Prilikom ugradnje žičanih vodova u SPP za energetsku elektroniku, uglavnom se koristi USS. Glavni parametri procesa u ovoj metodi mikrozavarivanja su: amplituda vibracija radnog kraja alata, koja zavisi od električne snage pretvarača i dizajna oscilacionog sistema; sila kompresije zavarenih elemenata; trajanje uključivanja ultrazvučnih vibracija (vrijeme zavarivanja).

Suština USS metode je pojava trenja na granici između elemenata koji se spajaju, što rezultira uništavanjem oksidnih i adsorbiranih filmova, stvaranjem fizičkog kontakta i razvojem centara vezivanja između dijelova koji se spajaju.

Ultrazvučni koncentrator je jedan od glavnih elemenata oscilatornih sistema instalacija za mikrozavarivanje. Koncentratori se izrađuju u obliku šipki sa glatkim promjenjivim poprečnim presjekom, jer je područje zračenja pretvarača uvijek znatno veće od površine zavarenog spoja. Koncentrator je povezan sa pretvaračem sa većom ulaznom sekcijom, a ultrazvučni instrument je priključen na manji izlazni deo. Svrha koncentratora je da prenese ultrazvučne vibracije sa pretvarača na ultrazvučni instrument sa najmanjim gubicima i najvećom efikasnošću.

Postoji veliki broj vrsta koncentratora poznatih u ultrazvučnoj tehnologiji. Najviše se koriste: stepenasti, eksponencijalni, konusni, katenoidni i koncentratori tipa „cilindar-katenoid“. U oscilirajućim sistemima instalacija često se koriste konusni koncentratori. To se objašnjava činjenicom da su jednostavni za izračunavanje i proizvodnju. Međutim, od pet gore navedenih koncentratora, konusni koncentrator ima najveće gubitke zbog unutrašnjeg trenja, rasipa najviše snage i stoga se više zagrijava. Najbolja stabilnost je pronađena u koncentratorima s najmanjim omjerom ulaznih i izlaznih prečnika za isto pojačanje K y . Takođe je poželjno da njegova "polutalasna" dužina bude minimalna. Za potrebe mikrozavarivanja, koncentratori sa 2

Materijal koncentratora mora imati visoku čvrstoću na zamor, male gubitke, biti lako lemljen tvrdim lemovima, biti lak za obradu i relativno jeftin.

Proračun ultrazvučnog koncentratora svodi se na određivanje njegove dužine, ulaznih i izlaznih presjeka, te oblika profila njegovih bočnih površina. Pri proračunu se uvode sljedeće pretpostavke: a) ravan talas se širi duž koncentratora; b) vibracije su harmonične prirode; c) koncentrator oscilira samo duž središnje linije; d) mehanički gubici u koncentratoru su mali i linearno zavise od amplitude vibracija (deformacija).

Theoretical Gain K y amplituda oscilacija eksponencijalnog koncentratora određuje se iz izraza

Gdje D0 I D 1– prečnike ulaznog i izlaznog preseka koncentratora, mm; N– odnos prečnika ulaznog preseka koncentratora i izlaznog.

Dužina glavčine se izračunava po formuli

(2)

Gdje With– brzina širenja ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora, mm/s; f– radna frekvencija, Hz.

Položaj čvorne ravni x 0(tačke vezivanja talasovoda) izražava se relacijom

(3)

Oblik generatrikse profila katenoidnog dijela koncentratora izračunava se pomoću jednačine

(4)

gdje je koeficijent oblika generatrise; X– trenutna koordinata po dužini koncentratora, mm.

U ovom radu razvijen je kompjuterski program za proračun parametara pet tipova ultrazvučnih koncentratora: eksponencijalnog, stepenastog, konusnog, katenoidnog i koncentratora „cilindar-katenoid“, implementiran u jeziku Pascal (Turbo-Pascal-8.0 kompajler). Početni podaci za proračun su: prečnici ulaznog i izlaznog preseka ( D0 I D 1), radna frekvencija ( f) i brzinu širenja ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora (s). Program vam omogućava da izračunate dužinu, položaj čvorne ravni, pojačanje, kao i za eksponencijalne, katenoidne i "cilindar-katenoidne" koncentratore, oblik generatrike sa datim korakom. Blok dijagram algoritma za izračunavanje eksponencijalnog koncentratora prikazan je na Sl. 6.9.

Primjer izračuna. Izračunajte parametre polutalasnog eksponencijalnog koncentratora ako je data radna frekvencija f= 66 kHz; ulazni prečnik D0= 18 mm, izlaz D 1=6 mm; materijal koncentratora – čelik 30KhGSA (ultrazvučna brzina u materijalu With= 5,2·10 6 mm/s).

Koristeći formulu (1) određujemo pojačanje koncentratora.

Rice. 6.9. Blok dijagram algoritma za izračunavanje eksponencijalnog koncentratora

U skladu sa izrazima (2) i (3), dužina koncentratora , položaj nodalne ravni mm.

Jednadžba (4) za izračunavanje oblika profila koncentratora nakon supstitucija poprima sljedeći oblik:

Proračuni pomoću kompjuterskog programa profila generatrikse eksponencijalnog koncentratora sa korak po parametar X, jednak 5 mm, date su u tabeli. 6.1. Prema tabeli. 6.1 projektiran je profil koncentratora.

Table 6.1. Podaci proračuna profila čvorišta

x, mm
D x, mm		15,7	13,8		10,6	9,3	8,2	7,2	6,3

U tabeli U tabeli 6.2 prikazani su rezultati proračuna parametara različitih tipova ultrazvučnih koncentratora od čelika 30KhGSA (sa D0= 18 mm; D 1= 6 mm; f= 66 kHz).

Table 6.2. Parametri ultrazvučnih koncentratora

* l 1 I l 2– dužina cilindričnog i katenoidnog dijela koncentratora.

To su uređaji za povećanje amplitude vibracijskog pomaka čestica medija, odnosno intenziteta ultrazvuka. Koriste se dvije vrste koncentratora: fokusirajući (za stvaranje ultrazvučnih vibracija izvan koncentratora) i štapni. Koncentratori fokusa prikazani su na slikama 6.12 i 6.13.

Sferna ljuska, koja oscilira na rezonantnoj frekvenciji po cijeloj debljini, može poslužiti kao zračeći element (slika 6.12). Školjka je pobuđena piezokeramičkim platinama, koje imaju istu rezonantnu frekvenciju i potpuno je prekrivaju u obliku mozaika. Zračenje vibracija u šupljinu s vodom i silazni sferni val fokusirani su na podnožje stakla sa predmetom koji se proučava. Šupljina stakla je odvojena od kontaktnog medija zvučno prozirnim filmom. Čvrsta materija sa malom apsorpcijom zvuka se takođe može koristiti kao kontaktni medij (slika 6.13). Štapni koncentrator je čvrsta šipka promjenjivog poprečnog presjeka ili promjenjive gustoće, pričvršćena za emiter širim krajem ili dijelom s većom gustinom materijala. Princip rada temelji se na povećanju amplitude oscilacija čestica štapa kao rezultat smanjenja njegovog poprečnog presjeka ili gustoće prema zakonu održanja impulsa. Što je veća razlika u promjerima ili gustoćama suprotnih krajeva štapa, to je veće povećanje amplitude. Takvi koncentratori rade na frekvencijama od 18 do 100 kHz na rezonantnoj frekvenciji, odnosno njihova dužina mora biti višekratnik cijelog broja poluvalova. Maksimalna linearna veličina širokog kraja koncentratora mora biti manja od λ/2. Dobitak koncentratora K je omjer amplitude pomaka (ili brzina) na njegovim uskim A 0 (V 0) i širokim A n (V n) krajevima.

Koncentratori štapova ispunjavaju uslove:

· Prema obliku uzdužnog presjeka (stepenasto, konusno, eksponencijalno, katenoidno, ampulo)

· Prema obliku poprečnog presjeka (okrugli, klinasti i drugi)

· Po broju serijski povezanih rezonantnih koncentratora polutalasne dužine (jedan, dva i tako dalje stepenasto)

Slika 6.14 prikazuje različite tipove polutalasnih koncentratora, zajedno sa distribucijom amplituda pomaka A i napona Δ. Postoje 2 načina rada koncentratora: oscilatorni režim u neopterećenom stanju (režim stojećeg talasa), režim putujućeg talasa pod opterećenjem na potpuno apsorbujućem aktivnom mediju. Stepen do kojeg se oscilacije približavaju putujućem ili stojećem talasu određen je koeficijentom putujućeg talasa:

A 0 min – amplituda pomaka u nodalnom presjeku

A 0 max – amplituda pomaka na antičvoru oscilacija

Varijabilna površina poprečnog presjeka koncentratora može se postići promjenom njihovog unutrašnjeg profila (slika 6.15). Koncentratori se mogu izraditi od legura titanijuma (minimalni akustični gubici, visoka amplituda vibracija, čvrstoća na zamor), međutim, češće je otežano povezivanje titana sa magnetostriktivnim materijalima, koncentratori se izrađuju od čelika 40X i 45. Veze oscilatornog sistema; jedinice se izrađuju u čvorovima deformacije ili antičvorovima pomaka, gdje su mehanički naponi minimalni.

Veza feritnih pretvarača sa koncentratorom je ljepljiva. Piezokeramički pretvarači koji koriste obloge i spojne vijke, pored oscilatornih sistema sa uzdužnim vibracijama, koriste se i sistemi sa savijanjem i torzionim vibracijama (slika 6.16). Mogu se koristiti piezokeramički pretvarači torzijskih vibracija napravljeni od dva polucilindrična piezoelementa polarizirana u kružni i spojena ljepilom (slika 6.17). Međutim, oni ne daju veliku snagu emitovanja. Da bi se ovo eliminisalo, koriste se dizajni prikazani na slici 6.18. Između jastučića za redukciju frekvencije (slika 6.18.a), vijkom i navrtkom su pričvršćeni piezokeramički prstenovi sastavljeni od odvojenih dijelova piezokeramike i srebrnih elektroda (slika 6.18.b). Piezokeramika je polarizovana duž periferije kao jedna celina.

Za višesmjerni prijenos ultrazvučne energije koriste se akustični oscilatorni sistemi koji pretvaraju vibracije u više smjerova ili akumuliraju energiju iz više izvora u jednom smjeru (sl. 6.19-6.20).

Film ima sposobnost pouzdanog prianjanja na zrna materijala za poliranje koji se nalaze na podlozi za poliranje. Kada se podloga za poliranje pomakne, film se uklanja sa stakla i formira se novi film.

Raspadanje stakla i stvaranje filma događa se u djeliću sekunde. Sa hemijske tačke gledišta, poliranje se može smatrati kontinuiranim uklanjanjem filma sa stakla i njegovim neposrednim formiranjem.

Poliranje treba posmatrati kao složen fizički i hemijski proces aktiviranja stakla.

Poliranje delova se vrši na mašini B1.M3.105.000 sa vodenim rastvorom optičkog polirita.

Obrada se izvodi pri brzini mljevenja od 40 o/min.

Dijelovi se fiksiraju na uređaj pomoću zubnog voska.

Polyrite je glavni prašak za poliranje koji se koristi u optičkoj industriji. Ima boju cimeta, a hemijski sastav je mešavina oksida retkozemnih elemenata. Uglavnom sadrži cerij oksid (najmanje 45%). Gustina polirita je 5,8-6,2*103 kg/m3.

Problem odabira ispravne podloge za poliranje vrlo je važan za uspješno poliranje. Parametri materijala jastučića za poliranje uključuju njihovu relativnu tvrdoću, strukturu površinskog sloja materijala, prisutnost dlakavosti i njegovu prirodu.

Ovi parametri direktno utiču na performanse procesa, tačnost geometrijskih parametara i hrapavost polirane površine. Što je veća krutost podloge za poliranje, to je manja recesija abrazivnog zrna pod utjecajem opterećenja i veći je pritisak u zoni kontakta zrna abraziva s materijalom dijela. Ovaj pritisak može dovesti do povećanja dubine prodiranja abrazivnog zrna u materijal dijela, što može biti praćeno blagim povećanjem produktivnosti procesa uz istovremeno pogoršanje klase hrapavosti površine i povećanje dubine. oštećenog sloja, te do uništenja abrazivnog zrna, što može uzrokovati kratersko izrezivanje materijala dijela. Povećanje krutosti materijala za poliranje omogućava smanjenje nedostataka u geometrijskim parametrima stakla koji su karakteristični za poliranje - valjani rubovi i valovitost površine.

Moleskin se koristi za poliranje dijelova. Njegov površinski sloj je napravljen u obliku ćelija koje dobro pričvršćuju poliritne čestice, koje vrše mikro rezanje površine dijela. Dobra kvašenje ovog materijala sa abrazivnom suspenzijom olakšava periodičnu izmjenu abrazivnih čestica u ćelijama jastučića za poliranje.

Fig.26. Blok dijagram tehnološkog procesa mehaničke obrade ploče od elektrovakuum stakla C40-1

Tehnološki proces mehaničke obrade Polycor-a . uzimajući u obzir upotrebu ultrazvučnog glodanja, to je skup uzastopnog izvršavanja sljedećih operacija:

Površinsko brušenje.

Brušenje keramičkih delova vrši se na mašini za brušenje profila JE525 sa dijamantskim točkom pravog profila, veličine zrna 80/63; bakelitna veza B1; koncentracija dijamantskih zrna – 50%.

Bakelitna veza omogućava brušenje vrlo krhkih materijala. To je zbog veće elastičnosti bakelitnog veziva u odnosu na keramiku. Zahvaljujući ovoj elastičnosti, ova veza donekle smanjuje udarno opterećenje na čestice materijala koji se obrađuje od abrazivnih zrna, odnosno stvara uslove za njihovo lakše prodiranje u materijal.

Ultrasonic.

Glavno oblikovanje se izvodi na eksperimentalnoj instalaciji ultrazvučnim alatom sa slojem koji sadrži dijamante veličine zrna 80/63 pri brzini vretena od 2500 o/min, pomaku 0,7 mm/min i frekvenciji 22 kHz. Dijelovi se lijepe na ploču od tehnološkog (prozorskog) stakla mastikom koji se sastoji od voska, kolofonija i parafina. Prečnik alata odgovara minimalnom prečniku na spoljašnjem prečniku. Vanjske i unutrašnje konture se izrezuju u jednoj operaciji.

Za čišćenje staklenih dijelova nakon poliranja koriste se tekućine za pranje koje se mogu podijeliti na organske rastvarače i vruće alkalne otopine.

Čišćenje dijelova od ostataka mastike i raznih zagađivača vrši se uzastopno u toluenu, otopini amonijak peroksida, nakon čega slijedi ispiranje u struji ionizirane vode. Zatim se dijelovi čiste i suše u izopropil alkoholu. Kuhanje u izopropil alkoholu dehidrira (odstranjuje vlagu) i istovremeno dodatno čisti. Dijelovi se drže na zraku sve dok izopropil alkohol potpuno ne ispari.

Fig.27. Blok dijagram tehnološkog procesa mehaničke obrade Polycor-a.

6. Proračun stepenastog koncentratora.

6.1. Ultrazvučni koncentratori i talasovodi.

Koncentratori i talasovodi deluju kao veze rezonantne dužine koje pojačavaju i prenose ultrazvučnu energiju od sonde do radnog područja - do alata. Maksimalna amplituda oscilacija pretvarača Coll" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">ultrazvučni koncentratori (brzinski transformatori) se koriste za oscilovanje alata i usklađivanje pretvarača sa opterećenjem. Štapovi ili cijevi konstantne poprečni presjek koji povezuje pretvarač ili koncentrator sa opterećenjem, nazivaju se ultrazvučni talasovodi.

U zavisnosti od vrste vibracija, koncentratori i talasovodi mogu biti uzdužne, savijajuće ili poprečne vibracije. Mogući su i talasovodi drugih i složenijih tipova vibracija. U toku je rad na stvaranju talasovoda za višesmerni prenos vibracija i oscilatornih sistema sa različitim vrstama vibracija.

Kombinovanjem nekoliko talasovoda zajedno, moguće je dobiti različite opcije za višesmerni prenos akustične energije. Takvi sistemi se mogu koristiti i za višesmjerni prijenos oscilacija iz jednog pretvarača, i kao akumulacijski sistem, kada se energija iz više izvora prenosi u jednom smjeru. Valovod za pretvaranje radijalnih vibracija u uzdužne je disk u kojem su pretvarači postavljeni na periferiji, uzdužne vibracije se javljaju na krajevima cilindra spojenog na disk.

6.2. Karakteristike koncentratora.

Fokusirajući koncentratori se obično izrađuju ili u obliku zrcalnih sistema ili u obliku takozvanih fokusirajućih ultrazvučnih emitera sfernog ili cilindričnog oblika. Potonji su najčešće izrađeni od piezoelektrične keramike i vibriraju na rezonantnoj frekvenciji po cijeloj debljini. Također se koriste cilindrični magnetostriktivni emiteri. Fokusirajući koncentratori se koriste kako u laboratorijskoj praksi tako iu industriji, uglavnom u instalacijama za tehnološku primjenu ultrazvuka: ultrazvučno čišćenje, disperzija, proizvodnja aerosola itd. Do 90% cjelokupne emitovane zvučne energije prikuplja se u žarištu koncentrirajućih koncentratora. . Kako je za dobro fokusiranje potrebno da veličina koncentratora bude velika u odnosu na talasnu dužinu, ova vrsta koncentratora se koristi uglavnom u oblasti visokih ultrazvučnih (105 Hz i više) frekvencija. Uz njihovu pomoć dobijaju se intenziteti od 103-104 W/cm2. Dijagram fokusirajućeg sfernog emitera prikazan je na slici 28.

Rice. 28 − Dijagram fokusirajućeg sfernog emitera od piezokeramike koji oscilira po debljini

Koncentrator talasovoda (koji se ponekad naziva i mehanički transformator) je dio neujednačenog (sužavajućeg) valovoda, u kojem se koncentracija energije javlja kao rezultat smanjenja poprečnog presjeka. Rezonantni talasovodni koncentratori u obliku metalnih šipki poluvalne dužine s poprečnim presjekom koji se glatko mijenja prema određenom zakonu ili u skokovima postali su široko rasprostranjeni. Takvi koncentratori mogu osigurati povećanje amplitude od 10-15 puta i omogućiti dobivanje u frekvencijskom rasponu ~104 Hz amplitude vibracija do 50 mikrona. Koriste se u mašinama za ultrazvučnu obradu, instalacijama za ultrazvučno zavarivanje, ultrazvučnim hirurškim instrumentima itd. Dijagram talasovodnih akustičkih koncentratora prikazan je na slici 29.

Za ultrazvučnu obradu najčešće se koriste eksponencijalni konusni i simetrični stepenasti koncentratori. Metoda za proračun ovih koncentratora koja je navedena u nastavku omogućava da se podaci za njihov dizajn dobiju prilično jednostavno i sa dovoljnom preciznošću za praktičnu upotrebu.

Početni podaci za proračun koncentratora:

D2 – prečnik rupe koja se obrađuje 14 mm

n – pojačanje amplitude 5

f – rezonantna frekvencija pretvarača Hz

6.3. Metode za pričvršćivanje instrumenta na glavčinu.

Najbolje performanse postižu instrumenti proizvedeni kao jedna jedinica sa koncentratorom.

Međutim, zbog habanja, takav alat ima ograničen vijek trajanja. Broj dijelova proizvedenih jednim alatom ovisi o materijalu koji se obrađuje, prirodi operacije i potrebnoj preciznosti obrade.

https://pandia.ru/text/78/173/images/image128.png" width="244" height="25">

(prema sl. T. za snagu mašine od 2,5 kW uzimamo 56 mm)

Optimalni omjer između prečnika stepenica određen je iz eksperimentalnih krivulja prikazanih na Sl. 31.

2) Određuje se procijenjena dužina koncentratora (https://pandia.ru/text/78/173/images/image132.png" width="328" height="49">

Također, iz eksperimentalnih krivulja može se odrediti procijenjena dužina koncentratora (slika 31).

Brzine zvuka u različitim materijalima koji se koriste za proizvodnju koncentratora date su u tabeli 2.

tabela 2

Materijal	Gustina ρ	Modul elastičnosti E	Uzdužna brzina talasa C
Aluminijum

3) Težina koncentratora se može odrediti iz izraza:

Na sl. 32. Prikazan je stepenasti koncentrator za obradu rupa prečnika 29,6 mm sa faktorom pojačanja amplitude n=5 i rezonantnom frekvencijom f=19 kHz.

Rice. 32 stepena čvorišta

Za stepenaste koncentratore https://pandia.ru/text/78/173/images/image140.png" width="178" height="49">

gdje su S1 i S2 površine poprečnog presjeka velikih i malih stepenica.

N – koeficijent površine.

7. Analiza opasnih i štetnih faktora proizvodnje.

Odabrani parametri rasvjete nisu u suprotnosti sa zahtjevima GOST 12.3.025-80, prema kojima u mehaničarskim radnjama za montažu opće osvjetljenje mora biti najmanje 300 luksa.

GOST 12.1.003 - 83 utvrđuje maksimalno dozvoljene uslove za stalnu buku na radnim mestima, pod kojima buka koja utiče na radnika tokom osmočasovnog radnog dana ne šteti zdravlju. Normalizacija se vrši u oktavnim frekventnim opsezima sa srednjim geometrijskim frekvencijama od 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.

Prema GOST 12.1.003, ne bi trebalo da prelazi 85 dBA, na radnim mestima: u obradi metala - 75...100 (visok nivo buke), kod CNC brušenja - 80 dBA, u ultrazvučnom - 60 dBA.

Izvori buke i vibracija u projektovanoj radionici su:

Alatni strojevi za obradu metala (brušenje, obrada metala, ultrazvučni);

Za zaštitu od buke i vibracija predviđene su sljedeće mjere za smanjenje nivoa buke i vibracija:

Akustička obrada prostorija (ugradnja zvučno upijajućih paravana, kućišta, postavljanje zvučnoizolacionih ograda);

Ugradnja prigušivača buke u ventilacione sisteme.

Značajno smanjenje buke postiže se zamjenom kotrljajućih ležajeva kliznim ležajevima (buka je smanjena za 10 dBA), a metalnih dijelova plastičnim dijelovima.

Sprovođenjem ovih mjera smanjit će se vrijednosti nivoa buke i brzine vibracija na vrijednosti koje ne prelaze dozvoljene vrijednosti (GOST 12.1.003, GOST 12.1.012).

U skladu sa GOST 12.1.030, projektovana radionica ispunjava zahteve električne sigurnosti (sve mašine su uzemljene). Ne postoji opasnost od strujnog udara.

8. Mere za obezbeđivanje bezbednih uslova rada.

Glavni zahtjevi zaštite rada za proizvod i tehnološki proces su:

– sigurnost za ljude;

– pouzdanost i jednostavnost upotrebe opreme koja se koristi u ovom tehnološkom procesu.

Dakle, rad ultrazvučne mašine za dimenzionalnu obradu mora biti praćen poštovanjem svih sigurnosnih zahtjeva, utvrđenih:

GOST 12.2.009-80 „Sistem standarda zaštite na radu. "mašine za obradu metala"

GOST 12.3.024-80 „Sistem standarda zaštite na radu. "Sigurnost od povreda"

Glavni uzroci povreda pri radu na mašinama mogu biti:

– pokretni mehanizmi alatnih mašina;

– oštri elementi radnog predmeta i uređaji za njegovo pričvršćivanje;

– neispravnost ručnog alata;

– provodni dijelovi instalacija ili dijelovi mašine koji se slučajno napajaju;

– loš dizajn radnog mesta rukovaoca mašinom;

– slabo osvetljenje radnog mesta;

Za radnika koji će raditi na ovoj mašini, zahtjevi zaštite rada mogu se predstaviti u obliku sljedećih faktora:

– parametri mikroklime;

– industrijska rasvjeta;

– buka u proizvodnji;

– industrijske vibracije;

9. Parametri mikroklime.

Parametri mikroklime koji prate radnu aktivnost svakog učesnika u tehnološkom procesu su:

– temperatura okoline, t, °S;

– brzina vazduha, W, m/s;

Optimalne i prihvatljive vrijednosti ovih parametara utvrđuju se za cijelo radno područje proizvodnih prostorija, uzimajući u obzir doba godine i težinu obavljenog posla.

U skladu sa GOST 12.1.005-88, u radionici će se održavati optimalni parametri mikroklime (tabela 3).

Tabela 3 – Parametri mikroklime

Period godine		Relativna vlažnost, %	Temperatura, C	Brzina kretanja zraka m/s, ne više
Hladno

Navedene parametre mikroklime podržavaju sistemi grijanja i ventilacije.

U skladu sa SN 245-71(88), sa specifičnom zapreminom većom od 40 m3/osobi, dozvoljena je upotreba opšteg sistema ventilacije u proizvodnim prostorijama. Za uklanjanje nastale prašine i aerosola rashladne tečnosti, obezbeđeni su lokalni sistemi izduvne ventilacije.

Za održavanje temperature u prostoriji (naročito zimi) radionica je opremljena sistemom za grijanje vode i električnim grijačima sa ventilatorima koji zimi stvaraju termo zavjese na kapijama i ulaznim vratima.

10. Industrijska rasvjeta.

Radioničke prostorije proizvodne zgrade su opremljene prirodnim i vještačkim osvjetljenjem.

Prirodna rasvjeta - nadzemna (preko fenjera) i dvosmjerna bočna (kroz bočne otvore u zidovima zgrade).

Umjetna rasvjeta – kombinovana, koja se sastoji od opće i lokalne rasvjete. Opšte osvjetljenje se izvodi pomoću živinih plinskih sijalica visokog pritiska tipa DRL-400(700,1000). Lokalno osvjetljenje se vrši pomoću sijalica sa žarnom niti od 36 V.

Industrijska rasvjeta u metaloprerađivačkim radnjama standardizirana je u skladu sa SNiP 05.23.95.

U pojašnjenju za mašinske radionice i mašine za precizno sečenje metala mogu se dati sledeći standardi osvetljenja (tabela 4):

Tabela 4 – Rasvjeta za metaloprerađivačke radnje OBRADA METALA
Osvetljenje, lux.	Koeficijent pulsiranja Kp, %
Kombinovano osvetljenje	Od rasvjetnih tijela u kombinovanom sistemu
	Od generala	Lampe na gas	sa žarnom niti

Za lokalno osvjetljenje koriste se svjetiljke koje se ugrađuju na mašinu i podešavaju tako da osvijetljenost radnog prostora ne bude niža od utvrđenih vrijednosti.

Svjetiljke koje se koriste za lokalno osvjetljenje moraju biti opremljene reflektorima otpornim na svjetlost sa zaštitnim uglom od najmanje 30°.

Staklo, prozorski otvori i krovni prozori se čiste najmanje dva puta godišnje.

10.1. Proračun vještačke rasvjete.

Osvetljenje radnog mesta je najvažniji faktor u stvaranju normalnih radnih uslova. Nedovoljno osvjetljenje na radnom mjestu može uzrokovati brzi zamor očiju, gubitak pažnje i kao rezultat toga dovesti do povrede na radu.

Minimalna osvijetljenost radnog mjesta mora biti najmanje Emin = 400 luxa.

Odredite udaljenost između lampi:

gdje je h= 5 m – visina ugradnje svjetiljke iznad nivoa poda.

Tako je l=1,4*5=7m.

Određujemo veličinu radionice u kojoj se vrši tokarenje:

veličina radionice A = 8 m; B = 20 m.

površina prostorije S = A*B = 160m2

3. Odredite broj lampi u radionici:

Prihvatamo n=12 komada.

4. Odredite potrebni svjetlosni tok:

gdje je: k=1,3 – faktor rezerve snage lampe,

b=0,47 – faktor iskorištenosti rasvjetnih instalacija,

z=0,9 – koeficijent neravnomjernosti osvjetljenja,

Svetlosni tok jedne lampe:

Ovu količinu svjetlosnog toka osigurava lampa tipa DRL snage 200 W sa svjetlosnim tokom Fl = 4,3 * 103 lm.

1) Odredite stvarno osvjetljenje:

11. Zaštita životne sredine.

U eri moderne naučne i tehnološke revolucije, problem narušavanja ekološke ravnoteže, izražen u pogoršanju kvaliteta životne sredine usled zagađenja industrijskim otpadom, postao je izuzetno akutan. Njihov sve veći broj ugrožava samopročišćavajuću funkciju biosfere, narušava ekološku ravnotežu i na kraju prijeti štetnim posljedicama po čovjeka. Zagađenje životne sredine povezano je sa potrošnjom i proizvodnjom električne energije, poljoprivrednom proizvodnjom, razvojem saobraćaja, nuklearnom industrijom i drugim industrijama. Industrijalizovane zemlje već počinju da doživljavaju nedostatak čiste vode. Industrija troši sve više kisika, a oslobađanje ugljičnog dioksida se povećava. Trenutno je ljudska proizvodna aktivnost dostigla toliki razmjer da uzrokuje promjene ne samo u pojedinačnim biogeocenozama (stepa, livada, polje, šuma, itd.), već i u nizu istorijski uspostavljenih procesa unutar cijele biosfere.

Prilikom proizvodnje LPT lopatica sve nepovoljne i štetne materije se obrađuju u skladu sa zahtevima zaštite rada: tečni proizvodni otpad, kao što je rastvor za pranje, iz mašine za pranje veša, iskorišćena rashladna tečnost se transportuje do stanica za neutralizaciju, čvrsti otpad metalne strugotine se dostavlja u mjesta za prikupljanje metalnog otpada.

12. Prečišćavanje zraka.

Prilikom brušenja dolazi do oslobađanja prašine. Cikloni se najčešće koriste za čišćenje zraka od prašine s veličinom čestica većih od 10 mikrona. Njihov dizajn je jednostavan i rad je jednostavan, imaju relativno nizak hidraulički otpor (750-1000 Pa) i visoke ekonomske pokazatelje. Cikloni rade dugo vremena u različitim uvjetima okoline na temperaturama zraka do 550 K.

Cikloni (Slika 22) se koriste za čišćenje zraka od suhe, nevlaknaste i nespajajuće prašine. Odvajanje prašine u ciklonima zasniva se na principu centrifugalnog odvajanja. Ulazeći u ciklon tangencijalno kroz ulaznu cijev /, protok zraka poprima rotacijsko kretanje u spirali i spuštajući se na dno konusnog dijela tijela 3, izlazi kroz centralnu cijev 2. Pod uticajem centrifugalnih sila, čestice se bacaju prema zidu ciklona i padaju u donji deo ciklona, ​​a odatle u sakupljač prašine. 4.

Rice. 33 – Sakupljač prašine: Cyclone

12.1. Zagađenje i pročišćavanje zraka radnog prostora

Obrada metala je praćena oslobađanjem strugotine, vodene pare, uljne magle i emulzija.

Maksimalno dozvoljene koncentracije nekih od najčešćih supstanci u vazduhu radnog prostora (tabela 5):

GOST 12.2.009-80 „Sistem standarda zaštite na radu. „Mašine za obradu metala. Opći sigurnosni zahtjevi" pruža uređaj za uklanjanje prašine, sitnih strugotina i štetnih nečistoća na višenamjenskim mašinama za obradu metala.

Tabela 5 - Najveća dozvoljena koncentracija

Supstanca	Koncentracija, mg/m3	Klasa opasnosti
Aluminijum i njegove legure
Tungsten
Kobalt metal
Bakar metal
Legirani čelici

GOST 12.3.025-80 „Sistem standarda zaštite na radu. “Prerada metala sečenjem. Zahtjevi sigurnosti” za proces obrade metala primjenom tekućina za sečenje postavlja sljedeće zahtjeve:

tekućine za sečenje moraju imati dozvolu Ministarstva zdravlja;

odsustvo kontinuirane ili pitting korozije kada je izložen COTS na uzorku hrapavosti Ra = 0,63 tokom 24 sata;

COTS koji se u zonu rezanja isporučuje prskanjem mora ispunjavati higijenske zahtjeve;

Čišćenje radnih mjesta od strugotine i prašine treba spriječiti stvaranje prašine.

Ventilacija je organizirana i regulirana izmjena zraka koja osigurava uklanjanje zraka kontaminiranog industrijskim zagađivačima iz prostorije. - mehanički. Vrste ventilacije zbog prirodnih uslova. Prirodna ventilacija stvara potrebnu razmjenu zraka zbog razlike u gustini toplog i hladnog zraka unutar prostorije i hladnijeg zraka spolja, kao i zbog vjetra. Dijagram ventilacije za našu lokaciju prikazan je na slici 34.

Slika 34 − Šema ventilacije industrijske zgrade.

Postoje bekanalne i kanalne aeracije. Prvi se izvodi pomoću krmenih otvora (ulaz zraka) i odvodnih lanterni (izlaz zraka), preporučuje se u velikim prostorijama i radionicama s velikim viškom topline. Kanalska aeracija se obično ugrađuje u male prostorije i sastoji se od kanala u zidovima, a na izlazu kanala na poklopcima se postavljaju deflektori koji stvaraju promaju kada vjetar duva po njima. Prirodna ventilacija je ekonomična i laka za rukovanje. Njegovi nedostaci su što se zrak pri ulasku ne čisti i zagrijava, a uklonjeni zrak se također ne čisti i zagađuje atmosferu. Mehanička ventilacija se sastoji od zračnih kanala i stimulatora pokreta (mehanički ventilatori ili ejektori). Razmjena zraka se vrši bez obzira na vanjske meteorološke uslove, dok se ulazni zrak može zagrijati ili ohladiti, ovlažiti ili odvlažiti. Izduvni vazduh se pročišćava. Sistem za dovodnu ventilaciju usisava vazduh kroz uređaj za usisavanje vazduha, zatim vazduh prolazi kroz grejač, gde se vazduh zagreva i ovlažuje i dovodi ga ventilatorom kroz vazdušne kanale u prostoriju kroz mlaznice za regulaciju protoka vazduha. Zagađeni vazduh se izbacuje kroz vrata, prozore, fenjere i pukotine. Ispušna ventilacija uklanja kontaminirani i pregrijani zrak kroz ventilacijske otvore i prečistače, dok svježi zrak ulazi kroz prozore, vrata i nepropusne konstrukcije.

Lokalna ventilacija ventilira prostore direktnog ispuštanja štetnih materija, a može biti i dovodna ili izduvna. Ispušna ventilacija uklanja zagađeni zrak kroz zračne kanale; Vazduh se usisava kroz usisnike vazduha koji se mogu izvesti u obliku: Lokalni usisivači se postavljaju direktno na mestima emitovanja štetnih materija: na radnim mestima za elektro i gasno zavarivanje, u odeljenjima za punjenje akumulatora, na galvanskim kupatilima. Za poboljšanje mikroklime ograničenog područja prostorije koristi se lokalna dovodna ventilacija u obliku zračnog tuša, zračne oaze - područja s čistim hladnim zrakom ili zračne zavjese. Vazdušna zavjesa se koristi da spriječi ulazak hladnog vanjskog zraka u prostoriju. Da biste to učinili, u donjem dijelu otvora ugrađuje se otvor za odzračivanje s prorezom iz kojeg se topli zrak dovodi prema protoku hladnog zraka pod uglom od 30-45 stepeni. brzinom od 10-15 m/sec.

Preporučljivo je koristiti pneumatski ciklon, prikazan na slici 35, kao pročišćivač zraka na licu mjesta.

Rice. 35 – Pneumociklon

Suspendirane čestice se odvajaju od toka plina pod djelovanjem centrifugalnih i inercijskih sila. Prašnjavi tok plina ulazi tangencijalno kroz ulaznu cijev u kućište, gdje se, zahvaljujući vodilicama, uzastopno dijeli na zasebne tokove uz daljnje centrifugalno odvajanje prašine. Gruba prašina se taloži na zidovima vodilica i kućišta i pada u spremnik za skupljanje prašine.
Gasovi sa finom prašinom, podijeljeni u zasebne tokove, ulaze u lopatice utičnice, gdje mijenjaju smjer za 180°. U ovom trenutku fina prašina pada na dno izlaza, a zatim u spremnik za prašinu i sakupljač prašine. Pročišćeni plinovi izlaze iz sakupljača prašine kroz unutrašnji kanal izlaza kroz izlaznu cijev.

13. Zaključak o sekciji.

Tako je izvršena analiza opasnih i štetnih faktora proizvodnje koji nastaju u području ultrazvučne dimenzionalne obrade. Izvršen je proračun lokalne rasvjete neophodne za siguran rad na ultrazvučnoj mašini. Predložene su mjere zaštite životne sredine u cilju zaštite radnog prostora od aerozagađenja. Proces ultrazvučnog dimenzioniranja je bez otpada i ekološki prihvatljiv.

14. Opšti zaključak o radu.

Sumirajući rezultate diplomskog rada, možemo reći da upotreba ultrazvuka omogućava ne samo povećanje produktivnosti i smanjenje habanja alata, već i obradu dijelova s ​​tanjim stijenkama smanjenjem sila rezanja. Rz. U procesu ultrazvučne obrade smanjuje se i vjerojatnost lomljenja i uništavanja dijelova. Dijelovi za koje je proces razvijen ispunjavali su osnovne zahtjeve za njih. Naime: prisustvo pukotina na staklu je neprihvatljivo ni u jednom od gore navedenih eksperimenata. Na krajnjim površinama ploča dopušteni su pojedinačni čipovi dužine ne veće od 1 mm, s izlazom na radnu površinu širine ne više od 0,2 mm, a na neradnu površinu ne više od 0,3 mm . Prosečno habanje alata je 0,03% za izradu jednog dela od polikora i 0,035% za deo od C-40 stakla. Glavno oblikovanje dijela mora se postići pomoću alata i ultrazvučnog glodanja. Bilo je moguće smanjiti broj operacija za proizvodnju dijela, čime je vrijeme izrade dijela smanjeno za 25-30%. Trenutno, mašinska oprema ove vrste košta oko 15 miliona rubalja. Instalacija na kojoj su vršeni eksperimenti procjenjuje se na nešto više od 1,7 miliona.

Na osnovu sprovedenih eksperimenata kreiran je izveštaj i poslat preduzeću kupca. U slučaju pozitivnog rezultata u pogledu performansi, pouzdanosti i zadovoljstva količinom odgovarajućih, biće zaključen ugovor za 2 slične mašine. Pored preduzeća navedenog u diplomi, takva oprema će biti od velikog interesa i za drugu proizvodnju instrumenata. Dizajn glave omogućava ne samo ultrazvučno glodanje dijamantskim alatom, već i bez njega. Ova karakteristika, zajedno sa CNC sistemom, može se koristiti za proizvodnju delova složenih oblika, obavljajući funkciju konvencionalne opreme za glodanje i graviranje.

15. Spisak referenci.

1., Shwegla: Ultrazvučna obrada materijala (1984, 282 str.)

2. , : Ultrazvučna obrada metala (1966, 157 str.)

3.: Ultrazvuk u mašinstvu (1974, 282 str.)

4. E. Kikuchi, ur. : Ultrazvučni pretvarači 423s.)

5.: Priručnik za električne i ultrazvučne metode obrade (1971, 543 str.)

6. “Ultrazvučna obrada materijala” - M. “Mašinstvo”, 1980.

7. “Tehnološki procesi obrade stakla u elektrovakuumskoj industriji” - M. Centralni istraživački institut “Elektromehanika”, 1972.

Pronalazak se odnosi na ultrazvučnu tehnologiju, odnosno na dizajn ultrazvučnih oscilatornih sistema. Tehnički rezultat pronalaska je povećanje amplitude oscilacija uz istovremeno smanjenje potrošnje energije, smanjenje ukupnih dimenzija i težine. Ultrazvučni oscilatorni sistem je napravljen od paketa piezoelektričnih elemenata koji se nalaze na površini koncentratora koja stvara vibracije. Na paketima piezoelemenata nalaze se reflektirajući jastučići čija je površina, nasuprot piezoelementima, ravna ili ima stepenasto promjenjiv promjer. Koncentrator ima pričvrsnu jedinicu i završava se površinom sa radnim alatom. Formirajuća i zračeća površina koncentratora imaju pravougaoni poprečni presek iste dužine, a odnos njihovih poprečnih dimenzija bira se iz uslova da se obezbedi dato pojačanje koncentratora. Ukupna dužina reflektirajuće podloge, paketa piezoelektričnih elemenata i dijela koncentratora do točke pričvršćivanja jednaka je jednoj šestini valne dužine ultrazvučnih vibracija. Dužina sekcije koncentratora u kojoj se javlja glatki radijalni prijelaz i presjeka s poprečnom veličinom koja odgovara površini zračenja jednaka je jednoj šestini talasne dužine ultrazvučne vibracije. 2 ill.

Crteži za RF patent 2284228

Pronalazak se odnosi na ultrazvučnu tehnologiju, odnosno na dizajn ultrazvučnih oscilatornih sistema, i može se koristiti u tehnološkim uređajima namenjenim za obradu velikih količina tečnih i tečno dispergovanih medija, obezbeđujući izlaganje ultrazvučnim vibracijama velike amplitude na velikoj površini, za na primjer, u protočnim uređajima ili u implementaciji postupnog zavarivanja pritisnim šavom (formiranje šavova za zaptivanje na velike udaljenosti).

Svaki ultrazvučni tehnološki uređaj uključuje izvor visokofrekventnih električnih vibracija (elektronski generator) i ultrazvučni oscilatorni sistem.

Ultrazvučni oscilatorni sistem se sastoji od piezoelektričnog pretvarača i koncentratora sa radnim alatom. U ultrazvučnom pretvaraču oscilatornog sistema energija električnih vibracija se pretvara u energiju elastičnih vibracija ultrazvučne frekvencije. Koncentrator je izrađen u obliku trodimenzionalne figure promjenjivog poprečnog presjeka od metala, u kojoj omjer površina površina koje su u kontaktu sa pretvaračem i koje se završavaju sa radnim alatom (koji emituje ultrazvučne vibracije) određuje potrebna dobit.

Poznati su ultrazvučni oscilatorni sistemi koji imaju velike površine zračenja. Svi poznati oscilatorni sistemi su napravljeni prema shemi dizajna koja kombinuje piezoelektrične ili magnetostriktivne polutalasne pretvarače i rezonantne (višestruke do polovine talasne dužine ultrazvučnih vibracija) koncentratore ultrazvučnih vibracija. Njihova uzdužna veličina odgovara talasnoj dužini ultrazvučnih vibracija, a poprečna veličina prelazi polovinu dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora.

Nedostatak analoga je složena distribucija amplitude oscilacije na površini zračenja zbog Poissonovog omjera materijala koncentratora, što ne dozvoljava jednaku ultrazvučnu ekspoziciju duž cijele površine zračenja, na primjer, kada se dobije visokokvalitetan prošireni šav.

Najbliži, u tehničkoj suštini, predloženom tehničkom rješenju je ultrazvučni oscilatorni sistem prema američkom patentu 4363992, usvojen kao prototip.

Ultrazvučni oscilatorni sistem se sastoji od nekoliko polutalasnih piezoelektričnih pretvarača postavljenih na jednoj od površina (formirajući ultrazvučne oscilacije) koncentratora koji završavaju na radnom kraju (alatu) određenog oblika i veličine. Konvertori su izrađeni u obliku stražnje reduktorske pločice, paketa parnog broja prstenastih piezoelektričnih elemenata i jastučića za snižavanje frekvencije, serijski ugrađenih i akustički međusobno povezanih. Emitirajuća površina sonde je akustički povezana sa površinom koncentratora koji stvara ultrazvučne vibracije. Uzdužna veličina koncentratora odgovara polovini talasne dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora. Koncentrator je izrađen u obliku trodimenzionalne figure promjenjivog poprečnog presjeka izrađene od metala, u kojoj je omjer površina površina koje su u kontaktu sa pretvaračima (formiraju ultrazvučne oscilacije) i završavaju sa radnim alatom (emitujući ultrazvučne oscilacije) određuje potrebno pojačanje.

Koncentrator ima niz žljebova koji omogućavaju eliminaciju neravnomjerne raspodjele amplitude oscilacije duž zračeće površine koncentratora (tj. eliminaciju deformacije koncentratora okomito na smjer sile). Ovo omogućava jednaku ultrazvučnu ekspoziciju duž cijele površine zračenja.

Prototip nam omogućava da delimično eliminišemo nedostatke poznatih oscilatornih sistema, ali ima sledeće opšte značajne nedostatke.

1. Poznati ultrazvučni oscilatorni sistem, koji se sastoji od ultrazvučnih pretvarača i koncentratora, je rezonantni sistem. Kada se rezonantne frekvencije pretvarača i koncentratora poklapaju, osigurava se maksimalna amplituda ultrazvučnih vibracija radnog alata i, shodno tome, maksimalni unos energije u obrađeni medij. Prilikom izvođenja tehnoloških procesa radni alat i dio koncentratora se uranjaju u različite tehnološke medije ili se podvrgavaju statičkom pritisku na površinu koja zrače. Utjecaj različitih tehnoloških medija ili vanjskog pritiska je ekvivalentan pojavi dodatne prikačene mase na zračećoj površini koncentratora i dovodi do promjene prirodne rezonantne frekvencije koncentratora i cijelog oscilatornog sistema u cjelini. U tom slučaju se narušava optimalno usklađivanje frekvencija pretvarača i koncentratora. Neusklađenost ultrazvučnog pretvarača i koncentratora dovodi do smanjenja amplitude vibracija emitujuće površine (radnog alata) i smanjenja energije unesene u medij.

Da bi se otklonio ovaj nedostatak, prilikom projektovanja i proizvodnje oscilatornih sistema, vrši se preliminarna neusklađenost između pretvarača i koncentratora na rezonantnoj frekvenciji tako da kada se pojavi opterećenje i prirodna frekvencija koncentratora se smanji, ona odgovara prirodnoj frekvenciji pretvarač i osigurava maksimalan unos energije. Ovo značajno ograničava obim primjene ovakvog ultrazvučnog oscilatornog sistema i nije dovoljno, jer u većini implementiranih tehnoloških procesa dolazi do promjene vrijednosti dodane mase (npr. prelazak sa vodenih ili uljnih medija na njihovu emulziju, nastanak i razvoj procesa kavitacije koji dovodi do stvaranja oblaka parno-gasnih mjehurića i smanjenja dodane mase u bilo kojem tekućem mediju) u toku samog procesa, što dovodi do smanjenja efikasnosti ulaza ultrazvuka. vibracije.

2. Problem optimalnog usklađivanja pretvarača i koncentratora u frekvenciji je otežan potrebom usklađivanja valnih impedancija tekućih i tekućih dispergiranih medija sa čvrstim piezokeramičkim materijalima pretvarača. Za optimalno usklađivanje, pojačanje čvorišta treba biti 10-15. Ovako visoki faktori pojačanja mogu se dobiti samo sa stepenastim koncentratorima, ali s takvim faktorima pojačanja oni pogoršavaju ovisnost prirodne rezonantne frekvencije o opterećenju i zahtijevaju mali izlazni poprečni presjek na značajnoj dužini (odgovara četvrtini valne dužine ultrazvučne vibracije u materijalu koncentratora), što dovodi do smanjenja površine zračenja, gubitka dinamičke stabilnosti i pojave vibracija na savijanje. Iz tog razloga oscilatorni sistemi koji se koriste u praksi imaju pojačanje ne veće od 3...5, što ih čini neprikladnim za pružanje ultrazvučnih efekata visokog intenziteta na različitim tehnološkim medijima.

Uz glavne nedostatke zbog primijenjene projektne sheme za konstruiranje oscilatornih sistema, prototip ima nekoliko nedostataka zbog tehnoloških i operativnih karakteristika njihove izrade i upotrebe.

1. Ultrazvučni oscilatorni sistem sa dva ili više piezoelektričnih pretvarača (prečnika do 40...50 mm) može imati dužinu površine zračenja veću od 200...250 mm sa širinom većom od 5 mm. U ovom slučaju, prirodne rezonantne frekvencije piezoelektričnih pretvarača se razlikuju, što je zbog razlika u električnim i geometrijskim parametrima piezoelektričnih elemenata, jastučića za smanjenje frekvencije, razlika u silama kompresije pri sastavljanju pretvarača itd., koji su prihvatljivi. prema regulatornoj i projektnoj dokumentaciji. U ovom slučaju, pobuđivanje mehaničkih vibracija rezonantnog koncentratora vrši se pretvaračima s različitim radnim frekvencijama, od kojih se neke ne poklapaju s rezonantnom frekvencijom koncentratora. Posebno je teško izvršiti usklađivanje u oscilatornom sistemu sa nekoliko pretvarača različitih frekvencija i stepenastim koncentratorom koji ima maksimalno pojačanje. Pošto se time smanjuje efikasnost ultrazvučnog uticaja, čak iu poređenju sa oscilatornim sistemom iste veličine, ali sa jednim pretvaračem.

2. Nemogućnost izrade zračeće površine složenog profila (npr. za istovremeno formiranje dva vara i sečenje materijala između njih), budući da u ovom slučaju svaka uzdužna dimenzija određuje sopstvenu rezonantnu frekvenciju koncentratora, što ne utiče na odgovaraju rezonantnoj frekvenciji pretvarača (efikasno se izvodi samo jedna od operacija - formiranje šava ili rezanje materijala).

3. Nemogućnost stvaranja ultrazvučnih oscilatornih sistema sa proširenim opsegom u odnosu na rezonantne sisteme.

4. Dvopolutalasni oscilatorni sistem sa radnom frekvencijom od 22 kHz ima uzdužnu dimenziju od najmanje 250 mm i, sa dužinom površine zračenja od 350 mm, teži najmanje 10 kg. U ovom slučaju, oscilatorni sistem je montiran u području minimalnih vibracija: ili u centru pretvarača ili u centru koncentratora. Takvo pričvršćivanje dovodi do niske mehaničke stabilnosti i nemogućnosti da se osigura preciznost udara. Nemoguće je osigurati optimalno pričvršćivanje u centru mase zbog velikih amplituda mehaničkih vibracija i neizbježnog prigušenja oscilatornog sistema.

Identifikovani nedostaci prototipa uzrokuju njegovu nedovoljnu efikasnost, ograničavaju njegovu funkcionalnost, što ga čini neprikladnim za upotrebu u automatizovanoj proizvodnji visokih performansi.

Predloženo tehničko rješenje ima za cilj otklanjanje nedostataka postojećih oscilatornih sistema i stvaranje novog oscilatornog sistema sposobnog da obezbijedi emisiju ultrazvučnih vibracija sa ujednačenom distribucijom amplitude duž zračeće površine koncentratora (radnog alata) sa maksimalnom efikasnošću pri svim mogućim opterećenjima. i promjene u svojstvima obrađenih medija i parametara oscilatornog sistema, odnosno, u konačnici, kako bi se osiguralo povećanje produktivnosti procesa povezanih sa ultrazvučnim izlaganjem uz istovremeno smanjenje potrošnje energije.

Suština predloženog tehničkog rješenja je da je ultrazvučni oscilatorni sistem koji sadrži piezoelektrične elemente i koncentrator izrađen od paralelno smještenih na površini koncentratora formirajući ultrazvučne vibracije i akustički spojenih paketa parnog broja piezoelektričnih elemenata instaliranih u nizu. Reflektirajući jastučići se nalaze na paketima piezoelektričnih elemenata, akustički spojenih na piezoelektrične elemente. Površina suprotna od one koja je u kontaktu sa piezoelementima je ravna ili ima stepenasto promjenjivi prečnik, a dimenzije i broj stepenica se biraju na osnovu uslova dobijanja zadate širine pojasa. Koncentrator ima pričvrsnu jedinicu i završava se površinom koja emituje ultrazvučne vibracije sa radnim alatom. Formirajuća i zračeća površina koncentratora imaju pravougaoni poprečni presek iste dužine, a odnos njihovih poprečnih dimenzija bira se iz uslova da se obezbedi dato pojačanje koncentratora. Ukupna dužina reflektirajuće podloge, paketa piezoelektričnih elemenata i presjeka koncentratora do tačke pričvršćivanja jednaka je jednoj šestini valne dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora. Dimenzije presjeka koncentratora na kojem se vrši glatki prijelaz i presjeka poprečne veličine koja odgovara površini zračenja jednake su jednoj šestini valne dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora, a glatki prelaz je napravljen radijalno, a njegove dimenzije se biraju iz uslova:

Analiza mogućih projektnih šema za konstruisanje oscilatornih sistema omogućila je da se utvrdi da se većina osnovnih ograničenja svojstvenih dvopolutalasnom dizajnu oscilatornog sistema može eliminisati upotrebom oscilatornih sistema koji se kombinuju u polutalasni sistem. talasni dizajn piezoelektrični pretvarač i koncentrator sa visokim pojačanjem i radnim alatom bilo koje veličine.

Oscilatorni sistem, napravljen po polutalasnom dizajnu, je jedan rezonantni oscilatorni sistem i sve promene njegovih parametara dovode samo do neusklađenosti sa elektronskim generatorom. Nedostatak praktične izvedbe ovakvih oscilatornih sistema uzrokovan je nemogućnošću njihove implementacije na osnovu doskora korištenih magnetostriktivnih pretvarača i složenosti praktične izvedbe zasnovane na savremenim piezokeramičkim elementima zbog potrebe njihovog postavljanja u maksimalno mehaničko naprezanje, tj. kao i zbog nedostatka elektronskih generatora koji bi mogli da obezbede optimalne uslove napajanja za ovakav oscilatorni sistem sa svim mogućim promenama njegove rezonantne frekvencije (do 3...5 kHz).

Predloženo tehničko rješenje ilustrovano je na slici 1, na kojoj je šematski prikazan ultrazvučni oscilatorni sistem koji sadrži piezoelektrične elemente 1, reflektirajuće rezonantne jastučiće 2 i koncentrator 3. Konstruktivno oscilatorni sistem je sačinjen od koncentratora 3 koji se nalazi paralelno sa ultrazvučnom vibracijom. formirajuća površina 4, i na nju akustički spojeni paketi parnog broja piezoelektričnih elemenata 1 postavljenih u seriju (Sl. 1 prikazuje oscilatorni sistem sa dva paketa piezoelektričnih elemenata). Na svakom od pakovanja, koji se sastoji od parnog broja piezoelemenata (obično dva ili četiri), nalaze se reflektujući jastučići 2 koji su akustički povezani s njima, suprotna površina u kontaktu sa piezoelementima je ravna 5 ili stepenasto promjenjiva po dužini 6, a dimenzije i broj koraka 7 se biraju iz uslova za dobijanje datog propusnog opsega. Koncentrator 3 ima pričvrsnu jedinicu 8 i završava se površinom 9 koja emituje ultrazvučne vibracije sa radnim alatom 10. Formirajuća 4 i emitujuća 9 površine koncentratora imaju pravougaoni oblik iste dužine L, a odnos njihovih poprečnih dimenzija D 1 , D 2 se bira iz uslova osiguranja datog pojačanja koncentratora. Ukupna dužina reflektirajuće podloge 2, paketa piezoelektričnih elemenata 1 i presjeka koncentratora do tačke pričvršćivanja jednaka je jednoj šestini valne dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora. Dimenzije preseka koncentratora na kome se vrši glatki prelaz i preseka sa poprečnom veličinom koja odgovara površini zračenja, odgovaraju jednoj šestini talasne dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora, a glatki prelaz je napravljen radijalno, a njegove dimenzije se biraju iz uslova:

gdje je L z dužina glatkog prijelaza; D 1, D 2 - poprečne dimenzije formirajuće i emitivne površine koncentratora.

Ultrazvučni oscilatorni sistem radi na sljedeći način.

Kada se napon napajanja električnom energijom napaja iz generatora električnih vibracija ultrazvučne frekvencije (nije prikazan na slici 1), koja odgovara prirodnoj frekvenciji oscilatornog sistema, na elektrode piezoelektričnih elemenata 1, energija električnih vibracija je pretvaraju se u ultrazvučne mehaničke vibracije zbog piezoelektričnog efekta. Ove vibracije se šire u suprotnim smjerovima i reflektiraju se od graničnih površina reflektirajuće podloge i koncentratora (radnog alata). Pošto čitava dužina oscilatornog sistema odgovara rezonantnoj veličini (polovina talasne dužine ultrazvučnih vibracija), mehaničke vibracije se oslobađaju na prirodnoj rezonantnoj frekvenciji oscilatornog sistema. Prisutnost stepenastog radijalnog koncentratora omogućava povećanje amplitude vibracija zračeće površine, u poređenju sa amplitudom vibracija na suprotnoj površini reflektirajuće podloge u kontaktu sa piezoelektričnim elementima. Veličina amplitude oscilacije na zračećoj površini ovisi o pojačanju koncentratora, definiranom kao kvadrat omjera površina formirajuće i zračeće površine koncentratora, koje imaju pravokutni poprečni presjek iste dužine.

Montažna jedinica 8 koncentratora 3 (sl. 1) nalazi se u prostoru blizu jedinice minimalnih mehaničkih ultrazvučnih vibracija, čime se obezbeđuje minimalno prigušenje ultrazvučnog oscilatornog sistema, tj. maksimalna amplituda oscilacija zračeće površine i odsustvo oscilacija na mestima pričvršćivanja oscilatornog sistema u tehnološkim linijama.

Zbog činjenice da je dobijanje analitičkih odnosa geometrijskih dimenzija za praktične proračune u projektovanju oscilatornih sistema otežano zbog nedostatka većeg broja tačnih podataka o širenju ultrazvučnih vibracija u tijelima promjenjivog poprečnog presjeka napravljenim od naizmjeničnih različitih materijala. , pri izboru parametara oscilatornog sistema korišćeni su rezultati numeričkog modeliranja, zajedno sa grafičkim zavisnostima praktičnih istraživanja oscilatornih sistema sa različitim omjerima poprečnih dimenzija formirajućih i zračećih površina koncentratora D 1, D 2 i sekcije oscilatornog sistema različitih dužina. Eksperimentalna istraživanja su omogućila da se utvrdi da je maksimalni koeficijent elektromehaničke konverzije osiguran pod uslovom da se piezoelektrični elementi pomaknu iz područja minimalnih vibracija (maksimalnih mehaničkih naprezanja) na način da ukupna dužina reflektirajuće podloge , paket piezoelemenata i deo koncentratora do tačke pričvršćivanja jednak je jednoj šestini talasne dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora. Izborom veličine sekcije koncentratora pri kojoj se vrši glatki prijelaz jednak šestini valne dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora i njegovog oblika, prema datoj formuli, obezbjeđuje se potreban koeficijent pojačanja i minimalna mehanička naprezanja. na prijelaznoj granici između glatkog prijelaza i dijela s poprečnom veličinom koja odgovara zračećoj površini. Rezultati eksperimentalnih istraživanja oscilatornih sistema sa različitim omjerima poprečnih dimenzija formirajućih i zračećih površina koncentratora D 1, D 2 prikazani su na slikama 2 a, 6, c, na kojima su prikazani grafovi zavisnosti glavnog parametri oscilatornog sistema: promena prirodne rezonantne frekvencije f(a), koeficijent pojačanja M p (b) i maksimalno mehaničko naprezanje max (c) od radijusa glatkog prelaza. Iz dobijenih zavisnosti utvrđuje se da se za bilo koji odnos poprečnih dimenzija formirajuće i zračeće površine koncentratora D 1, D 2 minimalni efekat na prirodnu rezonantnu frekvenciju javlja pri

U ovom slučaju pojačanje se približava maksimalnom mogućem, a osigurava se značajno smanjenje mehaničkog naprezanja u području gdje se piezoelementi postavljaju.

Provedena eksperimentalna istraživanja omogućila su da se potvrdi ispravnost dobijenih rezultata i da se razviju praktični projekti oscilatornih sistema s različitim omjerima poprečnih dimenzija formirajućih i zračećih površina koncentratora D 1, D 2.

Dakle, u oscilatornom sistemu sa poprečnom veličinom emitivne površine jednakom D 2 = 10 mm i sa poprečnom veličinom površine koja stvara vibracije D 1 jednakom 38 mm (tj. kada se koriste najčešće korišćeni prstenasti piezoelementi sa spoljni prečnik od 38 mm), razvijeni oscilatorni sistem će obezbediti pojačanje ultrazvučnih vibracija koje stvaraju piezoelektrični elementi za najmanje 11 puta (vidi sliku 2).

Slični rezultati su dobijeni i za druge vrijednosti D2.

Dakle, kada se koriste prstenasti piezoelementi sa spoljnim prečnikom od 50 mm u predloženom oscilatornom sistemu i obezbeđuju pojačanje od 10...15, poprečna veličina zračeće površine koncentratora D 2 može biti jednaka 16 mm.

Za dobijanje pojačanja od 10...15 u kreiranom oscilatornom sistemu veličine D 2 = 20 mm, D 1 će biti jednako samo 70 mm, što je takođe lako implementirati u praksi (piezoelementi prečnika 70 mm). mm se masovno proizvode).

Dakle, ako je amplituda oscilacije paketa od dva piezoelektrična elementa jednaka 5 μm (napon napajanja ne veći od 500...700 V), amplituda oscilacije zračeće površine oscilatornog sistema će biti 50...75 μm, što je dovoljno za realizaciju najefikasnijih načina razvijene kavitacije pri obradi tečnih i tečno dispergovanih medija, zavarivanju polimernih materijala i dimenzionalnoj obradi čvrstih materijala.

Razvijeni ultrazvučni oscilatorni sistem je dao faktor efikasnosti (koeficijent elektroakustičke konverzije) od najmanje 75% (kada se emituje u vodu).

Izrada reflektirajuće podloge sa stepenasto promjenjivom uzdužnom veličinom (tj. pravljenje suprotne površine u kontaktu s piezoelementima postupno promjenjivog promjera) omogućava formiranje nekoliko različitih rezonantnih veličina duž dužine oscilatornog sistema. Svaka od ovih rezonantnih dimenzija odgovara vlastitoj rezonantnoj frekvenciji mehaničkih vibracija. Izborom broja i veličine koraka moguće je dobiti potrebnu širinu pojasa (tj. osigurati rad oscilatornog sistema u frekvencijskom opsegu određenom maksimalnim i minimalnim uzdužnim dimenzijama reflektirajuće podloge).

Tehnički rezultat pronalaska se izražava u povećanju efikasnosti ultrazvučnog oscilatornog sistema (povećanje amplitude vibracija koje se unose u različite medije) obezbeđivanjem optimalne koordinacije sa medijumom i elektronskim generatorom. Uzdužna ukupna veličina oscilatornog sistema je smanjena za 2 puta, a težina je smanjena za 4 puta u odnosu na prototip.

Razvijen u laboratoriji akustičkih procesa i uređaja Bijsk tehnološkog instituta Altajskog državnog tehničkog univerziteta, ultrazvučni oscilatorni sistem prošao je laboratorijska i tehnička ispitivanja i praktično je implementiran kao dio instalacije za izradu uzdužnog šava dužine 360 ​​mm pri zavarivanju vreća. za pakovanje rasutih proizvoda.

Serijska proizvodnja stvorenih oscilatornih sistema planirana je za 2005. godinu.

Izvori informacija

1. Patent SAD br. 3113225, 1963

2. Patent SAD br. 4607185, 1986

3. Patent SAD br. 4651043, 1987

4. Patent SAD br. 4363992 (prototip), 1982

5. Ultrazvučna tehnologija. Ed. B.A. - M.: Metalurgija, 1974.

6. Khmelev V.N., Popova O.V. Multifunkcionalni ultrazvučni uređaji i njihova upotreba u malim industrijama, poljoprivredi i domaćinstvima. Barnaul, Izdavačka kuća AltGTU, 1997, 160 str.

TVRDITI

Ultrazvučni oscilatorni sistem koji sadrži piezoelektrične elemente i koncentrator, karakteriziran time što je napravljen od paralelno smještenih na površini koncentratora koji formiraju ultrazvučne vibracije i akustički spojenih na njega paketa parnog broja uzastopno postavljenih piezoelektričnih elemenata, na kojima su reflektirajući jastučići. lociran akustički povezan sa njima, nasuprot kontaktnog sa piezoelektričnim elementima čija je površina ravna ili stepenasto promenljivog prečnika, a dimenzije i broj stepenica se biraju iz uslova dobijanja zadatog propusnog opsega, koncentrator ima jedinicu za pričvršćivanje i završava se površinom koja emituje ultrazvučne vibracije sa radnim alatom, formirajuća i emitujuća površina koncentratora imaju pravougaoni poprečni presek iste dužine, a odnos njihovih poprečnih dimenzija se bira iz uslova da se obezbedi dato pojačanje koncentrator, ukupna dužina reflektirajuće podloge, paket piezoelemenata i presjek koncentratora do tačke pričvršćivanja jednaka je šestini valne dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora, dimenzija presjeka koncentratora na kojem se javlja glatki prijelaz, a dio s poprečnom veličinom koja odgovara emitujućoj površini, odgovaraju šestini valne dužine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora, a glatki prijelaz je napravljen radijalno, a njegove dimenzije se biraju iz stanje

gdje je L z dužina glatkog prijelaza;

D1, D2 - poprečne dimenzije formirajuće i emitivne površine koncentratora.

Za prenošenje ultrazvučnih vibracija sa pretvarača na radni alat ili na radnu okolinu, ultrazvučne instalacije koriste koncentratore i talasovode; potonji imaju konstantnu površinu poprečnog presjeka i cilindrični oblik.

Valovodi se koriste kada nema potrebe za pojačavanjem amplitude oscilacija pretvarača. Čvorišta su transformatori brzine; imaju promjenjivu površinu poprečnog presjeka, često cilindričnog oblika. Zahvaljujući ovom poprečnom presjeku, oni pretvaraju ultrazvučne vibracije male amplitude koje prenosi pretvarač i koncentrisane na njegovom ulaznom kraju u vibracije veće amplitude na izlaznom kraju. Potonji se saopštavaju radnom tijelu (alatu) ultrazvučne instalacije. Amplitudno pojačanje nastaje zbog razlike u površinama ulaznog i izlaznog kraja koncentratora - površina prvog (ulaznog) kraja koncentratora je uvijek veća od površine drugog.

Valovodi i koncentratori moraju biti rezonantni, odnosno njihova dužina mora biti višekratnik cijelog broja polutalasa (λ/2). Pod ovim uslovom stvaraju se najbolje mogućnosti za njihovo usklađivanje sa izvorom energije, oscilatornim sistemom u celini i masom koja je na njih vezana (radni alat).

Rice. 14. Koncentratori polutalasne dužine

U ultrazvučnim tehnološkim instalacijama najviše se koriste koncentratori eksponencijalnog (sl. 14, a), konusnog (sl. 14, b) i stepenastog oblika. Potonji se izvode sa prirubnicom (sl. 14, c) ili bez nje (slika 14, d). Postoje i konusni koncentratori sa prirubnicom (na primjer, u pretvaraču tipa PMS-15A-18), kao i kombinirani koncentratori, u kojima stupnjevi imaju različite oblike.

Koncentratori i talasovodi mogu biti sastavni dio oscilatornog sistema ili njegov zamjenjivi element. U prvom slučaju, oni su zalemljeni direktno na pretvarač. Zamjenjivi koncentratori su povezani na oscilirajući sistem (na primjer, na prirubnicu adaptera) preko navoja.

Za koncentratore, površina poprečnog presjeka se mijenja prema određenom obrascu. Njihova glavna karakteristika je teorijski dobitak K, koji pokazuje koliko je puta amplituda oscilacija njegovog izlaznog kraja veća od amplitude na ulaznom kraju. Ovaj koeficijent zavisi od odnosa N prečnika ulaznog D1 i izlaznog D2 krajeva koncentratora: N=D1/D2.

Najveće pojačanje amplitude pri istoj vrijednosti N daje stepenasti koncentrator. On ima K=N2. Ovo objašnjava široku upotrebu step-type koncentratora u raznim ultrazvučnim instalacijama. Osim toga, ovi koncentratori su jednostavniji za proizvodnju od ostalih, što je ponekad i najvažniji uvjet za uspješnu upotrebu ultrazvučne obrade. Proračun stepenastog koncentratora je mnogo jednostavniji od proračuna drugih vrsta koncentratora.

Vrijednost faktora pojačanja amplitude stepenastog koncentratora uzima se u obzir s obzirom na sprječavanje mogućnosti bočnih vibracija, koje se uočavaju pri velikim faktorima pojačanja (K>8...10), kao i podatke o njegovoj jačini. U praksi se uzima da je pojačanje stepenastog koncentratora od četiri do šest.

Rezonantna dužina stepenastog koncentratora lr određena je izrazom lr=a/2=S/2f, gdje je X valna dužina štapa konstantnog poprečnog presjeka, cm; C - uzdužna brzina talasa (za čelik C = 5100 m/s); f - rezonantna frekvencija, Hz.