автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Структурно-параметрический синтез вибрационного загрузочного устройства с асинхронным возбуждением колебаний

На правах рукописи

ЧАН МИНЬ ТХАИ

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ВИБРАЦИОННОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С АСИНХРОННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

КОЛЕБАНИЙ

Специальность 05.02.02 Машиноведение, системы приводов и детали машин

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 4 ФЕВ 2013

005049619

Тула 2013

005049619

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Усенко Николай Антонович.

Фролович Евгений Николаевич доктор технических наук, ОАО «КБАЛ» им. Л.Н. Кошкина, советник генерального директора;

Чукова Ольга Владимировна кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», кафедра « Математическое моделирование », доцент.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им-Р.Е. Алексеева», г. Нижний Новгород.

Защита состоится « 20 » марта 2013 г. в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.271.10 при ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 92,9-ый корп., ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет».

Автореферат разослан «01 » февраля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д-р техн. наук, професор

Л5.

Крюков Владимир Алексеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Последние десятилетия характерны массовым внедрением в различные отрасли промышленности вибрационных загрузочных устройств (ВЗУ), благодаря их достоинствам. В то же время постоянно идет процесс их эволюции, одним из результатов которой является повышение относительной скорости предмета обработки, что непосредственно связанно с производительностью устройства. Одним из решений было применение раздельных колебаний в вертикальном и горизонтальном направлениях, что позволяло повысить скорость от 50 до 400 мм/с в безотрывном режиме, реализовать реверс движения предметов обработки и т.д. Однако это решение значительно усложнило как конструкцию устройства, так и систему настройки на околорезонансный режим и оптимальный фазовый угол колебаний с одновременным понижением технологичности. Эти обстоятельства значительно усложняют условия проектирования и внедрения их в производство.

Поэтому поиск оригинального конструктивного решения ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний, проведение структурно-параметрического синтеза с разработкой методики проектирования является актуальной задачей.

Цель работы. Совершенствование вибрационных загрузочных устройств на основе применения конструкции одноканальной электросхемы питания электромагнитного привода при асинхронном возбуждении колебаний.

Объект исследования. ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний.

Предмет исследования. Реализация одноканальной электросхемы питания только привода горизонтальных колебаний, при возбуждении вертикальных колебаний механической частью привода путем отбора мощности у привода горизонтальных колебаний. Проведение параметрического и структурного синтеза ВЗУ.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с применением теории колебаний машин; уравнения Лагранжа 2-го рода; с применением принципа суперпозиции в решении системы линейных дифференциальных уравнений; теории электромеханических процессов в электромагнитном приводе. Экспериментальные исследования проводились с использованием современных измерительных приборов, преобразовательных устройств, аналоговых цифровых плат с регистрацией процессов на экране персонального компьютера.

Научная новизна работы. Впервые дано новое теоретическое обоснование работы вибрационного загрузочного устройства с асинхронным возбуждением колебаний в горизонтальной и вертикальной плоскостях с математическим описанием его динамической модели; электромеханического процесса однотактного спаренного электромагнитного привода (ЭМП) с питанием однополупериодным током для возбуждений колебаний в горизонтальной плоскости и проведением структурно-параметрического синтеза.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Новое конструктивное решение ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний в горизонтальном и вертикальном направлениях, отличающееся тем, что электропитание происходит по одному каналу, а настройка фазового угла обеспечивается исключительно механической частью приводов.

2. Параметрический и структурный синтез ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний с построением амплитудно-частотных, частотно-фазовых харак-

теристик для определенных степеней затухания горизонтальных и вертикальных колебаний.

3. Параметрический синтез спаренного однотактного электромагнитного привода ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний с учетом влияния постоянной составляющей пульсирующего тока.

4. Экспериментально подтверждены закономерности функционирования электромагнитного привода ВЗУ на основе применения современной экспериментальной аппаратуры.

5. Инженерная методика проектирования ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний, учитывающая специфику асинхронного вибропривода при раздельном возбуждении колебаний в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Достоверность подтверждена натурными экспериментальными исследованиями оригинального устройства ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний с целью сравнения результатов параметрического и структурного синтеза с экспериментальными результатами на примере амплитудно-фазовых характеристик привода, его затухающих колебаний, определения коэффициентов затухания с учетом электромеханических процессов спаренного электромагнитного привода с питанием пульсирующим током. Отклонение теоретических и экспериментальных результатов составило не более 10%.

Практическая значимость работы. Результаты параметрического и структурного синтеза оригинального ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний позволяют упростить, проектирование устройства с использованием программно-методического материала и процесс внедрения его при сохранении достоинств раздельного возбуждения колебании настройки.

Реализация результатов работы. Конструкции ВЗУ с асинхронным возбуждением, результаты теоретических и экспериментальных исследований ВЗУ, инженерная методика проектирования ВЗУ переданы для практической реализации на ОАО "ТПЗ", а также используются в учебном процессе на кафедре " Механика пластического формоизменения" ТулГУ.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные её разделы были изложены в виде докладов на различных международных и всероссийских научно-технических конференциях: Международной научно-технической конференции "Автоматизация: проблемы, идеи, решения" (АПИР-16, 9-12 ноября 2011 г.); X Научно-технической конференции "Вибрация - 2012. Управляемые вибрационные технологии и машины" (г.Курск, 2012 г.); Межрегиональной научно-технической конференции "Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов" (г. Тула, 2009 г.); Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ТулГУ, секция "Автоматизация производственных процессов" (Тула, 2009, 2012 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 4 статьях изданий, рекомендованных ВАК для публикации на соискание ученой степени кандидата технических наук, в 1 статье межвузовских сборников, 4 докладах научно-технических конференций, имеется 1 патент РФ на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка использованных источников из 83 наименований и включает 173 страниц машинописного текста, содержит 30 рисунков и 8 таблиц. Общий объем - 182 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой темы, сформированы цель, научная новизна, практическая значимость работы и реализация результатов работы.

В первой главе рассмотрено состояние изучаемого вопроса.

Анализом исследования ВЗУ на основе решения вибротранспортных задач занимались известные ученые И.И. Блехман, А.Б. Кобринский, Н.И. Камышный,

B.А. Повидайло, Э.Э. Лавендел, В.Ф. Прейс, А.Н. Рабинович, М.В. Медвидь, H.A. Усенко, И.С. Бляхеров и др. Среди зарубежных работ следует отметить

C. Беттехара, П. Берри, К. Вемейера, Р. Юнга, Г. Линднера, В. Кюкгауза, Г. Зайдедя и др.

Работы, рассматривающие динамику вибропривода, принадлежат ученым А.И. Москвитину, Л.П. Левину, P.A. Мозникер и др. В них представлена классификация ВЗУ по виду ограничений на параметры привода и по кинематическому действию. Сделан вывод, что основным приводом является электромагнитный привод, который по своему устройству наиболее совершенный. Кроме того, проанализировано влияние массы предметов обработки в колебательном движении ВЗУ.

Следующее исследование - это анализ принципиальных схем электромагнитных виброприводов и упругих систем, использованных при проектировании ВЗУ, их параметров и конструкции для регулирования работы ВЗУ и области их применения. Из анализа различных схем упругих систем и электромагнитных виброприводов видно, что в настоящее время отдается предпочтение схемам с ' преимуществами и соответствующими техническими особенностями проектирования.

Далее в первой главе дан анализ конструкций ВЗУ с электромагнитным приводом. В зависимости от возбуждения колебаний в горизонтальном и вертикальном направлениях ВЗУ разделены на два типа: с раздельным и синхронным приводом.

Большое внимание уделено анализу конструкции каждого типа ВЗУ, их достоинствам и недостаткам, на основе которых сформированы задачи исследования: поиск новых конструкций ВЗУ, пригодных для автоматизации загрузки штучных ПО в технологические машины, которые отвечали бы требованием надежности, универсальности, технологичности; исследование двухмассной динамической колебательной системы нового ВЗУ на базе асинхронного привода; проведение параметрического синтеза двухмассной динамической системы нового ВЗУ и на его основе реализация структурного синтеза; анализ электромеханических процессов в приводе пульсирующего тока с учетом параметров движения якоря электромагнита; исследование влияния постоянной составляющей пульсирующего тока; постановка эксперимента для подтверждения функциональных параметров работы предлагаемых конструкций ВЗУ.

Во второй главе работы рассматривается ВЗУ с асинхронным возбуждением, обоснована новая конструктивная схема ВЗУ с асинхронным возбуждением и разработана математическая модель, описывающая оригинальную конструкцию.

В начале главы выполняется описание предложенной конструкции ВЗУ с асинхронным возбуждением и его основных отличительных технических особен-

-ностей (рис.1), включающих:

- вертикальный привод механической части, состоящий из горизонтального вала 14, соединенного боковым рычагом 20 с крестовиной 11, а центральным рычагом 17 и пружиной 18 - с вертикальным валом 21;

- одноканальную схему управления приводом горизонтальных колебаний, в которой вертикальные колебания возбуждаются механической частью привода путем отбора мощности у привода горизонтальных колебаний.

- оригинальную систему изменения амплитуды вертикальной колебаний путем изменения расстояния Я3 (рис.1) за счет перемещения рычага 20 на валу 14 в вертикальной плоскости и настройки жесткости центральной пружины 18.

Рис.1. Общая структурная схема вибропривода ВЗУ с асинхронным возбуждением:

I-4 и 7-10 - витые цилиндрические пружины; 5,12,13,19-подшипники; 6-бункер;

II-блок крестовины; 14, 21-валы;

15-основание;

16-амортизаторы; 17,20-рычаги; 18 - центральная пружина; ЭМ1-ЭМ4 - электромагниты

Горизонтальные колебания бункера 6 возбуждаются электромагнитами ЭМ1-ЭМ4, а вертикальные колебания - путем отбора мощности от горизонтального электромагнитного привода с помощью рьгчажных 17,20 и упругой 18 систем.

Далее рассматривается математическая модель ВЗУ с асинхронным возбуждением (см. рис.1), строится динамическая модель колебаний ВЗУ с асинхронным

Рис. 2. Расчетная схема двухмассной динамической колебательной системы:щ, <р2 -обобщенные углы поворота реактивной и активной частей;

, 21 — обобщенные смещения реактивной и активной частей; г, С]2.г и с01.в>с12в ~ обобщенные жесткости амортизаторов, упругой системы между активной и реактивной частями горизонтального и вертикального приводов; /п^^и/«2,^2 — массы' мо~ менты инерции реактивной и активной частей; ¿01 в, £]2в(^01.г'^12г)— коэффициенты неупругого сопротивления амортизаторов и упругой системы между активной и реактивной частями системы вер-тикального(горизонтального) привода.

Записывая выражения кинетической и потенциальной энергии, а также функции диссипации, дифференцируем их и подставляем в уравнение Лагранжа 2-го рода, получая при этом дифференциальные уравнения движения системы в целом:

'АФ\ +с0]^+с12Л<Р1-<п) + ко\тФ\+кпЛФ\-Ф2)=-мг5'тШ1 •}2<Рг-с\2.А<Р\-<Р2)-к\2.ЛФ\-<Р2)=Мг5™ш> (1)

«2^2 "с12.в(г1-22)-*12.в^1-¿2>= ^¡ПШГ,

возбуждением (рис.2).

где амплитуды горизонтальных колебаний возмущающего момента и

вертикальных колебаний силы соответственно.

Выполняя несколько операций, решаем систему линейных дифференциальных уравнений (1). В результате получаем выражения амплитуд и фазовые сдвиги активной части

6 7 = М

е2.г = агс1ё

агс18 -~2-

(V

®0.г)'

Е2.в = аг^

¿01.в

®2 -®0.в)2 +(2ш«0.в)2]

с01.в

/Я] со (а/

®0.в>

(2)

(3)

(4)

(5)

где 02, Е2.г - амплитуда, фазовый сдвиг активной части на горизонтальном колебании; А2,62 в - амплитуда, фазовый сдвиг активной части на вертикальном колебании; а) - вынужденная частота; «о.г^О.в- собственная частота горизонтальных и вертикальных колебаний; и0г,я0в-коэффициенты затухания горизонтальных и вертикальных колебаний.

На основе уравнений (2), (4) и (3), (5) рассматриваем зависимости коэффициента динамичности и фазового сдвига от соотношения частот при различных величинах затухания (рис. 3-6).

Рис.3. График зависимости коэффициента динамичности А? от соотношения частот в горизонтальном направлении системы

Е2.,,грал.

Рис.4. График зависимости коэффициента

динамичности Л^ от соотношения частот

в вертикальном направлении системы к2 в.'раа.

200

0.6 0 8 1 1.2 1.4

Рис.5. Графики зависимости угла сдвига фаз от соотношения частот в горизонтальном направлении системы

0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

Рис.6. Графики зависимости угла сдвига фаз от соотношения частот в вертикальном направлении системы

где ЛГ,ЛВ- коэффициенты динамичности амплитуд горизонтальных и вертикальных колебаний; - степени затухания горизонтальных и вертикальных

с _ "О.в л > ьв ~ )•

колебаний =

®0.г а0.в

На рис.7 представлены зависимости коэффициента динамичности и фазового сдвига от изменения массы предметов обработки.

а)

б)

.146 917.

ш0>>

.46 633,

£лм юо

40 50 .50.

0 А

В)

Г)

Рис.7. Зависимость коэффициента динамичности и фазового сдвига от изменения массы прет-метов обработки при вертикальном колебании (а, в) и горизонтальном колебании (б, г): П — процентов изменения массы предметов обработки; АЛд д(и)> А^.з(и) ~~ функции, выражающие зависимости процентов изменения коэффициента динамичности от масса предметов обработки в дорезонансном и зарезонансном режимах вертикального колебания; ЛЯгд(н), ДЯрз(и)-аналогичные функции, но для горизонтальных колебаний; £вд(и), £вз(п) - функции, выражающие зависимости фазового сдвига от массы предметов обработки в дорезонансном и зарезонансном режимах вертикального колебания; £гд(п), £п(п) — аналогичные функции, но для горизонтального колебания

В третьей главе приводятся исследования электромагнитного привода ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний.

Уравнения динамики ВЗУ с электромагнитным приводом можно получить на основе использования либо принципа возможных перемещений и закона сохранения энергии либо обобщенных уравнений Лагранжа второго рода.

На рис.8 представлена однотактная спаренная схема электромагнитного привода ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний. Уравнения динамики ВЗУ имеют вид:

2 Л 2 2 а<р Л У

а2

<й ' 4 йср

где <р- угловая координата якоря ВЗУ; J- приведенный момент инерции рабочего органа; сп - коэффициент приведенной жесткости упругой системы; Ь - индуктивность каждой катушки; ¿-коэффициент вязкого трения; Я- активное сопротивление каждой обмотки; е(/) - напряжение источника питания.

[¡л ¡4* |Ьм1 |1эМ2

Рис.8. Однотактный спаренный электромагнитный привод: г —ток протекает через выпрямители; '1, ¡2 ~ токи, протекающие ЭМ1и ЭМ2

;|\лллАЛЛ/^

Из уравнения ЭДС для электрической цепи электромагнита получаем следующий результат:

гЛ 1(п гйЛ. 2 и

— + — /? + — / = —, л ь\ Л ь

(7)

где Ь -

//0

/о

и - напряжение цепи; //д - магнитная прони-

0 + [¿о + А\ Бт(<У/ - щ)]

цаемость воздуха; IV -число витков в катушке электромагнита; сечение маг-2

нитного потока, см ; /д - длина силовой магнитной линии, см; /I - магнитная проницаемость электротехнической стали; - начальный зазор между якорем и статором, см ; х(/) = А\ 51п(йЯ - ^)-закон движения якоря относительно статора, см; А\-амплитуда перемещения якоря относительно статора, см - ^-фазовое смещение колебаний якоря относительно приложенного напряжения. Решая дифференциальное уравнение (7), получаем уравнение тока

- = 2ие-/>«*<"-п). С + И*/?2).. ) + е-

0 - [з1п(2 оя-щ-£г) + е1ап(<г2 )со5(^ + ^)]+ -1- 0 ^^ +

+

+ 4й)

1

+ —

4а2+9Ф2

5т(3й>{ — 2<р\ - £"з ) + —е

2 а

^^З^СОБ^ ) + 4Б!П(Я| )^т{2(р\ + е\)]

Р

'' V«2 +а2

зт(суГ - 2<р\ - £1)>

(8)

где С = —+ <5д> 5 = Р = = =

= агсШ—— = агсгап2к; £Ъ = иссхап—— = шатЗк. Я Я

Полученное решение дифференциального уравнения (8) позволяет провести анализ зависимости длительности протекания тока Л от к = — (рис.9).

Анализ работы ВЗУ при питании электромагнита пульсирующим током

рассмотрен для случая, когда Ах = 0, ¡3 = 0, щ = 0, из выражения (8) получаем

К —/

\-1т БшОг-гО+е 1 вт(г)

(9)

I =

sin (at -е) + е L sinO) , при 0 < cot < Л,

0 при Л < cot < In.

Из (10) определяем значение тока постоянной составляющей

г

caL

(

где е = arctan —; lm R

ка.

cos(^) - cos (Л -s) + k sin(fi-) 2U

1

(10)

(П)

амплитудное значение стационарного то-

Используя уравнение (11), строим график (на рис.10 видно,

что постоянная составляющая эффективного значения выпрямленного тока зависит от величины индуктивности обмотки электромагнита). Л, рад.

5*

3

—

2

4х 3

7£ б

А

к =

Leo

3.0 2,75

2,25

1,75

1,25

Ц75

0,25

ч

ч

ч

ч

\

ч

N

1

0 4 8 i2 16 20 Рис.9. Зависимость длительности протекания от к

6 3 2 3 6 Рис.10. Соотношения максимальной и постоянной составляющих однополупериодного тока от длительности протекания тока. Влияние постоянной составляющей пульсирующего тока в обмотке электромагнита на свободные колебания рабочего органа ВЗУ определяется из зависимости

г- СЭ

(Б- 2)-Як {Б -2\Б -2)- я1 г 25 ^ 852

М3 — момент

электромагнитной силы; - расстояние между двумя электромагнитами; 68 8

Б = -0,61 + ——; площадь сечения центрального стержня магнитопровода; 7 -5

приведенный момент инерции устройства; 8 - воздушный зазор между якорем и статором электромагнита; сп - коэффициент приведенной жесткости пружинной системы.

Выражение (12) показывает, что дополнительная жесткость, обусловленная магнитным полем, зависит от магнитных характеристик электромагнита ^),

от величины зазора «5о и 07 амплитуды колебаний якоря У. Увеличение отно-у

шения ^г вызывает увеличение жесткости. Суммарная жесткость с2 при этом

уменьшается. В данной работе получены аналогичные результаты, но без учета магнитной проводимости потока рассеяния и выпучивания.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований фактической работы ВЗУ с асинхронным возбуждением.

Целью экспериментальных исследований являются выявление основных закономерностей функционирования и сравнение результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, для определения точности построения амплитудно-фазовых характеристик, коэффициентов затухания, электромеханических параметров спаренного электромагнитного привода с питанием пульсирующим током.

На рис.11 приводится общий вид экспериментальной оригинальной установки, где 1 - ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний; 2 - блок чувствительных элементов; 3 - плата сопряжения; 4 - плата усиления детектирования и фильтрации; 5 - генератор (1КГц, 5В); 6 - компьютерный блок питания форм-фактора АТХ мощностью 450 Вт; 7 - персональный компьютер; 8 — лабораторный автотрансформатор - ЛАТР; 9 - цифровой осциллограф 1ТГО2000 с полосой пропускания 200 МГц на 2 канала; 10 - блок управления стробоскопом.

Установка позволяет измерять периоды, амплитуды, угловые частоты, фазовые углы колебаний. Колебания ВЗУ с ЭМП разделяется на: вынужденные (при постоянной работе ВЗУ) и затухающие (при подключении или отключении ВЗУ от электрической сети). На рис. 12.показан график затухающих колебаний, где Тт - период вынужденного колебания, измеренный на графике; ^0в.из> ^Ог.из - периоды вертикальных и горизонтальных собственных колебаний, измеренные на графике; Ав и А\В,А2В (Аг и Л[г, ^2Г) - амплитуды вертикальных (горизонтальных) колебаний соответственно вынужденных и затухающих; Ае -фазовый сдвиг между вертикальным и горизонтальным колебаниями; п0в и п0г ~ коэффициенты затухающих колебаний.

Рис.11. Общий вид экспериментальной установки ДЕ

..Вертикальное колебание

■Горизонтальное колебание

Рис.12. График затухающего колебания Собственная частота вертикальных /ов и горизонтальных /ог колебаний находится из формул (13)

/Ов =

/Ог =

т0ъ .из 'Ог.из

угловые частоты собственных колебаний - по формулам (14), а фазовый угол по формулам (15)

(13)

со-Тш со- Т„о , г

•'Ов.из ^Ог.из

Г _ ( ^

А е = агс1ап

2си«о

в

2 2 У^Ов - со

- агйап

2й)И()г

■ со

(град),

(14)

(15)

= коэффициенты логарифмического декремента ко-

А2г

где = Дв ■ /(¡в и «ог = • /ог " коэффициенты затухающих колебаний;

Дв=1п^ и А2в лебаний.

Параметры Ткз, Гд8 из, Гдг из, /2В,/£|В, ^2в> Л-> ^1г> ^2г>в этом эксперименте зависят от масштабов измерения и имеют одинаковые единицы измерения.

Экспериментальные исследования (см. рис.1) осуществлены для трех вариантов: вариант 1 - две пары горизонтальных пружин и две пары вертикальных пружин; вариант 2 - две пары горизонтальных пружин и одна пара вертикальных пружин; вариант 3 - только два пары горизонтальных пружин.

Результаты экспериментов, полученные на экране компьютера в виде графиков колебаний (рис. 13), представлены в табл. 1.

Рис.13. Экспериментальные осциллограммы измерения колебаний

Таблица 1

Вари ри~ анты Результаты

1 Гиз=50г Г0в.из = 31; Т0г ,ю = 32-(ед.из); Аг = 2000, Л = 360-(ед.из); Аь. = 15(>а А2г = 1200, А1в = 200; А2в = 120-(ед. из.); /0в = 80, Яг; /0г =78, Яг; й»0в = 507, //г; со0г = 491, Яг; Ае = 5°; и0г = 17,4; и0в = 41,2

2 тю = 5°; т0в.т = 43; ТЬг.из = 44>5 - (ед-из); Аг = 2675; Ав = 700 - (ед.из.); А1г =1500; А2г =775;=350; А2в =225-(ед.из.);/0в = 58,Яг;/0г =56,Яг; &>0в = 365,13,с-1; *»оГ =352,81,с-1; Ае = 17°;я0г =37,1; и0в =25,7

3 Гиз = 50; 7ов из = 46; 7ог.из = 45 - (ед.из.); Аг = 2450; Ав = 750 - (ед.из.); Л1г =1750; Л2г = 900; Л1в = 550;А2в =325-(ед.из.);/0в =55,Яг;/0г =56,Яг; ш0в = 341(с~,):®0г = 348,89(с~'); Ае = 3,4°; «оГ = 37;иов =28,6

В диссертации исследовано влияние массы предметов обработки в бункере на параметры колебания. В этих случаях конструкция пружинных элементов аналогична конструкции варианта 3. Экспериментальные исследования осуществлены в двух вариантах: эксперимент 1 — в бункере без массы предметов обработки; эксперимент 2 - в бункере с массой предметов обработки 5(кг). Их результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Эксперименты Результаты

1 Гиз=50; Г0в из = 48; Г0гиз =48-(ед.из);Лг = 1380; Л =860-(ед.из.); Л1г =1300; А2г= 1200; Л1в = 770; /*2в = 670-(ед. из.);/0в =52,Яг; /0г =52,Яг;<г>0г =327,с-1;®0в = 327,с~1;Дг? = 11°; И()г = 4;и0в =7

2 Гиз = 50; Г0в из = 52; Г0г.из = 53 - (ед.из.);Лг = 1760; = 540 - (ед.из.); А1г =920; Л2г =500; Л1в =360; Л2в =200-(ед. из.);/0в =48(Яг); /0г = 47, Яг; щв = 302,с"1; ш0г = 296,с'1; Ае = 8°; я0г = 29; «0в = 28

В работе представлены экспериментальные исследования однотактного

спаренного электромагнитного привода с питанием однополупериодным током.

Их целью являлась проверка постоянной и переменной составляющих тока электромагнитного привода ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний. Для проведения эксперимента были смонтированы электрическая схема (рис. 14) и

экспериментальная установка (рис.15). „/,

Рис. 14. Электрическая схема экспериментального исследования электромагнитного привода

Рис.15. Общий вид экспериментальной установки:

1- ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний;

2- прибор электроизмерительный многофункциональный Ц4353;

3- прибор электроизмерительный многофункциональный Ц4342-М1;

4- Лабораторный автотрансформатор ЛАТР

Эксперименты приводились в следующем порядке

1. Устанавливались величины исходных напряжений 50, 80, 100 В с помощью ЛАТР 4 и вольтметра 3.

2. Для каждой величины напряжения эксперименты выполнялись в трех вариантах:

- вариант 1- замыкались два ключя К-1 и К-2, в этом случае оба электромагнита ЭМ-1 и ЭМ2 одновременно работали, далее измеряли значения постоянной и переменной составляющих тока.

- вариант 2- замыкался только ключ К-1, а ключ К-2 размыкался, в этом случай только электромагнит ЭМ-1 работал, далее измеряли значения постоянной и переменной составляющих тока.

- вариант 3- замыкался только ключ К-2, а ключ К-1 размыкался, в этом случай только электромагнит ЭМ-2 работал, далее измеряли значения постоянной и переменной составляющих тока.

Результаты измерений приведены в табл. 3.

Таблица 3

Вариант Напряжения и

50 Вольт 80 Вольт 100 Вольт

1 А ' пер'п / А 1 пост > ''пер > ^ / А 1 пост' п I А 1 пер'л I А 'ПОСТ' п

1 1,23 1,2 2,2 1,93 3 2,4

2 0,55 0,6 1 1 1,35 1,2

1 з 0,62 0,57 1,08 1,08 1,5 1,4

В пятой главе представлены инженерная методика проектирования ВЗУ с асинхронным возбуждением, а также алгоритмы моделирования процесса проектирования ВЗУ с асинхронным возбуждением.

При проектировании ВЗУ важным вопросом является выбор оптимального количества электромагнитов в приводе, а также их параметров. Исходными данными для расчета электромагнитов являются: а) массы и моменты инерции реактивной и активной частей; б) расположение электромагнитов в зависимости от диаметра бункера; в) необходимые амплитуды колебаний крестовины Аг в горизонтальной и амплитуды колебания Ав в вертикальной плоскостях.

Новизна разработанных технических решений усовершенствованной конструкции ВЗУ с асинхронным возбуждением подтверждена патентом РФ на полезную модель (Пат. 119335 на полезную модель. МГЖ B65G 27/32.Вибрационное загрузочное устройство: Рос. Федерация. H.A. Усенко, Р.И. Клейменов, Чан Минь Тхай. Опубл. 20.08.2012. Бюл. № 23.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Диссертация является законченной квалификационной работой, в которой решена новая актуальная научно-техническая задача, состоящая в создании оригинального конструктивного решения ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний и разработке структурно-параметрического синтеза и методики его проектирования.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем.

1. Математическое описание ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний является основой для разработки методики проектирования ВЗУ нового поколения с электрическим питанием по одному каналу и настройкой фазового угла исключительно механической частью привода.

2. Увеличение массы предметов обработки в бункере ВЗУ с асинхронным возбуждением колебаний по отношению к активной массе на 25 % приводит к изменению амплитуды колебаний: уменьшению вертикальных колебаний на 37,2 %, увеличению горизонтальных колебаний на 27,54 %.

3. Изучен электромеханический процесс однотактного спаренного ЭМП с питанием однополупериодным током для возбуждения колебаний в горизонтальной плоскости, установлены известные и получены новые закономерности функционирования.

4. Впервые получены дифференциальные уравнения электромеханической цепи с учетом колебательного движения якоря в выражении мгновенного значения тока электромагнита, учитывающие его высшие гармонические составляющие, что более полно отражает действительную картину и формулу тока в исследуемой цепи.

5. Предложенная методика проектирования упрощает сам процесс и сокращает сроки внедрения.

6. Проведенные экспериментальные исследования с применением современной аппаратуры подтвердили достоверность результатов математических расчетов и конкретных функциональных параметров предложенных оригинальных конструкций с расхождением величин не более 10 %.

7. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедре «Механика пластического формоизменения» ТулГУ и в ОАО «ТПЗ».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Автоматизация регулирования амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства Р.И. Клейменов, H.A. Усенко, Чан Минь Тхай, Ле Динь Шон // Управляемые вибрационные технологии и машины: сб. науч. ст.: в 2 ч. Ч. 2; Курск: Юго-Запад. гос. ун-т, 2012. С. 193 - 197.

2. Усенко H.A., Клейменов Р.И., Чан Минь Тхай Автоматическая настройка вибрационного загрузочного устройства. // Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы Меж-дунар. научно-техн. конф. «АПИР-16», 9-12 ноября 2011 года.; под ред. В.В. Прейс, Д.А. Провоторова: в 2 частях. 4.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 26-30.

3. Анализ существующих конструкций вибрационных загрузочных устройств с раздельным электромагнитным приводом H.A. Усенко, Чан Минь Тхай, Ле Динь Шон, Р.И. Клейменов // Вестник Тульского государственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: материалы Междунар. научно-техн. конф. «АПИР-16», 9-12 ноября 2011 года.; под ред. В.В. Прейс, Д.А. Провоторова: в 2 частях. 4.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. С. 20-26.

4. Вибрационное загрузочное устройство с асинхронным возбуждением колебаний H.A. Усенко, Чан Минь Тхай, Ле Динь Шон, Р.И. Клейменов // Управляемые вибрационные технологии и машины: сб. науч. ст.: в 2 ч. Ч. 2. Курск: Юго-Запад. гос. ун-т, 2012. С. 177 - 184.

5. Математическая модель одноканального вибрационного загрузочного устройства с асинхронным возбуждением колебаний H.A. Усенко, Чан Минь Тхай, Ле Динь Шон, Р.И. Клейменов // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. Вып.6. Ч. 2 - С. 85-92.

6. Клейменов Р.И., Усенко H.A. Чан Минь Тхай. Расчет системы стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства. // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Вып.8. С. 10-16.

7. Чан Минь Тхай. Влияния массы загрузки на амплитуду колебаний вибрационного загрузочного устройства // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Вып.9. С.140-147.

8. Чан Минь Тхай. Характер амплитудно-частотных кривых электромагнитного вибратора, работающего от источника пульсирующего тока // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. Вып.9. С.153-158.

9. Чан Минь Тхай. Структурный синтез виброприводов вибрационных загрузочных устройств // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. С. 355-364.

10. Пат. 119335 на полезную модель. МПК B65G 27/32.Вибрационное загрузочное устройство: Рос. Федерация. H.A. Усенко, Р.И. Клейменов, Чан Минь Тхай. Опубл. 20.08.2012. Бюл. № 23.

Изд. ЛИЦ.ЛР № 020300 от ! 2.02.97. подписано в печать. Шо.Шг.

Формат бумаги 60x84/16. Бумага офсетная.

Уел -печ. л. 0,93. Уч. -изд. л 0,8.Тираж 100 экз. Заказ № 0&3 ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» 30012, г. Тула, проспект Ленина, 92 Опечатано в издательстве ТулГУ. 30012, г. Тула, пр-т. Ленина, 95