Вибрационная техника

Вибрацио'нная те'хника,совокупность методов и средств возбуждения механических. колебаний (вибрации) в диапазоне частот порядка от 10 мгцдо 10 кгц, а также способы управления вибрацией, измерения и контроля её, борьбы с вредной вибрацией. К средствам В. т. относятся: вибрационные машины , вибрационные стенды , приборы, аппараты, устройства с преднамеренным возбуждением вибрации для выполнения полезных функций (например, при уплотнении грунта и бетонной смеси, при испытаниях); аппаратура для управления вибрацией и измерения её; средства антивибрационной техники, т. е. устройства для предотвращения, подавления, гашения и изоляции вредной вибрации (см. Виброизоляция ).

  В В. т. используются следующие эффекты, возникающие при вибрировании: создание одностороннего направленного движения штучных изделий и насыпных грузов, ударно-вибрационное внедрение и извлечение труб, шпунта и свай, перекачка жидкостей; поддержание циркуляционного движения обрабатываемого материала или частые соударения твёрдых элементов вибрируемой среды (вибрационная обработка, помол, перемешивание); множественное возобновление и нарушение контактов между частицами вибрируемой среды (тепло- и массообменные процессы - нагрев, сушка, охлаждение); создание интенсивных перемещений твёрдых частиц или частиц эмульсии относительно жидкой вибрируемой среды (экстракция, растворение, выщелачивание, окрашивание); удары, передаваемые рабочим органом на вибрируемую среду (ударно-вибрационное дробление, трамбование, очистка поверхности фильтров); снижение сопротивления среды действию малых постоянных сил за счёт вызванного вибрацией проскальзывания частиц среды или её слоев (уплотнение, заполнение тары, резание грунта и т.д.).

  Наиболее распространёнными видами вибрационного привода рабочих органов средств В. т. являются центробежный, возбуждающий колебания до 500 гц, электромагнитный (50-100 гц), поршневой (5-80 гц), кривошипно-шатунный (1-20 гц). �змерением параметров вибраций (перемещений, скоростей и ускорений, частот, фаз, амплитуд) занимается виброметрия, к средствам которой относятся виброметры и акселерометры . Различают 2 метода измерения вибрационных перемещений, скоростей и ускорений: измерение величин относительно не зависимой от колеблющегося тела системы отсчёта; измерение деформации упругого звена с помощью инерционного элемента, связанного с колеблющимся телом. Современная виброизмерительная аппаратура состоит из датчиков, преобразователей, анализаторов, показывающих и регистрирующих приборов, сигнализирующих устройств. Для обеспечения точности измерений виброизмерительная аппаратура подвергается калибровке.

  Одной из задач В. т. является защита людей, приборов, машин, сооружений от действия вредной вибрации. Помимо обычной пассивной виброизоляции, не требующей дополнительных источников энергии, применяют статическую и динамическую балансировку , подбор инерционных и упругих параметров, исключающих работу в зонах резонансов, введение демпфирующих элементов при невозможности работы вдали от области резонанса, динамическое гашение вибрации путём присоединения специально настроенных вибрационных (масса на пружине, маятник) или ударно-вибрационных (шарики, ударяющиеся о стенки) устройств, установку гироскопов для гашения угловых колебаний; средства активной виброизоляции (автоматическое подавление колебаний). Динамическое управление вибрацией может преследовать цели гашения, усиления или стабилизации колебаний. Динамическое усиление колебаний осуществляется настройкой системы на резонансный режим. При некоторых настройках в двух- и многомассных системах возможно осуществление динамической стабилизации амплитуды вынужденных колебаний, которая становится почти не зависящей от изменения вибрируемых масс или жёсткости некоторых элементов.

  Лит.:�ориш Ю. �., Виброметрия, 2 изд., М., 1963; Вибрационная техника, М., 1966: Быховский �. �., Основы теории вибрационной техники, М., 1969.

  �. �. Быховский, Б. Г. Гольдштейн.

Вибрационное бурение

Вибрацио'нное буре'ние,способ бурения с применением вибратора , вызывающего колебания бурового инструмента. В. б. на глубине. 20-30 м в мягких породах осуществляют без вращения инструмента (вибратор прикрепляется к верхнему концу бурильных труб ); В. б. твёрдых пород, а также В. б. на глубине свыше 30 м ведётся с одновременным вращением инструмента (вибратор устанавливают непосредственно над буровым снарядом, долотом ). В первом случае используют преимущественно электромеханические вибраторы направленного действия, во втором - гидравлические (прямого, обратного или двойного действия), приводимые в действие потоком промывочной жидкости. Для защиты бурильных труб от вредного воздействия вибраций при глубоком бурении применяют амортизаторы, устанавливаемые над вибратором. В. б. неглубоких скважин позволяет в 1,5-2 раза увеличить производительность (по сравнению с ударно-вращательным бурением); В. б. глубоких скважин (особенно в твёрдых породах) увеличивает срок службы долот, не снижая др. показателей бурения. Основной проблемой дальнейшего развития В. б. является создание надёжных вибраторов. В. б. применяют в геологоразведочных изысканиях, при устройстве опор глубокого заложения, для бурения на нефть и газ. В. б. предложено и разработано в СССР (1948).

  Лит.:Баркан Д. Д., Виброметод в строительстве, М., 1959; Вибрационное и ударно-вращательное бурение, М., 1961; Ребрик Б. М., Вибротехника в бурении, 2 изд., М., 1966.

  Д. Д. Баркан.

Вибрационное резание

Вибрацио'нное ре'зание,способ обработки металла резанием, характеризующийся тем, что инструменту наряду с основным движением сообщается дополнительное колебательное движение относительно обрабатываемой заготовки. В. р. применяют для дробления стружки, для обработки труднообрабатываемых материалов (нержавеющих и жаропрочных сталей и др.), при резании материалов на вибрационных пилах и ножницах.

  Для дробления стружки используют низкочастотные вибраторы с механическим, пневматическим или гидравлическим приводом (частота вынужденных колебаний не более 50 гц). При постоянных условиях обработки с небольшими усилиями резания для получения вибраций могут быть также использованы автоколебания, вызываемые самим процессом резания. Для В. р. труднообрабатываемых материалов применяют магнитострикционные, магнитомеханические, пьезоэлектрические, электродинамические, электрогидравлические и гидравлические вибраторы с частотой задаваемых колебаний свыше 100 гц. Силовой кинематической связью между суппортом и вибратором служит столб рабочей жидкости. Это повышает долговечность высокочастотного вибратора, так как исключает подшипники, шарниры и др. детали, которые обычно быстро изнашиваются. Такие вибросуппорты имеют небольшие габариты, но создают значительные полезные усилия, т. е. обладают высокой удельной мощностью. Высокочастотные вибраторы в зависимости от кинематической схемы обработки и особенностей процесса резания могут быть однокомпонентные (вибрации в одном направлении), двухкомпонентные (вибрации в плоскости) и трёхкомпонентные (пространственные вибрации).

  При В. р. с дроблением стружки наложение колебаний осуществляют в осевом направлении (в направлении подачи); эффективное и надёжное действие достигается при обработке поверхности по 5-6-му классам чистоты при заданной точности обработки и стойкости инструмента. Основные особенности В. р. с осевыми колебаниями: большое изменение толщины среза за один цикл колебания инструмента, большое изменение угла резания при незначительном изменении скоростей резания.

  При В. р. наложение колебаний с целью улучшения обрабатываемости осуществляют в тангенциальном направлении по окружной составляющей скорости резания. �спользование тангенциальных вибраций сопровождается периодическим возрастанием окружной скорости с переменным воздействием на срезаемый слой при практически неизменных сечениях среза, подаче и глубине резания.

  В. р., применяемое при работе вибрационных пил и ножниц, даёт хорошее качество кромок и значительно повышает производительность.

  Кинематическая схема с колебательными движениями в радиальном направлении при В. р. не применяется, так как при этом резко снижается класс чистоты обработанной поверхности.

  Основные технологические условия рационального применения В. р. - правильный выбор параметров вибраций (амплитуды, частоты).

  В. В. Данилевский.

Вибрационное «чувство»

Вибрацио'нное «чу'вство»,ощущения, возникающие при воздействии последовательной смены изменяющихся по силе и частоте механических, прежде всего звуковых, раздражений. В. «ч.» отличается от ощущений давления или прикосновения к коже. Вибрация воспринимается механорецепторами, в частности тельцами Пачини, расположенными в различных частях организма: около кровеносных сосудов, в надкостнице, подкожной клетчатке и т.д.; особенно много их в кистях рук и подошвах ног. Различные устройства, преобразующие слуховые и зрительные сигналы в механические колебания, позволяют людям, лишённым слуха или зрения, за счёт В. «ч.» увеличивать объём воспринимаемой ими из окружающей среды информации. См. также Вибрация .

  Лит.:Джелдард Ф., Кожные системы связи, в кн.: Теория связи в сенсорных системах, пер. с англ., М., 1964.

В  Рђ. РЎ. РњРёСЂРєРёРЅ.

Вибрационные спектры

Вибрацио'нные спе'ктры,колебательные спектры, молекулярные спектры , обусловленные колебанием атомов в молекулах.

Вибрационный гироскоп

Вибрацио'нный гироско'п,прибор для определения угловой скорости объекта, содержащий реагирующие на вращение объекта вибрирующие детали. Различают В. г. стержневого и роторного типа. У В. г. стержневого типа чувствительным элементом являются некоторые вибрирующие массы, например стержни, подобные ветвям камертона.

  Один из В. г. стержневого типа, получивший практическое применение, называется гиротроном. Его чувствительным элементом (см. рис. ) является вибратор, состоящий из стержней 1, упругого торсиона 2, связывающего стержни с основанием 3вибратора, пластинки 4, жестко скрепленной с торсионом и перемещающейся в поле катушек 5, укрепленных на основании 3. Ветви вибратора-камертона с помощью специальной электрической. схемы приводятся в колебательное движение. Если при этом объект вместе с основанием 3вибратора поворачивается вокруг оси Oz с угловой скоростью w _V, то возникает момент Кориолиса сил инерции, вызывающий крутильные колебания вибратора вокруг оси Oz. При этом пластинка 4колеблется между катушками 5; амплитуда колебаний пропорциональна угловой скорости w _V. Значение w _Vснимают с катушек 5с помощью радиотехнических методов. Прибор обладает рядом достоинств: отсутствие карданова подвеса, вращающихся и трущихся частей; наличие одной оси чувствительности; линейность показаний; высокая надёжность и др.

  Принцип работы роторного В. г. аналогичен, но вместо стержней и пластин вибрирующим элементом является вращающийся ротор с упругим подвесом. Однако создание В. г. сопряжено с рядом технических трудностей. Возможности применения В. г. весьма разнообразны. Наиболее просто прибор используется в качестве измерителя угловой скорости объекта. В. г. могут также найти применение в системах гироскопической стабилизации, в инерциальных навигационных системах и др. областях гироскопической техники.

  А. Ю. �шлинский, С. С. Ривкин.

Чувствительный элемент (вибратор) гиротрона.

Вибрационный регулятор

Вибрацио'нный регуля'тор,регулирующее устройство, исполнительный элемент которого находится в режиме непрерывных колебаний (вибраций) с периодом, значительно меньшим постоянной времени объекта регулирования. Системы с В. р. различаются по характеру колебательного режима исполнительного элемента. В простейшем случае - это автоколебательный режим самой системы регулирования. В. р. просты по конструкции, компактны и широко применяются в установках, в которых допускаются небольшие колебания около среднего значения регулируемой величины.

  Наиболее распространённый В. р. - регулятор напряжения, содержащий электромагнитное реле с большим коэффициентом возврата ( рис. ). Катушка реле Рвключена на напряжение генератора Г. Если напряжение генератора ниже заданного, то нормально замкнутые контакты рреле шунтируют сопротивление Rв цепи обмотки возбуждения B,в результате чего напряжение начинает возрастать. Когда оно достигает определённого значения, реле срабатывает, его контакты размыкаются и напряжение начинает уменьшаться. Это приводит к отпусканию реле, контакты которого вновь размыкаются, и весь процесс повторяется. Напряжение генератора с некоторой частотой пульсирует вблизи заданного среднего значения. Такие В. р. используются для генераторов небольшой мощности, например, автомобильных и авиационных.

  Уставка В. р. зависит от натяжения пружины реле, размера зазора магнитной системы или от электрического сопротивления в цепи катушки.

  Колебательный режим исполнительного элемента В. р. может создаваться также посторонним устройством, не зависящим от регулируемого объекта.

  Лит.:Основы автоматического регулирования. Теория, под ред. В. В. Солодовникова, М., 1954; Цыпкин Я. З., Теория релейных систем автоматического регулирования, М., 1955.

Схема простейшего вибрационного регулятора напряжения.

Вибрационный стенд

Вибрацио'нный стенд,вибрационная испытательная или калибровочная машина, к рабочей платформе которой прикрепляются изделия для вибрационных испытаний или датчики виброизмерительной аппаратуры, подвергаемой калибровке (тарированию). Существуют В. с. универсальные и специального назначения. Амплитуду и частоту колебаний платформы универсального В. с. можно плавно изменять в определённом диапазоне, в некоторых случаях автоматическим программным устройством. Наиболее распространены однокомпонентные В. с. с прямолинейными колебаниями платформы, перпендикулярными её поверхности. Нередко В. с. снабжаются устройством для наклона платформы к горизонту от 0 до 90°. Применяют также ударные и ударно-вибрационные стенды, колебания рабочей платформы которых сопровождаются ударами. К основным типам В. с. относятся механические, гидравлические, электродинамические, магнитострикционные (см. Магнитострикция ) и пьезоэлектрические (см. Пьезоэлектричество ). Механические В. с. обычно имеют кулачковый (например, ударные стенды), кривошипно-шатунный (с жёстким или упругим шатуном) или центробежный вибрационный привод. �х частотные диапазоны обычно лежат в интервале от 0 до 300 гц. Грузоподъёмность гидравлических В. с., как правило, от 100 кгдо 100 т, частотный диапазон - от 0 до 100 гц, электродинамических В. с. соответственно от 10 до 100 кги от 5 гцдо 10 кгц. Электродинамические В. с. большой грузоподъёмности очень громоздки и энергоёмки, требуют мощного усилителя и системы охлаждения. Магнитострикционные и пьезоэлектрические В. с. работают при частотах до 100 кгц. Они имеют небольшую грузоподъёмность и используются обычно в качестве калибровочных наряду с механическими и электродинамическими.

  �зделия испытывают на вибропрочность и виброустойчивость для выявления правильного функционирования проверяемого устройства под действием вибрации, для определения искажений в испытуемой аппаратуре или погрешностей показаний приборов.

  К калибровочным (тарировочным) В. с. предъявляются повышенные требования точности воспроизведения задаваемой вибрации, например для синусоидальной вибрации - высокая точность задаваемой амплитуды и частоты и весьма малая загрязнённость высшими и низшими гармониками (см.