Спосіб визначення параметрів тримасової механічної коливальної системи вібраційної машини з електромагнітним приводом

Корисна модель відноситься до області машинобудування - вібраційних машин і встановлює спосіб визначення параметрів тримасової механічної коливальної системи вібраційної машини з електромагнітним приводом і може бути використана для машин даного типу будь-якого призначення. Відомий спосіб визначення параметрів тримасової механічної коливальної системи вібраційної машини з електромагнітним приводом, згідно якого за фіксованих двох коливальних мас вимірюють значення їх інерційних параметрів W, а саме значення моменту інерції відносно власної центральної осі симетрії для крутильних коливань, або значення маси для прямолінійних коливань, а значення жорсткостей c1 та c2 на кручення при крутильних коливаннях або згин, чи стиск при прямолінійних коливаннях для двох пружних систем, що з'єднують попарно активну та проміжну коливальні маси з інерційними параметрами відповідно W a та W n, проміжну та реактивну коливальні маси з інерційними параметрами відповідно W n, та W p, визначають згідно виразів: 2 æ wö c1 = W a ç ÷ çz ÷ è 1ø ; 2 æ wö c 2 = Wp ç çz ÷ ÷ è 2ø , де w - колова частота вимушених гармонійних коливань збурюючого крутного момента для крутильних коливань, або сили для прямолінійних коливань, що виникає завдяки електромагнітним віброзбудникам і прикладається між проміжною та реактивною коливальними масами; z1, z2 - резонансні налагодження одномасових коливальних систем, що утворюються відповідно активною коливальною масою і пружною системою, що з'єднує активну та проміжну коливальні маси, та реактивною коливальною масою і пружною системою, що з'єднує проміжну та реактивну коливальні маси [Повідайло В.О. Вібраційні процеси та обладнання: Навч. посібник. - Львів: Видавництво Національного університету «Львівська політехніка», 2004. (с. 137)]. Однак, користуючись таким способом визначення параметрів тримасової механічної коливальної системи вібраційної машини з електромагнітним приводом, в конструкцію механічної коливальної системи наперед закладається принцип антифазного руху коливальних мас: активної коливальної маси відносно реактивної, амплітуди яких обернено пропорційні величинам їх інерційних параметрів. Проміжна маса залишається умовно нерухомою. В такому випадку повітряний проміжок між якорем та осердям з котушкою електромагнітних віброзбудників, що закріплені до проміжної та реактивної коливальних мас, прямо залежить від амплітуди коливань реактивної коливальної маси. Збільшення амплітуди коливань робочого органу (в якості якого може виступати як активна, так і реактивна коливальні маси) призводить до неминучого зростання повітряного проміжку, що непропорційно знижує тягове зусилля віброзбудників і призводить до значного споживаної електроенергії. Це можна пояснити тим, що при збільшенні повітряного проміжку непропорційно зростає розсіювання потоків магнітного поля та магнітний опір самого проміжку, який є на багато більший за опір магнітопроводу віброзбудників. З врахуванням цих втрат на розвивання корисного зусилля залишається малий відсоток магніторушійної сили. Чим менший повітряний проміжок, тим більший ККД і тим більша частка електроенергії затрачається на корисне зусилля. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого способу визначення параметрів механічної коливальної системи тримасової вібраційної машини з електромагнітним приводом, використання якого забезпечить якісно нову картину руху коливальних мас, а саме синфазний рух (як одне ціле) проміжної і реактивної коливальних мас, що рухатимуться в протифазі до активної маси. Це позбавить впливу амплітуд коливальних маси на величину повітряного проміжку в електромагнітному віброзбуднику, який залишатиметься мінімально можливим і постійним, що суттєво знизить споживання електроенергії. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб визначення параметрів тримасової механічної коливальної системи вібраційної машини з електромагнітним приводом, згідно з яким за фіксованих двох коливальних мас вимірюють значення їх інерційних параметрів W, а саме значення моменту інерції відносно власної центральної осі симетрії для крутильних коливань, або значення маси для прямолінійних коливань, а значення жорсткостей c1 та с1 на кручення при крутильних коливаннях або згин, чи стиск при прямолінійних коливаннях для двох пружних систем, що з'єднують попарно активну та проміжну коливальні маси з інерційними параметрами відповідно W a та W n, проміжну та реактивну коливальні маси з інерційними параметрами відповідно W n та W a, визначають згідно з виразами: 2 æ wö c1 = W a ç ÷ çz ÷ è 1ø ; 2 æwö c2 = Wp ç ÷ , çz ÷ è 2ø де w - колова частота вимушених гармонійних коливань збурюючого крутного момента для крутильних коливань, або сили для прямолінійних коливань, що виникає завдяки електромагнітним віброзбудникам і прикладається між проміжною та реактивною коливальними масами; z1, z2 - резонансні налагодження одномасових коливальних систем, що утворюються відповідно активною коливальною масою і пружною системою, що з'єднує активну та проміжну коливальні маси, та реактивною коливальною масою і пружною системою, що з'єднує проміжну та реактивну коливальні маси, згідно корисної моделі встановлюють третю коливальну масу, а саме за фіксованих проміжної та реактивної коливальних мас значення інерційного параметра W a активної коливальної маси визначають за наступним виразом: 1 - z 2 WnWp (1 - 2 h) + W2 (1 - h) - h W2 n p Wa = 1 - z2 Wph - W n (1 - h ) + z2 Wp , де h Î (0...1) - частка жорсткості, що припадає на пружну систему, що з'єднує проміжну та реактивну коливальні маси; z - загальне резонансне налагодження тримасової механічної коливальної системи або за фіксованих активної та реактивної коливальних мас значення інерційного параметра W n проміжної коливальної маси визначають за наступним виразом: 1 Wn = - 1 - z 2 W a (1 - h) + W p (1 - 2h) + 2 × (1- h) × 1- z 2 ( ( )ë )( ( ( û ) )[ ( )( ) ) ) ( ù z 4 2W a Wp (1 - h) + W 2 (1 - h )2 + W 2 - 2z 2 W 2 (1 - h)2 + W 2 + ú a p a p ú, + 2W a W p (1- h ) + W 2 (1 - h)2 + W 2 a p ú û або за фіксованих активної та проміжної коливальних мас значення інерційного параметра W p реактивної коливальної маси визначають за наступним виразом: 1 Wp = 1 - z2 (Wn - 2h Wn - hW a ) - z2W a + 2 × h 1- z 2 + ( ) [( ) ) ( ( é + z4 2Wa Wp (1- h) + W 2 (1- h)2 + W2 - 2z2 ê W2 h - h2 a n a ë ) +W 2 2 n ù ù - W aWn ú + (hWa + Wn )2 ú, û ú û і для визначення значення жорсткості c1 пружної системи, що з'єднує активну та проміжну коливальні маси, резонансне налагодження z1 встановлюють як: z z1 = , Wp h + Wn (h - 1) (h - 1)(W a + Wn ) + Wph а для визначення значення жорсткості с2 пружної системи, що з'єднує проміжну та реактивну коливальні маси, резонансне налагодження z2 встановлюють як: z z2 = . h Використання запропонованого способу вибору параметрів механічної коливальної системи тримасової вібраційної машини з електромагнітним приводом дозволить отримувати механічні коливальні системи в котрих реалізований новий принцип руху коливальних мас, де амплітуди активної та реактивної коливальних маси не впливатимуть на величину повітряного проміжку в електромагнітному віброзбуднику, який залишатиметься мінімально можливим і постійним. Це досягається завдяки тому, що якір і осердя електромагнітного віброзбудника рухатимуться синфазно одне відносно одного з мінімальним постійним повітряним проміжком, що дозволить значно підвищити ККД віброзбудників, а отже знизити затрати електроенергії. В вібраційних машинах з електромагнітним приводом, параметри механічної коливальної системи яких визначені за допомогою запропонованого способу споживатиметься мінімум електроенергії, що дозволить використовувати в якості збуджувачів коливань малопотужні віброзбудники. Все це актуально з огляду необхідності створення та впровадження у виробництво енергозберігаючих те хнологій. На Фіг.1 зображено динамічну схему тримасової механічної коливальної системи вібраційної машини з електромагнітним приводом в якій реалізовані крутильні коливання, де 1,2,3 - відповідно активна, проміжна та реактивна коливні маси з моментами інерції відносно власних осей симетрії Ja,.Jn , та Jр; 4, 5 – пружні системи відповідно з жорсткостями на кручення c1 та с2, що попарно з'єднують між собою відповідно активну та проміжну, проміжну та реактивну коливальні маси, 6 - віброізолятори з жорсткістю сіз. Для механічної коливальної системи з прямолінійними коливаннями схема повністю ідентична. Розглядаючи для спрощення тільки крутильні коливання, де розрахунок для прямолінійних здійснюється абсолютно аналогічно, спосіб визначення параметрів тримасової механічної коливальної системи вібраційної машини з електромагнітним приводом здійснюють так. Нехтують жорсткостями сіз віброізоляторів 6, на які опирається уся механічна коливальна система вібраційної машини з електромагнітним приводом. Нехтують коефіцієнтами в'язкого опору m1, m 2 та m3 , які є пропорційні швидкості і відображають явище гістерезису в пружних системах 4, 5, та коефіцієнтом ma, що описує в'язкий опір руху активної коливальної маси ( в даному випадку робочого органу), викликаний тертям деталей між собою, та їх тертям об поверхню робочого органу. Фіксуються дві коливальні маси з трьох. Якщо фіксується проміжна 2 та реактивна 3 коливальні маси, вимірюють значення їх моментів інерції відповідно Jn та Jр відносно власних центральних осей симетрії. Це можна здійснити експериментально, або ж за допомогою розрахунків. Наперед приймають з діапазону 0.1... 0.5, який рекомендується, частку жорсткості h, що припадає на пружну систему 5, що з'єднує проміжну 2 та реактивну 3 коливальні маси. Приймають загальне резонансне налагодження механічної коливальної системи z, яке рекомендується вибирати з діапазону z = 0.94... 0.98. Визначають значення момента інерції Ja активної коливальної маси 1 відносно власної центральної осі симетрії визначають згідно наступного виразу: (1 - z )ëJ J (1- 2h) + J (1- h) - h J û. (1- z )(J h - J (1 - h )) + z J 2 Ja = n p 2 2 n p 2 p 2 n p Якщо фіксується активна 1 та реактивна 3 коливальні маси, вимірюють значення їх моментів інерції відповідно Ja та Jр відносно власних центральних осей симетрії, а значення момента інерції. Jn проміжної коливальної маси 2 відносно власної центральної осі симетрії визначають згідно наступного виразу: 1 Jn = - 1- z2 Ja (1- h) + Jp (1 - 2h ) + 2 × (1- h) × 1 - z2 )[ ( ( ( )( ) ) ( ) 2 2 z4 2Ja Jp (1 - h ) + Ja (1 - h )2 + J2 - 2z2 Ja (1 - h )2 + J2 + ù p p ú. ú 2 2 2 + 2JaJp (1- h) + Ja (1- h) + Jp ú û Якщо фіксується активна 1 та проміжна 2 коливальні маси, вимірюють значення їх моментів інерції відповідно Ja та J n відносно власних центральних осей симетрії, а значення момента інерції Jp у реактивної коливальної маси 3 відносно власної центральної осі симетрії визначають згідно наступного виразу: 1 Jp = 1- z 2 (Jn - 2hJn - h Ja ) - z2 Ja + 2 × h1 - z 2 + ) [( ( ) ( ) ( é + z 4 2Ja Jn (1 - h) + J2 (1 - h)2 + J2 - 2z 2 ê J2 h - h2 a n a ë ) 2 ù ù + J2 - Ja Jn ú + (hJa + Jn )2 ú, n û ú û Резонансні налагодження z1 та z2 одномасових коливальних систем, що утворюються відповідно активною коливальною масою 1 і пружною системою 4, що з'єднує активну 1 та проміжну 2 коливальні маси, та реактивною коливальною масою 3 і пружною системою 5, що з'єднують проміжну 2 та реактивну 3 коливальні маси, визначаються згідно виразів: z z1 = ; Wp h + Wn (h - 1) (h - 1)(W a + Wn ) + Wph z2 = z . h Значення резонансного налагодження z2 можна ще знаходити згідно виразу: z z2 = . 2 æ wö Wa Wn ç ÷ - c1(Wa + Wn ) èzø 2 æ wö Wa ç ÷ Wn + Wp - c1 Wa + Wn + Wp èzø Задаються коловою частотою вимушених коливань w, з якою збуджують коливання за допомогою електромагнітних віброзбудників під дією гармонійного крутного момента, що прикладаються між проміжною 2 та реактивною 3 коливальними масами та самі значення жорсткостей c1 та с2 на кручення пружних систем, що з'єднують попарно активну 1 та проміжну 2, проміжну 2 та реактивну 3 коливальні маси визначають як: ( ) ( ) 2 æwö c1 = Ja ç ÷ çz ÷ è 1ø , 2 æ wö c 2 = Jp ç ÷ çz ÷ è 2ø . Тримасова механічної коливальної системи, в якій збуджують крутильні коливання в горизонтальній площині ху під дією збуджувального крутного моменту M(t) буде здійснювати крутильні коливання за узагальненими координатами відповідно j1, j2 та j 3, причому проміжна 2 та реактивна 3 коливальні маси рухатимуться синфазно і в протифазі до активної коливальної маси 1. Таким чином, використання запропонованого способу визначення параметрів тримасової механічної коливальної системи вібраційної машини з електромагнітним приводом в тримасових механічних коливальних системах дозволить усунути вплив амплітуд коливальних мас 1, 2 та 3 на величину повітряного проміжку в електромагнітному віброзбуднику, який залишатиметься мінімально можливим і постійним, що значно знижує споживання електроенергії. Це забезпечуватиметься завдяки якісно новій картині руху коливних мас, а саме динаміка механічної коливальної системи вібраційної машини з електромагнітним приводом відбувається за тримасовою схемою таким чином, що активна коливальна маса 1 рухається в протифазі до проміжної 2 та реактивної 3 коливальних мас, які в свою чергу коливаються синфазно.