Большинство современных установок для виброобработки спро­ектировано по одному принципу и состоит из источника энергии вибрационных колебаний — вибратора, контрольно-измерительной и регулирующей аппаратуры и аппаратуры управления. Установ­ки для вибросиловой правки включают, кроме того, нагружающее устройство и упругий элемент.

Наиболее распространены электромеханические эксцентрико­вые вибраторы. При работе электродвигателя вибратор создает переменные нагрузки. Путем изменения частоты вращения вала электродвигателя изделие вводится в резонанс. Момент наступле­ния резонанса устанавливается по стабильной максимальной вели­чине амплитуды колебаний. Применяемые в СССР вибраторы (раз­работки ИЭС им. Е. О. Патона, МВТУ им. Н. Э. Баумана) позво­ляют осуществлять колебания с частотой до 120 Гц.

В некоторых случаях используются строительные вибраторы типа ИВ с постоянной частотой колебаний.

В США и Западной Европе в различных отраслях промышлен­ности, в том числе в станкостроении, широко применяется обору­дование для виброобработки фирмы Martin Engineering (ФРГ). Модель LT110JCC является в настоящее время самой совершен­ной установкой этой фирмы; модель LT-100R, снабженная допол­нительно самопишущим прибором, позволяет с помощью графиче­ского изображения проследить за воздействием виброобработки на различные части обрабатываемого изделия [89]. Процесс обра­ботки на данном оборудовании осуществляется следующим обра­зом. При прохождении всего диапазона частот (до 100 Гц) опре­деляют резонансные частоты с помощью пьезоэлектрического ак­селерометра. Количество вводимой энергии устанавливается по величине тока двигателя, регистируемого амперметром. После того, как установлены 6—12 таких резонансных частот, изделие подвергают виброобработке в течение 5 мин или более на каждой из двух или трех наиболее ярко выраженных резонансных часто­тах: низшей, средней и высшей. Затем повторно записывается значение тока, регистрируемое амперметром при пиковой нагрузке. Обычно ток двигателя снижается при этом на 10—15%, что свиде­тельствует о том, что процесс стабилизации произведен. Частота вибратора регулируется с точностью до ±0,05 Гц, а величина тока двигателя—±5%. Вибраторы данной фирмы потребляют элект­роэнергию мощностью около 500 Вт (при напряжении 115 и
220 В), что составляет незначительную часть энергии, потребляе­мой при термообработке, учитывая, что время виброобработки изделия не превышает, как правило, 20 мин [78, 89, 90].

В Англии разработан портативный вибратор для снижения остаточных напряжений с частотой до 200 Гц, который питается однофазным переменным током частотой 50 Гц от силовой сети. Намечается провести его усовершенствование, применив частотный преобразователь [91].

Как правило, предпочтение отдается компактным переносным вибраторам. Однако в некоторых случаях [92] использование ста­ционарных установок оказывается более эффективным по следую­щим причинам: возможность использования электродвигателя со сравнительно низкой частотой вращения, благодаря чему обеспе­чивается необходимый частотный диапазон вибрационного воздей­ствия; использование ременной передачи с соответствующим пере­даточным числом; отсутствие ограничений по массе и мощности электродвигателя; более удовлетворительные условия работы элек­тродвигателя. Описанная в работе [92] установка имеет активную часть, предназна­ченную для эффективного ввода вибраций в изделие; пассивную часть, выполня­ющую функцию демпфиру­ющей подставки, на которой размещается изделие; блок управления. Подобное разде­ление позволяет уменьшить массу вибрационной плат­формы и расположить узел ввода колебаний в изделие непосредственно в месте крепления к виОроплатформе вибратора, обеспечив высокий КПД преобразования и передачи энергии элект­родвигателя вибратора изделию.

Вильнюсским филиалом ЭНИМСа [93] разработан электромаг­нитный вибратор для обработки сварных узлов металлорежущих станков и координатно-измерительных машин, отличающихся сравнительно небольшим габаритом, сложной конфигурацией и высокой жесткостью. Использование для таких конструкций из­вестных эксцентриковых электромеханических вибраторов ослож­няется из-за большого диапазона резонансных частот, распределе­ния напряжений в разных плоскостях и неудобства крепления вибратора. Схема стенда для виброобработки показана на рис. 5.

Электромагнитный вибратор 1 содержит две катушки для создания постоянной и переменной составляющей электромагнит­ного поля, одна из которых питается напряжением постоянного тока, другая— переменного. Виброобработка изделия произво­дится следующим образом. На блоке питания и индикации 2 уста­
навливается постоянное усилие прижима сердечника вибратора к изделию, а генератором звуковой частоты 5 регулируются частота колебаний и переменное усилие сердечника. При колебаниях сер­дечник воздействует через динамометрическую петлю на изделие, а индукционный преобразователь перемещений 3 выдает выходной сигнал, амплитуда и форма которого наблюдается в электроннолу­чевой трубке прибора 4. Изделие 6, установленное на виброопо­рах 7, и вибратор закреплены на общей плите 8 с продольными и поперечными пазами, позволяющими фиксировать изделие и виб­ратор практически в любом требуемом положении. С помощью это­го устройства автоматически или вручную можно в широких пре­делах менять рабочую частоту вибратора, что позволяет легко установить амплитудно-частотную и фазо-частотную характери­стики системы и выбрать частоты, требуемые для обработки изделия.

Виброобработка начинается с самой высокой резонансной час­тоты системы и проводится до тех пор, пока амперметр блока пи­тания не зафиксирует спад потребляемой вибратором силы тока. Когда спад прекращается, виброобработка продолжается на сле­дующей резонансной частоте и т. д. Таким образом, применение электромагнитного вибратора’позволяет проводить виброобработ­ку сварной конструкции в широком диапазоне частот, обрабаты­вать различные ее части, закрепляя конструкцию консольно либо с упором на упругие опоры. Причем процесс виброобработки фикси­руется как показаниями приборов, так и регистрированием ампли­тудно-частотной характеристики вибрируемой системы [79].

Для наиболее эффективного снижения сварочных напряжений при наименьших затратах мощности приводного двигателя элект­ромеханического вибратора важно поддерживать постоянным достигнутое экстремальное значение амплитуды резонансных коле­баний в процессе непрерывного изменения собственной частоты колебаний изделия. С этой целью в ИЭС им. Е. О. Патона разра­ботано устройство для снижения остаточных сварочных напряже­ний [94], в котором определение момента достижения экстремаль­ного значения амплитуды резонансных колебаний и поддержание этого значения осуществляются за счет измерения величины и зна­ка фазового сдвига между вынуждающей силой и вынужденными колебаниями изделия и преобразования этой величины в управ­ляющий сигнал в цифровой форме для блока управления приво­дом вибратора. Устройство автоматически обеспечивает поиск резонансной частоты по минимуму фазового сдвига рассогласова­ния входных сигналов датчика амплитуды и датчика частоты и поддерживает колебания изделия на резонансной частоте [94]. Это устройство внедрено на Тираспольском заводе литейных машин им. С. М. Кирова.

Экспериментальная вибрационная установка, описанная в ра­боте [97], позволяет проводить стабилизацию резонансной частоты вращения вибровозбудителя при помощи дополнительного синхрон — ного двигателя переменного тока. Последний должен покрывать энергетические затраты, необходимые для поддержания постоян­ного числа оборотов вибровозбудителя.

В настоящее время в мире насчитывается около 10000 виброуст­ройств для снижения остаточных напряжений, большинство из которых работает на постоянном токе и развивает колебания с частотой до 80 Гц. За рубежом в последние годы все большее распространение получают вибраторы, работающие на переменном токе, которые позволяют проводить обработку на больших часто­тах и с большей величиной возмущающего усилия. Это дает воз­можность более эффективно применять виброобработку изделий и расширить область ее использования для узлов с большими жест­костью и массой. Кроме того, такие системы отличаются более вы­сокой надежностью по сравнению с системами постоянного тока [91].