател  3 включен датчик 8, противоЭДС и частоты оборотов двигател  3, например типа тахо- метрического моста, первый выход которого подключен также к сумматору 5. На детали 1 закреплен также вибродатчик 9, например акселерометр, выходной сигнал которого последовательно через фильтр 10 подключен к первому входу коммутатора 11, второй вход которого подключен к второму выходу датчика 8, а выход - к входу частотомера 12, Выход частотомера 12 подключен к входу управл ющей ЭВМ 13, котора  синхронизирует работу частотомера 12, коммутатора 11, генератора 6 и выдает оконченные результаты на дисплей 14.

Вибровоэбудитель 2 предназначен дл  возбуждени  в конструкции детали 1 колебаний с частотой Р вращени  вала двигател  2; усилитель 4 служит дл  генерации тока  кор  двигател  2 пропорционального выходному сигналу сумматора 5. Генератор 6 служит дл  задани  величины напр жени , пропорциональной несущей частоте силового возмущени , прикладываемого к детали 1; генератор 7 вырабатывает периодический сигнал с частотой F, которым модулируетс  частота силового воздействи , прикладываемого к детали 1, а датчик 8 вырабатывает сигналы, амплитуда и частота которых пропорциональны и равны соответственно текущему значению частоты оборотов двигател  3. Сумматор 5 суммирует выходные сигналы генераторов 6 и 7, а так0 же - сигнал с первого выхода датчика 8. Вибродатчик 9 предназначен дл  преобразовани  механических колебаний детали 1 в электрический сигнал; фильтр 10 служит дл  подавлени  высокочастотных паразитных

5 составл ющих сигнала, снимаемого с выхода датчика 9. Коммутатор 11 необходим дл  коммутации (по командам ЭВМ 13) сигналов , подаваемых на вход частотомера 12, который служит дл  измерени  частоты или

0 длительности периода этих сигналов. ЭВМ 13 служит д  управлени  работой всего устройства в автоматическом режиме. Отметим также, что поскольку количество обрабатываемой информации не велико, в качестве

5 ЭВМ может быть использован микропроцессор или микро-ЭВМ; в качестве генератора 6 целесообразно использовать цифроаналоговый преобразователь.

Описанное устройство может работать

0 в двух режимах: контрольном (при котором необходимо зафиксировать собственные резонансные частоты детали 1) и рабочем (при котором осуществл етс  собственно виброобработка детали 1).

5 Рассмотрим работу устройства в контрольном режиме, см.фиг.З. В этом режиме работа устройства осуществл етс  при двух внутренних циклах по переменным i и а где i 1,2n,...N пор дковый номер собствен0 ных резонансов детали 1, а а 1,2,... Q - числа записываемые по пор дку в регистр пам ти цифро-аналогового преобразовател  генератора 6. Ясно при этом, что скорость записи чисел должна выбиратьс  с учетом

5 посто нной времени всего устройства, фиг.1. В начале работы числам I и а присваиваетс  значение 0; при этом напр жение на выходе генератора 6 максимально и, следовательно , несуща  частота силового воз0 буждени , а также частота модулирующего сигнала на выходе генератора 7 также максимальны , поскольку F Крн. После этого коммутатор 11 по команде ЭВМ 13 подключает на вход частотомера 12 выход фильтра

5 10 и производитс  измерение частоты биений , установившихс  в детали 1 и преобразованных вибродатчиком 9 в электрический сигнал.

Далее, если а 0 и а 0, число а увели- иваетс  на одну единицу, при этом уменьшаетс  напр жение на выходе генератора б и, следовательно, несуща  частота Рн и частота F модулирующего сигнала также уменьшаетс . Вновь производитс  изменение частоты биений и находитс  раз- ница Д измеренных значений частот биений А ш/а - ft),Ta+i . Если эта разница положительна, то есть А 0, то это означает , что частота биений ю/не достигла еще своего минимального значени , и, следова- тельно, если а а, число а вновь увеличивают на одну единицу и всю операцию повтор ют вновь. Таким образом устройство работает до тех пор, пока разница Дне становитс  отрицательной, что означает, что частота а)$а была минимальной из всех измеренных. В этом случае производитс  измерение несущей частоты частотно-модулированного силового воздействи  Pj PHi и присвоение частоте PI значени  PJ+I , т.е. первой резонансной частоты детали. Если при этом a v Q, то число I увеличиваетс  на одну единицу и весь цикл повтор етс  вновь и вновь до тех пор, пока не будут зафиксированы все N собственных резо- нансных частот детали со своими пор дковыми номерами, данные о которых передаютс  с ЭВМ 13 на дисплей 14. Циклическа  работа устройства, описанна  выше , продолжаетс  до тех пор, пока число а не достигнет своего предельного значени  U; в последнем случае устройство автоматически оканчивает свою работу. Поскольку силовое воздействие на деталь 1, передаваемое через вибровозбудитель 2 от двигате- л  3,  вл етс  частотно-модулированным, необходимо контролировать не просто мгновенное значение частоты Р его, а несущую частоту Рн Pi этого воздействи . Т.е. необходимо контролировать частоту частот- но-модулированного воздействи  в момент, когда значение модулирующей функции u(t) генератора 7 (см. фиг. 1) будет равно нулю. Эта операци  в устройстве выполн етс  ап- паратурно следующим образом: в состав коммутатора 11 включен усилитель-ограничитель сигнала ш$ , снимаемого с выхода фильтра 10, который формирует сигнал разрешени  измерени  частоты Р, которым до

полнительно синхронизируетс  сам

коммутатор 10 в момент, когда амплитуда сигнала биений равна нулю.

Отметим также, что при практической реализации устройства указанна  дополнительна  синхронизаци  может быть осуще- стелена также с использованием сигнала, снимаемого с выхода генератора 7. В процессе контрольного режима скорость двигател  3 может измен етьс  не только под

5 Ю 15 20 25 0 5 0 5

0

5

воздействием задающих возмущений, снимаемых с выходов генераторов 6 и 7. но также и под воздействием паразитных внешних возмущений, завис щих от случайных  влений, таких как запыленность атмосферы , наличие в ней паров воды, кислот и щелочей, качество смазки подшипников и т.д. Эти факторы в конечном итоге привод т к изменению момента на валу двигател  3, Дл  компенсации дополнительной погрешности , вносимой в работу за счет указанных факторов, в устройство введен датчик противоЭДС и скорости 8. Пусть в некоторый произвольный момент времени на валу двигател  3 будет Mi, частота оборотов в соответствии со СКОРОСТНОЙ электромеханической характеристикой, см. фиг.2,-Р1. Пусть далее в некоторый момент времени под воздействием указанных выше факторов момент на валу двигател  3 изменитс  с величины Mi до величины Mi1, что должно привести к увеличению частоты оборотов с величины PI до величины PI . Однако этого не произойдет в силу того, что изменение момента на валу двигател  3 вызовет изменение сигнала на выходе датчика 8. Этот сигнал суммируетс  в сумматоре 5 с задающими воздействи ми и, таким образом, ком- пенсирует и показанное изменение момента на валу двигател  3 из-за внешних случайных воздействий.

В рабочем режиме устройства в качестве исходного данного кроме предельного значени  числа a ат Q задаютс  также следующие величины: Т - длительность периода , за который производитс  контроль скорости процесса сн ти  внутренних напр жений в детали 1, назначаема  на основании опытных данных в зависимости от вида, конструкции и массы детали 1, К - величина индекса модул ции см.выше; С - предельное значение отношени  минимальной скорости сн ти  внутренних напр жений к максимальной, выражаемое через отношение скоростей изменени  несущей частоты за период Т, С VMHH/VMaicc, где Умакс скорость изменени  несущей частоты силового воздействи  за первый период Ti виброобработки на 1-й резонансной частоте детали 1; величину С обычно назначают в пределах С 0,05-0,01.

В соответствии с изложенным в рабочем режиме устройство работает с трем  внутренними циклами, определ емыми переменными I, а и J, где j 1,2,... - количество циклов виброобработки на i-ой резонансной частоте детали, за которое будет достигнуто требуемое значение скорости VMHH СУмакс. До условной вершины Д О, см.фиг.4 устройство работает точно также

как и в контрольном режиме. Далее, когда разность становитс  меньше нул  (это означает , что при измеренном значении частоты биений о)/а имело место совпадени  несущей частоты силового возмущени  детали 1 и ее собственной первой (высшей резонансной частоты), производитс  измерение несущей частоты РН, как описано ранее, и производитс  запуск таймера (входит в состав ЭВМ и на фиг.1 не указан), который отсчитывает временной интервал, длительность которого равна Т. Начинаетс  собственно процесс виброобработки детали 1, при котором со сн тием внутренних напр жений в детали ее 1-  собственна  резонансна  частота измен етс . Поэтому, если текущее врем  t Т, то в устройстве производитс  измерение частоты биений со/и сравнение ее с первоначальным значением (Ufa В, Если изменени  нет, то производитс  повторное измерение и т.д., если изменение имеетс , то производитс  измерение несущей части PJ Ра Рп, а затем число а увеличиваетс  на единицу, что приводит соответственно к изменению несущей и модулирующей частот силового возмущени .

Затем производитс  повторное измерение вновь установившейс  несущей частоты Ра-н, находитс  разница между ними 5 Ра - Ра+1 определ етс  смещение частоты биений Л В б К и вводитс  соответствующа  поправка в величину В, после чего описанный цикл повтор етс . Таким образом внутри временного интервала Т виброобработка осуществл етс  все врем  с несущей частотой силового воздействи , максимально приближенной к собственной 1-й резонансной частоте детали 1, т.е. достигаетс  оптимальный режим виброобработки . Поскольку числа а измен ютс  во времени дискретно, то за врем  между их изменени ми частота оборотов двигател  3 поддерживаетс  посто нной благодар  наличию отрицательной обратной св зи, осу ществл емой с датчиком 8 на сумматор 5, независимо от изменени  момента на валу двигател  из-за постепенного смещени  собственной частоты 1-го резонанса детали 1, что также способствует оптимизации процесса виброобработки. По окончании интервала Т производитс  измерение несущей частоты PJ+I, и определ етс  среднее значение скорости V изменени  несущей частоты в указанном интервале -V

АР°

- т и, если интервал Т был первым (Т

1), то полученному значению скорости присваиваетс  значение /Мэкс, после чего производитс  повторный пуск таймера и

описанные операции повтор ютс  вновь. Однако в этом случае уже j 2 1, поэтому по окончании второго интервала Т вычисл етс  отношение L V/N/макс и производитс 

анализ соответстви  этого значени  величине С. Если в течение нескольких тактов по j L С, то виброобработка возобновл етс , если по окончании J-ro интервала Т выполн етс  условие L С, то обработка детали

1 на частоте 1-го резонанса прекращаетс , число I увеличиваетс  на единицу, данные о частоте и номере резонанса выдаютс  на дисплей, а устройство переключаетс  в режим поиска следующего резонанса, и т.д.

Как и в контрольном режиме все операции заканчиваютс  при достижении переменной а своего максимального значени  Q.

Пример. Начальным значением одной из собственных резонансных частот детали

 вл етс  80,5 Гц. Обработка производилась по вышеприведенной методике, однако без использовани  ЭВМ, а при управлении вручную с использованием в качестве контрольных приборов двух частотомеров типа

43-33 дл  контрол  частоты биений и несущей частоты. Полученные данные приведены в таблице.

Обработка была прекращена после окончани  10-го цикла, поскольку величина

L в этом случае уже меньше заданного значени  С. Таким образом, весь цикл обработки детали зан л 30 мин, в то врем , как при виброобработке без посто нного слежени  за частотой силового возмущени  и при контроле амплитудных параметров цикл обработки составл ет 42 мин. Контрольна  проверка показала, что качество виброобработки по предложенной методике при этом не уступает качеству, достигаемому при обработке традиционными методами, в том числе и по методике прототипа.

Анализ алгоритмов работы устройства, фиг.З, 4 показывает, что аналогичных результатов можно добитьс  также, если вести

контроль не несущей частоты Рн, а частоты биений сйо при посто нной частоте Рн (с учетом отслеживани  ее изменений, св занных с уходом собственной резонансной частоты детали при виброобработке. Дл  этого достаточно в рабочих алгоритмах произвести всего лишь замену символов

Кроме того, следует учесть, что если собственные резонансные частоты деталей и частоты биений лежат в области очень низких частот, то в этом случае более целесооб- разно производить контроль не соответствующих частот, а периодов их. так как это может дать выигрыш во времени и точности (следует учесть, что погрешность

частотомеров зависит от времени усреднени  их показаний в режиме измерени  частот ). Таким образом, в качестве контролируемых параметров при использовании описанного способа могут выступать частота или период колебаний несущей частоты силового возмущени  при стабильной частоте биений, либо частота или период биений при стабильной несущей частоте силового возмущени .

Использование предлагаемого способа позвол ет более точно по сравнению с существующими определ ть моменты окончани  обработки, производить сам процесс обработки полностью автоматически в оптимальном режиме.

Claims (1)

1. Формула изобретени  1. Способ qHflTHfl внутренних напр жений в детал х вибрацией, включающий определение резонансных частот отдельных участков детали, начина  с заданной области частот, вибрацию частотно-модулированным силовым возбуждением на резонансных частотах отдельных участков детали с заданным изменением несущей частоты и прекращение обработки по достижению посто нной величины заданного параметра вибрации, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  производительности путем использовани  максимума

   мощности вибрации, определение резонансных частот осуществл ют, начина  с области верхних частот, вибрацию провод т с подстройкой несущей частоты в соответствии со смещением резонансной частоты отдельных участков детали с внутренними напр жени ми к резонансной частоте этих же участков со сн тыми внутренними напр жени ми , при этом несущую частоту стабилизируют от воздействи  внешних произвольных возмущений, а обработку прекращают по достижении посто нной величины скорости параметра вибрации. , Способ поп.1,отличающийс 

   тем, что в качестве параметра вибрации используют частоту биений при посто нной несущей частоте силового возбуждени .

   3.Способ по п.1,отличающийс  тем, что в качестве параметра вибрации используют несущую частоту силового возбуждени  при посто нной частоте биени .

   4.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что в качестве параметра вибрации используют период несущей частоты силового

   возбуждени  при посто нной частоте биений .

   5.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что в качестве параметра вибрации используют период несущей частоты силового

   возбуждени  при посто нной несущей частоте силового возбуждени .

   13

   С

   Начало

   Изперение Pa Ъ

   (Конец J

   I

   I

   flHi

   Фиг. 2

   mi

   t,

   измерение cJ8

   /Выдача на 1 Эй смей Pi;i I

   О

   Фиг.З

   Фиг А