RU2030927C1

RU2030927C1 - Device for imparting vibrations to object under investigation

Info

Publication number: RU2030927C1
Authority: RU
Inventors: Н.Ф. Хильченко; В.А. Комаров; В.М. Чемерис; А.В. Егоршев
Original assignee: Комаров Владимир Александрович; Егоршев Анатолий Викторович
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: equipment for imparting vibrations to objects. SUBSTANCE: double-stroke electromagnetic vibration exciter has N pairs of coils 10 positioned in casing 1 on movable bases 3 in symmetry relative to axis of flat pulling anchor. Coils are connected to self-oscillating circuit with feedback sensor formed as inductive anchor vibration sensor 20. Vibration exciter flexible system has several pairs of flexible members-springs 9, which are positioned in symmetry with respect to anchor axis, with one end of each spring being supported by movable base and other end abutting supports 7, which are positioned in movable bases 3. Rigidity of flexible system is adjusted by mechanisms, which regulate spring-loading by displacing movable bases. These mechanisms are mounted on casing 1. EFFECT: increased efficiency in creating vibrating force. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерениям, в частности к конструкции вибровозбудителей, преимущественно с бесконтактным способом возбуждения колебаний. The invention relates to measurements, in particular to the design of vibration exciters, mainly with a non-contact method of excitation of vibrations.

Известно устройство для бесконтактного возбуждения колебаний исследуемого объекта, содержащее электромагнитный вибровозбудитель в виде двух катушек на основании и якоря между ними, закрепленного на объекте [1]. A device for non-contact excitation of oscillations of the studied object, containing an electromagnetic vibration exciter in the form of two coils on the base and an anchor between them, mounted on the object [1].

Известно также устройство, содержащее вибровозбудитель и упругую систему с регулируемой жесткостью [2]. Also known is a device containing a vibration exciter and an elastic system with adjustable stiffness [2].

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для сообщения вибрации исследуемому объекту, содержащее корпус, установленные в нем двухтактный электромагнитный вибровозбудитель с подвижным якорем, закрепленным на штоке, и упругую систему с регулируемой жесткостью, упругие элементы которой расположены с противоположных сторон якоря и оперты одним концом на подвижное основание, а другим - на торец якоря, механизмы для регулирования поджатия упругих элементов, установленные на корпусе и связанные с подвижным основанием, и направляющие для якоря, выполненные в виде опор скольжения, в которых установлен шток [3]. The closest technical solution to the invention is a device for communicating vibration to an object under study, comprising a housing, a push-pull electromagnetic vibration exciter installed in it with a movable armature mounted on the rod, and an elastic system with adjustable stiffness, the elastic elements of which are located on opposite sides of the armature and are supported at one end on the movable base, and on the other on the end of the anchor, mechanisms for regulating the compression of elastic elements mounted on the housing and associated with the movable axis innovation, and guides for the anchor, made in the form of sliding bearings, in which the rod is installed [3].

Недостатком устройства является то, что оно не может передавать на исследуемый объект значительных усилий, достаточных для виброперемещений последнего, что значительно снижает эксплуатационные возможности вибровозбудителя. The disadvantage of this device is that it cannot transmit significant forces to the object under study, sufficient to vibrate the latter, which significantly reduces the operational capabilities of the exciter.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей, в частности повышение создаваемого усилия. The aim of the invention is the expansion of operational capabilities, in particular increasing the generated effort.

Это достигается тем, что в предлагаемом устройстве для сообщения вибрации исследуемому объекту, вибровозбудитель выполнен с N парами катушек, установленными на подвижных основаниях симметрично относительно оси якоря и включенными в автоколебательный контур с датчиком обратной связи в виде индукционного датчика вибрации якоря, притяжной якорь выполнен плоским, упругая система содержит несколько пар упругих элементов, расположенных симметрично относительно оси якоря, а опоры скольжения размещены в подвижных основаниях. This is achieved by the fact that in the proposed device for communicating vibration to the object under study, the vibration exciter is made with N pairs of coils mounted on movable bases symmetrically relative to the axis of the armature and included in the self-oscillating circuit with a feedback sensor in the form of an induction vibration sensor of the armature, the pull arm is made flat, the elastic system contains several pairs of elastic elements located symmetrically with respect to the axis of the armature, and the sliding bearings are placed in movable bases.

На фиг. 1 представлено устройство в разрезе в двух проекциях; на фиг. 2 - блок-схема устройства для сообщения вибрации исследуемому устройству. In FIG. 1 shows a device in section in two projections; in FIG. 2 is a block diagram of a device for reporting vibration to a device under investigation.

Устройство для сообщения вибрации исследуемому объекту содержит корпус 1 с ребрами 2 жесткости, подвижные основания 3 с узлами фиксации 4, проходящие через прорези в корпусе. Каждое подвижное основание 3 имеет кольцевую отбортовку 5, обеспечивающую возможность перемещения основания 3 внутри корпуса без перекоса. A device for communicating vibration to an object under study comprises a housing 1 with stiffening ribs 2, movable bases 3 with fixation nodes 4 passing through slots in the housing. Each movable base 3 has an annular flange 5, providing the ability to move the base 3 inside the housing without distortion.

Кольцевые ребра жесткости 6 на подвижных основаниях 3 образуют посадочные гнезда для установки в них опор скольжения 7, выполненных в виде прокладок из фторопласта. На основаниях 3 выполнены наплывы 8, служащие для фиксации пружин 9 от поперечных перемещений. Ring stiffening ribs 6 on movable bases 3 form landing slots for installing slide supports 7 in them, made in the form of fluoroplastic gaskets. On the bases 3, sagging 8 is made, serving to fix the springs 9 from lateral movements.

К внутренней части оснований 3 симметрично (например, под углом 120^о) присоединены электромагнитные вибровозбудители, объединенные в блоки (например, в три блока при расположении вибровозбудителей под углом 120^о относительно оси устройства), а электромагниты 10 вибровозбудителей расположены внутри корпуса симметрично и соосно друг другу в блоке. В геометрическом центре подвижных оснований 3 соосно выполнены отверстия, через которые проходит шток 11 подвижного якоря, опираясь на опоры скольжения 7. К штоку 11 крепится немагнитная площадка 12 (перпендикулярно оси штока 11), выполненная, например, в виде диска, с ферромагнитными накладками 13 и с ограничителями 14 для пружин 9 на ней. На законцовки штока 11 с натягом посажены втулки 15, выполненные из бронзы с полированной наружной поверхностью (для уменьшения трения о фторопластовую прокладку опоры скольжения 7).To the inside of the base 3 symmetric (e.g., at an angle of ¹²⁰⁾ are attached electromagnetic exciters combined into blocks (e.g., in three blocks at the location vibroexciters at an angle ¹²⁰ relative to the tool axis) and the electromagnets 10 exciters disposed within the housing symmetrically and coaxially with each friend in the block. Holes are made coaxially in the geometric center of the movable bases 3, through which the rod 11 of the movable armature passes, relying on the sliding bearings 7. A non-magnetic pad 12 (perpendicular to the axis of the rod 11) is mounted to the rod 11, made, for example, in the form of a disk with ferromagnetic plates 13 and with limiters 14 for springs 9 on it. On the ends of the rod 11 with an interference fit bushings 15 made of bronze with a polished outer surface (to reduce friction on the fluoroplastic gasket slip bearings 7).

К верхнему концу штока 11 присоединен "столик" 16 для крепления на нем исследуемого объекта, а к нижнему концу - с помощью узла крепления 17 - постоянный магнит 18, выполненный кольцевым. К наружной стороне нижнего подвижного основания 3 крепится стакан 19 из магнитонепроницаемого материала (например, с помощью резьбового соединения), внутри которого установлен электромагнитный индукционный датчик 20 - датчик вибрации якоря, выход которого связан с усилителем возбуждения. На корпусе имеется узел 21 для крепления механизма перемещения подвижных оснований 3 (например, электромеханизм 22 перемещений), шток которого через узлы фиксации 4 соединен с подвижными основаниями 3. A “little table" 16 is attached to the upper end of the rod 11 for fastening an object to be studied on it, and to the lower end, with the help of a fastener 17, is a permanent magnet 18 made in an annular manner. A cup 19 made of magnetically impermeable material is attached to the outside of the lower movable base 3 (for example, using a threaded connection), inside of which there is an electromagnetic induction sensor 20 — an armature vibration sensor, the output of which is connected to an excitation amplifier. On the body there is a node 21 for attaching the mechanism for moving the movable bases 3 (for example, the electromechanism 22 movements), the rod of which is connected through the fixing nodes 4 to the movable bases 3.

Устройство для сообщения вибрации исследуемому объекту работает следующим образом. A device for reporting vibration to an object under investigation works as follows.

"Столику" 16 с закрепленным на нем объектом исследования 23 сообщается импульс перемещения, от которого шток 11 подвижного якоря с закрепленным на нем с помощью узла 17 крепления постоянным магнитом 18 будет перемещаться относительно индукционного датчика 20. При этом в обмотках индукционного датчика 20 будет наводиться сигнал в виде ЭДС индукции. Полезный сигнал с датчика 20 подается на вход усилителя возбуждения 24. Усиленный сигнал с датчика 20 подается поочередно, например, первоначально на верхние электромагниты 10 вибровозбудителей, которые, воздействуя возбуждающей силой на ферромагнитные накладки 13 (и, как следствие, на опорную площадку 12), способствуют перемещению площадки 12, а вместе с ней и штока 11 с закрепленным на нем "столиком" 16 с исследуемым объектом 23, в направлении действия силы Р(t). Перемещаясь, опорная площадка 12 сжимает нижние (по схеме на фиг. 1) пружины 9, накапливая в них энергию. Достигнув равновесного положения, когда возбуждающая сила Р(t) будет равна силе упругости пружин 9, подвижный якорь (опорная площадка 12 со штоком 11, столиком 16, исследуемым объектом 23 и постоянным магнитом 18, закрепленными на штоке 11) начнет возвращаться в исходное положение равновесия под действием сил упругости пружин 9. При этом ЭДС в катушках индукционного датчика 20 изменит свой знак на противоположный и после усиления в усилителе возбуждения 24 подается уже на другие электромагниты 10 (на нижние по схеме на фиг. 1). The "table" 16 with the research object fixed on it 23 is informed of a movement impulse from which the rod 11 of the movable armature with the permanent magnet 18 fixed on it using the attachment unit 17 will move relative to the induction sensor 20. In this case, a signal will be induced in the windings of the induction sensor 20 in the form of EMF induction. A useful signal from the sensor 20 is fed to the input of the excitation amplifier 24. The amplified signal from the sensor 20 is supplied alternately, for example, initially to the upper electromagnets 10 of the vibration exciters, which, by applying the excitation force to the ferromagnetic plates 13 (and, as a result, to the support platform 12), contribute to the movement of the site 12, and with it the rod 11 with a "table" 16 attached to it with the object under study 23, in the direction of action of the force P (t). Moving, the support platform 12 compresses the lower (according to the scheme in Fig. 1) springs 9, accumulating energy in them. Having reached the equilibrium position, when the exciting force P (t) is equal to the spring force 9, the movable armature (supporting platform 12 with the rod 11, stage 16, the object under study 23 and the permanent magnet 18 fixed on the rod 11) will begin to return to its original equilibrium position under the action of the elastic forces of the springs 9. In this case, the EMF in the coils of the induction sensor 20 will change its sign to the opposite and after amplification in the excitation amplifier 24 is supplied to other electromagnets 10 (to the lower ones according to the scheme in Fig. 1).

Шток 11 с площадкой 12 будет перемещаться в противоположное рассмотренному направление. Таким образом возникают незатухающие механические колебания штока 11 с площадкой 12 и с закрепленным на штоке 11 исследуемым объектом 23 с частотой собственных колебаний, соответствующей массе динамической системы с включенным в нее объектом. С помощью электронно-счетного частотомера 25 производится замер частоты собственных колебаний данной системы. The rod 11 with the platform 12 will move in the opposite direction to the considered. Thus, undamped mechanical vibrations of the rod 11 arise with the platform 12 and with the studied object 23 fixed on the rod 11 with the natural vibration frequency corresponding to the mass of the dynamic system with the object included in it. Using an electronically counted frequency counter 25, the frequency of the natural oscillations of this system is measured.

В случае, когда масса исследуемого объекта 23 превышает допустимую для i-той величины жесткости динамической системы (происходит биение штока об ограничители), производят корректировку жесткости динамической системы путем дополнительного (относительно первоначального уровня) обжатия пружин 9. Для расширения эксплуатационных возможностей, в частности для повышения создаваемого усилия Р(t), с помощью электромеханизмов 22, закрепленных на корпусе, воздействую через узлы фиксации 4 на подвижные основания 3, производят их синхронное сдвижение навстречу друг другу (фиг. 1). С помощью такой корректировки жесткости динамической системы, при которой статическая жесткость динамической системы вцелом возрастает на j-тую величину, масса объекта 23 не будет влиять на допустимый диапазон перемещений подвижного якоря. Во всех случаях с помощью варьирования жесткости динамической системы добиваются оптимальной амплитуды колебаний подвижного якоря с закрепленным на нем объектом исследований за счет повышения создаваемого усилия со стороны электромагнитов 10 вибровозбудителей, включенных в автоколебательный контур с датчиком 20 обратной связи. Регулировка чувствительности индукционных датчиков 20 осуществляется за счет приближения их к постоянному магниту 18 путем вращения стакана 19 по его резьбе на нижнем подвижном основании 3. In the case when the mass of the studied object 23 exceeds the permissible for the ith value of the stiffness of the dynamic system (the runout of the rod against the limiters occurs), the stiffness of the dynamic system is adjusted by additional (relative to the initial level) compression of the springs 9. To expand operational capabilities, in particular for increase the created force P (t), using electromechanisms 22 mounted on the housing, acting through the fixing nodes 4 on the movable base 3, produce their synchronous movement towards each other (Fig. 1). With such a correction of the stiffness of the dynamic system, in which the static stiffness of the dynamic system as a whole increases by the j-th value, the mass of the object 23 will not affect the permissible range of movements of the moving armature. In all cases, by varying the rigidity of the dynamic system, the optimum amplitude of oscillations of the movable armature with the research object fixed on it is achieved by increasing the generated force from the electromagnets 10 of the vibration exciters included in the self-oscillating circuit with the feedback sensor 20. The sensitivity of the induction sensors 20 is adjusted by bringing them closer to the permanent magnet 18 by rotating the cup 19 along its thread on the lower movable base 3.

Применение в опорах скольжения 7 в качестве трущейся пары фторопластовой прокладки и бронзовой втулки 15 с полированной наружной поверхностью позволит уменьшить коэффициент трения в опорах штока 11 до минимальной величины. The use of sliding bearings 7 as a friction pair of a fluoroplastic gasket and a bronze sleeve 15 with a polished outer surface will reduce the friction coefficient in the rod supports 11 to a minimum value.

Claims

DEVICE FOR REPORTING VIBRATION TO THE OBJECT IN STUDY, comprising a housing, a push-pull electromagnetic exciter with a movable armature mounted on the rod, and an elastic system with adjustable stiffness, the elastic elements of which are located on opposite sides of the armature and are supported at one end on a movable base and the other on the end of the anchor, mechanisms for regulating the preload of elastic elements mounted on the housing and connected with movable bases, and guides for the anchor, made in the form of supports with rings in which a rod is installed, characterized in that the vibration exciter is made with N pairs of coils mounted on movable bases symmetrically relative to the axis of the armature and included in the self-oscillating circuit with a feedback sensor in the form of an induction vibration sensor of the armature, and a flat pull arm, the elastic system contains several pairs of elastic elements located symmetrically with respect to the axis of the armature, and sliding bearings are placed in movable bases.