рабочего инструмента, изменяя тем самым свойства жидкой среды. При напряжении 800 В резонансная частота колебательной системы достигает своего максимального значения 22800 Гц и соответствует резонансной частоте колебательной системы в воздушной среде. При дальнейшем увеличении напряжения резонансная частота колебательной системы остается постоянной. Это свидетельствует о том, что при напряжении 800 В, в обрабатываемой водной среде устанавливается режим развитой кавитации, который характеризуется устойчивым кавитационным облаком в области излучателя.

3. Наличие статического давления в водной среде сдвигает порог возникновения кавитации в область больших амплитуд механических колебаний. Отсутствие кавитации при обработке воды под статическим давлением 7 атм. свидетельствует о том, что жидкость, находящаяся в непосредственной близости от излучающей поверхности не меняет своих физических свойств и соответственно величина эквивалентной присоединенной массы не меняет своего значения. Это подтверждается постоянством резонансной частоты колебательной системы при увеличении напряжения на ее пьезокерамических элементах. Следует отметить, что резонансные частоты при обработке водных сред при нормальном и избыточном давлениях на малых напряжениях питания (при отсутствии кавитации в обоих случаях) равны друг другу.

Исследованные технологические среды представляют собой крайние случаи (воздух, вода - жидкость, обладающая максимальным кавитирующим эффектом, вода под давлением, исключающая зарождение кавитации).

Рассмотренные зависимости могут быть дополнены данными, полученными на других средах и при аналогичных условиях ультразвукового воздействия, представленные на рисунке рисунок 4.б.

Из зависимостей, представленных на рисунке 4.б следует, что при излучении в ацетон кавитация начинает развиваться при меньших, чем для воды и масла, питающих напряжениях, не превышающих 550-600 В.

Кроме того, подобные измерения были проведены при излучении в водную среду с использованием грибовидных рабочих инструментов диаметрам 30мм, 35мм и 40мм. Измерения показали, что с увеличением диаметра рабочего инструмента (30мм, 35мм, 40мм) диапазоны изменения резонансной частоты колебательной системы по мере развития в среде развитой кавитации составили 1700 Гц, 2300 Гц и 3072 Гц соответственно.

На рисунке 5. а представлены зависимости амплитуды тока на резонансе в механической ветви УЗКС с грибовидным инструментом от напряжения на ее пьезокерамических элементах полученные в различных средах.

а)б)

Рисунок 5 - Зависимость амплитуды тока механической ветви УЗКС на резонансной частоте и ее электрической добротностина от напряжения питания УЗКС.

Из зависимостей, представленных на рисунке 5.а следует, что зависимости тока механической ветви колебательной системы при обработке различных технологических сред имеют разный характер. Это, как было показано выше, обусловлено различными волновыми сопротивлениями обрабатываемых технологических сред. Вместе с тем при использовании грибовидного рабочего инструмента, наблюдается существенное отличие (в сравнении с подобными экспериментами, проведенными с цилиндрическими рабочими инструментами) амплитуды тока механической ветви при одном и том же напряжении питания колебательной системы. Это обусловлено тем, что грибовидный рабочий инструмент диаметром 25 мм имеет большую поверхность акустического контакта с обрабатываемой средой (8 см2), что в пять раз больше чем поверхность акустического контакта цилиндрического инструмента. В связи с этим, изменение технологической среды (изменение импеданса присоединяемой нагрузки) при использовании инструментов с развитой поверхностью акустического контакта оказывает большее влияние на электрический импеданс ультразвуковой колебательной системы.

Поскольку грибовидные инструменты широко используются на практике и при их использовании параметры обрабатываемых сред оказывают заметное влияние на электрические параметры колебательных систем, то для случая использования грибовидного рабочего окончания с диаметром 25 мм были получены дополнительные зависимости электрической добротности колебательной системы в зависимости от напряжения на ее пьезокерамических элементах, представленные на рисунке 5.б.

Зависимости иллюстрируют увеличение электрической добротности колебательной системы при обработке различных технологических сред, т. е. для различных технологических сред кривые имеют разный характер. С развитием кавитации, механическая добротность колебательных систем увеличивается и приближается к механической добротности той же колебательной системы при ее работе в воздушной среде. Изменение электрической добротности колебательной системы соответствует изменению механической добротности колебательной системы, что объясняется электромеханическими аналогиями между механическими и эквивалентными электрическими параметрами колебательной системы.

Крутизна кривой, при обработке ацетона, объясняется слабой прочностью на разрыв этой технологической среды. При этом электрическая добротность колебательной системы, достигает значения добротности этой же колебательной системы в воздушной среде при напряжениях питания колебательной системы 500 В.

Более стойким к разрывным напряжениям являются вода и масло. Напряжения, при котором электрическая добротность колебательной системы приближается к ее добротности в воздушной среде, при обработке воды и масла, составляют 700 и 800 вольт соответственно.

5. Заключение

В результате проведенных экспериментальных исследований влияния обрабатываемых технологических сред на электрические параметры колебательных систем, определения диапазонов влияния и анализа полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1.Для повышения эффективности технологических процессов в различных жидких и жидко - дисперсных средах необходимо непрерывно осуществлять перестройку электрических параметров ультразвуковых электронных генераторов (амплитуда и частота напряжения питания колебательных систем) в соответствии со всеми возможными изменениями электрических параметров ультразвуковых колебательных систем (ток механической ветви, резонансная частота, электрическая добротность), обусловленными изменениями параметров обрабатываемых УЗ колебаниями технологических сред.

2.Увеличение вводимой в технологические среды энергии УЗ колебаний за счет увеличения излучающей поверхности рабочих инструментов (например грибовидной формы) усиливает взаимосвязь параметров обрабатываемых сред с электрическими параметрами

ультразвуковых колебательных систем и расширяет диапазоны необходимой перестройки параметров электронных генераторов.

3. Повышение эффективности технологических процессов возможно путем реализации и контроля режима развитой кавитации в обрабатываемых средах. Реализация режима развитой кавитации осуществляется за счет контроля влияния реактивной эквивалентной массы присоединенного объема жидкой среды, непосредственно контактирующего с излучающей поверхностью рабочего инструмента, что приводит к изменению резонансной частоты ультразвуковой колебательной системы.

Литература.

1.Барсуков Р.В., Хмелев В.Н., Цыганок С.Н. , Сливин А.Н., Шалунов А.В. Исследование влияния кавитирующих сред на работу электронного генератора УЗ аппаратов. Межвузовский сборник «измерения, автоматизация и моделирование в промышленных и научных исследованиях». - Бийск: АлтГТУ, 2003. - с.216-226.

2.Барсуков Р. В., Хмелев В. Н., Шутов В. В. Измеритель электрических параметров ультразвуковых колебательных систем. Сборник тезисов докладов 55-ой научно-технической конференции студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава АлтГТУ им. И. И. Ползунова «Научно-техническое творчество студентов», в 2-х частях, ч.1. - Барнаул: АлтГТУ, 1997. - с.133.

3.Барсуков Р.В., Хмелев В.Н., Князев А.В.. Измерительный комплекс для изучения работы ультразвуковых колебательных систем. Материалы межвузовской научно-практической конференции «Наука и образование: проблемы и перспективы». - Бийск: АлтГТУ, 1999. -

с.10-12.