Устройство для возбуждения колебаний

 

Изобретение относится к вибротехнике и может быть использовано в вибрационных машинах, в активных виброзащитных системах и т.п. Целью изобретения является 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 усилителя мощности 3, датчик перемещения 9, закрепленный на корпусе вибровозбудителя 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„1493321 A 1 (5ц 4 В 06 В 1/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

72

4-f гi, 2!г

4г гг, г гг

8г фиг !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4251650/24-10 (22) 9.03.87 (46) 15.07.89. Бюл. № 26 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) М. Д. Генкин, В. Г. Елезов, К. М. Рагульскис и Б. Б. Стульпинас (53) 534.232 (088.8) (56) Васильев К. В., Смыслов В. И. Работа электродинамических силовозбудителей при наличии силовой обратной связи. †Анал и воспроизведение вибраций. Л., 1967, ч. 2.

Генкин М. Д. и др. Методы управляемой виброзащиты машин. М.: Наука, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1024616, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ

КОЛЕБАНИЙ

2 (57) Изобретение относится к вибротехнике и может быть использовано в вибрационных машинах, в активных виброзащитных системах и т. п. Целью изобретения является 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 усилителя мощности 3, датчик перемещения

9, закрепленный на корпусе вибровозбудителя 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 !

9. 2 ил.

1493321

55

Изобретение относится к технике вибровозбуждения и может быть лриченено, например, н нибрационных машинах, в активных виброзащитных системах, в система.( виброиспытания и т. д.

Целью изобретения является расшир(ние рабочего диапазона частот и увеличение надежности устройства.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства для возбуждения колебаний; на фиг. 2 — частотные характеристики развиваемых устройством сил.

Устройство для возбуждения колебаний (фиг. 1) содержит аналоговый сумматор 1, первый вход которого соединен с источником 2 возбуждающего сигнала, а выход через усилитель 3 мощности подключен к рабочим обмоткач 4I, 4 электромагнитного нибровозбудителя 5, содержащего подвижную (реактивную) часть 6, скрепленную с корпусом 7 нибровозбудителя посредствоч неравножестких упругих элементов 8ь 8 (кольцевых мечбран), датчик 9 перемещения, закрепленный Hd корпусе 7 с зазороч оТНосительно подвижной части 6 и подключенный к второму, третьечу и четвертому в«одам дна lol 08ol о сумматора .1 через перну(o

10, вторую 1! и третьк) 12 корректирующие цепи, содержащие соответстненн(последовательно соединенные фильтр 13 верхННх частот и усилитель 14, фильтр !5 нижННх частот и дополнительный усилитель 16, дифференцирующий 17 и полосовои 18 усилители. Кроме того, выход дифференцирук (цегo ус ил ителя 17 через дополнительный полосоной фильтр 19 подключен к пятом« в«оду аналогового сумматора l. Магнитные сердечники 20I и 20 уста»овлены с зазорачи 21, 21 к подвижной части 6 вибров(гзбхд »тел я. В ка на нка« сердечников 20 I, 20 кроме 1»абочи«обмогок 4I, 4 уло,ке»I>l также обчотки «o;(«Id »IIчивания 22, 22 .

Пре,»ldã(lå÷oå устройство работает сле дующим образом.

При огключенных корректирующих цепях

I0 2 частотная «арактеристпка разниваечы«устройствоч сил (кривая 1 на фиг. 2а) ичееT II(рвы й, низкочастотный резонанс и песк лько более высокочастотных резо»ансон, чежду которыми «арактеристика имеет частотный интервал (!»ÄÄ вЂ” (»„,„в котором величина развиваемы«устройством сил прdктически постоянна и равна (с точносгью фи(. 2а) силе электромагнитного силового взаимодействия F между подвиж

НоН частью 6 вибровозбудителя и его магнит»ычи сердечниками 20, 20, жестко скрепленными с его корпусом 7. В лучших известных электромагнитных вибровозбудителя«этот частотный интервал (который можно условно назвать рабочим IHHIlado»o«I частот) обычно составляет 40 — 600 Гц.

Применение в устройстве для возбуждения колебаний датчика 9 перемещения поз5

1О

45 воляет реализовать сколь угодно малую величину граничной частоты фильтра 3 нерхних частот. При этом увеличивается отношение первой собственной частоты ((» вибровозбудителя к частоте среза фильтра верхних частот, что приводит к увеличению устойчивости канала обратной связи. Введение обратной связи по перемещению подвижной части вибровозбудителя приводит к снижению только вещественной части комплексной жесткости k(l+l) ) неравножестких упругих элементов, что сопровождается увеличением эквивалентного коэффициента затp хания до величины Х., =) (1+юг, ), где lг,— коэффициент усиления канала обратной связи по перемещению, равный произведеник> коэффициентов передачи датчика 9 перемещения, первой корректирующей цепи 10, аналогового сумматора 1, усилителя 3 мощности и нибронозбудителя 5.

Благодаря унеличению эквивалентного демпфирования устойчивость канала управления повышается, что позволяет реализовать более глубокую обратную связь, которая приводит к большему перемещению первого резонанса вибровозбудителя при одновременном снижении его величины (кривая 2 на фиг. 2d). При настройке полосового чсилителя 18 на частоту эквпвалентHoIo резонанса (4 =(» 1+Й, (в примере, изображенном кривой 2 на фиг. 2а, IQ>, 05(»l) в полосе пропускания этого усилителя обеспечивается управление по относительной скорости подвижной части 6 вибронозбудителя. Для формирования управляющего сигнала, пропорционального относительной скорости н третью корректирующую цепь 12 предлагаемого устройства включен дифференцирующий усилитель 7.

Полоса пропускания и коэффициент уси.пения попосового усилителя 18 выбраны так, что обратная связь в некоторой полосе частот, содержащей частоту эквивалентного резонанса м|ь(—— (»(-y 1+Я вносит дополнительное избирательное демпфирование н подвеску подвижной части вибронозбудителя и обеспечивает безрезонансный характер его частотной характеристики (криная 3 на фиг. 2а). . !иначические процессы, происходящие в предлагаемом устройстве при введении обратной связи по перемещению подвижной части, описываются дифференциальными уравнениями (1I,Z+ lг(1+ k,)(1+j(i. IZ= F,„cox(»2. (11 где F „сила электромагнитного взаимодействия между якорем и магнитными сердечниками вибровозбудителя.

Решение уравнения (1) для коэффициентH преобразования, определяемого как отношение силы F(„действующей на возбуждаечый объект (со стороны корпуса нибронозбудителя ), к силе F имеет вид

1493321

)с Fy (r) /(» (1+ "т )

F „ I — I,>bI/(î„III+é )+У (г.,l(! +lг ))

УЕЬ (()/(»ы ) яка z. энф (2) ! ((»/(»I> I )+) t. где (»),l=k/,Ч), первая собственная частота вибровозбудителя; (»lrl (»,l i 1+(г,-- эквивалентная собственная частота вибровозбудителя;

)./ (1+lг,) — эквивалентный коэффициент затухания упругой подвески подвижной части вибровозбудителя.

Из выражения (2) видно, что введение обратной связи по перемегцению подвижной части вибровозбудителя сдвигает резонанс ее частотной характеристики на частоту (>," =

=()ы 1 + 4 при одновременном увеличении коэффициента затухания в (1+/;, ) раз.

В тех случаях, когда от предлагаемого устройства требуется создание полигармонических колебаний возбуждаемого объекта с ярко выраженной по величине дискретной или узкополосной составляЮщей, параметры вибровозбудителя, определяющие его первую собственную частоту, выбирают из условия равенства этой собственной частоты частоте наиболее интенсивной составляющей возбуждаемого спектра. При этом существенно улучшаются массогабаритные и энергетические показатели устройства для возбуждения колебаний благодаря тому, LI T o z. l a ф о р м и р «в а и и я максимальной () «в сличине динамической силы используется механический резонанс упруго закрепленной подвижн«й части вибров«збудителя, что п«зволяет возбудить те же колебания возбуждаемого объекта при меньшем токе в раб«чих обмотках, которые могут быть при этом выполнены из пров«та с меныпим сечением.

Важным достоинством этого режима работы устройства является возможность обеспечения высокой равномерности егo амплитудно- и фазочастотный характеристики в

T«il числе в ближайшей окрести«сти первой собственной частоты вибр«в«збудителя 5.

ГЭбъясняется это тем. IT« механический рсз(шанс упруго закрепленной реактивн«й части 6 вибровозбудителя в этом режиме, определяя возможность с«здания интенсивных колебаний реактивной части 6 вибровозбу..сителя с помощы«малых в«збуждающих т«к«в в рабочих обмотках 4l, 4, не определяет амплитудно- и фаз«част«тных характеристик всего устройства возбуждения колебаний. Эти характеристики определяются не только вибровозбудителем, Но и корректиру>())ними обратными связями. При работе предлагаемого устройства в этом режиме глубину обратной связи приходится выбирать болсе значительной (при заданн«лl значении минимальн«й част«ты рс)()«чсч «диапазоны) в связи с большим исходным значением

< > «. Для «беси(.чения устойчивости канала обратной связи в перв«й избирательной цепи приходится применять фильтр 13 верхних частот с очень малой (десятые — сотые доли герц) граничной частотой. Снижение жесткости упругой подвески подвижной части вибровозбудителя на статике при этом должно к«мпенсироваться введением отрицательной ооратной связи, которая в устройстве формируется второй корректирующей цепью 11, содержащей после-!

0 довательно включенные фильтр 15 нижних частот и инвертирующий усилитель 16.

Датчик 9 перемещения установлен и отрегулирован так, что при равенстве рабочих зазоров 21 I и 21 его выходное напряжение равно нулю, а при отключении подвижной части 6 вибровозбудителя от этого положения на выходе датчика 9 перемещения образуется напряжение, всличина которого пропорциональна величине отклонения, а знак определяется направлением отклонения.

20 При этом любое отклонение подвижной части 6 вибрoвозбудителя «т ш)ложения, в котором рабочие зазоры 2ll и 21 равны, вызывает образование постоянной составляющей тока в рабочих обмотках 4 . 4 вибровозбудителя, включенных последовательно и с«гласно. Поскольку обмотки 22« 22. подма) ничивания при этом включены последовательно и встречно, то появление постоянной составляющей тока в рабочих обмотках 4,, 4) вибровозбудителя приводит к нарушению

3р равенства магнитных потоков в сердечниках 20« 20 двухтактного электр«магнитного вибровозбудителя. Это сопровождается нарушением равенства тяговых усилий, действующих на подвижную (якорную) часть со стороны магнитных сердечников 20I, 20 .

Благодаря наличию в корректирующей цепи

I! инвертирующего усилителя 16 результирующее усилие, действующее на подвижную часть 6 (со стороны магнитных сердечников 20« 20)), направлено в противоположную сторону от направления ее отклонения, О т. е. стремится возвратить откл«нившуюся подвижную часть в исходное п«ложение, . арактеризующееся равенством рабочих заз«ров. Управляющее действие этой обратной связи эквивалентно увеличению динамической жесткости упругой подвески подвижной части вибровозбудителя, что необходимо для обеспечения стабильности равенства рабочих зазоров вибровозбудителя при использовании предлагаемого устройства для возбуждения колебаний на трансgp портных объектах. Зависил(ость амплитуды перемещения реактивной части вибров«збудителя от частоты ()„внешниx воздействий (например. наклонов основания тр IHcllopTного средства) представлены н;) фиг. 26).

Кривая соответствует слу I;IK) отсутствия

55 к«ррс ру и 061 ат ь х (вяз(il, Kð ; я 2 (:«oTneTcTH> ет включеник> II(pH«II K(>pp(KTHрую(цей цепи 10, кривая 3 иклки)сник> всех корректирующих цепей.

1493321

Значительное снижение амплитуды перемещений реактивной части вибровозбудителя в низкочастотной области со(0,3 i обусловлено стабилизирующим действием обратной связи, формируемой второй корректирующей цепью 11 (фиг. 1). Для устранения ужесточения подвески подвижной части вибровозбудителя в рабочем диапазоне частот параметрь1 фильтра 15 нижних частот выбраны так, что его частота среза оказывается в несколько раз ниже минимальной частоты о„„„рабочего диапазона устройства для возбуждения колебаний.

Для расширения рабочего диапазона частот сверху и устранения резонансного подъема частотной характеристики развиваемых сил на второй эквивалентной собственной частоте ю вибровозбудителя в схему устройства включен дополнительный полосовой фильтр 19, который настроен на вторую собственную эквивалентную частоту вибровозбудителя. Необходимые фазовые соотношения в канале коррекции обеспечиваются дифференцирующим усилителем

17. Благодаря наличию в предлагаемом устройстве дополнительного полосового фильтра 19, в окрестности второй эквивалентной частоты (0pg вибровозбудителя осуществляется отрицательная обратная связь по скорости подвижной части 6 вибровозбудитезя, что эквивалентно внесению избирательного демпфирования в ее подвеску и потому сопровождается снижением резонансного пика в окрестности ю (кривая 3 на фиг. 2а).

Таким образом, благодаря тому, что и устройстве в качестве вибродатчика применен датчик перемещения, эффективность имеющихся корректирующих обратных связей увеличивается. Введение в схему устройства для возбуждения колебаний третьей корректирующей цепи и дополнительного полосового усилителя приводит к увеличению демпфирования в упругой подвеске подвижной части вибровозбудителя в области эквивалентных собственных частот вибровозбудителя, тем самым достигается равномерность и стабильность частотных характеристик развиваемых устройством сил при значительном расширении рабочего диапазона.

При совмещении первой собственной частоты вибровозбудителя с частотой максимальной силы, с помощью предлагаемого устройства удается эффективно решить задачу формирования широкополосной возбуждаюгцей силы с одной ярко выраженной по величине гармонической или узкополосной составляющей.

Формула изобретения

Устройство для возбуждения колебаний, содержагцее аналоговый сумматор, первый вход которого соединен с источником возбуждающего сигнала, последовательно под20 ключенные к выходу аналогового сумматора усилитель мощности и вибровозбудитель, сосгоящий из корпуса, скрепленной с корпусом через неравножесткие упругие элементы подвижной части и обмоток возбуж2 дения, а также вибродатчик, подключенный через первую и вторую корректирующие цепи соответственно к второму и третьему входам аналогового сумматора, отличающееся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона частот и увеличения надежgp ности, оно снабжено третьей корректирующей цепью, содержа щей последовател ьно соединенные дифференцирующий и полосовой усилители и включенной между вибродатчиком и четвертым входом аналогового сумматора, и полосовым фильтром, вклю35 ченным между выходом дифференцирующего усилителя и пятым входом аналогового сумматора, а вибродатчик вьп|олнен в виде датчика перемещений и закреплен на корпусе вибровозбудителя с зазором относительно его подвижной части.

l49332l

10 гв/гз, 0Ä2

Г Ьин И = ОЮсОр И мин

10 20 (Х

10cda (:оставитель 1:.. Литвинов

Редактор М. Пяткина Техред И. Верее Корректор М (.амборская

Заказ 3920, II Тираж 42! ГIодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CCCI

1 I.3035, .Москва, .Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, IOI п,г ж6

0,2с06У сов1 Q381 к)

Фиг. 2

10ыв1 ® mac

200 иэ/2Я, ГЦ