Вибрационная установка для снижения уровня напряжений и стабилизации размеров деталей и конструкций

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН П 9) А 22-02 вна ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт проблем литья АН УСС(54)(57) 1. ВИБРАЦИОННАЯ УСТАНОВКАДЛЯ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ НАПРЯЖЕНИЙИ СТАБИЛИЗАЦИИ РАЗМЕРОВ ДЕТАЛЕЙИ КОНСТРУК 11 ИЙ, содержащая дебалансный вибровозбудитель, электродвигатель переменной скорости вращения ирегулятор частоты вибрации, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью .упрощения процесса поиска и регистрации вибрационных рабочих характеристик, качественной энергетическойоценки найденных характеристик иповышения стабилизации частотывибрации на рабочих участках,она дополнительно содЕржит блок автоматического сканирования, датчикконтроля нулевого положения регулятора частоты вибрации, регистрирующий прибор и датчик частоты вибрациивиде тахогенератора, расположенныйодной оси с валом электродвигателя и кинематически связанный с дебалансным вибровозбудителем, причем выходы регулятора частоты вибрации соединены с первым входом блока автоматического сканирования непосредственно, а с вторым входом - через датчик контроля нулевого положения регулятора частоты вибрации, выход датчика частоты вибрации соединен .с третьим входом блока автоматического сканирования, а выходы блока автоматического сканирования соединены с регистрирующим прибором и электродвигателем переменной скорости вращения.2. Установка по п.1 . о т л и ч а- д ю щ а я с я тем, что блок автомати- ф ческого сканирования содержит источ- уу ;ник питания, переключатель подъема или снижения частоты вибрации, выключатель фиксации частоты, регулятор темпа подъема и спада вибрационной частоты, интегрирующий усилитель,- суммирующий усилитель и вентильный преобразователь, соединенные последовательно, а также кнопку перевода блока автоматического сканирования в нулевое положение, которая соединена с выходом источника питания и входом интегрирующего усилителя, причем второй вход суммирующего усилителя; второй вМод вентильного преобразователя и третий вход суммирующего усилителя являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока автоматического сканирования.Изобретение относятся к машиностроению и может быть использованодля снижения уровня временных и остаточных напряжений и стабилизацииразмеров отливок и сварных конструкций из различных материалов и сплавов,Известна вибрационная установка,состоящая иэ электромеханическоговибратора, пульта управления с регулятором частоты вибрации, представляющего собой ручнбй задатчик потенциометрического типа и систему регистрации вибрации, состоящую иэдатчика частоты вибрации и регистрирующего прибора 13 15Однако в процессе вибрации точность установки частоты не выдерживается, так как частота вибрации зависит от изменения нагрузки на двигателе и величины колебаний напряжения 20в сети, Кроме того, в установке отсутствует датчик контроля нулевогоположения регулятора частоты, чтоусложняет управление процессом вибрации деталей, .25Известно устройство, которое включает вибратор, установленный на плите жестко, электродвигатель с переменной скоростью вращения, установленный в кожухе, смонтированном посредством энтропиоэластичных виброгасителей на плите, крутильно-упругую соединительную муфту, связывающую электродвигатель с вибратором,шкафы с измерительной и регистрирующей аппаратурой 12335Данное устройство трудно установить на вибрируемую деталь, Крометого, процесс поиска резонансныхчастот проводится вручную, а этоудлиняет процесс обработки деталей 40и уменьшает ее эффективность.Наиболее близкой к предлагаемойявляется вибрационная установкадля снижения уровня остаточных напряжений, включающая дебалансный 45вибровозбудитель, электродвигательпеременной скорости вращения и регулятор частоты вибрации с ручнымзадатчиком частоты вращения двигателя и встроенным в прибор индикаторным показателем резонанса, связаннымс пьезоэлектрическим датчиком ускорения 133 .К недостаткам известной установкиследует отнести низкую автоматизациюпроцесса подготовки ее к работе, Ручная прогонка (сканирование) частотного диапазона с записью в Формуляререзонансных точек снижает производительность и усложняет процесс поискарабочих частот виброобработки, так 60как это требует навыков оператораплавно вращать регулятор с обеспечением одинакового темпа приращениячастот во всем временном интервалепоиска и одновременно регистрировать 65 и записывать в формуляре резонансные, точки. Различие в размерах и форме деталей и конструкций, подвергаемых вибрации, дополнительно усложняет процесс поиска резонансных частот изделий, а отсутствие блока развертки частоты не позволяет обеспечить высокое качество регулирования с помощью ручного регулятора. Отсутствие точного контроля вибрации не позволяет поддерживать скорость вращения двигателя в определенных пределах и тем самым строго регламентировать частоты вибрации.Цель изобретения - упрощение процесса поиска и регистрации вибрационных рабочих характеристик, качественная энергетическая оценка найденных характеристик и повышение стабилизации частоты вибрации на рабочих участках.Поставленная цель достигается тем, что вибрационная установка для снижения уровня напряжений и стабилизации размеров деталей и конструкций, содержащая дебалансный вибровозбудитель, электродвигатель переменной скорости вращения и регулятор частоты вибрации, дополнительно содержит блок автоматического сканирования, датчик контроля нулевого положения регулятора частоты вибрации, регистрирующий прибор и датчик частоты вибрации в виде тахогенератора, расположенный на одной оси с валом электродвигателя и кинематически связанный с дебалансным вибровозбудителем, причем выходы регулятора частоты вибрации соединены с первым входом блока автоматического сканирования непосредственно, а с вторым входом - через датчик контроля нулевого положения регулятора частоты вибрации, выход датчика частоты вибрации соединен с третьим входом блока автоматического сканирования, а выходы блока автоматического скани-. рования соединены с регистрирующим прибором и электродвигателем переменной скорости вращения.Блок автоматического сканирования содержит источник питания,.переключатель подъема или снижения частоты вибрации, выключатель фиксации частоты, регулятор темпа подъема и спада вибрационной частоты, интегрирующий усилитель, суммирующий усилитель и вентильный преобразователь, соединенные последовательно, а также кнопку перевода блока автоматического сканирования в нулевое положение, которая соединена с выходом источника питания и входом интегрирующего усилителя, причем второй вход суммирующего усилителя, второй вход вентильного преобразователя и третий вход суммирующего усилителя являются соответственно первым, вторым итретьим входами блока автоматического сканирования.На фиг.1 представлена вибрационная установка,на фиг.2 - блок автоматического сканирования, общий вид; на фиг.З - схема датчика контроля5 начального уровня задания, на фиг.4 разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 - электрическая схема установки; на Фиг,б функциональная схема установки, на Фиг,7 - кривая изменения мощности, 10 потребляемой электродвигателем при сканировании и последующей обработке крышки редуктора.На основании 1 предлагаемого устройства смонтирован кожух 2, в кото ром в подшипниках 3 установлен вал 4.с дебалансами 5. К кожуху 2 при.креплен корпус б, в котором находится электродвигатель 7 постоянного. тока, соединенный с валом 4 дебалансного возбудителя муфтой 8. Тахогенератор 9 через промежуточный фланец 10 закреплен на торцовой части корпуса б и соединен муфтой 11 с валом электродвигателя. Соединительный .25 кабель 12 через разъемы осуществляет подвод питания к электродвигателю 7 и соединяет тахогенератор 9 с шкафом 13 управления.На передней панели шкафа 13 управления расположены регистрирующий прибор 14, служащий для измерения мощности, регулятор 15 частоты вибрации с датчиком 16 контроля нулевого положения регулятора 15 и блок 17 автоматического сканирования.Блок автоматического сканирования (фиг.2) состоит из каркаса 18 с установленной на нем печатной платой 19, на которой размещены источник 20 питания, интегратор 21 и суммирующий 40 усилитель 22. Выход суммирующего усилителя 22 связан с входом вентильного преобразователя 23, установленного во внутренней части шкафа 13 управления, 45На передней панели 24 каркаса 18 установлены регулятор 25 темпа подъема и спада вибрационной частоты, представляющий собой клавишный переключа- . тель входных сопротивлений интегратора 21, переключатель 26 подъема или снижения частоты вибрации, выключатель 27 фиксации частоты и кнопка 28 перевода блока автоматического сканирования в .нулевое положение. Электрическое соединение блока с остаточными элементами шкафа управления осуществляется через штепсельные разъемы 29.Датчик 16 контроля (фиг. 3) вместе с регулятором 15 частоты вибрациисмонтирован на общем каркасе 30 ипредставляет собой переключатель 31рычажного типа, который имеет рычаг32 с роликом 33. На одной оси с регу лятором 15 установлен диск 34, имеющий полукруглую проточку 35, в которую при установке регулятора в исходное нулевое положение входит ролик 33. В таком положении ролика 33 переключатель 31 устанавливается в положение разрешения включения установки. Каркас 30 с регулятором 15 частоты вибрации и датчиком 16 контроля нулевого положения регулятора крепится на тыльной стороне передней панели шкафа 13 управления, а ручка 36 управления выведена на лицевую панель шкафа управления.Для устранения самопроизвольного поворота регулятора 15 на каркасе 30 закреплена пластинчатая пружина 37,:. свободным концом прижимающаяся к диску 34.Установка работает следующим образом.С помощью регулятора 25 выбирают требуемое время прохождения частотного диапазона и переключателем 26 устанавливают приращение частоты вверх. Выключателем 27 запускают интегратор 21 и начинают автоматическую прогонку сканирование) частотного диапазона. При этом включается электродвигатель 7 и начинается плавный разгон дебаланса 5 с нулевой скорости вращения до максимальной. Время прохождения всего частотного диапазона зависит от величины введенного сопротивления регулятора 25. Запись процесса сканирования, а также последующей вибрационной обработки деталей и конструкций проводится автоматически с помощью прибора 14, измеряющего и регистрирующего измене:ий мощйости, потребляемой вибровозбудителем. При этом отпадает необходимость в специальном датчике регистрации резонансных виброчастот, так как сам электродвигатель 7 является элементом, наиболее чувствительно реагирующим на изменение по-, требляемой мощности на входе в область резонансных частот, Это изменение мощности зависит как от частоты вибрации и статического момента массы дебаланса, так и от величины энергии диссипации, которая значительно возрастает при входе в область резонансного пика.Кривая изменения мощности фиг.7), потребляемой электродвигателем при сканировании и последующей обработке крышки редуктора, записана с помощью регистрирующего прибора 14, Как показывают исследования, первый резонансный пик А на кривой изменения потребляемой мощности соответствует входу в резонанс торцовой части крышки редуктора, расположенной с противоположной стороны от места установки вибрационной установки, Пик Б соответствует входу в резонанс торцовойстенки крышки, на которой закреплена вибрационная установка,:а наибольший пик В. - входу в резонансные колебания боковых стенок крышки с .приливами для установки подшипников. Следует указать, что в зависимости от 5 свойств материала деталей и от конструктивных особенностей деталей и конструкций количество резонансных пиков на кривой изменения мощности потребляемой, электродвигателем вибровозбудителя, может доходить до 8-12, однако на каждой кривой можно выделить 3-4 основных пика, которые соответствуют частотам входа в резонансные колебания основных элементов 35 деталей и конструкций.Если при частотах, соответствующих частотам пиков А и Б, возникают значительные колебания в плоскости, параллельной плоскости возмущения 20 колебаний, то при частотах; соответствующих частотам пика В, боковые стенки крышки редуктора совершают : колебания в плоскости, перпендикулярной плоскости возникновения возму-. 25 щаюших сил. Поэтому зарегистрировать резонанс с помощью накладного пьезоэлектрического датчика удалось только при установке его на детали. в направлении, соответетвующеи направлению колебания стенок крышки редуктора при входе их в резонанс.При .установке датчика в перпендикулярной плоскости регистрируется незначительная величина резонансного пика В.35По окончании процесса прогонкинеобходимо нажать на кнопку 28 перевода блока автоматического сканирования в нулевое положение, скорость вращения дебаланса уменьшается до 40 нуля, При этом, как видно из левой части кривой на фиг.7, регистрирующий прибор 14 производит записв изменения мощности, потребляемой электродвигателем. Затем блок автоматичес кого сканирования начинает очередное увеличение скорости вращения дебаланса и, когда оператор видит, что частота вибрации достигла требуемой величины, например подошла к пику В, 50 он с помощью выключателя. 27 фиксирует достигнутую частоту и необходимое время проводится процесс виброобработкн деталей и конструкций на заданной частоте. После окончания виброобработки на частоте верхнего пика В переходят на виброобработку деталей при частотах, соответотвующих часто-там пиков А и Б. Не останавливая процесс виброобработки, к пику Б подходят сверху вниз, для чего переводят 60 переключатель 26 вниз, регулятором25 устанавливают соответствующий темп скорости уменьшения частот и проводят снижение частот до величин, соответствующих пику Б. дальнейшее пониже ние частоты останавливают выключателем 27, в результате устанавливаетсястабильная рабочая частота,Стабилизация частоты вибрации врезонансных пиках происходит за счетналичия сигнала, снимаемого с тахогенератора 9, являющегося датчикомчастоты, и поступления этого сигнала на вход, суммирующего усилителя 22,где происходит суммирование сигналазадания и обратного по знаку сигнала датчика частоты. Большой диапазонрегулирования и высокая стабилизациячастоты виброобработки достигаютсчэа счет наличия обратной связи почастоте, а также благодаря использованию в схеме интегральных операционных усилителей А 1 и А 2 типа140 УД 8, обладающих высокими входнымисопротивлениями и большими коэффициентами усиления.При использовании предлагаемой установки за счет применения более совершенной электрической схемы стабилизации частоты виброобработки и наличия обратной связи с вибровоэбудителем по частоте с изменением подводимой к электродвигателю мощности скорость вращения электродвигателя остаетсм стабилизированной и практи чески не уменьшается частота вибрации,.Значительное повышение точности и надежности работы вибрационной установки достигается за счет наличия датчика 16 контроля нулевого положе;ния регулятора 15, не позволяющего включить электродвигатель 7 при от-, клонении сигнала задания от нуля.При установке регулятора 15 в нулевое положение датчик 16 дает команду"разрешение на включение вентиль- ного преобразователя 23, питающего электродвигатель 7.Установка имеет простую конструкцию и удобна в работе. Наличие регистрирующего прибора, служащего для измерения мощности, потребляемой вибровозбудителем, позволяет проводить качественную оценку энергозатрат, сообщаемых детали при виброобработке особенно при резонансных частотах.Ожидаемый экономический эффект от внедрения установки составит 17,3 р. на 1 т обрабатываемых отливок или сварных конструкций за счет повышения производительности труда на 10-25, снижения уровня остаточных напряжений, что позволяет оптимизировать конструкцию детали, умень. шить толщины основных стенок на 8-19% и снизить массу на 5-7,,4/5 од, ул.Проектн Филиал ППП "Патент", г 60/24 Тираж 540 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаушПодпис ноеоиитета СССРоткрытийкая наб., д