CC BY
51
There is a need of heat resistant materials with a working temperature up to 1600 C in modern industry. Nb3Al intermetallic and based on it alloys just refer to this class of materials. However, there are difficulties in obtaining the intermetallic with the desired properties caused by a such various physical-chemical properties of niobium and aluminum. The experimental batch of the intermetallic powders Nb^Al with contains the main phase is close to 100 % has been obtained. Their physical-chemical and technological properties has been studied.
Key words: calcium-hydride method, obtaining, composition, Nb3Al, powder of in-termetallic, properties.
Kasimtcev Anatoli Vladimirovich, D. Sc (Tech.), professor, metsintezatula. net, Russia, Tula, Tula State University, Ltd. «Metsintez»,
Yudin Sergei Nikolaevich, postgraduate, Sergey- USN@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Markova Galina Victorovna, doctor of technical science, professor, head of the, galv. markarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Sviridova Tatiana Alexandrovna, candidate fizikomatematicheskih sciences, tim-17@yandex.ru, Russia, Moscow, MISIS,
Shuytsev Alexander Vladimirovich, postgraduate, alex. tsu2008@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 621.9.06.229
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО ЗАГРУЗОЧНОГО УСТРОЙСТВА С СИНХРОННЫМ ПРИВОДОМ
Е.С. Бочарова, К.С. Усенко
Рассмотрены актуальность и способ реализации эллиптической траектории материальной точки бункера в вибрационных загрузочных устройствах с синхронным приводом.
Ключевые слова: эллиптическая траектория, фазовый угол, синхронный привод
При настройке вибрационных загрузочных устройств, правильный подбор разности фаз и амплитуд играет важную роль. В случае с устройствами с раздельным приводом разность фаз достигается настройками параметров привода. При совершенствовании загрузочного устройства с синхронным приводом необходимо заранее знать, какой фазовый угол между колебаниями должен быть получен в итоге, так как от этого будет зависеть конструкция всего устройства.
В общем случае дифференциальные уравнения виброперемещения в режиме без подбрасывания имеют вид:
mx = -mg sin a + Fx (t),
my = -mg cos a + N(t).
Рассмотрим график зависимости скорости виброперемещения от величины амплитуды при различных фазовых углах (рис. 1) в пределах от 0о до 180о при безотрывном движении (амплитуда в вертикальном направлении не превышает 0,07 мм, а в горизонтальном направлении 1 мм, коэффициент трения m = 0,15).
На графике наглядно видно, что при j1 - j2 = Р достигается наивысшая скорость виброперемещения [1], а при j1 -ф2 = и j1 -j2 = p
она сильно приближается к максимальному значению.
Рассмотрим, с чем связано такое повышение скорости.
При сложении горизонтальных и вертикальных колебаний, получим траекторию движения материальной точки бункера. Так, если колебания происходят во взаимно перпендикулярных направлениях, то их можно описать следующими зависимостями:
х = а соб(о1 + Ф1); у = Ь еов(ю2^ + Ф2).
V- -
V 60 ■ с
12
9
6
О
0,5 1 15 В 10~3,м
Рис. 1. График зависимости скорости виброперемещения от величины амплитуды
В случае, если частота колебаний wj = w = w, то по формуле косинуса суммы двух углов получим:
x
— = cos wt cos jj - sin wt sin jj;
a
У
— = cos wt cos Ф2 - sin wt sin Ф2.
b
Умножим первое уравнение на cos Ф2, а второе на (- cos jj) и сложим результаты. Получим уравнение
Х cos Ф2 - У cos jj = - sin wt sin(jj - Ф2). a b
Затем умножим первое уравнение на sin Ф2, а второе на (- sin jj) и сложим результаты. Получим уравнение
Х sin Ф2 - У sin jj = - cos wt sin(jj -Ф2).
ab
Возведем в квадрат два последних уравнения и сложим
2 2
^ + У2 - 2 ^ С0Э(ф1 - ф2) = ЭЬ2^ - ф2). а2 Ь аЬ
Это уравнение кривой второго порядка, а именно эллипса, так как значения х и у не выходят за пределы прямоугольника со сторонами 2а и 2Ь. Таким образом, в результате сложения двух взаимно-перпендикулярных колебаний материальная точка будет двигаться по эллипсу. При этом форма эллипса и то, как он повернут, зависит от разности
Ф1 -Ф2.
Рассмотрим частные случаи.
При применении в конструкции устройства синхронного привода, бункер будет иметь синфазные колебания ф1 - ф2 = ±2рп и уравнение
примет вид
22
х , У о ху
— + 2 — = 0, что соответствует
2 аЬ
Г \2
(х уЛ
а
Ь2
а
Ь
у
л х у = 0 или — = —.
а Ь
Это уравнение прямой, проходящей через начало координат (рис. 2, а).
г д е
Рис. 2. Траектория движения материальной точки в зависимости от фазового угла
В конструкции с раздельным приводом, если колебания происходят в противофазе, ф1 -ф2 = ±рп (п = 1,3,5...), то уравнение примет вид
2
' х уЛ
Л х у
= 0 или — = -—. Это тоже уравнение кривой, проходящей через
аЬ
V а Ь у начало координат (рис. 2, б)
р
Если разность фаз ф1 - ф2 = ±—, то мы получаем частное уравнение
эллипса, у которого оси совпадают с главными координатными осями
153
2 2 ^ + ^ = 1 (рис. 2, в).
а Ь
При равенстве амплитуд колебаний а=Ь, эллипс превратится в окружность (рис. 2, г).
Для определения направления движения точки по эллипсу, нужно найти производные от х = а соб(о1 + Ф1) и у = Ь соб(ю2? + Ф2): х =-а Бт(о1 + Ф1); у = -Ь б1п(ю2? + Ф2). Проведем вышеописанные преобразования, затем положим, что ?=0 (начальный момент времени) и найдем скорости и начальные координаты точки, движущейся по эллипсу.
При Ф1 - Ф2 = р точка будет двигаться против часовой стрелки
к
(рис. 2, д), а при ф! -ф2 = -— по часовой стрелке [2] (рис. 2, е).
Таким образом, при ф! - ф2 = ±К получаем наиболее высокую скорость виброперемещения путем реализации эллиптической траектории движения материальной точки бункера.
В ВЗУ с раздельным приводом настройка на данный параметр осуществляется регулированием настроек самого привода.
Для ВЗУ с синхронным приводом предлагается следующее решение поставленной задачи: ввести в конструкцию привода дополнительные упругие элементы между бункером и платформой (рис. 3).
г
Рис. 3. Вибрационное загрузочное устройство с синхронным приводом и дополнительными упругими элементам
Линейные колебания платформы 5 при этом будут иметь горизонтальную и вертикальную составляющие. Их соотношение будет зависеть от угла наклона упругих элементов 4, на которых установлена платформа, при этом бункер 6 будет совершать такие же горизонтальные колебания, как и платформа 5, так как упругие элементы 7 имеют жесткость в горизонтальной плоскости стремящуюся к бесконечности, а вертикальные колебания бункера 6 будут иметь величину, отличную от величины колебаний платформы 5 , а также фазовое смещение по отношению к ней. Таким образом, обеспечивается колебание бункера 6 по эллиптической траектории в результате сложения гармонических колебаний в двух взаимно перпендикулярных плоскостях при фазовом смещении.
В этом случае, изменится динамическая модель самого устройства -она станет двухмассной в горизонтальном, и трехмассной в вертикальном направлении [3] (рис. 4):
Рис. 4. Динамическая модель, двухмассная в горизонтальном направлении и трехмассная в вертикальном
Упругая связь между бункером и платформой и позволит реализовать необходимый фазовый угол. Выводы:
1. Наивысшая скорость виброперемещения достигается при р
Ф1 -Ф2 =
2. При разности фаз ф1 -ф2 , материальная точка бункера движется по эллиптической траектории, оси полученного эллипса совпа-
дают с главными координатными осями.
3. При введении в конструкцию ВЗУ с синхронным приводом дополнительных упругих элементов, связывающих бункер и платформу, реализуется эллиптическая траектория материальной точки бункера с заданным сдвигом фаз ji -j2 = , обеспечивающим максимальную скорость виброперемещения предметов обработки.
Список литературы
1. Системы автоматической загрузки штучных предметов обработки в технологические машины - автоматы: учеб. пособие / Н.А. Усенко [и др.]: под науч. ред. В.В. Прейса. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 310 с.
2. Савельев В.В. Прикладная теория колебаний: учеб. пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. 160 с.
3. Бочарова Е.С., Усенко Н.А. Динамическая модель вибрационного загрузочного устройства с синхронным приводом с эллиптическими колебаниями бункера // Вибрационные технологии, мехатроника и управляемые машины: сб. науч. ст.: в 2-х ч. / редкол.: С.Ф. Яцун (отв. ред.) [и др.]; Юго-Зап. гос. ун-т. Курск, 2014. Ч. 1. С. 60-63.
Бочарова Елена Сергеевна, асп., elenaboch 14@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Усенко Константин Сергеевич, асп., elenaboch 14@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE IMPROVEMENT OF A VIBRATION BOOT DEVICE WITH A SYNCHRONOUS DRIVE
E.S. Bocharova, K.S. Usenko
The relevance and the way of implementing the elliptical trajectory of a material point of the hopper is considered in this article in application to the vibrating boot device with synchronous drive.
Key words: elliptical trajectory, phase angle, synchronous drive.
Bocharova Elena Sergeevna, postgraduate, elenaboch 14@ gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Usenko Konstantin Sergeevich, postgraduate, elenaboch 14@ gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
