Při instalaci vodičů v SPP pro výkonovou elektroniku se používá hlavně USS. Hlavní parametry procesu u této metody mikrosvařování jsou: amplituda vibrací pracovního konce nástroje, která závisí na elektrickém výkonu měniče a konstrukci oscilačního systému; tlaková síla svařovaných prvků; trvání zahrnutí ultrazvukových vibrací (doba svařování).

Podstatou USS metody je vznik tření na rozhraní mezi spojovanými prvky, což má za následek destrukci oxidových a adsorbovaných filmů, vznik fyzického kontaktu a vznik středů tuhnutí mezi spojovanými díly.

Ultrazvukový koncentrátor je jedním z hlavních prvků oscilačních systémů mikrosvařovacích zařízení. Koncentrátory jsou vyráběny ve formě tyčových systémů s plynule se měnícím průřezem, protože vyzařovací plocha konvertoru je vždy výrazně větší než plocha svarového spoje. Koncentrátor je připojen k převodníku s větší vstupní částí a ultrazvukový přístroj je připojen k menší výstupní části. Účelem koncentrátoru je přenášet ultrazvukové vibrace z převodníku do ultrazvukového přístroje s nejmenšími ztrátami a největší účinností.

V ultrazvukové technice je známo velké množství typů koncentrátorů. Nejpoužívanější jsou: stupňovitý, exponenciální, kónický, katenoidní a koncentrátor typu „cylindr-katenoid“. V oscilačních systémech instalací se často používají kónické koncentrátory. To je vysvětleno skutečností, že se snadno počítají a vyrábějí. Z pěti výše uvedených koncentrátorů má však kónický koncentrátor největší ztráty v důsledku vnitřního tření, rozptyluje nejvíce výkonu, a proto se více zahřívá. Nejlepší stabilita se nachází u koncentrátorů s nejmenším poměrem vstupních a výstupních průměrů pro stejné zesílení K y. Je také žádoucí, aby jeho „půlvlnná“ délka byla minimální. Pro účely mikrosvařování, koncentrátory s 2

Materiál koncentrátoru musí mít vysokou únavovou pevnost, nízké ztráty, musí být snadno pájený tvrdými pájkami, musí být snadno zpracovatelný a musí být relativně levný.

Výpočet ultrazvukového koncentrátoru spočívá v určení jeho délky, vstupní a výstupní části a tvaru profilu jeho bočních ploch. Při výpočtu jsou zavedeny následující předpoklady: a) podél koncentrátoru se šíří rovinná vlna; b) vibrace jsou harmonického charakteru; c) koncentrátor kmitá pouze podél středové osy; d) mechanické ztráty v koncentrátoru jsou malé a lineárně závislé na amplitudě vibrací (deformace).

Teoretický zisk K y z výrazu se určí amplituda kmitů exponenciálního koncentrátoru

Kde D0 A D 1– průměry vstupní a výstupní části koncentrátoru, mm; N– poměr průměru vstupní části koncentrátoru k výstupu.

Délka náboje se vypočítá podle vzorce

(2)

Kde S– rychlost šíření ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru, mm/s; F– pracovní frekvence, Hz.

Poloha uzlové roviny x 0(připojovací body vlnovodu) je vyjádřen vztahem

(3)

Tvar tvořící čáry profilu katenoidální části koncentrátoru se vypočítá pomocí rovnice

(4)

kde je tvarový koeficient tvořící čáry; X– aktuální souřadnice po délce koncentrátoru, mm.

V této práci byl vyvinut počítačový program pro výpočet parametrů pěti typů ultrazvukových koncentrátorů: exponenciálního, stupňovitého, kuželového, katenoidního a „cylindrového-katenoidového“ koncentrátoru, implementovaný v jazyce Pascal (překladač Turbo-Pascal-8.0). Výchozí údaje pro výpočty jsou: průměry vstupních a výstupních sekcí ( D0 A D 1), provozní frekvence ( F) a rychlost šíření ultrazvukových vibrací v materiálu (materiálech) koncentrátoru. Program umožňuje vypočítat délku, polohu uzlové roviny, zesílení, stejně jako pro exponenciální, katenoidální a „cylindrovo-katenoidní“ koncentrátory tvar tvořící čáry s daným krokem. Blokové schéma algoritmu pro výpočet exponenciálního koncentrátoru je znázorněno na Obr. 6.9.

Příklad výpočtu. Vypočítejte parametry půlvlnného exponenciálního koncentrátoru, pokud je uvedena pracovní frekvence F= 66 kHz; vstupní průměr D0= 18 mm, výstup D 1= 6 mm; materiál koncentrátoru – ocel 30KhGSA (ultrazvuková rychlost v materiálu S= 5,2-106 mm/s).

Pomocí vzorce (1) určíme zesílení koncentrátoru.

Rýže. 6.9. Blokové schéma algoritmu pro výpočet exponenciálního koncentrátoru

V souladu s výrazy (2) a (3) délka koncentrátoru , poloha uzlové roviny mm.

Rovnice (4) pro výpočet tvaru profilu koncentrátoru má po substitucích následující podobu:

Výpočty pomocí počítačového programu profilu tvořící přímky exponenciálního koncentrátoru s krok za parametrem X, rovné 5 mm, jsou uvedeny v tabulce. 6.1. Podle tabulky. 6.1 je navržen profil koncentrátoru.

Stůl 6.1. Data výpočtu profilu hubu

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

V tabulce V tabulce 6.2 jsou uvedeny výsledky výpočtů parametrů různých typů ultrazvukových koncentrátorů vyrobených z oceli 30KhGSA (s D0= 18 mm; D 1= 6 mm; F= 66 kHz).

Stůl 6.2. Parametry ultrazvukových koncentrátorů

* l 1 A l 2– respektive délku válcové a katenoidní části koncentrátoru.

Jedná se o zařízení pro zvýšení amplitudy vibračního posunu částic média, tedy intenzity ultrazvuku. Používají se dva typy koncentrátorů: fokusační (k vytváření ultrazvukových vibrací mimo koncentrátor) a tyčové. Zaostřovací koncentrátory jsou znázorněny na obrázcích 6.12 a 6.13.

Jako vyzařovací prvek může sloužit kulový obal, který kmitá na rezonanční frekvenci v celé tloušťce (obr. 6.12). Skořápka je buzena piezokeramickými platinami, které mají stejnou rezonanční frekvenci a zcela ji pokrývají ve formě mozaiky. Vyzařování vibrací do dutiny s vodou a klesající sférická vlna jsou soustředěny na základnu skla se zkoumaným objektem. Dutina skla je oddělena od kontaktního média zvukově transparentním filmem. Jako kontaktní médium lze použít i pevnou látku s nízkou pohltivostí zvuku (obr. 6.13). Tyčový koncentrátor je pevná tyč s proměnným průřezem nebo proměnnou hustotou, připevněná k emitoru širším koncem nebo částí s vyšší hustotou materiálu. Princip činnosti je založen na zvýšení amplitudy kmitů částic tyče v důsledku zmenšení jejího průřezu nebo hustoty podle zákona zachování hybnosti. Čím větší je rozdíl v průměrech nebo hustotách protilehlých konců tyče, tím větší je nárůst amplitudy. Takové koncentrátory pracují na frekvencích od 18 do 100 kHz na rezonanční frekvenci, to znamená, že jejich délka musí být násobkem celého počtu půlvln. Maximální lineární velikost širokého konce koncentrátoru musí být menší než λ/2. Zisk koncentrátoru K je poměr amplitudy posuvů (nebo rychlostí) na jeho úzkých koncích A 0 (V 0) a jeho širokých koncích A n (V n).

Tyčové koncentrátory se kvalifikují:

· Podle tvaru podélného řezu (stupňový, kuželový, exponenciální, katenoidní, ampule)

· Podle tvaru průřezu (kulatý, klínový a další)

· Podle počtu sériově zapojených půlvlnných rezonančních koncentrátorů (jeden, dva atd. stupňovitě)

Obrázek 6.14 ukazuje různé typy půlvlnných koncentrátorů spolu s rozložením amplitud posunu A a napětí Δ. Existují 2 režimy činnosti koncentrátorů: oscilační režim v nezatíženém stavu (režim stojaté vlny), režim postupné vlny při zatížení na zcela absorbujícím aktivním médiu. Míra, do jaké se oscilace přiblíží k režimům postupné nebo stojaté vlny, je určena koeficientem postupné vlny:

A 0 min – amplituda posunu v uzlovém úseku

A 0 max – amplituda výchylek na antinodě kmitů

Proměnlivé plochy průřezu koncentrátoru lze dosáhnout změnou jejich vnitřního profilu (obr. 6.15). Koncentrátory mohou být vyrobeny ze slitin titanu (minimální akustické ztráty, vysoká amplituda vibrací, únavová pevnost), spojení titanu s magnetostrikčními materiály je však obtížné, častěji se koncentrátory vyrábí z ocelí 40X a 45. Spoje oscilačního systému jednotky se vyrábějí na deformačních uzlech nebo dislokačních antinodech, kde jsou mechanická napětí minimální.

Spojení feritových převodníků s koncentrátorem je lepicí. Piezokeramické měniče využívající obložení a spojovacích šroubů se kromě oscilačních systémů s podélnými vibracemi používají systémy s ohybovými a torzními vibracemi (obr. 6.16). Lze použít piezokeramické měniče torzních vibrací ze dvou poloválcových piezoprvků polarizovaných do kruhového a spojených lepidlem (obr. 6.17). Neposkytují však vysoký vyzařovací výkon. K odstranění tohoto jsou použity návrhy znázorněné na obrázku 6.18. Mezi frekvenčními podložkami (obr. 6.18.a) jsou piezokeramické kroužky složené z jednotlivých úseků piezokeramiky a stříbrných elektrod zajištěny šroubem a maticí (obr. 6.18.b). Piezokeramika je polarizována podél periferie jako jeden celek.

Pro vícesměrný přenos ultrazvukové energie se používají akustické oscilační systémy, které převádějí vibrace do více směrů nebo akumulují energii z více zdrojů v jednom směru (obr. 6.19-6.20).

Fólie má schopnost spolehlivě přilnout ke zrnům leštícího materiálu umístěných na leštící podložce. Při pohybu leštícího kotouče se film ze skla odstraní a vytvoří se nový film.

K rozkladu skla a tvorbě filmu dochází ve zlomku sekundy. Z chemického hlediska lze leštění považovat za kontinuální odstraňování filmu ze skla a jeho okamžitou tvorbu.

Leštění by mělo být považováno za komplexní fyzikální a chemický proces ovládání skla.

Leštění dílů se provádí na stroji B1.M3.105.000 vodným roztokem optického polyritu.

Zpracování se provádí při rychlosti mletí 40 ot./min.

Díly jsou k zařízení fixovány pomocí zubního vosku.

Polyrit je hlavní leštící prášek používaný v optickém průmyslu. Má skořicovou barvu a jeho chemické složení je směsí oxidů prvků vzácných zemin. Obsahuje především oxid ceru (nejméně 45 %). Hustota polyritu je 5,8-6,2*103 kg/m3.

Problém výběru správného leštícího kotouče je velmi důležitý pro úspěšné leštění. Mezi parametry materiálů leštících padů patří jejich relativní tvrdost, struktura povrchové vrstvy materiálu, přítomnost chlupatosti a její charakter.

Tyto parametry přímo ovlivňují výkonnost procesu, přesnost geometrických parametrů a drsnost leštěného povrchu. Čím vyšší je tuhost leštícího kotouče, tím menší je recese brusného zrna pod vlivem zatížení a tím větší je tlak v kontaktní zóně brusného zrna s materiálem součásti. Tento tlak může vést ke zvýšení hloubky pronikání brusného zrna do materiálu součásti, což může být doprovázeno mírným zvýšením produktivity procesu při současném zhoršení třídy drsnosti povrchu a zvýšení hloubky poškození vrstvy a k destrukci brusného zrna, což může způsobit kráterovité vyhloubení materiálu součásti. Zvýšení tuhosti materiálu leštícího polštářku umožňuje snížit vady geometrických parametrů skla, které jsou charakteristické pro leštění - válcované hrany a zvlnění povrchu.

Moleskin se používá k leštění dílů. Jeho povrchová vrstva je vytvořena ve formě buněk, které dobře zajišťují polyritové částice, které provádějí mikrořezání povrchu součásti. Dobrá smáčivost tohoto materiálu brusnou suspenzí usnadňuje periodickou výměnu abrazivních částic v buňkách leštícího kotouče.

Obr.26. Blokové schéma technologického postupu mechanického zpracování desky z elektrovakuového skla C40-1

Technologický postup mechanického zpracování Polycoru . s přihlédnutím k použití ultrazvukového frézování se jedná o soubor sekvenčního provádění následujících operací:

Povrchové broušení.

Broušení keramických dílů se provádí na profilové brusce JE525 s přímým profilovým diamantovým kotoučem, zrnitost 80/63; bakelitová vazba B1; koncentrace diamantových zrn – 50 %.

Bakelitové pojivo umožňuje brousit velmi křehké materiály. To je způsobeno větší elasticitou bakelitového pojiva ve srovnání s keramikou. Díky této elasticitě tato vazba poněkud snižuje rázové zatížení částic zpracovávaného materiálu od brusných zrn, tj. vytváří podmínky pro jejich hladší pronikání do materiálu.

Ultrazvukový.

Hlavní tvarování se provádí na experimentální instalaci ultrazvukovým nástrojem s diamantovou vrstvou o zrnitosti 80/63 při otáčkách vřetena 2500 ot/min, posuvu 0,7 mm/min a frekvenci 22 kHz. Díly se lepí na desku technologického (okenního) skla tmelem skládajícím se z vosku, kalafuny a parafínu. Průměr nástroje odpovídá minimálnímu průměru na vnějším průměru. Vnější a vnitřní obrysy jsou vyříznuty v jedné operaci.

K čištění skleněných dílů po leštění se používají mycí kapaliny, které lze rozdělit na organická rozpouštědla a horké alkalické roztoky.

Čištění dílů od zbytků tmelu a různých nečistot se provádí postupně v toluenu, roztoku peroxidu amoniaku, následuje opláchnutí v proudu ionizované vody. Poté se díly vyčistí a vysuší v isopropylalkoholu. Vaření v isopropylalkoholu dehydratuje (zbaví vlhkosti) a zároveň dále čistí. Díly jsou udržovány na vzduchu, dokud se isopropylalkohol zcela neodpaří.

Obr.27. Blokové schéma technologického postupu mechanického zpracování Polycoru.

6. Výpočet stupňovitého koncentrátoru.

6.1. Ultrazvukové koncentrátory a vlnovody.

Koncentrátory a vlnovody fungují jako rezonanční délkové spoje, které zesilují a přenášejí ultrazvukovou energii z převodníku do pracovní oblasti – do nástroje. Maximální amplituda kmitů měničů Coll" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">ultrazvukové koncentrátory (transformátory otáček) slouží k rozkmitání nástroje a přizpůsobení měniče zátěži. Tyče nebo trubky konstantní průřez spojující převodník nebo koncentrátor se zátěží, se nazývají ultrazvukové vlnovody.

V závislosti na typu vibrací mohou být koncentrátory a vlnovody podélné, ohybové nebo příčné vibrace. Možné jsou i vlnovody jiných a složitějších typů vibrací. Probíhají práce na vytvoření vlnovodů pro vícesměrný přenos vibrací a oscilačních systémů s různými druhy vibrací.

Kombinací několika vlnovodů dohromady je možné získat různé možnosti vícesměrného přenosu akustické energie. Takové systémy lze použít jak pro vícesměrný přenos kmitů z jednoho měniče, tak i jako akumulační systém, kdy se jedním směrem přenáší energie z více zdrojů. Vlnovodem pro převod radiálních vibrací na podélné je kotouč, ve kterém jsou na obvodu namontovány převodníky, v tomto případě na koncích válce spojeného s kotoučem dochází k podélným vibracím.

6.2. Charakteristika koncentrátorů.

Zaostřovací koncentrátory se obvykle vyrábí buď ve formě zrcadlových systémů, nebo ve formě tzv. zaostřovacích ultrazvukových zářičů kulového nebo válcového tvaru. Ty jsou nejčastěji vyrobeny z piezoelektrické keramiky a vibrují na rezonanční frekvenci v celé tloušťce. Používají se také válcové magnetostrikční zářiče. Fokusační koncentrátory se používají jak v laboratorní praxi, tak v průmyslu, především v instalacích pro technologickou aplikaci ultrazvuku: ultrazvukové čištění, disperze, výroba aerosolu atd. Až 90 % veškeré emitované zvukové energie je shromažďováno v ohnisku fokusačních koncentrátorů . Vzhledem k tomu, že pro dobré zaostření je nutné, aby velikost koncentrátorů byla ve srovnání s vlnovou délkou velká, je tento typ koncentrátorů používán především v oblasti vysokých ultrazvukových (105 Hz a více) frekvencí. S jejich pomocí se získávají intenzity 103-104 W/cm2. Schéma zaostřovacího sférického zářiče je na obrázku 28.

Rýže. 28 − Schéma fokusačního sférického zářiče z piezokeramiky, kmitajícího po tl.

Koncentrátor vlnovodu (někdy nazývaný mechanický transformátor) je úsek nerovnoměrného (zužujícího se) vlnovodu, ve kterém dochází ke koncentraci energie v důsledku zmenšení průřezu. Rozšířily se rezonanční koncentrátory vlnovodů v podobě půlvlnných kovových tyčí s průřezem, který se plynule mění podle určitého zákona nebo ve skocích. Takové koncentrátory mohou poskytnout 10-15násobné zesílení amplitudy a umožňují získat ve frekvenčním rozsahu ~104 Hz amplitudy vibrací až 50 mikronů. Používají se v ultrazvukových obráběcích strojích, ultrazvukových svařovacích instalacích, ultrazvukových chirurgických nástrojích atd. Schéma vlnovodu akustických koncentrátorů je na obrázku 29. Obr.

Pro ultrazvukové zpracování se nejvíce používají exponenciální kónické a symetrické stupňovité koncentrátory. Níže uvedený způsob výpočtu těchto koncentrátorů umožňuje získat data pro jejich návrh zcela jednoduše a s dostatečnou přesností pro praktické použití.

Počáteční data pro výpočet koncentrátoru:

D2 – průměr obráběného otvoru 14 mm

n – zesílení amplitudy 5

f – rezonanční kmitočet měniče Hz

6.3. Způsoby připevnění nástroje k náboji.

Nejlepších výkonnostních vlastností dosahují přístroje vyráběné jako jeden celek s koncentrátorem.

Kvůli opotřebení má však takový nástroj omezenou životnost. Počet dílů vyrobených jedním nástrojem závisí na zpracovávaném materiálu, povaze operace a požadované přesnosti zpracování.

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

(dle obr. T. pro výkon stroje 2,5 kW bereme 56 mm)

Optimální poměr mezi průměry stupňů je určen z experimentálních křivek znázorněných na Obr. 31.

2) Je určena odhadovaná délka koncentrátoru (https://pandia.ru/text/78/173/images/image132.png" width="328" height="49">

Z experimentálních křivek lze také určit odhadovanou délku koncentrátoru (obrázek 31).

Rychlosti zvuku v různých materiálech používaných pro výrobu koncentrátorů jsou uvedeny v tabulce 2.

tabulka 2

Materiál	Hustota ρ	Modul pružnosti E	Rychlost podélných vln C
Hliník

3) Hmotnost koncentrátoru lze určit z výrazu:

Na Obr. 32. Je prezentován stupňovitý koncentrátor pro obráběcí otvory o průměru 29,6 mm s faktorem zesílení amplitudy n=5 a rezonanční frekvencí f=19 kHz.

Rýže. 32stupňový náboj

Pro stupňovité koncentrátory https://pandia.ru/text/78/173/images/image140.png" width="178" height="49">

kde S1 a S2 jsou průřezové plochy velkých a malých schodů.

N – plošný koeficient.

7. Analýza nebezpečných a škodlivých výrobních faktorů.

Zvolené parametry osvětlení nejsou v rozporu s požadavky GOST 12.3.025-80, podle kterých v mechanických montážních dílnách musí být celkové osvětlení osvětlení alespoň 300 luxů.

GOST 12.1.003 - 83 stanoví nejvyšší přípustné podmínky pro stálý hluk na pracovištích, za kterých hluk působící na pracovníka během osmihodinového pracovního dne nezpůsobuje újmu na zdraví. Normalizace se provádí v oktávových frekvenčních pásmech s geometrickými středními frekvencemi 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.

Podle GOST 12.1.003 by neměla překročit 85 dBA, na pracovištích: v kovoobrábění - 75...100 (vysoká hladina hluku), v CNC broušení - 80 dBA, v ultrazvuku - 60 dBA.

Zdroje hluku a vibrací v navržené dílně jsou:

Obráběcí stroje pro zpracování kovů (broušení, kovoobrábění, ultrazvuk);

K ochraně proti hluku a vibracím jsou k dispozici následující opatření ke snížení hladiny hluku a vibrací:

Akustická úprava místnosti (instalace zvukotěsných zástěn, opláštění, montáž zvukotěsných plotů);

Instalace tlumičů hluku do ventilačních systémů.

Výrazného snížení hlučnosti je dosaženo výměnou valivých ložisek za kluzná (hlučnost je snížena o 10 dBA) a kovových dílů plastovými díly.

Provedením těchto opatření dojde ke snížení hodnot hladin hluku a rychlosti vibrací na hodnoty nepřekračující přípustné hodnoty (GOST 12.1.003, GOST 12.1.012).

V souladu s GOST 12.1.030 navržená dílna splňuje požadavky na elektrickou bezpečnost (všechny stroje jsou uzemněny). Nehrozí nebezpečí úrazu elektrickým proudem.

8. Opatření k zajištění bezpečných pracovních podmínek.

Hlavní požadavky na ochranu práce pro výrobek a technologický proces jsou:

– bezpečnost pro lidi;

– spolehlivost a jednoduchost použití zařízení používaných v tomto technologickém procesu.

Provoz ultrazvukového stroje pro rozměrové zpracování tedy musí být doprovázen dodržováním všech bezpečnostních požadavků, které jsou určeny:

GOST 12.2.009-80 „Systém norem bezpečnosti práce. "kovoobráběcí stroje"

GOST 12.3.024-80 „Systém norem bezpečnosti práce. "Bezpečnost zranění"

Hlavní příčiny úrazů při práci na strojích mohou být:

– pohyblivé mechanismy obráběcích strojů;

– ostré prvky obrobku a zařízení pro jeho zajištění;

– porucha ručního nářadí;

– vodivé části instalací nebo části stroje, které se náhodně dostanou pod napětí;

– špatné řešení pracoviště obsluhy stroje;

– špatné osvětlení pracoviště;

Pro pracovníka, který bude pracovat na tomto stroji, mohou být požadavky na ochranu práce předloženy ve formě následujících faktorů:

– parametry mikroklimatu;

– průmyslové osvětlení;

– výrobní hluk;

– průmyslové vibrace;

9. Parametry mikroklimatu.

Parametry mikroklimatu doprovázející pracovní činnost každého účastníka technologického procesu jsou:

– okolní teplota, t, °С;

– rychlost vzduchu, W, m/s;

Optimální a přijatelné hodnoty těchto parametrů jsou stanoveny pro celou pracovní plochu výrobních prostor s přihlédnutím k roční době a náročnosti prováděné práce.

V souladu s GOST 12.1.005-88 budou v dílně udržovány optimální parametry mikroklimatu (tabulka 3).

Tabulka 3 – Parametry mikroklimatu

Období roku		Relativní vlhkost, %	Teplota, C	Rychlost pohybu vzduchu m/s, ne více
Studený

Stanovené parametry mikroklimatu podporují systémy vytápění a větrání.

V souladu s SN 245-71(88) je při měrném objemu větším než 40 m3/osoba povoleno používat ve výrobních prostorách systém generálního větrání. Pro odstranění vznikajícího prachu a aerosolů chladicí kapaliny jsou k dispozici místní odsávací ventilační systémy.

Pro udržení teploty v místnosti (zejména v zimním období) je dílna vybavena systémem ohřevu vody a elektrickými přímotopy s ventilátory, které v zimě vytvářejí tepelné clony u vrat a vstupních dveří.

10. Průmyslové osvětlení.

Dílenské prostory výrobní budovy jsou vybaveny přirozeným i umělým osvětlením.

Přirozené osvětlení - horní (přes lucerny) a obousměrné boční (přes boční otvory ve stěnách budovy).

Umělé osvětlení – kombinované, skládající se z celkového a místního osvětlení. Celkové osvětlení je realizováno pomocí vysokotlakých rtuťových výbojek typu DRL-400(700,1000). Místní osvětlení je zajištěno pomocí 36V žárovek.

Průmyslové osvětlení v kovoobráběcích dílnách je standardizováno v souladu s SNiP 05.23.95.

Pro objasnění pro strojírny a stroje na přesné kovoobrábění lze uvést následující normy osvětlení (tabulka 4):

Tabulka 4 – Osvětlení pro kovoobráběcí dílny OBRÁBĚNÍ KOVŮ
Osvětlení, lux.	Pulzační koeficient Kp, %
Kombinovaný osvětlení	Od obecných svítidel v kombinovaném systému
	Od generála	Plynové výbojky	žhavící

Pro místní osvětlení se používají svítidla, která jsou instalována na stroji a nastavena tak, aby osvětlení pracovního prostoru nebylo nižší než stanovené hodnoty.

Lampy používané pro místní osvětlení musí být vybaveny světlotěsnými reflektory s ochranným úhlem minimálně 30°.

Skla, okenní otvory a světlíky se čistí minimálně dvakrát ročně.

10.1. Výpočet umělého osvětlení.

Osvětlení pracoviště je nejdůležitějším faktorem při vytváření běžných pracovních podmínek. Nedostatečné osvětlení na pracovišti může způsobit rychlou únavu očí, ztrátu pozornosti a v důsledku toho vést k pracovnímu úrazu.

Minimální osvětlení pracoviště musí být alespoň Emin = 400 luxů.

Určete vzdálenost mezi lampami:

kde h= 5 m – výška instalace svítidla nad úrovní podlahy.

Tedy l=1,4*5=7m.

Určujeme velikost dílny, ve které se soustružení provádí:

velikost dílny A = 8 m; B = 20 m.

plocha místnosti S = A*B = 160m2

3. Určete počet lamp v dílně:

Přijímáme n=12 kusů.

4. Určete požadovaný světelný tok:

kde: k=1,3 – faktor rezervy výkonu lampy,

b=0,47 – faktor využití světelné instalace,

z=0,9 – koeficient nerovnoměrnosti osvětlení,

Světelný tok jedné žárovky:

Toto množství světelného toku zajišťuje výbojka typu DRL o výkonu 200 W se světelným tokem Fl = 4,3 * 103 lm.

1) Určete skutečné osvětlení:

11. Ochrana životního prostředí.

V éře moderní vědeckotechnické revoluce se problém narušení ekologické rovnováhy, vyjádřený zhoršováním kvality životního prostředí v důsledku znečištění průmyslovými odpady, stal extrémně akutním. Jejich neustále se zvyšující počet ohrožuje samočistící funkci biosféry, narušuje ekologickou rovnováhu a v konečném důsledku hrozí nepříznivými důsledky pro člověka. Znečištění životního prostředí souvisí se spotřebou a výrobou elektřiny, zemědělskou výrobou, rozvojem dopravy, jaderného průmyslu a dalších odvětví. Průmyslové země již začínají pociťovat nedostatek čisté vody. Průmysl spotřebovává stále více kyslíku a zvyšuje se uvolňování oxidu uhličitého. V současné době dosáhla lidská výrobní činnost takového rozsahu, že způsobuje změny nejen v jednotlivých biogeocenózách (stepní, luční, polní, lesní aj.), ale i v řadě historicky ustálených procesů v rámci celé biosféry.

Při výrobě lopatek LPT jsou všechny nepříznivé a zdraví škodlivé látky zpracovány v souladu s požadavky na ochranu práce: kapalný výrobní odpad, jako je mycí roztok, z pračky, použité chladivo je dopravováno do neutralizačních stanic, tuhé odpadní kovové hobliny jsou dodávány do sběrná místa kovového odpadu.

12. Čištění vzduchu.

Při broušení se uvolňuje prach. Cyklony se nejvíce používají k čištění vzduchu od prachu s velikostí částic větší než 10 mikronů. Jejich konstrukce je jednoduchá a obsluha nekomplikovaná, mají relativně nízký hydraulický odpor (750-1000 Pa) a vysoké ekonomické ukazatele. Cyklony fungují po dlouhou dobu v různých podmínkách prostředí při teplotách vzduchu až 550 K.

Cyklony (obrázek 22) se používají k čištění vzduchu od suchého, nevláknitého a neshlukujícího se prachu. Odlučování prachu v cyklonech je založeno na principu odstředivého odlučování. Vstupem do cyklonu tangenciálně vstupním potrubím / získává proud vzduchu rotační pohyb ve spirále a klesá ke dnu kónické části těla 3, vystupuje centrálním potrubím 2. Vlivem odstředivých sil jsou částice vrženy směrem ke stěně cyklonu a padají do spodní části cyklonu a odtud do sběrače prachu 4.

Rýže. 33 – Sběrač prachu: Cyklon

12.1. Znečištění a čištění vzduchu v pracovní oblasti

Zpracování kovů je doprovázeno uvolňováním třísek, vodní páry, olejové mlhy a emulzí.

Maximální přípustné koncentrace některých nejběžnějších látek ve vzduchu pracovního prostoru (tabulka 5):

GOST 12.2.009-80 „Systém norem bezpečnosti práce. „Kovoobráběcí stroje. Všeobecné bezpečnostní požadavky“ poskytuje zařízení pro odstraňování prachu, malých třísek a škodlivých nečistot na kovoobráběcích víceúčelových strojích.

Tabulka 5 - Maximální přípustná koncentrace

Látka	Koncentrace, mg/m3	Třída nebezpečnosti
Hliník a jeho slitiny
Wolfram
Kobaltový kov
Měděný kov
Legované oceli

GOST 12.3.025-80 „Systém norem bezpečnosti práce. „Zpracování obrábění kovů. Bezpečnostní požadavky“ pro proces zpracování kovů pomocí řezných kapalin ukládá následující požadavky:

řezné kapaliny musí mít povolení od ministerstva zdravotnictví;

nepřítomnost kontinuální nebo důlkové koroze při vystavení COTS na vzorku s drsností Ra = 0,63 po dobu 24 hodin;

COTS dodávané do zóny řezání nástřikem musí splňovat hygienické požadavky;

Čištění pracovišť od třísek a prachu by mělo zabránit tvorbě prachu.

Větrání je organizovaná a regulovaná výměna vzduchu, která zajišťuje odvod vzduchu kontaminovaného průmyslovými škodlivinami z místnosti. - mechanické. Typy větrání v důsledku přírodních podmínek. Přirozené větrání vytváří potřebnou výměnu vzduchu díky rozdílu v hustotě teplého a studeného vzduchu uvnitř místnosti a chladnějšího vzduchu venku a také díky větru. Schéma ventilace pro naše pracoviště je znázorněno na obrázku 34.

Obr. 34 − Schéma větrání průmyslové budovy.

Existují bezkanálové a kanálové provzdušňování. První se provádí pomocí příček (přívod vzduchu) a výfukových svítilen (výstup vzduchu), doporučuje se ve velkých místnostech a v dílnách s velkým přebytkem tepla. Provzdušňování kanálů je obvykle instalováno v malých místnostech a skládá se z kanálů ve stěnách a na výstupu kanálů jsou na krytech instalována deflektorová zařízení, která vytvářejí průvan, když na ně fouká vítr. Přirozené větrání je ekonomické a snadno se ovládá. Jeho nevýhodou je, že se vzduch při vstupu nečistí a neohřívá, odváděný vzduch se také nečistí a znečišťuje ovzduší. Mechanická ventilace se skládá ze vzduchovodů a pohybových stimulátorů (mechanické ventilátory nebo ejektory). Výměna vzduchu se provádí bez ohledu na vnější meteorologické podmínky, přičemž přiváděný vzduch lze ohřívat nebo ochlazovat, zvlhčovat nebo odvlhčovat. Odváděný vzduch se čistí. Systém přívodního větrání odebírá vzduch přes zařízení pro sání vzduchu, poté vzduch prochází ohřívačem, kde se vzduch ohřívá a zvlhčuje a je přiváděn ventilátorem vzduchovými kanály do místnosti tryskami pro regulaci proudění vzduchu. Znečištěný vzduch je vytlačován dveřmi, okny, lucernami a prasklinami. Odtahová ventilace odvádí kontaminovaný a přehřátý vzduch průduchy a čističkami, zatímco čerstvý vzduch vstupuje okny, dveřmi a konstrukčními netěsnostmi.

Lokální větrání odvětrává prostory přímého úniku škodlivých látek a může být i přívodní nebo odtahové. Odsávací ventilace odvádí znečištěný vzduch vzduchovými kanály; vzduch je nasáván přívody vzduchu, které lze navrhnout ve formě: Lokální sání jsou instalována přímo v místech úniku škodlivých látek: na elektrických a plynových svařovacích pracovištích, v nabíjecích odděleních akumulátoroven, v galvanických lázních. Pro zlepšení mikroklimatu omezeného prostoru místnosti se používá místní přívodní větrání ve formě vzduchové sprchy, vzduchové oázy - prostoru s čistým chladným vzduchem nebo vzduchové clony. Vzduchová clona se používá k zabránění vstupu studeného venkovního vzduchu do místnosti. K tomu je ve spodní části otvoru instalován odvzdušňovací otvor se štěrbinou, ze kterého je teplý vzduch přiváděn směrem k proudění studeného vzduchu pod úhlem 30-45 stupňů. rychlostí 10-15 m/s.

Jako čističku vzduchu na místě je vhodné použít pneumatický cyklon, znázorněný na obrázku 35.

Rýže. 35 – Pneumocyklon

Suspendované částice se oddělují z proudu plynu působením odstředivých a setrvačných sil. Proud prašného plynu vstupuje tangenciálně vstupním potrubím do pouzdra, kde se pomocí vedení postupně rozděluje na samostatné proudy s dalším odstředivým odlučováním prachu. Hrubý prach se usazuje na stěnách vodítek a krytu a padá do násypky pro sběr prachu.
Plyny s jemným prachem, rozdělené do samostatných proudů, vstupují do lopatek zásuvky, kde mění směr o 180°. V tomto okamžiku padá jemný prach do spodní části výstupu a poté do násypky a sběrače prachu. Vyčištěné plyny vystupují ze sběrače prachu vnitřním kanálem výstupu přes výstupní trubku.

13. Závěr k oddílu.

Byla tak provedena analýza nebezpečných a škodlivých výrobních faktorů vznikajících v oblasti ultrazvukového rozměrového zpracování. Byl proveden výpočet místního osvětlení nutného pro bezpečnou práci na ultrazvukovém stroji. Byla navržena opatření na ochranu životního prostředí zaměřená na ochranu pracovního prostoru před znečištěním ovzduší. Proces ultrazvukového klížení je bezodpadový a šetrný k životnímu prostředí.

14.Obecný závěr práce.

Shrneme-li výsledky práce, můžeme říci, že použití ultrazvuku umožňuje nejen zvýšit produktivitu a snížit opotřebení nástroje, ale také zpracovávat tenkostěnné díly snížením řezných sil. Rz. V procesu ultrazvukového zpracování se také snižuje pravděpodobnost odštípnutí a zničení dílů. Díly, pro které byl proces vyvinut, splňovaly základní požadavky na ně. Konkrétně: přítomnost prasklin ve skle je nepřijatelná, v žádném z výše uvedených experimentů nebyly žádné. Na čelních plochách desek byly povoleny jednotlivé třísky o délce nejvýše 1 mm, s výstupem na pracovní plochu o šířce nejvýše 0,2 mm a na nepracovní ploše o šířce nejvýše 0,3 mm. . Průměrné opotřebení nástroje je 0,03 % pro výrobu jednoho dílu z polycoru a 0,035 % pro díl ze skla C-40. Hlavní tvarování součásti musí být dosaženo pomocí nástroje a operace ultrazvukového frézování. Bylo možné snížit počet operací pro výrobu součásti, čímž se zkrátila doba výroby součásti o 25-30 %. V současné době stojí strojní zařízení tohoto typu asi 15 milionů rublů. Zařízení, na kterém byly provedeny experimenty, se odhaduje na něco málo přes 1,7 milionu.

Na základě provedených experimentů byla vytvořena zpráva a odeslána do podniku zákazníka. V případě kladného výsledku z hlediska výkonu, spolehlivosti a uspokojení množství vhodných bude uzavřena smlouva na 2 podobné stroje. Kromě podniku uvedeného v diplomu bude toto zařízení velmi zajímavé pro další výrobu nástrojů. Konstrukce hlavy umožňuje nejen ultrazvukové frézování diamantovým nástrojem, ale i bez něj. Tato funkce ve spojení s CNC systémem může být použita k výrobě součástí složitých tvarů, které plní funkci konvenčního frézovacího a gravírovacího zařízení.

15. Seznam literatury.

1., Sh. Shwegla: Ultrazvukové zpracování materiálů (1984, 282 stran)

2. , : Ultrazvukové zpracování kovů (1966, 157 s.)

3.: Ultrazvuk ve strojírenství (1974, 282 s.)

4. E. Kikuchi, ed. : Ultrazvukové měniče 423 s.)

5.: Příručka elektrických a ultrazvukových metod zpracování (1971, 543 s.)

6. „Ultrazvukové zpracování materiálů“ - M. „Strojní inženýrství“, 1980

7. „Technologické procesy zpracování skla v elektrovakuovém průmyslu“ - Ústřední výzkumný ústav M. „Elektromechanika“, 1972

Vynález se týká ultrazvukové technologie, zejména konstrukcí ultrazvukových oscilačních systémů. Technickým výsledkem vynálezu je zvýšení amplitudy kmitů při současném snížení spotřeby energie, snížení celkových rozměrů a hmotnosti. Ultrazvukový oscilační systém je vyroben z balíků piezoelektrických prvků umístěných na vibrotvorném povrchu koncentrátoru. Na obalech piezoelementů jsou reflexní podložky, jejichž povrch je oproti piezoprvkům plochý nebo má stupňovitě proměnný průměr. Koncentrátor má upevňovací jednotku a je zakončen plochou s pracovním nástrojem. Tvářecí a vyzařovací plocha koncentrátoru mají pravoúhlý průřez o stejné délce a poměr jejich příčných rozměrů je volen z podmínky zajištění daného zesílení koncentrátoru. Celková délka reflexní podložky, balíku piezoelementů a části koncentrátoru k bodu připojení je rovna jedné šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací. Délka sekce koncentrátoru, kde dochází k hladkému radiálnímu přechodu, a sekce s příčnou velikostí odpovídající vyzařovacímu povrchu jsou rovné jedné šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací. 2 nemocný.

Výkresy pro RF patent 2284228

Vynález se týká ultrazvukové technologie, konkrétně konstrukcí ultrazvukových oscilačních systémů, a lze jej použít v technologických zařízeních určených pro zpracování velkých objemů kapalných a kapalinou dispergovaných médií, poskytujících vystavení ultrazvukovým vibracím s vysokou amplitudou na velké ploše, např. například v průtočných zařízeních nebo při provádění lisovaného krokového svařování (vytváření dálkových těsnicích švů).

Každé ultrazvukové technologické zařízení obsahuje zdroj vysokofrekvenčních elektrických vibrací (elektronický generátor) a ultrazvukový oscilační systém.

Ultrazvukový oscilační systém se skládá z piezoelektrického měniče a koncentrátoru s pracovním nástrojem. V ultrazvukovém měniči oscilačního systému se energie elektrických vibrací přeměňuje na energii elastických vibrací ultrazvukové frekvence. Koncentrátor je vyroben ve formě trojrozměrného obrazce proměnlivého průřezu z kovu, ve kterém poměr ploch ploch v kontaktu s měničem a končících pracovním nástrojem (vyzařujícím ultrazvukové vibrace) určuje požadovaný zisk.

Jsou známy ultrazvukové oscilační systémy, které mají velké vyzařovací plochy. Všechny známé oscilační systémy jsou vyrobeny podle konstrukčního schématu, které kombinuje piezoelektrické nebo magnetostriktivní půlvlnné měniče a rezonanční (více než poloviční vlnová délka ultrazvukových vibrací) koncentrátory ultrazvukových vibrací. Jejich podélná velikost odpovídá vlnové délce ultrazvukových vibrací a jejich příčná velikost přesahuje polovinu délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru.

Nevýhodou analogů je složité rozložení amplitudy kmitů na vyzařovací ploše v důsledku Poissonova poměru materiálu koncentrátoru, který neumožňuje rovnoměrné ozáření ultrazvukem po celé vyzařovací ploše, např. při získání vysoce kvalitního prodlouženého šev.

Technicky nejblíže navrhovanému technickému řešení je ultrazvukový oscilační systém podle US patentu 4363992, přijatý jako prototyp.

Ultrazvukový oscilační systém se skládá z několika půlvlnných piezoelektrických měničů instalovaných na jednom z povrchů (vytvářejících ultrazvukové kmity) koncentrátoru zakončeného pracovním koncem (nástrojem) určitého tvaru a velikosti. Měniče jsou vyrobeny ve formě zadní frekvenční redukční podložky, balíčku sudého počtu prstencových piezoelektrických prvků a frekvenčně snižující vyzařovací podložky, instalované v sérii a akusticky propojené. Vyzařovací plocha měniče je akusticky spojena s povrchem koncentrátoru, který vytváří ultrazvukové vibrace. Podélná velikost koncentrátoru odpovídá polovině vlnové délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru. Koncentrátor je vyroben ve formě trojrozměrného obrazce proměnného průřezu z kovu, ve kterém je poměr ploch ploch v kontaktu s měniči (vytvářející ultrazvukové kmity) a končících pracovním nástrojem (vyzařující ultrazvukové oscilace) určuje požadovaný zisk.

Koncentrátor má průchozí drážky, které umožňují eliminovat nerovnoměrné rozložení amplitudy kmitání podél vyzařovací plochy koncentrátoru (tj. eliminovat deformaci koncentrátoru kolmo ke směru síly). To umožňuje rovnoměrné vystavení ultrazvuku podél celého vyzařovacího povrchu.

Prototyp nám umožňuje částečně eliminovat nevýhody známých oscilačních systémů, ale má následující obecné významné nevýhody.

1. Známý ultrazvukový oscilační systém, sestávající z ultrazvukových měničů a koncentrátoru, je rezonanční systém. Při shodě rezonančních frekvencí měničů a koncentrátoru je zajištěna maximální amplituda ultrazvukových vibrací pracovního nástroje a tím i maximální přísun energie do zpracovávaného média. Při realizaci technologických postupů jsou pracovní nástroj a část koncentrátoru ponořeny do různých technologických médií nebo vystaveny statickému tlaku na sálavou plochu. Vliv různých technologických médií nebo vnějšího tlaku je ekvivalentní vzhledu další připojené hmoty na vyzařovací ploše koncentrátoru a vede ke změně vlastní rezonanční frekvence koncentrátoru a celého oscilačního systému jako celku. V tomto případě je narušeno optimální frekvenční přizpůsobení převodníku a koncentrátoru. Nesoulad mezi ultrazvukovým měničem a koncentrátorem vede ke snížení amplitudy vibrací emitující plochy (pracovního nástroje) a snížení energie vnesené do média.

Aby se tento nedostatek odstranil, při navrhování a výrobě oscilačních systémů se provádí předběžný nesoulad mezi převodníkem a koncentrátorem na rezonanční frekvenci, takže když se objeví zatížení a vlastní frekvence koncentrátoru se sníží, odpovídá vlastní frekvenci měnič a zajišťuje maximální příkon energie. To výrazně omezuje rozsah použití takového ultrazvukového oscilačního systému a je nedostatečné, neboť u většiny realizovaných technologických procesů dochází ke změně hodnoty přidané hmoty (např. přechod z vodných nebo olejových médií na jejich emulzi, tzv. vznik a rozvoj kavitačního procesu vedoucího ke vzniku oblaku paroplynových bublin a snížení přidané hmoty v libovolném kapalném médiu) při realizaci samotného procesu, což vede ke snížení účinnosti příkonu ultrazvuku. vibrací.

2. Problém optimálního sladění frekvenčního měniče a koncentrátoru je ztížen potřebou sladit vlnové impedance kapalných a kapalinou dispergovaných médií s pevnými piezokeramickými materiály konvertorů. Pro optimální přizpůsobení by měl být zisk hubu 10-15. Takto vysoké zesilovací faktory lze získat pouze se stupňovitými koncentrátory, ale s takovými zesilovacími faktory zhoršují závislost vlastní rezonanční frekvence na zátěži a vyžadují malý výstupní průřez při významné délce (odpovídající čtvrtině vlnové délky ultrazvukové vibrace v materiálu koncentrátoru), což vede ke zmenšení vyzařovací plochy, ztrátě dynamické stability a vzniku ohybových vibrací. Z tohoto důvodu mají v praxi používané oscilační systémy zesílení maximálně 3...5, což je činí nevhodnými pro poskytování vysoce intenzivních ultrazvukových efektů na různých technologických médiích.

Kromě hlavních nevýhod v důsledku použitého konstrukčního schématu pro konstrukci oscilačních systémů má prototyp několik nevýhod v důsledku technologických a provozních vlastností jejich výroby a použití.

1. Ultrazvukový oscilační systém se dvěma nebo více piezoelektrickými měniči (průměr do 40...50 mm) může mít délku vyzařovací plochy větší než 200...250 mm a šířku větší než 5 mm. V tomto případě se vlastní rezonanční frekvence piezoelektrických měničů liší, což je způsobeno rozdíly v elektrických a geometrických parametrech piezoelektrických prvků, podložek pro snížení frekvence, rozdíly v kompresních silách při montáži měniče atd., které jsou přijatelné podle regulační a projektové dokumentace. V tomto případě je buzení mechanických vibrací rezonančního koncentrátoru prováděno měniči s různými pracovními frekvencemi, z nichž některé se neshodují s rezonanční frekvencí koncentrátoru. Je obzvláště obtížné provést přizpůsobení v oscilačním systému s několika měniči různých frekvencí a stupňovitým koncentrátorem s maximálním zesílením. Protože to snižuje účinnost ultrazvukového vlivu, a to i ve srovnání s oscilačním systémem stejné velikosti, ale s jedním měničem.

2. Nemožnost provedení vyzařovací plochy složitého profilu (např. pro současné vytvoření dvou svarů a řezání materiálu mezi nimi), jelikož v tomto případě každý podélný rozměr určuje vlastní rezonanční frekvenci koncentrátoru, která nezpůsobuje odpovídají rezonanční frekvenci měničů (efektivně se provádí pouze jedna z operací - vytvoření švu nebo řezání materiálu).

3. Nemožnost vytvoření ultrazvukových oscilačních systémů s rozšířenou šířkou pásma oproti rezonančním systémům.

4. Půlvlnný oscilační systém s pracovní frekvencí 22 kHz má podélný rozměr nejméně 250 mm a při délce vyzařovací plochy 350 mm váží nejméně 10 kg. V tomto případě je oscilační systém namontován v oblasti minimálních vibrací: buď ve středu převodníku, nebo ve středu koncentrátoru. Takové upevnění vede k nízké mechanické stabilitě a nemožnosti zajistit přesnost nárazu. V důsledku velkých amplitud mechanických vibrací a nevyhnutelného tlumení oscilačního systému není možné zajistit optimální upevnění v těžišti.

Zjištěné nedostatky prototypu způsobují jeho nedostatečnou efektivitu, omezují jeho funkčnost, což jej činí nevhodným pro použití ve vysoce výkonné, automatizované výrobě.

Navržené technické řešení je zaměřeno na odstranění nedostatků stávajících oscilačních systémů a vytvoření nového oscilačního systému schopného zajistit emisi ultrazvukových vibrací s rovnoměrným rozložením amplitudy po vyzařovací ploše koncentrátoru (pracovního nástroje) s maximální účinností při všech možných zatíženích. a změny vlastností zpracovávaných médií a parametrů oscilačního systému, tedy v konečném důsledku zajistit zvýšení produktivity procesů spojených s expozicí ultrazvuku při současném snížení spotřeby energie.

Podstatou navrhovaného technického řešení je, že ultrazvukový oscilační systém obsahující piezoelektrické prvky a koncentrátor je vyroben z paralelně umístěných na ploše koncentrátoru tvořících ultrazvukové vibrace a akusticky spojených svazků sudého počtu piezoelektrických prvků instalovaných v sérii. Na obalech piezoelektrických prvků jsou umístěny reflexní podložky, akusticky spojené s piezoelektrickými prvky. Povrch protilehlý tomu, který je v kontaktu s piezoelementy, je vytvořen plochý nebo má stupňovitě proměnný průměr a rozměry a počet stupňů se volí na základě podmínky získání dané šířky pásma. Koncentrátor má upevňovací jednotku a je zakončen plochou vyzařující ultrazvukové vibrace s pracovním nástrojem. Tvářecí a vyzařovací plocha koncentrátoru mají pravoúhlý průřez o stejné délce a poměr jejich příčných rozměrů je volen z podmínky zajištění daného zesílení koncentrátoru. Celková délka reflexní podložky, svazku piezoelektrických prvků a průřezu koncentrátoru k bodu připojení se rovná jedné šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru. Rozměry úseku koncentrátoru, na kterém se provádí hladký přechod, a úseku s příčnou velikostí odpovídající vyzařovací ploše se rovnají jedné šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru a hladký přechod je radiální a jeho rozměry jsou vybrány z podmínky:

Analýza možných návrhových schémat pro konstrukci oscilačních systémů umožnila zjistit, že většinu základních omezení, která jsou vlastní návrhu dvoupůlvlnného návrhu oscilačního systému, lze eliminovat použitím oscilačních systémů, které se spojují v poloviční vlnový rozsah. vlnový design piezoelektrický měnič a koncentrátor s vysokým ziskem a pracovní nástroj libovolné velikosti .

Oscilační systém vyrobený podle půlvlnné konstrukce je jediným rezonančním oscilačním systémem a všechny změny jeho parametrů vedou pouze k nesouladu s elektronickým generátorem. Nedostatek praktických návrhů takových oscilačních systémů je způsoben nemožností jejich realizace na základě donedávna používaných magnetostrikčních měničů a složitostí praktické realizace na bázi moderních piezokeramických prvků z důvodu nutnosti jejich umístění v maximálním mechanickém namáhání, jako např. a také kvůli nedostatku elektronických generátorů schopných zajistit optimální výkonové podmínky pro takový oscilační systém se všemi možnými změnami jeho rezonanční frekvence (až 3...5 kHz).

Navržené technické řešení je znázorněno na obr. 1, který schematicky znázorňuje ultrazvukový oscilační systém obsahující piezoelektrické prvky 1, reflexní rezonanční podložky 2 a koncentrátor 3. Konstrukčně je oscilační systém tvořen koncentrátorem 3 umístěným rovnoběžně s ultrazvukovým vibračním- tvarovací povrch 4 a akusticky k němu připojené balíčky sudého počtu piezoelektrických prvků 1 instalované v sérii (obr. 1 ukazuje oscilační systém se dvěma balíčky piezoelektrických prvků). Na každém z obalů, sestávajících ze sudého počtu piezoprvků (obvykle dvou nebo čtyř), jsou k nim akusticky přidruženy reflexní podložky 2, protilehlá plocha v kontaktu s piezoprvky je plochá 5 nebo stupňovitě proměnná po délce 6, a rozměry a počet kroků 7 jsou vybrány z podmínek pro získání dané šířky pásma. Koncentrátor 3 má upevňovací jednotku 8 a je zakončen plochou 9 vydávající ultrazvukové vibrace s pracovním nástrojem 10. Tvarovací 4 a vysílací 9 plochy koncentrátoru mají obdélníkový tvar o stejné délce L a poměr jejich příčných rozměrů D 1 , D 2 se volí z podmínky zajištění daného zesílení koncentrátoru . Celková délka reflexní podložky 2, svazku piezoelektrických prvků 1 a průřezu koncentrátoru k bodu připojení je rovna jedné šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru. Rozměry úseku koncentrátoru, na kterém je plynulý přechod proveden, a úseku s příčnou velikostí odpovídající vyzařovací ploše, odpovídají jedné šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru a hladký přechod je radiální a jeho rozměry jsou vybrány z podmínky:

kde Lz je délka hladkého přechodu; D 1, D 2 - příčné rozměry formovací a vysílací plochy koncentrátoru.

Ultrazvukový oscilační systém funguje následovně.

Když je z generátoru elektrických vibrací ultrazvukové frekvence (neznázorněno na obr. 1), odpovídající vlastní frekvenci oscilačního systému, přiváděno elektrické napájecí napětí na elektrody piezoelektrických prvků 1, energie elektrických vibrací je přeměněny na ultrazvukové mechanické vibrace v důsledku piezoelektrického jevu. Tyto vibrace se šíří v opačných směrech a odrážejí se od hraničních ploch reflexní podložky a koncentrátoru (pracovního nástroje). Protože celá délka oscilačního systému odpovídá rezonanční velikosti (polovina vlnové délky ultrazvukových vibrací), uvolňují se mechanické vibrace na vlastní rezonanční frekvenci oscilačního systému. Přítomnost stupňovitého radiálního koncentrátoru umožňuje zvýšit amplitudu vibrací vyzařovacího povrchu ve srovnání s amplitudou vibrací na opačném povrchu odrazné podložky v kontaktu s piezoelektrickými prvky. Velikost amplitudy kmitání na vyzařovací ploše závisí na zesílení koncentrátoru, definovaném jako druhá mocnina poměru ploch tvořících a vyzařovacích ploch koncentrátoru, které mají pravoúhlý průřez o stejné délce.

Montážní jednotka 8 koncentrátoru 3 (obr. 1) je umístěna v oblasti v blízkosti jednotky minimálních mechanických ultrazvukových vibrací, což zajišťuje minimální tlumení ultrazvukového oscilačního systému, tzn. maximální amplituda kmitů vyzařovací plochy a nepřítomnost kmitů v místech připojení oscilačního systému v technologických linkách.

Vzhledem k tomu, že získání analytických vztahů geometrických rozměrů pro praktické výpočty při návrhu oscilačních systémů je obtížné z důvodu nedostatku řady přesných údajů o šíření ultrazvukových vibrací v tělesech proměnlivého průřezu vyrobených ze střídajících se různých materiálů , při volbě parametrů oscilačního systému byly použity výsledky numerického modelování spolu s grafickými závislostmi praktického výzkumu oscilačních systémů s různými poměry příčných rozměrů tvářecích a vyzařovacích ploch koncentrátoru D 1, D 2 a. úseky oscilačního systému různých délek. Experimentální studie umožnily prokázat, že maximální elektromechanický převodní koeficient je zajištěn za podmínky, že piezoelektrické prvky jsou vychýleny z oblasti minimálních vibrací (maximálního mechanického namáhání) takovým způsobem, že celková délka reflexní podložky Paket piezoelementů a sekce koncentrátoru k bodu připojení se rovná jedné šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru. Volba velikosti sekce koncentrátoru, při které dochází k hladkému přechodu rovné šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru, a její tvar podle daného vzorce poskytuje potřebný koeficient zesílení a minimální mechanické namáhání. na přechodové hranici mezi hladkým přechodovým úsekem a úsekem s příčnou velikostí odpovídající vyzařovací ploše. Výsledky experimentálních studií oscilačních soustav s různými poměry příčných rozměrů tvářecích a vyzařovacích ploch koncentrátoru D 1, D 2 jsou uvedeny na obr. 2 a, 6, c, které znázorňují grafy závislosti hl. parametry oscilačního systému: změna vlastní rezonanční frekvence f(a), zesílení koeficientu M p (b) a maximální mechanické napětí max (c) z poloměru hladkého přechodu. Ze získaných závislostí je zjištěno, že pro jakýkoli poměr příčných rozměrů tvářecích a vyzařovacích ploch koncentrátoru D 1, D 2 dochází k minimálnímu vlivu na vlastní rezonanční frekvenci při

V tomto případě se zisk blíží maximálnímu možnému a je zajištěno výrazné snížení mechanického namáhání v oblasti umístění piezoelementů.

Provedené experimentální studie umožnily potvrdit správnost získaných výsledků a vypracovat praktické návrhy oscilačních soustav s různými poměry příčných rozměrů tvářecích a vyzařovacích ploch koncentrátoru D 1, D 2.

Tedy v oscilačním systému s příčnou velikostí vyzařovací plochy rovnou D 2 = 10 mm a s příčnou velikostí vibrotvorné plochy D 1 rovnou 38 mm (tj. při použití nejpoužívanějších prstencových piezoelementů s vnější průměr 38 mm), vyvinutý oscilační systém zajistí zesílení ultrazvukových vibrací generovaných piezoelektrickými prvky minimálně 11krát (viz obr. 2).

Podobné výsledky byly získány pro další hodnoty D2.

Při použití prstencových piezoelementů s vnějším průměrem 50 mm v navrhovaném oscilačním systému a poskytujících zisk 10...15 tedy může být příčná velikost vyzařovací plochy koncentrátoru D2 rovna 16 mm.

Pro získání zisku rovného 10...15 ve vytvořeném oscilačním systému o velikosti D 2 = 20 mm bude D 1 roven pouze 70 mm, což je také v praxi snadno realizovatelné (piezoprvky o průměru 70 mm mm jsou sériově vyráběny).

Je-li tedy amplituda kmitání balíku dvou piezoelektrických prvků rovna 5 μm (napájecí napětí ne více než 500...700 V), bude amplituda kmitání vyzařující plochy oscilačního systému 50...75 μm, což je dostatečné pro realizaci nejúčinnějších režimů rozvinuté kavitace při zpracování kapalných a kapalinou dispergovaných médií, svařování polymerních materiálů a rozměrového zpracování pevných materiálů.

Vyvinutý ultrazvukový oscilační systém poskytoval faktor účinnosti (elektroakustický konverzní koeficient) minimálně 75 % (při vypouštění do vody).

Vytvoření reflexní podložky s postupně se měnící podélnou velikostí (tj. vytvořením protilehlého povrchu v kontaktu s piezoelementy s postupně proměnným průměrem) umožňuje vytvořit několik různých rezonančních velikostí podél délky oscilačního systému. Každý z těchto rezonančních rozměrů odpovídá své vlastní rezonanční frekvenci mechanických vibrací. Volba počtu a velikosti kroků umožňuje získat požadovanou šířku pásma (tj. zajistit provoz oscilačního systému ve frekvenčním rozsahu určeném maximálním a minimálním podélným rozměrem reflexní podložky).

Technický výsledek vynálezu je vyjádřen ve zvýšení účinnosti ultrazvukového oscilačního systému (zvýšení amplitudy vibrací zaváděných do různých médií) zajištěním optimální koordinace s médiem a elektronickým generátorem. Celková podélná velikost oscilačního systému je snížena 2krát a hmotnost je snížena 4krát ve srovnání s prototypem.

Ultrazvukový oscilační systém, vyvinutý v laboratoři akustických procesů a zařízení Bijského technologického institutu Altajské státní technické univerzity, prošel laboratorními a technickými testy a byl prakticky implementován jako součást instalace pro zhotovení podélného švu o délce 360 ​​mm při uzavírání sáčků. pro balení volně ložených produktů.

Sériová výroba vytvořených oscilačních systémů je plánována na rok 2005.

Informační zdroje

1. Patent USA č. 3113225, 1963

2. Patent USA č. 4607185, 1986

3. Patent USA č. 4651043, 1987

4. Patent USA č. 4363992 (prototyp), 1982

5. Ultrazvuková technologie. Ed. B.A. Agranata. - M.: Hutnictví, 1974.

6. Khmelev V.N., Popova O.V. Multifunkční ultrazvukové přístroje a jejich využití v drobném průmyslu, zemědělství a domácnostech. Barnaul, Nakladatelství AltGTU, 1997, 160 s.

NÁROK

Ultrazvukový oscilační systém obsahující piezoelektrické prvky a koncentrátor, vyznačující se tím, že je vyroben z paralelně umístěných na povrchu koncentrátoru vytvářejícího ultrazvukové vibrace a akusticky s ním spojených svazků sudého počtu postupně instalovaných piezoelektrických prvků, na kterých jsou reflexní podložky. umístěný akusticky spojený s nimi, naproti tomu kontaktnímu s piezoelektrickými prvky, jejichž povrch je plochý nebo stupňovitě proměnný v průměru a rozměry a počet stupňů jsou zvoleny z podmínky získání dané šířky pásma, koncentrátor má upevňovací jednotku a končí plochou vyzařující ultrazvukové vibrace s pracovním nástrojem, tvářecí a vyzařovací plochy koncentrátoru mají obdélníkový průřez stejnou délku a poměr jejich příčných rozměrů je volen z podmínky zajištění daného zesílení koncentrátoru, celková délka reflexní podložky, balíku piezoelementů a řezu koncentrátoru k připojovacímu bodu se rovná šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru, rozměry řezu koncentrátoru na kterém dochází k hladkému přechodu a úsek s příčnou velikostí odpovídající vyzařovací ploše odpovídá šestině vlnové délky ultrazvukových vibrací v materiálu koncentrátoru a hladký přechod je proveden radiálně a jeho rozměry jsou vybrány z stav

kde Lz je délka hladkého přechodu;

D1, D2 - příčné rozměry formovací a vysílací plochy koncentrátoru.

K přenosu ultrazvukových vibrací z převodníku na pracovní nástroj nebo do pracovního prostředí používají ultrazvukové instalace koncentrátory a vlnovody; posledně jmenované mají konstantní plochu průřezu a válcový tvar.

Vlnovody se používají tam, kde není potřeba zesilovat amplitudu kmitů převodníku. Rozbočovače jsou transformátory rychlosti; mají proměnlivou plochu průřezu, často válcového tvaru. Díky tomuto průřezu převádějí ultrazvukové vibrace s nízkou amplitudou přenášené měničem a soustředěné na jeho vstupním konci na vibrace s vyšší amplitudou na výstupním konci. Ty jsou sdělovány pracovnímu tělesu (nástroji) ultrazvukového zařízení. K zesílení amplitudy dochází v důsledku rozdílu v plochách vstupního a výstupního konce koncentrátoru - plocha prvního (vstupního) konce koncentrátoru je vždy větší než plocha druhého.

Vlnovody a koncentrátory musí být rezonanční, to znamená, že jejich délka musí být násobkem celého počtu půlvln (λ/2). Za těchto podmínek jsou vytvořeny nejlepší možnosti pro jejich sladění se zdrojem energie, oscilačním systémem jako celkem a hmotou k nim připojenou (pracovním nástrojem).

Rýže. 14. Půlvlnné koncentrátory

V ultrazvukových technologických instalacích se nejvíce používají koncentrátory exponenciálního (obr. 14, a), kuželového (obr. 14, b) a stupňovitého tvaru. Ty se provádějí s přírubou (obr. 14, c) nebo bez ní (obr. 14, d). Existují také kónické koncentrátory s přírubou (např. u převodníku typu PMS-15A-18), stejně jako kombinované koncentrátory, u kterých mají stupně různé tvary.

Koncentrátory a vlnovody mohou být nedílnou součástí oscilačního systému nebo jeho vyměnitelným prvkem. V prvním případě jsou připájeny přímo k převodníku. Vyměnitelné koncentrátory jsou připojeny k oscilačnímu systému (například k přírubě adaptéru) pomocí závitů.

U koncentrátorů se plocha průřezu mění podle určitého vzoru. Jejich hlavní charakteristikou je teoretické zesílení K, které ukazuje, kolikrát je amplituda kmitů jeho výstupního konce větší než amplituda na vstupním konci. Tento koeficient závisí na poměru N průměrů vstupních konců D1 a výstupních D2 konců koncentrátoru: N=D1/D2.

Největší zesílení amplitudy při stejné hodnotě N zajišťuje stupňovitý koncentrátor. Má K=N2. To vysvětluje široké použití stupňovitých koncentrátorů v různých ultrazvukových instalacích. Navíc jsou tyto koncentrátory výrobně jednodušší než jiné, což je někdy nejdůležitější podmínka pro úspěšné použití ultrazvukového zpracování. Výpočet stupňovitého koncentrátoru je mnohem jednodušší než u jiných typů koncentrátorů.

Hodnota faktoru zesílení amplitudy stupňovitého koncentrátoru je zohledněna s přihlédnutím k zamezení možnosti bočních vibrací, které je pozorováno při velkých faktorech zesílení (K>8...10), a také k údajům o jeho pevnosti. V praxi se zisk stupňovitého koncentrátoru bere od čtyř do šesti.

Rezonanční délka stupňovitého koncentrátoru lр se určí z výrazu lр=а/2=С/2f, kde X je vlnová délka v tyči o konstantním průřezu, cm; C - rychlost podélné vlny (pro ocel C = 5100 m/s); f - rezonanční frekvence, Hz.