УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКТОВ

УСТРОЙСТВО для УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
Полезная модель относится к ультразвуковой технике и может быть использована в различных отраслях промышленности (топливноэнергетической, машиностроительной, пищевой и т. д.) в технологических процессах с применением ультразвука.
Известны ультразвуковые колебательные системы стержневого типа, состоящие из электроакустического преобразователя и присоединенного к нему концентратора продольных колебаний конической, ступенчатой, экспоненциальной или другой формы 1.
Для ультразвуковых технологических комплектов наибольшее распространение получили ультразвуковые магнитострикционные преобразователи с концентратором продольных колебаний конической или ступенчатой формы. Основными характеристиками магнитострикционного преобразователя стержневого типа являются амплитуда смещений рабочего торца концентратора продольных колебаний и ширина резонансной кривой на уровне 0,7Х от максимального значения амплитуды, где А, - длина продольной волны в материале концентратора. Ширина резонансной кривой определяет стабильность амплитуды смещений рабочего торца концентратора при изменении технологической нагрузки. Наибольший коэффициент усиления амплитуды колебательной скорости имеют концентраторы продольных колебаний ступенчатой формы, однако, при этом у них и наименьшая ширина резонансной кривой. Наиболее подходящим материалом для концентратора продольных колебаний являются титановые сплавы, обладающие высокими прочностными характеристиками, малым коэффициентом потерь упругой энергии на внутреннее трение, но при этом ширина резонансной кривой еще уменьшается 1.
Наиболее близким аналогом к изобретению является магнитострикционный преобразователь с концентратором, в котором активный элемент выполнен в виде набора штампованных О - образных пластин из магнитострикционного сплава 49КФ2, ступенчатый концентратор выполнен из стали 40Х с галтельным переходом в области максимальных деформаций. Активный элемент соединяется посредством пайки серебряным припоем ПСр 40 с цилиндрической частью концентратора большего диаметра.
МКИ в 06 в
КОМПЛЕКТОВ
Недостатками данного ультразвукового магннтострикционного преобразователя являются: небольшая амплитуда смещений рабочего торца концентратора из-за высоких потерь упругой энергии на внутреннее трение, низкое качество и долговечность соединения активного элемента с концентратором продольных колебаний.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, повышение амплитуды смещений рабочего торца концентратора продольных колебаний при расщирении резонансной кривой и той же потребляемой электрической мощности, повышение качества и надежности паяного соединения активного элемента с концентратором продольных колебаний.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковых технологических комплектов, содержащем ступенчатый концентратор продольных колебаний и соединенный с ним посредством пайки активный элемент в виде набора О - образных пластин из магнитострикционного материала, концентратор выполнен из титанового сплава, а поверхность перехода диаметров в области максимальных деформаций выполнена образующей из двух равных плавно сопрягаемых радиусов на величину не более 0,06А,, площадь паяного соединения активного элемента увеличена за счет пропайки боковых поверхностей набора пластин на высоту 0,025А,.
На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для ультразвуковых технологических комплектов, на фиг. 2 - устройство для ультразвуковых комплектов, вид сбоку.
Устройство содержит активный элемент 1 для возбуждения упругих колебаний ультразвуковой частоты в ступенчатом концентраторе продольных колебаний 2 с плавным переходом диаметров. Поверхность перехода выполнена образующей из двух равных плавно сопрягающихся радиусов R1 и R2 в плоскости максимальных деформаций 3 на величину не болеё0, тивный элемент 1, состоящий из набора пластин, присоединен к ступенчатому концентратору продольных колебаний 2, который выполнен из титанового сплава. Ступенчатый концентратор 2 соединен с активным элементом 1 посредством паяного соединения 4 с пропайкой боковых поверхностей пластин на высоту не более 0,025.
Устройство для ультразвуковых технологических комплектов работает следующим образом. При подаче переменного напряжения возбуждения, совпадающего по частоте с механической резонансной частотой активного элемента 1 и тока поляризации в силу магнитострикционного эффекта происходит преобразование электрической энергии в механические колебания активного элемента 1. Активный элемент 1, присоединенный к ступенчатому концентратору 2 полуволновой длины, возбуждает в последнем упругую продольную волну.
В области максимальных деформаций 3, создаваемых упругой продольной волной, в ступенчатом концентраторе 2 возникают максимальные искажения полей смещений и связанных с ними полей напряжений, приводящих часто к разрушению концентратора. Выполнение в области максимальных деформаций ступенчатого концентратора перехода диаметров по образующей из двух равных плавно сопрягающихся радиусов оптимизирует распределение полей смещений и деформаций, распределение массы и жесткости концентратора в наиболее нагруженной области таким образом, что при незначительном снижении амплитуды смещений рабочего торца, по сравнению с ступенчатым концентратором, у которого переход диаметров выполнен обычным галтельным переходом, происходит )гвеличение нагрузочной способности, выражающееся в расщирении резонансной кривой в 1,9 - 2,5 раза. Эффект увеличения нагрузочной способности наиболее заметен на концентраторах из титановых сплавов.
Пропайка боковых поверхностей пластин набора активного элемента 1 на высоту 0,025Х, приводит к повышению долговечности преобразователя в 6-7 раз.
Следует отметить, что из практического опыта обычно соотношение диаметров ступенчатого концентратора выбирается 1/2.
Результаты сравнительных испытаний преобразователей различной конструкции.
2- Преобразователь с полуволновым ступенчатым концентратором из сплава ПТ-ЗВ, переход диаметров в области максимальных деформаций выполнен галтельным.
3- Преобразователь аналогичный преобразователю по п. 2, но с концентратором из стали 40Х.
4- Преобразователь ПМС1-1.
Пластины активных элементов преобразователей №№ 1-3 выполнены по размерам пластин ПМС1-1 из одной партии сплава 49КФ2.
Обозначения:
РЭЛ. - электрическая мощность;
fpea. - резонансная частота преобразователя;
Afo,7 - ширина резонансной кривой на уровне 0,7 от максимальной амплитуды смещения;
Кусил. - коэффициент усиления концентратора;
АХХ - амплитуда смещений торца концентратора в режиме холостого хода.
Испытания проводились с использованием оборудования:
-генератор УЗГ1-1;
-частотомер 43-34;
-ваттметр высокочастотный Т172;
-ультразвуковой бесконтактный виброметр УБВ-2. Преобразователь №1 имеет наилучшие характеристики. Расчетное время
наработки на отказ, определяемое падением амплитуды смещений концентратора до 0,7 от максимального значения составляет 2500 часов.
Преобразователи со стальными концентраторами, особенно №3, имели значительный нагрев. Концентратор преобразователя №1 после нескольких часов работы не нагревался выше 50 °С.
ИСТОЧНИКИ:
1.Ультразвуковые технологические комплекты типа УЗТК18/22. Технические условия. ТУ 3444 - 001 - 01172039 - 95. Гос. per. №002248.
2.Физическая акустика/ под ред. У.Мэзона, т.1, ч. Б.- М.: ИИЛ, 1967
3.Иреобразователь магнитострикционный ПМС1-1. Паспорт БТЗ.836.008 ПС, 1986