авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Совершенствование методов исследования и алгоритмы расчетов валов двухвалковых модулей машин текстильно-отделочного оборудования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

УДК 677.057.1.:681.3.06.001.5

ЗАЙЦЕВ

Роман Владимирович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И

АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТОВ ВАЛОВ ДВУХВАЛКОВЫХ МОДУЛЕЙ МАШИН ТЕКСТИЛЬНО-ОТДЕЛОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Специальность

05.02.13 –Машины, агрегаты и процессы

(легкая промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Кострома – 2008

Работа выполнена в Костромском государственном технологическом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор

Алексей Викторович Подъячев

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Анатолий Алексеевич Телицын

(Костромской государственный

технологический университет)

кандидат технических наук,

Владимир Анатольевич Кузнецов

(ООО «Дельта-Текс», г.Иваново)

Ведущая организация: Ивановская государственная текстильная академия

Защита состоится 31 октября 2008 г. в 12 часов на заседании диссертационного Совета Д. 212.093.01 в Костромском государственном технологическом университете, аудитория 214.

Адрес: г.Кострома, ул. Дзержинского, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Костромского государственного технологического университета.

Автореферат разослан 29 сентября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета,

доктор технических наук, профессор П.Н. Рудовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Существующие на сегодняшний день методы решения задач колебаний валов двухвалкового модуля (ДВМ) не позволяют находить весь спектр частот и формы свободных и вынужденных колебаний валов ДВМ с учетом их конструктивных особенностей, что препятствует определению, анализу и прогнозированию критических режимов валкового текстильного отделочного оборудования.

Совершенствование методов и алгоритмов исследований колебаний ДВМ, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР), можно считать актуальным направлением в области текстильного машиностроения. Использование САПР текстильного отделочного оборудования (ТОО) позволяет проводить анализ свободных и вынужденных колебаний ДВМ с валами произвольного конструктивного оформления при наличии упругого основания между ними. Такой путь открывает новые возможности по численному расчету полного спектра частот и форм свободных и вынужденных колебаний, модернизации существующего оборудования с целью снижения его материалоемкости и повышения скорости обработки ткани.

Для изучения влияния технологических и конструктивных параметров ДВМ на деформационную характеристику упругого слоя разработан оптико-цифровой метод измерения сближения осей валов под нагрузкой на специализированном экспериментальном стенде. Применение данного метода позволило получить деформационные характеристики упругого слоя при различных параметрах ДВМ.



Использование разработанных методик численного расчета свободных и вынужденных колебаний на основе подсистемы САПР ДВМ ТОО позволит выдавать конкретные рекомендации при проектировании валов.

Цель настоящей работы – повышение качества и сокращение сроков проектирования ДВМ ТОО за счет создания методик численного расчета частот и форм их колебаний, реализованных в подсистеме САПР и учитывающих конструктивные особенности валов, характеристики обрабатываемого продукта и параметры технологического процесса обработки ткани.

Основными задачами работы являются:

  1. Разработка обобщенного алгоритма автоматизированного получения в численном виде уравнений состояния свободных колебаний валов ДВМ произвольного конструктивного оформления при наличии упругого основания между ними.
  2. Разработка обобщенного алгоритма автоматизированного получения уравнений состояния вынужденных колебаний валов ДВМ произвольного конструктивного оформления в численном виде при наличии упругого основания между ними.
  3. Разработка и адаптация программного обеспечения для автоматизированного расчета колебаний ДВМ ТОО к промышленному использованию.
  4. Проведение расчетов и анализ колебаний ДВМ с помощью созданного программного обеспечения.
  5. Разработка предложений по модернизации существующего оборудования.

Методы исследований. Методология работы основана на общетеоретических исследованиях Г.Крона, развитых В.А.Мартышенко применительно к механическим системам, и в частности к валковым механизмам. В теоретической части работы использованы положения математической статистики, технической теории изгиба стержней, теории колебаний, линейной алгебры, дифференциального и интегрального исчисления, тензорное исчисление и тензорный анализ. При разработке программного обеспечения использована система программирования Delphi.

Достоверность и обоснованность численных методов, работоспособность алгоритмов и адекватность математических моделей проверены с помощью вычислительных экспериментов на ЭВМ и экспериментальными исследованиями на специальном лабораторном стенде.

При проведении экспериментальных исследований применялись известные методы математического планирования эксперимента и испытаний текстильных материалов. При обработке экспериментальных данных использовались стандартные программы. Максимальный процент расхождения опытных и модельных данных не превысил 3,8 %.

Научная новизна. В результате выполнения диссертационной работы впервые:

  • разработана методика получения уравнений состояния свободных колебаний валов ДВМ в численном виде при наличии упругого основания между ними;
  • разработана методика получения уравнений состояния вынужденных изгибных колебаний валов ДВМ в численном виде при наличии упругого основания между ними;
  • разработан алгоритм автоматизированного численного расчета спектра частот и форм свободных колебаний валов ДВМ (колебания стержня на упругом основании, находящемся на упругом стержне);
  • разработан алгоритм автоматизированного численного расчета вынужденных колебаний валов ДВМ (колебания стержня на упругом основании, находящемся на упругом стержне);
  • предложен новый метод определения деформационных характеристик упругого слоя между валами.

Практическая ценность и реализация результатов. Разработанная на основе методов и алгоритмов исследования ДВМ ТОО подсистема САПР используется в ООО «Дельта-Текс»(г.Иваново). Созданная подсистема использовалась как при оптимизации конструкций отдельных валов (ОСР-180, ПД-140) так и при проектировании новых ДВМ для отжимных и шлихтовальных машин (МВП, ДВПМ). Подсистема использовалась при модернизации имеющегося оборудования, что позволило снизить его материалоемкость и уменьшить себестоимость изготовления.

Созданное программное обеспечение используется в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании в Костромском государственном технологическом университете и Ивановской государственной текстильной академии.

Апробация работы. По материалам диссертационной работы сделаны доклады и проведены обсуждения на международных научно-технических конференциях «Лен 2005, 2006» (Кострома, КГТУ); «Прогресс 2005, 2006, 2007» (Иваново, ИвТА); «Текстиль 2005, 2007» (Москва, МГТУ); «Техтекстиль – 2005» (Димитровград, ДИТУД); Всероссийском семинаре по теории машин и механизмов РАН (Костромской филиал) июнь 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 работы в рецензируемом журнале, рекомендованном в перечне ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературных источников, приложений. Диссертационная работа изложена на 156 страницах, содержит 8 таблиц и 36 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, цель, задачи и методы исследований, отмечена научная новизна и практическое применение результатов работы, приведены основные положения работы, выносимые на защиту.

В первой главе дан обзор существующих конструкций валов валковых модулей, методов исследований валов валковых машин, а также приведены основные положения метода проектирования валковых модулей. Каждая новая конструкция вала появлялась в результате стремления к уменьшению неравномерности давления в жале (жалах) валов. Для ДВМ решение проблемы лежит в уменьшении суммарной стрелы прогиба валов. Приведена также обобщенная модель вала, из которой вал произвольного конструктивного исполнения получается как частный случай. Использование обобщенной модели вала позволило в дальнейшем применить топологическое описание для валкового модуля в целом, что является важным фактором при проведении автоматизированных расчетов.

Многообразие конструкций валов привело к тому, что было разработано несколько методик расчета одного вала на прочность и жесткость. Здесь следует отметить работы Р.И.Кручининой, Э.Я.Эйдлина, Г.К.Кузнецова, Р.И.Мустафаева, B.Clek, Д.Пессена и др. Рассмотрение валов в паре является более сложной задачей, и, видимо, поэтому количество работ, посвященных этому вопросу, весьма ограничено. Большой вклад в развитие этого вопроса внесли Б.Сингх и П.Пол, Ю.Р.Зельдин, В.А.Кузнецов, С.А.Полумисков и др.

Следует отметить, что рассмотренные работы в основном посвящены частным задачам, не разработаны единые методы расчета валов различной конструкции с учетом свойств технологического продукта. Отсутствие универсальных методик расчетов валковых модулей отрицательно сказывается на создании единого программного комплекса для анализа и проектирования таких механических систем.

Колебаниям в инженерном деле посвящено большое количество работ. В них рассмотрены вопросы колебаний многих механических систем машин, в том числе и текстильных (Я.И. Коритысский, С.П. Тимошенко, А.А.Румянцев, В.М.Картовенко, В.С.Петровский и др). Однако, специфика валкового модуля, заключающаяся в наличии упругой прослойки между валами, не позволяет непосредственно использовать результаты этих работ.

В.А. Мартышенко и А.В. Подъячев предложили универсальный аналитический метод статического и динамического исследования валов валковых модулей, основанный на идеях Г. Крона. Метод хорошо адаптируется к применению ЭВМ, позволяет разрабатывать эффективные и универсальные алгоритмы и программы для исследования и создания валковых модулей с наилучшими технологическим показателями при обработке текстильных материалов.

Для решения задачи по определению спектра частот свободных колебаний аналитическим методом используется метод сканирования. По результатам вычислений строится график в координатах: определитель матрицы свободных колебаний – частота колебаний. Точки пересечения графика с осью частот колебаний соответствуют свободным колебаниям ДВМ.

Однако предложенный аналитический метод исследования ДВМ ТОО не позволяет определять формы частот свободных колебаний и не пригоден для расчета конструкций с валами различных диаметров.

Использование численных методов расчета позволяет определять кроме частот также формы свободных и вынужденных колебаний ДВМ ТОО.

Во второй главе приведены теоретические исследования и алгоритмы расчетов численными методами частот и форм свободных колебаний валов ДВМ. Весь валковый модуль разбивается на участки постоянной жесткости. Считаем, что на него, кроме узловых силовых факторов действуют и инерционные массовые силы, вызывающие изгибную деформацию. Свободные колебания «сэндвич» - элемента (термин, предложенный А.В. Подъячевым) представляется возможным описать системой двух дифференциальных уравнений 4-го порядка колебаний балок на упругом основании.

Система дифференциальных уравнений решается численно методами тензорного исчисления и теории матриц.





Представляя функции линейных перемещений сечений «сэндвич»-элементов валов в виде рядов, получаем систему шестнадцати дифференциальных уравнений первого порядка.

Искомый параметр частоты колебаний валкового модуля выражен в этом случае через нормирующие множители k = w2 m0l04/(E0I0),

где w - собственная частота свободных колебаний валов ДВМ;

m0, l0, E0I0 – нормирующие множители массы, длины и жесткости соответственно.

Систему шестнадцати однородных дифференциальных уравнений первого порядка интегрируем последовательно восемь раз при различных начальных краевых условиях.

Решение задачи Коши при начальном векторе, содержащим лишь одну ненулевую компоненту, приводит к нахождению в численном виде одного частного решения однородной системы дифференциальных уравнений на другом конце интервала интегрирования.

Проинтегрировав систему уравнений восемь раз, получаем восемь линейно независимых частных решений на другом конце интервала интегрирования, преобразуя которые получаем уравнение состояния колебаний валов ДВМ.

Уравнение состояния колебаний валов ДВМ представляет собой известную алгебраическую задачу о нахождении собственных значений и векторов матричного уравнения типа ||F - E|| = 0,

где F – вспомогательная матрица;

Е – единичная матрица;

- вектор собственных значений.

На первом этапе матрица F приводится ортогональным преобразованием к верхней форме Хессенберга. На втором этапе матрица приводится ортогональным преобразованием к верхней форме Шура (собственные числа матрицы располагаются в диагональных блоках квазитреугольной матрицы из канонической формы Шура). И, наконец, происходит получение собственных векторов по векторам Шура квазитреугольной матрицы путем обратной подстановки.

Собственными числами являются нормирующие множители k, а соответствующие им собственные вектора определяют формы свободных колебаний ДВМ.

Сравнение результатов аналитического и численного методов расчета спектра собственных частот свободных колебаний валов ДВМ, показало расхождение результатов аналитического и численного методов расчета спектра собственных частот свободных колебаний валкового модуля отжимной машины О 180 и плюсовки ПД 140 в пределах 0,34 %. Такая величина погрешности позволяет сделать вывод об адекватности численного метода расчета.

Частоты и формы свободных колебаний ДВМ О-180

 Рис. 1а Частоты и формы-0

Рис. 1а

Частоты и формы свободных колебаний ДВМ ПД-140

Рис. 1б

Практический интерес представляют значения первой и второй собственных частот и соответствующих им собственных векторов (см. рис.1а,б). Знание этих параметров позволяет сделать вывод о близости к резонансной зоне реальных режимов работы оборудования. По результатам проведенных исследований для валковых модулей, с заданной деформационной характеристикой покрытия вала, соответствующей резине марки 60-330 твердостью по Шору 70, убеждаемся, что резонанс для ДВМ О 180 наступает при 1546 об/мин и для ПД 140 – при 1644 об/мин, что на порядок выше реальной частоты работы. Показано, что увеличение жесткости покрытия имеет первостепенное влияние на значение критической частоты валов ДВМ вне зависимости от их конструктивного оформления. Для ДВМ О 180 увеличение расчетной твердости резины в 2 раза приводит к увеличению собственной частоты на 9,6 %.

Конструктивное исполнение валов оказывает неоднозначное влияние на критические режимы. Так для ДВМ ПД 140 увеличение внутреннего расстояния между опорами на 180 мм приводит к снижению собственной частоты на 22,8 %, а увеличение внутреннего диаметра рубашки на 10 мм – к увеличению собственной частоты на 0,7 %.

Анализ результатов расчетов форм свободных колебаний показал их качественное изменение при изменении деформационных характеристик упругого слоя, усилия прижима и конструктивного исполнения валов.

В третьей главе приведены теоретические исследования и алгоритмы расчетов численными методами вынужденных изгибных колебаний валов ДВМ. Если диаметры валов неодинаковы, то резонансные режимы вращающихся валов невозможно получить методом Фурье из математической модели свободных колебаний валов ДВМ, так как неизвестно, какую частоту принимать в расчет при наличии двух частот вращающихся валов.

Для решения задачи рассматривается ДВМ, один из валов которого имеет эластичное покрытие. Если диаметры валов неодинаковы, то возни­кают полигармонические вынужденные колебания валов. Учитывая монолитность валов, осесимметричность сечений, изгибный характер деформации валов при усилии прижима, рассмотрим только по­перечные колебания в плоскости осей валов.

Вынужденные колебания «сэндвич» - элемента представляется возможным описать системой двух дифференциальных уравнений 4-го порядка.

Разбивая функции прогибов валов на амплитудные значения, получаем две системы восьми дифференциальных уравнений первого порядка.

Каждую систему восьми дифференциальных уравнений первого порядка интегрируем последовательно восемь раз при различных начальных краевых условиях.

В результате интегрирования получаем систему линейных алгебраических уравнений, преобразуя которые получаем уравнение активного состояния ДВМ.

Алгоритм расчета вынужденных колебаний предусматривает использование статистических данных начальной погиби валов.

Задавая усилие прижима валов, проводим автоматизированный статический расчет ДВМ с целью определения коэффициента постели для каждого элемента.

Задавая частоту вращения, при известной начальной погиби валов решаем уравнение активного состояния ДВМ и определяем амплитудные узловые значения функций перемещений.

Изменяя усилия прижима, частоту вращения и функцию начальной погиби валов, получаем набор функций прогибов, характеризующих динами­ческий режим работы вращающихся валов ДВМ.

Данный алгоритм пригоден и для оценки резонансного режима работы модуля. Для этого, фиксируя усилие прижима валов, независимо от числовых значений функций начальной погиби валов, изменяя дискретно значение частоты вращения валов, определяем амплитудные значения функций перемещений.

Наступление резонансного режима соответствует неограниченному росту амплитудных значений функций перемещений, а частота, при которой это про­исходит, является собственной частотой колебаний вращающихся валов ДВМ.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.