SU798185A1 - Способ контрол процесса вибро-ОбРАбОТКи КОНСТРуКций и уСТРОйСТВОдл ЕгО ОСущЕСТВлЕНи - Google Patents

Description

Изобретение относится к измеренй* ям при снятии остаточных напряжений, образовавшихся в металлических конструкциях после их сварки, термической обработки или литья, а именно для контроля снижения остаточных напряжений путем вибрации основных, несущих конструкций координатно-измерительных машин и металлорежущих станков, где релаксация остаточных напряжений может вызвать деформацию конструкций во время их эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ контроля, используемый в методе вибростарения для снятия остаточных напряжений, и устройство для осуществления этого способа. Способ состоит в том, что деталь подвергают механическому возбуждению в диапазоне частот и регистрируют реакцию детали, т.е. резонансные максимумы колебаний в этом диапазоне. Такое возбуждение осуществляют многократно (при этом резонансные максимумы меняют своё положение на оси частот). Снятие остаточных напряжений (т.е. конец процесса виброобра5 боткй) завершается.тогда, когда положение этих резонансных максимумов на шкале частот стабилизируется, и при дальнейшем возбуждении смещение резонансных максимумов отсутствует. Способ базируется на теории, что ме+ талл, имеющий остаточные-напряжения, характеризуется резонансными максимумами (максимум приходится на определенные значения.частот), сдвинутыми по шкале частот от положений, которые эти максимумы занимают у металла, свободного от напряжений, или со стабильным их расположением, т.е. резонансные максимумы занимают ошибочные положения в напряженном (нестабильном) металле- и действительные положения в ненапряженном (стабильном) металле/ во время виброобработки резонансные максимумы смещаются из ошибочных положений в действительные·. При снятиях или стабилизированных напряжениях максимумы больше не смещаются, так как занимают свои действи!ельные (естественные) положения.

Итак, наблюдая за смещением резонансных максимумов и регистрируя мо30 мент стабилизации их положения на [шкале частот, узнают об окончании процесса снятия остаточных напряжений»

Способ осуществляют устройством, содержащим вибровоэбудитель механических колебаний, установленный на конструкции (детали) , датчик вибраций, также установленный на конструкции (детали) и через фильтр подключенный к регистрирующему устройству (например, двухкоординатному самописцу) , позволяющему записывать' амплитуду вибрации в зависимости от частоты возбуждения £1) . ·

Известный способ обладает рядом недостатков: если обрабатываемая деталь характеризуется пологими резонансными максимумами, то установить 15 соответствующую этому максимуму частоту достаточно сложно, неточная регистрация этих частот приводит к ошибкам при фиксации момента стабилизации положений этих частот на час- 20 тотной.шкале, т.е. не позволяет точно установить момент Окончания технологического процесса виброобработки. В цеховых условиях это приводит к увеличению затрат времени, __ связанных как с определением отсутствия смещения частот резонансных максимумов, так и с искусственным'и .неоправданным затягиванием процесса виброобработки, что в конечном итоге ведет к уменьшению производительное- 30 ти труда.

Кроме того, в сложных конструкциях с большим количеством степеней свободы вероятно присутствие, например, двух резонансных максимумов, расположенных очень близко друг к ДРУгу. При регистрации кривой эти два максимума могут слиться в один при указанном способе и устройстве' регистрации. При этом снижается достоверность информации, что ведет к тем же указанным выше недостаткам.

Цель изобретения - повышение точности регистрации момента окончания процесса виброобработки и уменьшение времени виброобработки.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют действительную часть амплитудно-фазо-частотной характеристики детали, а снятие и стабили- 50 Зацикл остаточных напряжений фиксирует по прекращению смещения точек ^перехода измеренной кривой через нуль.

Устройство, позволяющее осущест- -вить предлагаемый способ, дополнительно содержит датчик силы с фильтром и фазрчувствительный умножитель, а датчики силы и вибраций через фильтры подключены .ко входам фазочувствительного умножителя, выход 60 которого соединен с регистрирующим устройством.

На фиг. 1 изображены регистрируемые кривые по известному (А) и по предлагаемому способу (Б); на 65 фиг. 2 - устройство для осуществления предложенного способа.

Устройство содержит вибровОзбудитель 1 механических.колебаний, датчик 2 силы, обрабатываемый объект 3, датчик 4 вибрации, фильтры 5 и 6, обеспечивающие фильтрацию шумов, помех и паразитных сигналов, фазочувст— вительный умножитель 7 и регистрирующее устройство 8.

Устройство работает следующим образом.

Вибровозбудитель 1 механических колебаний (в качестве него можно использовать.электромагнитный, электрогидравлический, электродинамический , механический дебалансный, кулачковый вибратор) возбуждает обрабатываемую деталь (конструкцию) 3. Частота возбуждающей силы может изменяться. Частотное управление вибратором осуществляется специальными блоками управления (на чертеже не показаны). Этими блоками могут быть генератор электрического периодического напряжения или электропривод постоянного тока в зависимости от применяемого вибратора. На выходе · вибровозбудителя 1 установлен датчик 2 силы, который вырабатывает сигнал, пропорциональный возбуждающему усилию. Этот датчик осуществляет прямое (с помощью динамометра) или косвенное (например, по магнитному полю, по силе тока, по давлению рабочей жидкости - в зависимости от типа вибратора) преобразование силы в электрический сигнал. Сигнал силы записывается в виде F = Z F^ s i π (i3Z.t) , где F - сила, i - номер' гармонической составляющей,'ft - частота возбуждения. Обогащение сигнала высшими гармониками происходит из-за нелинейности детали, принципа работы вибратора, шумов, помех и паразитных вибраций, которыми характеризуются цеховые условия. Все искажающие информацию частоты отфильтровываются фильтром 5, на выходе которого есть сигнал F = F,( s i ПчЯ. t. Реакция детали на возбуждение измеряется в виде виброперемещения детали с помощью датчика 4 вибраций и записывается в виде х=г xj s i η (iS2t+q>J , где x амплитуда виброперемещения, φ - фаза сигнала виброперемещения относительно сигнала возбуждающего усилия. После фильтрации в фильтре б х=х< s i п (ft t+

Типичная кривая реакции (виброперемещения) детали на возбуждение в диапазоне частот (фиг.1,А) характеризуется резонансными максимумами, которые могут быть пологими, с тупой вершиной (а,б,в,г). Практически невозможно по таким записям точно определять частоты, соответствующие таким резонансным максимумам.

В предложенном способе осуществляют измерение.не резонансных максимумов, а действительной части амплитудно-фазо-частотной характеристики. Сигналы, образованные на выходах фильтров 5 и 6, подвергаются фазочувствительному перемножению в умножителе 7. При этом сигнал на его выходе U^x/F^co.s qq . Этот сигнал и записывается в регистрирующем, устройстве 8 в функции частоты возбуждения. Такая характеристика составляет х« cos = f (Л) |(фиг.1,в).

Как известно из теории, колебаний, в местах резонансных максимумов сдвиг фазы между возбуждающим усилием ” вибрационным перемещением равен де стоверность информации об окончании процесса вибростарения·, точно регистрировать время окончания процесса вибростарения, т.е. снятие и стабилизацию остаточных напряжений, тем самым повышать производительность труда;

автоматизировать регистрацию момента окончания снятия и стабилизации остаточных напряжений с последующим отключением вибраторов, т.е. принципиально обеспечить автоматизацию технологического процесса вибростарения.

Claims (2)

1. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ .ПРОЦЕССА ВИБРООБРАБОТКИ КОНСТРУКЦИЙ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ кале частот, узнают об окончании процесса сн ти  остаточных напр жени Способ .осуществл ют устройством, содержащим вибровоэбудитель механических колебаний, установленный на конструкции (детали), датчик вибраций , также установленный на конструкции (детали) и через фильтр подключенный к регистрирующему устройству- (например двухкоординатному самописцу ) , позвол ющему записывать амплитуду вибрации в зависимости от частоты возбуждени  13 Известный способ обладает р дом недостатков: если обрабатываема  деталь характеризуетс  пологими резонансными максимумами, то установить соответствующую этому максимуму частоту достаточно сложно, неточна  регистраци  этих частот приводит к ошибкам при фиксации момента стабилизации положений этих частот на час тотной .шкале, т.е. не позвол ет точно установить момент окончани  технологического процесса виброобработки . В цеховых услови х это приводит к увеличению затрат времени, св занных как с определением отсутстви  смещени  частот резонансных максимумов, та« и с искусственными неоправданным зат гиванием процесса виброобработки, что в конечном итог ведет к уменьшению производительнос ти труда. Кроме того, в сложных конструкци х с большим количеством степеней свободы веро тно присутствие, например , двух резонансных максимумов, расположенных очень близко друг к ДР.Угу. При .регистрации кривой эти два максимума могут слитьс  в один при указанном способе и устройстве регистрации. При этом снижаетс  достоверность информации, что ведет к тем же указанным выше недостаткам Цель изобретени  - повышение точ ности регистрации момента окончани  процесса виброобработки и уменьшени времени виброобработки. Поставленна  цель достигаетс  тем что измер ют действительную часть амплитудно-фазо-частотной характеристики детали, а сн тие и стабилиЗaцию остаточных напр жений фиксиру fOT по. прекращению смещени  точек перехода измеренной кривой через нул Устройство, позвол ющее осуществить предлагаемый способ, дополнительно содержит датчик силы с фильт ром и фазрчувствительный умножитель а датчик: силы и вибраций через фильтры подключены .ко входам фазо .чувствительного умножител , выход которого соединен с регистрирующим уртройством. На фиг. 1 изображены регистрируе мые кривые по известному (А) и по предлагаемому способу (Б); на иг. 2 - устройство дл  осуществлени  предложенного способа. Устройство содержит вибровОзбудиель 1 механических.колебаний, датик 2 силы, обрабатываемый объект 3, атчик 4 ви.брации,, фильтры 5 и б, беспечивающие фильтрацию шумов, поех и паразитных сигналов, фазочувстительный умножитель 7 и регистриующее устройство 8, Устройство работает следующим обазом .. Вибровозбудитель 1 механических колебаний в качестве него можно использовать.электромагнитный, электрогидравлический , электродинамический , механический дебалансный, кулачковый вибратор)) возбуждает обрабатываемую деталь (конструкцию) 3. Частота возбуждающей силы может измен тьс . Частотное управление вибратором осуществл етс  специальными блоками управлени  (на чертеже не показаны). Этими блоками могут быть генератор электрического периодического напр жени  или электропривод посто нного тока в зависимости от примен емого вибратора. На выходе вибровозбудител  1 установлен датчик 2 силы, который вырабатывает сигнал, пропорциональный возбуждающему усилию . Этот датчик осуществл ет пр мое (с помощью динамометра) или косвенное (например, по магнитному полю , по силе тока, по давлению рабочей жидкости - в зависимости от типа вибратора преобразование силы в электрический сигнал. Сигнал силы записываетс  в виде F Z (), где F - сила, i - номер гармонической составл ющей, Л - частота возбуждени . Обогащение сигнала 1высшими гармониками происходит из-за нелинейности детали, принципа работы вибратора, шумов, помех и паразитных вибраций, которыми характеризуютс  цеховые услови . Все искажающие информацию частоты отфильтровываютс  фильтром 5, на выходе которого есть сигнал Р Р 51Пчй1. Реакци  детали на возбуждение измер етс  в виде виброперемещени  детали с помощью датчика 4 вибраций и записываетс  в виде XJ S i п (iat+Cf ) , где х амплитуда виброперемещени ., (f - фаза сигнала виброперемещени  относительно сигнала возбуждающего усили . После фильтрации в фильтре б («t+ Ср).. Типична  крива  реакции (виброперемещени  детали на возбуждение в диапазоне частот (фиг.1,А) характеризуетс  резонансными максимумами, которые могут быть пологими, с тупой вершиной (а,б,в,г). Практически невозможно по таким запис м точно определ ть частоты, соответствующие таким резонансным максимумам. В предложенном способе осуществл5 ют измерение.не резонансных максимумов , а действительной части амплитудно-фазо-частотной характеристики. Сигналы, образованные на выходах фильтров 5 и 6, подвергаютс  фазочувствительному перемножению в умножителе 7. При этом сигнал на его выходе .s ср . Этот сигнал и записываетс  в регистрирук цем, устрой стве 8 в функции частоты возбуждени  Така  характеристика составл ет х F cos ср f (Л) /(фигЛ/в). Как известно из теории, колебаний, в местах резонансных максимумов сдви фазы между возбуждающим усилием вибрационным перемещением равен дев носта градусам, поэтому в этих местах функци  cos ф обращаетс  в нуль. На фиг. 1. пунктиром показано соответствие между резонансными максимумами и местами точек перехода через нуль. Регистраци .переходов через нуль легко осуществима. Простота фиксации этих информационных то чек на шкале частот позвол ет автоматизировать конец процесса вибростарени  с последуклцим автоотключени ем вибраторов, возбуждающих механические колебани . Сн та  характеристика () f (Si) и представл ет собой действительную часть амплитудно-фазо-частотной характеристики. Описанна  методика осуществлени  способа контрол  процесса вибрационной обработки показывает, что при любых формах резонансных максимумов осуществима точна  фиксаци  процесса сн ти  остаточных напр жений дета лей, что в реальных цеховых услови х повышает производительность, уменьша  общее врем  процесса виброобработки . Осуществление.предложенного способа позвол ет точно фиксировать места переходов через нуль измеренной кривой, тем самьм регистрировать момент прекращени  смещений этих точек на шкале частот-, точно регистрировать реакцию детали на возбуждение, в том числе и близко расположенные резонансные частоты, что в целом увеличивает достоверность информации об окончании процесса вибростарени -, точно регистрировать врем  окончани  процесса вибростарени , т.е. сн тие и стабилизацию ортаточных напр жений, тем самым повышать производительность труда; автоматизировать регистрацию момента окончани  сн ти  и стабилизации остаточных напр жений с последующим отключением вибраторов, т..е. принципиально обеспечить автоматизацию технологического процесса вибростарени . Формула изобретени  1.Способ контрол , процесса виброобработки конструкций дл  снижени  остаточных напр жений, основанный на многократном вибровозбуждении обрабатываемой детали в диапазоне частот и одновременной регистрации окончани  виброобработки по моменту стабилизации смещени  частот реакции детали, отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности регистрации момента окончани  виброобработки и уменьшени  времени виброобработки, определ ют, действительную часть амплитудно-фазо-час:тотной характеристики детали и заканчивают обработку по прекращению смещени  точек перехода амплитуднофазо-частотной характеристики через нуль.
2. 2.Устройство дл  осуществлени  способа до П.1, содержащее вибровозбудитель , датчик вибрации, св занный с обрабатываемой деталью и соединенный с фильтром и регистратор , о.тличающеес  тем, |что оно дополнительно-содержит датчик силы, второй фильтр и умножитель , причем датчик силы последовательно соединен через второй фильтр с первым входом блока умножени , второй вход которого соединен с выходом первого фильтра, а выход - с регистратором. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3741820, кл. 148-12.9 (с 21 d 1/04), 1973.