[go: up one dir, main page]

RU2751169C1 - Method for control of the dynamic state of a vibrational technological machine - Google Patents

Method for control of the dynamic state of a vibrational technological machine Download PDF

Info

Publication number
RU2751169C1
RU2751169C1 RU2020129289A RU2020129289A RU2751169C1 RU 2751169 C1 RU2751169 C1 RU 2751169C1 RU 2020129289 A RU2020129289 A RU 2020129289A RU 2020129289 A RU2020129289 A RU 2020129289A RU 2751169 C1 RU2751169 C1 RU 2751169C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vibration
technological
vibrational
mass
dynamic state
Prior art date
Application number
RU2020129289A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Елисеев
Сергей Константинович Каргапольцев
Роман Сергеевич Большаков
Андрей Владимирович Елисеев
Павел Абрамович Лонцих
Куанг Чык Выонг
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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)
Priority to RU2020129289A priority Critical patent/RU2751169C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2751169C1 publication Critical patent/RU2751169C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to vibration engineering and can be used in improving and creating vibrational technological machines. The invention is characterised by introduction of additional dynamic links into the structure of the system which is implemented on the basis of a linkage mechanism characterised by a possibility to change the mass-inertial and elastic characteristics of the system as a whole, which is achieved by making corresponding changes in the gear ratio of the linkage mechanism, achieved by moving the lever rotation unit with lead screws actuated by drives located on the supporting surface and controlled using information received from vibration sensors installed on the working body. The apparatus can be implemented and operated in automatic mode and in technology for preliminary manual technological configuration.
EFFECT: invention ensures control of the dynamic state of a vibrational technological machine by adjusting the gear ratio of the linkage connecting additional mass-inertial elements.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано при совершенствовании и создании вибрационных технологических машин.The invention relates to vibration technology and can be used to improve and create vibration technological machines.

Обработка поверхностей деталей сложной формы в вибрационных взаимодействиях с сыпучий абразивной или гранулированной средой в последние годы получила распространение во многих производствах: обработка лопаток турбин, корпусов сложной формы, блоков двигателей, валов роторов и др. Основы подобного рода процессов разрабатывались отечественными учеными Бабичевым А.П., Гончаревичем И.Ф., Блехманом И.И., Пановко Г.Я., Копыловым Ю.Р. и др., что нашло отражение в научных публикациях и развивается как одном из современных направлений технологическом базисе современного машиностроения.Surface treatment of parts of complex shapes in vibration interactions with a free-flowing abrasive or granular medium in recent years has become widespread in many industries: processing of turbine blades, cases of complex shapes, engine blocks, rotor shafts, etc. The basics of this kind of processes were developed by domestic scientists A.P. Babichev. ., Goncharevich I.F., Blekhman I.I., Panovko G.Ya., Kopylov Yu.R. and others, which is reflected in scientific publications and is developing as one of the modern trends in the technological basis of modern mechanical engineering.

Вибрационные технологические процессы реализуются с помощью вибрационных технологических машин, чаще всего такое оборудование создается как вибрационные стенды, обладающие возможностями формирования и управления динамическими состояниями рабочих органов, образующих пространственные формы распределения амплитуд колебаний точек рабочего органа в форме вибрационных полей. Возникающие процессы вибрационных взаимодействий сыпучей (абразивной или гранулированной) среды отличаются сложностью форм, параметрами устойчивых режимов, чередованиями форм контактирования рабочей среды с обрабатываемым объектом, что требует разработки и осуществления способов и средств контроля за вибрационными взаимодействиями, управления их формой, поддержания определенных режимов за счет специальных систем управления.Vibration technological processes are implemented with the help of vibration technological machines, most often such equipment is created as vibration stands that have the ability to form and control the dynamic states of the working bodies that form the spatial forms of the distribution of the vibration amplitudes of the points of the working body in the form of vibration fields. The arising processes of vibration interactions of a granular (abrasive or granular) medium are distinguished by the complexity of the forms, the parameters of stable modes, the alternation of forms of contact of the working medium with the object being processed, which requires the development and implementation of methods and means of controlling vibration interactions, controlling their shape, maintaining certain modes due to special control systems.

Коррекция и настройка вибрационных взаимодействий может вестись на основе визуальных методов контроля путем соответствующих корректировок, а также осуществляться с помощью систем автоматического управления, что инициирует поиск и разработку соответствующих подходов, связанных с созданием математических моделей, алгоритмов обработки информации и оценки эффективности управляющих воздействий.Correction and adjustment of vibration interactions can be carried out on the basis of visual control methods by means of appropriate adjustments, and also carried out using automatic control systems, which initiates the search and development of appropriate approaches related to the creation of mathematical models, information processing algorithms and assessment of the effectiveness of control actions.

Формирование динамических состояний, создаваемых с помощью управляемых вибраторов и вибровозбудителей, является одним из основных методов настройки. Вместе с тем в последние годы широкое применение получают способы настройки, коррекции, управления и формирования динамических состояний путем введения в механические системы дополнительных связей, возможностей изменения значений некоторых параметров кинематических или динамических взаимодействий. Для реализации настроечных и корректирующих функций, как правило, становится необходимым разработка соответствующих алгоритмов изменения и управления динамическими состояниями. Это требует создания соответствующих математических моделей, построения расчетных схем и формирования определенного методологического базиса, обеспечивающего адекватность расчетных позиций.The formation of dynamic states created using controlled vibrators and vibration exciters is one of the main tuning methods. At the same time, in recent years, methods of tuning, correction, control and formation of dynamic states have been widely used by introducing additional connections into mechanical systems, the possibilities of changing the values of some parameters of kinematic or dynamic interactions. To implement tuning and correcting functions, as a rule, it becomes necessary to develop appropriate algorithms for changing and controlling dynamic states. This requires the creation of appropriate mathematical models, the construction of calculation schemes and the formation of a certain methodological basis that ensures the adequacy of the calculated positions.

В ряде известных технических разработок развиты перспективные подходы, которые инициируют выбор рациональных решений и поиск перспективных новаций.A number of well-known technical developments have developed promising approaches that initiate the choice of rational solutions and the search for promising innovations.

В процессе патентного поиска выявлен ряд изобретений-аналогов.In the course of the patent search, a number of analogous inventions were identified.

Известно изобретение [Антипов В.И., Антипова Р.И., Кошелев А.В., Денцов Н.Н. «Вибрационная транспортирующая машина», 2532235, МПК В06 В1/00, приоритет 27.10.2014], представляющее собой вибрационную транспортирующую машину, включающую рабочий орган, соединенный упругой связью с реактивной частью, несущей средство для сообщения резонансных однонаправленных колебаний, и амортизаторы малой жесткости, причем средство для сообщения резонансных однонаправленных колебаний выполнено в виде смонтированных на реактивной части машины, по меньшей мере, пары одинаковых параметрических вибровозбудителей, установленных с возможностью вращения роторов инерционных элементов в противоположных направлениях в вертикальных плоскостях и приводимых во вращение от независимых электродвигателей, а резонансная частота средства для сообщения резонансных однонаправленных колебаний определяется из соотношений ω=λ12, λ1=ν⋅ω, 0<ν<1, где ω - усредненное значение парциальных угловых скоростей роторов, λ1 - эффективная собственная частота качающихся маятников роторов инерционных элементов, λ2=√C/Мпр - парциальная собственная частота рабочего органа, соответствующая противофазной форме однонаправленных свободных колебаний, Мпр=M1M2/(M1+M2) - приведенная масса, С - жесткость упругой связи, M1 - масса рабочего органа, М2 - общая масса реактивной части машины. Технический результат - достижение высокой стабильности резонансного режима работы машины при высокой добротности ее колебательной системы, а в итоге создание энергосберегающих вибрационных транспортирующих машин.Known invention [Antipov V.I., Antipova R.I., Koshelev A.V., Dentsov N.N. "Vibration conveying machine", 2532235, IPC V06 V1 / 00, priority 27.10.2014], which is a vibration conveying machine, including a working body connected by an elastic connection to the reactive part, carrying a means for communicating resonant unidirectional vibrations, and shock absorbers of low stiffness, moreover, the means for communicating resonant unidirectional vibrations is made in the form of at least a pair of identical parametric vibration exciters mounted on the reactive part of the machine, installed with the possibility of rotation of the rotors of inertial elements in opposite directions in vertical planes and driven in rotation from independent electric motors, and the resonant frequency of the means for the communication of resonant unidirectional oscillations is determined from the relations ω = λ 1 + λ 2 , λ 1 = ν⋅ω, 0 <ν <1, where ω is the average value of the partial angular velocities of the rotors, λ 1 is the effective natural frequency of the swinging pendulums of the rotors inertial elements ov, λ 2 = √C / M pr - partial natural frequency of the working body, corresponding to the antiphase form of unidirectional free vibrations, M pr = M 1 M 2 / (M 1 + M 2 ) - reduced mass, C - elastic bond stiffness, M 1 - the mass of the working body, M 2 - the total mass of the reactive part of the machine. The technical result is the achievement of high stability of the resonant mode of operation of the machine with a high quality factor of its oscillatory system, and, as a result, the creation of energy-saving vibration transporting machines.

К недостаткам данного изобретения можно отнести недостаточно детализированное математическое описание возникающих динамических эффектов, а также сложность системы управления динамическим состоянием вибрационной машины.The disadvantages of this invention include an insufficiently detailed mathematical description of the arising dynamic effects, as well as the complexity of the control system for the dynamic state of the vibration machine.

Известен способ реализации электромагнитным приводом асимметричного вибрационного движения колебательной механической системы [Крейнин Г.В., Мацеевич Б.В., Михайлов В.Д., Сериков В.В., Ушанков А.Е., Янбулатов Р.И. «Устройство управления вибрационным полем технологической машины», 2091183, МПК В06В 1/04, приоритет 27.08.1997], заключающийся в обеспечении режима разгона якоря, закрепленного на подвижной части колебательной механической системы, до заданного максимального значения амплитуды колебаний за счет формирования импульсов силы статором, закрепленным на неподвижной части колебательной механической системы, повторении режима разгона при падении амплитуды колебаний до заданного минимального значения, причем направление действия импульсов силы при режиме разгона совпадает с направлением движения якоря, отличающийся тем, что вибрационное движение осуществляют в режимах разгона, торможения, квазиразгона и квазиторможения, комбинируя или чередуя эти режимы, а импульсы силы формируют отталкивающими якорь от статора при любых режимах работы, причем падение амплитуды колебаний якоря до заданного минимального значения обеспечивают в тормозном режиме работы за счет формирования импульсов силы с направлением действия, противоположным направлению движения якоря или в квазитормозном режиме за счет формирования импульсов силы, направление действия которых в большую часть времени действия противоположно и в меньшую совпадает с направлением движения якоря, а в режиме квазиразгона формируют импульсы силы, направление действия которых в меньшую часть времени действия противоположно, а в большую совпадает с направлением движения якоря, переключаясь на режимы торможения или квазиторможения при достижении заданного максимального значения амплитуды колебания якоря.A known method of implementing the electromagnetic drive of the asymmetric vibration movement of the oscillatory mechanical system [Kreinin GV, Matseevich BV, Mikhailov VD, Serikov VV, Ushankov AE, Yanbulatov R.I. "Device for controlling the vibration field of a technological machine", 2091183, IPC V06V 1/04, priority 27.08.1997], which consists in ensuring the acceleration mode of the armature fixed on the moving part of the oscillating mechanical system to the specified maximum value of the vibration amplitude due to the formation of force pulses by the stator , fixed on the stationary part of the oscillatory mechanical system, repetition of the acceleration mode when the amplitude of oscillations falls to a given minimum value, and the direction of the force impulses during the acceleration mode coincides with the direction of movement of the armature, characterized in that the vibration movement is carried out in the modes of acceleration, deceleration, quasi-acceleration and quasi-braking, combining or alternating these modes, and force impulses are formed by repulsing the armature from the stator in any operating modes, and the drop in the armature vibration amplitude to a specified minimum value is provided in the braking mode of operation due to the formation of force impulses from the direction by action opposite to the direction of movement of the armature or in a quasi-braking mode due to the formation of force impulses, the direction of action of which in most of the action time is opposite and to a lesser extent coincides with the direction of movement of the armature, and in the quasi-acceleration mode, force impulses are formed, the direction of action of which in a smaller part of time the action is opposite, and in large it coincides with the direction of movement of the armature, switching to braking or quasi-braking modes when the specified maximum value of the armature oscillation amplitude is reached.

Недостатками данного аналога являются отсутствие математической модели, поясняющей физическую природу возникающих динамических эффектов, а также сложность изменения динамического состояния вибрационной машины.The disadvantages of this analogue are the lack of a mathematical model that explains the physical nature of the emerging dynamic effects, as well as the complexity of changing the dynamic state of the vibration machine.

Известна устройство вибрационная установка для предпосевной обработки семян [Серга Г.В., Резниченко С.М. «Вибрационная установка для предпосевной обработки семян», 2580152, МПК А01С 1/00, приоритет 10.03.2016], содержащая шлифовальный барабан с разгрузочным окном, бункер-дозатор, выгрузной лоток, установленные упруго на основании. Шлифовальный барабан изготовлен коническим, установлен жестко горизонтально и смонтирован из трех или более полос трапециевидной формы с разными размерами по ширине, с увеличением их по длине, на которых попеременно с их противоположных сторон под углом 60° к оси полос выполнены посредством фрезерования или обработкой давлением зоны ослабленного сечения в виде надрезов со скошенными стенками, для образования по периметру конического винтового шлифовального барабана многогранных поверхностей из поочередно расположенных своими боковыми сторонами треугольников. При этом полосы скручены в продольном направлении относительно своих продольных осей и изогнуты в поперечном направлении по винтовой линии на конической оправке, с образованием по периметру винтового шлифовального барабана трех и более винтовых линий и винтовых поверхностей основного и противоположного направлений с переменным, увеличивающимся шагом винтовых линий. Устройство позволяет упростить конструкцию и расширить его технологические возможности.A known device is a vibration installation for pre-sowing seed treatment [Serga G. V., Reznichenko S.M. "Vibrating installation for pre-sowing seed treatment", 2580152, IPC А01С 1/00, priority 03/10/2016], containing a grinding drum with an unloading window, a metering hopper, an unloading chute, resiliently installed on the base. The grinding drum is made conical, rigidly installed horizontally and mounted from three or more trapezoidal strips with different widths, increasing their length, on which alternately from their opposite sides at an angle of 60 ° to the axis of the strips are made by milling or pressure treatment of the zone a weakened section in the form of cuts with beveled walls, for the formation of polyhedral surfaces along the perimeter of the conical helical grinding drum from triangles alternately arranged with their lateral sides. In this case, the strips are twisted in the longitudinal direction relative to their longitudinal axes and are bent in the transverse direction along a helical line on a conical mandrel, with the formation of three or more helical lines and helical surfaces of the main and opposite directions along the perimeter of the helical grinding drum with a variable, increasing pitch of helical lines. The device allows you to simplify the design and expand its technological capabilities.

Основным недостатком данного изобретения является сложность контроля динамического состояния вибрационной технологической машины. Также отсутствует математическое описание.The main disadvantage of this invention is the complexity of the control of the dynamic state of the vibration technological machine. There is also no mathematical description.

За прототип принимается устройство для вибрационной абразивной обработки цилиндрических деталей [Матегорин Н.В., Бабичев А.П., Мотренко П.Д., Чумаченко Г.В. «Устройство для вибрационной абразивной обработки цилиндрических деталей», 74333, МПК В24В 31/067, приоритет 27.06.2008], содержащее основание, на котором посредством пружин установлен контейнер с инерционным вибратором, снабженный средствами для загрузки и выгрузки деталей, внутри контейнера установлено средство для транспортировки деталей в процессе абразивной обработки, содержащее поярусно установленные друг под другом транспортные каналы, отличающееся тем, что средство для транспортировки деталей в процессе абразивной обработки содержит, по крайней мере, два съемных параллельных и наклонных к горизонтальной плоскости рабочих транспортных лотка, выполненных в форме прямоугольного желоба, дно которого снабжено абразивным покрытием, между рабочими транспортными лотками установлен транспортный лоток, имеющий угол наклона к горизонтальной плоскости в сторону, противоположную наклону рабочего транспортного лотка, а каждый рабочий транспортный лоток соединен с системами подачи и отвода смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ).The prototype is a device for vibration abrasive processing of cylindrical parts [NV Mategorin, AP Babichev, PD Motrenko, G. Chumachenko. "Device for vibration abrasive processing of cylindrical parts", 74333, IPC В24В 31/067, priority 27.06.2008], containing a base on which a container with an inertial vibrator is installed by means of springs, equipped with means for loading and unloading parts, means for transportation of parts in the process of abrasive processing, containing transport channels arranged in layers under each other, characterized in that the means for transporting parts during abrasive processing contains at least two removable working transport trays, parallel and inclined to the horizontal plane, made in the form of a rectangular trough, the bottom of which is provided with an abrasive coating, between the working transport trays, a transport tray is installed, which has an angle of inclination to the horizontal plane in the direction opposite to the slope of the working transport tray, and each working transport tray is connected to the feed and discharge systems cm coolant (coolant).

К основным недостаткам прототипа можно отнести сложность управления системой параметров жесткости, а также выбор оптимального положения дополнительной связи.The main disadvantages of the prototype include the complexity of controlling the system of stiffness parameters, as well as the choice of the optimal position of the additional connection.

Задачей предлагаемого изобретения является управление динамическим состоянием вибрационной технологической машины при помощи регулирования передаточного отношения рычажной связи, соединяющей дополнительные массо-инерционные элементы.The objective of the present invention is to control the dynamic state of a vibrating technological machine by adjusting the gear ratio of the lever link connecting additional mass-inertial elements.

Устройство управления динамическим состоянием вибрационной технологической машины, представляющее собой систему, состоящую из рабочего органа, установленного на опорной поверхности и соединенного с ней через упругие элементы, содержащее поворотный шарнир, соединенный с рычажным механизмом, датчики, установленные по обе стороны рабочего стола, и массо-инерционные элементы, опирающиеся на упругие элементы, соединенные рычажным механизмом, отличающееся тем, что поворотный шарнир установлен на ложементе с возможностью перемещения посредством приводов, на которые установлены блоки их управления, рычажный механизм с изменяемыми плечами, обеспечивает получение требуемого вибрационного режима.A device for controlling the dynamic state of a vibration technological machine, which is a system consisting of a working body mounted on a supporting surface and connected to it through elastic elements, containing a pivot joint connected to a lever mechanism, sensors installed on both sides of the working table, and a mass inertial elements resting on elastic elements connected by a lever mechanism, characterized in that the pivot joint is mounted on the cradle with the ability to move by means of the drives on which their control units are installed, the lever mechanism with variable arms provides the required vibration mode.

Суть изобретения поясняется чертежами.The essence of the invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема вибрационной технологической машины с упруго-рычажным устройством для управления динамическим состоянием рабочего органа, содержащая опорную поверхность 1, поворотный шарнир 2, ложемент 3, ходовой винт 4, приводы 5, 20, блоки обработки информации и управления приводами 6, 19, упругие элементы 7, 11, 16, 18, массо-инерционные элементы 8, 17, плечи рычажного механизма 9, 9', коммуникационные каналы связи 10, 15, 21, рабочий орган 13, датчики виброизмерительного типа 12 и 14.FIG. 1 shows a schematic diagram of a vibratory technological machine with an elastic-lever device for controlling the dynamic state of the working body, containing a supporting surface 1, a pivot joint 2, a cradle 3, a lead screw 4, drives 5, 20, information processing and control units for drives 6, 19, elastic elements 7, 11, 16, 18, mass-inertial elements 8, 17, arms of the lever mechanism 9, 9 ', communication channels 10, 15, 21, working body 13, vibration-measuring type sensors 12 and 14.

Фиг. 2 иллюстрирует расчетную схему исходной вибрационной технологической машины в виде механической колебательной системы.FIG. 2 illustrates the design diagram of the original vibratory technological machine in the form of a mechanical vibrational system.

На фиг. 3 показана структурная схема эквивалентной в динамическом отношении системы автоматического управления.FIG. 3 shows a block diagram of a dynamically equivalent automatic control system.

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

Физическая модель вибрационной машины, реализующей предлагаемое устройство настройки, коррекции и формирования динамического состояния рабочего органа представляет собой механическую колебательную систему с тремя степенями свободы. Движение системы описывается координатами γ1, γ2, γ10 и γ20. Последняя связана через рычажный механизм с координатой γ10 через соотношение γ2010i1, где

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
- длины плеч рычагов рычажного механизма 9, 9'.The physical model of a vibration machine that implements the proposed device for adjusting, correcting and forming the dynamic state of the working body is a mechanical vibrational system with three degrees of freedom. The movement of the system is described by the coordinates γ 1 , γ 2 , γ 10 and γ 20 . The latter is connected through a lever mechanism with the coordinate γ 10 through the relation γ 20 = γ 10 i 1 , where
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000004
- the length of the arms of the levers of the linkage mechanism 9, 9 '.

Механическая колебательная система (фиг. 1) содержит рабочий орган 13 (твердое тело массой Ми моментом инерции J относительно центра масс - т. О). Возбуждение колебаний системы производится вибровозбудителем гармонического типа (показано в виде силы Q, приложенной в т.О). Точка О1 смещена от т. О на плечо

Figure 00000005
Центр масс системы (т. О) размещен на расстояниях
Figure 00000006
от концов твердого тела (тт. А1, В1) соответственно.Mechanical oscillatory system (Fig. 1) contains a working body 13 (solid body with mass Mi and moment of inertia J relative to the center of mass - m. O). Excitation of system vibrations is performed by a harmonic vibration exciter (shown as a force Q applied at point O). Point O 1 is shifted from T. O to the shoulder
Figure 00000005
The center of mass of the system (m. O) is located at distances
Figure 00000006
from the ends of the solid (vols. A 1 , B 1 ), respectively.

Рабочий орган 13 в т. А1, В1 опирается на упругие элементы 11 и 16, имеющие коэффициенты жесткости k1 и k2. Система имеет встроенный рычажный механизм (плечи 9, 9'), который имеет соединение с поворотным шарниром 2, имеющим возможность перемещения по направляющим (ложемент 3, имеющий соединение типа «ласточкин хвост»). Поворотный шарнир 2 может перемещаться по ложементу с помощью ходового винта 4, что обеспечивает изменение передаточного отношения рычага

Figure 00000007
Ходовой винт 4 приводится в движение от приводов 5 или 19 (один из них резервный).The working body 13, including A 1 , B 1, rests on elastic elements 11 and 16, which have stiffness coefficients k 1 and k 2 . The system has a built-in lever mechanism (arms 9, 9 '), which has a connection with a pivot joint 2, which can move along the guides (lodgment 3, having a dovetail connection). The pivot joint 2 can be moved over the cradle using the lead screw 4, which provides a change in the gear ratio of the lever
Figure 00000007
Lead screw
4 is driven by drives 5 or 19 (one of them is spare).

Механическая колебательная система имеет также дополнительные массо-инерционные элементы 8, 17 с массами m1 и m2 соответственно, опирающиеся на соединенные с опорной поверхностью 1 в т. A0 и B0 упругие элементы 7, 18 с коэффициентами жесткости k10 и k20 соответственно. Динамическое состояние рабочего органа оценивается датчиками виброизмерительного типа 12 и 14, которые передают информационные сигналы через коммуникационные каналы связи 10, 15, 21 в блоки обработки информации и управления приводами 6, 20.The mechanical oscillatory system also has additional mass-inertial elements 8, 17 with masses m 1 and m 2, respectively, resting on elastic elements 7, 18 with stiffness coefficients k 10 and k 20 connected to the support surface 1, including A 0 and B 0 respectively. The dynamic state of the working body is assessed by vibration-measuring sensors 12 and 14, which transmit information signals through communication channels 10, 15, 21 to the information processing and drive control units 6, 20.

Параметры системы для реализации технологического режима рассчитываются предварительно, система запускается в работу; параметры динамического состояния контролируются датчиками и блоками управления. В случае необходимости приводы в движение поворотный шарнир 2, что изменяет передаточное отношение i и вносит соответствующие коррекции в формировании вибрационного поля.The system parameters for the implementation of the technological mode are calculated in advance, the system is put into operation; dynamic state parameters are monitored by sensors and control units. If necessary, the drives are set in motion by the rotary joint 2, which changes the gear ratio i and makes appropriate corrections in the formation of the vibration field.

Теоретическое обоснованиеTheoretical justification

1. Для построения математической модели в координатах γ1, γ2, γ10 используется технология, основанная на применениях уравнений Лагранжа 2-го рода с учетом специфики построения, характерной для методов структурного математического моделирования в соответствии с [1]. Для описания движения используется система координат γ1, γ2, γ10, связанная с неподвижным базисом. В расчетах используются следующие соотношения:1. To construct a mathematical model in the coordinates γ 1 , γ 2 , γ 10 , a technology is used based on the application of the Lagrange equations of the second kind, taking into account the specifics of construction, characteristic of methods of structural mathematical modeling in accordance with [1]. To describe the motion, the coordinate system γ 1 , γ 2 , γ 10 , associated with a fixed basis, is used. The following ratios are used in the calculations:

Figure 00000008
Figure 00000008

где

Figure 00000009
Where
Figure 00000009

Рабочий орган рассматривается как твердое тело, обладающее массой М и моментом инерции J, совершающее плоское колебательное движение. Центр масс твердого тела расположен в точке О (фиг. 1), внешнее возбуждение в виде моногармонической силы Q приложено в т. О1 (фиг. 1) на расстоянии

Figure 00000010
от центра масс (т. О фиг. 2).The working body is considered as a rigid body with a mass M and a moment of inertia J, performing a plane oscillatory motion. The center of mass of a rigid body is located at point O (Fig. 1), external excitation in the form of a monoharmonic force Q is applied at point O 1 (Fig. 1) at a distance
Figure 00000010
from the center of mass (i.e., Fig. 2).

В целом, расчетная схема (фиг. 2) технического объекта представляет собой механическую колебательную систему с сосредоточенными параметрами с тремя степенями свободы. В структуре системы используется рычажный механизм, обеспечивающий перемещение дополнительных пригрузов m1 и m2 на концах элементов рычажного механизма в тт. А, В. Рычажный механизм имеет центр вращения в т. O2, который может изменять свое положение и соответственно варьировать значение передаточного отношенияIn general, the design diagram (Fig. 2) of a technical object is a mechanical oscillatory system with lumped parameters with three degrees of freedom. In the structure of the system, a lever mechanism is used, which ensures the movement of additional weights m 1 and m 2 at the ends of the elements of the lever mechanism in tt. A, B. The linkage has a center of rotation at point O 2 , which can change its position and accordingly vary the value of the gear ratio

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
- размеры плеч рычажного механизма 2 -го рода [2].Where
Figure 00000012
- the dimensions of the arms of the linkage mechanism of the 2nd kind [2].

Наличие передаточного отношения i предопределяет связь между координатами γ10 и γ20 в соответствии с текущем значением.The presence of the gear ratio i predetermines the relationship between the coordinates γ 10 and γ 20 in accordance with the current value.

Figure 00000013
Figure 00000013

Предполагается, что механическая колебательная система (фиг. 2) совершает под действием внешнего возмущения Q малые колебания относительно положения статического равновесия.It is assumed that the mechanical oscillatory system (Fig. 2) performs small oscillations under the action of an external disturbance Q relative to the position of static equilibrium.

Выражения для кинетической и потенциальной энергий в рассматриваемом случае имеют видThe expressions for the kinetic and potential energies in the case under consideration have the form

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Используя соотношения (1), запишем (4), (5) в видеUsing relations (1), we write (4), (5) in the form

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Используя методические приемы, изложенные в [1], получим во временной области следующие дифференциальные уравненияUsing the methodological techniques outlined in [1], we obtain in the time domain the following differential equations

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

После преобразований Лапласа при нулевых начальных условиях система уравнений (8)-(10) в операторной форме может быть представлена в виде:After Laplace transforms with zero initial conditions, the system of equations (8) - (10) in operator form can be represented as:

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

В уравнениях (11)-(13) принимается, что р = jω является комплексной переменной, значок <-> над переменной означает ее изображение по Лапласу [3, 4].In equations (11) - (13), it is assumed that p = jω is a complex variable, the <-> sign above the variable means its Laplace image [3, 4].

2. В полученной системе уравнений (11)-(13) можно исключить переменную γ10, приняв, что2. In the resulting system of equations (11) - (13), we can exclude the variable γ 10 , assuming that

Figure 00000024
Figure 00000024

где

Figure 00000025
Figure 00000026
Where
Figure 00000025
Figure 00000026

С учетом (14) системе уравнений (11)-(13) может быть приведена кTaking into account (14), the system of equations (11) - (13) can be reduced to

видуmind

Figure 00000027
Figure 00000027

Figure 00000028
Figure 00000028

Структурная схема (или структурная математическая модель) системы приводится на фиг. 3.The structural diagram (or structural mathematical model) of the system is shown in Fig. 3.

Структурная схема (фиг. 3) отображает особенности системы, которые заключаются в том, что в системе координат

Figure 00000029
внешнее воздействие распределяется по двум входам и действует одновременно. Упругие связи и связи между парциальными блоками носят специфический характер.The structural diagram (Fig. 3) displays the features of the system, which are that in the coordinate system
Figure 00000029
external influence is distributed over two inputs and acts simultaneously. Elastic bonds and bonds between partial blocks are of a specific nature.

Для оценки динамических свойств системы может быть использована передаточная функция межпарциальных связейTo assess the dynamic properties of the system, the transfer function of interpartial connections can be used

Figure 00000030
Figure 00000030

где N(p) определяется выражением (15).where N (p) is determined by expression (15).

Передаточная функция (18) дает возможность получать при заданных параметрах амплитудно-частотные и фазово-частотные характеристики, которые могут быть использованы для разработки технологии формирования и поддержания необходимых параметров и структуры вибрационных полей рабочего органа.The transfer function (18) makes it possible to obtain, at given parameters, the amplitude-frequency and phase-frequency characteristics, which can be used to develop a technology for the formation and maintenance of the necessary parameters and structure of the vibration fields of the working body.

В частности, передаточная функция (18) при больших частотах иметь в виду амплитудно-частотную характеристику, имеют пределIn particular, the transfer function (18) at high frequencies has the amplitude-frequency characteristic in mind, have a limit

Figure 00000031
Figure 00000031

Особенностью системы является то обстоятельство, что возможным становится получение эффектов, связанных с «обнулением» межпарциальных связей. В этом случае возможны специфические режимы автономного воздействия на входные процессы системы при ситуации, когда динамические связи между парциальными блоками «отключаются».A feature of the system is the fact that it becomes possible to obtain effects associated with the "zeroing" of interpartial connections. In this case, specific modes of autonomous influence on the input processes of the system are possible in a situation when the dynamic connections between the partial blocks are "turned off".

Выражение (18) (передаточная функция межпарциальных связей) может рассматриваться как коэффициент связности, отражающий особенности распределения амплитуд колебаний точек рабочего органа (или твердого тела М, J) по его длине. В частности, и числитель и знаменатель выражения (17) являются биквадратными уравнениями, из которых следует, что по каждой из координат

Figure 00000032
и
Figure 00000033
могут быть созданы режимы динамического гашения колебаний, когда
Figure 00000034
или
Figure 00000035
. В этих случаях распределение амплитуд колебаний по длине рабочего органа будет происходить линейно (по закону треугольника). В упомянутых случаях центр вращения (узел колебаний) твердого тела будет совпадать с тт. А1 или В1. При коэффициенте связности, равном +1, рабочий орган совершает только поступательные вертикальные колебания при отсутствии угловых движений. В свою очередь, при коэффициенте связности, равном -1, центр вращения (узел колебаний) будет находиться в точке, совпадающей с серединой твердого тела. Коэффициент связности может принимать и другие значения, не совпадающие с 0 или -1. В этих случаях центр вращения (узел колебаний) может находиться за пределами рабочего органа; в свою очередь, движение твердого тела будет происходить как вращение относительно узла колебаний, что соответствует распределению амплитуд колебаний по длине рабочего органа. Отметим, что при одновременном «обнулении» на одной частоте числителя и знаменателя в системе могут возникать и специфические динамические режимы.Expression (18) (transfer function of interpartial connections) can be considered as a coefficient of connectivity, reflecting the features of the distribution of vibration amplitudes of points of the working body (or solid body M, J) along its length. In particular, both the numerator and denominator of expression (17) are biquadratic equations, from which it follows that for each of the coordinates
Figure 00000032
and
Figure 00000033
modes of dynamic damping of oscillations can be created when
Figure 00000034
or
Figure 00000035
... In these cases, the distribution of vibration amplitudes along the length of the working body will occur linearly (according to the law of the triangle). In the above-mentioned cases, the center of rotation (vibration node) of the rigid body will coincide with TT. A 1 or B 1 . With a coefficient of connectivity equal to +1, the working body performs only translational vertical oscillations in the absence of angular movements. In turn, with a connectivity coefficient equal to -1, the center of rotation (vibration node) will be at the point coinciding with the middle of the rigid body. The connectivity coefficient can take on other values that do not coincide with 0 or -1. In these cases, the center of rotation (vibration unit) may be outside the working body; in turn, the movement of the rigid body will occur as rotation relative to the vibration unit, which corresponds to the distribution of vibration amplitudes along the length of the working body. Note that with the simultaneous "zeroing" at the same frequency of the numerator and denominator, specific dynamic modes can arise in the system.

Таким образом, наличие соотношений для коэффициента связности может рассматриваться как алгоритмическая основа для обеспечения работы системы коррекции, настройки, управления и формирования динамических состояний вибрационной технологической машины. При разработке математических моделей использовались методы структурного математического моделирования [3, 4]. Приведенная на фиг. 3 структурная математическая модель технического объекта может быть также использована (через характеристическое частотное уравнение) для определения частот собственных колебаний (в данном случае таких частот может быть три).Thus, the presence of relations for the connectivity coefficient can be considered as an algorithmic basis for ensuring the operation of the correction system, tuning, control and the formation of dynamic states of a vibration technological machine. When developing mathematical models, methods of structural mathematical modeling were used [3, 4]. Shown in FIG. 3, the structural mathematical model of a technical object can also be used (through the characteristic frequency equation) to determine the frequencies of natural vibrations (in this case, there can be three such frequencies).

Список использованных источниковList of sources used

1. Елисеев С.В. Динамический синтез в обобщенных задачах виброзащиты и виброизоляции технических объектов / С.В. Елисеев, Ю.Н. Резник, А.П. Хоменко, А.А. Засядко. - Иркутск: изд-во ИГУ, 2008. - 523 с.1. Eliseev S.V. Dynamic synthesis in generalized problems of vibration protection and vibration isolation of technical objects / S.V. Eliseev, Yu.N. Reznik, A.P. Khomenko, A.A. Zasyadko. - Irkutsk: publishing house of ISU, 2008 .-- 523 p.

2. Крейнин П.Г. Справочник по механизмам. - М.: Машиностроение. 1986. - 512 с.2. Kreinin P.G. Handbook of mechanisms. - M .: Mechanical engineering. 1986 .-- 512 p.

3. Елисеев С.В. Прикладной системный анализ и структурное математическое моделирование / С.В. Елисеев. - Иркутск: ИрГУПС, 2018. - 692 с.3. Eliseev S.V. Applied system analysis and structural mathematical modeling / S.V. Eliseev. - Irkutsk: IrGUPS, 2018 .-- 692 p.

4. Елисеев А.В., Кузнецов Н.К., Московских А.О. Динамики машин. Системные представления, структурные схемы и связи элементов. Москва: Инновационное машиностроение, 2019. 381 с.4. Eliseev A.V., Kuznetsov N.K., Moskovskikh A.O. Machine dynamics. System views, structural diagrams and connections of elements. Moscow: Innovative mechanical engineering, 2019.381 p.

Claims (1)

Устройство управления динамическим состоянием вибрационной технологической машины, представляющее собой систему, состоящую из рабочего органа, установленного на опорной поверхности и соединенного с ней через упругие элементы, содержащее поворотный шарнир, соединенный с рычажным механизмом, датчики, установленные по обе стороны рабочего стола, и массо-инерционные элементы, опирающиеся на упругие элементы, соединенные рычажным механизмом, отличающееся тем, что поворотный шарнир установлен на ложементе с возможностью перемещения посредством приводов, на которые установлены блоки их управления, рычажный механизм с изменяемыми плечами, что обеспечивает получение требуемого вибрационного режима.A device for controlling the dynamic state of a vibration technological machine, which is a system consisting of a working body mounted on a supporting surface and connected to it through elastic elements, containing a pivot joint connected to a lever mechanism, sensors installed on both sides of the working table, and a mass inertial elements resting on elastic elements connected by a lever mechanism, characterized in that the pivot joint is mounted on the cradle with the ability to move by means of the drives on which their control units are installed, a lever mechanism with variable arms, which ensures the required vibration mode is obtained.
RU2020129289A 2020-09-03 2020-09-03 Method for control of the dynamic state of a vibrational technological machine RU2751169C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129289A RU2751169C1 (en) 2020-09-03 2020-09-03 Method for control of the dynamic state of a vibrational technological machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020129289A RU2751169C1 (en) 2020-09-03 2020-09-03 Method for control of the dynamic state of a vibrational technological machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2751169C1 true RU2751169C1 (en) 2021-07-09

Family

ID=76820409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020129289A RU2751169C1 (en) 2020-09-03 2020-09-03 Method for control of the dynamic state of a vibrational technological machine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2751169C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820169C1 (en) * 2023-07-17 2024-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Device and method for evaluation of dynamic states of working members of vibration process machines

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU74333U1 (en) * 2008-03-25 2008-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Донской государственный технический университет (ДГТУ) DEVICE FOR VIBRATION ABRASIVE PROCESSING OF CYLINDRICAL PARTS
RU2693711C2 (en) * 2017-05-31 2019-07-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО "ИрГУПС") Vibration process machine dynamic state control device
RU2700942C1 (en) * 2017-01-20 2019-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method and device for simultaneous dynamic damping of oscillations of a protection object by two degrees of freedom
RU2710314C1 (en) * 2018-12-06 2019-12-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for changing and adjusting the dynamic state of a vibration process machine and a device for realizing said method
RU2711832C1 (en) * 2018-11-08 2020-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for control of dynamic state of process vibration machine and device for implementation thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU74333U1 (en) * 2008-03-25 2008-06-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Донской государственный технический университет (ДГТУ) DEVICE FOR VIBRATION ABRASIVE PROCESSING OF CYLINDRICAL PARTS
RU2700942C1 (en) * 2017-01-20 2019-09-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method and device for simultaneous dynamic damping of oscillations of a protection object by two degrees of freedom
RU2693711C2 (en) * 2017-05-31 2019-07-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО "ИрГУПС") Vibration process machine dynamic state control device
RU2711832C1 (en) * 2018-11-08 2020-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for control of dynamic state of process vibration machine and device for implementation thereof
RU2710314C1 (en) * 2018-12-06 2019-12-25 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for changing and adjusting the dynamic state of a vibration process machine and a device for realizing said method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820169C1 (en) * 2023-07-17 2024-05-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Device and method for evaluation of dynamic states of working members of vibration process machines

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3053379A (en) Material handling vibrating machine
KR101618944B1 (en) Vibrator with amplitude control and method thereof
RU2710314C1 (en) Method for changing and adjusting the dynamic state of a vibration process machine and a device for realizing said method
RU2751169C1 (en) Method for control of the dynamic state of a vibrational technological machine
US3332293A (en) Vibratory apparatus
Shagniev et al. Learning speed-gradient synchronization control of the two-rotor vibration setup
Kipriyanov et al. The results of the study of the vibratory conveying machine operating modes
RU2711832C1 (en) Method for control of dynamic state of process vibration machine and device for implementation thereof
CN104070009B (en) A kind of more vibration type screens
RU2751042C1 (en) Device for setting, correcting, forming and controlling dynamic state of vibration technological machine and method for its implementation
RU2671932C1 (en) Method of adjusting parameters of law of mechanical oscillations of power factors in centrifugal vibration exciter
CN1925929A (en) Oscillation sieving machine and operation method thereof
US3233474A (en) Vibrating devices
Tomchina Control of vibrational field in a cyber-physical vibration unit
RU2718177C1 (en) Method of adjusting dynamic state of vibration process machine and device for implementation thereof
Korneev et al. Applications of Control Theory Approaches to Assessing the Dynamical Interactions of Elements of Technical Objects
RU2818983C1 (en) Device for forming vibration field of technological machine and method for its implementation
RU187336U1 (en) Vibrating screen
RU2693711C2 (en) Vibration process machine dynamic state control device
RU2584850C1 (en) Method of adjusting parameters of law of mechanical oscillations of power factors in centrifugal vibration exciter
RU2695899C1 (en) Method for adjusting vibration amplitude distributions of a vibration table working body and device for its implementation
RU2753843C1 (en) Apparatus for forming and controlling the dynamic state of a vibrational technological machine and method for implementation thereof
RU2696506C1 (en) Method of controlling dynamic state of technical object during vibration actions and device for its implementation
RU2691646C1 (en) Method of controlling formation of structure and parameters of vibration field of process machine
RU2697525C1 (en) Method of controlling parameters of the law of mechanical oscillations of power factors in a centrifugal vibration exciter