:эню Hi!* :uw mi* ::mw ini«zwi* nam r.Hiиом> iliJO HJtt> ibuo ibSM иле iistc iJMO ли» f, Hi

a)6)

в)

Рисунок 2 - Частотные характеристики электрических параметров ультразвуковой

колебательной системы.

Зависимость тока механической ветви колебательной системы от частоты электронного генератора получена путем вычитания емкостного тока, протекающего по электрической емкости С (смотри рисунок 1) из тока, потребляемого колебательной системой от электронного генератора (емкость С при проведении экспериментов выбирается равной электрической емкости пьезокерамических элементов ультразвуковой колебательной системы).

Из рисунка 2.а следует, что частотная характеристика тока, потребляемого колебательной системой от электронного генератора, не отражает резонансных свойств колебательной системы, в то время как характеристики тока механической ветви (рисунок 2.б) и напряжения на пьезокерамических элементах колебательной системы (рисунок 2.в) явно отражают резонансный характер работы ультразвуковой колебательной системы. В связи с этим был проведен анализ только частотных характеристик тока механической ветви колебательной системы.

Анализ характера зависимостей, полученных для различных технологических сред при использовании разных рабочих окончаний позволил установить, что при увеличении напряжения на пьезокерамических элементах колебательной системы увеличивается не только амплитуда механических колебаний на резонансной частоте, но и происходит так же смещение резонансной частоты. Траектория движения точки, соответствующей резонансной частоте колебательной системы по координатной плоскости при увеличении напряжения на пьезокерамических элементах индивидуальна для каждой среды и определяется ее свойствами.

Далее представлены результаты обработки и анализа полученных экспериментальных зависимостей (АЧХ) для различных технологических сред (воздушная среда, ацетон, машинное масло, вода при нормальных условиях и избыточном давлении) при использовании цилиндрических рабочих инструментов с различной площадью излучающей поверхности и грибовидных рабочих инструментов с развитой излучающей поверхностью.

На рисунке 3 представлены зависимости тока механической ветви и резонансной частоты колебательной системы от напряжения на пьезокерамических элементах ультразвуковой

о ш

>s о

о ш

S X

го

X

го 5

О

1600 п 1400 1200 -

1000

800

600 400 200 0

0 200 400

Напряжение U,B

600

22750 * 22700

го

3"

22650 22600 22550 22500

500 1000

Напряжения U, В

1500

а)б)

Рисунок 3 - Зависимости тока механической ветви и резонансной частоты колебательной системы от напряжения на пьезокерамических элементах ультразвуковой колебательной системы при использовании цилиндрических инструментов.

0

Из полученных зависимостей следует (рисунок 3.а), что ток механической ветви ультразвуковой колебательной системы практически линейно зависит от напряжения на ее пьезокерамических элементах. Различный угол наклона кривых обусловлен тем, что обрабатываемые среды имеют различный импеданс. Большая амплитуда механических колебаний (амплитуда тока механической ветви) достигается в воздушной среде (самый малый импеданс), затем в ацетоне, затем в воде и в масле (самый большой импеданс) при прочих равных условиях (одинаковом напряжении на пьезокерамических элементах).

Небольшая разница в амплитудах тока механической ветви при обработке различных технологических сред с использованием цилиндрических рабочих инструментов связана с тем, площадь излучения имеет относительно малое значение, равное 1.7 см . Очевидно, что чем меньше площадь акустического контакта с обрабатываемой средой, тем меньше ее влияние на механические и электрические параметры колебательных систем. Тем не менее, видно, что различные технологические среды при использовании цилиндрических рабочих инструментов, оказывают влияние на величину тока механической ветви.

Кривые, представленные на рисунке 3.б, иллюстрируют изменение резонансной частоты по мере увеличения тока механической ветви (колебательной скорости) колебательной системы.

Как было сказано выше, в связи с малой площадью акустического контакта колебательной системы с обрабатываемыми средами, импеданс колебательной системы при обработке различных технологических сред меняется не существенно. Именно по этой причине во всех технологических средах изменение резонансной частоты колебательной системы происходит практически в одинаковых пределах и изменяется по одному и тому же закону.

Работа генератора в случае использования рабочих окончаний с малой площадью излучений, при обработке рассмотренных выше технологических сред, должна обеспечивать перестройку частоты в пределах не менее 0.2 кГц.

Аналогичные кривые, были получены для рабочих инструментов с увеличенной поверхностью излучения, т. е. рабочих инструментов, близких к цилиндрическим, но имеющим скошенную под углом 300 торцевую излучающую поверхность. Однако зависимости, характеризующие изменение амплитуды тока механической ветви незначительно отличаются от аналогичных зависимостей полученных для цилиндрического окончания. Это обусловлено тем,

колебательной системы при использовании цилиндрического инструмента и осуществлении ультразвукового излучения в различные технологические среды.

22900 22800 22700

га"

е

о га

22200 22100 22000

22800 22700 4

22600

if 22500

22400

22300

22200 22100 22000

о га з-

5001000

Напряжение U, В

1500

0

500 1000

Напряжение U, В

1500

а)б)

Рисунок 4 - Зависимость резонансной частоты УЗКС с грибовидным рабочим окончанием от напряжения ее питания:

а) воздушная среда, водная среда, водная среда под избыточным давлением 7

атм.

б) воздушная среда, ацетон, водная среда, машинное масло.

0

Анализ приведенных зависимостей свидетельствует о следующих процессах.

1.Изменение (незначительное уменьшение) резонансной частоты в воздушной среде при использовании грибовидных рабочих инструментов так же имеет место, как и при использовании цилиндрических рабочих инструментов. Изменение резонансной частоты при работе колебательной системы в воздушной среде лежит в диапазоне 22790 Гц - 22825 Гц.

2.При введении ультразвуковых колебаний в водную среду, при нормальных условиях наблюдается резкое увеличение резонансной частоты, диапазон изменения которой лежит в пределах от 22100 Гц до 22800 Гц. При использовании инструментов с грибовидным рабочим окончанием диаметром 25 мм, окружающая его водная среда представляет для ультразвуковой колебательной системы достаточно большую присоединенную массу, что снижает резонансную частоту колебательной системы до значения 22100 Гц. По мере увеличения амплитуды колебаний (при увеличении напряжения на пьезокерамических элементах колебательной системы) в воде начинает возникать кавитация, что связано, прежде всего, с появлением кавитационных пузырьков, которые разрыхляют водную среду в непосредственной близости

что площадь излучения усеченного под углом 300 цилиндра, всего в 1.3 раза больше площади основания цилиндрического окончания, что так же не существенно влияет на величину тока механической ветви.

Для срезанного рабочего инструмента резонансная частота выросла, что связано с меньшей массой присоединяемого инструмента в виде усеченного цилиндра, в то время как диапазон изменения резонансной частоты не изменился. Работа генератора в случае использования рабочих окончаний в виде цилиндра со скошенной поверхностью, при обработке рассмотренных выше технологических сред, как и для случая с цилиндрическим рабочим инструментом, должна обеспечивать перестройку частоты в пределах не менее 0.2 кГц.

Наиболее эффективным способом увеличения вводимой в жидкие технологические среды ультразвуковой энергии является увеличение площади излучения при помощи грибовидных рабочих инструментов, совершающих поршневые колебания.

На рисунке 4 представлены зависимости резонансной частоты колебательной системы с грибовидным рабочим инструментом при излучении в воздушную среду, в воду при нормальных условиях, водную среду под статическим давлением 7 атм., ацетон и машинное масло.