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 | 3 |

Повышение эффективности виброизоляции виброактивного оборудования за счет прерывистого демпфирования

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Белозёрова Елизавета Борисовна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОИЗОЛЯЦИИ

ВИБРОАКТИВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЗА СЧЕТ

ПРЕРЫВИСТОГО ДЕМПФИРОВАНИЯ

01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Орел – 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Госуниверситет–УНПК» (г. Орел)

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Чернышев Владимир Иванович

Официальные оппоненты – Лопа Игорь Васильевич

доктор технических наук, профессор ТулГУ;

Майоров Сергей Владимирович

кандидат технических наук,

ведущий программист ООО «НТЦ АПМ»,

(г. Королев)

Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Юго-Западный»

государственный университет (г. Курск)

Защита состоится «29» мая 2012 года в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.03, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Госуниверситет–УНПК», по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ФГБОУ ВПО «Госуниверситет–УНПК».

Объявление о защите диссертации и автореферат диссертации размещены на официальном сайте Высшей аттестационной комиссии при Министерстве образования и науки Российской Федерации по адресу http://vak.ed.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО «Госуниверситет–УНПК» по адресу http://gu-unpk.ru .

Автореферат разослан « 25 » апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Борзенков Михаил Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При работе виброактивного оборудования возникающая вибрация является основной причиной появления интенсивных динамических нагрузок, передаваемых на несущие конструкции и фундамент. В ряде случаев это может стать причиной потери устойчивости и разрушения элементов конструкций. Кроме того, генерируемая виброактивным оборудованием вибрация может причинить вред здоровью человека (вплоть до получения инвалидности по профессиональному заболеванию).

Виброактивное оборудование устанавливается на виброизоляторы, в состав которых входят упругие элементы и демпферы. Для стационарного виброактивного оборудования, такого как вибрационные грохоты, вибромолоты, бетономешалки и т.д., центр жесткости упругих элементов находится на линии действия силового возмущения. Данное стационарное оборудование можно рассматривать, в первом приближении, как системы с одной степенью свободы.

Наряду с этим, при работе, например, такого оборудования как мостовые краны, кран-балки генерируется силовое воздействие, которое вызывает различные деформации упругих элементов. Данное оборудование необходимо рассматривать, как системы, по крайней мере, с двумя степенями свободы. В том случае, когда жесткость упругих элементов и изгибная жесткость балки соизмеримы, следует рассматривать систему с распределенными параметрами.

Известно, что установка виброактивного оборудования на виброизоляторы пассивного типа не позволяет устранить резонансные явления и, соответственно, снизить динамические реакции.



В области резонансных частот коэффициент динамичности, определяющий интенсивность динамических реакций, уменьшается с увеличением демпфирования, но не может быть меньше единицы, т.е. в пределе при блокировке системы виброизоляции динамические реакции будут равны силовому воздействию. С другой стороны в области высоких частот минимальное значение коэффициента динамичности обеспечивается при «нулевом» демпфировании. Следовательно, при использовании пассивных систем виброизоляции, реализующих «постоянное» демпфирование, достижение минимума коэффициента динамичности при изменении частоты силового возмущения не может быть обеспечено.

Предполагается, что динамические реакции можно существенно уменьшить за счет использования виброизоляторов с управляемым демпфером.

Известны работы Елисеева С.В., Фролова К.В., Синева А.В., Чегодаева Д.Е., Чернышева В.И., Карнопа Д.С., Ружички Дж., Черноусько Ф.Л., Троицкого В.А. и др., в которых достаточно полно изложены фундаментальные и прикладные вопросы теории управляемых виброзащитных систем. Исследования, проведенные в данной области, расширили круг традиционно решаемых задач виброзащитной техники и способствовали совершенствованию математических методов, применяемых при решении оптимизационных задач виброизоляции.

Однако из анализа литературных источников следует, что в настоящее время недостаточно исследованы закономерности формирования компенсационных воздействий, обеспечивающих существенное снижение динамических реакций упругодемпфирующих опор в системах виброизоляции. Как следствие, отсутствуют апробированные оптимальные алгоритмы управления процессом демпфирования, а также научно-обоснованные методики и программы расчета параметров соответствующих демпфирующих устройств и систем виброизоляции в целом. Поэтому повышение эффективности виброизоляции виброактивного оборудования за счет прерывистого демпфирования является весьма актуальной темой исследования.

Объектом исследования является система виброизоляции с управляемыми упругодемпфирующими опорами.

Предмет исследования – закономерности формирования динамических реакций и соответствующих компенсационных воздействий в управляемых упругодемпфирующих опорах.

Цель исследования – повышение эффективности систем виброизоляции посредством управления процессом демпфирования.

Задачи исследования:

  1. Провести комплекс численных экспериментов по оценке влияния параметров базовых моделей виброизоляции на значения коэффициента динамичности (динамических реакций);
  2. Разработать субоптимальные алгоритмы управления процессом демпфирования позволяющие существенно снизить динамические реакции в системе виброизоляции при гармоническом силовом возмущении;
  3. Разработать методику и программы расчета параметров управляемой системы виброизоляции и коэффициентов динамичности;
  4. Провести сравнительный анализ эффективности предложенных управляемых средств виброизоляции путем аналитических расчетов, а также численных и модельных экспериментов.

Методы исследования. При проведении исследований использовались методы аналитической механики, теории оптимального управления, математического моделирования и численного решения уравнений.

Научная новизна:

  1. Разработана методика нахождения оптимального и субоптимального алгоритмов управления процессом демпфирования, которые позволяют существенно снизить динамические реакции в системе виброизоляции.
  2. Установлены закономерности формирования прерывистого процесса демпфирования оптимального и субоптимального типа и его влияние на показатели виброизоляции, которые оценивались посредством аналитических расчетов, численного моделирования и экспериментальных исследований.
  3. Предложены математические модели систем виброизоляции с управляемым демпфером вязкого сопротивления, отображающие элементы силового позиционирования и геометрической ориентации для субоптимального компенсационного воздействия.
  4. Доказана возможность реализации субоптимального компенсационного воздействия как функции смещения прерывистого типа посредством разработанных актуализированных элементов конструкции упругодемпфирующих опор.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач исследования, обоснованностью используемых теоретических зависимостей с учетом принятых допущений, применением современной вычислительной техники и универсального программного обеспечения, а также подтверждается соответствием аналитических результатов данным эксперимента.

Практическую ценность работы составляют: субоптимальные алгоритмы управления демпфером прерывистого действия; методика и программы расчета параметров управляемой системы виброизоляции и коэффициентов динамичности; конструкции предложенных виброизоляторов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах:

  1. Региональная научно–практическая конференция «Инжиниринг – 2009», – Орел: ОГТУ, 2009 г.
  2. IX Международная научно-техническая конференция «Вибрация – 2010. Управляемые вибрационные технологии и машины», – Курск: КГТУ, 2010 г.
  3. Международный научный симпозиум «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии», – Орел: ОГТУ, 2010 г.
  4. II Международная дистанционная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: модели, методы, решения», – Самара: СамГУПС, 2011 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ: 7 статей, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией и патент Российской Федерации на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст диссертации изложен на 149 страницах и включает 48 рисунков, 13 таблиц. Список использованных источников литературы состоит из 115 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи исследования, приводится характеристика научной новизны, достоверности и практической значимости работы.

В первой главе выполнен обзор работ в области динамики пассивных и управляемых систем виброизоляции. Рассмотрено влияние процесса демпфирования на формирование динамических реакций, воспринимаемых несущими элементами. Проанализированы методы исследований управляемых динамических систем, а также основные конструктивные схемы и особенности виброактивного оборудования на примере однобалочного крана мостового типа.

В качестве критерия эффективности виброизоляции используется коэффициент динамичности

, (1)

где амплитуда силы (динамической реакции), передаваемая основанию; амплитуда возмущающей силы; относительное демпфирование; безразмерная частота; частота возмущений силы; собственная частота виброизолятора.

В области резонансных частот коэффициент динамичности уменьшается с увеличением демпфирования. В пределе, когда коэффициент динамичности стремиться к единице . В области высоких частот минимальное значение коэффициента динамичности обеспечивается при «нулевом» демпфировании. Когда , .

Таким образом, чтобы обеспечить минимальное значение коэффициента динамичности, необходимо отслеживать частоту силового возмущения и соответствующим образом скачкообразно изменять систему демпфирования (блокировать или отключать), т.е. применять метод управления процессом демпфирования в амплитудно-частотной области.

Данный метод имеет ряд недостатков. При нестационарных режимах работы виброизолятора моменты переключения демпфера определяются в результате спектрального анализа силового возмущения. При этом в реальном масштабе времени устранить возникающие задержки информационного характера не возможно. В области низких и резонансных частот, когда демпфирование максимально, система виброизоляции практически блокируется. В результате этого диссипативная сила не компенсирует силовое возмущение. В области высоких частот при отсутствии демпфирования ударные воздействия могут привести к большим перемещениям объекта.





Указанные недостатки устраняются при использовании метода управления процессом демпфирования в амплитудно-фазовой области. Это достигается за счет того, что развиваемые демпфером диссипативные силы компенсируют силовое воздействие только на определенных интервалах движения системы. На тех интервалах движения, где диссипативная сила не является компенсационным воздействием, демпфер должен быть выключен из работы.

Как следствие, необходимым условием оптимальности процесса демпфирования является его прерывность. Причем основные алгоритмы переключения демпфирования связаны с априорными ситуациями, которые выражаются через компоненты состояния системы.

Рассмотрен классический подход к решению оптимизационных задач управления в постановке Гамильтона. Данный подход применим для нахождения оптимального процесса демпфирования (отождествляемого с управлением).

Несмотря на разнообразие конструктивных исполнений виброизоляторов, схем их установки, а также динамических особенностей собственно виброактивного оборудования, задачу оптимального управления процессом виброизоляции целесообразно решать в рамках классической расчетной схемы с одной степенью свободы. Данная расчетная схема позволяет рассматривать виброактивный объект, установленный на упругодемпфирующем звене как сосредоточенную массу и моделировать периодическую силу, воздействующую на эту массу. Кроме того, при исследовании системы «виброактивный объект – виброизолятор – несущий элемент» широко используют расчетную схему с двумя степенями свободы или с распределенными параметрами в виде балки на упругодемпфирующих опорах.

Во второй главе приведены методики и программное обеспечение для расчета динамических реакций базовых моделей (модель I – абсолютно жесткая балка на упругодемпфирующих опорах, модель II – балка как система с распределенными параметрами на упругодемпфирующих опорах), которые позволяют производить оценку эффективности виброизоляции данных моделей с позиций вибробезопасности.

Систему дифференциальных уравнений движения балки как абсолютно твердого тела на упругодемпфирующих опорах можно записать в следующем виде:

(2)

Здесь – масса балки; – осевой момент инерции; – вязкое трение; – жесткость; – силовое возмущение; – частота силового возмущения; – координата точки приложения силы; – длина балки; – координаты, определяющие перемещение левой и правой упругодемпфирующих опор

Решение установившихся колебаний системы (2):

(3)

Здесь , , , , , , , .

Динамические реакции и , воспринимаемые несущими элементами можно определить по формулам:

(4)

Соответственно, коэффициенты динамичности, характеризующие степень виброизоляции несущих элементов в точках крепления упругодемпфирующих опор, можно определить из соотношений:

; , (5)

где , .

Для расчета динамических реакций балки на упругодемпфирующих опорах с учетом ее изгибной жесткости и конструкционного трения, использовалось дифференциальное уравнение в частных производных:

(6)

Здесь приняты следующие дополнительные обозначения: – масса единицы длины балки; – изгибная жесткость балки; – коэффициент, характеризующий диссипативные свойства материала; – вязкое трение; – импульсная функция; – силовое возмущение; – поперечное перемещение, как функция координаты и времени .

Движение балки представляется в виде бесконечного ряда

. (7)

Здесь

, (8)

– функции Крылова, , ,

, (9)

где ; ;

– коэффициенты, найденные с учетом «нулевых» начальных условий.

При известной функции перемещения динамические реакции и , воспринимаемые несущими элементами, могут быть определены следующим образом:

. (10)

Установлено, что изгибная жесткость балки может существенно повлиять на значение динамических реакций. Поэтому вторая базовая модель, учитывающая параметр «изгибная жесткость» балки, объективно более адекватна, чем первая базовая модель – абсолютно жесткая балка на упругодемпфирующих опорах. Тем не менее, при достаточно большой изгибной жесткости, предпочтительнее использовать первую базовую модель как наиболее простую.

В третьей главе разработана методика расчета оптимальных и субоптимальных зависимостей для компенсационного воздействия как функции смещения прерывистого типа. Приведены результаты моделирования динамических реакций для базовых моделей управляемых систем виброизоляции.

Рассматривается система виброизоляции с управляемым демпфером, расчетная схема которой представлена на рисунке 1.

Ставится задача – обеспечить существенное снижение динамических реакций, воспринимаемых несущим элементом (основанием) виброизолятора при детерминированном силовом возмущении , за счет оптимального процесса демпфирования.

Поставленная задача решается с использованием методов теории оптимального управления.

Исходное уравнение движения рассматриваемой системы

(11)

преобразуем к форме Коши:

, . (12)

Рисунок 1 – Расчетная схема системы виброизоляции

с управляемым демпфером

Для оценки уровня интенсивности воздействия динамической реакции на несущий элемент и используется функционал



Pages:   || 2 | 3 |
 

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.