Способ автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя
METHOD FOR AUTOMATIC TUNING OF RESONANT VIBRATION MODES OF VIBRATION MACHINE DRIVEN BY ASYNCHRONOUS MOTOR

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано для возбуждения резонансных колебаний вибромашин с приводом от асинхронного электродвигателя и поддержания их резонансного состояния при изменении технологической нагрузки.
Известен способ возбуждения резонансных колебаний механических систем синхронным электродвигателем, (авторское свидетельство СССР 1609515, В06В 1/16), 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. Данный 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.
Известен способ поддержания резонансных колебаний механической системы синхронным электродвигателем, (авторское свидетельство СССР 1726055, В06В 1/16), 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. Данный способ имеет те же недостатки, которые были указаны для предыдущего аналога.
Известен способ получения и поддержания резонансных механических колебаний, (патент РФ 2335352, от 10.10.2008), заключающийся в том, что на рабочий орган вибрационной установки воздействуют возмущающей периодической силой, угловые частоты возмущающей периодической силы и собственных колебаний рабочего органа в колебательной системе настраивают в режим резонансных колебаний, причем возмущающую периодическую силу передают рабочему органу через основную упругую связь, в качестве возмущающей периодической силы применяют возмущающую периодическую силу инерции, рабочий орган подвешивают в пространстве на виброизолирующей упругой связи с основанием, резонансные колебания рабочего органа возбуждают на основной упругой связи относительно источника возмущающей периодической силы инерции. Недостатками данного способа являются: сложность применения при значительных изменениях массы рабочего органа вследствие изменения массы технологической нагрузки, так как требуется заранее знать массу рабочего органа для определения резонансной частоты системы и формирования опорного сигнала, притом что масса может изменяться произвольным образом, а также невозможность оценки резонансной частоты в системах с нелинейными характеристиками восстанавливающей силы, которые проявляются при значительных перемещениях рабочего органа.
Наиболее близким по своей технической сущности (прототипом предлагаемого изобретения) является способ автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя, включающий возбуждение колебаний рабочего органа вибрационной машины периодической силой за счет вращения дебаланса инерционного вибровозбудителя, контроль виброскорости колебаний механической системы вибрационной машины и настройку на резонансный режим ее колебаний (RU №2572657, 20.01.2016).
Предлагаемый способ сложен по алгоритму работы, требует сложных электронных схем и дорогих электронных комплектующих для его реализации.
Задачей настоящего изобретения является упрощение и удешевление способа автоматической настройки вибрационной машины на резонансный режим работы
Технической сущностью настоящего изобретения является использование в качестве датчика автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя маятника П.Л. Капицы.
Настоящая задача решается тем, что в способе автоматической настройки резонансных режимов колебаний вибрационной машины с приводом от асинхронного двигателя, включающем возбуждение колебаний рабочего органа вибрационной машины периодической силой за счет вращения дебаланса инерционного вибровозбудителя, контроль виброскорости колебаний механической системы вибрационной машины и настройку на резонансный режим ее колебаний, контроль виброскорости рабочего органа вибрационной машины ведут с помощью датчика колебаний, выполненного на основе маятника Капицы и соединенного контактом с блоком управления преобразователем частоты асинхронного двигателя, при этом маятник размещают в обойме из токопроводящего материала, имеющей контакт с блоком управления преобразователем частоты, и регулируют так, что резонансному режиму вибромашины соответствует вертикальное динамическое положение маятника, а сам он в это время не касается стенок обоймы.
На фиг. 1 представлена схема вибромашины, в которой может быть реализован предлагаемый способ
На фиг. 2 показано положение маятника П.Л. Капицы (11) при нахождении вибромашины 3 в резонансном режиме
На фиг. 3 показано положение маятника П.Л. Капицы (11) при потере своей устойчивости, когда вибромашина 3 по каким-либо причинам сходит с резонансного режима и виброскорость рабочего органа существенно уменьшается.
Способ автоматической настройки резонансных режимов колебаний реализуется следующим образом. Механическая система вибромашины состоит (фиг. 1) из рабочего органа вибромашины 3, связанного с основанием 4 посредством упругих элементов 5 и диссипативных элементов 6. Для возбуждения колебаний используется инерционный вибровозбудитель, выполненный в виде электродвигателя 1 с дебалансом 2, закрепленным на его оси 9. Электродвигатель 1 жестко закреплен на рабочем органе вибромашины 3. Устройство также содержит систему управления с обратной связью, включающую устройство для управления (УУ) в виде частотного преобразователя 7 питающего тока (следовательно, изменения угловой частоты вращения ротора электродвигателя 1 и частоты колебаний рабочего органа 3), датчик колебаний - обращенный маятник 8, установленный на рабочем органе 3 вибромашины, блок управления (БУ) 10, входы которого соединены с датчиком колебаний 8, а выход соединен с устройством 7 для управления частотой вращения электродвигателя 1, при этом блок управления 10 выполнен с возможностью обработки сигналов с датчика колебаний 8 и формирования сигнала управления частотой вращения электродвигателя.
Электродвигатель подсоединен к внешнему источнику электрического тока через устройство управления 7.
Датчик колебаний 8 (фиг. 1) выполнен (фиг. 2) в виде обоймы 16 и маятника П.Л. Капицы 11, крепящегося посредством шарнира 12 к пластине 13, воспринимающей колебания рабочего органа 3 вибромашины. Маятник П.Л. Капицы 11 снабжен контактом 14 с блоком управления (БУ) 10 и груз-регулятором 15 настройки маятника 11 в устойчивое верхнее расположение при резонансном режиме работы вибромашины 3. Маятник П.Л. Капицы 11 размещен внутри обоймы 16, выполненной из токопроводящего материала и соединенной контактом 17 с блоком управления (БУ) 10 асинхронного двигателя 1.
Способ осуществляется следующим образом. При автоматической настройке резонансных режимов колебаний вибрационной машины включают в работу асинхронный двигатель 1 с дебалансом 2 и блоком управления 10, грузом регулятора 15 подбирают такое положение маятника П.Л. Капицы 11, при котором бы он находился в вертикальном положении, имея величину допустимых отклонений, не позволяющую ему касаться стенок обоймы 16. При изменении технологической нагрузки системы или нарушении каких -либо резонансных режимов ее работы, маятник П.Л. Капицы теряет эффект вертикального положения и, наклоняясь на обойму 16, через контакт 17 замыкает цепь, соединяющую ее с блоком управления (БУ) 10, представляющим из себя частотный регулятор. Частотный регулятор увеличивает частоту тока асинхронного двигателя, доводя ее до резонансной. Амплитуда колебаний основания маятника П.Л. Капицы увеличивается, и он восстанавливает свое вертикальное положение, выходя из контакта с обоймой. Цепь размыкается и вибромашина продолжает работу в резонансном режиме до следующего сбоя.