38 К =N

Можно показать, что для получения К = Ю в предложенной системе при диаметре торцевой поверхности рабочей накладки, равной d = 10 мм, диаметр тыльной иакладки D будет равен 32 мм, т.е. почти в три раза меньше, чем в рассмотренном вьппе примере. Подобная колебательная система легкореализуема на практике.

Таким образом предложенная ультразвуковая колебательная система при практически реа!Ц1зуемых размерах отражающей накладки позволяет обеспечивать высокие значения коэффициента усиления при больших поверхностях рабочего инструмента, то есть пригодна для использования в УЗ многофункциональных аппаратах технологического назначения.

Практические расчеты параметров УЗ колебательных систем для многофункциональных аппаратов всех рассматриваемых типов позволили получить технические параметры, приведенные в таблице 3.2.

Таблица 3.2.

Параметры колебательных систем многофункциональных аппаратов

Длина каждого из участков колебательной системы определяется по приведенным формулам. Изменение диаметра сечения экспоненциатьного переходного участка определяется уравнением

D, - De

где Р= InN/x, - коэффициент сужения экспоненциального участка.

Продольный размер отражающей металлической накладйм для каждого случая будет определяться соотношением ii - 2h. Длина

Непосредственная передача УЗ колебаний от преобразователя, через концентратор, в обрабатываемые среды осуществляется с помощью рабочих инструментов. Для многофункционального УЗ аппарата технологического назначения рабочие инструменты могут быть сменными или несменными. Сменный рабочий инструмент выполняется в виде отдельного элемента (узла) колебательной системы и соединяется с торцевой поверхностью цилиндрического участка концентратора посредством резьбового соединения. С>уществуют и другие виды соединений рабочего инструмента с концентратором (цанговые зажимы, горячая посадка, пайка, электромапштные зажта1Ы). Однако все они не позволяют передавать УЗ колебания высокой интенсггености (УЗ крлебания с амплитудами более 30 мкм) и поэтому в дальнейшем не рассматриваются.

Всякое резьбовое соединение ослабляет сечение цилиндрического участка концентратора и приводит к повьплению механических напряжений на участке соединения. Кроме того, всякое резьбовое соединение в колебательной системе приводит к дополнительным потерям акустической энергии.

Поэтому при конструировании и изготовлении рабочих инструментов, соединяемых с концентраторами посредством резьбовых соединений необходимо учитьшать следующее:

1. Поскольку в области резьбовых соединений действуют Илические :щакопеременные нагрузки, резьбы должны быть высокого Ячества во юбежании усталостньгх разрутпений. В колебательных Системах мощностью от 0,1 до 0,5 Вт обычно исполь:зуются резьбы

.....М16.

2. Для предотвращения самопроизвольного отвинчивания <ходимо использовать мелкие резьбы.

цщдшдрического участка излучающей накладки (кош№шраторХ на практике уменьшается на величину продольного размера рочего

инструмента (в случае вьшолнения его сменным).

Приведенные практтшеские формулы и рекомендации позволяют легко сконструировать УЗ колебательную систему для любого УЗ технологического аппарата с заданными техническими характеристиками.

3.4. РАБОЧИЕ ИНСТРУМЕНТЫ, СОЕДИНЕНИЯ И ОПОРЫ

3. Для лучшего прилегашм стыкуемых поверхностей их подвергают местной закалке и шлифовке, а также 1фименяют посадки с зазором.

4. Для улучшения а1стического контакта допускается использовать при сборке мягкие медные прокладки толщиной 0,1..0,2 мм.

5. При соединешш рабочих инструментов с концентраторами следует выбирать осевое усилие затяжки из расчета обеспечения давления на поверхности контакта 0,1. ..0,25 мПа.

6. Для повышения КПД следует обеспечить хорошую шлифовку поверхностей рабочего инструмента. Это позволяет исключить задерживание молекул воздуха в порах н неровностях поверхности, и тем самым, обеспечить постоянство сопротивления излучения колебательной системы.

Кроме того сами рабочие инструменты должны отвечать следующим требованиям:

1. Диаметр или длина большей стороны рабочего инструмента должна быть меньше четверти длины волны изгибньк колебаний в инструменте. При несоблюдении этого требования в рабочих инструментах возникают изгибные колебания и он перестает работать как излучатель поршневого трша.

2. Продольный размер (толщина) рабочего инструмента должен бьггь меньше четверти длины волны продольных колебаний инструтуенте. При несоблюдении этого требования в зоне соединенияИ рабочего инструмента и концентратора возникают очень большие механические напряжения, которые приводят к образованию усталостных трещин и разрушению колебательной системьт

Оба требования легко вьшолняются при изготовлении рабочих инструментов диаметром 30 м.м и менее при продольном размере мен 10...15 мм.

Несмотря на неизбежные потери энергии в резьбовых соединения и необходимость выполнения вьппеперечисленных гребований УЗ колебательные системы в большинстве случаев вьшолняются со сменными инструментами. Это обусловлено следующими факторами:

1. В процессе эксплуатации УЗ колебательных систем на поверхности рабочих инструментов развивается интенсивный кавитационный процесс, разрушающий поверхность. За cxiqt этого

происходит практически полное разрушение поверхности рабочих инструтк1ентов в течение нескольких сотен часов эксплуатации.

2. При эксплуатации многофункционаш.ных УЗ аппаратов в производственных условиях необходимо выполнять различные технологические операции (обрабатьгеать жидкие и дисперсные среды, обрабатывать твердые материалы, осуществлять сварку и др.). Каждая из технологических операций осуществляется наиболее эффективно при использовании специализированных рабочих инструментов. Наличие резьбового соединения позволяет легко и быстро установить необходимый рабочий инструмент.

Таким образом, при использовании УЗ многофункциональных аппаратов в условиях малых предприятий (аппарат N 3) и производств (аппарат N 4) необходимо использоваш1е УЗ колебательных систе.м со сменнылш рабочими инструментами и. соответственно, коматектащм этих аппаратов различными сменными инструментами.

Для комплектации могут быть использованы следующие типы рабочих инструментов:

Л. Универсальный рабочий инструмент N1 грибовидной формы (рис. 3.7.а) предназначен для обработки жидких и дисперсных сред а также для интенсификации процессов cKjieHBaraw, пропитки пористых материалов в жидкостях и т.п. Диаметр рабочего инструмента для аппарата N3 составляет 20 мм, а для аппарата N4 диаметр - 30 мм.

2. Рабочий инструмент N2 (рис.3.7.6) имеет фокустфующую рабочую поверхность и обеспечиваст повышенную интенсивность УЗ колебаний (20...25 вт/см) в зоне воздействия на рассгоянии нескольких сантиметров от излучающей поверхности.

3. Рабочий инструмент N3 (рис. 3.7. в) имеет рабочую поверхность размером 10 х 1 мм и предназначен для полосовой сварки полимерных .материалов, выполнения пазов и резки твердых хрупких материалов. Размер рабочей поверхности может вьшолняться в соответствии с необходимостью решения конкретных задач. Такой рабочий инструмент может быть использован для автоматизированньк систем сварки и резки (например, в швейных машинах).

4. Рабочий инструмент N4 (рис.3.7.г) имеет рабочую поверхность виде сферической поверхности матого диаметра и предназначен хтя Очечной сварки поли.мерны>{ материалов. В сЬставе механизированных и томатизированных систем может бьггь использован для полосовой сварки.

> е) )

Рис. 3.7. Рабочие инструменты многофункциональш.1х

аппаратов.

Максимальная скорость вьшолнения отверстий рабочими инструментами 5 и 6 достигается при использовании полых рабочих органов. При использовании рабочих инструментов необходимо учотьшать, что длина рабочего органа не должна превцпать 15, .20 мм. При большей длине теряется устойчивость и происходит разрутиение рабочего органа.

6. Дтя вьшолнения отверстий диаметром более 3 мм используются специальные рабочие инструменты (рис. 3. 7. ж), вьшолненные в виде полых трубок необходилюго диаметра. Рабочие инструменты такой конструкции для УЗ многофункционального аппарата N3 имеют максимальный диа.метр 15 мм, а для УЗ многофункхщонального аппарата N4 максимальный диаметр 25 мм.

При вьшолнеш1И всех перечисленных типов инструментов необходимо обеспечивать равенство резонансных частот колебательной систем со всеми рабочими инструментами. Дтя этого их масса должна быть одинаковой.

Для быстрой смены всех инструментов используются лыски на боковой поверхности вблизи места контакта с поверхностью крнценгратора. На цилиндрическом участке повер.хности концентратора также вьшолняются лыски под ключ, При необходимости вьшолнения специальных технологических операций, таких как распыление жидкостей, дозированная подача одной жидкости для растворения в другой, растворение вредных газов в жидкости, обработка полимеризутощихся смол и т,п., используются работае инструменты со сквозным осевым отверстием. В этом случае в колебательной системе также вьшо.лняется сквозное отверстие вдоль оси. Такая колебательная система может дополнительно комплектовать УЗ многофункциональный УЗ аппарат N4, повьшия его футпошональные возможности.

При использовании же УЗ многофункциональных аппаратов Чдивидуальными погребителялш и в домашнем хозяйстве, когда общее число часов эксплуатации не превьппает нескольких сотен, применение сменных инструментов не оправдано, так как это усложняет аппарат, увеличивает его стоиьюеть, требует колщлектации аппарата "Риспособлениями для смены инструмента. В этом случае, с одной стороны, рабочий инструмент должен выполняться как одно целое с Щентратором и, с друтой стороны, должен быть максимально

5. Рабочие инструменты N5 (рис.3.7.д и N6 (рис. 3.7.е) для гравировки трудно обрабатьшаемых материалов (полудрагоценных и поделочные минералов) и прошивки сквозных и глухих отверстий малого диаметра. Инструтиент N5 снабжен цанговым зажимом для крепления дополнительного рабочего органа в виде иглы и позволяет вьшолнять отверстия диаметром от 0,4 до 1 мм. Цанговый зажим обеспечивает быстрою смену рабочего органа (иглы), но характеризуется высокими потерялп! акустической энергии в зажиме. Поэто.му, при использовании вместе с цанговым зажимом рабочих органов диаметро.м более 1 .мм происходит перегрев и разрушение зажима. Для вьтолнения отверстий диаметром до 3 мм используется рабочий инструмент N6 с осевым отверстием, в которое впаивается рабочий орган (игла) необходимого диаметра.