RU2753843C1

RU2753843C1 - Apparatus for forming and controlling the dynamic state of a vibrational technological machine and method for implementation thereof

Info

Publication number: RU2753843C1
Application number: RU2020129290A
Authority: RU
Inventors: Сергей Викторович Елисеев; Сергей Константинович Каргапольцев; Роман Сергеевич Большаков; Андрей Владимирович Елисеев
Priority date: 2020-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2021-08-24

Abstract

FIELD: mechanical engineering.SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering, in particular to vibrational equipment, and can be used in creating, designing and improving existing technological machines. The apparatus consists of a working body, drives, a control unit, and vibration sensors, additionally included according to the invention are information processing and control units, two mass and inertia elements located at the ends of rods and interconnected by an elastic element in the upper part. The rods are therein attached to a carriage installed in the lower part of the working body, configured to move along the skids using drives and guide screws, wherein configuration and control of the dynamic state of the vibrational machine is ensured by recording the parameters of the dynamic state of the working body by the vibration sensors and transmission thereof to the information processing and control unit with a corresponding change in the position of the attachment assembly of the mass and inertia elements to the working body. The method includes excitation of vibrations of the working body of the vibrational technological machine and registration of displacements of the coordinates of movement of the vibrational technological machine. Additionally, using an apparatus for forming and controlling the dynamic state of a vibrational technological machine, the vibrations of the working body are configured, adjusted and controlled by introducing the information processing and control units connected with the vibration sensors recording the parameters of the dynamic state of the working body, to configure the dynamic state by changing the position of the attachment assembly of the mass and inertia elements to the working body using drives connected with the information processing and control units.EFFECT: technical result consists in maintaining the required amplitude during automatic configuration of the vibrations of the working body of the vibrational machine to the resonant mode.2 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано при создании, проектировании и модернизации существующих технологических машин.The proposed invention relates to vibration technology and can be used in the creation, design and modernization of existing technological machines.

Оборудование для реализации технологических процессов, в которых обрабатываемая деталь взаимодействует с вибрирующей гранулированной или сыпучей средой, получило распространение в последние годы в различных отраслях производственной деятельности: машиностроении, химической промышленности, строительстве, горнодобывающих производствах и др. [1]. Разработано и эксплуатируется большое количество вибрационных машин, обеспечивающих перемещение сыпучих сред, транспортирование и сортировку перемещаемых материалов, ориентацию деталей в автоматических сборочных комплексах и др. Разработка вибрационных технологических машин связана с решением задач динамики разнообразных по форме и содержанию взаимодействий элементов механических колебательных структур. Расчетные схемы вибрационных технологических машин в большинстве случаев могут, особенно на предварительных стадиях разработки, исследования и проектирования, рассматриваться как механические колебательные системы с несколькими степенями свободы и сосредоточенными параметрами, работающими в условиях малых колебаний рабочих органов, обладающих свойствами симметрии.Equipment for the implementation of technological processes, in which the workpiece interacts with a vibrating granular or free-flowing medium, has become widespread in recent years in various industries: mechanical engineering, chemical industry, construction, mining, etc. [1]. A large number of vibration machines have been developed and are operating, providing the movement of bulk media, transportation and sorting of materials being moved, orientation of parts in automatic assembly complexes, etc. Development of vibration technological machines is associated with solving the problems of dynamics of elements of mechanical vibrational structures that are diverse in form and content. In most cases, the design schemes of vibration technological machines can, especially at the preliminary stages of development, research and design, be considered as mechanical oscillatory systems with several degrees of freedom and lumped parameters, operating under conditions of small vibrations of working bodies with symmetry properties.

Рабочими органами вибрационных машин обычно являются твердые тела, имеющие продольные размеры, что обеспечивает реализацию совместных проявлений вертикальных поступательных и угловых вибраций.The working bodies of vibration machines are usually rigid bodies with longitudinal dimensions, which ensures the realization of joint manifestations of vertical translational and angular vibrations.

Разработка теоретических основ вибрационных технологий и оборудования для генерации вибрационных полей, реализации способов и средств измерения, контроля и формирования динамических состояний связано созданием определенного теоретического базиса, формируемого контактами таких научных направлений как теоретическая механика, динамика и прочность машин, теория колебаний, теория автоматического управления, системный анализ и математическое моделирование. Известность приобрели научные разработки Бабичева А.П., Бмехмана И.И., Гончаревича И.Ф., Вайсберга Л.А., Быховского И.И. Повидайло В.А. и др.The development of the theoretical foundations of vibration technologies and equipment for the generation of vibration fields, the implementation of methods and means of measurement, control and formation of dynamic states is associated with the creation of a certain theoretical basis formed by contacts of such scientific areas as theoretical mechanics, dynamics and strength of machines, vibration theory, automatic control theory, system analysis and mathematical modeling. The scientific developments of A.P. Babichev, I.I.Bmekhman, I.F.Goncharevich, L.A. Vaisberg, I.I. Bykhovsky became famous. Povidailo V.A. and etc.

Современные вибрационные машины представляют собой достаточно сложные промышленные установки, в которых с помощью вибровозбудителей на рабочих органах формируются соответствующие специфике технологических процессов распределения амплитуд колебаний точек рабочих органов в виде вибрационных полей, параметры которых контролируются, оцениваются, корректируются и изменяются с помощью специальных систем автоматического управления. Способы и средства оценки, контроля и управления технологическими состояниями разрабатываются не только для реализации динамических процессов, но и для решения возникающих сопутствующих задач динамики, относящихся к вибрационной защите и виброизоляции оборудования, приборов и аппаратуры.Modern vibration machines are rather complex industrial installations, in which, with the help of vibration exciters on the working bodies, the distribution of the vibration amplitudes of the points of the working bodies in the form of vibration fields corresponding to the specifics of technological processes are formed, the parameters of which are monitored, evaluated, corrected and changed using special automatic control systems. Methods and tools for assessing, monitoring and controlling technological states are developed not only for the implementation of dynamic processes, but also for solving the arising accompanying problems of dynamics related to vibration protection and vibration isolation of equipment, instruments and equipment.

Многообразие предлагаемых решений по повышению производительности, надежности работы и безопасности эксплуатации оборудования предопределяют инициативы поиска и разработки инновационных конструктивно-технических решений. Большой интерес представляет введение дополнительных связей, использование динамических эффектов связанности движений, в том числе динамического гашения колебаний и др.The variety of proposed solutions to increase productivity, reliability and safety of equipment operation predetermine the initiatives to search for and develop innovative design and technical solutions. Of great interest is the introduction of additional connections, the use of dynamic effects of connectedness of movements, including dynamic damping of oscillations, etc.

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

Известна полезная модель [Скрипка Д.О. «Вибрационная установка», 95574, МПК В22С 15/00, приоритет 10.07.2007], представляющее собой вибрационную установку включает раму, установленную на опоре, и вибровозбудитель колебаний с электродвигателем, отличающаяся тем, что в качестве рамы используют металлический блок-каркас с резиновой прокладкой по его краям, обшитый стальным тонколистовым прокатом и выполненный в форме параллелепипеда, при этом вибровозбудитель колебаний выполнен в виде рабочей машины с валом, имеющим измененный центр тяжести и установленным на подшипниках скольжения, причем вал рабочей машины и электродвигатель связаны между собой муфтой и жестко закреплены через опоры к пластине из железа через резиновую прокладку к каркасу рамы.Known useful model [Violin D.O. "Vibration installation", 95574, IPC В22С 15/00, priority 10.07.2007], which is a vibration installation includes a frame mounted on a support, and a vibration exciter with an electric motor, characterized in that a metal block frame with a rubber a gasket along its edges, sheathed with steel sheet rolled and made in the form of a parallelepiped, while the vibration exciter is made in the form of a working machine with a shaft having a changed center of gravity and mounted on sliding bearings, and the shaft of the working machine and the electric motor are interconnected by a coupling and rigidly fixed through the supports to the iron plate through the rubber gasket to the frame frame.

Недостатки представленного аналога: отсутствие математического описания работы вибрационной машины и средств регулирования динамического состояния.Disadvantages of the presented analogue: the lack of a mathematical description of the operation of the vibration machine and the means for regulating the dynamic state.

Известна вибрационная машина [Марченко А.Ю., Серга Г.В., Иванов А.Н. «Машина вибрационная для выделения семян», 2580433 С1, МПК A23N 4/12 (2006.01), приоритет 10.04.2016], содержащая корпус и установленный в нем полый перфорированный ротор, узел подачи воды, загрузочное и разгрузочное приспособления. Корпус выполнен в виде закрытого со всех сторон короба с расположенными поярусно, друг под другом, и соединенными жестко в единую технологическую цепочку тремя винтовыми пустотелыми перфорированными роторами, вибровозбудителем и упругими элементами. При этом каждый винтовой пустотелый перфорированный ротор смонтирован, по меньшей мере, из одной, свернутой в цилиндрические витки, соединенные друг с другом по продольным кромкам, перфорированной полосы, согнутой по размещенным под углом к ее продольным кромкам линиям сгиба, с образованием по наружной и внутренней поверхностям направленных в одну сторону винтовых линий и винтовых поверхностей в виде перфорированных карманов многоугольной формы. Причем расстояние между линиями сгиба равно длине каждого элемента многоугольника, при этом перфорированные карманы по внутренней поверхности могут отличаться от формы и размеров перфорированных карманов по наружной поверхности и по периметру барабана могут быть различными не только, но и по форме и направление винтовых линий каждого из поярусно ниже установленных пустотелых винтовых перфорированных роторов противоположно направлению винтовых линий пустотелых перфорированных роторов, смонтированных выше. Узел подачи воды включает смонтированные внутри корпуса над каждым винтовым пустотелым перфорированным ротором три коллектора и шесть патрубков, по два из которых введены через стенки корпуса внутрь каждого из трех винтовых пустотелых перфорированных роторов, а разгрузочные приспособления изготовлены в виде склизов, смонтированных внутри корпуса под углом к горизонту и с перфорациями на участках склизов, размещенных внутри корпуса. Устройство позволяет упростить конструкцию и расширить его технологические возможности, сократить габариты по длине и повысить эффективность отделения семян.Known vibration machine [Marchenko A.Yu., Serga GV, Ivanov A.N. "Vibrating machine for the extraction of seeds", 2580433 C1, IPC A23N 4/12 (2006.01), priority 10.04.2016], containing a housing and a hollow perforated rotor installed in it, a water supply unit, a loading and unloading device. The body is made in the form of a box closed on all sides with three helical hollow perforated rotors, vibration exciter and elastic elements, located in layers, one under the other, and rigidly connected into a single technological chain. In this case, each helical hollow perforated rotor is mounted, at least one, rolled into cylindrical turns connected to each other along the longitudinal edges, a perforated strip, bent along the fold lines placed at an angle to its longitudinal edges, with the formation of the outer and inner surfaces of helical lines directed in one direction and helical surfaces in the form of perforated polygonal pockets. Moreover, the distance between the fold lines is equal to the length of each element of the polygon, while the perforated pockets along the inner surface may differ from the shape and size of the perforated pockets along the outer surface and along the perimeter of the drum can be different not only, but also in the shape and direction of the helical lines of each of the belts below the installed hollow screw perforated rotors opposite to the direction of the helical lines of the hollow perforated rotors mounted above. The water supply unit includes three collectors and six nozzles mounted inside the housing above each screw hollow perforated rotor, two of which are introduced through the walls of the housing inside each of the three screw hollow perforated rotors, and the unloading devices are made in the form of skis, mounted inside the housing at an angle to horizon and with perforations in the areas of skis located inside the hull. The device allows to simplify the design and expand its technological capabilities, to reduce the length and to increase the efficiency of the separation of seeds.

В описании изобретения отсутствует математическое описание динамических эффектов, возникающих в процессе работы установки, а также нет средств регулирования динамического состояния.In the description of the invention, there is no mathematical description of the dynamic effects that occur during the operation of the installation, and there are no means for regulating the dynamic state.

Известно вибрационное устройство для просеивания и подачи материала [Чжу С. «Вибрационное устройство для просеивания и подачи материала», 2567250 С2, МПК В07В 1/28, В07В 1/42, приоритет 10.11.2015], выполненное с одним валом и с возможностью изменения траектории движения, содержит вибрационный короб, нижнюю опорную плиту, вибрационную пружину, вибрационный вал, установленный на вибрационном коробе. Вибрационная пружина установлена между вибрационным коробом и нижней опорной плитой. На двух сторонах вибрационного короба установлено множество групп стержневых узлов, ограничивающих траекторию движения и расположенных наклонно. Каждая группа стержневых узлов, ограничивающих траекторию движения, содержит два стержневых узла, ограничивающих траекторию движения, которые расположены симметрично с обеих сторон вибрационного короба, причем оба конца каждого стержневого узла, ограничивающего траекторию движения, шарнирно прикреплены к вибрационному коробу и нижней опорной плите.Known vibration device for sifting and feeding material [Zhu S. "Vibrating device for sieving and feeding material", 2567250 C2, IPC В07В 1/28, В07В 1/42, priority 10.11.2015], made with one shaft and with the possibility of changing trajectory of motion, contains a vibration box, a lower support plate, a vibration spring, a vibration shaft mounted on the vibration box. The vibration spring is installed between the vibration box and the bottom support plate. On both sides of the vibrating box, a plurality of groups of rod assemblies are installed that limit the trajectory of movement and are located obliquely. Each group of rod nodes limiting the trajectory of motion contains two rod assemblies that limit the trajectory of movement, which are located symmetrically on both sides of the vibration box, and both ends of each rod unit that limits the trajectory of movement are pivotally attached to the vibration box and the lower base plate.

Недостатками рассматриваемого изобретения являются влияние вибрационных воздействий на средства корректировки динамического состояния.The disadvantages of the invention under consideration are the influence of vibration effects on the means for correcting the dynamic state.

За прототип принимается изобретение [Пановко Г.Я., Шохин А.Е., Бармина О.В., Еремейкин С.А. «Способ управления амплитудой при автоматической настройке на резонансный режим колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя», 2653961, МПК В06В 1/14, приоритет 15.05.2018], заключающееся в том, что колебания рабочего органа вибрационной машины с демпфером с заданными диссипативными характеристиками возбуждают периодической силой за счет вращения дебаланса инерционного вибровозбудителя с приводом от асинхронного двигателя, частоту вращения которого настраивают на резонансный режим колебаний механической системы вибрационной машины по заданному алгоритму, для чего одновременно измеряют перемещение рабочего органа и угловое положение дебаланса. Затем измеряют рассогласование амплитуды колебаний рабочего органа с наперед заданным ее значением, изменяют величину диссипации энергии колебаний в демпфере, сводя величину рассогласования амплитуды колебаний рабочего органа к нулю, при этом изменение величины диссипации вычисляют по заданному алгоритму, который связывает амплитуду колебаний рабочего органа и диссипативные характеристики демпфера. Технический результат заключается в поддержании требуемой амплитуды при автоматической настройке на резонансный режим колебаний рабочего органа вибрационной машины.The prototype is the invention [Panovko G.Ya., Shokhin AE, Barmina OV, Eremeykin SA. "A method for controlling the amplitude during automatic tuning to the resonance mode of vibration of a vibration machine driven by an asynchronous motor", 2653961, IPC V06V 1/14, priority 15.05.2018], which consists in the fact that the vibrations of the working body of a vibration machine with a damper with given dissipative characteristics excited by a periodic force due to the rotation of the unbalance of an inertial vibration exciter driven by an asynchronous motor, the rotation frequency of which is tuned to the resonant vibration mode of the mechanical system of the vibration machine according to a given algorithm, for which the displacement of the working body and the angular position of the unbalance are simultaneously measured. Then the mismatch of the vibration amplitude of the working body is measured with its predetermined value, the value of the dissipation of the vibration energy in the damper is changed, reducing the value of the mismatch of the vibration amplitude of the working body to zero, while the change in the magnitude of the dissipation is calculated according to a given algorithm, which connects the vibration amplitude of the working body and the dissipative characteristics damper. The technical result consists in maintaining the required amplitude with automatic tuning to the resonance mode of vibrations of the working body of the vibration machine.

Основными недостатками прототипа являются отсутствие математического описания возникающих эффектов. Также не принимается во внимание вращательная степень свободы движения рабочего органа.The main disadvantages of the prototype are the lack of a mathematical description of the arising effects. Also, the rotational degree of freedom of movement of the working body is not taken into account.

Задачей предлагаемого изобретения является настройка динамического состояния вибрационной технологической машины при помощи изменения положения узла крепления упруго-массовой структуры к рабочему органу.The objective of the present invention is to adjust the dynamic state of the vibrating technological machine by changing the position of the attachment point of the elastic-mass structure to the working body.

Устройство формирования и управления динамическим состоянием вибрационной технологической машины, состоящее из рабочего стола, приводов, блока управления и вибродатчиков, отличающееся тем, что дополнительно включены блоки обработки информации и управления, два массоинерционных элемента, расположенные на концах стержней и соединенные между собой упругим элементом в верхней части, причем стержни крепятся к каретке, установленной в нижней части рабочего органа с возможностью перемещения по полозьям при помощи приводов и ходовых винтов, причем за фиксации параметров динамического состояния рабочего органа вибрационными датчиками и передачи их в блок обработки и управления с соответствующим изменением положения узла крепления массоинерционных элементов к рабочему органу информации обеспечивается настройка и управление динамическим состоянием вибрационной машины.A device for forming and controlling the dynamic state of a vibration technological machine, consisting of a desktop, drives, a control unit and vibration sensors, characterized in that information processing and control units are additionally included, two mass-inertial elements located at the ends of the rods and interconnected by an elastic element in the upper parts, and the rods are attached to the carriage installed in the lower part of the working body with the ability to move along the runners using drives and lead screws, and for fixing the parameters of the dynamic state of the working body by vibration sensors and transferring them to the processing and control unit with a corresponding change in the position of the attachment point mass-inertial elements to the working body of information provide adjustment and control of the dynamic state of the vibration machine.

Способ формирования и управления динамическим состоянием вибрационной технологической машины, включающий возбуждение колебаний рабочего органа вибрационной технологической машины и регистрацию смещений координат движения вибрационной технологической машины, отличающееся тем, что дополнительно с использованием устройства формирования и управления динамическим состоянием вибрационной технологической машины по п. 1 осуществляют настройку, регулирование и управление колебаниями рабочего органа, для чего вводят блоки обработки информации и управления, соединенные с вибрационными датчиками, фиксирующими параметры динамического состояния рабочего органа, для настройки динамического состояния при помощи изменения положения узла крепления массоинерционных элементов к рабочему органу с помощью приводов, соединенных с блоками обработки информации и управления.A method of forming and controlling the dynamic state of a vibration technological machine, including excitation of vibrations of the working body of a vibration technological machine and registration of displacements of the coordinates of the movement of a vibration technological machine, characterized in that, additionally, using the device for forming and controlling the dynamic state of a vibration technological machine according to claim 1, adjustment is carried out, regulation and control of vibrations of the working body, for which information processing and control units are introduced, connected to vibration sensors that record the parameters of the dynamic state of the working body, to adjust the dynamic state by changing the position of the attachment point of mass-inertial elements to the working body using drives connected to the blocks information processing and management.

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

На фиг. 1 приведена принципиальная схема вибрационной технологической машины, содержащая опорную поверхность 1, пружины 2, 4, 6, 24, 26, массоинерционные элементы 3, 27, направляющие 5 и 25, приводы 7, 23, блоки обработки информации и управления 8, 22, коммуникации 9, 15, 21, вибрационные датчики 10, 20, рабочий орган 11, полозья 12, 19, ходовые винты 13, 18, каретка 14, стержни 16, 17.FIG. 1 shows a schematic diagram of a vibratory technological machine containing a supporting surface 1, springs 2, 4, 6, 24, 26, mass-inertial elements 3, 27, guides 5 and 25, drives 7, 23, information processing and control units 8, 22, communications 9, 15, 21, vibration sensors 10, 20, working body 11, skids 12, 19, lead screws 13, 18, carriage 14, rods 16, 17.

На фиг. 2 показана расчетная схема вибрационной технологической машины с дополнительными динамическими связями.FIG. 2 shows the design diagram of a vibrating technological machine with additional dynamic constraints.

На фиг. 3 приведена структурная схема исходной системы.FIG. 3 shows a block diagram of the original system.

Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.

Предлагаемое изобретение представляет собой механическую колебательное систему, состоящую из рабочего органа 11 в виде твердого тела, опирающегося на упругие элементы (пружины) 6 и 24, имеющую специальную систему формирования динамических параметров работы с помощью специальных устройств и система оценки состояния и управления параметрами вибрационного поля на основе применения специальных средств настройки и коррекции. Возбуждается рабочий орган 11 вибрационное устройством, приложенным в т. Е на расстоянии

от центра масс. В т. D к рабочему органу шарнирно закрепляется два стержня 16 и 17 длинами

точка D является шарниром, закрепленным на каретке 14, которая перемещается по специальным полозьям 12, 19, имеющим соединение типа «ласточкин хвост». Движение создается с помощью ходовых винтов 13, 18 приводимых в движение специальными приводами 7 и 23. Параметры динамического состояния рабочего органа 11 фиксируются вибрационными датчиками 10, 20; информация дается передается по коммуникациям 9, 15, 21 в блоки обработки информации и управления 8, 22. Движение каретки через стержни или рычаги 16, 17 передается массоинерционным элементам 3 и 27 в точках D₁ и D₂. Массоинерционные элементы соединяются между собой по цепной схеме пружинами 2, 4, 26. Горизонтальное движение элементов массами m₁ и m₂ обеспечивается специальными направляющими 5 и 25.The proposed invention is a mechanical oscillatory system consisting of a working body 11 in the form of a solid body, resting on elastic elements (springs) 6 and 24, having a special system for generating dynamic parameters of work using special devices and a system for assessing the state and controlling the parameters of the vibration field on based on the use of special adjustment and correction tools. The working body 11 is excited by a vibration device applied, including E at a distance

from the center of mass. In point D, two

rods

16 and 17 in lengths are hinged to the working body

point D is a hinge attached to the carriage 14, which moves along

special runners

12, 19 having a dovetail connection. The movement is created using

lead screws

13, 18 driven by

special drives

7 and 23. The parameters of the dynamic state of the working body 11 are recorded by

vibration sensors

10, 20; information is transmitted through

communications

9, 15, 21 to the information processing and

control units

8, 22. The movement of the carriage through the rods or

levers

16, 17 is transmitted to the mass-

inertial elements

3 and 27 at points D ₁ and D ₂ . The mass-inertial elements are connected to each other in a chain pattern by

springs

2, 4, 26. The horizontal movement of elements with masses m ₁ and m _{2 is} provided by

special guides

5 and 25.

Способ формирования и управления экономическим состоянием обеспечивается смещением т. D относительно центра масс (т. О) на величину

то есть расчетную величину, обеспечивающую необходимые параметры вибрационного состояния. Настройка и коррекция могут производиться как вручную (перед запуском машины) или осуществляться автоматически через блок обработки информации и управления.The method for the formation and management of the economic state is provided by the displacement of point D relative to the center of mass (point O) by the value

that is, a calculated value that provides the necessary parameters of the vibration state. Adjustment and correction can be done either manually (before starting the machine) or carried out automatically through the information processing and control unit.

Теоретическое обоснованиеTheoretical justification

Расчетная схема вибрационной технологической машины с рычажным устройством для формирования дополнительных динамических связей представляет собой механическую колебательную систему с двумя степенями свободы, состоящую из протяженного твердого тела, обладающего массой Μ и моментом инерции J. Твердое тело опирается на базовые упругие элементы с жесткостями k₁ и k₂. Движение системы описывается в координатах у₁ и у₂; система координат связана с неподвижным базисом (фиг. 2). Твердое тело связано с рычажной системой из двух стержней длинными

которые имеют общий вращательный шарнир (узел) в т. D твердого тела на расстоянии

Другие концы рычагов шарнирно соединены в тт. D₁, D₂ с массоинерционными элементами массами m₁ и m₂; инерционные элементы связаны между собой пружинами с жесткостями k₁₀, k₂, k₂₀. Движение дополнительных массоинерционных элементов происходит по направляющим относительно неподвижной опорной поверхности. Предполагается, что система обладает линейными свойствами и совершает малые колебания относительно положения статического равновесия.The design diagram of a vibratory technological machine with a lever device for the formation of additional dynamic links is a mechanical vibrational system with two degrees of freedom, consisting of an extended rigid body with a mass Μ and a moment of inertia J. The rigid body rests on basic elastic elements with stiffnesses k ₁ and k ₂ . The movement of the system is described in coordinates y ₁ and y ₂ ; the coordinate system is associated with a fixed basis (Fig. 2). The rigid body is connected with a lever system of two rods with long

which have a common rotational joint (node) at point D of a rigid body at a distance

The other ends of the levers are pivotally connected in tt. D ₁ , D ₂ with mass-inertial elements of masses m ₁ and m ₂ ; inertial elements are interconnected by springs with stiffness k ₁₀ , k ₂ , k ₂₀ . The movement of additional mass-inertial elements occurs along the guides relative to the fixed support surface. It is assumed that the system has linear properties and makes small oscillations about the static equilibrium position.

При оценке динамических свойств исходной системы предполагает полагается также, что угол наклона стержней обеспечивает при отсутствии эффектов самоторможения. При выводе уравнений движения и построении математических моделей используется методика, изложенная в работе [2].When assessing the dynamic properties of the original system, it is also assumed that the angle of inclination of the rods provides in the absence of self-braking effects. When deriving the equations of motion and constructing mathematical models, the technique described in [2] is used.

Для проведения соответствующих расчетов используются следующие соотношения между координатами и параметрами системы, расчетная схема которой представлена на фиг. 2To carry out the corresponding calculations, the following relationships are used between the coordinates and parameters of the system, the design diagram of which is shown in Fig. 2

Координаты у₁₀, у₂₀ находятся в зависимости от параметров дополнительных связей, полагаемых рычажными механизмамиCoordinates at ₁₀ , at ₂₀ are depending on the parameters of additional links, assumed by the lever mechanisms

В выражениях (2) и (3) i₁ и i₂ являются передаточными отношениями, которые формируются из плоского движения стержней, совершающих вращение относительно мгновенного центра скоростей. В данном случаеIn expressions (2) and (3) i ₁ and i ₂ are the gear ratios that are formed from the plane motion of the rods, which rotate about the instantaneous center of velocities. In this case

Где

- параметры положения твердого тела в статическом состоянии.Where

- parameters of the position of a rigid body in a static state.

Для дальнейших расчетов определим выражения для кинетической и потенциальной энергий системы в выбранных координатахFor further calculations, we define expressions for the kinetic and potential energies of the system in the selected coordinates

Сделаем промежуточные выкладки, полагая, что:Let's make intermediate calculations, assuming that:

Где

- является расстояниями

(фиг. 2).Where

- are the distances

(Fig. 2).

Обозначим y_D = ay₁ + by₂, тогда:We denote y _D = a y ₁ + by ₂ , then:

где где

where where

В этом случае выражения (6), (7) примут вид:In this case, expressions (6), (7) will take the form:

После преобразований Лапласа при нулевых начальных условиях получим систему уравнений движения в операторной форме [2]After Laplace transforms with zero initial conditions, we obtain a system of equations of motion in operator form [2]

Для удобства дальнейших расчетов и получения необходимых аналитических соотношений введем ряд обозначений:For the convenience of further calculations and obtaining the necessary analytical relationships, we introduce a number of designations:

Передаточная функция межпарциальных связей имеет вид:The transfer function of interpartial connections is as follows:

Характеристическое частотное уравнение системы может быть записано в виде:The characteristic frequency equation of the system can be written as:

Наличие полученных выражений позволяет оценить возможности изменения динамических свойств системы в плане приведения технологического процесса (11), (12).The presence of the obtained expressions makes it possible to assess the possibility of changing the dynamic properties of the system in terms of reducing the technological process (11), (12).

1. На основе использования системы уравнений в операторной форме может быть построена структурная математическая модель системы (как это представлено на фиг. 3). В физическом смысле, механическая колебательная система (фиг. 2), может быть отображена эквивалентной в динамическом отношении структурной схемой некоторой системы автоматического управления. Это позволяет использовать получаемые при таком подходе передаточные функции и другие характеристики с использованием аналитического аппарата теории автоматического управления; естественно, в определенных границах, в частности, при вибрационных воздействиях монигармонической природы.1. Based on the use of a system of equations in operator form, a structural mathematical model of the system can be constructed (as shown in Fig. 3). In the physical sense, a mechanical oscillatory system (Fig. 2) can be displayed by a dynamically equivalent structural diagram of some automatic control system. This makes it possible to use the transfer functions and other characteristics obtained with this approach using the analytical apparatus of the theory of automatic control; naturally, within certain limits, in particular, with vibrational influences of a moniharmonic nature.

В выражениях (13)-(22) переменная p - является комплексной величиной p=jω (j=√-1), значок ↔ над переменной означает ее изображение по Лапласу [2].In expressions (13) - (22), the variable p is a complex quantity p = jω (j = √-1), the symbol ↔ above the variable means its Laplace image [2].

В данном случае исходный объект отображается как механическая колебательная система с двумя степенями свободы при совместном действии двух гармонических силовых факторов одной частоты, но разной амплитуды. Частоты собственных колебаний системы могут быть найдены из характеристического частотного уравнения (22) аналитически.In this case, the original object is displayed as a mechanical oscillatory system with two degrees of freedom under the combined action of two harmonic force factors of the same frequency, but different amplitudes. The natural frequencies of the system can be found analytically from the characteristic frequency equation (22).

Из полученных уравнений движения и передаточных функций, определяемых из структурной схемы на фиг. 3, могут быть получены выражения для определения частот динамического гашения колебаний и значений отношения амплитуд колебаний при предельных частотахFrom the obtained equations of motion and transfer functions determined from the block diagram in Fig. 3, expressions can be obtained to determine the frequencies of dynamic damping of oscillations and the values of the ratio of the amplitudes of oscillations at limiting frequencies

При p → 0 (ω → 0)As p → 0 (ω → 0)

При p → ∞ (ω → ∞)As p → ∞ (ω → ∞)

Особенностью предлагаемого подхода в оценке и формировании динамических состояний рабочего органа является то, что введение рычажных связей формирует и новые динамические режимы работы вибрационной технологической машины. В частности, структурная математическая модель (фиг. 3) отображает принципиальные возможности «обнуления» межпарциальных связей на частоте, определяемой из (17), (18).A feature of the proposed approach in assessing and forming the dynamic states of the working body is that the introduction of lever links also forms new dynamic modes of operation of a vibrating technological machine. In particular, the structural mathematical model (Fig. 3) reflects the fundamental possibilities of "zeroing" interpartial relationships at the frequency determined from (17), (18).

Используя полученные аналитические соотношения, определяющие возможности изменения динамических состояний за счет варьирования передаточными отношениями, величинами присоединяемых масс m₁, m₂, а также значениями жесткостей k₁₀, k₂₀, k₃₀, которые находятся в зоне доступа для ручной поднастройки, можно поддерживать рациональные регламенты технологического процесса.Using the obtained analytical relations, which determine the possibility of changing dynamic states by varying the gear ratios, the values of the added masses m ₁ , m ₂ , as well as the values of the stiffnesses k ₁₀ , k ₂₀ , k ₃₀ , which are in the access zone for manual adjustment, it is possible to maintain rational technological process regulations.

Список использованных источниковList of sources used

1. Копылов Ю.Р. Динамика процессов виброударного упрочнения: монография / Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2011. - 569 с.1. Kopylov Yu.R. Dynamics of vibroimpact hardening processes: monograph / Voronezh: IPC "Scientific book", 2011. - 569 p.

2. Елисеев С. В. Прикладной системный анализ и структурное математическое моделирование (динамика транспортных и технологических машин: связность движений, вибрационные взаимодействия, рычажные связи): монография - Иркутск: ИрГУПС, 2018. - 692 с.2. Eliseev S. V. Applied system analysis and structural mathematical modeling (dynamics of transport and technological machines: connectivity of movements, vibrational interactions, lever connections): monograph - Irkutsk: IrGUPS, 2018. - 692 p.

Claims

1. A device for the formation and control of the dynamic state of a vibration technological machine, consisting of a working body, drives, a control unit and vibration sensors, characterized in that the information processing and control units are additionally included, two mass-inertial elements located at the ends of the rods and interconnected by an elastic element in the upper part, and the rods are attached to the carriage installed in the lower part of the working body with the ability to move along the runners using drives and lead screws, and by fixing the parameters of the dynamic state of the working body by vibration sensors and transferring them to the information processing and control unit with the corresponding by changing the position of the attachment point of mass-inertial elements to the working body, adjustment and control of the dynamic state of the vibration machine is provided.

2. A method of forming and controlling the dynamic state of a vibration technological machine, including excitation of vibrations of the working body of a vibration technological machine and registration of displacements of the coordinates of movement of a vibration technological machine, characterized in that, additionally, using a device for forming and controlling the dynamic state of a vibration technological machine according to claim 1 adjustment, regulation and control of vibrations of the working body, for which information processing and control units are introduced, connected to vibration sensors that record the parameters of the dynamic state of the working body, to adjust the dynamic state by changing the position of the attachment point of mass-inertial elements to the working body using drives connected with information processing and control units.