CC BY
45
УДК 621.9.06.229
Р.И. Клейменов, асп., (4872) 33-23-50, romankleimenov@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Н.А. Усенко, д-р техн. наук, проф., (4872)33-23-50, atuzyn@yandex. ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Чан Минь Тхай, асп., (4872) 33-23-50, lanhdientu 1981 @yahoo .com (Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЕТ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ ВИБРАЦИОННОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА
Проведен расчет системы стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства при переменной наложенной массе предметов обработки.
Ключевые слова: вибрационное загрузочное устройство, электромагнитный привод, система стабилизации, передаточная функция.
Среди устройств загрузки штучных предметов обработки в различных отраслях промышленности значительное распространение получили вибрационные загрузочные устройства с электромагнитным приводом. Достоинствами этих устройств являются простота и компактность конструкции, повышенная надежность и долговечность, малая мощность приводов, возможность плавного регулирования производительности, возможность использования для широкого ассортимента предметов обработки, осуществимость безударного движения предметов обработки.
Практическое использование вибрационных загрузочных устройств показывает, что иногда имеющиеся достоинства сводятся к нулю, если игнорируется возможность изменения таких эксплуатационных параметров, как
- напряжение в электросети;
- масса и момент инерции предметов обработки, находящихся в бункере вибрационного загрузочного устройства.
Для большинства предметов обработки процесс ориентирования возможен только в определенном диапазоне скоростей виброперемещения, выход за границы этого диапазона приводит к уменьшению коэффициента выдачи предметов обработки, что серьезно осложняет процесс загрузки технологического оборудования и накладывает определенные ограничения на его производительность. В тех вибрационных загрузочных устройствах, где процесс виброперемещения совмещен с технологической обработкой предметов обработки, указанная нестабильность может привести к браку, так как время обработки, как правило, строго фиксировано.
В работах отдельных авторов для обеспечения стабильности динамических параметров системы ВЗУ масса предметов обработки в бункере
не должна превышать 20 % его массы. В связи с этим ограничением возникает необходимость использования предбункеров или независимой донной части бункера, для того, чтобы значительно увеличить время между очередными загрузками бункера предметами обработки.
В устройстве для автоматического регулирования амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства, которое регулирует амплитуду колебаний введением в электромагнит плоского металлического шунта. При этом часть магнитного потока, создаваемого обмоткой электромагнита, замыкается через шунт и не охватывает якорь электромагнита. В зависимости от положения шунта развивается большая или меньшая тяговая сила [1].
В устройстве для стабилизации амплитуды колебаний ВЗУ с торсионной упругой подвеской, регулирование амплитуды колебаний осуществляется изменением жесткости пластин, а более конкретно, изменением их рабочей длины посредством перемещения обойм и фиксацией крепежными элементами [1].
Отмеченные устройства применимы только в качестве средств предварительной настройки и не могут использоваться в процессе работы ВЗУ. В связи с этим возникает необходимость в автоматизации стабилизации амплитуды колебаний ВЗУ и повышении точности её регулирования при переменной наложенной массе предметов обработки.
Целью исследования является расчет системы стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства.
На рис. 1 изображена принципиальная схема устройства для автоматической стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства.
Поставленная техническая задача решается посредством того, что в устройство для стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства, содержащее обоймы, соединенные резьбовыми крепежными элементами, введен электродвигатель 1, который соединен с червячным редуктором, состоящим из червяка 12, и двух червячных колес 11, расположенных таким образом, что их оси находятся в одной плоскости и параллельны друг другу, а угол скрещивания равен 900, которые соединены со шпильками 2 с разнонаправленной однозаходной резьбой, посредством которой они соединены с обоймами 9. В обоймах 9 сделаны пазы для их фиксации на упругих элементах вибрационного загрузочного устройства, которые представляют собой пружинные стержни 10 прямоугольного сечения, располагающиеся на шарнирно-неподвижных опорах 8 и шарнир-но-подвижных опорах 7, связанных между собой валом 13. При этом к валу 13 присоединен бункер 14 вибрационного загрузочного устройства. В бункере 14 установлен потенциометр 6, снабженный плоской спиральной возвратной пружиной 5, и на его оси закреплено подпружиненное коромысло 4. Потенциометр связан посредством преобразователя 3 с электро-
двигателем.
13
Рис. 1. Схема устройства для автоматической стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства
Работа устройства заключается в следующем. При повороте подпружиненного коромысла, под действием на него, перемещающихся в бункере предметов обработки, осуществляется поворот оси потенциометра, который регистрирует силу тока. Потенциометр снабжен плоской спиральной возвратной пружиной, которая предназначена для возврата подпружиненного коромысла в исходное положение. Потенциометр посредством преобразователя подает сигнал на электродвигатель, с которого воздействие передается на ведущее звено червячной передачи - червяк, а далее на сопряженные с ним червячные колеса и соединенные с ними шпильки. Шпильки, соединенные с обоймами, осуществляют поджатие пружинных стержней, располагающихся на шарнирно-неподвижных опорах и шарнирно-подвижных опорах, связанных между собой валом.
В системе стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства, которая проектируется как исполнительное устройство, используется двигатель постоянного тока (Д), как усилитель мощности электромашинный усилитель с поперечным полем (ЭМУ). Для измерительного устройства рекомендуется использовать потенциометр (П). Поскольку измерительное устройство работает на переменном токе, то после измерительного устройства должен использоваться фазовый детектор (ФД). Кроме указанных элементов в функциональную схему
входят управляющее устройство, усилитель напряжения (У), редуктор (Р), при помощи которого исполнительное устройство соединяется с объектом управления.
Составим передаточные функции элементов системы стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства. [2]
1. Исполнительный двигатель. (Интегрирующее звено с замедлением). Передаточная функция исполнительного двигателя за углом поворота имеет вид (индуктивности цепи якоря не учитывается):
К
(р) =_
Р (Т д р + 1)
где К д- коэффициент усиления двигателя:
К
Wд(p) = (1)
д и '
и н
Тд - электромеханическая постоянная времени:
Т =
1 д С С ' тс
где а=1,2 - постоянный коэффициент; Rд - сопротивление цепи обмотки якоря двигателя;
г =Мн . 111 •»
т Т 1 н
где Мн - номинальный момент двигателя; 1н - номинальный ток якоря двигателя.
г = ин -1,2RдIн . Ю н
где ин - номинальное напряжение двигателя; Rд - сопротивление цепи обмотки якоря двигателя; юн - номинальная угловая скорость двигателя; 3- суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя, вычисляемый по формуле:
/ 0
3 с 3 д + 3 р 2 '
1 р Л р
где 3д - момент инерции якоря двигателя; 3р - момент инерции
редуктора; цр - КПД двигателя.
2.Электромашинный усилитель. (Апериодическое звено второго порядка). ЭМУ с поперечным полем служит для усиления и преобразования сигнала рассогласования к величине, достаточной для управления исполнительным двигателем. Передаточная функция ЭМУ
(2)
где Ту, Ткз - постоянные времени обмотки управления и короткозамкнутой обмотки якоря ЭМУ; Кэму - коэффициент усиления ЭМУ по напряжению:
^эму ^эму - тт >
где - напряжение на выходе ЭМУ; и - напряжение обмотки
эму у
управления ЭМУ:
иу = !РЛ
где Ру, 7?у - соответственно мощность и сопротивление обмотки
управления ЭМУ.
3.Усилитель. (Безынерционное звено). Усилитель служит для согласования выходного сигнала с входным сопротивлением обмотки управления ЭМУ. Его передаточная функция
= = (3)
В расчетах принимают Ку = 1 -
4. Фазовый детектор (безынерционное звено). Фазовый детектор служит для преобразования сигнала переменного тока в сигнал постоянного тока с учетом фазы. Передаточная функция фазового детектора
где - коэффициент усиления фазового детектора. В расчетах принимают = 1
5. Измерительный прибор (безынерционное звено). Измерительный прибор - потенциометр. Передаточная функция потенциометра
ЪГа(р) = Кп=1. (5)
В расчетах принимают Кп = 1.
6. Редуктор (безынерционное звено). Передаточная функция редуктора
^ред (р) = Кред = ~~ • (6)
1Р
На рис. 2 представлена структурная схема системы амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства, где g(t) - входное воздействие, у(0 - управляющее воздействие.
14
Рис. 2. Структурная схема системы стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства
Эквивалентная передаточная функция системы стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства
W Wa, W WWW , ч W пW фдW эмуW уW дW ред
W( p) =-. (7)
1 + W Wa, W WWW
п фд эму у д ред
Таким образом, применение устройства для автоматической стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства позволяет стабилизировать скорость виброперемещения предмет обработки путем стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства в автоматическом режиме и повысить точность её регулирования при переменной наложенной массе предметов обработки.
В результате составлена эквивалентная передаточная функция системы стабилизации амплитуды колебаний вибрационного загрузочного устройства.
Список литературы
1. Автоматическая загрузка технологических машин: справочник / И.С. Бляхеров [и др]; под ред. Клусова И.А. М: Машиностроение, 1990. 400 с.
2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. Изд. 4-е, перераб. и доп. СПб: Профессия, 2004. 752 с.
R.I. Kleimenov, N.A. Usenko, Tran Minh Thai
CALCULATION OF SYSTEM STABILIZATION AMPLITUDE OF FLUCTUATIONS OF THE VIBRATING LOADING DEVICES
Calculation of system stabilization amplitude of fluctuations of the vibrating loading device is carried out at variable imposed mass of subjects ofprocessing.
Key words: vibrating loading device, electromagnetic drive, stabilization system, transfer function.
Получено 20.07.12
