МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ АППАРАТЫ

СОГЛАСОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СО СРЕДОЙ

Максимальная амплитуда колебаний пьезоэлектрических преобразователей даже в резонансном режиме небольшая (обычно не более 3... 10 мкм). Поэтому для увеличения амплитуды колебаний рабрчего инструмента и согласования преобразователя с нагрузкой (обрабатываемой средой) применяются УЗ концентраторы. Для получения

31

Высокого электроакустического КПД необходимо, что бы отношение сопротивления обрабатываемой среды (отношение излучаемой акустической мощности к квадрату колебательной скорости) к внутреннему сопротивлению преобразователя приблизительно соответствовало 10. На практике преобразователи при интенсивности 3 Ю вт/см2 имеют это отношение равным 0,65....0,85 [2].

Поэтому максимальная эффективность согласования преобразователя с обрабатываемой средой обеспечивается при использовании концентраторов с коэффициентом усиления, приблизительно равным 10 (точнее от 12 до 15).

Концентраторы представляют собой цилиндрические стержни переменного сечения, выполненные из металлов. По форме образующей концентраторы подразделяются на конусные, экспоненциальные, катеноидальные и ступенчатые [16 ]. Внешний вид концентраторов, а также распределения амплитуд колебаний и механических напряжений показаны на рис. 3.4.

Как следует из рис.3.4. наиболее выгодными в отношении возможности получения значительных амплитуд смещений при малой нагрузке являются ступенчатые концентраторы [16], у которых коэффициент усиления амплитуды равен отношению площадей входного и выходного сечения (т. е. квадрату отношения диаметров выходного и входного- сечений). Но в отношении способности согласования преобразователя со средой такие концентраторы значительно уступают коническим, экспоненциальным и катеноидальным.

УЗ колебательная система со ступенчатым концентратором характеризуется узкой полосой рабочих частот и, следовательно, очень ограниченной возможностью подстройки по частоте при изменениях нагрузки. Незначительные отклонения резонансной частоты колебательной системы от резонансной частоты ступенчатого концентратора приводят к резкому возрастанию входного сопротивления и, следовательно, к Снижению эффективности всей колебательной системы.

Большие механические напряжения, возникающие в зоне перехода между участками различного диаметра при работе с амплитудами более 20 мкм обуславливают сильный нагрев концентратора и> как следствие, значительные изменения частоты колебаний системы. Поэтому ступенчатые концентраторы не обладают достаточной прочностью и срок их эксплуатации очень мал из-за появления Усталостных трещин [11].

СОГЛАСОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СО СРЕДОЙ

А)

Б)

СОГЛАСОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СО СРЕДОЙ

Рис. 3. 4. Концентраторы ультразвуковых колебаний и распределения амплитуд А и механических напряжений F: а - конусный, б - экспоненциальный, в - катеноидальный, г - ступенчатый.

В)

Г)

Перечисленные недостатки исключают возможность применег ступенчатых концентраторов в колебательных системах, обеспечиваюи формирование высокоинтенсивных УЗ колебаний с амплитудой пЪрядка I 30...50 мкм и более.

Концентраторы конической, экспоненциальной и катеноидальной ^юрмы [ ^ 1 обеспечивают более благоприятные условия для передачи УЗ колебаний в нагрузку и для получения необходимых прочностных характеристик колебательных систем. Однако, коэффициенты усиления таких концентраторов не превышают отношения диаметров выходного и входного сечений. Поэтому, при значительных поверхностях выходного сечения (до 5 см2 и более), и следовательно, рабочего инструмента, для получения достаточно высоких значений коэффициента усиления, необходимы такие большие размеры входного сечения, которые практически предопределяют невозможность применения подобных концентраторов в многофункциональных аппаратах.

Более совершенными конструктивными формами обладают составные концентраторы [17]. Особенно перспективными из них являются ступенчатые концентраторы с плавными, экспоненциальными или радиальными переходами (рис.3.5).

СОГЛАСОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СО СРЕДОЙ

Рис. 3.5. Составной ступенчато - экспоненциальный концентратор.

Такие концентраторы позволяют при относительно небольших размерах входного сечения получать коэффициенты усиления, практически соответствующие коэффициентам усиления классического ступенчатого концентратора. Наличие переходного экспоненциального участка уменьшает концентрацию напряжений и обеспечивает более благоприятные условия для распространения УЗ колебаний, улучшает прочностные свойства концентраторов. Кроме того, наличие экспоненциального участка позволяет трансформировать нагрузку без существенного изменения резонансного режима УЗ колебательной системы.

Использование при проектировании ступенчатых концентраторов с плавными переходами теоретических соотношений, приведенных в работах [17,18] весьма трудоемко и требует громоздких вычислений. Поэтому обычно используется методика расчета, полученная в результате экспериментальных исследований исходных аналитических выражений в широкой области изменения размерных параметров концентраторов. В следующем подразделе показывается, как осуществляется практический расчет УЗ колебательных систем с рассмотренными ступенчатыми составными концентраторами.

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ АППАРАТЫ

СОЕДИНЕНИЕ ПОРЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ УЛЬТРАЗВУКА

В связи с широким применением полимерных материалов в домашнем хозяйстве и различных отраслях промышленности, возникает необходимость в соединении сйдор^дных и разнородных полимерных деталей, пленок, текстильных материалов на основе химических волокон. …

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Проблема сохранения природы незаметно для всех нас переросла в проблему выживания. В настоящее время в неблагоприятной антропогенно- экологической обстановке живет около 50-70 миллионов человек. Площадь экологически неблагоприятных районов составляет 2 …

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА МОЛОКА

В составе молока содержится 87,3% воды, 12,5% сухих веществ, в том числе 3,8% молочного жира, 3,3% белков, 4,7% молочного сахара, 0,7 минеральных веществ. Особенность многих компонентов молока в том, что …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.