Введение к работе
Актуальность проблемы. Активная разработка и внедрение ручных вибрационных технологических машин требуют развития методов анализа и расчета данного оборудования, разработки экспериментальных методов исследования технологических вибрационных процессов. При разработке вибрационной техники приходится находить решения сложных задач динамики вибрационных машин и процессов, поэтому теоретические исследования в этой области играют значительную, нередко определяющую роль.
Одной из самых важных задач расчета вибропризода является получение необходимого режима колебаний, который должен быть регулируемым, потому чю правильный подбор его параметров существенно увеличивает производительность вибронрнвода, снижает вредные воздействия вибрации (шумовое загрязнение окружающей среды, воздействие на здоровье людей, снижение отказоустойчивости оборудовать и т.п.).
В ряде случаев в конструкциях влбропрлводов ручных машин в качестве источника колебательного движения используются электромагнитные впбропрнволы с поступательно движущимися или качающимися якорями, под которыми понимаются якоря, совершающие вращательное или плос-копараллелыюе движения в зависимости от типа налагаемых на якорь связей.
В машинах данного типа для ограничения перемещения движущихся элементов и реализации регулируемого полигармоннческого закона движения рабочею органа находят применение вязкоупругне ограничители, изготовленные из наполненных полимерных материалов. Экспериментальные исследовании повеления образцов из таких материалов обнаруживают нелинейную зависимость между напряжением, возникающим в вязкоупру-гих элементах, и их деформацией. Установлено, что на данную зависимость существенно влияет история и способ деформирования образна. В связи с этим исследование характеристик вязкоупругкх ограничителей необходимо проводить с учетом реологических свойств материала.
Указанные аспекты определяют актуальность леследований динамики вибрационных машин подобного типа и разработки на основе результатов -лих исследований рекомендаций к проектированию оборудования.
Цель работы: повышение эффективности электромагнитных виброприводов с качающимся якорем к оязкоупругкмц ограничителями на основе результатов исследований динамики виброудариых режимов в зависимости от параметров упругой системы привода и характеристик вязко-упругих ограничителен.
Для достижения заданной цели требуется решение следующих основных задач:
- разработка математической модели электромагнитного вибропри-
вода с качающимся якорем;
разработка модели вязкоупругих ограничителей с учетом реологических характеристик материала;
выявление особенностей поведения вибропривода на основе численного эксперимента при различных характеристиках упругой системы привода и реологических параметрах вязкоупругих ограничителей;
разработка пакета программ по определению реологических параметров модели вязкоупругих ограничителей на основе экспериментальных данных деформирования ограничителей, численному моделированию поведения электромагнитного вибропривода с качающимся якорем и вя;ко-упругими ограничителями, параметрической оптимизации электромагнитного вибропривода;
разработка рекомендаций по расчету и проектированию электромагнитных виброприводов с качающимся якорем, обладающих требуемыми динамическими характеристиками.
Методика исследования, Динамическая модель элекгромагнитного вибропривода построена на основе законов теоретической механики, электротехники, динамики машин, теории нелинейных колебаний. Динамическая модель вязкоупругих ограничителей построена на основе теории наследственной механики. Для анализа динамики системы применялся численный метод решения системы нелинейных интегро-дифференциальных уравнений второго порядка. Экспериментальные исследования динамики электромагнитного привода и вязкоупругих ограничителей проводились с использованием различной виброизмерительиой, тензометрической и анализирующей аппаратуры.
Научные положения, выдвигаемые на защиту;
-
Реологические свойства элементов, изготовленных из наполненных полимерных материалов, моделируются методами наследственной механики. Функциональная зависимость реакции вязкоупругих ограничителен из таких материалов на деформацию адекватно описывается методой ядра релаксации наследственной механики.
-
Реологические параметры модели ядра релаксации, а также параметры зависимости мгновенной жесткости от деформации, определяются из кривых релаксаций, полученных в результате квазнстатического деформирования ограничителей, и достоверно описывают динамическое поведение вязкоупругих ограничителен.
-
Реологические параметры модели поведения ограничнгелей и параметры зависимости мгновенной жесткости ограничителей от деформации существенно зависят от величины этой деформации и геометрических характеристик вязкоупругих ограничителей. Данные зависимости носят нелинейный характер. * .
Основные научные результаты диссертации получены на основе использования апроб52роваш1ых методоз механики, экспериментальных методов ио ледованнй и численных иетодоз прикладкой математики.
Достоверность научных положений, сформулированных в работе, подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Научная новизна. Разработана динамическая модель реакции вязко-упругих ограничителей в терминах наследственной механики с учетом реологических свойств материала ограничителей:. Показано, что реологические параметры вязкоупругпх ограничителей существенно зависят от деформации материала и их геометрических характеристик.
Разработана динамическая модель электромагнитного вибропрнвода с качающимся якорем и вязкоупругимн ограничителями с учетом влияния технологической нагрузки и особенностей триботехнических характеристик поверхностей трения.
Разработана методика и предложена структурная схема численного интегрирования иптегро-лифференциальных уравнений поведения электромагнитного вибропривода с качающимся якорем и вхзкоупругнми ограничителями.
Выявлены особенности поведения данной динамической системы. при различных характеристиках упругих и вязкоупругих элементов, технологической нагрузки и частоты тока питания электромагнитного вибропривода.
Разработана методика параметрической оптимизации динамической системы по технологическим критериям качества.
Практическая ценность. Разработан пакет программ по определению реологических параметров численной модели вязкоупругих ограничителей на основе -жемеримешальных данных деформирования ограничителей, численному моделированию поведения электромагнитного вибропрнвода с качающимся якорем и вязкоупругимн ограничителями, параметрической оптимизации хзекгромапшпюго вибропрнвода. Выполненные с помощью данного пакета программ расчеты динамических парамсіров вибропрнвода имеют хорошую сходимость с экспериментальными значениями, полученными путем проведения испытаний на опытном образце.
Па основе выявленных особенностей поведения вибропривода при различных характеристиках упругих элементов и pi алогических параметрах вязкоупругих ограничителей сформулированы рекомендации по расчету п проектнропашно электромагнитных пибронрнводов с качающимся якорем, обладающих требуемыми динамическими характеристиками.
Реализация работы, Результаты исследований использованы при проектировании изделий вибрационной техники в НПО "ВМТ" (г.Курск), в учебном процессе на кафедре теоретической механики Курского государственного технического университета при подготовке методических указаний и учебных пособии но курсам "Теоретическая механика", "Теория механизмов и машин", а также в научно-исследовательской лаборатории "Вибротехника" при разработке и проектировании вибрационной техники.
Д»робацня_габог|,|_, Основные результаты работы докладывались па
Международном Экологическом Форуме "Современные экологические проблемы провинции" (Курск, 1995); XXIV Международной школе ученых-механиков (С-Петербург, 1996); III Международной конференции "Вибрационные машины и технологии" (Курск, 1997); Курском городском семинаре по прикладной и теоретической механике (Курск, 1995-1998).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст состоит из 119 стр., включая 44 рисунка и 16 таблиц, список литературы, содержащий 104 наименования, а также приложение на 54 страницах.
