Введение к работе
Актуальность темы. Динамика машин в последние годы активно развивается в направлениях, связанных с управляемыми механическими системами, что подтверждается значительными продвижениями в создании роботов и манипуляторов, автоматизированных комплексов для сборочных работ, локомоционпых машин и транспортных средств, обладающих адаптационными свойствами. Вибрационные и ударные воздействия сопровождают работу машин, особенно тех, которые взаимодействуют с внешней средой. В этом случае решение многих задач, связанных с обеспечением надежности машин и безопасности человека-оператора, стимулирует разработку способов и средств виброзащиты. Многие машины используют вибрации для интенсификации технологических процессов.
Теория и практика создания виброзащитных систем опирается не только на аналитический базис, определяемый уровнем развития теоретической механики и се различных приложений, но и соответствующими разработками в области системного анализа, теории автоматического управления, динамики управляемого движения, теории колебаний. Расчетные схемы современных машин, в том числе транспортных средств различного назначения, представляют собой, как правило, механические колебательные системы с одной или несколькими степенями свободы, в составе которых используются пассивные элементы (пружины, демпферы) и управляемые устройства. Использование управляемых устройств электро-, пневмо- и гидравлических исполнительных механизмов, по-существу, превращает виброзащитные системы (ВЗС) в специализированные системы автоматического управления. Поэтому активное развитие мехатронных подходов, естественным образом, предопределяет интерес к динамике управляемых систем, развитию методов анализа и синтеза комбинированных систем, в которых проблемными становятся вопросы устойчивости работы, физической реализации управлений, быстродействия, надежности функционирования и экономической эффективности.
Теории и практическим приложениям в динамике управляемых систем и вопросам защиты от вибраций и ударов посвящены работы ученых: Бабакова И.М., Бидерма-на В.Л., Бишопа Э., Блехмана И.И., Болотина В.В., Бутенина Н.В., Вейца В.Л., Вульфсо-на И.И., Ганиева Р.Ф., Генкина М.Д., Турецкого В.В., Ден-Гартога Дж.П., Елисеева СВ., Колесникова К.С, Коловского М.З., Кренделла С.С., Ларина В.Б., Пановко Я.Г., Перво-званского А.А., Писаренко Г.С., Светлицкого В.А., Синева А.В., Тимошенко СП., Фролова К.В., Черноусько Ф.А. и многих других. Значительное развитие получила динамика транспортных систем, благодаря усилиям российских ученых: Меделя В.М., Силаева И.И., Грачевой Л.О., Когана А.Я., Пахомова М.П., Галиева И.И., Хоменко А.П., Ка-маева В.А., Ушкалова В.Ф., Лазаряна В.А., Ротенберга Р.В., Фурунжиева Р.И. и др.
Многочисленные приложения динамических управляемых систем определяют ин терес к вопросам типизации элементов механических колебательных систем, расшире нию элементной базы ВЗС, введению в структуру дополнительных связей, формируемы путем комбинационных соединений типовых элементов структуры, что расширяет пре ставлення о возможностях изменения динамических свойств виброзащитных систем, ро ли и значении механизмов и устройств в колебательных структурах. В структурах ВЗ достаточно широко используются гидравлические элементы, а материально-техническ база активных электрогидравлических систем приобрела за последние годы форму меха тронных устройств, что сделало актуальными поиск и разработку различных направле ний приложения методов активной виброзащиты.
Цель и задачи диссертационной работы. Цель работы заключается в разработк методов оценки возможных форм взаимодействия и особенностей динамических свойст звеньев в виброзащитных системах с расширенным набором типовых элементов.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
разработать структурные методы оценки возможностей и динамических свойст виброзащитных систем при введении дополнительных связей в виде механических це пей, формируемых из типовых звеньев расширенного набора;
предложить методы упрощенного математического моделирования в задачах по строения виброзащитных систем с расширенной элементной базой;
разработать методические подходы к построению математических моделей гид равлических устройств, используемых в управляемых виброзащитных системах;
разработать методику выбора конструктивно-технических решений по введени в структуру механических колебательных систем активных или управляемых элементо с учетом особенностей, возникающих при этом изменений, в структурах виброзащитны систем;
разработать рекомендации по повышению эффективности виброзащитных сие тем, имеющих дополнительные связи, позволяющие обрабатывать информацию о теку щем состоянии и формировать по определенному закону управляющие силы.
Научная новизна результатов исследования заключается в создании научно обоснованной методологической базы для решения вопросов, связанных с выбором кон структивно-технических решений по созданию управляемых ВЗС, использующих, в ча стности, гидравлические устройства, а также для оценки возможностей повышения эф фективности ВЗС.
К наиболее существенным научным результатам относятся:
1. разработка научной концепции введения дополнительных связей в механически колебательные системы с учетом возможностей упрощения исходных структур, имею щих несколько степеней свободы;
введение и определение понятия комбинационного или совместного режима динамического гашения, связанного с условиями ограничения движения по нескольким координатам, что позволило выявить возможности проявления при моногармоническом возмущении в цепных механических системах форм самоорганизации движения;
развитие концепции введения дополнительных связей в механических системах, что открывает возможности изменения частот главных колебаний и, в частности, построения упруго-инерционных связей, «зануляющихся» при определенных частотах;
предложены математические модели активных виброзащитных систем, позволяющие учитывать локальные особенности размещения активных элементов в структурах и возникающие в этом случае внутренние конструктивные связи.
Практическая значимость результатов заключается в возможности их использования как основы для построения научно-обоснованных методик инженерных расчетов, связанных с построением виброзащиткых систем, силовыми расчетами ее элементов с целью обеспечения безопасности и надежного функционирования ВЗС.
Результаты разработок, используются для чтения спецкурсов по динамике машин и сооружений в ИрГУПСе; рекомендации по повышению надежности эксплуатации технологического оборудования переданы предприятию «ЭНРОФ» г. Иркутск и научно-консалтинговой фирме «Инженеринг» г. Иркутск.
Достоверность и обоснованность полученных результатов основывается на применении апробированных методов динамики машин, теоретической механики, теории колебаний, теории автоматического управления, а также на основе обработки имеющихся результатов экспериментальных исследований.
Апробация результатов. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научных мероприятиях с участием отечественных и зарубежных специалистов, в частности, на: ГХ школе-семинаре «Математическое моделирование и информационные технологии», Иркутск, 2007; XI международной научной конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева «Решет-невские чтения», Красноярск, 2007; 45-й международной научно-практической конференции, Хабаровск, 2007; ГХ международной конференции, посвященная 105-летию академика Н.Г. Четаева, Иркутск, 2007; 18th International DAAAM Symposium, Vienna, Austria, 2007; IV Международном симпозиуме, посвященному 80-летию академика РАН В.А. Ильина «Обобщенные решения в задачах управления (GSCP-08)», Улан-Удэ, 2008; Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы права, экономики и управления», Иркутск, 2008; III Всероссийской конференции с международным участием «Математика, ее приложения и математическое образование», Улан-Удэ, 2008; XIV Байкальской международной школе-семинаре «Методы оптимизации и их приложения», Иркутск, Байкал, 2008; IV Всероссийской научной конференции «Винеровские чтения», г. Иркутск, 2009 г; IV Меж-
дународная конференция «Проблемы механики современных машин», г. Улан-Удэ, 2009 г XIV Байкальская Всероссийская конференция с международным участием «Информацио ные и математические технологии в науке и управлении», г. Иркутск - оз. Байкал, 2009 г Международная научно-техническая конференция «Динамика и прочность машин, зданий сооружений», г. Полтава (Украина), 2009 г.
Научные результаты опубликованы в 10 статьях, получена заявка на полезную мо дель.
Диссертация обсуждена и рекомендована к защите на научно-методическом семи наре «Современные технологии. Системный анализ. Моделирование» ИрГУПС (2009 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, изложена на 184 civ машинописного текста, содержит 71 рис., 11 таблиц, список литературы - 194 назв.
