Устройство для очистки поверхности изделий

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ(71) Заявитель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(72) Авторы Воинов Валерий Васильевич Мокринский Владимир Валерьевич Мокринский Сергей Владимирович(73) Патентообладатель Учреждение образования Военная академия Республики Беларусь(57) Устройство для очистки поверхности изделий, содержащее таймер, последовательно соединенные датчик вибраций, усилитель, вибратор, усилитель мощности, отличающееся тем, что включает квадратичный детектор, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, блок дифференцирования, согласующий блок, генератор с управляемой частотой, счетчик, регистр, схему задержки, причем выход усилителя подключен к входу квадратичного детектора, последовательно с которым включены усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, блок дифференцирования, согласующий блок и генератор импульсов с управляемой частотой, выход которого подключен к входу усилителя мощности и входу счетчика,выходов которого посредством регистра подключены куправляющим входам усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход таймера соединен с управляющим входом регистра и через схему задержки с управляющим входом счетчика.(56) 1. Патент Российской Федерации 95103920. МПК 6 64 15/18. Бюл //34,10.12.1996. 2. А.с. СССР 1747212 1, МПК В 08 В 7/02 // Бюл.26, 15.07.1992. 20932005.09.30 Полезная модель относится к устройствам для очистки поверхности от налипших веществ и различного рода отложений и может быть использована для очистки поверхности изделий от мягких, вязких и сыпучих отложений. Известно устройство 1 для деформации конструкции и окружающей ее среды, содержащее зарядное устройство, накопительный конденсатор, катушки, тиристоры, блок управления, формирователь импульсов напряжения, введенный в цепь между накопительным конденсатором с зарядным устройством и катушками с тиристорами, управляющий вход которого соединен с дополнительным выходом блока управления, вход соединен с накопительным конденсатором с зарядным устройством, а выход формирователя импульсов напряжения соединен с катушками, соединенными с тиристорами, при этом формирователь импульсов напряжения выполнен из тиристорного ключа, дросселя, двух диодов и выходного конденсатора, катод первого диода и вход тиристорного ключа соединены с входом формирователя импульсов напряжения, анод первого диода, катод второго диода,первый вывод дросселя и первый вывод выходного конденсатора соединены с выходом формирователя импульсов напряжения, второй вывод дросселя соединен с выходом тиристорного ключа, управляющий вход тиристорного ключа соединен с управляющим входом формирователя импульсов напряжения, второй вывод выходного конденсатора и анод второго диода соединен с общей минусовой шиной устройства. Недостатком известного устройства является то, что частота вырабатываемых импульсов не соответствует частоте, на которой мощность деформации максимальна. Следствием этого является низкая скорость очистки поверхности, особенно от мягких, вязких и сыпучих отложений. Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемой полезной модели является устройство для вибрационной очистки стенок емкостей 2, содержащее последовательно подключенные датчик вибрации, усилитель, возбудитель, вибратор, амплитудный детектор, формирователь импульсов, блок умножения, первый и второй фильтры нижних частот, электронный ключ, генератор импульсов, операционный усилитель, компаратор,таймер, в котором первый и второй входы блока умножения подключены соответственно через амплитудный детектор и формирователь импульсов к выходу датчика вибрации,вход электронного ключа через первый фильтр нижних частот подключен к выходу блока умножения, управляющий вход электронного ключа подключен к генератору, а первый и второй выходы электронного ключа подключены соответственно к первому и второму входам операционного усилителя, выход которого через второй фильтр нижних частот и компаратор подключен к входу таймера, а выход таймера подключен ко второму входу усилителя. Недостатком известного устройства является то, что вырабатываемые импульсы воздействия на очищаемую поверхность имеют частоту, равную резонансной частоте корпуса очищаемого изделия. Поскольку частота, на которой мощность воздействия максимальна,выше резонансной, скорость очистки, особенно от мягких и вязких отложений, оказывается низкой. Задачей полезной модели является повышение скорости очистки. Техническим результатом осуществления полезной модели является повышение скорости очистки в 1,82 раза. Поставленная задача решается тем, что полезная модель для очистки поверхности изделий, содержащая таймер, последовательно соединенные датчик вибраций, усилитель,вибратор, усилитель мощности, включает квадратичный детектор, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, блок дифференцирования, согласующий блок, генератор с управляемой частотой, счетчик, регистр, схему задержки, причем выход усилителя подключен к входу квадратичного детектора, последовательно с которым включены усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, блок дифференцирования, согласующий блок и генератор импульсов с управляемой частотой, выход которого подключен к входу 2 20932005.09.30 усилителя мощности и входу счетчика,выходов которого посредством регистра подключены куправляющим входам усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,выход таймера соединен с управляющим входом регистра и через схему задержки с управляющим входом счетчика. В результате предлагаемая полезная модель при тех же затратах энергии развивает мощность колебаний в 2,14 раза выше, чем известное устройство, что повышает среднюю скорость очистки от мягких и вязких отложений не менее чем в 1,8 раза. На фиг. 1 показан график зависимости отношения частоты , на которую приходится максимальная мощность колебаний, к резонансной частотеочищаемого изделия от отношения резонансной частоты к частоте свободных гармонических колебаний в материале изделия 0. На фиг. 2 показаны графики зависимостей отношения мощности колебанийна частотеформируемых импульсов к мощности импульсовна резонансной частотеот отношения частоты колебанийк частоте гармонических колебаний 0. Графику 1 соответствует /00,4, графику 2 - /00,5, графику 3 - /00,6, графику 4 - /00,7,графику 5 - /00,8. На фиг. 3 показана схема заявляемой полезной модели, на фиг. 4 приведен пример выполнения схемы усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. На фиг. 5 показана зависимость выходного напряжения регулируемого усилителя 9 от частоты , а на фиг. 6 - зависимость выходного напряжения блока дифференцирования 10 от частоты . Обозначения на фиг. 3, 4 следующие 1 - очищаемая поверхность 2 - вибратор, например магнитострикционный 3 - усилитель мощности 4 - генератор с управляемой частотой, выполненный, например, на микросхеме КР 408 ПП 1 5 - согласующий блок, например усилитель 6 - датчик вибраций, например пьезоэлемент 7 - усилитель, выполненный, например, на микросхеме К 140 УД 8 8 - квадратичный детектор, выполненный, например, на двух полевых транзисторах,включенных по мостовой схеме 9 - регулируемый усилитель 10 - блок дифференцирования, выполненный, например, на усилителе с отрицательной обратной связью, параллельно которому включен резистор 11 - регистр, выполненный, например, на микросхемах 155 ИР 17 12 - счетчик, выполненный, например, на основе интегральных микросхем 155 ИЕ 5 13 - таймер, выполненный, например, на микросхеме КР 1006 ВИ 1 14 - схема задержки, выполненная, например, на элементах И-НЕ микросхемы 155 ЛАЗ 15 - резистор 16 - блок резисторов 17 - блок электронных ключей, выполненный, например, на микросхемах К 284 КН 1 18 - операционный усилитель, например микросхема К 140 УД 7. Принцип работы на полезной модели по фиг. 3, 4 заключается в следующем. Вибратор 2 создает в корпусе очищаемого изделия упругую деформацию. Эта деформация, распространяясь в материале корпуса изделия, вызывает деформацию сдвига между материалом изделия и отложениями на его поверхности. В результате прочность сцепления отложений с поверхностью изделия уменьшается. Периодическое повторение деформаций приводит к полному удалению отложений с очищаемой поверхности. 3 20932005.09.30 Амплитуда вынужденных колебаний корпуса описывается выражением 0 где 0 - амплитуда действующей силы- масса участка, подвергшегося импульсному воздействию 2 - циклическая частота повторения импульсного воздействия 020 - циклическая частота гармонических колебаний материала изделия. Полная энергия колебаний равна 2,2 где- коэффициент упругости участка корпуса изделия, подвергающегося воздействию импульсного магнитного поля. Мощность колебаний соответственно равна Исследуем полученное выражение на экстремум, для чего возьмем производную по переменной квадратное уравнение (7), найдем циклическую частоту , на которую приходится максимальная мощность колебаний Линейная частота равна 4 Приведенная на фиг. 1 зависимость / от /0 наглядно демонстрирует, что по мере очистки поверхности и приближениик 0 величинастремится к . Наибольшее отличие частоты , на которую приходится максимальная мощность колебаний, от резонансной частотысоответствует сильно загрязненным поверхностям, для которых 0. Как следует из приведенных на фиг. 2, зависимостей мощность колебаний на частотедля сильно загрязненных поверхностей существенно превосходит мощность колебаний на частоте , соответствующую режиму работы устройства-прототипа. Для поддержания максимальной мощности колебаний вибрации очищаемой стенки изделия регистрируются датчиком 6, усиливаются усилителем 7 и детектируются квадратичным детектором 8, в результате чего на выходе детектора 8 образуется напряжение,пропорциональное квадрату амплитуды этих вибраций. Это напряжение поступает на вход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления 9, коэффициент усиления которого пропорционален частоте управляемого генератора 4. Достигается такое значение коэффициента усиления следующим образом. В течение фиксированного интервала времени, определяемого таймером 13, счетчик 12 определяет количество импульсов, поступающих на него с управляемого генератора 4, которое пропорционально частоте генератора. Эта величина в виде цифрового кода по управляющему импульсу от таймера 13 записывается в регистр 11, а счетчик 12 спустя время задержки, определяемое схемой 14, обнуляется, после чего процесс повторяется. Записанный в регистр 11 цифровой код поступает на управляющие входы регулируемого усилителя 9. При этом происходит замыкание некоторых ключей блока 17, что изменяет общее сопротивление блока резисторов 16 и, как следствие, коэффициент усиления операционного усилителя 18. Таким образом, сигнал на выходе регулируемого усилителя 9 оказывается одновременно прямо пропорционален квадрату амплитуды и частоте, то есть мощности колебаний. В результате усиления входного напряжения на выходе усилителя 9 будет напряжение, зависящее от частоты так же,как и мощность на фиг. 2. Зависимость выходного напряжения усилителя 9 (9) от частоты показана на фиг. 5. Для того чтобы автоматически поддерживать частоту генератора 4 равной , это напряжение дифференцируется в блоке 10. В результате зависимость выходного напряжения 10 частоты имеет вид, показанный на фиг. 5. Напряжение 10 посредством согласующего блока 5 прикладывается к управляющему входу генератора 4, в результате чего осуществляется автоматическая подстройка частоты генератора 4 до величины . Это происходит следующим образом. Уменьшение частотыприводит к увеличению напряжения 10 и соответственно к увеличению частоты управляемого генератора 4, и, наоборот, увеличение частотыприводит к уменьшению 10 и уменьшению частоты управляемого генератора 4. Импульсы тока с выхода управляемого генератора 4 поступают на вход усилителя мощности 3, а с выхода усилителя мощности 3 - на вход вибратора 2, который и создает колебания стенки очищаемого изделия. Для сравнительной оценки мощности колебаний в устройстве-прототипе и в предлагаемой модели воспользуемся предельным переходом. Колебательному процессу соответствует условие 20932005.09.30 2 то есть 020, что отражает состояние сильно загрязненной поверхности. Для определения соответствующей частотывозьмем предел от выражения (8) 1 030,760 . Расчет мощности колебаний на этой частоте осуществим, используя выражение (5). При этом учтем, что, поскольку 0,Произведем расчет мощности колебаний в случае применения устройства-прототипа с 2 частотой импульсовп 3 2 2 4 30 3 0 2 п Сравнение величини п свидетельствует о том, что мощность колебаний на частоте импульсов, вырабатываемых заявляемой полезной моделью, в 2,14 раза выше, чем в устройстве-прототипе, что соответствующим образом увеличивает скорость очистки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.