Ультразвуковые колебательные системы технологического оборудования. Классификация колебательных систем» МИНСК, 2008 Ультразвуковая колебательная система (УЗКС) предназначена для преобразования электрической энергии в акустическую и передачи ее ультразвуковому инструменту или технологической среде.Типичная УЗКС система показана на рис. 1. Колебательная система работающая в режиме продольных колебаний. Рисунок 1. Колебательная система в режиме продольных колебаний 1 - преобразователь; 2 - корпус; 3 - опора; 4 - концентратор; 5 - инструмент; 6 - звукопоглащатель; 7 уплотнение; 8 охлаждающая жидкость.
Она состоит из преобразователя 1, трансформатора 4, инструмента 5 и поглотителя звуковых колебаний 6. Опоры 3 служат для крепления корпуса 2 и всего узла в составе технологической установки. Жидкость 8 охлаждает систему при ее нагреве.Герметизация охлаждаемого объема осуществляется уплотнением 7. В колебательной системе любой конструкции всегда присутствует активный и пассивный элемент. Активный элемент системы, УЗ преобразователь предназначен для непосредственного преобразования энергии электрических колебаний в энергию механических колебаний.
По принципу работы преобразователи бывают: электродинамические, электростатические, пьезоэлектрические, электромагнитные, магнитострикционные. Наибольшее распространение получили магнитострикционные и пьезоэлектрические.Они позволяют достаточно эффективно преобразовывать и излучать в нагрузку большие плотности акустической энергии.
Пассивный элемент системы выполняет одну или несколько из следующих функций 1. Трансформация амплитуд; 2. Согласование механического сопротивления внешней нагрузки (инструмента, технологической среды) с внутренним сопротивлением активного элемента. 3. Крепление колебательной системы в технологической машине. 4. Связь колебательной системы с инструментом. 5. Создание УЗ поля в технологической среде (например, в моющей жидкости), технологическом устройстве корпуса ванны, обрабатываемом объекте (расплаве металла). В зависимости от выполняемой функции пассивный элемент может называться волноводом (ф.2,3), трансформатором амплитуд или концентратором (ф.1,2,3) или излучателем (ф.3,5). Иногда пассивный элемент выполняет функцию преобразования колебаний: например, продольных в изгибные, продольных в крутильные и т.д. Активный и пассивный элементы жестко соединяются между собой.
Причем это соединение может быть как разъемным, так и не разъемным.
Параметры колебательных систем. 1. Резонансная частота (f0) - частота на которой достигаются наибольшие значения колебательных смещений и скоростей. На резонансной частоте достигается наилучшее согласование всех элементов системы. Система может иметь несколько резонансных частот.Для каждой резонансной частоты характерна своя форма колебаний и геометрическое распределение стоячей волны (изгибные, крутильные, продольные, комбинированные и т.д.) Добротность Q - отношение накопленной в резонансной системе энергии к потерям ее за одни период.
Добротность характеризует крутизну и вид АЧХ, ширину полосы рабочих частот колебательной системы. Обычно добротность определяют экспериментально. Для этого снимают экспериментальную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) и вычисляют по формуле.