Pri vgradnji žičnih vodnikov v SPP za močnostno elektroniko se uporablja predvsem USS. Glavni procesni parametri pri tej metodi mikrovarjenja so: amplituda nihanja delovnega konca orodja, ki je odvisna od električne moči pretvornika in zasnove nihajnega sistema; sila stiskanja varjenih elementov; trajanje vključitve ultrazvočnih vibracij (čas varjenja).

Bistvo metode USS je pojav trenja na vmesniku med elementi, ki se povezujejo, kar ima za posledico uničenje oksidnih in adsorbiranih filmov, nastanek fizičnega stika in razvoj centrov pritrditve med deli, ki se povezujejo.

Ultrazvočni koncentrator je eden glavnih elementov oscilacijskih sistemov mikrovarilnih naprav. Koncentratorji so izdelani v obliki paličnih sistemov z gladko spreminjajočim se prerezom, saj je območje sevanja pretvornika vedno bistveno večje od območja zvarjenega spoja. Koncentrator je povezan s pretvornikom z večjim vhodnim delom, ultrazvočni instrument pa je pritrjen na manjši izhodni del. Namen koncentratorja je prenos ultrazvočnih vibracij od pretvornika do ultrazvočnega instrumenta z najmanjšimi izgubami in največjim izkoristkom.

V ultrazvočni tehnologiji poznamo veliko število vrst koncentratorjev. Najpogosteje uporabljeni so: stopničasti, eksponentni, stožčasti, katenoidni in "cilinder-katenoidni" koncentrator. V nihajnih sistemih naprav se pogosto uporabljajo konični koncentratorji. To je razloženo z dejstvom, da jih je enostavno izračunati in izdelati. Od petih zgoraj naštetih koncentratorjev pa ima stožčasti koncentrator največje izgube zaradi notranjega trenja, odvaja največ moči in se zato bolj segreva. Najboljšo stabilnost imajo koncentratorji z najmanjšim razmerjem vhodnega in izhodnega premera za enako ojačenje K y . Zaželeno je tudi, da je njegova "polvalovna" dolžina minimalna. Za namene mikrovarjenja so koncentratorji z 2

Material koncentratorja mora imeti visoko utrujenostno trdnost, nizke izgube, enostavno spajkanje s trdimi spajkami, enostavno obdelavo in relativno poceni.

Izračun ultrazvočnega koncentratorja se zmanjša na določitev njegove dolžine, vstopnih in izstopnih odsekov ter oblike profila stranskih površin. Pri izračunu so uvedene naslednje predpostavke: a) vzdolž koncentratorja se širi ravninski val; b) vibracije so harmonične narave; c) koncentrator niha le vzdolž središčnice; d) mehanske izgube v koncentratorju so majhne in linearno odvisne od amplitude nihanja (deformacije).

Teoretični dobiček K y amplituda nihanj eksponentnega koncentratorja je določena iz izraza

Kje D0 in D 1– premera vstopnega in izstopnega odseka koncentratorja, mm; n– razmerje med premerom vstopnega in izstopnega dela koncentratorja.

Dolžina pesta se izračuna po formuli

(2)

Kje z– hitrost širjenja ultrazvočnih vibracij v materialu koncentratorja, mm/s; f– delovna frekvenca, Hz.

Nodalni položaj ravnine x 0(priključne točke valovoda) je izražena z razmerjem

(3)

Oblika generatrise profila katenoidnega dela koncentratorja se izračuna z enačbo

(4)

kjer je koeficient oblike generatrise; X– trenutna koordinata vzdolž dolžine koncentratorja, mm.

V tem delu je bil razvit računalniški program za izračun parametrov petih vrst ultrazvočnih koncentratorjev: eksponentnega, stopničastega, koničnega, katenoidnega in "cilinder-katenoidnega" koncentratorja, implementiranega v jeziku Pascal (prevajalnik Turbo-Pascal-8.0). Začetni podatki za izračun so: premeri vstopnega in izstopnega odseka ( D0 in D 1), delovna frekvenca ( f) in hitrost širjenja ultrazvočnih vibracij v materialu(ih) koncentratorja. Program vam omogoča izračun dolžine, položaja vozliščne ravnine, ojačanja, kot tudi za eksponentne, katenoidne in "cilinder-katenoidne" koncentratorje, obliko generatrike z danim korakom. Blok diagram algoritma za izračun eksponentnega koncentratorja je prikazan na sl. 6.9.

Primer izračuna. Izračunajte parametre polvalovnega eksponentnega koncentratorja, če je podana delovna frekvenca f= 66 kHz; vstopni premer D0= 18 mm, izhod D 1=6 mm; material koncentratorja - jeklo 30KhGSA (ultrazvočna hitrost v materialu z= 5,2·10 6 mm/s).

S formulo (1) določimo ojačanje koncentratorja.

riž. 6.9. Blok diagram algoritma za izračun eksponentnega koncentratorja

V skladu z izrazoma (2) in (3) je dolžina koncentratorja , položaj vozliščne ravnine mm.

Enačba (4) za izračun oblike profila koncentratorja ima po zamenjavah naslednjo obliko:

Izračuni z uporabo računalniškega programa profila generatrise eksponentnega koncentratorja s korakom po parametru X, enako 5 mm, so podani v tabeli. 6.1. Glede na tabelo. 6.1 je zasnovan profil koncentratorja.

Tabela 6.1. Podatki za izračun profila pesta

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

V tabeli Tabela 6.2 prikazuje rezultate izračunov parametrov različnih vrst ultrazvočnih koncentratorjev iz jekla 30KhGSA (z D0= 18 mm; D 1= 6 mm; f= 66 kHz).

Tabela 6.2. Parametri ultrazvočnih koncentratorjev

* l 1 in l 2– dolžina cilindričnega in katenoidnega dela koncentratorja.

To so naprave za povečanje amplitude vibracijskega premikanja delcev medija, to je jakosti ultrazvoka. Uporabljata se dve vrsti koncentratorjev: fokusirni (za ustvarjanje ultrazvočnih vibracij zunaj koncentratorja) in palični. Koncentratorji za fokusiranje so prikazani na slikah 6.12 in 6.13.

Kot sevalni element lahko služi sferična lupina, ki niha z resonančno frekvenco po vsej debelini (slika 6.12). Lupino vzbujajo piezokeramične platine, ki imajo enako resonančno frekvenco in jo v celoti prekrivajo v obliki mozaika. Sevanje nihanja v votlino z vodo in padajoče sferično valovanje se fokusirata na dnu stekla s preučevanim predmetom. Steklena votlina je od kontaktnega medija ločena z zvočno prosojnim filmom. Kot kontaktni medij se lahko uporablja tudi trdna snov z nizko absorpcijo zvoka (slika 6.13). Palični koncentrator je polna palica spremenljivega prereza ali spremenljive gostote, pritrjena na emiter s širšim koncem ali delom z večjo gostoto materiala. Načelo delovanja temelji na povečanju amplitude nihanj delcev palice zaradi zmanjšanja njegovega preseka ali gostote v skladu z zakonom o ohranjanju gibalne količine. Večja kot je razlika v premerih ali gostotah nasprotnih koncev palice, večje je povečanje amplitude. Takšni koncentratorji delujejo na frekvencah od 18 do 100 kHz na resonančni frekvenci, kar pomeni, da mora biti njihova dolžina večkratnik celega števila polvalov. Največja linearna velikost širokega konca koncentratorja mora biti manjša od λ/2. Ojačanje koncentratorja K je razmerje med amplitudo pomikov (ali hitrosti) na njegovem ozkem A 0 (V 0) in širokem A n (V n) koncu.

Palični koncentratorji izpolnjujejo pogoje:

· Glede na obliko vzdolžnega prereza (stopničasto, stožčasto, eksponentno, katenoidno, ampulno)

· Glede na obliko prereza (okrogle, klinaste in druge)

· Po številu zaporedno povezanih resonančnih koncentratorjev polvalovne dolžine (enostopenjski, dvostopenjski in tako naprej)

Slika 6.14 prikazuje različne vrste polvalovnih koncentratorjev, skupaj s porazdelitvijo amplitud premika A in napetosti Δ. Obstajata 2 načina delovanja koncentratorjev: oscilatorni način v neobremenjenem stanju (način stoječega vala), način potujočega vala pod obremenitvijo na popolnoma absorbirajočem aktivnem mediju. Stopnja, do katere se nihanja približajo načinu potujočega ali stoječega vala, je določena s koeficientom potujočega vala:

A 0 min – amplituda premika v nodalnem delu

A 0 max – amplituda pomikov na antinodi nihanj

Spremenljivo površino prečnega prereza koncentratorja je mogoče doseči s spreminjanjem njihovega notranjega profila (slika 6.15). Koncentratorji so lahko izdelani iz titanovih zlitin (minimalne akustične izgube, visoka amplituda vibracij, utrujenostna trdnost), vendar je povezava titana z magnetostrikcijskimi materiali pogostejša, koncentratorji so izdelani iz jekel 40X in 45. Povezave nihajnega sistema; enote so izdelane na vozliščih deformacije ali antinodah premika, kjer so mehanske napetosti minimalne.

Povezava feritnih pretvornikov s koncentratorjem je lepilna. Piezokeramični pretvorniki z oblogami in spojnimi vijaki se poleg nihajnih sistemov z vzdolžnimi vibracijami uporabljajo sistemi z upogibnimi in torzijskimi vibracijami (slika 6.16). Uporabimo lahko piezokeramične pretvornike torzijske vibracije, izdelane iz dveh polcilindričnih piezoelementov, polariziranih v krožnega in povezanih z lepilom (slika 6.17). Vendar pa ne zagotavljajo visoke moči oddajanja. Za odpravo tega se uporabljajo zasnove, prikazane na sliki 6.18. Med ploščicama za zmanjševanje frekvence (slika 6.18.a) so s sornikom in matico pritrjeni piezokeramični obroči, sestavljeni iz ločenih delov piezokeramike in srebrnih elektrod (slika 6.18.b). Piezokeramika je po obodu polarizirana kot ena celota.

Za večsmerni prenos ultrazvočne energije se uporabljajo akustični oscilatorni sistemi, ki pretvarjajo vibracije v več smereh ali akumulirajo energijo iz več virov v eno smer (sl. 6.19-6.20).

Folija ima sposobnost zanesljivega oprijema zrnca polirnega materiala, ki se nahaja na polirni blazinici. Ko se polirna blazinica premakne, se film odstrani s stekla in nastane nov film.

Razgradnja stekla in nastanek filma se zgodita v delčku sekunde. S kemijskega vidika lahko poliranje obravnavamo kot neprekinjeno odstranjevanje filma s stekla in njegovo takojšnje oblikovanje.

Poliranje je treba obravnavati kot kompleksen fizikalno-kemijski proces aktiviranja stekla.

Poliranje delov se izvaja na stroju B1.M3.105.000 z vodno raztopino optičnega polirita.

Obdelava poteka pri hitrosti brušenja 40 vrt/min.

Deli so pritrjeni na napravo z uporabo zobnega voska.

Polirit je glavni polirni prah, ki se uporablja v optični industriji. Je cimetove barve, njegova kemična sestava pa je mešanica oksidov elementov redkih zemelj. Vsebuje predvsem cerijev oksid (vsaj 45%). Gostota polirita je 5,8-6,2 * 103 kg / m3.

Problem izbire pravilne polirne blazinice je zelo pomemben za uspešno poliranje. Parametri materialov polirnih blazinic vključujejo njihovo relativno trdoto, strukturo površinske plasti materiala, prisotnost poraščenosti in njeno naravo.

Ti parametri neposredno vplivajo na zmogljivost postopka, natančnost geometrijskih parametrov in hrapavost polirane površine. Večja kot je togost polirne blazinice, manjša je recesija abrazivnega zrna pod vplivom obremenitev in večji je pritisk v kontaktnem območju abrazivnega zrna z materialom dela. Ta pritisk lahko povzroči povečanje globine prodiranja abrazivnega zrna v material dela, kar lahko spremlja rahlo povečanje produktivnosti procesa s hkratnim poslabšanjem razreda površinske hrapavosti in povečanjem globine poškodovanega sloja in do uničenja abrazivnega zrna, kar lahko povzroči kratersko izrezovanje iz materiala dela. Povečanje togosti materiala polirne blazinice omogoča zmanjšanje napak v geometrijskih parametrih stekla, ki so značilni za poliranje - valjani robovi in ​​površinska valovitost.

Moleskin se uporablja za poliranje delov. Njegova površinska plast je izdelana v obliki celic, ki dobro pritrjujejo delce polirita, ki izvajajo mikrorezovanje površine dela. Dobra omočljivost tega materiala z abrazivno suspenzijo olajša periodično menjavo abrazivnih delcev v celicah polirne blazinice.

Slika 26. Blokovna shema tehnološkega procesa mehanske obdelave plošče iz elektrovakuumskega stekla C40-1

Tehnološki postopek mehanske obdelave Polycor . ob upoštevanju uporabe ultrazvočnega rezkanja gre za sklop zaporednega izvajanja naslednjih operacij:

Površinsko brušenje.

Brušenje keramičnih delov poteka na profilnem brusilnem stroju JE525 z diamantnim kolutom ravnega profila, granulacije 80/63; bakelitna vez B1; koncentracija diamantnih zrn – 50%.

Bakelitna vez vam omogoča mletje zelo krhkih materialov. To je posledica večje elastičnosti bakelitnega veziva v primerjavi s keramiko. Zahvaljujoč tej elastičnosti ta vez nekoliko zmanjša udarno obremenitev delcev materiala, ki se obdeluje iz abrazivnih zrn, tj. ustvarja pogoje za njihovo bolj gladko prodiranje v material.

Ultrazvočni.

Glavno oblikovanje poteka na eksperimentalni napravi z ultrazvočnim orodjem z diamantno vsebujočo plastjo zrnatosti 80/63 pri vrtilni frekvenci vretena 2500 rpm, podajanju 0,7 mm/min in frekvenci 22 kHz. Deli so prilepljeni na ploščo tehnološkega (okenskega) stekla z mastiko, sestavljeno iz voska, kolofonije in parafina. Premer orodja ustreza najmanjšemu premeru na zunanjem premeru. Zunanje in notranje konture so izrezane v eni operaciji.

Za čiščenje steklenih delov po poliranju se uporabljajo pralne tekočine, ki jih lahko razdelimo na organska topila in vroče alkalne raztopine.

Čiščenje delov iz ostankov mastike in različnih kontaminantov poteka zaporedno v toluenu, raztopini amoniakovega peroksida, čemur sledi izpiranje v toku ionizirane vode. Nato se deli očistijo in posušijo v izopropilnem alkoholu. Prekuhavanje v izopropilnem alkoholu dehidrira (odstranjuje vlago) in hkrati dodatno čisti. Deli se hranijo na zraku, dokler izopropilni alkohol popolnoma ne izhlapi.

Slika 27. Blokovna shema tehnološkega procesa mehanske obdelave Polycor.

6. Izračun stopničastega koncentratorja.

6.1. Ultrazvočni koncentratorji in valovod.

Koncentratorji in valovod delujejo kot resonančne dolžinske povezave, ki ojačajo in prenašajo ultrazvočno energijo od pretvornika do delovnega območja – do orodja. Največja amplituda nihanj pretvornikov Coll" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">ultrazvočni koncentratorji (transformatorji hitrosti) se uporabljajo za nihanje orodja in prilagajanje pretvornika obremenitvi. Palice ali cevi konstantnega prečni prerez, ki povezuje pretvornik ali koncentrator z obremenitvijo, imenujemo ultrazvočni valovod.

Koncentratorji in valovodni valovi so lahko glede na vrsto vibracij vzdolžni, upogibni ali prečni. Možni so tudi valovodi drugih in bolj kompleksnih vrst vibracij. V teku so dela za ustvarjanje valovodov za večsmerni prenos vibracij in oscilacijskih sistemov z različnimi vrstami vibracij.

S kombinacijo več valovodov skupaj je mogoče dobiti različne možnosti večsmernega prenosa akustične energije. Takšni sistemi se lahko uporabljajo tako za večsmerni prenos nihanj iz enega pretvornika kot za akumulacijski sistem, ko se energija iz več virov prenaša v eno smer. Valovod za pretvorbo radialnih vibracij v vzdolžne je disk, v katerem so pretvorniki nameščeni na obodu; v tem primeru nastajajo vzdolžne vibracije na koncih cilindra, ki je povezan z diskom.

6.2. Značilnosti koncentratorjev.

Fokusirni koncentratorji so običajno izdelani bodisi v obliki zrcalnih sistemov bodisi v obliki tako imenovanih fokusirajočih ultrazvočnih oddajnikov sferične ali cilindrične oblike. Slednji so najpogosteje izdelani iz piezoelektrične keramike in vibrirajo z resonančno frekvenco po vsej debelini. Uporabljajo se tudi cilindrični magnetostrikcijski oddajniki. Fokusirni koncentratorji se uporabljajo tako v laboratorijski praksi kot v industriji, predvsem v napravah za tehnološko uporabo ultrazvoka: ultrazvočno čiščenje, disperzija, proizvodnja aerosolov itd. Do 90% vse oddane zvočne energije se zbere v žarišču fokusiralnih koncentratorjev. . Ker je za dobro fokusiranje potrebno, da je velikost koncentratorjev velika glede na valovno dolžino, se tovrstni koncentratorji uporabljajo predvsem v območju visokih ultrazvočnih (105 Hz in več) frekvenc. Z njihovo pomočjo dobimo jakosti 103-104 W/cm2. Diagram fokusirnega sferičnega oddajnika je prikazan na sliki 28.

riž. 28 − Diagram fokusirnega sferičnega oddajnika iz piezokeramike, ki niha po debelini

Koncentrator valovoda (včasih imenovan mehanski transformator) je odsek neenakomernega (zoženega) valovoda, v katerem pride do koncentracije energije kot posledica zmanjšanja prečnega prereza. Resonančni valovodni koncentratorji v obliki kovinskih palic s polovično valovno dolžino s prerezom, ki se gladko spreminja po določenem zakonu ali v skokih, so postali zelo razširjeni. Takšni koncentratorji lahko zagotovijo amplitudno povečanje 10-15-krat in omogočajo pridobitev v frekvenčnem območju ~104 Hz amplitude vibracij do 50 mikronov. Uporabljajo se v ultrazvočnih obdelovalnih strojih, ultrazvočnih varilnih napravah, ultrazvočnih kirurških instrumentih itd. Diagram valovodnih akustičnih koncentratorjev je prikazan na sliki 29.

Za ultrazvočno obdelavo se najbolj uporabljajo eksponentni stožčasti in simetrični stopničasti koncentratorji. Metoda za izračun teh koncentratorjev, podana spodaj, omogoča pridobivanje podatkov za njihovo zasnovo precej preprosto in z dovolj natančnostjo za praktično uporabo.

Začetni podatki za izračun koncentratorja:

D2 – premer izvrtine za obdelavo 14 mm

n – ojačanje amplitude 5

f – resonančna frekvenca pretvornika Hz

6.3. Metode za pritrditev instrumenta na pesto.

Najboljše lastnosti delovanja dosegajo instrumenti, izdelani kot ena enota s koncentratorjem.

Vendar pa ima takšno orodje zaradi dotrajanosti omejeno življenjsko dobo. Število delov, izdelanih z enim orodjem, je odvisno od materiala, ki se obdeluje, narave operacije in zahtevane natančnosti obdelave.

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

(v skladu s sliko T. za moč stroja 2,5 kW vzamemo 56 mm)

Optimalno razmerje med premeri stopnic je določeno iz eksperimentalnih krivulj, prikazanih na sl. 31.

2) Določena je ocenjena dolžina koncentratorja (https://pandia.ru/text/78/173/images/image132.png" width="328" height="49">

Iz eksperimentalnih krivulj lahko določimo tudi ocenjeno dolžino koncentratorja (Slika 31).

Hitrosti zvoka v različnih materialih, ki se uporabljajo za izdelavo koncentratorjev, so podane v tabeli 2.

tabela 2

Material	Gostota ρ	Modul elastičnosti E	Hitrost longitudinalnih valov C
Aluminij

3) Maso koncentratorja lahko določimo iz izraza:

Na sl. 32. Predstavljen je stopničasti koncentrator za obdelavo lukenj s premerom 29,6 mm s faktorjem amplitudnega ojačanja n=5 in resonančno frekvenco f=19 kHz.

riž. 32 stopenjsko središče

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

kjer sta S1 in S2 površini prečnega prereza velike in majhne stopnice.

N – površinski koeficient.

7. Analiza nevarnih in škodljivih proizvodnih dejavnikov.

Izbrani parametri osvetlitve niso v nasprotju z zahtevami GOST 12.3.025-80, v skladu s katerimi mora biti v delavnicah za strojno montažo splošna osvetlitev razsvetljave najmanj 300 luksov.

GOST 12.1.003 - 83 določa najvišje dovoljene pogoje za stalni hrup na delovnih mestih, pri katerih hrup, ki vpliva na delavca med osemurnim delovnim dnem, ne škoduje zdravju. Normalizacija se izvaja v oktavnih frekvenčnih pasovih z geometričnimi srednjimi frekvencami 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz.

V skladu z GOST 12.1.003 ne sme presegati 85 dBA, na delovnih mestih: pri obdelavi kovin - 75...100 (visoka raven hrupa), pri CNC brušenju - 80 dBA, pri ultrazvoku - 60 dBA.

Viri hrupa in vibracij v projektirani delavnici so:

Strojni stroji za obdelavo kovin (brušenje, obdelava kovin, ultrazvok);

Za zaščito pred hrupom in vibracijami so predvideni naslednji ukrepi za zmanjšanje ravni hrupa in vibracij:

Akustična obdelava prostora (montaža zvočnoizolacijskih zaslonov, oblog, namestitev zvočnoizolacijskih ograj);

Vgradnja dušilnikov hrupa v prezračevalne sisteme.

Bistveno zmanjšanje hrupa dosežemo z zamenjavo kotalnih ležajev z drsnimi (hrup se zmanjša za 10 dBA), kovinskih delov pa z deli iz plastike.

Izvajanje teh ukrepov bo zmanjšalo vrednosti ravni hrupa in hitrosti vibracij na vrednosti, ki ne presegajo dovoljenih vrednosti (GOST 12.1.003, GOST 12.1.012).

V skladu z GOST 12.1.030 projektirana delavnica izpolnjuje zahteve električne varnosti (vsi stroji so ozemljeni). Ni nevarnosti električnega udara.

8. Ukrepi za zagotavljanje varnih delovnih pogojev.

Glavne zahteve za varstvo pri delu za izdelek in tehnološki proces so:

– varnost za ljudi;

– zanesljivost in enostavnost uporabe opreme, ki se uporablja v tem tehnološkem procesu.

Tako mora delovanje ultrazvočnega stroja za dimenzijsko obdelavo spremljati skladnost z vsemi varnostnimi zahtevami, ki jih določajo:

GOST 12.2.009-80 „Sistem standardov varnosti pri delu. "stroji za obdelavo kovin"

GOST 12.3.024-80 „Sistem standardov varnosti pri delu. "Varnost pred poškodbami"

Glavni vzroki poškodb pri delu na strojih so lahko:

– gibljivi mehanizmi obdelovalnih strojev;

– ostri elementi obdelovanca in naprave za njegovo pritrditev;

– okvara ročnega orodja;

– prevodni deli inštalacij ali deli stroja, ki so po nesreči pod napetostjo;

– slaba zasnova delovnega mesta strojnika;

– slaba osvetlitev delovnega mesta;

Za delavca, ki bo delal na tem stroju, se lahko zahteve za varstvo pri delu predstavijo v obliki naslednjih dejavnikov:

– parametri mikroklime;

– industrijska razsvetljava;

– proizvodni hrup;

– industrijske vibracije;

9. Parametri mikroklime.

Parametri mikroklime, ki spremljajo delovno aktivnost vsakega udeleženca v tehnološkem procesu, so:

– temperatura okolja, t, °С;

– hitrost zraka, W, m/s;

Optimalne in sprejemljive vrednosti teh parametrov so določene za celotno delovno območje proizvodnih prostorov ob upoštevanju letnega časa in resnosti opravljenega dela.

V skladu z GOST 12.1.005-88 bodo v delavnici vzdrževani optimalni parametri mikroklime (tabela 3).

Tabela 3 – Parametri mikroklime

Obdobje v letu		Relativna vlažnost, %	Temperatura, C	Hitrost gibanja zraka m/s, nič več
hladno

Navedene parametre mikroklime podpirajo ogrevalni in prezračevalni sistemi.

V skladu s SN 245-71(88) je pri specifični prostornini več kot 40 m3/osebo v proizvodnih prostorih dovoljena uporaba splošnega prezračevalnega sistema. Za odstranjevanje ustvarjenega prahu in aerosolov hladilne tekočine so predvideni lokalni izpušni prezračevalni sistemi.

Za vzdrževanje temperature v prostoru (predvsem pozimi) je delavnica opremljena s sistemom za ogrevanje vode in električnimi grelniki z ventilatorji, ki pozimi ustvarijo toplotne zavese na vratih in vhodnih vratih.

10. Industrijska razsvetljava.

Delavniški prostori proizvodne zgradbe so opremljeni z naravno in umetno razsvetljavo.

Naravna razsvetljava - nadzemna (skozi luči) in dvosmerna bočna (skozi stranske odprtine v stenah stavbe).

Umetna razsvetljava - kombinirana, sestavljena iz splošne in lokalne razsvetljave. Splošna razsvetljava se izvaja z visokotlačnimi živosrebrnimi žarnicami tipa DRL-400(700,1000). Lokalna razsvetljava je zagotovljena z žarnicami z žarilno nitko 36 V.

Industrijska razsvetljava v trgovinah za obdelavo kovin je standardizirana v skladu s SNiP 05.23.95.

Kot pojasnilo za strojnice in stroje za natančno rezanje kovin se lahko podajo naslednji standardi osvetlitve (tabela 4):

Tabela 4 – Razsvetljava za kovinarske delavnice OBDELAVA KOVIN
Osvetlitev, lux.	Koeficient pulzacije Kp, %
Kombinirano osvetlitev	Od svetilk splošne razsvetljave v kombiniranem sistemu
	Od generala	Plinske sijalke	z žarilno nitko

Za lokalno osvetlitev se uporabljajo svetilke, ki so nameščene na stroju in nastavljene tako, da osvetlitev delovnega območja ni nižja od predpisanih vrednosti.

Svetilke za lokalno razsvetljavo morajo biti opremljene s svetlobno neprepustnimi reflektorji z zaščitnim kotom najmanj 30°.

Stekla, okenske odprtine in strešna okna očistimo najmanj dvakrat letno.

10.1. Izračun umetne razsvetljave.

Osvetlitev delovnega mesta je najpomembnejši dejavnik pri ustvarjanju normalnih delovnih pogojev. Nezadostna osvetlitev na delovnem mestu lahko povzroči hitro utrujenost oči, izgubo pozornosti in posledično poškodbo pri delu.

Najmanjša osvetljenost delovnega mesta mora biti vsaj Emin = 400 luksov.

Določite razdaljo med svetilkami:

kjer je h= 5 m – višina namestitve svetilke nad tlemi.

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

Določimo velikost delavnice, v kateri se izvaja struženje:

velikost delavnice A = 8 m; B = 20 m.

površina prostora S = A*B = 160m2

3. Določite število svetilk v delavnici:

Sprejemamo n=12 kosov.

4. Določite zahtevani svetlobni tok:

kjer je: k=1,3 – faktor rezerve moči sijalke,

b=0,47 – faktor izkoriščenosti svetlobne instalacije,

z=0,9 – koeficient neenakomernosti osvetljenosti,

Svetlobni tok ene svetilke:

To količino svetlobnega toka zagotavlja svetilka tipa DRL z močjo 200 W s svetlobnim tokom Fl = 4,3 * 103 lm.

1) Določite dejansko osvetlitev:

11. Varstvo okolja.

V dobi sodobne znanstvene in tehnološke revolucije je problem motenj ekološkega ravnovesja, ki se izraža v poslabšanju kakovosti okolja zaradi onesnaževanja z industrijskimi odpadki, postal izjemno pereč. Njihovo nenehno naraščajoče število ogroža samoočiščevalno funkcijo biosfere, ruši ekološko ravnovesje in na koncu grozi s škodljivimi posledicami za človeka. Onesnaževanje okolja je povezano s porabo in proizvodnjo električne energije, kmetijsko proizvodnjo, razvojem prometa, jedrske industrije in drugih panog. Industrijske države že začenjajo občutiti pomanjkanje čiste vode. Industrija porablja vse več kisika, povečuje se sproščanje ogljikovega dioksida. Trenutno je človekova proizvodna dejavnost dosegla tolikšen obseg, da povzroča spremembe ne le v posameznih biogeocenozah (stepa, travnik, polje, gozd itd.), Temveč tudi v številnih zgodovinsko uveljavljenih procesih v celotni biosferi.

Med proizvodnjo rezil LPT se vse neugodne in škodljive snovi predelajo v skladu z zahtevami varstva pri delu: tekoči proizvodni odpadki, kot je pralna raztopina, iz pralnega stroja, uporabljeno hladilno sredstvo se odpelje na nevtralizacijske postaje, trdni odpadni kovinski ostružki se dostavijo v zbiralnice kovinskih odpadkov.

12. Čiščenje zraka.

Med brušenjem se sprošča prah. Cikloni se najpogosteje uporabljajo za čiščenje zraka pred prahom z velikostjo delcev nad 10 mikronov. Njihova zasnova je preprosta in delovanje nezapleteno, imajo relativno nizek hidravlični upor (750-1000 Pa) in visoke ekonomske kazalnike. Cikloni delujejo dolgo časa v različnih okoljskih pogojih pri temperaturah zraka do 550 K.

Cikloni (slika 22) se uporabljajo za čiščenje zraka iz suhega, nevlaknatega in neskupnega prahu. Ločevanje prahu v ciklonih temelji na principu centrifugalne separacije. Zračni tok, ki vstopi v ciklon tangencialno skozi dovodno cev /, pridobi rotacijsko gibanje v spirali in se spusti na dno stožčastega dela telesa 3, izstopa skozi centralno cev 2. Pod vplivom centrifugalnih sil se delci vržejo proti steni ciklona in padejo v spodnji del ciklona, ​​od tam pa v zbiralnik prahu. 4.

riž. 33 – Zbiralnik prahu: Cyclone

12.1. Onesnaževanje in čiščenje zraka delovnega območja

Obdelavo kovin spremlja sproščanje ostružkov, vodne pare, oljnih meglic in emulzij.

Najvišje dovoljene koncentracije nekaterih najpogostejših snovi v zraku delovnega prostora (tabela 5):

GOST 12.2.009-80 „Sistem standardov varnosti pri delu. »Stroji za obdelavo kovin. Splošne varnostne zahteve" zagotavlja napravo za odstranjevanje prahu, drobnih ostružkov in škodljivih nečistoč na večnamenskih strojih za obdelavo kovin.

Tabela 5 - Največja dovoljena koncentracija

Snov	Koncentracija, mg/m3	Razred nevarnosti
Aluminij in njegove zlitine
volfram
Kobaltna kovina
Bakrena kovina
Legirana jekla

GOST 12.3.025-80 „Sistem standardov varnosti pri delu. »Rezalna obdelava kovin. Varnostne zahteve" za proces obdelave kovin z uporabo rezalnih tekočin nalaga naslednje zahteve:

rezalne tekočine morajo imeti dovoljenje Ministrstva za zdravje;

odsotnost stalne ali luknjičaste korozije pri izpostavljenosti COTS na vzorcu s hrapavostjo Ra = 0,63 za 24 ur;

COTS, ki se z brizganjem dovaja v območje rezanja, mora izpolnjevati higienske zahteve;

Čiščenje delovnih mest pred ostružki in prahom mora preprečiti nastajanje prahu.

Prezračevanje je organizirana in regulirana izmenjava zraka, ki zagotavlja odvajanje zraka, onesnaženega z industrijskimi onesnaževalci, iz prostora. - mehanski. Vrste prezračevanja zaradi naravnih razmer. Naravno prezračevanje ustvarja potrebno izmenjavo zraka zaradi razlike v gostoti toplega in hladnega zraka v prostoru in hladnejšega zraka zunaj ter zaradi vetra. Diagram prezračevanja za naše mesto je prikazan na sliki 34.

Slika 34 − Diagram prezračevanja industrijske zgradbe.

Obstaja brezkanalno in kanalsko prezračevanje. Prvi se izvaja z uporabo nadstreškov (dovod zraka) in izpušnih luči (odvod zraka); priporoča se v velikih prostorih in v delavnicah z velikim presežkom toplote. Kanalsko prezračevanje je običajno nameščeno v majhnih prostorih in je sestavljeno iz kanalov v stenah, na izhodu kanalov pa so na pokrovih nameščene deflektorske naprave, ki ustvarjajo prepih, ko nanje piha veter. Naravno prezračevanje je ekonomično in enostavno za upravljanje. Njegove slabosti so, da se zrak ob vstopu ne očisti in segreje, prav tako se odvedeni zrak ne očisti in onesnažuje ozračje. Mehansko prezračevanje je sestavljeno iz zračnih kanalov in stimulatorjev gibanja (mehanski ventilatorji ali ejektorji). Izmenjava zraka poteka ne glede na zunanje meteorološke razmere, pri čemer lahko vstopni zrak segrevamo ali ohlajamo, vlažimo ali razvlaževamo. Odpadni zrak je prečiščen. Dovodni prezračevalni sistem črpa zrak skozi sesalno napravo, nato gre zrak skozi grelec, kjer se zrak segreje in navlaži ter ga dovaja ventilator preko zračnih kanalov v prostor skozi šobe za regulacijo pretoka zraka. Onesnažen zrak se odvaja skozi vrata, okna, luči in reže. Izpušno prezračevanje odvaja onesnažen in pregret zrak skozi zračnike in čistilnike, medtem ko svež zrak vstopa skozi okna, vrata in strukturna puščanja.

Lokalno prezračevanje prezračuje prostore neposrednega izpusta škodljivih snovi in ​​je lahko tudi dovodno ali odvodno. Izpušno prezračevanje odstranjuje onesnažen zrak skozi zračne kanale; zrak se dovaja skozi dovode zraka, ki so lahko izvedeni v obliki: Lokalni sesali so nameščeni neposredno na mestih izpusta škodljivih snovi: na elektro in plinskih varilnih mestih, v polnilnicah akumulatorskih trgovin, v galvanskih kopeli. Za izboljšanje mikroklime omejenega območja prostora se uporablja lokalno dovodno prezračevanje v obliki zračne prhe, zračne oaze - območja s čistim hladnim zrakom ali zračne zavese. Zračna zavesa se uporablja za preprečevanje vstopa hladnega zunanjega zraka v prostor. Da bi to naredili, je v spodnjem delu odprtine nameščen zračnik z režo, iz katerega se topel zrak dovaja proti toku hladnega zraka pod kotom 30-45 stopinj. s hitrostjo 10-15 m/s.

Priporočljivo je, da uporabite pnevmatski ciklon, prikazan na sliki 35, kot čistilec zraka na mestu.

riž. 35 – Pnevmociklon

Suspendirani delci se ločijo od toka plina pod delovanjem centrifugalnih in vztrajnostnih sil. Tok prašnega plina vstopa tangencialno skozi vstopno cev v ohišje, kjer se zaradi vodil zaporedno razdeli na ločene tokove z nadaljnjim centrifugalnim ločevanjem prahu. Grob prah se usede na stene vodil in ohišja ter pade v posodo za zbiranje prahu.
Plini s finim prahom, razdeljeni v ločene tokove, vstopijo v lopatice, kjer spremenijo smer za 180°. Na tej točki droben prah pade na dno izpusta, nato pa v posodo za prah in zbiralnik prahu. Prečiščeni plini izstopijo iz zbiralnika prahu skozi notranji kanal odvoda skozi odvodno cev.

13. Zaključek o odseku.

Tako je bila izvedena analiza nevarnih in škodljivih proizvodnih dejavnikov, ki nastajajo na področju ultrazvočne dimenzijske obdelave. Izveden je bil izračun lokalne osvetlitve, potrebne za varno delo na ultrazvočnem stroju. Predlagani so bili okoljevarstveni ukrepi za zaščito delovnega območja pred onesnaženostjo zraka. Postopek ultrazvočnega določanja velikosti je brez odpadkov in okolju prijazen.

14. Splošni sklep o delu.

Če povzamemo rezultate diplomske naloge, lahko rečemo, da uporaba ultrazvoka omogoča ne le povečanje produktivnosti in zmanjšanje obrabe orodja, temveč tudi obdelavo tanjših sten z zmanjšanjem rezalnih sil. Rz. V procesu ultrazvočne obdelave se zmanjša tudi verjetnost odkruškov in uničenja delov. Deli, za katere je bil proces razvit, so izpolnjevali osnovne zahteve zanje. Namreč: prisotnost razpok v steklu je nesprejemljiva, v nobenem od zgornjih poskusov jih ni bilo. Na končnih površinah plošč so bili dovoljeni posamezni odrezki dolžine največ 1 mm, z izhodom na delovno površino, širokim največ 0,2 mm, in na nedelovno površino, širokim največ 0,3 mm. . Povprečna obraba orodja je 0,03 % za izdelavo enega dela iz polikorja in 0,035 % za del iz stekla C-40. Glavno oblikovanje dela je treba doseči z orodjem in ultrazvočnim rezkanjem. Možno je bilo zmanjšati število operacij za izdelavo dela in s tem skrajšati čas izdelave dela za 25-30%. Trenutno strojna oprema te vrste stane približno 15 milijonov rubljev. Namestitev, na kateri so izvajali poskuse, je ocenjena na nekaj več kot 1,7 mio.

Na podlagi izvedenih eksperimentov je bilo izdelano poročilo, ki je bilo poslano naročnikovemu podjetju. V primeru pozitivnega rezultata glede zmogljivosti, zanesljivosti in zadovoljevanja količine ustreznih se sklene pogodba za 2 podobnih strojev. Poleg podjetja, navedenega v diplomi, bo takšna oprema zelo zanimiva tudi za drugo proizvodnjo instrumentov. Zasnova glave omogoča ne samo ultrazvočno rezkanje z diamantnim orodjem, ampak tudi brez njega. Ta funkcija, skupaj s sistemom CNC, se lahko uporablja za izdelavo delov kompleksnih oblik, ki opravljajo funkcijo običajne opreme za rezkanje in graviranje.

15. Seznam referenc.

1., Shwegla: Ultrazvočna obdelava materialov (1984, 282 str.)

2. , : Ultrazvočna obdelava kovin (1966, 157 str.)

3.: Ultrazvok v strojništvu (1974, 282 str.)

4. E. Kikuchi, ur. : Ultrazvočni pretvorniki 423s.)

5.: Priročnik za električne in ultrazvočne metode obdelave (1971, 543 str.)

6. "Ultrazvočna obdelava materialov" - M. "Strojništvo", 1980

7. "Tehnološki procesi obdelave stekla v elektrovakuumski industriji" - M. Centralni raziskovalni inštitut "Elektromehanika", 1972

Izum se nanaša na ultrazvočno tehnologijo, in sicer na zasnove ultrazvočnih nihajnih sistemov. Tehnični rezultat izuma je povečanje amplitude nihanj ob hkratnem zmanjšanju porabe energije, zmanjšanju skupnih dimenzij in teže. Ultrazvočni oscilacijski sistem je sestavljen iz paketov piezoelektričnih elementov, ki se nahajajo na površini koncentratorja, ki tvori vibracije. Na paketih piezoelementov so odsevne blazinice, katerih površina nasproti piezoelementov je ravna ali ima stopničast spremenljiv premer. Koncentrator ima pritrdilno enoto in se zaključi s površino z delovnim orodjem. Oblikovalne in sevalne površine koncentratorja imajo pravokoten prečni prerez enake dolžine, razmerje njihovih prečnih dimenzij pa je izbrano iz pogoja zagotavljanja danega ojačanja koncentratorja. Skupna dolžina odsevne blazine, paketa piezoelementov in koncentratorskega odseka do pritrdilne točke je enaka eni šestini valovne dolžine ultrazvočnih vibracij. Dolžina odseka koncentratorja, kjer pride do gladkega radialnega prehoda, in odseka s prečno velikostjo, ki ustreza sevalni površini, sta enaka eni šestini valovne dolžine ultrazvočnega nihanja. 2 bolan.

Risbe za patent RF 2284228

Izum se nanaša na ultrazvočno tehnologijo, in sicer na zasnove ultrazvočnih oscilatornih sistemov, in se lahko uporablja v tehnoloških napravah, namenjenih obdelavi velikih količin tekočih in tekoče dispergiranih medijev, ki zagotavljajo izpostavljenost ultrazvočnim vibracijam visoke amplitude na veliki površini, za na primer v pretočnih napravah ali pri izvedbi stopenjskega varjenja s stiskalnico (tvorba tesnilnih šivov na dolge razdalje).

Vsaka ultrazvočna tehnološka naprava vključuje vir visokofrekvenčnih električnih vibracij (elektronski generator) in ultrazvočni nihajni sistem.

Ultrazvočni oscilacijski sistem je sestavljen iz piezoelektričnega pretvornika in koncentratorja z delovnim orodjem. V ultrazvočnem pretvorniku nihajnega sistema se energija električnih nihanj pretvarja v energijo elastičnih nihanj ultrazvočne frekvence. Koncentrator je izdelan v obliki tridimenzionalne figure spremenljivega prečnega prereza iz kovine, v kateri razmerje površin v stiku s pretvornikom in konča z delovnim orodjem (oddaja ultrazvočne vibracije) določa zahtevani dobiček.

Znani so ultrazvočni oscilacijski sistemi z velikimi sevalnimi površinami. Vsi znani oscilacijski sistemi so izdelani po konstrukcijski shemi, ki združuje piezoelektrične ali magnetostrikcijske polvalovne pretvornike in resonančne (več do polovične valovne dolžine ultrazvočnih nihanj) koncentratorje ultrazvočnih vibracij. Njihova vzdolžna velikost ustreza valovni dolžini ultrazvočnih nihanj, njihova prečna velikost pa presega polovico dolžine ultrazvočnih nihanj v materialu koncentratorja.

Pomanjkljivost analogov je kompleksna porazdelitev amplitude nihanja na sevalno površino zaradi Poissonovega razmerja materiala koncentratorja, ki ne omogoča enake ultrazvočne izpostavljenosti vzdolž celotne sevalne površine, na primer pri pridobivanju visokokakovostnega razširjenega šiv.

Po tehničnem bistvu je predlagani tehnični rešitvi najbližji ultrazvočni oscilacijski sistem po ameriškem patentu 4363992, sprejet kot prototip.

Ultrazvočni oscilacijski sistem je sestavljen iz več polvalovnih piezoelektričnih pretvornikov, nameščenih na eni od površin (ki tvorijo ultrazvočna nihanja) koncentratorja, ki se konča z delovnim koncem (orodjem) določene oblike in velikosti. Pretvorniki so izdelani v obliki zadnje frekvenčno reducirne ploščice, paketa sodega števila obročnih piezoelektričnih elementov in frekvenčno nižajoče sevalne ploščice, nameščenih zaporedno in med seboj akustično povezanih. Oddajna površina pretvornika je akustično povezana s površino koncentratorja, ki tvori ultrazvočne vibracije. Vzdolžna velikost koncentratorja ustreza polovici valovne dolžine ultrazvočnih vibracij v materialu koncentratorja. Koncentrator je izdelan v obliki tridimenzionalne figure spremenljivega prečnega prereza iz kovine, v kateri je razmerje površin v stiku s pretvorniki (ki tvorijo ultrazvočna nihanja) in konča z delovnim orodjem (oddajajo). ultrazvočna nihanja) določa potrebno ojačanje.

Koncentrator ima prehodne utore, ki omogočajo odpravo neenakomerne porazdelitve amplitude nihanja vzdolž sevalne površine koncentratorja (t.j. odpravo deformacije koncentratorja pravokotno na smer sile). To omogoča enakomerno izpostavljenost ultrazvoku vzdolž celotne sevalne površine.

Prototip nam omogoča delno odpravo pomanjkljivosti znanih oscilacijskih sistemov, vendar ima naslednje splošne pomembne pomanjkljivosti.

1. Znani ultrazvočni nihajni sistem, sestavljen iz ultrazvočnih pretvornikov in koncentratorja, je resonančni sistem. Ko resonančne frekvence pretvornikov in koncentratorja sovpadajo, je zagotovljena največja amplituda ultrazvočnih vibracij delovnega orodja in s tem največji vnos energije v obdelani medij. Pri izvajanju tehnoloških procesov sta delovno orodje in del koncentratorja potopljena v različne tehnološke medije ali izpostavljena statičnemu pritisku na sevalno površino. Vpliv različnih tehnoloških medijev ali zunanjega pritiska je enakovreden pojavu dodatne pritrjene mase na sevalno površino koncentratorja in povzroči spremembo lastne resonančne frekvence koncentratorja in celotnega nihajnega sistema kot celote. V tem primeru je kršeno optimalno frekvenčno ujemanje pretvornika in koncentratorja. Neusklajenost med ultrazvočnim pretvornikom in koncentratorjem vodi do zmanjšanja amplitude vibracij oddajne površine (delovnega orodja) in zmanjšanja energije, vnesene v medij.

Za odpravo te pomanjkljivosti se pri načrtovanju in izdelavi oscilacijskih sistemov izvede predhodno neusklajenost med pretvornikom in koncentratorjem na resonančni frekvenci, tako da ko se pojavi obremenitev in se lastna frekvenca koncentratorja zmanjša, ustreza lastni frekvenci pretvornik in zagotavlja največji vnos energije. To bistveno omejuje obseg uporabe takšnega ultrazvočnega oscilatornega sistema in je nezadostno, saj v večini izvedenih tehnoloških procesov prihaja do spremembe vrednosti dodane mase (npr. prehod iz vodnih ali oljnih medijev v njihovo emulzijo, nastanek in razvoj kavitacijskega procesa, ki vodi v nastanek oblaka parno-plinskih mehurčkov in zmanjšanje dodane mase v katerem koli tekočem mediju) med izvajanjem samega procesa, kar vodi v zmanjšanje učinkovitosti vnosa ultrazvoka. vibracije.

2. Problem optimalnega ujemanja pretvornika in koncentratorja po frekvenci je otežen zaradi potrebe po ujemanju valovnih impedanc tekočih in tekoče dispergiranih medijev s trdnimi piezokeramičnimi materiali pretvornikov. Za optimalno ujemanje mora biti ojačanje vozlišča 10-15. Tako visoke ojačevalne faktorje je mogoče doseči samo s stopničastimi koncentratorji, vendar s takšnimi ojačevalnimi faktorji poslabšajo odvisnost lastne resonančne frekvence od obremenitve in zahtevajo majhen izhodni presek pri pomembni dolžini (kar ustreza četrtini valovne dolžine ultrazvočne vibracije v materialu koncentratorja), kar povzroči zmanjšanje sevalne površine, izgubo dinamične stabilnosti in pojav upogibnih vibracij. Zaradi tega imajo nihajni sistemi, ki se uporabljajo v praksi, ojačanje največ 3 ... 5, zaradi česar niso primerni za zagotavljanje visokointenzivnih ultrazvočnih učinkov na različne tehnološke medije.

Poleg glavnih pomanjkljivosti zaradi uporabljene konstrukcijske sheme za konstrukcijo oscilacijskih sistemov ima prototip več pomanjkljivosti zaradi tehnoloških in operativnih značilnosti njihove izdelave in uporabe.

1. Ultrazvočni oscilacijski sistem z dvema ali več piezoelektričnimi pretvorniki (premera do 40 ... 50 mm) ima lahko dolžino sevalne površine več kot 200 ... 250 mm s širino več kot 5 mm. V tem primeru se lastne resonančne frekvence piezoelektričnih pretvornikov razlikujejo, kar je posledica razlik v električnih in geometrijskih parametrih piezoelektričnih elementov, podstavkov za zniževanje frekvence, razlik v kompresijskih silah pri sestavljanju pretvornika itd., ki so sprejemljive. v skladu z regulativno in projektno dokumentacijo. V tem primeru vzbujanje mehanskih vibracij resonančnega koncentratorja izvajajo pretvorniki z različnimi delovnimi frekvencami, od katerih nekatere ne sovpadajo z resonančno frekvenco koncentratorja. Še posebej težko je izvesti ujemanje v oscilacijskem sistemu z več pretvorniki različnih frekvenc in stopničastim koncentratorjem z največjim ojačanjem. Ker to zmanjša učinkovitost ultrazvočnega vpliva, tudi v primerjavi z oscilatornim sistemom enake velikosti, vendar z enim pretvornikom.

2. Nezmožnost izdelave sevalne površine kompleksnega profila (na primer za hkratno tvorbo dveh zvarov in rezanje materiala med njima), saj v tem primeru vsaka vzdolžna dimenzija določa svojo resonančno frekvenco koncentratorja, ki ne ustrezajo resonančni frekvenci pretvornikov (učinkovito se izvaja le ena od operacij - oblikovanje šiva ali rezanje materiala).

3. Nezmožnost ustvarjanja ultrazvočnih oscilatornih sistemov z razširjeno pasovno širino v primerjavi z resonančnimi sistemi.

4. Dvopolvalni oscilacijski sistem z delovno frekvenco 22 kHz ima vzdolžno dimenzijo najmanj 250 mm in z dolžino sevalne površine 350 mm tehta najmanj 10 kg. V tem primeru je oscilacijski sistem nameščen v območju minimalnih tresljajev: bodisi v središču pretvornika bodisi v središču koncentratorja. Takšno pritrjevanje vodi do nizke mehanske stabilnosti in nezmožnosti zagotavljanja natančnosti udarca. Zaradi velikih amplitud mehanskih tresljajev in neizogibnega dušenja nihajnega sistema je nemogoče zagotoviti optimalno pritrjevanje v središču mase.

Ugotovljene pomanjkljivosti prototipa povzročajo njegovo nezadostno učinkovitost, omejujejo njegovo funkcionalnost, zaradi česar ni primeren za uporabo v visoko zmogljivi, avtomatizirani proizvodnji.

Predlagana tehnična rešitev je namenjena odpravljanju pomanjkljivosti obstoječih oscilacijskih sistemov in ustvarjanju novega oscilacijskega sistema, ki je sposoben zagotavljati emisijo ultrazvočnih vibracij z enakomerno porazdelitvijo amplitude vzdolž sevalne površine koncentratorja (delovnega orodja) z največjo učinkovitostjo pri vseh možnih obremenitvah. in spremembe lastnosti obdelovanih medijev in parametrov nihajnega sistema, tj. končno zagotoviti povečanje produktivnosti procesov, povezanih z ultrazvočno izpostavljenostjo, ob hkratnem zmanjšanju porabe energije.

Bistvo predlagane tehnične rešitve je, da je ultrazvočni oscilacijski sistem, ki vsebuje piezoelektrične elemente in koncentrator, sestavljen iz vzporedno nameščenih na površini koncentratorja, ki tvorijo ultrazvočne vibracije, in akustično povezanih paketov sodega števila zaporedno nameščenih piezoelektričnih elementov. Odsevne blazinice se nahajajo na paketih piezoelektričnih elementov, akustično povezanih s piezoelektričnimi elementi. Površina, ki je nasprotna tisti, ki je v stiku s piezoelementi, je ravna ali ima stopničasto spremenljiv premer, dimenzije in število stopnic pa se izberejo glede na pogoj za pridobitev dane pasovne širine. Koncentrator ima pritrdilno enoto in se zaključi s površino, ki oddaja ultrazvočne vibracije z delovnim orodjem. Oblikovalne in sevalne površine koncentratorja imajo pravokoten prečni prerez enake dolžine, razmerje njihovih prečnih dimenzij pa je izbrano iz pogoja zagotavljanja danega ojačanja koncentratorja. Skupna dolžina odsevne blazine, paketa piezoelektričnih elementov in odseka koncentratorja do pritrdilne točke je enaka eni šestini valovne dolžine ultrazvočnih nihanja v materialu koncentratorja. Mere odseka koncentratorja, na katerem se izvaja gladek prehod, in odseka s prečno velikostjo, ki ustreza sevalni površini, so enake eni šestini valovne dolžine ultrazvočnih vibracij v materialu koncentratorja in gladek prehod je narejen radialno, njegove dimenzije pa so izbrane iz pogoja:

Analiza možnih konstrukcijskih shem za konstrukcijo oscilacijskih sistemov je omogočila ugotovitev, da je večino temeljnih omejitev, ki so značilne za dvopolvalovno zasnovo oscilacijskega sistema, mogoče odpraviti z uporabo oscilacijskih sistemov, ki združujejo pol- zasnova valov piezoelektrični pretvornik in koncentrator z visokim ojačanjem ter delovno orodje poljubne velikosti.

Oscilacijski sistem, izdelan po polvalovni zasnovi, je en sam resonančni nihajni sistem in vse spremembe njegovih parametrov vodijo le v neusklajenost z elektronskim generatorjem. Pomanjkanje praktičnih zasnov takšnih oscilacijskih sistemov je posledica nezmožnosti njihove izvedbe na podlagi do nedavnega uporabljenih magnetostrikcijskih pretvornikov in kompleksnosti praktične izvedbe na osnovi sodobnih piezokeramičnih elementov zaradi potrebe po njihovi postavitvi v največjo mehansko obremenitev, kot tudi zaradi pomanjkanja elektronskih generatorjev, ki bi lahko zagotovili optimalne močnostne pogoje za tak oscilacijski sistem z vsemi možnimi spremembami njegove resonančne frekvence (do 3...5 kHz).

Predlagana tehnična rešitev je prikazana na sliki 1, ki shematično prikazuje ultrazvočni oscilacijski sistem, ki vsebuje piezoelektrične elemente 1, odbojne resonančne blazinice 2 in koncentrator 3. Strukturno je oscilacijski sistem sestavljen iz koncentratorja 3, ki je nameščen vzporedno z ultrazvočnimi vibracijami. tvorno ploskev 4 in z njo akustično povezane pakete sodega števila zaporedno nameščenih piezoelementov 1 (slika 1 prikazuje nihajni sistem z dvema paketoma piezoelementov). Na vsakem od paketov, sestavljenih iz sodega števila piezoelementov (običajno dveh ali štirih), so z njimi akustično povezane odsevne blazinice 2, nasprotna površina v stiku s piezoelementi pa je ravna 5 ali stopničasto spremenljiva po dolžini 6, in dimenzije in število korakov 7 so izbrani iz pogojev za pridobitev dane pasovne širine. Koncentrator 3 ima pritrdilno enoto 8 in se konča s površino 9, ki oddaja ultrazvočne vibracije z delovnim orodjem 10. Oblikovalna 4 in oddajna 9 površina koncentratorja imata pravokotno obliko enake dolžine L in razmerje njihovih prečnih dimenzij. D 1 , D 2 je izbran iz pogoja zagotavljanja danega ojačanja koncentratorja . Skupna dolžina odsevne blazine 2, paketa piezoelektričnih elementov 1 in odseka koncentratorja do pritrdilne točke je enaka eni šestini valovne dolžine ultrazvočnih nihanja v materialu koncentratorja. Dimenzije odseka koncentratorja, na katerem se izvaja gladek prehod, in odseka s prečno velikostjo, ki ustreza sevalni površini, ustrezata eni šestini valovne dolžine ultrazvočnih nihanja v materialu koncentratorja in gladek prehod je narejen radialno, njegove dimenzije pa so izbrane iz pogoja:

kjer je L z dolžina gladkega prehoda; D 1, D 2 - prečne dimenzije tvorne in oddajne površine koncentratorja.

Ultrazvočni oscilacijski sistem deluje na naslednji način.

Ko se električna napajalna napetost dovaja iz generatorja električnih vibracij ultrazvočne frekvence (ni prikazan na sliki 1), ki ustreza lastni frekvenci nihajnega sistema, na elektrode piezoelektričnih elementov 1, je energija električnih vibracij enaka. zaradi piezoelektričnega učinka pretvorijo v ultrazvočne mehanske vibracije. Ti tresljaji se širijo v nasprotnih smereh in se odbijajo od mejnih površin odsevne blazine in koncentratorja (delovnega orodja). Ker celotna dolžina nihajnega sistema ustreza resonančni velikosti (polovica valovne dolžine ultrazvočnih nihanj), se mehanske vibracije sproščajo pri lastni resonančni frekvenci nihajnega sistema. Prisotnost stopničastega radialnega koncentratorja omogoča povečanje amplitude vibracij sevalne površine v primerjavi z amplitudo vibracij na nasprotni površini odsevne ploščice v stiku s piezoelektričnimi elementi. Velikost amplitude nihanja na sevalni površini je odvisna od ojačanja koncentratorja, definiranega kot kvadrat razmerja površin tvorne in sevalne površine koncentratorja, ki imata pravokoten presek enake dolžine.

Montažna enota 8 koncentratorja 3 (slika 1) se nahaja v območju blizu enote minimalnih mehanskih ultrazvočnih vibracij, kar zagotavlja minimalno dušenje ultrazvočnega nihajnega sistema, tj. največja amplituda nihanja sevalne površine in odsotnost nihanja na pritrdiščih nihajnega sistema v tehnoloških vodih.

Ker je pridobivanje analitičnih odnosov geometrijskih dimenzij za praktične izračune pri načrtovanju oscilatornih sistemov težko zaradi pomanjkanja številnih natančnih podatkov o širjenju ultrazvočnih vibracij v telesih spremenljivega preseka, izdelanih iz izmenično različnih materialov , pri izbiri parametrov nihajnega sistema so bili uporabljeni rezultati numeričnega modeliranja, skupaj z grafičnimi odvisnostmi praktičnih raziskav nihajnih sistemov z različnimi razmerji prečnih dimenzij tvornih in sevalnih površin koncentratorja D 1, D 2 in odseki nihajnega sistema različnih dolžin. Eksperimentalne študije so omogočile ugotovitev, da je maksimalni koeficient elektromehanske pretvorbe zagotovljen pod pogojem, da so piezoelektrični elementi premaknjeni iz območja najmanjših vibracij (največjih mehanskih napetosti) tako, da je skupna dolžina odsevne blazinice , je paket piezoelementov in odsek koncentratorja do točke pritrditve enak eni šestini valovne dolžine ultrazvočnih vibracij v materialu koncentratorja. Izbira velikosti odseka koncentratorja, pri katerem se izvede gladek prehod, ki je enak šestini valovne dolžine ultrazvočnih vibracij v materialu koncentratorja, in njegova oblika po dani formuli zagotavljata potreben koeficient ojačanja in minimalne mehanske napetosti. na prehodni meji med gladkim prehodnim odsekom in odsekom s prečno velikostjo, ki ustreza sevalni površini. Rezultati eksperimentalnih študij oscilacijskih sistemov z različnimi razmerji prečnih dimenzij oblikovalnih in sevalnih površin koncentratorja D 1, D 2 so predstavljeni na sl. 2 a, 6, c, ki prikazujejo grafe odvisnosti glavnega parametri nihajnega sistema: sprememba lastne resonančne frekvence f(a), koeficient ojačanja M p (b) in maksimalne mehanske napetosti max (c) od polmera gladkega prehoda. Iz dobljenih odvisnosti je ugotovljeno, da se pri katerem koli razmerju prečnih dimenzij oblikovalnih in sevalnih površin koncentratorja D 1, D 2 minimalni učinek na lastno resonančno frekvenco pojavi pri

V tem primeru se ojačanje približa največjemu možnemu in zagotovljeno je znatno zmanjšanje mehanske obremenitve v območju, kjer so nameščeni piezoelementi.

Izvedene eksperimentalne študije so omogočile potrditev pravilnosti dobljenih rezultatov in razvoj praktičnih zasnov oscilacijskih sistemov z različnimi razmerji prečnih dimenzij oblikovalnih in sevalnih površin koncentratorja D 1, D 2.

Tako je v oscilacijskem sistemu s prečno velikostjo oddajne površine D 2 = 10 mm in s prečno velikostjo površine, ki tvori vibracije D 1 38 mm (tj. pri uporabi najpogosteje uporabljenih obročnih piezoelementov z zunanji premer 38 mm), bo razviti oscilacijski sistem zagotovil najmanj 11-kratno ojačanje ultrazvočnih vibracij, ki jih ustvarjajo piezoelektrični elementi (glej sliko 2).

Podobni rezultati so bili pridobljeni za druge vrednosti D2.

Tako je pri uporabi obročnih piezoelementov z zunanjim premerom 50 mm v predlaganem oscilatornem sistemu in zagotavljanju ojačanja 10 ... 15 lahko prečna velikost sevalne površine koncentratorja D 2 enaka 16 mm.

Da bi v ustvarjenem oscilacijskem sistemu z velikostjo D 2 = 20 mm pridobili ojačenje 10 ... 15, bo D 1 enak samo 70 mm, kar je tudi enostavno izvedljivo v praksi (piezoelementi s premerom 70 mm). mm so serijsko proizvedeni).

Torej, če je amplituda nihanja paketa dveh piezoelektričnih elementov enaka 5 μm (napajalna napetost ne večja od 500 ... 700 V), bo amplituda nihanja sevalne površine nihajnega sistema 50 ... 75 μm, kar zadostuje za realizacijo najučinkovitejših načinov razvite kavitacije pri obdelavi tekočih in tekoče dispergiranih medijev, varjenju polimernih materialov in dimenzijski obdelavi trdnih materialov.

Razviti ultrazvočni nihajni sistem je zagotovil faktor učinkovitosti (koeficient elektroakustične pretvorbe) najmanj 75% (pri oddaji v vodo).

Izdelava odsevne ploščice s stopničasto spreminjajočo se vzdolžno velikostjo (tj. s stopničasto spremenljivim premerom nasprotne površine v stiku s piezoelementi) omogoča oblikovanje več različnih resonančnih velikosti vzdolž dolžine nihajnega sistema. Vsaka od teh resonančnih dimenzij ustreza lastni resonančni frekvenci mehanskih vibracij. Izbira števila in velikosti korakov omogoča pridobitev zahtevane pasovne širine (t.j. zagotovitev delovanja nihajnega sistema v frekvenčnem območju, ki ga določata največja in najmanjša vzdolžna dimenzija odsevne ploščice).

Tehnični rezultat izuma je izražen v povečanju učinkovitosti ultrazvočnega oscilatornega sistema (povečanje amplitude vibracij, vnesenih v različne medije) z zagotavljanjem optimalne koordinacije z medijem in elektronskim generatorjem. Skupna vzdolžna velikost nihajnega sistema je zmanjšana za 2-krat, teža pa za 4-krat v primerjavi s prototipom.

Ultrazvočni oscilacijski sistem, razvit v laboratoriju za akustične procese in naprave Bijskega tehnološkega inštituta Altajske državne tehnične univerze, je opravil laboratorijske in tehnične preizkuse in je bil praktično implementiran kot del naprave za izdelavo vzdolžnega šiva dolžine 360 ​​mm pri zapiranju vrečk. za pakiranje razsutih izdelkov.

Serijska proizvodnja ustvarjenih oscilacijskih sistemov je načrtovana za leto 2005.

Viri informacij

1. Patent ZDA št. 3113225, 1963

2. Patent ZDA št. 4607185, 1986

3. Patent ZDA št. 4651043, 1987

4. Patent ZDA št. 4363992 (prototip), 1982

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

6. Khmelev V.N., Popova O.V. Večnamenske ultrazvočne naprave in njihova uporaba v manjši industriji, kmetijstvu in gospodinjstvih. Barnaul, založba AltGTU, 1997, 160 str.

ZAHTEVEK

1. Ultrazvočni oscilacijski sistem, ki vsebuje piezoelektrične elemente in koncentrator, označen s tem, da je sestavljen iz vzporedno nameščenih na površini koncentratorja, ki tvorijo ultrazvočne vibracije, in z njim akustično povezanih paketov sodega števila zaporedoma nameščenih piezoelektričnih elementov, na katerih so odsevne blazinice. nahajajo akustično povezani z njimi, nasproti kontaktnega s piezoelektričnimi elementi, katerih površina je ravna ali stopničasto spremenljiva v premeru, dimenzije in število korakov pa so izbrani iz pogoja pridobitve dane pasovne širine, ima koncentrator pritrdilno enoto in se konča s površino, ki oddaja ultrazvočne vibracije z delovnim orodjem, imajo oblikovalne in oddajne površine koncentratorja pravokoten prečni prerez enake dolžine, razmerje njihovih prečnih dimenzij pa je izbrano iz pogoja zagotavljanja danega ojačanja koncentratorja, skupna dolžina odsevne blazine, paketa piezoelementov in odseka koncentratorja do pritrdilne točke je enaka šestini valovne dolžine ultrazvočnih nihanj v materialu koncentratorja, dimenzije odseka koncentratorja na katerem pride do gladkega prehoda, in odsek s prečno velikostjo, ki ustreza oddajni površini, ustreza šestini valovne dolžine ultrazvočnih vibracij v materialu koncentratorja, gladek prehod pa je narejen radialno, njegove dimenzije pa so izbrane iz stanje

kjer je L z dolžina gladkega prehoda;

D1, D2 - prečne dimenzije tvorne in oddajne površine koncentratorja.

Za prenos ultrazvočnih vibracij od pretvornika do delovnega orodja ali do delovnega okolja ultrazvočne naprave uporabljajo koncentratorje in valovode; slednji imajo konstantno površino prečnega prereza in valjasto obliko.

Valovode uporabljamo, kadar ni potrebe po ojačanju amplitude nihanja pretvornika. Pesta so hitrostni transformatorji; imajo spremenljivo površino prečnega prereza, pogosto cilindrične oblike. Zahvaljujoč temu preseku pretvorijo ultrazvočne vibracije z nizko amplitudo, ki jih prenaša pretvornik in so koncentrirane na njegovem vhodnem koncu, v vibracije z višjo amplitudo na izhodnem koncu. Slednji se posredujejo delovnemu telesu (orodju) ultrazvočne naprave. Ojačitev amplitude nastane zaradi razlike v območjih vhodnega in izhodnega konca koncentratorja - površina prvega (vhodnega) konca koncentratorja je vedno večja od površine drugega.

Valovodi in koncentratorji morajo biti resonančni, to pomeni, da mora biti njihova dolžina večkratnik celega števila polvalov (λ/2). Pod tem pogojem so ustvarjene najboljše možnosti za njihovo ujemanje z virom energije, oscilacijskim sistemom kot celoto in maso, ki je na njih pritrjena (delovno orodje).

riž. 14. Polvalovni koncentratorji

V ultrazvočnih tehnoloških napravah se najpogosteje uporabljajo koncentratorji eksponentne (slika 14, a), konične (slika 14, b) in stopničaste oblike. Slednji se izvajajo s prirobnico (slika 14, c) ali brez nje (slika 14, d). Obstajajo tudi konični koncentratorji s prirobnico (na primer v pretvorniku tipa PMS-15A-18), pa tudi kombinirani koncentratorji, v katerih imajo stopnje različne oblike.

Koncentratorji in valovod so lahko sestavni del oscilacijskega sistema ali njegov zamenljivi element. V prvem primeru so spajkani neposredno na pretvornik. Zamenljivi koncentratorji so povezani z nihajnim sistemom (na primer na adaptersko prirobnico) preko navojev.

Pri koncentratorjih se površina prečnega prereza spreminja po določenem vzorcu. Njihova glavna značilnost je teoretično ojačenje K, ki kaže, kolikokrat je amplituda nihanj njegovega izhodnega konca večja od amplitude na vhodnem koncu. Ta koeficient je odvisen od razmerja N premerov vhodnega D1 in izhodnega D2 konca koncentratorja: N=D1/D2.

Največji amplitudni dobiček pri enaki vrednosti N zagotavlja stopničasti koncentrator. Ima K=N2. To pojasnjuje široko uporabo stopenjskih koncentratorjev v različnih ultrazvočnih napravah. Poleg tega so ti koncentratorji enostavnejši za izdelavo kot drugi, kar je včasih najpomembnejši pogoj za uspešno uporabo ultrazvočne obdelave. Izračun stopničastega koncentratorja je veliko enostavnejši kot pri drugih vrstah koncentratorjev.

Vrednost faktorja ojačanja amplitude stopničastega koncentratorja se upošteva ob upoštevanju preprečevanja možnosti stranskih vibracij, ki se opazi pri velikih faktorjih ojačanja (K>8 ... 10), kot tudi njegovih podatkov o trdnosti. V praksi velja, da je ojačanje stopničastega koncentratorja od štiri do šest.

Resonančna dolžina stopničastega koncentratorja lr se določi iz izraza lр=а/2=С/2f, kjer je X valovna dolžina v palici konstantnega prereza, cm; C - hitrost vzdolžnega valovanja (za jeklo C = 5100 m / s); f - resonančna frekvenca, Hz.