close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7520

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7520
(13) C1
(19)
(46) 2005.12.30
(12)
7
(51) B 08B 7/02
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
BY 7520 C1 2005.12.30
(21) Номер заявки: a 20030061
(22) 2003.01.24
(43) 2004.09.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Военная академия Республики Беларусь" (BY)
(72) Авторы: Воинов Валерий Васильевич;
Белько Юрий Валерьевич; Козловский Вячеслав Александрович;
Мокринский Сергей Владимирович;
Пальцев Виталий Александрович
(BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Военная академия Республики Беларусь" (BY)
(56) BY 1618 C1, 1997.
RU 2153403 C1, 2000.
SU 1542646 A1, 1990.
SU 1747212 A1, 1992.
WO 02/16053 A1.
(57)
Способ очистки поверхности изделий из ферромагнитных материалов, при котором в
материале изделия возбуждают волны упругой деформации импульсами магнитного поля
с амплитудой магнитной индукции, соответствующей величине максимальной магнитострикции материала изделия на участке гистерезиса, с длительностями переднего и заднего
фронтов, равными
1
2β
τ1 =
; τ2 = 2
,
2β
ωз + β 2
где β - коэффициент затухания механических колебаний в материале изделия; ωз - циклическая частота затухающих колебаний в материале изделия, отличающийся тем, что
формируют импульсы магнитного поля с линейной частотой
Фиг. 3
BY 7520 C1 2005.12.30

4
 
 f 0  

 1 + 1 + 3 
f  
 
 p 

fm = fp 
3





1
2
1
2




 ,





1
ω 2з − β 2 - резонансная частота механических колебаний в материале изделия;
2π
1
f0 =
ω 2з + β 2 - частота собственных гармонических колебаний материала изделия.
2π
где f p =
Изобретение относится к способам очистки поверхности изделия от отложений и может быть использовано для очистки поверхностей изделий, изготовленных из ферромагнитных материалов.
Известен способ очистки металлических изделий от неметаллических отложений [1],
заключающийся в возбуждении в изделии волн упругой деформации посредством воздействия на поверхность изделия электромагнитными импульсами основного и дополнительного индукторов. При этом волны упругой деформации в изделии возбуждают, формируя
импульсы тока треугольной формы с крутым передним фронтом и пологим задним фронтом основного индуктора и крутым задним фронтом дополнительного индуктора при отношении длительности переднего фронта импульса дополнительного индуктора к его
заднему фронту не менее 10 и при длительности заднего фронта не более четверти периода собственных колебаний очищаемого изделия.
Недостатком известного способа является низкая скорость очистки из-за неполной согласованности параметров последовательности импульсов с частотными свойствами изделия, поверхность которого очищается.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ
очистки изделий из ферромагнитных материалов [2], при котором в материале изделия
возбуждают волны упругой деформации импульсами магнитного поля с амплитудой магнитной индукции, соответствующей величине максимальной магнитострикции материала
изделия на участке гистерезиса, с длительностями переднего и заднего фронтов, равными
2β
1
,
τ1 =
; τ2 = 2
2β
ωз + β 2
где τ1, τ2 - длительности переднего и заднего фронтов импульсов;
β - коэффициент затухания механических колебаний в материале изделия;
ωз - циклическая частота затухающих колебаний в материале изделия.
Частота следования импульсов при этом равна
2
fп = β .
3
Недостатком этого способа является несоответствие частоты повторения импульсов
частоте импульсов, имеющих максимально разрушающую загрязнения мощность. Вследствие этого скорость очистки при значительном загрязнении поверхности оказывается
сниженной.
Задачей изобретения является повышение скорости очистки значительно загрязненных поверхностей в 1,6...1,8 раза.
2
BY 7520 C1 2005.12.30
Поставленная задача решается тем, что в способе очистки поверхности изделий из
ферромагнитных материалов, при котором в материале изделия возбуждают волны упругой деформации импульсами магнитного поля с амплитудой индукции магнитного поля,
соответствующей величине максимальной магнитострикции материала изделия на участке
гистерезиса, с длительностями переднего и заднего фронтов, равными
2β
1
; τ2 = 2
τ1 =
,
2β
ωз + β 2
где β - коэффициент затухания механических колебаний в материале изделия; ωз - циклическая частота затухающих колебаний в материале изделия, формируют импульсы магнитного поля с частотой
1
1

4 2
 

f 
 1 + 1 + 3 0  
f  
 
 p 


fm = fp

3




2



 ,





1
ω 2з − β 2 - резонансная частота механических колебаний в материале изделия;
2π
1
f0 =
ω 2з + β 2 - частота собственных гармонических колебаний материала изделия.
2π
В результате при сильном загрязнении поверхности (fp/f0 ≤ 0,8) мощность колебаний
увеличивается в 1,2...1,8 раза, что приводит к соответствующему увеличению скорости
очистки.
На фиг. 1 показан график зависимости отношения частоты fm, на которую приходится
максимальная мощность колебаний, к резонансной частоте fp очищаемого изделия от отношения резонансной частоты к частоте свободных гармонических колебаний в материале изделия f0.
На фиг. 2 показаны графики зависимостей отношения мощности колебаний (P) на частоте формируемых импульсов к мощности колебаний (Рр) на резонансной частоте в зависимости от величины отношения f/f0 при различных значениях величины fp/f0.
На фиг. 3 показана схема практической реализации способа.
Способ осуществляется следующим образом.
В ограниченном объеме корпуса очищаемого изделия из ферромагнитного материала
создается импульсное магнитное поле, которое вызывает магнитострикционный эффект,
то есть упругую деформацию материала корпуса. Эта деформация, распространяясь в материале корпуса, вызывает деформацию сдвига между материалом изделия и отложениями на его поверхности. В результате прочность сцепления отложений с поверхностью
изделия уменьшается. Периодическое повторение деформаций материала корпуса приводит к полному разрушению слоя отложений и их отделению от очищаемой поверхности.
Амплитуда вынужденных колебаний корпуса описывается выражением
где f p =
A=
(
F0
m ω −ω
2
0
)
2 2
+ 4β ω
2
,
2
(1)
где F0 - амплитуда действующей силы;
m - масса участка, подвергшегося импульсному воздействию;
ω = 2πf - циклическая частота повторения импульсного воздействия;
ω0 = 2πf0 - циклическая частота гармонических колебаний материала изделия.
3
BY 7520 C1 2005.12.30
Полная энергия колебаний равна
kA 2
(2)
,
2
где k - коэффициент упругости участка корпуса изделия, подвергающегося воздействию
импульсного магнитного поля.
Мощность колебаний соответственно равна
kA 2 ω
(3)
P=
.
4π
Подстановка (1) в (3) дает
W=
2
P=
(
kωF0
2
 2
4πm  ω0 − ω

2
)
2
.

+ 4β ω 

2
(4)
2
Учитывая, что k = ω02 m , получим
2
P=
2
ω0 ωF0
)
(
.
(5)
2 2
2 2
 2
4πm ω0 − ω + 4β ω 


Исследуем полученное выражение на экстремум, для чего возьмем производную по
переменной ω:




2
2
2
8ωβ − 4ω ω0 − ω 
dP ω0 F0 
1
=
−
.
2 
dω 4πm  ω2 − ω 2 2 + 4β 2 ω2  2
2 2
2 2
 0
 ω0 − ω + 4β ω  

 

Приравнивая выражение (6) нулю при ω = ωm, получим
2
2
(
(ω
2
0
)
− ω 2m
Отсюда следует
)
2
(
)
(
)
)
(
(6)
+ 4β 2 ω 2m + 4ω 2m ω 02 − ω 2m − 8β 2 ω 2m = 0 .
(
)
3ω 4m − 2ω 2m ω 02 − 2β 2 − ω04 = 0 .
(7)
Учитывая, что ω02 − 2β 2 = ω2p , где ω2p - циклическая резонансная частота, и решая биквадратное уравнение (7), найдем циклическую частоту ωm , на которую приходится максимальная мощность колебаний:
(
 2
 2ω p + 4ω 4p + 12ω 04
ωm = 
6


)
1
1
2
2

 .


Линейная частота равна:

4
 
f 
 1 + 1 + 3 04 

 
fp 

fm = fp 
3





4
1
2
1
2




 .





(8)
BY 7520 C1 2005.12.30
Приведенная на фиг. 1 зависимость fm/fp от fp/f0 наглядно демонстрирует, что по мере
очистки поверхности и приближении fp к f0 величина fm стремится к fp. Наибольшее отличие fm, на которую приходится максимальная мощность колебаний, от резонансной частоты соответствует сильно загрязненным поверхностям, для которых fp << f0.
Как следует из приведенных на фиг. 2 зависимостей Р/Рр от f/f0 наиболее существенное отличие максимальной мощности колебаний (Рm) на частоте fm от мощности колебаний на резонансной частоте fp соответствует сильно загрязненным поверхностям. По мере
уменьшения величины fp/f0 отношение Рm/Рр существенно увеличивается. Если при
fp/f0 = 0,8 (кривая 5) оно составляет 1,073, то при fp/f0 = 0,4 (кривая 1) оно составляет уже
примерно 1,62. Вместе с тем частота следования импульсов в способе-прототипе значительно превосходит частоту fm в заявляемом способе, что существенно снижает скорость
очистки способом-прототипом.
Для сравнительной оценки мощности колебаний в способе-прототипе и в заявляемом
способе воспользуемся предельным переходом. Колебательному процессу соответствует
условие
2
2
ωз = ω0 − β > 0 ,
то есть ω02 ≈ β 2 ⇒ ω0 ≈ β , что отражает состояние сильно загрязненной поверхности. Для
определения соответствующей частоты f m' возьмем предел от выражения (8):
1

4 2
 
f
0
 1 + 1 + 3 4 
fp 

f m' = lim f m = lim  
f p →0
f p →0
3




1
2



 .




Легко показать, что
f m' = f o ⋅ 3
−
1
4
≈ 0,76f 0 .
Расчет мощности колебаний на этой частоте осуществим, используя выражение (5).
При этом учтем, что, поскольку ω0 ≈ β ,
ω'm = 2πf m' = 2π ⋅ 0,76f 0 ≈ 0,76β ,
3
'
2
3
0,76β F0
(
2
0,76β F0
)
2
−2
F0
.
mβ
−2
F0
.
mβ
= 2,43 ⋅ 10
=
4
4
2
2
2
2
 2 (
π
β
+
β
4
m
0
,
18
2
,
31
4πm β − 0,76β) + 4β (0,76β ) 


Произведем расчет мощности колебаний в случае применения способа-прототипа с
2
частотой импульсов f п = β :
3
Pm =
(
)
3
Pп =
2
3
4πβ F0
2
2 2
 2

2  4π  
4
π



12πm  β −  β   + 4β  β  
 
 3  
 3  


=
(
2
β F0
4
3m 16,53β + 70,8β
4
) = 1,14 ⋅10
2
Сравнение величин Pm' и Pп свидетельствует о том, что мощность колебаний на частоте импульсов, определяемой заявляемым способом, (8) в 2,14 раза выше, чем в способепрототипе, что соответствующим образом увеличивает скорость очистки.
5
BY 7520 C1 2005.12.30
В примере практической реализации способа, показанном на фиг. 3, слой отложений 1
предназначен для удаления; очищаемая поверхность 2 из ферромагнитного материала
предназначена для очистки; электромагнит 3 создает импульсное магнитное поле; усилитель
мощности с регулируемым коэффициентом усиления 4 обеспечивает необходимую величину магнитного поля; управляемый генератор 5 предназначен для формирования импульсов с необходимыми параметрами и частотой fm; акустический датчик 6 преобразует
акустический сигнал в очищаемой поверхности в электрический; усилитель 7 усиливает
сигнал акустического датчика до уровня, обеспечивающего нормальную работу решающего устройства 8, которое по результатам обработки сигнала определяет величины f0 и
fp, рассчитывает частоту fm и сигналом, пропорциональным этой частоте, управляет генератором 5.
По мере очистки поверхности изменяются ее частотные свойства. Частота fp приближается к частоте f0, а частота fm - к частоте fp. Различие в скорости очистки заявляемым
способом и способом-прототипом уменьшается. Устройство, реализующее способ, за счет
наличия акустического датчика автоматически подстраивается к соответствующему значению частоты fm. Поэтому среднее значение скорости очистки незначительно уменьшается по сравнению с максимальным. В среднем за все время очистки скорость очистки
заявляемым способом возрастает в 1,4...1,8 по сравнению со способом-прототипом.
Источники информации:
1. А.с. СССР 1736641, A1, МПК В 08В 7/02 // Бюл. № 20. - 1992
2. Патент на изобретение Республики Беларусь № 1618 // Официальный бюллетень. 1997. - № 1.
Фиг. 1
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
6
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
97 Кб
Теги
by7520, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа