Способ преобразования синхронных синфазных гармонических колебаний вибротранспортных и технологических устройств в синхронные гармонические колебания со сдвигом фазы и получением фигур Лиссажу
METHOD FOR CONVERTING SYNCHRONOUS IN-PHASE HARMONIC OSCILLATIONS OF VIBROTRANSPORT AND TECHNOLOGICAL DEVICES INTO SYNCHRONOUS HARMONIC OSCILLATIONS WITH A PHASE SHIFT AND OBTAINING LISSAJOUS FIGURES

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в вибрационных бункерных, лотковых загрузочных устройствах, вибротранспортерах, виброконвейерах и различных вибротехнологических устройствах - вибросепараторах, вибросито, вибрационных машинах для объемной обработки деталей и т.д.
Известен способ синхронных, синфазных вынужденных колебаний используемый в бункерных загрузочных устройствах в котором колебательное движение дорожки (лотка) передается расположенным на ней предметам обработки (ПО) в вертикальном и горизонтальном направлениях. Двухкомпонентное синфазное возбуждение колебаний лотка (в вертикальной и горизонтальной плоскостях) позволяет достичь средней линейной скорости транспортирования ПО в безотрывном режиме не более 0,05 м/с, в режиме с подбрасыванием - до 0,3 м/с с отсутствием перспективы дальнейшего повышения скорости вибротранспортирования. (Автоматическая загрузка технологических машин: Справочник / И.С. Бляхеров, Г.М. Варьяш, А.А. Иванов и др.; Под общ. ред. И.А. Клусова. - М: Машиностроение, 1990. - 400 с.: ил. См. стр. 190-191, рис. Рис. 1).
Известен способ, принятый за прототип (см. стр. 191-192, рис. 2, 3, 4, 5), реализуемый в вибрационно-загрузочных устройствах, который позволяет существенно увеличить скорости виброперемещения с трехкомпонентным возбуждением колебаний раздельным приводом - независимое возбуждение колебаний в вертикальном и горизонтальном направлениях и изменением фазового угла между ними. Реализация колебаний по вышеуказанному способу в настоящее время осуществляется двумя независимыми виброприводами электромагнитными, кулачковыми, кривошипными, эксцентриковыми. Такие вибрационные устройства получили название устройств с раздельным возбуждением колебаний.
В общем случае это двухмассные вибросистемы с независимыми виброприводами и упругими элементами. На примере виброустройств с электромагнитными приводами желаемое значение фазового смещения достигается подбором механических параметров - жесткости упругих систем, масс или моментов инерции колеблющихся частей двухмассных устройств, или дополнительно путем подбора фазовых смещений полуволн электрических сигналов в трехфазной электрической цепи. Таким образом, приходится иметь дело со сложной электромеханической системой, что определяет изначально трудности настройки устройств, параметров колебаний, значительные энергозатраты и необходимость использования металлоемких конструктивно сложных устройств.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности вибротранспортных и вибротехнологических устройств с одним виброприводом путем преобразования синхронных, синфазных гармонических колебаний в синхронные, гармонические колебания в вертикальной и горизонтальной плоскостях со сдвигом по фазе для получения фигур Лиссажу в форме эллипса или круга.
Для решения поставленной задачи по предлагаемому способу преобразования синхронных синфазных гармонических колебаний двухмассных вибротранспортных и технологических устройств в синхронные гармонические колебания со сдвигом фазы и получением фигур Лиссажу, включающим подачу импульсов синхронных синфазных гармонических колебаний вибровозбудителем, при этом данные синхронные синфазные гармонические колебания передают с одним вибровозбудителем в дополнительную колебательную систему для лотковых технологических устройств или для бункерных технологических устройств и преобразуют в синхронные гармонические колебания в дополнительной колебательной системе в вертикальном или горизонтальном направлении со смещением по фазе и амплитудой колебания
где А - амплитуда двухмассной колеюательной системы, D. - коэффициент демпфирования дополнительной колебательной системы;  - отношения частоты возбуждения вибропривода к собственной частоте дополнительной колебательной системы.
На фиг. 1 приведена цепная схема лоткового вибрационного устройства;
на фиг. 2 показана цепная схема бункерного вибрационного устройства;
на фиг. 3 колебание основного лотка вибрационного устройства;
на фиг. 4 колебание дополнительного лотка вибрационного устройства.
Способ осуществляют следующим образом.
3
3
3
23
2
3
23
23
Для реализации фигур Лиссажу в вибрационных устройствах с одним виброприводом и сохранением синфазных гармонических вынужденных колебаний, в синхронные гармонические колебания с фазовым смещением в лотковые вибрационные устройства по схеме (фиг. 1) вводится дополнительная колебательная система с массами m и , а в бункерные вибрационные устройства по схеме (фиг. 2) с массой m и моментом инерции J и дополнительные упругие элементы в виде плоских пружин с жесткостями c и . При этом, если плоская пружина, ориентирована своей плоскостью в вертикальном, а осью в горизонтальном направлениях и связывает между собой массы m и m, то система создает вариацию бесконечной жесткости с=∞. В этом случае реализуется двух массная система в вертикальном направлении при бесконечной жесткости пружины с, а в горизонтальном направлении трех массная колебательная система с конечной жесткостью  и с массами ,  и  (фиг. 1, а). Если плоская пружина ориентирована своей осью и плоскостью в горизонтальном направлении, то, наоборот, в горизонтальном направлении реализуется двух массная система при бесконечной жесткости пружины  и с массами  и , а в вертикальном направлении трех массная колебательная система с конкретной жесткостью  (фиг. 1 б).
23
2
3
2
3
В бункерных вибрационных устройствах при аналогичной ориентации плоских пружин в вертикальной плоскости устройство остается двухмассным, если с=∞ и m=m+m (фиг. 2, а), а для второго случая, когда  и J=J+J в горизонтальной плоскости - двухмассным, а в вертикальной плоскости трехмассным (фиг. 2, б).
12
2
3
23
При безотрывном режиме перемещения ПО, в лотковом вибрационном устройстве включают, например, электромагнитный вибропривод. Электромагнитный привод, якорь которого прикрепленный к основному лотку, создает колебательные движения лотка в вертикальном и горизонтальном направлениях благодаря наличию наклонных пружин с жесткостью С и при двухмассной колебательной системе в вертикальном направлении (фиг. 1, а) происходит вибрация основного лотка в вертикальном направлении с амплитудой А и в горизонтальном направлении с амплитудой. . Вибрация основного лотка передается на дополнительный лоток с массой m благодаря наличию дополнительных пружин с жесткостью с и , который также одновременно совершает колебания в вертикальном и горизонтальном направлении со смещением по фазе и амплитудой колебания
0
0
3
2
0
многократно превышающий колебания основного лотка, где , , причем х>А (см. фиг. 1, а), или х=А, А=А, причем х>А, (см. фиг. 1, б) D. - коэффициент демпфирования дополнительной колебательной системы;  - отношения частоты возбуждения вибропривода к собственной частоте дополнительной колебательной системы.
В результате воздействия единственного вибропривода для случаев (фиг. 1, а) и (фиг. 2, а) реализуется фигура Лиссажу - эллипс, а для (фиг. 1, б) и (фиг. 2, б) фигура Лиссажу - круг.
Пример осуществления способа.
1
2
3
0
12
23
Для осуществления предлагаемого способа преобразования синхронных, синфазных гармонических колебаний использовалось лотковое вибрационное автоматическое загрузочное устройство с дополнительной колебательной системой, выполненное по схеме (фиг. 1, а), в котором масса m=10 кг; m=1,5 кг; m= и плоские пружины с жесткостью с=; c=; с=∞. В устройстве использовался электромагнитный электропривод, питаемый от однофазной сети с регулировкой напряженя. Для определения собственной частоты колебаний основного и дополнительных лотков устройства, амплитудных и частотных характеристик горизонтальных и вертикальных колебаний, сдвига фаз между ними использовался акселерометр LIS3DH настроен на рабочую частоту 1600 Гц и пределы перегрузки равные 16-ти ускорениям свободного падения. Для измерения параметров горизонтальных и вертикальных колебаний плата с акселерометром жестко крепится к одному из лотков. Данные с акселерометра передавались на микроконтроллер STM32F030K6T6 через интерфейс SPI. Микроконтроллер передавал данные для дальнейшей обработки на ЭВМ по беспроводной сети Bluetooth. На фиг. 3 представлен пример обработки сигнала с платы, установленной на основном лотке. Видно, что ускорение по горизонтальное оси (кривая 1), равное 294 у.е.и. значительно больше ускорения 89 у.е.и. по вертикальной оси (кривая 2). Форма сигналов повторяют синусоиду. Также отчетливо видно отсутствие фазового сдвига между вертикальными и горизонтальными колебаниями (кривая 3).
2
3
Вибрация с основного лотка массой m передавалась на дополнительный лоток с массой m которые связаны между собой плоскими пружинами ориентированными осью в горизонтальном направлении, а плоскостью в вертикальном. В этом случае реализовывалась схема (фиг. 1, а) лоткового вибрационного устройство. В результате такой связи дополнительный лоток воспринимал синхронные, синфазные гармонические колебания основного лотка, которые преобразовывались в синхронные, гармонические колебания в вертикальном и горизонтальном направлениях со сдвигом по фазе и получением колебаний в форме Лиссажу дополнительного лотка при наличии одного вибропривода.
На фиг. 4 показан пример обработки сигнала с платы, установленной на дополнительном лотке. Видно, что ускорение по горизонтальное оси (кривая 1), равное 663 у.е.и. значительно больше ускорения 1399 у.е.и. по вертикальной оси (кривая 2). Форма сигналов повторяют синусоиду. Также отчетливо виден фазовый сдвиг между вертикальными и горизонтальными колебаниями (кривая 3) ϕ=29,5°. При этом полученные ускорения при колебании дополнительного лотка в вертикальном направлении в 7,4 раза, а в горизонтальном в 4,8 больше, чем в основном лотке. На основании полученных измерений были определены амплитуды вертикальных и горизонтальных колебаний дополнительного лотка
Таким образом предлагаемый способ преобразования синхронных, синфазных гармонических колебаний путем введения дополнительных упругих элементов и дополнительной массы в конструкцию ЛВЗУ позволяет получить синхронные, гармонические колебания в вертикальной и горизонтальной плоскостях со сдвигом по фазе с получением фигур Лиссажу в форме эллипса или круга в устройствах с одним виброприводом, вместо двух независимых виброприводов, что обеспечивает повышенную скорость вибротранспортирования, уменьшения энерго- и металлоемкости устройств, упрощения их настройки при эксплуатации.