Введение к работе
Актуальность темы. В системах с несколькими источниками вибрации всегда возможна синхронизация на одной или нескольких частотах. Суть явления синхронизации состоит в том, что электромеханические объекты, совершающие по отдельности колебательные или вращательные движения с разными частотами и угловыми скоростями, начинают двигаться синхронно с одинаковыми или соизмеримыми частотами и угловыми скоростями, из-за наличия даже весьма слабых связей или взаимодействий. При этом устанавливаются вполне определенные фазовые соотношения между колебательными и вращательными движениями. Подобные режимы движений весьма устойчивы и возникают такие режимы самопроизвольно при подходящих электромеханических параметрах конструкции.
В природе и технике синхронизация встречается довольно часто и играет как положительную, так и отрицательную роль. Если синхронизация возникла в системе нескольких электродвигателей, например наземный и подземный электротранспорт, то синхронизация является отрицательным эффектом, т.к. следствием такой синхронизации является затягивание времени переходных процессов и повышенная вибрация. Что в свою очередь ведет к увеличению энергопотребления и возникновению опасных низкочастотных биений, а также разрушению инженерных конструкций. Одной из причин многих аварий в энергоемком оборудовании является синхронизация частот роторов, посредством вибрации основания в процессе работы двигателей. Поэтому задача снижения уровней вибрации в стационарных и переходных режимах работы энергоемких машин является одной из важных задач механики и техники.
Цель работы. Повысить надежность работы динамических объектов при самосинхронизации на вязко-упругом основании путем исследования явления самосинхронизации и применения газогидравлических гидроопор.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
построить математическую модель колебательной системы, которая учитывает особенности работы асинхронных электродвигателей;
выявить стационарные режимы колебаний системы;
исследовать стационарные режимы на устойчивость;
экспериментально оценить влияние самосинхронизации на надежность динамических объектов с асинхронными электродвигателями. Методы исследования. Исследование поставленных задач проводится
методами нелинейной механики, теоретической механики, теории устойчивости, а также численными и экспериментальными методами. Научная новизна.
- Теоретически и экспериментально доказано существование эффекта
самосинхронизации динамических объектов с асинхронными
электродвигателями с короткозамкнутыми роторами.
Математически доказано существование устойчивого стационарного синхронно-противофазного режима вращения роторов двигателей, установленных на общем вязко-упругом основании.
Выявлено, что коэффициент диссипации вязко-упругого основания влияет на самосинхронизацию роторов двигателей. Теоретическая значимость.
При исследовании математической модели применялся метод малого параметра, позволяющий выявить критические режимы работы нескольких электродвигателей, установленных на упругом основании.
Метод позволяет выявить требования, предъявляемые, к интегральным демпферам, которые позволяют управлять процессом синхронизации.
Метод осреднения позволяет теоретически предсказать возможность самосинхронизации двух или более асинхронных двигателей, установленных на вязко-упругом основании.
Практическая значимость.
Показана необходимость использования демпферов для гашения колебаний самосинхронизующихся механических систем, обеспечивая тем самым бесперебойную работу всей системы.
Снижение уровня вибраций при синхронизации способствует экономии электроэнергии и увеличению ресурса работы электромотора электровоза (мотор-компрессор).
Открываются возможности управления процессом синхронизации путем создания адаптивных гидроопор.
Основные результаты диссертации были получены при выполнении работ по теме «Теоретические и экспериментальные исследования вибрационных процессов в подземных сооружениях и методы их подавления при распространении в окружающую среду», включенной в план основных заданий Нф ИМАШ РАН и при поддержке:
гранта РФФИ «Системы виброизоляции с внутренними инерционно-демпфирующими элементами для защиты операторов мобильных машин и инженерных сооружений рельсового и дорожного транспорта. Теория. Эксперимент. Компьютерное моделирование» (№ 08-08-97057-РПоволжье, 2007-2010).
гранта РФФИ «Нелинейная волновая динамика и устойчивость роторных систем» (№ 11-08-97066-Р_Поволжье, 2011-2012).
Достоверность результатов. Достоверность результатов работы обоснована корректностью постановок задач, строгими математическими преобразованиями, сравнением с полученными ранее решениями и результатами проведенных экспериментов по самосинхронизации динамических объектов, установленных на вязко-упругом основании.
Положения, выносимые на защиту:
- Полученная система уравнений фазовой синхронизации во втором
приближении для систем двух и трех двигателей, закрепленных на вязко-
упругом основании.
Во втором приближении метода осреднения обнаружен режим частотной синхронизации двух и трех двигателей, установленных на общем основании.
Найденные условия возникновения режима самосинхронизации двигателей.
Полученные зависимости, показывающие влияние коэффициента диссипации основания на амплитуду колебаний основания и фазовую синхронизацию.
Построенные области неустойчивости стационарных режимов колебаний (режимов самосинхронизации).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на ряде научных конференций: 16 Нижегородская сессия молодых ученых (Н.Новгород, 2011), X международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки» (Н.Новгород, 2011), X Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (Н.Новгород, 2011), XXIII международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (Москва, 2011), IX Всероссийская научная конференция им. Ю.И. Неймарка «Нелинейные колебания механических систем» (Н.Новгород, 2012);
на научном семинаре Нижегородского филиала Учреждения Российской академии наук Института им. А.А. Благонравова РАН.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 7 [1-7] опубликованы в журналах рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора. При выполнении работ по теме диссертации автор принимал непосредственное участие в постановке задач, разработке методологии и программы исследований и подготовке публикаций по результатам исследований.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (89 наименований). Общий объем диссертации 94 страницы, включая 76 рисунков.
