RU2339462C2 - Method of generating resonant mechanical oscillations and device for implementation of method - Google Patents
Method of generating resonant mechanical oscillations and device for implementation of method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339462C2 RU2339462C2 RU2004116841/28A RU2004116841A RU2339462C2 RU 2339462 C2 RU2339462 C2 RU 2339462C2 RU 2004116841/28 A RU2004116841/28 A RU 2004116841/28A RU 2004116841 A RU2004116841 A RU 2004116841A RU 2339462 C2 RU2339462 C2 RU 2339462C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working body
- disturbing force
- angular frequency
- mass
- oscillations
- Prior art date
Links
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности.The invention relates to vibration technology and can be used in various industries.
Известен по авт. св. СССР № 1269854, В06В 1/14 способ возбуждения колебаний заданной частоты в вибрационной резонансной системе с двумя степенями свободы, заключающийся в том, что на вибрационную резонснсную систему воздействуют возмущающей силой, при этом для вибрационных систем с упругими элементами, имеющими билинейную характеристику с изломом в положении статического равновесия, частоту ν возмущающей силы выбирают близкой к сумме двух собственных частот ω1 и ω2 колебательной системы и определяют из соотношенияKnown by author St. USSR No. 1269854, B06B 1/14, a method of exciting oscillations of a given frequency in a vibrational resonance system with two degrees of freedom, which consists in the fact that a vibrating resonance system is subjected to a disturbing force, while for vibration systems with elastic elements having a bilinear characteristic with a kink in the position of static equilibrium, the frequency ν of the disturbing force is chosen close to the sum of the two natural frequencies ω 1 and ω 2 of the oscillatory system and is determined from the relation
где m1 и m2 - массы колеблющихся тел; K и K'=K+K1 - коэффициенты жесткости билинейной характеристики упругой подвески.where m 1 and m 2 are the masses of the oscillating bodies; K and K '= K + 1 K - stiffness coefficients of the bilinear elastic suspension characteristics.
Недостатком способа является необходимость применения уравновешивающей массы, которая, как правило, имеет величину того же порядка, что и масса рабочего органа. Это приводит к значительному увеличению металлоемкости устройства для осуществления способа. Кроме того, при большой массе рабочего органа получение резонансных колебаний на частотах возмущающей силы, создаваемых широко распространенными вибраторами (от 16 до 50 Гц), требует выполнения упругого элемента, связывающего рабочий орган и уравновешивающую массу, с исключительно высокой жесткостью. Это требование в свою очередь создает проблему при практической реализации, т.к. узел вибрационной установки, выполняющий функцию уравновешивающей массы, должен иметь в зонах вокруг мест присоединения упругого элемента практически на порядок более высокую жесткость, чем упругий элемент. В противном случае этот узел будет испытывать подобно упругому элементу значительные деформации, что приведет к его поломке.The disadvantage of this method is the need to use a balancing mass, which, as a rule, has a value of the same order as the mass of the working body. This leads to a significant increase in the metal consumption of the device for implementing the method. In addition, with a large mass of the working body, obtaining resonant oscillations at the frequencies of the disturbing force created by widespread vibrators (from 16 to 50 Hz) requires the implementation of an elastic element connecting the working body and the balancing mass with extremely high rigidity. This requirement in turn creates a problem in practical implementation, as the unit of the vibration unit, which performs the function of balancing mass, should have almost an order of magnitude higher stiffness in the zones around the points of attachment of the elastic element than the elastic element. Otherwise, this node will experience significant deformations like an elastic element, which will lead to its breakage.
Известен по авт. св. СССР № 1609515, В06В 1/16 способ возбуждения резонансных колебаний механических систем синхронным электродвигателем, заключающийся в подаче на электродвигатель электрического напряжения, в измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фазы измеренного сигнала, его усилении и подаче на электродвигатель, при этом одновременно подают напряжение на фазную обмотку и обмотку возбуждения электродвигателя, изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на обмотки, поворачивают статор до обеспечения условия возбуждения резонансных колебаний.Known by author St. USSR No. 1609515, V06V 1/16 a method of exciting resonant vibrations of mechanical systems by a synchronous electric motor, which consists in applying an electric voltage to the electric motor, measuring the vibrations of the mechanical system, performing a phase shift of the measured signal, amplifying it and applying it to the electric motor, while simultaneously applying voltage to the phase winding and the excitation winding of the electric motor, change the amplitude of the voltage supplied to the windings, rotate the stator to ensure the resonance excitation conditions fluctuations.
Данному способу присущи те же недостатки, которые были указаны для предыдущего аналога. Кроме того, способ имеет ограниченные возможности для практического использования в силу высокой сложности, а также по причине использования синхронного электродвигателя, который значительно уступает асинхронному электродвигателю по объемам применения.This method has the same disadvantages that were indicated for the previous analogue. In addition, the method has limited possibilities for practical use due to its high complexity, as well as due to the use of a synchronous electric motor, which is significantly inferior to an asynchronous electric motor in terms of application volume.
Известен по авт. св. СССР № 1726055, В06В 1/16 способ поддержания резонансных колебаний механической системы синхронным электродвигателем, заключающийся в подаче напряжения одновременно на фазную обмотку и обмотку возбуждения электродвигателя, измерении колебаний механической системы, осуществлении сдвига фаз измеренного сигнала, усилении его и подаче на электродвигатель, при этом изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на электродвигатель, и поворачивают статор до обеспечения условий возбуждения резонансных колебаний, при измерении колебаний определяют ускорение колебаний механической системы, осуществляют сдвиг фазы измеренного сигнала на π/2, изменяют амплитуду напряжения, подаваемого на фазную обмотку, и поворачивают статор до совпадения движущего момента с моментом нагрузки, а на обмотку возбуждения подают постоянное напряжение.Known by author St. USSR No. 1726055, V06V 1/16 a method of maintaining resonant vibrations of a mechanical system with a synchronous electric motor, which consists in applying voltage to the phase winding and the excitation winding of the electric motor simultaneously, measuring the vibrations of the mechanical system, performing phase shift of the measured signal, amplifying it and applying it to the electric motor, change the amplitude of the voltage supplied to the electric motor, and rotate the stator to ensure the conditions for the excitation of resonant oscillations, when measuring the oscillations I determine acceleration oscillations of the mechanical system, the phase shift is performed on the measured signal π / 2, change the voltage amplitude applied to the phase winding, the stator and rotated to match the drive torque to a torque load and to the excitation winding supplied DC voltage.
Данный способ имеет те же недостатки, которые были указаны для предыдущего аналога.This method has the same disadvantages that were indicated for the previous analogue.
В качестве прототипа выбран способ, осуществленный практически в резонансных вибрационных бункерных питателях и виброподъемниках (см. стр.42-45 и стр.67-69 в книге В.А.Повидайло, Р.И.Силин, В.А.Щигель. Вибрационные устройства в машиностроении. Машгиз, Москва-Киев, 1962). Анализ конструкций этих устройств, а также описаний их работы позволяет отнести к существенным признакам осуществленного в устройствах способа следующие признаки: рабочий орган устройства связывают упругой связью в виде цилиндрических стержней с реактивной массой, которую устанавливают на основании с помощью виброизолирующих опор, воздействуют на рабочий орган и реактивную массу возмущающей силой взаимодействия, резонансные колебания рабочего органа возбуждают на его упругой связи с реактивной массой, настройку колебаний рабочего органа в резонанс с угловой частотой возмущающей силы осуществляют подстройкой жесткости колебательной системы путем изменения длины цилиндрических стержней.As a prototype, a method was chosen that was implemented practically in resonant vibration bunker feeders and vibro-lifters (see pages 42-45 and pages 67-69 in the book by V. A. Povidailo, R. I. Silin, V. A. Schigel. devices in mechanical engineering.Mashgiz, Moscow-Kiev, 1962). An analysis of the designs of these devices, as well as descriptions of their work, can be attributed to the essential features of the method implemented in the devices the following signs: the working body of the device is connected by an elastic bond in the form of cylindrical rods with a reactive mass, which is installed on the base using vibration isolating supports, act on the working body and the reactive mass by the disturbing force of the interaction, the resonant vibrations of the working body excite on its elastic connection with the reactive mass, the adjustment of the working vibrations body in resonance with the angular frequency of the disturbing force is carried out by adjusting the rigidity of the oscillatory system by changing the length of the cylindrical rods.
Недостатки прототипа: необходимость применения реактивной массы, затрудненность практической реализации при большой массе рабочего органа.The disadvantages of the prototype: the need for reactive mass, the difficulty of practical implementation with a large mass of the working body.
Задачей изобретения является получение резонансных механических колебаний рабочего органа вибрационной установки относительно инерционного вибратора без применения реактивной массы.The objective of the invention is to obtain resonant mechanical vibrations of the working body of the vibration unit relative to the inertial vibrator without using a reactive mass.
Решение задачи достигается тем, что в предлагаемом способе получения резонансных механических колебаний на рабочий орган вибрационной установки воздействуют возмущающей силой, настройку колебаний рабочего органа в резонанс с угловой частотой возмущающей силы осуществляют подстройкой жесткости колебательной системы, при этом рабочий орган связывают с основанием виброизолирующей упругой связью, возмущающую силу создают инерционным вибратором и передают ее рабочему органу через дополнительную упругую связь, резонансные колебания рабочего органа возбуждают на дополнительной упругой связи относительно инерционного вибратора, причем резонансную угловую частоту возмущающей силы задают по формуле для определения угловой частоты квазисвободных колебаний рабочего органа в колебательной системе, в которой инерционный вибратор рассматривается как псевдоопора, - «масса рабочего органа - дополнительная упругая связь - псевдоопора»:The solution to the problem is achieved by the fact that in the proposed method for producing resonant mechanical vibrations, the working body of the vibration unit is affected by a disturbing force, the vibrations of the working body are resonated with the angular frequency of the disturbing force by adjusting the stiffness of the oscillating system, while the working body is connected to the base with a vibration-isolating elastic bond, the perturbing force is created by an inertial vibrator and transmitted to the working body through an additional elastic coupling, resonant vibrations p The working body is excited on additional elastic coupling relative to the inertial vibrator, and the resonant angular frequency of the disturbing force is set by the formula for determining the angular frequency of quasi-free vibrations of the working body in the oscillatory system, in which the inertial vibrator is considered as a pseudo-support, - "mass of the working body - additional elastic connection - pseudo-support ":
где ω - угловая частота квазисвободных колебаний рабочего органа. рад/с;where ω is the angular frequency of quasi-free oscillations of the working body. rad / s;
C - жесткость дополнительной упругой связи, Н/м ;C is the stiffness of the additional elastic bond, N / m;
W - масса рабочего органа, кг.W is the mass of the working body, kg
Решение задачи достигается также тем, что устройство для получения резонансных механических колебаний содержит рабочий орган и источник возмущающей силы, причем рабочий орган связан с основанием с помощью виброизолирующей упругой связи, в качестве источника возмущающей силы применен инерционный вибратор, связанный с рабочим органом через дополнительную упругую связь, выполненную с возможностью ее подстройки, при этом дополнительная упругая связь выполнена с расчетной жесткостью, определяемой по формулеThe solution to the problem is also achieved by the fact that the device for producing resonant mechanical vibrations contains a working body and a source of perturbing force, and the working body is connected to the base with a vibration-isolating elastic coupling, an inertial vibrator is used as a source of disturbing force, connected to the working body through an additional elastic connection made with the possibility of its adjustment, while the additional elastic connection is made with the calculated stiffness, determined by the formula
где Ср - расчетная жесткость дополнительной упругой связи, Н/м,where With p - the estimated stiffness of the additional elastic bonds, N / m,
ωн - номинальное значение угловой частоты возмущающей силы вибратора, рад/с,ω n - the nominal value of the angular frequency of the disturbing force of the vibrator, rad / s,
m - масса рабочего органа, кг.m is the mass of the working body, kg
Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новый технический результат: получить резонансные механические колебания рабочего органа вибрационной установки относительно инерционного вибратора без применения реактивной массы.The application of the proposed set of essential features allows you to get a new technical result: to obtain resonant mechanical vibrations of the working body of the vibration unit relative to the inertial vibrator without using a reactive mass.
Анализ уровня техники в области вибрационной техники показал, что предложенная в данном способе совокупность существенных признаков является новой, явным образом не следует из уровня техники и, таким образом, предлагаемое изобретение является новым и имеет "изобретательский уровень".The analysis of the prior art in the field of vibration technology showed that the combination of essential features proposed in this method is new, does not explicitly follow from the prior art and, therefore, the present invention is new and has an "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема вибрационного устройства в различных вариантах исполнения для осуществления способа получения резонансных механических колебаний.The invention is illustrated by the drawing, which shows a schematic diagram of a vibrating device in various embodiments for implementing the method of producing resonant mechanical vibrations.
Устройство содержит рабочий орган 1, который через виброизолирующую связь 2 связывают с опорой 3. Инерционный вибратор 4 связан с рабочим органом через дополнительную упругую связь 5, выполненную с возможностью подстройки.The device contains a working body 1, which through a vibration-isolating connection 2 is connected with a support 3. The inertial vibrator 4 is connected with the working body through an additional elastic connection 5, made with the possibility of adjustment.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Инерционный вибратор 4 настраивают на режим создания возмущающей силы с заведомо меньшей амплитудой, чем требуется в номинальном режиме работы вибрационной установки. При максимальном значении массы рабочего органа 1 включают инерционный вибратор 4 и создают возмущающую силу, которая через дополнительную упругую связь 5 передается к рабочему органу. Возникающие при этом вынужденные колебания рабочего органа настраивают в режим резонанса с угловой частотой возмущающей силы путем подстройки жесткости дополнительной упругой связи 5. После этого подбирают амплитуду возмущающей силы, при которой достигается требуемое максимальное значение заданного параметра резонансных колебаний - амплитуды или виброускорения колебаний. Вибратор настраивают на выбранное значение амплитуды возмущающей силы. На этом заканчивается настройка устройства для работы. Незначительные изменения массы рабочего органа, которые могут происходить по технологическим причинам, будут приводить к незначительному смещению резонансной кривой колебательной системы относительно угловой частоты возмущающей силы. При указанной настройке устройства уменьшение массы рабочего органа будет приводить автоматически к незначительному уменьшению амплитуды резонансных колебаний рабочего органа, и наоборот.The inertial vibrator 4 is set to create a disturbing force with a known lower amplitude than is required in the nominal operating mode of the vibrating installation. At the maximum value of the mass of the working body 1 include an inertial vibrator 4 and create a disturbing force, which through an additional elastic connection 5 is transmitted to the working body. The forced vibrations of the working body that arise in this case are tuned into resonance mode with the angular frequency of the disturbing force by adjusting the stiffness of the additional elastic coupling 5. After that, the amplitude of the disturbing force is selected at which the required maximum value of the specified parameter of the resonant vibrations is reached - the amplitude or vibration acceleration. The vibrator is tuned to the selected value of the amplitude of the disturbing force. This completes the setup of the device to work. Slight changes in the mass of the working body, which can occur for technological reasons, will lead to a slight shift of the resonance curve of the oscillatory system relative to the angular frequency of the disturbing force. With the specified device settings, a decrease in the mass of the working body will automatically lead to a slight decrease in the amplitude of the resonant vibrations of the working body, and vice versa.
Способ получения резонансных механических колебаний осуществляется следующим образом.The method of obtaining resonant mechanical vibrations is as follows.
Рабочий орган связывают упругой виброизолирующей связью с основанием и дополнительной упругой связью с инерционным вибратором. Задают угловую частоту возмущающей силы, равную частоте квазисвободных колебаний рабочего органа в колебательной системе, в которой инерционный вибратор рассматривается как псевдоопора, - «масса рабочего органа - дополнительная упругая связь - псевдоопора». На этой частоте инерционным вибратором создают возмущающую силу с заведомо меньшей амплитудой, чем требуется в номинальном режиме резонансных колебаний. Изменяя жесткость дополнительной упругой связи, возбуждают резонансные колебания рабочего органа при максимальной его массе на дополнительной упругой связи с инерционным вибратором и настраивают систему на максимальную амплитуду колебаний. После этого подбирают амплитуду возмущающей силы, при которой достигается требуемое максимальное значение заданного параметра резонансных механических колебаний - амплитуды или виброускорения колебаний. Вибратор настраивают на выбранное значение амплитуды возмущающей силы. На этом заканчиваются действия, требуемые для осуществления способа.The working body is connected by an elastic vibration-isolating connection with the base and an additional elastic connection with an inertial vibrator. The angular frequency of the perturbing force is set equal to the frequency of quasi-free oscillations of the working body in the oscillatory system, in which the inertial vibrator is considered as a pseudo-support, - "mass of the working body - additional elastic connection - pseudo-support". At this frequency, an inertial vibrator creates a disturbing force with a known lower amplitude than is required in the nominal mode of resonant vibrations. Changing the stiffness of the additional elastic connection, excite the resonant vibrations of the working body with its maximum mass on an additional elastic connection with an inertial vibrator and adjust the system to the maximum amplitude of the oscillations. After that, the amplitude of the disturbing force is selected at which the required maximum value of the specified parameter of the resonant mechanical vibrations is reached - the amplitude or vibration acceleration. The vibrator is tuned to the selected value of the amplitude of the disturbing force. This ends the actions required to implement the method.
Данный способ в сравнении с прототипом имеет преимущество, т.к. позволяет получать резонансные механические колебания относительно инерционного вибратора без применения реактивной массы.This method in comparison with the prototype has the advantage, because allows you to get resonant mechanical vibrations relative to the inertial vibrator without the use of reactive mass.
Для проверки возможности практического осуществления способа была изготовлена по схеме устройства для реализации способа модель устройства со следующими данными: масса инерционного лабораторного вибратора, выполненного на базе электромотора постоянного тока, mв=1,5 кг; масса, имитирующая рабочий орган, выбиралась по распространенному на практике соотношению m≥10 mв, принято m=15 кг; соотношение жесткостей дополнительной и виброизолирующей упругих связей выбиралось с учетом требования виброизоляции (см. стр.102 в книге В.А.Ивович, В.Я.Онищенко. Защита от вибрации в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990), при этом для C=20·104 Н/м жесткость виброизолирующей связи была выбрана равной Со=1,2·104 Н/м. Угловую частоту возмущающей силы изменяли реостатом, включенным в цепь питания вибратора. Эксперименты показали, что колебательная система имеет три резонансные угловые частоты: низшую ωн=27 рад/с (проявляется при резонансе колебаний массы «рабочего органа» совместно с массой вибратора на виброизолирующей связи относительно основания), среднюю ωс=119 рад/с (проявляется при резонансе колебаний массы «рабочего органа» на дополнительной упругой связи относительно вибратора, выполняющего функции псевдоопоры), высшую ωв=365 рад/с (проявляется при резонансе колебаний массы вибратора на дополнительной упругой связи относительно массы «рабочего органа»). Таким образом, предложенное изобретение промышленно применимо.To test the feasibility of the practical implementation of the method, a device model was made according to the device diagram for implementing the method, with the following data: mass of an inertial laboratory vibrator based on a direct current electric motor, m in = 1.5 kg; the mass imitating the working body, was selected according to the ratio, widespread in practice, m≥10 m in , accepted m = 15 kg; the ratio of the stiffnesses of the additional and vibration-isolating elastic bonds was chosen taking into account the requirements of vibration isolation (see page 102 in the book by V.A. Ivovich, V.Ya. Onishchenko. Protection against vibration in mechanical engineering. M .: Mechanical Engineering, 1990), while for C = 20 · 10 4 N / m, the stiffness of the vibration-isolating connection was chosen equal to C o = 1.2 · 10 4 N / m The angular frequency of the disturbing force was changed by a rheostat included in the vibrator power circuit. The experiments showed that the oscillating system has three resonant angular frequencies: the lowest ω n = 27 rad / s (manifests itself in the resonance of the mass oscillations of the "working body" together with the mass of the vibrator on the vibration-insulating connection relative to the base), the average ω s = 119 rad / s ( manifests itself at a resonance of mass oscillations of the “working body” on an additional elastic connection with respect to the vibrator acting as a pseudo-support), higher ω в = 365 rad / s (manifests itself at a resonance of mass vibrations of the vibrator at an additional elastic bond with respect to m Assy "working body"). Thus, the proposed invention is industrially applicable.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004116841/28A RU2339462C2 (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Method of generating resonant mechanical oscillations and device for implementation of method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004116841/28A RU2339462C2 (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Method of generating resonant mechanical oscillations and device for implementation of method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004116841A RU2004116841A (en) | 2005-11-10 |
| RU2339462C2 true RU2339462C2 (en) | 2008-11-27 |
Family
ID=35865306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004116841/28A RU2339462C2 (en) | 2004-06-04 | 2004-06-04 | Method of generating resonant mechanical oscillations and device for implementation of method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2339462C2 (en) |
-
2004
- 2004-06-04 RU RU2004116841/28A patent/RU2339462C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004116841A (en) | 2005-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ghenna et al. | Vector control of piezoelectric transducers and ultrasonic actuators | |
| US9680414B1 (en) | Frequency and amplitude stabilization in MEMS and NEMS oscillators | |
| Boikov et al. | Experimental study of unbalanced rotors synchronization of the mechatronic vibration setup | |
| RU2339462C2 (en) | Method of generating resonant mechanical oscillations and device for implementation of method | |
| RU2572657C1 (en) | Method of automatic setting of resonant modes of oscillations of vibration machine driven by induction motor | |
| RU2653961C1 (en) | Method of the amplitude controlling during the automatic tuning to the driven by induction motor vibrating machine vibrations resonance mode | |
| RU2335351C2 (en) | Method of deriving and regulation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335352C2 (en) | Method of deriving and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335356C2 (en) | Method of excitation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335350C2 (en) | Method of excitation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| Sado et al. | Chaotic vibration of an autoparametrical system with a non-ideal source of power | |
| RU2335354C2 (en) | Method of excitation and regulation of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335353C2 (en) | Method of excitation and keeping of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| RU2335355C2 (en) | Method of excitation and maintenance of resonance mechanical oscillations and device for its realisation | |
| JP2014009942A (en) | Resonance oscillation base | |
| RU2753983C1 (en) | Method for automatic tuning of resonant vibration modes of vibration machine driven by asynchronous motor | |
| RU2410167C1 (en) | Procedure for excitation of resonance mechanical oscillations and device for its implementation (versions) | |
| SU1269854A1 (en) | Method of exciting the oscillations | |
| RU2244755C2 (en) | Bibrostabilization unit | |
| RU68482U1 (en) | VIBRATION TRAY | |
| JPH09280310A (en) | Method for controlling vibration using anti-resonance and viscous dynamic vibration absorber | |
| SU1713671A1 (en) | Method of adjusting vibration machines with nonlinear flexible links to multicomponent resonance vibrations | |
| SU1106551A1 (en) | Electromechanical exciter of subharmonic oscillations | |
| JPH03256579A (en) | Ultrasonic wave motor | |
| RU2006173C1 (en) | Vibratory electric drive |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120605 |