Глава XVI. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛИ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В основе электродинамического способа возбуждения колебаний лежит явление образования переменной электродинамической силы при взаимодействии постоянного магнитного поля с проводником, но которому протекает переменный электрический ток.

При перемещении проводника перпендикулярно к направлению магнитных силовых линий электродинамическая сила

где В — магнитная индукция; I — общая длина проводника; сила тока.

Присоединение проводника к упругой механической системе позволяет воспроизводить вибрацию различной частоты.

Электродинамические вибровозбудигели широко применяют для вибрационных испытаний различных видов. С их помощью испытывают образцы материалов, деталей, узлов машин и приборов, производят натурные испытания агрегатов, машин, транспортных средств, а также исследуют свойства сыпучих сред, поведение биологических объектов. В радиоэлектронике и акустике электродинамические вибровозбудители применяют для возбуждения колебаний звукового диапазона.

Сравнительно редко электродинамические вибровозбудители используют для выполнения технологических операций.

Рис. 1. Схемы электродинамических вибровозбудителей

Основными частями электродинамического вибровозбудителя являются магнитная система; подвижная система; упругие элементы; система питания, управления и контроля.

В зависимости от назначения вибровозбудителя, его мощности, частотного диапазона вибрации и других факторов в его конструкцию могут быть включены система охлаждения, устройства для изменения направления вибрации, усилительные и согласующие системы.

Рассмотрим основные части вибровозбудителя (рис. 1, а). Магнитная система представляет собой постоянный магнит или электромагнит 1 с обмоткой возбуждения (нодмагничивания) 5. В мощных вибровозбудителях обычно применяют электромагниты; при этом сила тока в обмотке возбуждения в случае необходимости может быть регулируемой. Обмотку возбуждения выполняют без охлаждения, а также с воздушным или жидкостным охлаждением. Наиболее выгодными по магнитным и технологическим свойствам являются электромагниты цилиндрической формы; при этом рабочий воздушный зазор магнитопровода имеет кольцевую форму.

Подвижная система состоит из подвижной обмотки 2, каркаса обмотки, соединительных частей и стола 3, платформы, стержня или другого устройства, служащего для передачи движения от вибровозбудителя на объект испытаний. При проектировании возбудителя особое внимание должно быть обращено на увеличение жесткости подвижной системы в направлении передачи вибрации. Подвижную обмотку, так же как и обмотку возбуждения, часто выполняют с воздушным или жидкостным охлаждением.

Упругие элементы 4 необходимы для возвращения подвижной системы в положение равновесия, определяемое симметричным расположением подвижной обмотки в рабочем зазоре магнитопровода. При закреплении изделий на столе вибровозбудителя применяют дополнительные устройства для компенсации прогиба от силы тяжести. Упругие элементы выполняют в виде плоских пружин, мембран, пневматических элементов или специальных компенсационных обмоток, расположенных в магнитном поле.

Система питания, управления и контроля обеспечивает поддержание и регулировку основных параметров, определяющих воспроизводимую вибрацию; в простейших случаях — это изменение частоты и амплитуды переменного тока в подвижной катушке; в более сложных случаях — обеспечение возбуждения вибрации по заданной программе.

Для питания вибровозбудителей малой мощности применяют генераторы электрических колебаний звукового диапазона частот, непосредственно управляющие током в подвижной обмотке. Во многих случаях необходимо дополнительно применять усилители мощности и согласующие трансформаторы, включенные между усилителем и вибровозбудителем.

Рис. 2. Схема установки с электродинамическим вибровозбудителем: 1 — блок генератора и регулирования, 2 — усилитель мощности; 3 — вибровозбу дитель; 4 — блок обработки данных

На рис. 2 представлена структурная схема установки с электродинамическим вибровозбудителем в случае применения замкнутой системы управления возбудителем [1, 7, 8].

Диапазоны параметров воспроизводимой вибрации различаются большой широтой. Основными показателями вибровозбудителя являются частотный диапазон и амплитуда вынуждающей силы при гармонической вибрации. Наиболее характерный частотный диапазон для электродинамических вибровозбудителей средней мощности Гц. В отдельных конструкциях предусмотрено проведение испытаний на частотах до Гц.

Специальные усилительные устройства позволяют использовать вибровозбудители на частотах ниже 1 Гц. В этом случае подвеску подвижной системы выполняют в виде аэродинамической опоры с роликовыми направляющими. Однако введение направляющих приводит к снижению верхнего диапазона рабочих частот вибровозбудителя. При присоединении вибровозбудителя к изделию, представляющему собой упругую механическую систему, диапазон частот вибровозбудителя определяется также динамическими свойствами этой системы. Амплитуда силы, создаваемой при гармоническом возбуждении, может широко изменяться в зависимости от мощности и конструкции вибровозбудителя. Существуют малые вибровозбудители (амплитуда вынуждающей силы менее и отдельные конструкции, в которых амплитуда вынуждающей силы достигает Электродинамические вибровозбудители позволяют воспроизводить случайную вибрацию и вести вибрационные испытания по заданной программе. В работе [4] собраны и проанализированы основные данные по вибровозбудителям, применяемым в вибрационных стендах (335 моделей отечественных и зарубежных фирм).

К недостаткам электродинамических вибровозбудителей следует отнести относительную сложность конструкции (для мощных вибровозбудителей), чувствительность к тяжелым условиям эксплуатации (вредное воздействие внешней среды), наличие в некоторых конструкциях значительных магнитных полей рассеяния.