Ուլտրաձայնային թրթռումների կոնցենտրատորներ և ալիքատարներ: Ուլտրաձայնային միկրոեռակցման տեղադրման համար կոնցենտրատորների հաշվարկ: Արհեստական ​​լուսավորության հաշվարկ

ԱՇԽԱՏԱՆՔ թիվ 3

Նպատակը:

ալիքատարների` նյութերի ուլտրաձայնային մշակման համար կոնցենտրատորների օպտիմալ ձևի որոշում և պարամետրերի և երկրաչափական չափերի հաշվարկ:

Տեսական դրույթներ

Նյութի դաս	Ալիքագծի մուտքի վերջի տրամագիծը D (մմ)	Ալիքի ելքի վերջի տրամագիծը d (մմ)	Ռեզոնանսի երկարությունը Լ	Հանգույցային հարթություն X 0	Ձեռք բերել K y	Ռեզոնանսային հաճախականություն (ԿՀց)

Գործնական մաս.

Քայլ ալիքատարի հաշվարկ.

f-ը ռեզոնանսային հաճախականությունն է:

V-ն ձայնի արագությունն է:

X 0 \u003d L / 2; X 0 - հանգույցի հարթության դիրքը - ալիքատարի ամրացման վայրը

K y \u003d N 2 \u003d (D / d) 2, որտեղ D և d-ն ալիքատարի մուտքային և ելքային ծայրերի տրամագծերն են

Պողպատ՝ V= 5100

Տիտանի՝ V= 5072

Լուծում:

L 1 \u003d 5200/2 * 27 \u003d 5100 / 54 \u003d 94,4 (մմ)

L 2 \u003d 5200 / 54 \u003d 96,2 (մմ)

L 3 \u003d 5072 / 54 \u003d 93,9 (մմ)

X 01 =94,4/2 =47,2 (մմ)

X 02=96,2/2=48,1 (մմ)

X 03 =93,9/2=46,9 (մմ)

K y \u003d (1.2) 2 \u003d 1.4

Եզրակացություն:

Այս աշխատանքում մենք ծանոթացանք ուլտրաձայնային կոնցենտրատորի՝ աստիճանավոր ալիքատարով։ Ալիքի ուղեցույցը հաշվարկվել է՝ լուծելով դիֆերենցիալ հավասարում, որը նկարագրում է տատանողական գործընթացը՝ պայմանով, որ տատանումները ներդաշնակ բնույթ ունեն։ Աշխատանքի ընթացքում հայտնաբերվել են ալիքատարի մուտքային և ելքային ծայրերի տրամագծերը։ Ազդանշանի ուժեղացման գործակիցը կախված է դրա տրամագծերից:

Աշխատանք թիվ 4

Ալիքի ուղղիչներ - խտացուցիչներ - ուլտրաձայնային հաճախականության մեխանիկական էներգիայի հաղորդիչներ նյութերի մշակման գոտի

Նպատակը:

Օպտիմալ ձևի որոշում և նյութերի ուլտրաձայնային մշակման համար ալիքատար-խտարարների պարամետրերի և երկրաչափական չափերի հաշվարկ:

Տեսական դրույթներ

Ուլտրաձայնային թրթռումների էներգիայի մուտքագրումը մշակվող նյութի մեջ իրականացվում է ալիքատար-գործիքային համալիրով։ Նյութի հետ փոխազդեցության մեխանիզմները քննարկվում են ստորև՝ հաջորդ բաժնում: Այս բաժնում քննարկվում են ալիքատարների ամենատարածված ձևերը և գործիքների տեսակները հաշվարկելու բնորոշ մեթոդները, որոնք օգտագործվում են եռակցված հոդերի մշակման համար:

Ալիքատարների հատկությունները բնութագրող մի շարք պարամետրերից ամենակարևորն են թրթռման արագությունը, լարումը և հզորությունը, որոնք գործիքը կարողանում է փոխանցել մշակման գոտի: Ըստ պարզեցված սխեմայի, թրթռման արագության ամպլիտուդի որոշակի արժեքի համար ալիքատարի հաշվարկը կրճատվում է մինչև որոշելու նրա ռեզոնանսային երկարությունը, մուտքային և ելքային տարածքները և դրա ամրացման վայրը:

Տատանումների գործընթացը նկարագրող դիֆերենցիալ հավասարման լուծումներից ալիքների հաշվարկման բանաձևը պայմանով, որ տատանումները ներդաշնակ են, ալիքի ճակատը հարթ է, և ալիքը տարածվում է միայն ալիքատարի առանցքի երկայնքով առանց կորստի:

Լաբորատոր սարքավորումներ և գործիքներ

Լաբորատոր սեմինար անցկացնելիս՝ ուսանողներին սարքավորումներին ծանոթացնելու և ուսանողների կողմից ուլտրաձայնային սարքի շահագործման սկզբունքը ավելի լավ հասկանալու համար, լաբորատոր ստենդներն ունեն տարբեր ձևերի և հզորությունների փոխարկիչներով օգտագործվող տարբեր ալիքատարների (հանգույցների) լայն ընտրանի:

Հասանելի ալիքատարները ներկայացնում են 4 ամենատարածված ձևերի խումբը և պատրաստված են ակուստիկորեն թափանցիկ նյութերից և ունեն անհրաժեշտ ուժային հատկանիշներ:

Նյութի ընկալման հեշտության համար ալիքատարները պատրաստվում են վրան ամրացված աշխատանքային գործիքով՝ ծայրով և առանց դրա։

Գործնական մաս.

Կոնաձեւ ալիքատարի հաշվարկ

L= λ /2 * kl/ , որտեղ kl հավասարման արմատներն են

tgkl = kl/1 + (kl) 2 N(1-N) 2

2П / λ = k – ալիքի համար

X 0 \u003d 1 / k * arctg (kl / a), որտեղ a \u003d 1 / N-1

K y \u003d √1+ (2P * 1 / λ) 2

Լուծում:

l = 94,4; λ = 94, 4 * 2= 188, 8

K=2*3.14/188.8=0.03

Kl = 0,03 * 94,4 = 2,8

tgkl = 2,8 / 1+ (2,8) 2 * 1,2 (1-1,2) 2 = 2

a \u003d 1 / 1.2-1 \u003d 5

X 0 \u003d 1 / 0.03 * arctg (2.8 / 5) \u003d 0.3

K y \u003d √1 + (2 * 3.14 * 1 / 188.8) 2 \u003d 1

Եզրակացություն:

Այս աշխատանքում մենք ծանոթացանք ուլտրաձայնային կոնցենտրատորի հետ՝ կոնաձև ալիքատարով։ Ալիքի ուղեցույցը հաշվարկվել է՝ լուծելով տատանողական գործընթացը նկարագրող դիֆերենցիալ հավասարումը, պայմանով, որ տատանումները իրենց բնույթով ներդաշնակ են։ Աշխատանքի ընթացքում հայտնաբերվել են ալիքատարի մուտքային և ելքային ծայրերի տրամագծերը։ Ազդանշանի ուժեղացման գործակիցը կախված է դրա տրամագծերից:

Այս ալիքատարները լայնորեն օգտագործվում են մետաղական կոնստրուկցիաների մշակման համար եռակցված հոդերի վայրերում, ուստի շատ կարևոր է ճիշտ հաշվարկել գործիքի պարամետրերը ցանկալի ազդանշանի հաճախականությունը փոխանցելու համար:

Ուլտրաձայնային թրթռումները փոխարկիչից դեպի աշխատանքային գործիք կամ ուլտրաձայնային կայանքներում աշխատանքային միջավայր փոխանցելու համար օգտագործվում են կոնցենտրատորներ և ալիքատարներ. վերջիններս ունեն մշտական ​​կտրվածքի մակերես և գլանաձև տեսք։

Ալիքի ալիքները օգտագործվում են այն դեպքում, երբ կարիք չկա մեծացնել փոխարկիչի տատանումների ամպլիտուդը։ Հաբերը արագության տրանսֆորմատորներ են; նրանք ունեն փոփոխական լայնական հատվածի տարածք, ավելի հաճախ՝ գլանաձև։ Այս խաչմերուկի շնորհիվ նրանք փոխակերպում են ցածր ամպլիտուդային ուլտրաձայնային թրթռումները, որոնք հաղորդում է փոխարկիչը և կենտրոնանում դրա մուտքային ծայրում, ելքային վերջում ավելի մեծ ամպլիտուդով թրթռումների: Վերջիններս զեկուցվում են ուլտրաձայնային բլոկի աշխատանքային մարմնին (գործիքին): Ամպլիտուդայի ուժեղացումն առաջանում է հարստացուցիչ սարքի մուտքային և ելքային ծայրերի տարածքների տարբերության պատճառով. ավելի շատ տարածքերկրորդ.

Ալիքի ուղղորդիչները և կենտրոնացնող սարքերը պետք է լինեն ռեզոնանսային, այսինքն՝ դրանց երկարությունը պետք է լինի կիսաալիքների ամբողջ թվի բազմապատիկ (λ/2): Այս պայմանով լավագույն հնարավորություններ են ստեղծվում դրանք հոսանքի աղբյուրի, ամբողջ տատանողական համակարգի և դրանց կցված զանգվածի (աշխատանքային գործիքի) հետ համապատասխանեցնելու համար։

Բրինձ. 14. Կիսալիքի երկարությամբ խտացուցիչներ

Ուլտրաձայնային եղանակով տեխնոլոգիական տեղակայանքներԱռավել լայնորեն կիրառվում են էքսպոնենցիալ (նկ. 14, ա), կոնաձև (նկ. 14, բ) և աստիճանավոր խտացուցիչներ։ Վերջիններս կատարվում են եզրով (նկ. 14, գ) կամ առանց դրա (նկ. 14, դ): Կան նաև ֆլանզով կոնաձև խտացուցիչներ (օրինակ՝ PMS-15A-18 տիպի փոխարկիչում), ինչպես նաև համակցված խտացուցիչներ, որոնցում քայլերը տարբեր ձևի են։

Կոնցենտրատորները և ալիքատարները կարող են լինել տատանվող համակարգի անբաժանելի մասը կամ դրա փոխարինելի տարրը: Առաջին դեպքում դրանք ուղղակիորեն զոդվում են փոխարկիչին: Փոխարինելի հանգույցները միացված են տատանողական համակարգին (օրինակ՝ ադապտեր ֆլանզով) թելի միջոցով։

Խտացուցիչների համար խաչմերուկի տարածքը փոխվում է որոշակի օրինաչափության համաձայն: Նրանց հիմնական բնութագիրը տեսական շահույթն է K, որը ցույց է տալիս, թե քանի անգամ է նրա ելքային ծայրի տատանման ամպլիտուդը մեծ, քան մուտքային ծայրի առատությունը։ Այս գործակիցը կախված է հարստացուցիչ սարքի մուտքի D1 և ելքային D2 ծայրերի տրամագծերի N հարաբերակցությունից՝ N=D1/D2։

Ամենաբարձր ամպլիտուդային շահույթը N-ի նույն արժեքի համար ապահովվում է աստիճանավոր խտացուցիչով: Նա ունի K=N2: Դրանով է բացատրվում տարբեր ուլտրաձայնային սարքերում ստեպ տիպի կոնցենտրատորների համատարած օգտագործումը: Բացի այդ, այս խտացուցիչներն ավելի հեշտ են արտադրվում, քան մյուսները, ինչը երբեմն ամենակարևոր պայմանն է ուլտրաձայնային մշակման հաջող կիրառման համար: Աստիճանային հարստացուցիչի հաշվարկը շատ ավելի պարզ է, քան մյուս տեսակի հարստացուցիչները:

Աստիճանային հարստացուցիչ սարքի ամպլիտուդային ուժեղացման գործակցի արժեքը հաշվի է առնվում կողային թրթռումների հնարավորության կանխարգելումը, որը նկատվում է ուժեղացման բարձր գործակիցների դեպքում (K> 8...10), ինչպես նաև դրա ամրության տվյալները։ Գործնականում ենթադրվում է, որ աստիճանական հանգույցի շահումը չորսից վեց է:

lp աստիճանավոր համակենտրոնացման ռեզոնանսային երկարությունը որոշվում է lp=a/2=C/2f արտահայտությունից, որտեղ X-ը հաստատուն խաչմերուկի ձողի ալիքի երկարությունն է՝ սմ; С - երկայնական ալիքի արագություն (պողպատի համար С=5100 մ/վ); f - ռեզոնանսային հաճախականություն, Հց.

Էլեկտրական էլեկտրոնիկայի համար SPP-ում մետաղալարերի տեղադրման ժամանակ հիմնականում օգտագործվում է UZS-ը: Միկրոեռակցման այս մեթոդով գործընթացի հիմնական պարամետրերն են. Եռակցված տարրերի սեղմման ուժը; ուլտրաձայնային թրթռումների ընդգրկման տևողությունը (եռակցման ժամանակը):

USS մեթոդի էությունը կայանում է նրանում, որ միացվող տարրերի միջերեսի վրա շփման առաջացումը տեղի է ունենում օքսիդի և ներծծվող թաղանթների ոչնչացման, ֆիզիկական շփման ձևավորման և միացման մասերի միջև առգրավման կենտրոնների զարգացման մեջ:

Ուլտրաձայնային կոնցենտրատորը միկրոեռակցման կայանքների տատանողական համակարգերի հիմնական տարրերից է: Կոնցենտրատորները պատրաստված են ձողային համակարգերի տեսքով սահուն փոփոխվող խաչմերուկով, քանի որ փոխարկիչի ճառագայթման տարածքը միշտ շատ ավելի մեծ է, քան տարածքը: եռակցված համատեղ. Խտացուցիչը միացված է փոխարկիչին մեծ մուտքային խաչմերուկով, իսկ ավելի փոքր ելքային խաչմերուկին կցվում է ուլտրաձայնային գործիք: Կոնցենտրատորի նպատակը ուլտրաձայնային թրթռումների փոխանցումն է փոխարկիչից ուլտրաձայնային գործիք նվազագույն կորուստև ամենաարդյունավետը:

Հայտնի է ուլտրաձայնային տեխնոլոգիայի մեջ մեծ թվովհամակենտրոնացման տեսակները. Առավել լայնորեն կիրառվում են հետևյալները՝ աստիճանավոր, էքսպոնենցիալ, կոնաձև, կատենոիդ և «գլան-կատենոիդ» տիպի կոնցենտրատոր։ Տեղակայանքների տատանողական համակարգերում հաճախ օգտագործվում են կոնաձև խտացուցիչներ։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ դրանք հեշտ է հաշվարկել և արտադրել: Այնուամենայնիվ, վերը թվարկված հինգ հանգույցներից կոնաձևն ունի ամենաբարձր կորուստները ներքին շփման պատճառով, ցրում է ամենաշատ հզորությունը և, հետևաբար, ավելի շատ տաքանում: Միևնույն K y-ի համար մուտքի և ելքի տրամագծերի հարաբերակցության ամենափոքր արժեք ունեցող խտացուցիչներն ունեն լավագույն կայունությունը: Ցանկալի է նաեւ, որ դրա «կես ալիքի» երկարությունը լինի ամենափոքրը։ Միկրոեռակցման նպատակով խտացուցիչներ 2

Համակենտրոնացման նյութը պետք է ունենա բարձր հոգնածության ուժ, ցածր կորուստներ, լավ զոդվածություն, հեշտ մշակում և լինի համեմատաբար էժան:

Ուլտրաձայնային կոնցենտրատորի հաշվարկը կրճատվում է նրա երկարության, մուտքի և ելքի հատվածների և կողային մակերեսների պրոֆիլի ձևի որոշմամբ: Հաշվարկելիս ներկայացվում են հետևյալ ենթադրությունները. ա) հարթ ալիքը տարածվում է հարստացուցիչի երկայնքով. բ) տատանումները իրենց բնույթով ներդաշնակ են. գ) հանգույցը տատանվում է միայն կենտրոնական գծի երկայնքով. դ) մեխանիկական կորուստները հարստացուցիչ սարքում փոքր են և գծայինորեն կախված են տատանումների ամպլիտուդից (դեֆորմացիա):

Տեսական շահույթ Կ յարտահայտությամբ որոշվում է էքսպոնենցիալ կենտրոնացման տատանումների ամպլիտուդը

որտեղ D0և D1համակենտրոնացման սարքի մուտքի և ելքի հատվածների տրամագծերն են, համապատասխանաբար, մմ; Ն- խտացուցիչի մուտքային հատվածի տրամագծի հարաբերակցությունը ելքին.

Խտացուցիչի երկարությունը հաշվարկվում է բանաձևով

(2)

որտեղ Հետկենտրոնացման նյութում ուլտրաձայնային թրթռումների տարածման արագությունն է, մմ/վ; զ- գործառնական հաճախականություն, Հց.

Հանգույցային ինքնաթիռի դիրքը x 0(որտեղ ալիքատարը կցված է) արտահայտվում է կապով

(3)

Հարստացուցիչ սարքի կատենոիդային մասի պրոֆիլի գեներատրիքսը հաշվարկվում է հավասարմամբ

(4)

որտեղ է գեներատորի ձևի գործակիցը. X– հոսանքի կոորդինատը համակենտրոնացման երկարության երկայնքով, մմ:

Այս աշխատանքում մշակվել է համակարգչային ծրագիր հինգ տեսակի ուլտրաձայնային կոնցենտրատորների պարամետրերը հաշվարկելու համար՝ էքսպոնենցիալ, աստիճանավոր, կոնաձև, կատենոիդային և «գլան-կատենոիդ» կոնցենտրատոր, որն իրականացվել է Pascal-ում (Turbo-Pascal-8.0 կոմպիլյատոր): Հաշվարկների նախնական տվյալներն են՝ մուտքի և ելքի հատվածների տրամագիծը ( D0և D1), գործառնական հաճախականությունը ( զ) և ուլտրաձայնային թրթռումների տարածման արագությունը կենտրոնացնող նյութում (գ): Ծրագիրը թույլ է տալիս հաշվարկել հանգուցային հարթության երկարությունը, դիրքը, ստացումը, ինչպես նաև էքսպոնենցիալ, կատենոիդ և կոնցենտրատոր «գլան-կատենոիդ»-ի համար տրված քայլով գեներատորի ձևը։ Էքսպոնենցիալ կոնցենտրատորի հաշվարկման ալգորիթմի բլոկային դիագրամը ներկայացված է նկ. 6.9.

Հաշվարկի օրինակ.Հաշվե՛ք կիսաալիքային էքսպոնենցիալ խտացուցիչի պարամետրերը, եթե տրված է գործառնական հաճախականությունը զ= 66 կՀց; մուտքի տրամագիծը D0= 18 մմ, ելք D1=6 մմ; համակենտրոնացման նյութ - պողպատ 30KhGSA (Ուլտրաձայնային արագություն նյութում Հետ= 5,2 10 6 մմ/վ):

Համաձայն (1) բանաձևի, մենք որոշում ենք հարստացուցիչի շահույթը:

Բրինձ. 6.9. Էքսպոնենցիալ կոնցենտրատորի հաշվարկման ալգորիթմի կառուցվածքային դիագրամ

Համաձայն (2) և (3) արտահայտությունների՝ հարստացուցիչի երկարությունը , հանգույցային հարթության դիրքը մմ

Համակենտրոնացման պրոֆիլի ձևը հաշվարկելու համար հավասարումը (4) փոխարինումներից հետո ստանում է հետևյալ ձևը.

Հաշվարկներ՝ օգտագործելով էքսպոնենցիալ կոնցենտրատորի գեներատորի պրոֆիլի համակարգչային ծրագիր՝ պարամետրի քայլով X 5 մմ հավասար են աղյուսակում: 6.1. Աղյուսակի համաձայն. 6.1, կառուցված է հանգույցի պրոֆիլ:

Ներդիր 6.1. Համակենտրոնացման պրոֆիլի հաշվարկման տվյալներ

x, մմ
D x, մմ		15,7	13,8		10,6	9,3	8,2	7,2	6,3

Աղյուսակում. 6.2-ը ցույց է տալիս 30KhGSA պողպատից պատրաստված տարբեր տեսակի ուլտրաձայնային կոնցենտրատորների պարամետրերի հաշվարկման արդյունքները (հետ D0= 18 մմ; D1= 6 մմ; զ= 66 կՀց):

Ներդիր 6.2. Ուլտրաձայնային կոնցենտրատորների պարամետրերը

* լ 1և լ 2համապատասխանաբար հարստացուցիչի գլանաձև և կատենոիդ մասերի երկարություններն են։

Գյուտը վերաբերում է ուլտրաձայնային տեխնոլոգիային, մասնավորապես՝ ուլտրաձայնային թրթռացող համակարգերի կառուցվածքներին: Գյուտի տեխնիկական արդյունքն է մեծացնել տատանումների ամպլիտուդը՝ միաժամանակ նվազեցնելով էներգիայի սպառումը, նվազեցնելով ընդհանուր չափերը և քաշը: Ուլտրաձայնային տատանողական համակարգը կազմված է պիեզոէլեկտրական տարրերի փաթեթներից, որոնք տեղակայված են կենտրոնացման մակերևույթի վրա՝ թրթռումներ ձևավորող: Պիեզոէլեկտրական տարրերի փաթեթների վրա կան ռեֆլեկտիվ բարձիկներ, որոնց մակերեսը, հակառակ պիեզոէլեկտրական տարրերին, պատրաստված է տրամագծով հարթ կամ աստիճանաբար փոփոխական։ Հարստացուցիչն ունի կցման կետ և ավարտվում է աշխատանքային գործիքով մակերեսով։ Հարստացուցիչ ֆաբրիկայի ձևավորող և ճառագայթող մակերևույթները խաչմերուկում ունեն նույն երկարության ուղղանկյուն ձև, և դրանց լայնակի չափերի հարաբերակցությունը ընտրվում է հարստացուցիչ սարքի շահույթի տվյալ գործակից ապահովելու պայմանից: Ռեֆլեկտիվ երեսպատման ընդհանուր երկարությունը, պիեզոէլեկտրական տարրերի փաթեթը և խտացուցիչի հատվածը մինչև կցման կետը հավասար է ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության մեկ վեցերորդին: Համակենտրոնացման հատվածի երկարությունը, որի վրա կատարվում է հարթ շառավղային անցում, և ճառագայթող մակերեսին համապատասխան լայնակի չափսով հատվածը, հավասար են ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության մեկ վեցերորդին: 2 հիվանդ.

Գծագրեր ՌԴ արտոնագրի 2284228

Գյուտը վերաբերում է ուլտրաձայնային տեխնոլոգիային, մասնավորապես՝ ուլտրաձայնային տատանողական համակարգերի նախագծմանը և կարող է օգտագործվել տեխնոլոգիական սարքերում, որոնք նախատեսված են հեղուկ և հեղուկով ցրված միջավայրերի մեծ ծավալների մշակման համար՝ ապահովելու, որ մեծ մակերեսը ենթարկվի բարձր ամպլիտուդային ուլտրաձայնային թրթռումների, օրինակ՝ հոսքային սարքերում կամ մամլիչ կարի-քայլ եռակցման իրականացման ժամանակ (մեծ երկարության կնքման կարերի ձևավորում):

Ցանկացած ուլտրաձայնային տեխնոլոգիական ապարատ ներառում է բարձր հաճախականության էլեկտրական տատանումների աղբյուր (էլեկտրոնային գեներատոր) և ուլտրաձայնային տատանողական համակարգ։

Ուլտրաձայնային տատանողական համակարգը բաղկացած է պիեզոէլեկտրական փոխարկիչից և աշխատանքային գործիքով խտացուցիչից: Տատանողական համակարգի ուլտրաձայնային փոխարկիչում էլեկտրական թրթռումների էներգիան վերածվում է ուլտրաձայնային հաճախականության առաձգական թրթռումների էներգիայի։ Կոնցենտրատորը պատրաստված է մետաղից պատրաստված փոփոխական խաչմերուկի եռաչափ գործչի տեսքով, որում փոխարկիչի հետ շփվող և աշխատանքային գործիքով ավարտվող մակերեսների տարածքների հարաբերակցությունը (ուլտրաձայնային թրթռումներ ճառագայթող) որոշում է պահանջվողը։ ուժեղացման գործակից:

Հայտնի ուլտրաձայնային տատանողական համակարգեր՝ ճառագայթող մակերեսի մեծ տարածքներով: Բոլոր հայտնի տատանողական համակարգերը պատրաստված են կառուցողական սխեմայի համաձայն, որը միավորում է պիեզոէլեկտրական կամ մագնիսական նեղացնող կիսաալիքային փոխարկիչները և ռեզոնանսային (ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության կեսից բազմապատիկ) ուլտրաձայնային թրթռումների խտացուցիչները: Նրանց երկայնական չափերը համապատասխանում են ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարությանը, իսկ լայնակի չափը գերազանցում է կենտրոնացնող նյութի ուլտրաձայնային թրթռումների երկարության կեսը։

Անալոգների թերությունը տատանումների ամպլիտուդի բարդ բաշխումն է ճառագայթային մակերևույթի վրա՝ պայմանավորված կոնցենտրատորի նյութի Պուասոնի հարաբերակցությամբ, ինչը թույլ չի տալիս նույն ուլտրաձայնային գործողությունը կատարել ամբողջ ճառագայթային մակերևույթի երկայնքով, օրինակ՝ բարձրորակ նյութ ստանալու դեպքում։ երկարաձգված կարել.

Տեխնիկական էությամբ առաջարկվող տեխնիկական լուծումին ամենամոտը ուլտրաձայնային թրթռացող համակարգն է՝ ըստ ԱՄՆ արտոնագրի 4363992 ընդունված որպես նախատիպ։

Ուլտրաձայնային տատանողական համակարգը բաղկացած է մի քանի կիսաալիքային պիեզոէլեկտրական փոխարկիչներից, որոնք տեղադրված են համակենտրոնացման մակերևույթներից մեկի վրա (ձևավորելով ուլտրաձայնային թրթռումներ), որոնք ավարտվում են որոշակի ձևի և չափի աշխատանքային ծայրով (գործիքով): Փոխարկիչները պատրաստված են սերիայի վրա տեղադրված և ակուստիկ կերպով փոխկապակցված հետևի հաճախականությունը նվազեցնող ծածկույթի, զույգ թվով օղակաձև պիեզոէլեկտրական տարրերի փաթեթի և հաճախականության նվազեցնող ճառագայթման ծածկույթի տեսքով: Փոխարկիչի ճառագայթող մակերեսը ակուստիկորեն կապված է խտացուցիչի մակերեսին, որը կազմում է ուլտրաձայնային թրթռումները: Հարստացուցիչ սարքի երկայնական չափը համապատասխանում է հարստացուցիչ նյութի ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության կեսին: Կոնցենտրատորը պատրաստված է մետաղից պատրաստված փոփոխական խաչմերուկի եռաչափ պատկերի տեսքով, որում փոխակերպիչների հետ շփվող մակերեսների (ուլտրաձայնային թրթռումներ ձևավորող) և աշխատանքային գործիքով ավարտվող մակերեսների հարաբերակցությունը (ուլտրաձայնային ճառագայթում): թրթռումներ) որոշում է անհրաժեշտ շահույթը:

Հարստացուցիչն ունի ակոսներ, որոնք հնարավորություն են տալիս վերացնել տատանման ամպլիտուդի անհավասար բաշխումը համակենտրոնացման ճառագայթման մակերևույթի երկայնքով (այսինքն՝ բացառել հարստացուցիչի դեֆորմացիան ուժի ուղղությանը ուղղահայաց): Սա հնարավորություն է տալիս ապահովել նույն ուլտրաձայնային ազդեցությունը ողջ ճառագայթող մակերեսի երկայնքով:

Նախատիպը թույլ է տալիս մասամբ վերացնել հայտնի տատանողական համակարգերի թերությունները, սակայն ունի հետևյալ ընդհանուր զգալի թերությունները.

1. Հայտնի ուլտրաձայնային տատանողական համակարգը, որը բաղկացած է ուլտրաձայնային փոխարկիչներից և խտացուցիչից, ռեզոնանսային համակարգ է։ Երբ փոխարկիչների և հարստացուցիչի ռեզոնանսային հաճախականությունները համընկնում են, ապահովվում է աշխատանքային գործիքի ուլտրաձայնային թրթռումների առավելագույն ամպլիտուդը և, համապատասխանաբար, էներգիայի առավելագույն մուտքը մշակված միջավայր: Տեխնոլոգիական պրոցեսներ իրականացնելիս աշխատանքային գործիքը և հարստացուցիչի մի մասը ընկղմվում են տարբեր տեխնոլոգիական միջավայրերի մեջ կամ ենթարկվում ստատիկ ճնշման ճառագայթման մակերեսի վրա: Տարբեր տեխնոլոգիական լրատվամիջոցների կամ արտաքին ճնշման ազդեցությունը համարժեք է հարստացուցիչի ճառագայթող մակերեսին լրացուցիչ կցված զանգվածի ի հայտ գալուն և հանգեցնում է հարստացուցիչի բնական ռեզոնանսային հաճախականության փոփոխությանը և որպես ամբողջություն ամբողջ տատանողական համակարգի: Այս դեպքում խախտվում է փոխարկիչի և հարստացուցիչի հաճախականության օպտիմալ համընկնումը։ Ուլտրաձայնային փոխարկիչի և հարստացուցիչի միջև անհամապատասխանությունը հանգեցնում է ճառագայթող մակերեսի (աշխատանքային գործիքի) տատանումների ամպլիտուդի նվազմանը և մեդիա ներմուծվող էներգիայի նվազմանը:

Այս թերությունը վերացնելու համար տատանողական համակարգերի նախագծման և արտադրության մեջ կատարվում է փոխարկիչի և կոնցենտրատորի նախնական անհամապատասխանություն ռեզոնանսային հաճախականության առումով, որպեսզի երբ հայտնվում է բեռ և նվազում է կոնցենտրատորի բնական հաճախականությունը, այն համապատասխանում է բնականին: փոխարկիչի հաճախականությունը և ապահովում է առավելագույն էներգիայի ներդրում: Սա զգալիորեն սահմանափակում է նման ուլտրաձայնային տատանողական համակարգի շրջանակը և անբավարար է, քանի որ իրականացվող տեխնոլոգիական գործընթացների մեծ մասում ավելացված զանգվածի արժեքը փոխվում է (օրինակ, ջրային կամ նավթային միջավայրից անցում դեպի դրանց էմուլսիա, առաջացում և զարգացում. կավիտացիայի գործընթաց, որը հանգեցնում է գազ-գոլորշիների փուչիկների ամպի ձևավորմանը և ցանկացած հեղուկ միջավայրում ավելացված զանգվածի նվազեցմանը) բուն գործընթացի իրականացման ընթացքում, ինչը հանգեցնում է ուլտրաձայնային թրթռումների ներդրման արդյունավետության նվազմանը:

2. Փոխարկիչի և խտացուցիչի հաճախականության օպտիմալ համապատասխանության խնդիրը սրվում է հեղուկ և հեղուկով ցրված միջավայրերի ալիքային դիմադրությունները փոխարկիչների պիեզոկերամիկական նյութերի հետ համապատասխանեցնելու անհրաժեշտությամբ: Օպտիմալ համընկնման համար խտացուցիչի շահույթը պետք է լինի 10-15: Նման բարձր շահույթը կարելի է ձեռք բերել միայն աստիճանավոր կոնցենտրատորներով, բայց նման օգուտների դեպքում դրանք խորացնում են բնական ռեզոնանսային հաճախականության կախվածությունը բեռից, պահանջում են զգալի երկարությամբ փոքր ելքային հատված (համապատասխանում է ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության քառորդին): համակենտրոնացման նյութում), ինչը հանգեցնում է ճառագայթման մակերեսի կրճատմանը, դինամիկ կայունության կորստի և ճկման թրթռումների առաջացմանը: Այդ իսկ պատճառով, գործնականում օգտագործվող տատանողական համակարգերը ունեն ոչ ավելի, քան 3...5 շահույթ, ինչը նրանց դարձնում է ոչ պիտանի տարբեր տեխնոլոգիական միջավայրերի վրա բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային էֆեկտներ ապահովելու համար:

Բացի տատանողական համակարգերի կառուցման կիրառական նախագծային սխեմայի պատճառով հիմնական թերություններից, նախատիպն ունի մի քանի թերություններ՝ դրանց արտադրության և օգտագործման տեխնոլոգիական և գործառնական առանձնահատկությունների պատճառով:

1. Ուլտրաձայնային թրթռումային համակարգը երկու կամ ավելի պիեզոէլեկտրական փոխարկիչներով (մինչև 40...50 մմ տրամագծով) կարող է ունենալ 200...250 մմ-ից ավելի ճառագայթող մակերես և 5 մմ-ից ավելի լայնություն: Այս դեպքում պիեզոէլեկտրական փոխարկիչների բնական ռեզոնանսային հաճախականությունները տարբերվում են, ինչը պայմանավորված է պիեզոէլեկտրական տարրերի էլեկտրական և երկրաչափական պարամետրերի տարբերություններով, հաճախականության իջեցնող ծածկույթներով, փոխարկիչի հավաքման ժամանակ սեղմման ուժերի տարբերություններով և այլն, որոնք թույլատրելի են՝ համաձայն կարգավորող և նախագծային փաստաթղթերի: Այս դեպքում ռեզոնանսային հարստացուցիչի մեխանիկական թրթռումների գրգռումն իրականացվում է տարբեր աշխատանքային հաճախականություններ ունեցող փոխարկիչներով, որոնցից մի քանիսը չեն համընկնում հարստացուցիչի ռեզոնանսային հաճախականության հետ։ Հատկապես դժվար է կոորդինացիա իրականացնել տատանողական համակարգում՝ տարբեր հաճախականությունների մի քանի փոխարկիչներով և առավելագույն շահույթով աստիճանավոր կենտրոնացմամբ։ Քանի որ դա նվազեցնում է ուլտրաձայնային բուժման արդյունավետությունը, նույնիսկ համեմատած նույն չափի տատանողական համակարգի հետ, բայց մեկ փոխարկիչով:

2. Բարդ պրոֆիլի ճառագայթող մակերես պատրաստելու անհնարինությունը (օրինակ՝ երկու եռակցման միաժամանակյա ձևավորման և դրանց միջև նյութը կտրելու համար), քանի որ այս դեպքում յուրաքանչյուր երկայնական չափս որոշում է հարստացուցիչի իր ռեզոնանսային հաճախականությունը, որը չի համապատասխանում են փոխարկիչների ռեզոնանսային հաճախականությանը (գործողություններից միայն մեկն է արդյունավետ իրականացվում՝ կարի կամ կտրող նյութի ձևավորում):

3. Ընդլայնված թողունակությամբ ուլտրաձայնային տատանողական համակարգերի ստեղծման անհնարինությունը՝ համեմատած ռեզոնանսային համակարգերի հետ։

4. 22 կՀց աշխատանքային հաճախականությամբ երկկեսալիք տատանողական համակարգը ունի առնվազն 250 մմ երկայնական չափ, իսկ ճառագայթող մակերեսի երկարությունը 350 մմ, կշռում է առնվազն 10 կգ: Այս դեպքում տատանողական համակարգի մոնտաժումն իրականացվում է նվազագույն թրթռումների տարածքում՝ կա՛մ փոխարկիչի կենտրոնում, կա՛մ հարստացուցիչի կենտրոնում: Այս ամրացումը հանգեցնում է ցածր մեխանիկական կայունության և հարվածի ճշգրտության ապահովման անհնարինությանը: Օպտիմալ ամրացում զանգվածի կենտրոնում հնարավոր չէ ապահովել մեխանիկական տատանումների մեծ ամպլիտուդների և տատանողական համակարգի անխուսափելի թուլացման պատճառով։

Նախատիպի բացահայտված թերությունները հանգեցնում են դրա անբավարար արդյունավետության, սահմանափակման ֆունկցիոնալության, ինչը այն դարձնում է ոչ պիտանի բարձր արդյունավետությամբ, ավտոմատացված արտադրության մեջ օգտագործելու համար:

Առաջարկվող տեխնիկական լուծումն ուղղված է առկա տատանողական համակարգերի թերությունների վերացմանը և նոր տատանողական համակարգի ստեղծմանը, որը կարող է ապահովել ուլտրաձայնային թրթռումների ճառագայթումը համասեռ ամպլիտուդի բաշխմամբ համակենտրոնացման (աշխատանքային գործիքի) ճառագայթային մակերևույթի երկայնքով՝ առավելագույն արդյունավետությամբ: բեռները և վերամշակված միջավայրի հատկությունների և տատանողական համակարգի պարամետրերի փոփոխությունները, այսինքն, ի վերջո, ապահովում են ուլտրաձայնային ազդեցության հետ կապված գործընթացների արտադրողականության բարձրացում՝ միաժամանակ նվազեցնելով էներգիայի սպառումը:

Առաջարկվող տեխնիկական լուծման էությունը կայանում է նրանում, որ պիեզոէլեկտրական տարրեր և կոնցենտրատոր պարունակող ուլտրաձայնային տատանողական համակարգը կազմված է հարստացուցիչից և զույգ թվով սերիական տեղադրված պիեզոէլեկտրական տարրերից, որոնք զուգահեռ դասավորված են համակենտրոնացման մակերևույթին և ակուստիկորեն կապված են: դրան։ Պիեզոէլեկտրական տարրերի փաթեթների վրա կան ռեֆլեկտիվ բարձիկներ, որոնք ակուստիկ կերպով կապված են պիեզոէլեկտրական տարրերի հետ: Պիեզոէլեկտրական տարրերի հետ շփվող հակառակ մակերեսը կատարվում է հարթ կամ աստիճանաբար փոփոխական տրամագծով, և չափերն ու քայլերի քանակը ընտրվում են տվյալ թողունակություն ստանալու պայմանից: Հարստացուցիչն ունի ամրացնող միավոր և ավարտվում է աշխատանքային գործիքով ուլտրաձայնային թրթռումներ արձակող մակերեսով։ Հարստացուցիչ ֆաբրիկայի ձևավորող և ճառագայթող մակերևույթները խաչմերուկում ունեն նույն երկարության ուղղանկյուն ձև, և դրանց լայնակի չափերի հարաբերակցությունը ընտրվում է հարստացուցիչ սարքի շահույթի տվյալ գործակից ապահովելու պայմանից: Ռեֆլեկտիվ երեսպատման, պիեզոէլեկտրական տարրերի փաթեթի և կոնցենտրատորի հատվածի ընդհանուր երկարությունը մինչև կցման կետը հավասար է համակենտրոնացման նյութի ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության մեկ վեցերորդին: Համակենտրոնացման հատվածի չափերը, որոնց վրա կատարվում է հարթ անցում, և ճառագայթման մակերեսին համապատասխան լայնակի չափսով հատվածը, հավասար են հարստացուցիչ նյութի ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության մեկ վեցերորդին, և կատարվում է հարթ անցում. ճառագայթային, և դրա չափերը ընտրվում են հետևյալ պայմանից.

Տատանողական համակարգերի կառուցման հնարավոր կառուցվածքային սխեմաների վերլուծությունը թույլ տվեց պարզել, որ տատանողական համակարգի երկու կես ալիքային կառուցվածքային սխեմային բնորոշ հիմնարար սահմանափակումների մեծ մասը կարող է վերացվել՝ օգտագործելով տատանողական համակարգեր, որոնք համատեղում են պիեզոէլեկտրական փոխարկիչն ու համակենտրոնացումը։ բարձր շահույթի գործակիցով և ցանկացած չափի աշխատանքային գործիքով կիսաալիքային կառուցվածքային սխեմայով:

Կիսալիքային կառուցողական սխեմայի համաձայն պատրաստված տատանողական համակարգը մեկ ռեզոնանսային տատանողական համակարգ է, և դրա պարամետրերի բոլոր փոփոխությունները հանգեցնում են միայն էլեկտրոնային գեներատորի հետ անհամապատասխանության: Նման տատանողական համակարգերի գործնական նախագծման բացակայությունը պայմանավորված է դրանց իրականացման անհնարինությամբ՝ մինչև վերջերս օգտագործված մագնիսական նեղացնող փոխարկիչների հիման վրա, և ժամանակակից պիեզոկերամիկական տարրերի վրա հիմնված գործնական իրականացման բարդության պատճառով՝ դրանք առավելագույնս տեղադրելու անհրաժեշտությամբ։ մեխանիկական սթրես, ինչպես նաև էլեկտրոնային գեներատորների բացակայության պատճառով, որոնք կարող են ապահովել էներգիայի մատակարարման օպտիմալ ռեժիմներ նման տատանողական համակարգի համար՝ իր ռեզոնանսային հաճախականության բոլոր հնարավոր փոփոխություններով (մինչև 3...5 կՀց):

Առաջարկվող տեխնիկական լուծումը պատկերված է Նկ.1-ում, որը սխեմատիկորեն ցույց է տալիս ուլտրաձայնային տատանողական համակարգ, որը պարունակում է պիեզոէլեկտրական տարրեր 1, ռեֆլեկտիվ ռեզոնանսային բարձիկներ 2 և խտացուցիչ 3: Կառուցվածքային առումով, տատանողական համակարգը կազմված է համակենտրոնացման 3-ից, որը գտնվում է մակերևույթի 4 ձևավորման վրա զուգահեռ: ուլտրաձայնային թրթռումները, և դրա հետ կապված ձայնային առումով զույգ թվով սերիական տեղադրված պիեզոէլեկտրական տարրեր 1 (նկար 1-ը ցույց է տալիս տատանողական համակարգ պիեզոէլեկտրական տարրերի երկու փաթեթով): Փաթեթներից յուրաքանչյուրի վրա, որը բաղկացած է զույգ թվով պիեզոէլեկտրական տարրերից (սովորաբար երկու կամ չորս), կան ռեֆլեկտիվ բարձիկներ 2 ակուստիկորեն կապված դրանց հետ, որոնց հակառակ մակերեսը պիեզոէլեկտրական տարրերի հետ շփվում է հարթ 5 կամ աստիճանաբար փոփոխական: 6 երկարությամբ, իսկ 7 քայլերի չափերն ու քանակը ընտրվում են տվյալ թողունակություն ստանալու պայմաններից: Հարստացուցիչ 3-ն ունի ամրացնող միավոր 8 և ավարտվում է մակերևույթով 9, որն արձակում է ուլտրաձայնային թրթռումներ աշխատանքային գործիքով 10: Հարստացուցիչ սարքի ձևավորող 4 և արձակող 9 մակերեսները ունեն նույն երկարության L ուղղանկյունաձև ձև և դրանց լայնակի չափերի հարաբերակցությունը: D 1 , D 2 ընտրվում է հարստացուցիչ սարքի շահույթի տվյալ գործակցի ապահովման պայմանից : Ռեֆլեկտիվ երեսպատման ընդհանուր երկարությունը 2, պիեզոէլեկտրական տարրերի փաթեթը 1 և հարստացուցիչ սարքի հատվածը մինչև կցման կետը հավասար է հարստացուցիչ նյութի ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության մեկ վեցերորդին: Համակենտրոնացման հատվածի չափերը, որոնց վրա տեղի է ունենում սահուն անցումը, և ճառագայթման մակերեսին համապատասխան լայնակի հարթություն ունեցող հատվածը, համապատասխանում է հարստացուցիչ նյութում ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության մեկ վեցերորդին, իսկ հարթ անցումը կատարվում է ճառագայթային, և դրա չափերը ընտրվում են հետևյալ պայմաններից.

որտեղ L z-ը սահուն անցման երկարությունն է. D 1, D 2 - հարստացուցիչ սարքի ձևավորման և ճառագայթման մակերեսի լայնակի չափերը:

Ուլտրաձայնային տատանողական համակարգը գործում է հետևյալ կերպ.

Երբ էլեկտրական սնուցման լարումը մատակարարվում է ուլտրաձայնային հաճախականության էլեկտրական տատանումների գեներատորից (նկար 1-ում ներկայացված չէ), որը համապատասխանում է տատանողական համակարգի բնական հաճախությանը, պիեզոէլեկտրական տարրերի էլեկտրոդներին 1, էլեկտրական տատանումների էներգիան փոխարկվում է. պիեզոէլեկտրական ազդեցության պատճառով ուլտրաձայնային մեխանիկական տատանումների մեջ: Այս թրթռումները տարածվում են հակառակ ուղղություններով և արտացոլվում են ռեֆլեկտիվ երեսպատման և խտացուցիչի (աշխատանքային գործիքի) սահմանային մակերեսներից: Քանի որ տատանողական համակարգի ամբողջ երկարությունը համապատասխանում է ռեզոնանսային չափին (ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության կեսը), մեխանիկական թրթռումները ազատվում են տատանողական համակարգի բնական ռեզոնանսային հաճախականությամբ: Աստիճանային շառավղային խտացուցիչի առկայությունը հնարավորություն է տալիս մեծացնել ճառագայթող մակերևույթի տատանումների ամպլիտուդը, համեմատած տատանումների առատության հետ, ռեֆլեկտիվ երեսպատման հակառակ մակերեսի վրա, պիեզոէլեկտրական տարրերի հետ շփման մեջ: Ճառագայթման մակերևույթի վրա տատանման ամպլիտուդի մեծությունը կախված է խտացուցիչի շահույթից, որը սահմանվում է որպես համակենտրոնացման սարքի ձևավորող և ճառագայթող մակերեսների տարածքների հարաբերակցության քառակուսի, որոնք ունեն նույն երկարության ուղղանկյուն խաչմերուկ:

Կցորդ 8 հանգույց 3 (նկար 1) գտնվում է նվազագույն մեխանիկական ուլտրաձայնային թրթռումների հանգույցին մոտ գտնվող տարածքում, որն ապահովում է ուլտրաձայնային տատանվող համակարգի նվազագույն խոնավացումը, այսինքն. ճառագայթող մակերևույթի տատանումների առավելագույն ամպլիտուդը և տատանումների բացակայությունը տատանումների համակարգի կցման կետերում արտադրական գծերում.

Քանի որ տատանողական համակարգերի նախագծման մեջ երկրաչափական չափսերի անալիտիկ հարաբերակցություններ ստանալը դժվար է փոփոխական տարբեր նյութերից փոփոխական խաչմերուկի մարմիններում ուլտրաձայնային թրթռումների տարածման վերաբերյալ մի շարք ճշգրիտ տվյալների բացակայության պատճառով, երբ. ընտրելով տատանողական համակարգի պարամետրերը, օգտագործվել են թվային սիմուլյացիայի արդյունքները, ինչպես նաև տատանողական համակարգերի գործնական ուսումնասիրության գրաֆիկական կախվածությունները D 1, D 2 համակենտրոնացման և հատվածների ձևավորման և ճառագայթման մակերևույթների լայնակի չափերի տարբեր հարաբերակցությամբ: տարբեր երկարություններ ունեցող տատանողական համակարգ. Փորձարարական ուսումնասիրությունները թույլ են տվել պարզել, որ էլեկտրամեխանիկական փոխակերպման առավելագույն գործակիցը տրամադրվում է այն պայմանով, որ պիեզոէլեկտրական տարրերը տեղահանվեն նվազագույն տատանումների (առավելագույն մեխանիկական լարումներ) տարածքից այնպես, որ ռեֆլեկտորի ընդհանուր երկարությունը երեսպատումը, պիեզոէլեմենտների փաթեթը և կոնցենտրատորի հատվածը կցման կետին հավասար է հարստացուցիչ նյութի ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության մեկ վեցերորդին: Համակենտրոնացման հատվածի չափի ընտրությունը, որի վրա կատարվում է հարթ անցում, որը հավասար է համակենտրոնացման նյութի ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության մեկ վեցերորդին և դրա ձևին, ըստ վերը նշված բանաձևի, ապահովում է անհրաժեշտ շահույթ և նվազագույն մեխանիկական լարվածություններ հարթ անցումային հատվածի և արտանետվող մակերեսին համապատասխան լայնակի չափով հատվածի միջև անցումային սահմանի վրա: D 1 , D 2 հարստացուցիչ սարքի ձևավորող և ճառագայթող մակերեսների լայնակի չափերի տարբեր հարաբերակցությամբ տատանողական համակարգերի փորձարարական ուսումնասիրությունների արդյունքները ներկայացված են Նկ.2 ա, 6, գ, որը ցույց է տալիս հիմնական պարամետրերի գրաֆիկները։ տատանողական համակարգ. f(a) բնական ռեզոնանսային հաճախականության փոփոխություն, գործակիցի շահույթ M p (b) և առավելագույն մեխանիկական լարումներ max (c) հարթ անցման շառավղից: Ստացված կախվածություններից պարզվել է, որ D 1 , D 2 խտացուցիչի ձևավորող և ճառագայթող մակերեսների լայնակի չափերի ցանկացած հարաբերակցության համար բնական ռեզոնանսային հաճախականության վրա նվազագույն ազդեցությունը տեղի է ունենում

Այս դեպքում շահույթը մոտենում է առավելագույն հնարավորին, և ապահովվում է պիեզոէլեկտրական տարրերի տարածքում մեխանիկական սթրեսների զգալի նվազում:

Կատարված փորձարարական ուսումնասիրությունները մեզ թույլ տվեցին հաստատել ստացված արդյունքների ճշգրտությունը և մշակել տատանողական համակարգերի գործնական ձևավորումներ D 1, D 2 հարստացուցիչի ձևավորման և ճառագայթման մակերեսների լայնակի չափսերի համար:

Այսպիսով, տատանողական համակարգում, որի ճառագայթման մակերևույթի լայնակի չափը հավասար է D 2 = 10 մմ և թրթռում ձևավորող մակերևույթի D 1 լայնակի չափսով, որը հավասար է 38 մմ (այսինքն, երբ օգտագործվում են ամենալայն օգտագործվող օղակաձև պիեզոէլեկտրական տարրերը. 38 մմ արտաքին տրամագծով), մշակված տատանողական համակարգը կապահովի պիեզոէլեկտրական տարրերից առաջացած ուլտրաձայնային թրթռումների ուժեղացում, ոչ պակաս, քան 11 անգամ (տես նկար 2):

Նմանատիպ արդյունքներ են ստացվել նաև D 2-ի այլ արժեքների համար:

Այսպիսով, առաջարկվող տատանողական համակարգում 50 մմ արտաքին տրամագծով օղակաձև պիեզոէլեկտրական տարրեր օգտագործելիս և 10...15 շահույթ ապահովելիս, D 2 հարստացուցիչի ճառագայթային մակերեսի լայնակի չափը կարող է հավասար լինել 16 մմ:

Ստեղծված տատանողական համակարգում D 2 \u003d 20 մմ չափսով 10 ... 15-ին հավասար շահույթ ստանալու համար D 1-ը հավասար կլինի ընդամենը 70 մմ-ի, ինչը նույնպես հեշտությամբ իրականացվում է գործնականում (պիեզոէլեկտրական տարրեր տրամագծով. 70 մմ զանգվածային արտադրության են):

Այսպիսով, 5 մկմ հավասար երկու պիեզոէլեկտրական տարրերից բաղկացած փաթեթի տատանման ամպլիտուդան ապահովելիս (սնուցման լարումը ոչ ավելի, քան 500 ... 700 Վ), տատանողական համակարգի ճառագայթող մակերևույթի տատանման ամպլիտուդը կլինի 50 ... ռեժիմ: զարգացած կավիտացիա՝ հեղուկ և հեղուկ ցրված միջավայրերի մշակման, պոլիմերային նյութերի եռակցման և պինդ նյութերի ծավալային մշակման գործում։

Մշակված ուլտրաձայնային տատանողական համակարգը ապահովել է արդյունավետություն (էլեկտրաակուստիկ փոխակերպման գործակից) առնվազն 75% (ջրի մեջ ճառագայթելիս):

Ռեֆլեկտիվ երեսպատման իրականացումը աստիճանաբար փոփոխվող երկայնական չափսով (այսինքն՝ հակառակ մակերեսի իրականացումը պիեզոէլեկտրական տարրերի հետ շփման մեջ աստիճանաբար փոփոխական է տրամագծով), թույլ է տալիս ստեղծել մի քանի տարբեր ռեզոնանսային չափեր տատանողական համակարգի երկարությամբ: Այս ռեզոնանսային չափերից յուրաքանչյուրը համապատասխանում է մեխանիկական թրթռումների իր ռեզոնանսային հաճախությանը: Քայլերի քանակի և չափի ընտրությունը հնարավորություն է տալիս ձեռք բերել անհրաժեշտ թողունակություն (այսինքն՝ ապահովել տատանողական համակարգի աշխատանքը ռեֆլեկտիվ երեսպատման առավելագույն և նվազագույն երկայնական չափերով որոշված ​​հաճախականության միջակայքում):

Գյուտի տեխնիկական արդյունքն արտահայտվում է ուլտրաձայնային տատանողական համակարգի արդյունավետության բարձրացմամբ (տարբեր կրիչներ ներմուծվող տատանումների ամպլիտուդայի մեծացում)՝ ապահովելով օպտիմալ համակարգում մեդիայի և էլեկտրոնային գեներատորի հետ։ Տատանողական համակարգի երկայնական ընդհանուր չափը կրճատվել է 2 անգամ, իսկ քաշը՝ 4 անգամ՝ նախատիպի համեմատությամբ։

Ալթայի պետական ​​տեխնիկական համալսարանի Բիյսկի տեխնոլոգիական ինստիտուտի ակուստիկ պրոցեսների և ապարատների լաբորատորիայում մշակված ուլտրաձայնային տատանողական համակարգը անցել է լաբորատոր և տեխնիկական փորձարկումներ և գործնականում ներդրվել է որպես 360 մմ երկարությամբ երկայնական կարի պատրաստման մոնտաժի մաս՝ պարկերը կնքելիս: զանգվածային ապրանքների փաթեթավորում.

Ստեղծված տատանողական համակարգերի սերիական արտադրությունը նախատեսվում է 2005թ.

Տեղեկատվության աղբյուրները

1. ԱՄՆ արտոնագիր No 3113225, 1963 թ

2. ԱՄՆ արտոնագիր թիվ 4607185, 1986 թ

3. ԱՄՆ արտոնագիր թիվ 4651043, 1987 թ

4. ԱՄՆ արտոնագիր No 4363992 (նախատիպ), 1982 թ.

5. Ուլտրաձայնային տեխնոլոգիա. Էդ. Բ.Ա.Ագրանատ. - Մ.: Մետալուրգիա, 1974:

6. Խմելև Վ.Ն., Պոպովա Օ.Վ. Բազմաֆունկցիոնալ ուլտրաձայնային սարքեր և դրանց կիրառումը փոքր արտադրության, գյուղատնտեսության և տնային տնտեսությունների մեջ: Barnaul, AltGTU Publishing House, 1997, 160 p.

ՊԱՀԱՆՋ

Պիեզոէլեկտրական տարրեր և կոնցենտրատոր պարունակող ուլտրաձայնային տատանողական համակարգ, որը բնութագրվում է նրանով, որ այն պատրաստված է ուլտրաձայնային թրթռումներ ձևավորող մակերևույթին զուգահեռ կոնցենտրատորից և ակուստիկ կերպով միացված է դրան հաջորդաբար տեղադրված զույգ թվով պիեզոէլեկտրական տարրերի փաթեթներ, որոնց վրա ռեֆլեկտիվ թիթեղները ակուստիկորեն կապված են դրանք գտնվում են շփվողին հակառակ, պիեզոէլեկտրական տարրերով, որոնց մակերեսը հարթ է կամ աստիճանավոր փոփոխական տրամագծով, և չափերն ու քայլերի քանակը ընտրվում են տվյալ թողունակություն ստանալու պայմանից, կենտրոնացնողն ունի ամրացման կետը և ավարտվում է աշխատանքային գործիքով ուլտրաձայնային թրթռումներ արձակող մակերևույթով, համակենտրոնացման ձևավորող և ճառագայթող մակերեսները ուղղանկյուն են նույն երկարության խաչմերուկում, և դրանց լայնակի չափերի հարաբերակցությունը ընտրվում է տվյալ շահույթ ապահովելու պայմանից: համակենտրոնացման գործակիցը, արտացոլող n-ի ընդհանուր երկարությունը երեսպատումը, պիեզոէլեկտրական տարրերի փաթեթը և խտացուցիչի մի հատվածը կցման կետին հավասար է հարստացուցիչ նյութի ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության մեկ վեցերորդին, համակենտրոնացման հատվածի չափսերին, որի վրա կատարվում է հարթ անցում, և Ճառագայթող մակերեսին համապատասխան լայնակի չափսերով հատվածը համապատասխանում է նյութի համակենտրոնացման ուլտրաձայնային թրթռումների ալիքի երկարության վեցերորդին, իսկ հարթ անցումը կատարվում է շառավղային, և դրա չափերը ընտրվում են պայմանից։

որտեղ L z-ը սահուն անցման երկարությունն է.

D1, D2 - հարստացուցիչ ֆաբրիկայի ձևավորման և ճառագայթման մակերեսների լայնակի չափեր:

Ուլտրաձայնային արագության տրանսֆորմատորը հաշվարկելու համար, որի դերը դիտարկվող սխեմայում կատարում է աստիճանավոր խտացուցիչը, մենք կօգտագործենք երկայնական տատանումների հավասարման ընդհանուր ձևը (2.1): Քանի որ այն ենթադրությունը, որ կենտրոնացնողն ունի իր հաճախականությունը և կատարում է ներդաշնակ տատանումներ, նույնպես գործում է այս դեպքում, ապա (2.1) հավասարման լուծումը կարող է ներկայացվել որպես.

Նմանապես, թրթռման խտացուցիչին կցված տարրերով ալմաստե փայլեցնող գլխին զանգվածով համարժեք գլանի համար կարող ենք գրել.

, (2.18)

որտեղ 4-ից- ձայնի արագությունը մխոցի նյութում, զանգվածով համարժեք է ամրացնողներով հարթեցնող գործիքին:

Տատանողական համակարգի սահմանային պայմանները, որոնց սկիզբը գտնվում է կետում Օ 2 կարելի է գրել որպես

ժամը ; (2.19)

ժամը ; (2.20)

համար, (2.21)

որտեղ Ե 4 - հարթեցնող գլխի կառուցվածքային տարրի նյութի առաձգական մոդուլը. Ս 3 և Ս 4 Համակենտրոնացման ոտքի լայնական հատվածներն են՝ համապատասխանաբար փոքր տրամագծով և համարժեք գլան; ա 2- համակենտրոնացման փոքր տրամագծի փուլի երկարությունը; բհամարժեք մխոցի բարձրությունն է։

(2.19) պայմանով (2.17) հավասարումից ստանում ենք

;

. (2.22)

Հաշվի առնելով (2.20) պայմանի առաջին մասը՝ (2.17) և (2.18) հավասարումներից ստանում ենք.

Պայմանի երկրորդ մասը (2.20) կարող է փոխակերպվել ձևի

. (2.24)

Խտացուցիչի ավելի մեծ տրամագծով քայլի երկարությունը որոշվում է արտահայտությունից (2.27)՝ հաշվի առնելով, որ աստիճանավոր հարստացուցիչի վերջում ամրացումներով ադամանդի փայլեցնող գլխի տեսքով բեռի բացակայության պատճառով. և :

. (2.28)

1/2 ալիքային ակուստիկ համակարգով արագության տրանսֆորմատորի համար, երբ մեկ քայլի երկարությունը 1/4 է և, մենք ունենք.

Մխոցի համար, որը զանգվածով համարժեք է ամրացումներով հարթեցնող գլխին, կարող ենք գրել

. (2.30)

. (2.31)

բ) 3/4 - ալիքային ուլտրաձայնային թրթռումային շարժիչ

Նման սկավառակի տատանողական համակարգն ունի մեկ հնարավոր կցման կետ, որը հնարավորություն է տալիս կրճատել շարժիչի երկարությունը ակուստիկ ալիքի 1/4-ով։ Կոշտ ամրացման հնարավորության համար նման շղթայում պիեզոէլեկտրական կոմպոզիտային փոխարկիչը սովորաբար կատարվում է ասիմետրիկ (նկ. 2.3): Այս դեպքում արագության տրանսֆորմատորի ավելի փոքր տրամագծի փուլը փայլեցնող գործիքով միացված է ուղղակիորեն տատանման հակահանգույցին, որը գտնվում է կոմպոզիտային փոխարկիչի վերջում: Հետևաբար, այս քայլը պետք է դիտարկել որպես պիեզոէլեկտրական փոխարկիչի ծանրաբեռնվածություն, որը համապատասխանաբար պարտադրում է առանձնահատկություններ նրա հաճախականությունը կրճատող ծածկույթներից մեկի հաշվարկի վրա:

Շարժիչի ներդաշնակ տատանումների դեպքում, նախագծային սխեմայի համաձայն (նկ. 2.3), երկայնական տատանումների ընդհանուր հավասարման (2.1) լուծումը կարելի է գրել այսպես.

, (2.32)

. (2.33)

Նախագծային սխեմայի համաձայն սահմանային պայմանները կարող են ներկայացվել որպես