Вибрационная машина

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

«ц954112

/ ..

r (61) Дополнительное к авт. свид-ву(И f М. Кй. з

В 06 В 1/14 (22) Заявлеио090381 (2>) 3255886/25-28 с присоединением заявки М(23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

t$3) УДК 534.232 (088.8) Опубликовано 3008,82. бюллетень HP 32

Дата опубликования описаиия300832 (72) Авторы изобретения

С.Л. Цыфанский и В.И. Вересневич

i н Атг ес нв.

„,„ 4K >Рижский ордена Трудового Красного каме@ ((-;-.,политехнический институт

1 (71) Заявитель (54 ) BHBPAIJHOH HAH МАШИНА

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для возбуждения и преобразования в требуемое число раз частоты колебаний рабочего органа.

Известна механическая вкбрационная машина, содержащая рабочий орган и приводной вибратор инерционного или эксцентрикового типа 51).

Недостатком данной машивы является то, что колебания рабочего органа происходят с фиксированной частотой, равной частоте возмущающего усилия. Для изменения частоты колебаний рабочего органа между последним и приводным двигателем устанавливают передаточные механизмы (например редукторы), что ведет к усложнению конструкции вибрационной машины.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является вибрационная машина, содержащая основание, рабочий орган, нелинейную ynpyryio систему, связывающую основание с рабочим органом, и приводной вибратор (2).

Элементы упругой системы в данной машине выполнены нелинейными, а жесткость этих элементов выбрана такой, что собственная линеаризованная час- тота системы близка к частоте, в целое число раз меньшей частоты возмущающего усилия привода. чри таком выполнении упругих элементов устройство может работать только в субгармоническом режиме колебаний, т.е.

iQ осуществлять только уменьшение и только в целое число раэ частоты вынужденных колебаний рабочего органа по сравнению с частотой возмущающего усилия привода. Это ограничивает функциональные воэможности машины.

15 Н инейность упругой cNcTe в известном устройстве создается за счет закрепления линейных плоских пружин в профильных кулачках, что позволяет получить сравнительно небольшие степени нелинейности при больших амплитудах колебаний. Исследования, проведенные с помощью аналоговой вычислительной техники, показывают, что в системах с малой упругой нелинейностью возможности возбуждения суб- и супергармонических колебаний весьма ограничены, а амплитуды суб- и супергармоник в спектре колебаний на суб- и суперЗO резонансах относительно невелики

954112

В результате проведенных исследований установлено, что в рассматриваемой системе помимо основного резонанса могут развиваться интенсивные резонансные всплески как в дорезонансной (суперрезонансы), так и в зарезонансной (субрезонансы) областях. Причем условия возбуждения супер- и субрезонансов и их интенсивность существенным образом зависят от степени нелинейности KZ/К;, и от соотношения P/Fyg между амплитудой P внешнего воздействия и пороговым значением упругой силы

5 др. даже при больших величинах внешней возбуждающей силы. Поэтому известное устройство имеет низкий коэффициент полезного действия.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей машины путем обеспечения возможности преобразования частоты колебаний рабочего органа по сравнению с частотой возмущающего усилия не только в целое,. но и в дробное число раз и повыше- to ние коэффициента полезнего действия. указанная цель достигается тем, что в вибрационной машине ударного действия, содержащей основание, рабочий орган, нелинейную упругую 15 систему, связывающую основание с рабочим органом, и приводной вибратор, элементы упругой системы выполнены с симметричной мягкой кусочно-линейной характеристикой и со сте- о пенью нелинейности 10-40, а между пороговым значением упругой силы Г,г и амплитудой Р возмущающего усилия выбрано соотношение 0,8 P г F ô0,95 Р.

На фиг. 1 изображЬЙа схема вибрационной машины;,на фиг. 2 — схема одного из упругих элементов с мягкой кусочно-линейной характеристикой; на фиг. 3 — упругая характеристика системы.

Вибрационная машина содержит рабочий орган 1, который опирается на основание 2 посредством. нелинейной упругой системы, состоящей из упругих элементов 3 с мягкой кусочнолинейной характеристикой. Рабочий 35 орган 1 приводится в колебательное движение от электромагнитного приводного вибратора, якорь 4 которого прикреплен к рабочему органу 1, а электромагнит 5 — к основанию 2, установ-40 ленному на амортизаторах 6. Каждый упругий элемент 3 (фиг. 2) состоит из цилиндрического корпуса 7, внутри которого установлен поршень 8, связанный посредством жесткого стержня 9 45 с рабочим органом 1. Поршень 8 при помощи цилиндрических пружин 10 и 11, имеющих одинаковые коэффициенты жесткости К, связан с шайбами 12 и 13.

Яайбы плотно прижаты к упорам 14 посредством цилиндрических пружин 15 и

16, иглеющих коэффициенты жесткости К1.

Сила прижатия шайб 12 и 13 к упорам

14 гложет настраиваться регулировочными винтами 17 и 18.

Машина работает следующим образом.

При сообщении рабочему органу 1 колебательных движений от электромагнитного вибратора поршень 8 перемещается внутри корпуса 7 до тех пор, 6 пока амплитуда колебаний рабочего органа 1 не превышает величины ь (фиг. 3); работают только пружины

10 и 11, При этом пружины 15 и 16 плотно прижимают шайбы 12 и 13 к упо- g

-Kq Силч F„z и соответствующее ей перемещение ь будем в дальнейшем именовать соответственно пороговым упругим, усилием и пороговым перемещением. Рассглотренный режим колебаний соответствует участку } . упругой характеристики с коэффициентом жесткости KZ--K1 (фиг . 3), Когда амплитуда колебаний рабочего органа становится больше ь (это происходит при увеличении амплитуды возмущающего усилия), шайбы 12 и 13 отрываются от упбров 14, поскольку развиваемая упругая сила начинает превышать Гзр. В работу вступают пружины 15 и 16. На упругой характеристике этому режиму соответствует участок ll, эквивалентный коэффициент жесткости на котором подсчитывается по формуле к;,К„+кг (1) Изменяя жесткости пружин К q и К, можно получить упругие характеристики с любой наперед заданной степенью нелинейности К /Кц ., Колебания в рассматриваемой системе .описываются уравнением ахи, ах ,1+Ь +Р (х)= Рз ц г «1) где m — суммарная масса элементов вибрационной машины, совершающих колебательное движение (рабочий орган, поршень, жесткий стержень);

b - коэффициент линейного демфирования; х — перемещение рабочего органа в процессе колебаний;

F (х) — характеристика упругой силыу

Р и ы — соответственно амплитуда и частота внешнего воздействия, задаваегые электромагнитным вибратором.

Характеристики упругой силы имеют вид;

К1х, если -Ь<х<Ь р -(х) = К;,. х-(К -К;, ) ь, если х(-ь(3)

К: х+(К -К; ) ь если х )ь

954112

Так, при F><< 0,5Р в зарезонансной области частот развиваются субгармонические режимы колебаний. Были полу- чены субрезонансы порядков, 1 1

1 1 5 и . Спектральный анализ колебаний на этих резонансах показывает, что доминирующими по амплитуде являются гармоники с частотой соответственно

2, 3, 4 и 5 раз меньшей частоты о внешнего воздействия. Причем субрезо нансные колебания возбуждаются в широком диапазоне изменения степени нелинейности К1/Кр, однако наибольшей интенсивности достигают при I5

24 К /К;,-< 5, Таки л образом, при соответствующей настройке предлагаемое устройство может осуществлять те же функции, что и прототип, т.е. уменьшать частоту колебаний. рабочего ор- 2О гана в требуемое число раз. Этот режим работы устройства будем называть режимом деления частоты.

Однако функциональные возможности предлагаемой вибрационной машины этим не ограничиваются. Исследования на ABN показывают, что в рассматриваемой системе в дорезонансной области частот развиваются интенсивные супергармонические колебания.

Амплитуда колебаний на всех суперрезонансах достигает максимума при

0,8P<< 0,95Р (при любом выбранном значении К z/Ê;, ) . Увеличение степени нелинеййост1и К /К при прочих равных условиях способствует усилению колебаний на всех суперрезонансах. Более того, при K10 на амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) системы помимо суперрезонансов целого порядка (в спектре колебаний которых доминируют гармоники с частотой, в целое число раз большей м) появляются так называемые дробные суперрезонансы, для спектрального состава которых характерным 45 является преобладание гармоник с частотой, в дробное число раз большей .

ы . Эта особенность поведения системы является свойством решения ypasнения (2). 50

Это открывает возможности для увеличения частоты колебаний рабочего органа по сравнению с частотой возбуждения не только в целое, но и в дробное число раз. Для этого параметры F> и К /К;, необходимо отрегулировать, как указано выше, а собственную линеаризованную частоту системы выбрать в соответствующее число раз большей и) . Указанный режим работы вибромашины будем называть режимом умножения частоты. Отношение собственной линеаризованной частоты системы еОр к частоте возмущающего усилия и> будем называть коэффициентом а преобразования К = . Из этого определения следует, что в режиме умножения К>1, в режиме деления

"К <1.

Гаким образом, предлагаемое устройство позволяет преобразовать частоту колебаний рабочего органа по сравнению с частотой возмущающего усилия не только в целое, но и в дробное число раз. При этом повышается и коэффициент полезного действия преобразования, что объясняется возможностью получения в предлагаемом устройстве значительно больших, чем.в прототипе, степеней нелинейности.

Формула изобретения

Вибрационная машина, содержащая основание, рабочий орган, нелинейную упругую систему, связывающую основание с рабочи л органом, и приводной вибратор„ .отличающаяся тем, что, с целью расширения ее функциональных возможностей путем обеспечения возможности преобразова- ния частоты колебаний рабочего органа по сравнению с частотой возмущающего усилия не только в целое, но и в дробное число раз и повышение коэффициента полезного действия, / элементы упругой системы выполнены с сиюлетричной мягкой кусочно-линейной характеристикой и со степенью нелинейности 10-40, а между пороговым значением упругой силы FÄz и амплитудой Р возмчшаюшего усилия выбрано соотношение gpgF < 0,95р.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Спиваковский A.O., Гончаревич И.Ф. Вибрационные конвейеры, китатели и вспомогательные устройства. М., "Высшая школа", 1972, с. 77-125.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 202766, кл. В 65 6 27/12, 1969 (прототип).

954112

/Р

Ж

Ю

Составитель А, Иашкин

Редактор Л. Филь Техред С.Иигунова р

Ко ректор И- Коста

Заказ 6335/6 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и.открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. /

4/5

Филиал ППП "Патент", r. УжгОрод, ул. Проектная,