Электродинамический вибратор
Взамен ранее изданного
И С А Н И Е I83978
Спвв Ссввтсиив
Социапистисвскив
Рвспублин
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 08.1Х.1964 (№ 919960/29-14) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 09Х11.1966. Бюллетень № 14
Кл. 42k, 21/01
МПК 6 Olm
УДК 620.178.53.5(088.8) йомитвт по ивлев ивсбр TBHHA и стирав;й при Сове-:е !:"ииистров
CGCP
Дата опубликования описания 7.II.19á7
Авторы изобретения K. T. Шаталов, П. А. Буленков, Д. Д. Ульяницки
Заявитель
ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ВИБРАТОР
Известны электродинамические вибраторы для исследования механических систем на вибропрочHîсть или определения их динамических характеристик, включающие установленный на жестком основании с помощью упругих опор корпус со смонтированными в нем магнитопроводом с двумя рабочими воздушными зазорами, состоящим из центрального сердечника, полюсных пакетов, части корпуса и катушек подмагничивания, охлаждаемых водой, и трансформатором рабочего тока, размещенным в воздушных зазорах.
Первичная обмотка трансформатора состоит из неподвижных, закрепленных на дисках вибратора катушек, выполненных в виде коаксиальных, соединенных последовательно витков с накладным кольцом, затягиваемымпосредством стяжек, проходящих в радиальном зазоре между витками, которыеобразуютвинтообразные каналы водяного охлаждения всего трансформатора. Витки фиксируются друг относительно друга посредством вставок-изоляторов, служащих также для разделения восходящих и нисходящих водяных каналов.
Вторичной обмоткой трансформатора являются подвижные короткозамкнутые витки, BbIполненные в виде стаканов, охватывающих первичную обмотку. Стаканы закреплены на концах общего штока, проходящего через центральное отверстие сердечника, и упруго подвешены в корпусе.
Однако известные вибраторы имеют ряд недостатков: сложность изготовления центрального сердечника, невозможность центрирования в расочих зазорах и трудностьзаменыузла неподвижных рабочих катушек; ненадежность работы при повышенных температурах и высокая напряженность этого узла; недостаточная циркуляция охлаждающей воды в каналах; непрочность и жесткость передающих
10 силу возбуждения короткозамкнутых витков; негозможность центрирования подвижной части вибратора в рабочих зазорах магнитопровода; невозможность отключения пружинной упругой подвески; недостаточная жесткость
1 корпуса вибратора; невозможность удаления воздушных пробок из каналов и полостей водяного охлаждения и контроля полноты заполнения их водой.
В описываемом вибраторе эти недостатки
20 4 странены.
Для уменьшения потерь от вихревых токов и магнитных полей рассеяния и для упрощения производства центральный сердечниквибратора выполнен сборным из пластин трапе25 цеидального сечения, сцентрированных на средней втулке и стянутых обоймой в единое целое.
Для центрпроьания в рабочих воздушных зазорах и у.,обства замены узла неподгижных ч0 рабоч lx катушек Нх витки смонтированы на промежуто- ном кольце, 183978
Надежная работа узла достигается тем, что при повышенных температурах вставки-изоляторы выполнены из жаропрочной спеченной алюминиевой пудры с оксидной изоляциеи.
Для снижения напряженности сложного узла и улучшения циркуляции охлаждающей воды в каналах неподвижных рабочих катушек их витки выполнены трапециевидного сечения.
С целью повышения прочности и жесткости передающих силу возбуждения короткозамкнутых витков, они выполнены за одно целое с ребрами и втулкой, посаженной на один из концов сплошного штока.
Для центрирования подвижной части вибратора в рабочих зазорах магнитопровода короткозамкнутые витки снаружи подвешены относительно корпуса вибратора на параллельно работающих неметаллических мембранах с металлическими центрирующими кольцами, а также на пружинной упругой подвеске, состоящей из закрепленного в подвижной части верхнего и установленного в корпусе нижнего дисков подвески с группой внешних (нерегулируемых) пружин между ними, внутри которых установлен полый винт с третьим диском на его резьбе и группой внутренних (регулируемых) пружин между ним и верхним диском, проходящими через отверстие нижнего диска. Винт имеет опору в виде втулки, закрепленной на корпусе, и снабжен маховичком.
Для отключения пружинной упругой подвески внутри полого винта помещен стержень с маховичком на одном конце и нарезкой на другом, соответствующей нарезке отверстия в верхнем диске, С целью увеличения жесткости корпуса, он снабжен установленными сверху и снизу стальными несущими крышками, стянутыми сквозными шпильками дисков вибратора.
Для удаления воздушных пробок из каналов водяного охлаждения катушек подмагничивания и контроля полноты заполнения их водой верхние части каналов соединены с атмосферой выводной трубкой с шаровым клапаном.
Для контроля заполнения водой полостей охлаждения неподвижных рабочих катушек и подвижных короткозамкнутых витков и удаления из них воздушных пробок в сердечнике и стягивающей его обойме выполнены каналы в обоих стаканах, а также заканчивающиеся шаровым клапаном отверстия в верхнем стакане и в установленном на нем переходнике.
На фиг. 1 изображен предлагаемый вибратор, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез
А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б — Б на фиг. 1; на фиг. 4 — разрез Б — В на фиг. 3; на фиг. о — разрез à — Г на фиг. 1; на фиг. б— разрез ц — Д на фиг. 1.
Вибратор включает следующие основные части: магнитопровод, неподвижные рабочие катушки и подвижную систему.
60 б5
Магнитопровод представляет собой сложную магнитную цепь, которая состоит из центрального сердечника 1 цилиндрическои формы, отдельных радиально расположенных полюсных пакетов постоянного прямоугольного сечения и цилиндрического корпуса 3 вибратора.
Между сердечником и каждым полюсным пакетом образован кольцевой воздушный зазор магнитной цепи, являющийся рабочим зазором. Для удвоения силы возбуждения, прикладываемой к подвижной системе, в вибраторе выполнено два таких воздушных зазора сверху и снизу и соответственно сверху и снизу корпуса вибратора установлено по шесть полюсов. В магнитопроводе создают постоянное магнитное поле, для чего внутри расположены катушки 4 подмагничивания, которые питаются постоянным током.
В центральном цилиндрическом отверстии сердечника 1 помещен шток 5 подвижной системы вибратора, выполненный из немагнитного материала. С целью уменьшения потерь от вихревых токов и магнитных полей рассеяния, сердечник набран из отдельных тонких пластин трапецеидального сечения из железа типа Лрмко. Такое выполнение сердечника позволяет заполнить объем и удовлетворяет требованиям технологичности конструкции. Пластины сердечника изолированы друг от друга лаком, сцентрированы на среднеи втулке б и с боков стянуты разрезной обоймой 7. С целью уменьшения потерь, полюсные пакеты 2 собраны из изолированных друг от друга лаком пластин из трансформаторной стали, которые стянуты между собой болтами 8. Этими же болтами каждый пакет пластин зажат между двумя уголками 9. Полюсные пакеты установлены наружными краями непосредственно на корпусе 8 вибратора, замыкая через барабан корпуса общую магнитную цепь магнитопровода, Средними частями полюсные пакеты опираются на диски 10 корпуса вибратора, которые изготовлены из немагнитного материала (из дюралюминия) и являются несущими деталями корпуса, а также служат для центрирования неподвижных рабочих катушек вибратора. Полюсы прикреплены к дискам 10 посредством уголков 9. Части полюсов, выходящие в воздушный зазор магнитопровода, обработаны по цилиндрической поверхности. В дисках 10, сцентрированных относительно корпуса 8 вибратора, сцентрирована обойма 7 вместе с сердечником I магнитопровода. Диски стянуты шестью сквозными шпильками 11 посредством гаек 12, выполненных заодно с трубками, в торцы которых упираются стальные крышки И вибратора, закрепленные гайками 14. Эти крышки выполнены достаточно жесткими, так как они являютсядополнительными несущими элементами корпуса вибратора. Введение несущих крышек делает конструкцию корпуса более жесткой, способной воспринимать повышенные нагрузки, На крышках расположены резиновые буферы 15, служащие
183078 для ограничения росi d амплитуд колебаний подвижной системы вибратора.
Для уменьшения потерь,повышения к. и. д. и поддержания постоянства амплитудного значения развиваемой силы необходимо постоянство магнитной индукции в воздушных зазорах магнитопровода. Для обеспечения этого катушки 4 расположены симметрично относительно экваториальной плоскости магнитопровода, При этом получается компенсация наводок в катушках от переменных токов, протекающих в рабочих катушках и в подвижных короткозамкнутых витках 16 и 17, расположенных в воздушных зазорах магнитопровода.
С целью повышения величины магнитной индукции в воздушном зазоре магнитопровода, что является одним из средств увеличения силы возбуждения, развиваемой вибратором, необходимы значительные токи подмагничивания. Для возможности работы с повышенными плотностями тока подмагничивания введено водяное (водопроводной водой) охлаждение по всей толще секционированных катушек подмагничивания. Между частями катушек помещена специальная коробка 18 водяного охлаждения, которая в то же время является несущей деталью для катушек. Коробка охлаждения состоит из одной горизонтальной и трех вертикальных кольцевых камер и представляет собой сложную тонкостенную оболочку с большим числом перегородок. Каналы коробки рассчитаны так, чтобы обеспечить равномерное охлаждение всего объема катушек подмагничивания. Это достигается тем, что количество воды, пропускаемое во внутренних каналах пропорционально количеству выделяемого там тепла, Подвод и отвод воды осуществляется через специальные втулки 19 и 20, соответственно входящие в полые цапфы 21 и
22. Посредством втулок достигается необходимое уплотнение. При этом вход в коробку охлаждения один, а выходов из нее два, с противоположной стороны коробки.
В коробке водяного охлаждения расположено устройство, позволяющее контролировать полноту заполнения водой каналов с целью удаления из них возможных воздушных пробок. Для этого с двух сторон на диаметре, проходящем через корпус вибратора и несколько отклоненном от перпендикуляра к оси цапф (отклоненное положение диаметра связано с необходимостью обойти шпильки 28 крепления дисков), во всех трех верхних кольцах 24 коробки охлаждения закреплены штуцеры 25, которые гибкими трубками 2б соединены с металлической выводной трубкой 27.
Трубки 27 расположены в пазах, выфрезерованных в соответствующих ребрах диска 10 корпуса вибратора. Эти трубки подводят воду к шаровым клапанам 28, укрепленным в стенке корпуса 3 вибратора. Запор осуществляется шариком, перекрывающим выходное отверстие в штуцере 29. Шарик прижимается к гнезду штуцера давлением воды и силой дополнитель5
15 го
3О
4О
65 иой пружины 80. Снаружи выход из штуцера закрыт накидной гайкой 31 с прокладкой.
Для выпуска воздушных пузырей при заполнении водой коробки охлаждения вибратор несколько поворачивают в цапфах. У шарового клапана 28, оказавшегося наверху, отвинчивают накидную гайку 81. Взамен нее на резьбу штуцера 29 навинчивают специальный технологический упор, внутренний стержень которого упирается в шарик клапана 28. По мере навинчивания шарик отодвигается от гнезда и пропускает воздух в канал штуцера. Когда канал полностью заполнится водой, упор свинчивают и заменяют накидной гайкой. Затем вибратор несколько поворачивают в цапфах, чтобы бывший внизу шаровой клапан оказался в верхнем положении, и таким же способом выпускают возможную воздушную пробку из другой половины системы охлаждения.
С целью уменьшения потерь, связанных с вихревыми токами, ряд деталей (средняя втулка б н обойма 7 сердечника, диск 10 корпуса вибратора и коробка охлаждения) выполнен разрезными. В разрезы помещены вставки из изолирующих прокладок, Соответствующие крепежные болты, например, стяжные болты 8 полюса, втулками и шайбами изолированы от стягиваемых деталей.
В радиальном магнитном поле в обоих кольцевых воздушных зазорах магнитопровода помещены рабочие катушки, закрепленные на дисках корпуса вибратора, и короткозамкнутые витки 1б и 17 цилиндрической формы, принадлежащие к подвижной системе вибратора и выполненные из легких сплавов. Раоочие катушки питаются переменным током возбуждения от звукового генератора. Эти 1 атушки выполняют роль первичных обмоток трансформаторов, у которых вторичными обмотками являются массивные короткозамкнутые витки. Использование известного принципа трансформатора позволяет уменьшить входную индуктивность вибратора, что приводит к увеличению (при заданном напряжении) силы тока в рабочих катушках и короткозамкнутых витках и, следовательно, к увеличению силы возбуждения вибратора. Принятая схема с закрепленной рабочей катушкой и подвижным короткозамкнутым витком является обращенной схемой известных вибраторов с подвижными рабочими катушками и с размещением в том же воздушном зазоре специальной магнитной «экранировки» в виде обмеднения полюсов, роль которой сводится к уменьшению входной индуктивности вибратора. Однако преимуществами системы трансформатора с подвижным короткозамкнутым витком является большая механическая прочность массивных тяговых витков и отсутствие подводов тока к подвижной системе, что исключает механическое демпфирование, вносимое подводкой тока.
С целью увеличения силы возбуждения, в вибраторе повышена взаимная индуктивность между рабочей катушкой и короткозамкнутым
183978 витком. Для этого рабочие катушки помещены с возможно малыми зазорами между цилиндрическими поверхностями двух короткозамкнутых витков (стаканов) 1б и 17. В отличие от существующих конструкций с одинарным короткозамкнутым витком, при двух короткозамкнутых витках, охватывающих рабочую катушку, взаимная индуктивность между ними значительно увеличивается. Это обеспечивает соответствующее увеличение коэффициента связи между рабочей катушкой и короткозамкнутым витком, и, следовательно, увеличение рабочего тока в последнем. Кроме того, при охватывающих короткозамкнутых витках лучше используются магнитные поля тока в рабочей катушке. Как внутри, так и снаружи ее силовые линии рабочей катушки пересекают короткозамкнутые витки и нндуктируют в них рабочие токи.
Короткозамкнутые витки являются частями цельной и жесткой конструкции стакана 82 вибратора, выполненной с хорошо развитой посадочной втулкой. Рядом трапециевидных ребер втулка соединяется с ободом, который несет на себе короткозамкнутые витки. Цельная конструкция стакана вибратора обеспечивает повышенную прочность и жесткость его и облегчает достижение необходимого центрирования в радиальных зазорах.
Стаканы 82 закреплены на конических участках концов общего штока 5. Положение стаканов относительно штока по дуге фиксируется шпонками 88. Для повышения основной частоты колебаний двухмассовой системы стакан — шток — стакан шток выполнен жестким со сплошным сечением, Таким образом, в вибраторе подвижная механическая система имеет две отдельные системы рабочих витков.
К верхнему стакану вибратора прикреплен переходник 84, на котором смонтирован стол 85 вибратора. На столе крепят исследуемые на вибрацию объекты. Для исследования образцов вместо стола в переходнике закрепляют специальный переходной патрон.
Однако расположение в воздушном зазоре магнитопровода двух стаканов 1б и 17 из немагнитного материала увеличивает воздушный зазор и тем самым магнитное сопротивление всей магнитной цепи. Это приводит к уменьшению индукции в зазоре при неизменном токе в катушках 4 подмагничивания. С целью уменьшения воздушных зазоров магнитопровода для получения в них ббльших значений магнитной индукции, т. е. больших сил возбуждения вибратора, здесь применено частичное заполнение воздушных зазоров железом, Это достигается тем, что каждая рабочая катушка состоит из двух коаксиальных, соединенных последовательно, катушек 8á и 87 из мягкой стали. Эти катушки для увеличения сечений водяных каналов выполнены с витками трапециевидного сечения, располагающимися в один ряд по радиусу, а по длине катушки— с промежутками, образующими винтообразные каналы.
Витки одной из катушек имеют правое, а другой — левое направления подъема и перекрывают друг друга, в значительной степени заполняя железом воздушный зазор. Витки каждой катушки фиксируются друг относительно друга вставками-изоляторами 88, свободно помещенными в радиальном зазоре между катушками и имеющими буртики, на которые и опираются витки катушек. Вставкиизоляторы изготовлены из специального жаропрочного материала (спеченной алюминиевой пудры) и покрыты оксидной изоляцией. Рабочие катушки смонтированы на промежуточном кольце 89 и вместе с ним представляют отдельный узел, который можно крепить на диске 10 вибратора и снимать с него при необходимости. Промежуточное кольцо центрируется относительно диска 10 и крепится к нему винтами 40. Крепление витков рабочих катушек к промежуточному кольцу и центрирование витков на кольце осуществлено четырнадцатью стальными стяжками 41, которые установлены в дуговых пазах кольца 89 и зафиксированы относительно кольца штифтами 42. Стяжки проходят через кольцевые зазоры (в промежутках между изоляторами 88) между катушками и затягивают витки последних посредством накладного кольца 48. Кольцо 48 затянуто гайками 44, которые навинчивают на нарезные выступы стяжек 41.
Все поверхности соприкосновения различных деталей узла рабочих катушек также оксиднрованы для обеспечения электрической изоляции. Подвод тока к виткам рабочих катушек и отвод тока от них осуществлен проводами, которые проходят через специальные лункообразные каналы в промежуточном кольце 89.
Обычно рабочие катушки изготовляются из меди или из алюминиевых сплавов, Выполнение рабочих катушек из стали приводит к увеличению их механической прочности, что существенно с точки зрения восприятия больших усилий. В рассматриваемой конструкции такте учтено влияние поверхностного и катушечного эффектов, благодаря которым, особенно при повышенных частотах, ток распределяется по сечению витка неравномерно, а по части периферии его. Наибольшие плотности тока будут в противоположных частях периферии витка катушки. Для увеличения проводимости тока введено обмеднение 45 поверхностей витков рабочих катушек, примыкающих к поверхности короткозамкнутых витков;
Выше указано, что для получения больших сил возбуждения необходимо питание рабочих катушек вибратора токами большой силы. При этом в рабочих катушках и в короткозамкнутых витках достигаются значительные плотности токов и развиваются высокие температуры, которые могут ограничить работоспособность вибратора, Для работы при высоких плотностях рабочих токов в предлагаемом вибраторе применено интенсивное охлаждение рабочих катушек 8á и 87 и короткозамкнутых
183978
10 витков 16 и 17 дистиллированной водой. Вода подается к катушкам по трубкам 46 и 47 через каналы в дисках 10 корпуса вибратора.
В катушках вода проходит по винтообоазным каналам между витками и выводится по трубкам 48 и 49. Такое наружное охлаждение рабочих катушек в отличие от применявшегося в некоторых существующих виораторах водяного охлаждения внутри медных витков рабочих катушек позволяет одновременно охлаждать и поверхности короткозамкнутых витков.
Изоляция от воды в вибраторе осуществлена посредством эластичных пленок оО и 51 из фторопласта. В системе охлаждения рабочих катушек 86 и 87 и короткозамкнутых витков
16 и 17 предусмотрена возможность контроля заполнения водой и вывода воздушных пробок при заполнении системы.
Воздух, оказавшийся возле нижних катушек и стаканов, отводится вверх по специальным каналам 52, выфрезерованным в сердечнике 1 и обойме 7. Из пространства под верхней изоляционной пленкой 50 воздух по ко-. сым сверлениям в стакане 16 переводится внутрь стакана 82 вибратора, в пространство над рабочими катушками. Косые сверления выполнены как в верхнем, так и в нижнем стаканах 16 и служат также для ооеспечения при работе вибратора свободного выхода воды из стаканов 82 при перемещении их относительно рабочих катушек. Из пространства, над верхними рабочими катушками воздух отводится по сверлениям в верхнем стакане 82 вибратора и в переходнике 84, на котором смонтирован шаровой клапан 58, аналогичный описанному выше.
Упругая подвеска подвижной системы внутри вибратора (относительпо корпуса вибратора) выполнена из двух частей: стационарной (нерегулируемой) и регулируемой. Стационарная часть подвески составлена из двух параллельных упругих текстолитовых мембран 54 и набора концентрических стальных спиральных пт?ужин 55 сжатия. Нерегулируемые пружины
55 служат для уравновешивания только подвижных частей самого вибратора и для поддержания их в некотором среднем положении при отсутствии дополнительных исследуемых масс на столе 85 вибратора. Мембраны 54 слу?Ка T, главным образом, для центрирования подвижной системы относительно корпуса 8, т. е., в конечном счете, для центрирования ее в воздушных зазорах магнитопровода. При этом мембраны обеспечивают направленность движения подвижной системы в направлении вертикальной оси виоратора. При отсутствии испытуемых объектов на столе 85 мембраны
54 не буд т нагружены.
Регулируемая часть подвески выполнена из набора параллельно работающих стальных спиральных пружин 56 сжатия. Эта часть подвески служит для уравттовешиванття исследуемых на вибрацию объектов, устанавливаемых на столе 85 вибратора. Регулировка осуществляется изменением натяжения пружин 56.
ЗО
Применяя сменные наборы пружин 56, можно увеличить предельный вес исследуемых объектов. При этом жесткость отдельных пружин, входящих в набор, должна быть возможно меньшей для того, чтобы собственные колебания пружин оказывали меньшее влияние на колебания исследуемых объектов, Прп необходимости исследовать объекты значительно больших весов применяется дополнительная внешняя подвеска внутренней подви>кной системы вибратора.
В конструкции регулируемой части подвески предусмотрена тонка", регулировка натя>кештя пружин 56, что обеспечивает и тонкую регулировку величин весов дополнительных исследуемых масс. При такой регулировке каждый раз осуществляется приведение нагруженной подвижной системы в среднее поло>кение относительно корпуса вибратора. Непосредственная регулировка натяжения пружин 56 осуществляется поступательным перемещением диска
57, который приводится в движение вращасмой нарезной втулкой 58.
Нерегулируемые пружины 55 зажаты между верхним 59 и нижним 60 дисками. Верхний диск 59 центрируется в нижнем стакане 82 вибратора и может перемещаться вместе со стаканом. Диск 60 укреплен в нижней крышке
61 вибратора. Торцы пружин 55 располагаются в кольцевых центрирующих канавках дисков 59 и 60. В диск 59 упираются своими верхними торцами и центрируются в нем также внутренние регулируемые пру>кипы 56. Таким образом, через диск 59 подвижной системе вибратора передается суммарное усилие от нерегулируемой 55 и регулируемой 56 частей пружинного подвеса.
Регулируемые пружтптт.т 56 установлены с центровкой на диске 57. В этом дттске закреплена нарезная втулка 62, благодаря чему диск
57 является гайкой для нарезной втулки 58.
Диск 57 имеет два противоположно pacno;Io>кенных выступа, входящттх в пазы KopooKII 68 и удерживающих его от поворотов. При вращении втулки 58 маховичком 64 диск 57 будет перемешаться поступательно в;толь оси подвеса и сжимать пружитту 56, изменяя пх натяжения. При этом поступательное перемещение втулки 58 предотвратпается упором ее в KpbIIIIKv 65 и в зажим 66, которым втулка
58 может быть законтрепа при любом поло>кении по высоте диска 57.
Регулируемые пружины 56 поставлены с некоторым предварительным натяжением при самотя нижнем положении диска 57. Это сделано с целью обеспечить работу всего пружинного устройства без излома его упругой характеристики при отсутствии нагрузки на столе 85 вибратот>а. В результате вес собственной подвижной системы впбратора будет уравновешиваться суммой упругттх усплттй пр1 жтттт 55 и пре дтта т>тттpлт ттого ттлтяжеттття npv>кин 56. При этом подвижная система будет занимать среднее положение.
При постановке на стол впбратора пссле183978
12 дуемого объекта подвижная система опускается из своего среднего положения и общий вес ее передается на все пружины 55 и 5б, а также на мембраны 54. Вращением втулки 58 поднимают диск 57 и увеличивают натяжение регулируемых пружин 5б до тех пор, пока подвижная система не возвратится в среднее положение. Тогда дополнительная нагрузка системы, какой является вес испытуемого объекта, будет передаваться только на пружины 5б. Мембраны же останутся ненагруженными.
В описываемом вибраторе предусмотрена возможность возбуждения колебаний не только в вертикальном, но в горизонтальном и любом промежуточном (под углом) направлениях. При повороте подвижных частей на 90 вес их будет восприниматься только мембранами 54. В этом случае пружинный поднес 55 и 5б можно выключить. Выключение производится следующим образом, Вращением маховичка б7 винт б8 ввинчивают в резьбу втулки б9, укрепленной в центре диска 59. При этом проворачивание диска предотвращается двумя штифтами 70. Затем диск 59 оттягивают от деталей подвижной системы вибратора, сжимая пружины 55 и 5б на величину, обеспечивающую свободное перемещение подвижной системы при работе вибратора. Пружины 55 рассчитаны так, чтобы при сжатии их оттянутым диском 59 между витками оставался небольшой зазор. Винт б8 законтривают зажимом 71 на хвостовике.
Вибратор упруго подвешен на жестком основании, основу которого составляют две литые станины 72 с рамой между ними, с помощью двух наборов горизонтальных 78 и вертикальных 74 и 75 листовых рессор, сооранных в П-образные рамы с шарнирами 76 в верхних углах. Нижние концы вертикальных рессор закреплены на выступах станин 72.
Посередине горизонтальных рессор 78 укреплены хомутами 77 корпусы 78 подшипников цапф 21 и 22 вибратора. Положение корпуса
78 относительно рессоры 78 фиксируется штифтом 79. Цапфы зажаты в подшипниках посредством крышек 80.
Внешняя упругая подвеска работает при возбуждении колебаний вибратором в любом направлении. При этом фиксация соответствующих положений корпуса вибратора осуществляется двумя за;кимными приспособлениями, вмонтированными в подшипники цапф 21 и 22. Зажим осуществляется цилиндрической гайкой 81 и втулкой 82, которые стягиваются винтом 88.
При перевозках вибратора внешнюю подвеску его закрепляют с помощью специального фиксирующего устройства. Вместе с корпусом
78 подшипника хомутами 77 к горизонтальной рессоре 78 прикреплена жесткая планка 84 с выступающей средней частью. К планке приварены две цилиндрических стержня 85. Эти стержни проходят в пазы консольного выступа стойки 8б, которая внизу жестко прикреп5
15 го
65 лена к станине 72 рамы. На нарезных концах стержней 85 с упором в их торцы закреплена траверса 87 с нарезкой между отверстиями для стержней 85. В резьбу траверсы ввинчивают винт 88 до упора его торца в выступ стойки 8б. При дальнейшем ввинчивании планка 84 вместе с рессорой подтягивается также до упора в выступ стойки. Таким образом, создается натяжение между горизонтальной рессорой и станиной основания вибратора.
Рессорные подвески закрыты специальными защитными кожухами 89, укрепленными на станинах 72. Обе литые станины связаны между собой в цельное основание рамой 90, выполненной из швеллеров и листов.
Основание вибратора уставаливается на полу четырьмя выступами станин 72. Эти выступы выполнены с полостями, и в них смонтированы четыре убирающихся колеса 91, которые предназначены для того, чтобы при необходимости перевозить вибратор к испытуемому объекту, Над колесами в станинах укреплены четыре рамы 92 для переноски вибратора краном.
В основании вибратора размещено специальное согласующее устройство, которое включается между рабочими катушками и усилителем и служит для согласования величины входного сопротивления вибратора и потребного сопротивления нагрузки усилителя. Такое размещение согласующего устройства позволяет уменьшить длину соединительных проводов между согласующим устройством и вибратором и обеспечивает большую компактность всего агрегата по сравнению с известными конструкциями, Согласующее устройство состоит из специального высокочастотного воздушного трансформатора 93 и емкостной компенсационной батареи 94. Воздушный трансформатор выполнен с двумя тороидальными обмотками, причем число витков первичной обмотки регулируется. Емкостная батарея включается параллельно в цепь вторичной обмотки трансформатора 93 и рабочих катушек вибратора в отличие от последовательного включения ее в существующих конструкциях. Преимущестгом параллельного включения емкости является то, что рабочие катушки вибратора и емкостные батареи находятся под малыми напряжениями при больших токах в них. Это обеспечивает безопасность работы с вибратором и возможность водяного охлаждения рабочих катушек и короткозамкнутых витков. Кроме того, большие токи создают оольшие возбуждающие силы, Подключение вторичной цепи трансформатора к рабочим катушкам, также, как и подключение питания катушек подмагничивания
4, производится через спиральные токовводы (шины) 95 и 9б с большим шагом спиралей.
Это обеспечивает упругость шин в местах присоединения к вибратору и возможность поворота вибратора ца 90 . Шины 95 подводят ток к рабочим катушкам и расположены на цапфе
183978
13
22 вибратора, а шины 96 подводят ток к катушкам подмагничивания и расположены на цапфе 21. Спирали шин расположены под защитными кожухами 89. Токовые шины пропущены через профрезерованпые в цапфах два паза.
Для улавливания и отведения от рабочего стола 85 вибратора магнитных полей рассеяния служит стальная крышка 18. Снаружи верхней 18 и нижней 61 крышек уложен пенопласт 97 для глушения шума. Пенопласт закрыт наружными кожухами 98. Пластические массы для глушения шума укреплены также на внутренних поверхностях обеих крышек, а также во всех местах, где это возможно, например снаружи и внутри переходника 84.
В вибраторе установлены контрольные и измерительные приборы. Одним из них является акселерометр 99 для получения данных о движении подвижной системы вибратора. В непосредственной близости от акселерометра, на верхней крышке, установлен катодный повторитель. В центральной части крышки смонтированы платы 100, к клеммам которых припаивают выводы от датчиков, устанавливаемых внутри вибратора. K соответствующим клеммам этих же плат припаивают провода, проложенные по крышке и подключенные к общему штепсельному разъему 101. Таким образом, наличие плат облегчает снятие крышек
18 при разборке.
На верхней 18 и нижней 61 крьпнках установлены реле 102 для мгновенного выключения тока в рабочих катушках вибратора при возрастании величин амплитуд сверх допустимых.
Работа вибратора состоит в следующем. В катушки подмагничивания 4 подается постоянный ток, в результате чего в магнитопроводе вибратора создается постоянный магнитный поток. В радиальном магнитном потоке в воздушных зазорах магнитопровода помещены неподвижные рабочие катушки 86 и 87 и подвижные короткозамкнутые витки 16 и 17. В рабочие катушки подается переменный ток возбуждения заданной частоты от звукового генератора, усиленный мощным усилителем и прошедший через согласующее устройство вибратора. Так как рабочая катушка и оба короткозамкнутых витка образуют воздушный трансформатор. то при пропуске тока через рабочую катушку усиленные токи образуются в обоих короткозамкнутых витках. При взаимодействии переменных токов в короткозамкнутых витках с постоянным магнитным полем возникают переменные электродинамические силы возбуждения, воздействующие на короткозамкнутые витки и передаваемые ими на подвижную систему вибратора и. следовательно, на исследуемые объекты на столе 85 вибратора. Силы возбуждения образуются в короткозамкнутых витках в обоих воздушных зазорах мапштопровода. Действуют они синхронно и поэтому передаются на стол вибратора, складываясь. При взаимодействии ток".
15 го
65 в рабочих катушках с постоянным магнитным полем возникают переменные силы, воздействующие на витки катушки. Суммируясь на длине данной катушки, эти силы у основания ее будут равны сумме сил, действующих на охватывающий короткозамкнутый виток. Но для катушки эти силы являются реактивными и воспринимаются диском 10 вибратора.
Предмет изобретения
1. Электродинамическпй вибратор для исследования механических систем на вибропрочность или определения их динамических характеристик, включающий установленный на жестком основании с помощью упругих опор корпус со смонтированными в нем: магнитопроводом с двумя рабочими воздушными зазорами, состоящим из центрального сердечника, полюсных пакетов, части корпуса и катушек подмагничивания, охлаждаемых водой, трансформатором рабочего тока, размещенным в воздушных зазорах, первичная обмотка которого состоит из неподвижных, закрепленных на дисках вибратора катушек, выполненных в виде коаксиальных, соединенных последовательно витков с накладным кольцом, затягиваемым посредством стяжек, проходящих в радиальном зазоре между витками, образующими винтоо бр азные каналы водяного охлаждения всего трансформатора с фиксацией друг относительно друга посредством вставок-изоляторов, служащих также и для разделения восходящих и нисходящих водяных каналов, а вторичная обмотка образована из подвижных короткозамкнутых витков, выполненных в виде стаканов, охватывающих первичную обмотку, закрепленных на концах общего штока, проходящего через центральное отверстие сердечника, упруго подвешенных в корпусе, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь от вихревых токов и магнитных полей рассеяния, центральный сердечник вибратора выполнен сборным из пластин трапецеидального сечения, сцентрированных на средней втулке и стянутых обоймой в единое целое.
2. Вибратор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности центрирования в рабочих воздушных зазорах и удобства замены узла неподвижных рабочих катушек, витки последних смонтированы на промежуточном кольце.
3. Вибратор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения надежной работы узла неподвижных рабочих катушек при повышенных температурах, вставки-изоляторы выполнены из жаропрочной спеченной алюминиевой пудры с оксидной изоляцией.
4. Вибратор по пп. 1 — 3, отличающийся тем, что, с целью снижения напряженности сложного узла и улучшения условий циркуляции охлаждающей воды в каналах неподвижных рабочих катушек, витки их выполнены трапециевидного сечения.
183978
16 б
37
Я
5. Вибратор по пп. 1 — 4, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и жесткости передающих силу возбуждения короткозамкнутых витков, последние выполнены за одно целое с ребрами и втулкой, посаженной на один из концов штока, выполненного сплошным.
6. Вибратор по пп. 1 — 5, отличающийся тем, что, с целью центрирования подвижной части вибратора в рабочих зазорах магнитопровода, короткозамкнутые витки снаружи подвешены относительно корпуса вибратора на параллельно работающих неметаллических мембранах с металлическими центрирующими кольцами, а также на пружинной упругой подвеске, состоящей из закрепленного в подвижной части верхнего и установленного в корпусе нижнего дисков подвески с группой внешних (нерегулируемых) пружин между ними, внутри которых установлен полый винт с третьим диском на его резьбе и группой внутренних (регулируемых) пружин между ним и верхним диском, проходящими через отверстие нижнего диска, имеющий опооу в виде втулки, закрепленной на корпусе, и снабжен маховичком.
7. Вибратор по п. 6, отличающийся тем, по, с целью обеспечения возможности отключения пружинной упругой подвески, внутри полого винта помещен стержень с маховичком на одном конце и с нарезкой на другом конце, соответствующей нарезке отверстия в верхнем диске.
8. Вибратор по пп. 1 — 7, отличающий ся тем, что, с целью увеличения жесткости корпуса, он снабжен установленными сверху и снизу стальными несущими крышками, стянутыми сквозными шпильками дисков вибратора.
9. Вибратор по пп. 1 — 8, отличаю щийся тем, что, с целью обеспечения удаления воздушных пробок из каналов водяного охлаждения катушек подмагничивания и контроля полноты заполнения их водой, верхние части каналов соединены с атмосферой выводной трубкой с шаровым клапаном.
10. Вибратор по пп. 1 — 9, отличающийся тем, что, с целью обеспечения контроля запол20 нения водой и удаления воздушных пробок при заполнении полостей охлаждения неподвижных рабочих катушек и подвижных короткозамкнутых витков, в сердечнике и стягивающей его обойме выполнены каналы в обоих стаканах, а также заканчивающиеся шаровым клапаном отверстия в верхнем стакане и в установленном на нем переходнике,
