Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние, области применения, способы и средства обеспечения эксплуатационной надежности рычажно-шарнирных средств виброзащиты 11
1.1. Анализ существующих и перспективных конструкций виброзащитных устройств транспортной техники 11
1.2. Классификация, области применения и конструктивное исполнение рычажно-шарнирных механизмов виброзащитных устройств 16
1.3. Некоторые особенности центрирования и повышения износостойкости в рычажных виброизоляторах штоков и других подвижных элементов пар трения возвратно-поступательного действия 21
1.4. Тенденции развития и перспективы повышения функциональной надежности и технического уровня рычажно-шарнирных средств виброзащиты транспортной техники 33
1.5. Определение цели и постановка задач исследования 36
2. Моделирование переходных процессов в рычажных виброизоляторах с механизмами управления различной физической природы 38
2.1. Виброизолятор с клиновым плунжерным механизмом управления 38
2.2. Виброизолятор с механизмом управления на базе клапано-седельной пары 45
2.3. Пневматический виброизолятор с шатунным рычажно-поршневым механизмом управления 47
2.4. Выводы 61
3. Экспериментальнеое исследование пневматической виброзащитной системы на базе модели иммитаторов 62
3.1. Экспериментальное исследование взаимного влияния резонансных колебаний кинематически связанных упругоподвешенных масс рычажных механизмов при транспортном нагружении 62
3.2. Выводы 69
4. Систематизация, усовершенствование и разработка способов и средств обеспечения эксплуатационной надежности рычажных виброзащитных устройств и примеры их конструкторской реализвции 70
4.1. Роль конструктивного анализа и классификаторов рычажно-шарнирных средств виброзащиты и их составных элементов в повышении качества и сокращении сроков проектирования высокоэффективных конструкций 64
4.2. Совершенствование известных и разработка новых средств виброзащиты агрегатов и оборудования железнодорожного транспорта 73
4.2.1. На базе механических корректирующих устройств 73
4.2.2. На базе механизмов рассеивания энергии и изменения вида и направления движения кинематических звеньев 76
4.2.3. На базе демпферов различной физической природы 77
4.2.4. С механизмом переключения жесткости упругого элемента 82
4.2.5. Пространственный рычажно-шарнирный виброизолятор блочно-пружинного типа 88
4.3. Выводы 90
Заключение 92
Список литературы 94
- Классификация, области применения и конструктивное исполнение рычажно-шарнирных механизмов виброзащитных устройств
- Пневматический виброизолятор с шатунным рычажно-поршневым механизмом управления
- Экспериментальное исследование взаимного влияния резонансных колебаний кинематически связанных упругоподвешенных масс рычажных механизмов при транспортном нагружении
- Роль конструктивного анализа и классификаторов рычажно-шарнирных средств виброзащиты и их составных элементов в повышении качества и сокращении сроков проектирования высокоэффективных конструкций
Введение к работе
Актуальность темы. Снижение вибрационных нагрузок на машины и человека является сложной комплексной задачей, которая предполагает разработку соответствующих разделов теории виброзащитных систем с дополнительными связями и использование новых конструктивных решений. Научный и практический интерес представляют не только общетеоретические задачи динамики виброзащитных систем, но и отработанные специфические методики расчета перспективных моделей и средств вибро-защиты.
Существующие пневматические виброзащитные системы широко используются в транспортном машиностроении для защиты машин и человека от действия технологической и транспортной вибрации. За счет входящих в системы пневматических элементов достаточно просто производить регулировку жесткостных и демпфирующих свойств, обеспечить необходимую несущую способность и требуемые габаритные размеры в ограниченных пространствах сложной конфигурации.
Пневматические элементы допускают введение дополнительных связей, например, в виде рычажно-шарнирных звеньев, которые, влияя на динамические свойства виброзащитной системы, позволяют существенно снизить вибрационные нагрузки на защищаемый объект в определенных диапазонах частот.
Пневматические виброзащитные системы с рычажно-шарнирным звеном изучены не достаточно полно. На настоящий момент не разработана обобщенная математическая модель виброзащитных систем данного типа. Отсутствуют методики расчета параметров пневматических элементов с рычажно-шарнирным звеном и оценки динамических свойств системы в целом при детерминированных и случайных возмущениях. Отсутствует систематизация применяемых дополнительных связей различной физической природы (механических, электромеханических, магнитных и т.п.), реализующих принцип работы рычажно-шарнирного звена.
Все это, прежде всего, и в полной мере относится к железнодорожному транспорту. Поэтому совершенствование пневматических рычажно-шарнирных виброзащитных систем железнодорожного транспорта является в настоящее время весьма актуальной темой исследования.
Исследования проводились в соответствии с координационными планами «Программы энергоснабжения на железнодорожном транспорте в 1998 - 2000, 2005 годах» (Постановление Правительства РФ от 04.07.98 №262 пру), «Программой создания нового поколения грузового подвижного состава на 2000 — 2005 годы (Постановление Коллегии МПС РФ от 24-25 декабря 1999 г. №23) и договором № 9-1-00 от 20.06.00 г. «О научно-техническом и педагогическом сотрудничестве Орловского государственного технического университета (ОрелГТУ) и Самарской государственной академии путей сообщения (СамГАПС) на 2000-2005 гг.
Цель работы - установить закономерности влияния дополнительных связей, создаваемых рычажно-шарнирным звеном, на динамические свойства пневматической виброзащитной системы.
Задачи исследования:
разработать обобщенную математическую модель пневматической виброзащитной системы с рычажно-шарнирным звеном;
разработать методику и программы расчета рациональных параметров пневматических элементов виброзащитной системы с рычажно-шарнирным звеном;
на основе аналитических методов расчета, численного моделирования и экспериментальных исследований установить закономерности влияния дополнительных связей, создаваемых рычажно-шарнирным звеном, на основные динамические свойства пневматической виброзащитной системы, ориентируясь на характерные для железнодорожного транспорта внешние возмущения;
провести систематизацию дополнительных связей различной физической природы, реализующих принцип работы рычажно-шарнирного звена в составе пневматической виброзащитной системы.
Объектом исследования является пневматическая рычажно-шарнирная вибро-защитная система с дополнительными связями, которая рассматривается в рамках комплексной системы «объект защиты - машина — среда».
Предметом исследования являются процессы формирования рычажно-шарнирным звеном дополнительных компенсационных воздействий, которые определяют динамические свойства пневматической виброзащитноп системы и позволяют уменьшить интенсивность вибрационной нагрузки, передаваемой объекту защиты.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе классических методов расчета динамических систем с линейными и нелинейными уп-ругодемпфирующими элементами. Использовались методы математического моделирования и численного решения уравнений. При проведении экспериментальных исследований применялись стандартные методики измерений вибрации машин.
Научная новизна работы:
разработаны обобщенная математическая модель пневматической виброзащитной системы с шатунным рычажно-шарнирным звеном и математические модели пневматической виброзащитной системы с рычажно-шарнирным звеном клинового и клапанно-седельного типов;
разработаны методика и программы расчета рациональных параметров пневматических элементов виброзащитной системы с рычажно-шарнирным звеном, обеспечивающие существенное снижение вибрационной нагрузки при принятой конструкции рычажно-шарнирного механизма и заданном амплитудно-частотном спектре внешних возмущений;
— проведена систематизация дополнительных связей различной физической
природы, реализующих принцип работы рычажно-шарнирного звена в составе пневма
тической виброзащитной системы.
Достоверность полученных результатов обеспечивается соответствующим выбором расчетных моделей, использованием адекватного математического аппарата, современной вычислительной техники и программного обеспечения, а также подтверждается соответствием аналитических результатов данным эксперимента.
На защиту выносятся:
теоретически и экспериментально обоснованное положение о необходимости установки в пневматических рычажно-шарнирных виброзащитных системах дополнительных связей;
методика и программы расчета рациональных параметров пневматических элементов с рычажно-шарнирным звеном, при которых обеспечивается существенное снижение нагрузки на защищаемый объект;
- результаты исследований динамических свойств пневматической рычажно-
шарнирной виброзащитной системы с дополнительными связями, полученные при мо
делировании колебаний системы «объект защиты - машина - среда»;
— предложенные технические решения по конструкциям пневматических ры-
чажно-шарнирных виброзащитных систем с дополнительными связями различной фи
зической природы.
Практическую ценность работы составляют: результаты систематизации пневматических виброзащитных систем с рычажно-шарнирным звеном и их конструктивные схемы; методика и программы расчета рациональных параметров пневматических элементов виброзащитных систем с рычажно-шарнирным звеном.
Реализация результатов работы:
Результаты исследований пневматической виброзащитной системы с рычажно-шарнирным звеном шатунного, клинового и клапанно-седельного типа используются в учебном процессе СамГАПС на кафедре «Механика» при изучении дисциплины «Основы триботехники узлов подвижного состава».
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на: международных научно-технических конференциях «Механика неоднородных деформируемых тел: методы, модели, решения» (Севастополь, 2004) и Школа молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии» - «АКТ-2005» (Воронеж, 2005); международных научно-практических конференциях «Проблемы транспорта Дальнего Востока. - FEBRAT-05» (Владивосток, 2005) и «Актуальные проблемы развития железнодорожного транспорта» (Самара, 2005); международных научных симпозиумах «Гидродинамическая теория смазки— 120 лет» (Орел, 2006) и «Механизмы и машины ударного, периодического и вибрационного действия» (Орел, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ общим объемом 8,37 пл., включая 1 монографию, 9 статей в научных сборниках, тезисы б, при этом доля автора составляет 2,46 п.л.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 103 наименований и трех приложений. Основной текст изложен на 104 страницах и содержит 45 рисунков, 1 таблицу.
Классификация, области применения и конструктивное исполнение рычажно-шарнирных механизмов виброзащитных устройств
Из анализа научно-технической литературы и патентной документации /93, 98, 99/ вытекает, что развитие виброзащитных устройств транспортной техники происходит по следующим направлениям: - совершенствование классических схем виброзащиты, реализующих лучшие качества пассивных УДЭ; - разработка систем и устройств виброзащиты с параметрическим управлением; - создание активных средств виброзащиты, в том числе на базе последних достижений в области конструкционного демпфирования. Наиболее просты по конструкции и наиболее распространены в практике виброзащитные устройства на пассивных неуправляемых элементах. Такие устройства могут состоять из одного упругого элемента, упругого элемента с демпфером; комбинации упругого элемента; демпфера и совокупности инерционных масс с последовательно-параллельным, а в ряде случаев, многокаскадным соединением этих элементов.
По исполнению упругодемпфирующих элементов виброзащитные устройства подразделяются на пневматические /14, 26, 80, 88, 100/, гидравлические /46, 96/, пружинные упруго демпфирующие элементы /1, 10/, рессорные /27, 84/, резиновые /68/, тросовые /77, 78, 79/ из искусственных упругопористых металлических материалов типа MP или МЕРЕТРАНС /67, 85, 92/ и другие типы, охарактеризованные в /48, 58/. Известно, что хотя виброзащитные устройства на пассивных элементах способны изолировать значительную долю колебательной энергии, они не в полной мере удовлетворяют современным требованиям транспортного машиностроения к перспективным и конкурентоспособным образцам новой техники.
В частности, виброзащитные устройств, состоящие только из одного упругого элемента, из-за резкого усиления колебаний в резонансной области ограничивают их использование для защиты от вибраций в широком диапазоне частот и в неустановившихся режимах колебаний. Причем, при широкополосных возмущающих воздействиях требования к демпфирующему, установленному параллельно упругому элементу (по схеме Кельвина), противоречивы, так как демпфер ухудшает виброизоляцию на высоких (сверхрезонансных) частотах. В этих условиях компромиссным решением задачи может служить соединение упругого и демпфирующего элемента по схеме Зенера, называемой также релаксационной подвеской /15, 49, 52, 88/, в которой демпфирующий элемент включен через дополнительный упругий элемент. В /93/ отмечено, что даже при оптимальном выборе параметров релаксационной схемы на высоких частотах она проигрывает по качеству виброизоляции упругому элементу без демпфера, а в резонансной полосе частот удовлетворительный результат достигается за счет существенного повышения жесткостных параметров виброизолятора.
Недостатки присущи и средствам виброзащиты с дополнительными инерционными массами, что выражается в их громоздкости при ограниченном частотном диапазоне эффективной работы. Устройства данного рода, как правило, используют в качестве антивибраторов для отдельных составляющих вибровоздествий /54, 55/. К этим устройствам можно отнести и виброизоляторы (демпферы) с преобразованием движения ИО /52,97/. Устройства с квазинулевой жесткостью /45, 73, 93, 102/, выполненные на элементах или конструкциях с прохлопывающимся эффектом, также относятся к пассивным средствам виброзащиты. Однако, несмотря на, казалось бы, высокую эффективность виброизоляторов с квазинулевой жесткостью, их применение ограниченно в силу большой чувствительности к изменению параметров самого виброизолятора, так изменению веса и наклона объекта защиты. Кроме того, в большинстве практических случаев, участок характеристики нулевой жесткости ограничен, причем в пределах этого участка энергоемкость виброизолятора невысока, что не позволяет воспринимать воздействия в виде скачка скорости.
Для решения более универсальных задач и с большей эффективностью на основе пассивных виброизоляторов разрабатываются параметрические управляемые устройства. В таких устройствах в качестве управляемого параметра принимается жесткостная или демпфирующая характеристика виброизолятора /6, 7, 8, 13, 14, 50/. Для повышения быстродействия применяют электрические методы управления параметрами, используя различного рода магнитные и электропроводные смеси, а сигнал управления подают на индукторы, магнитное поле которых взаимодействуют с этими жидкостями /3/.
Большой объем исследований выполнен в области активных виброзащитных устройств, в которых с помощью различного рода датчиков, исполнительных элементов и источников энергии моделируются необходимые связи (силовые и кинематические) между источником вибровоздействий и защищаемым объектом /2, 23/. В этих устройствах, в отличие от параметрически управляемых систем, возможна реализация отрицательных параметров жесткости и демпфирования /29, 70/. Не вызывает особых технических трудностей реализации активных устройств динамической компенсации вибрационного поля /18, 59, 73, 102, 103/, активных устройств с электромеханическими и электрическими ИО /4, 53, 59, 73, 103/. Ввиду податливости газов, сложение реализовать возможности активной изоляции с исполнительными пневматическими элементами /43, 83, 87, 89/, а ввиду ограниченного быстродействия - с гидравлическими /11, 20/. Наиболее полно последние достижения ученых и практиков по оценке влияния характеристик регулирующих органов на виброизолирующие свойства активных виброзащитных механизмов освещены в /93/.
Пневматический виброизолятор с шатунным рычажно-поршневым механизмом управления
В 21 веке наметилось неуклонное снижение темпов технического прогресса по основным показателям весовой эффективности, надежности и ресурса энергетических установок транспортной техники общего назначения (автомобильный, железнодорожный, аэрокосмический, морской и речной) /57/. Это в свою очередь негативно сказалось на развитии перспективных и доведение до эксплуатационной надежности существующих систем и средств снижения динамической нагруженности как транспортной техники, так и объектов транспортировки /43/.
В это же время четко отслеживается тенденция роста показателей тактикотехнических требований к транспортным средствам и энерговооруженности их ЭУ, обуславливающих /43/: - увеличение давления и расхода рабочих сред в трактах ПГС; - расширение нижней границы диапазона рабочих сред до 20 К в виду применения высококалорийных криогенных топлив (СПГ и жидкий водород); - использование «всепогодных» синтетических масел с повышенными агрессивными и токсическими свойствами (азот, гелий) в бортовых источниках систем подачи управляющего газа. Все это обуславливает повышение динамической нагруженности агрегатов и оборудования транспортной техники с возрастанием вепоятности нештатных ситл аітий из-за интенсификации неблагоприятных факторов (вибрации, пульсации давления, гидроудары, ударное воздействие силовых органов и пр.), приводящих к прочностным (усталостным) поломкам элементов и узлов. Вышеизложенное предопределяет актуальность и потребность опережающего развития способов и средств снижения динамической нагруженности элементов, агрегатов и оборудования транспортных средств, к которым, в первую очередь, относятся способы и средства вибро-, ударозащиты объектов их систем и элементов. В связи с этим весьма велика научно-практическая значимость современных направлений повышения надежности и технического уровня средств вибро-, ударозащиты транспортной техники: - разработка и внедрение в производство САПР с комплексным использованием современных средств вычислительной техники в виде интеллектуальных систем на основе комплексной автоматизации; предельных проблемно-сориентированных систем на базе персональных ЭВМ с созданием 111111, предназначенных для автоматизации проектирования технических систем виброизоляции транспортной техники и транспортируемых грузов с элементами управления различной физической природы; - создание для транспортной техники, в целом, и для систем виброизоляции ее динамически нагруженных элементов и агрегатов, в частности, нового поколения «криогенных» технологий для их изготовления на базе известных высокоэффективных или внедряемых перспективных материалов (упругопористые металлические материалы типа MP или «МЕРЕТРАНС», композиты, керамика, поликарбонатные смолы и пр.) с высокой упругостью и термостойкостью в широком температурном диапазоне; нанотехнологий и др.); - проведение кардинальных исследований динамической нагруженности агрегатов и оборудования транспортных средств с расчету выходных параметров принятых средств вибро-, ударозащиты транспортных средств, их систем и агрегатов с обеспечением заданного технического уровня и показателей надежности. Указанные направления предопределяют первоочередные задачи развития и совершенствования рычажных средств вибро-, ударозащиты транспортной техники, включая железнодорожный транспорт, и объектов транспортировки, которые, по мнению автора, в настоящее время должны быть нацелены на решение насущных, конкретных проблем научно-прикладного и экономического характера: 1. Создание широко доступного отечественным пользователям непрерывно пополняющего банка известных конструкторских решений и идей разработки конструкций рычажных средств вибро-, ударозащиты, в том числе на принципах конструкционного демпфирования, динамически нагруженных элементов, агрегатов и оборудования транспортной техники (открытия; патенты на изобретения и полезные модели; свидетельства ВНТИЦ на интеллектуальный продукт; монографии и учебно-справочные пособия, включая их электронные версии; научные статьи и тезисы докладов на научно-технических семинарах, конференциях и симпозиумах различного уровня, включая международный; экспонирование образцов новой техники на отечественных и зарубежных выставках). 2. Создание универсального и совершенствование действующих в различных отраслях отечественной промышленности подходов к созданию новых более эффективных (по функциональной надежности; наличию диагностических систем и устройств; по техническому уровню и показателям надежности; экологической чистоте в эксплуатации; технологическая и финансовая доступность и др.) рычажных средств вибро-, ударозащиты машин и механизмов нового поколения, как составляющих общего системного подхода к созданию высоконадежной транспортной техники. 3. Совершенствование и разработка математического аппарата аналитических исследований, экспериментального оборудования и аппаратуры, методов и методик экспериментального сопровождения вновь создаваемых перспективных, более эффективных конструкций рычажных средств вибро-, ударозащиты на базе: - научно-обоснованных способов и приемов математического моделирования переходных процессов в рычажных виброизоляторах с механизмами управления различной физической природы; - систематизации, усовершенствования и разработки конструкторско-технологических и экспериментальных способов и средств обеспечения эксплуатационной надежности рычажных систем и устройств. 4. Совершенствование технического уровня находящихся в эксплуатации и создание нового поколения рычажных средств виброизоляции транспортной техники (объектов транспортировки) с заданным динамическим качеством с использованием известных и разработкой новых систем и устройств диагностирования их технического состояния и парирования возникших в эксплуатации неисправностей и отказов.
Экспериментальное исследование взаимного влияния резонансных колебаний кинематически связанных упругоподвешенных масс рычажных механизмов при транспортном нагружении
Данное уравнение моментов сил на плечах двухплечевого рычага 5 определяет характер работы данного устройства. При этом зависимость равновесного положения плунжера 11 (останова) при отсутствии контакта элементов 9 и 10 клинового механизма имеет вид: где РпрГ усилие предварительной затяжки пружины 13, определяемое фактическим размером посадочного места Н под пружину.
В исходном положении в конструкции давление управляющей среды в полости 3 равно величине р, так как отсутствует расход среды из герметичного корпуса 1, а при отсутствии движения поршней 3, 7 и плунжера 11 изменение объема внутренней полости демпфера не происходит.
Работа устройства (демпфирование вибраций воздействующих на объект 8) основана на механическом воздействии шарового окончания 9 и клиновой поверхности 10 плунжера 11, обеспечивающим перевод плунжера 11 в новое положение относительно исходного для перестройки длин плеч L] .и L2 рычага 5 (перевод оси вращения 4 рычага 5 в новое положение). При этом согласно выражению (2.1) на поршнях 7 и 3 происходит изменение усилий от воздействия давления управляющей среды р, противодействующее по направлению, воздействующей на поршень 7 вибрационной нагрузке.
В случае аварийной ситуации (исчезновение подвода управляющей среды Р) рычажно-шарнирный механизм под действием силы тяжести объекта 8 займет положение, соответствующее случаю Lj = Lj. При этом транспортировка объектов 6 будет осуществляться без демпфирования вибраций, в так называемом «жестком режиме». Данная ситуация возможна во всех классах демпфирующих и виброизолирующих устройств и систем на базе использования автономных источников энергии (газ, жидкость или электроэнергия) и должна быть учтена при расчете прочностных характеристик элементов демпфера.
По сравнению с известными техническими решениями аналогичного назначения, предлагаемое устройство реализует преимущество рычажно-шарнирных механизмов с переставляемой осью вращения рычага (повышение грузоподъемности демпфера за счет создания разнонаправленных моментов от усилий, возникающих на рабочем и дополнительном поршнях от давления управляющей среды, и величины демпфирования, в том числе за счет сил сухого и вязкого трения в сопряжениях поршень — корпус), а также обеспечивает улучшение выходных параметров демпфера снижением числа резонансных частот исполнительных и чувствительных элементов поршневых пар ввиду ортогонального расположения их осей.
Предлагаемое техническое решение для демпфера помимо использования для защиты транспортируемых средств от динамических воздействий (вибрация, удар) при железнодорожных перевозках может быть также использовано с этой целью в других видах транспорта (автомобильный, авиационный, морской или речной), а также в машиностроении для защиты машин и оборудования, работающих в условиях вибрационного или ударного нагружений (механизмы кузнечно-штамповочного производства, мельницы для размола и дробления различных материалов, включая пищевые и пр.).
Оригинальность демпферов с ортогональным расположением исполнительного и чувствительного органов обусловила необходимость разработки их математических моделей, пригодных для практических нужд проектировщика средств вибро-ударозащиты объектов, в том числе и на железнодорожном транспорте. В связи с этим предложена математическая модель, описывающая вертикальные перемещения объектов защиты при транспортировке, применительно к конструкции на рисунке 2.1.
Для исследования динамических свойств демпфера выведем уравнение движения объекта защиты массой М относительно системы отсчёта хоу, связанной с демпфером. В свою очередь, демпфер жёстко связан с виброактивным основанием 1, совершающим вертикальные перемещения по закону (г). Следовательно, необходимо получить уравнения движения объекта защиты 8 (7) относительно поступательно движущейся по закону (/) системы отсчёта хоу , причём рассматриваем движение объекта защиты только относительно оси у.
Роль конструктивного анализа и классификаторов рычажно-шарнирных средств виброзащиты и их составных элементов в повышении качества и сокращении сроков проектирования высокоэффективных конструкций
При ортогональном расположении подпружиненных масс соотношение между инерционной нагрузкой и силой упругости, определяющей собственную частоту подпружиненной массы (рисунок 3.8), выражено в менее явном виде по сравнению с последовательным расположением этих масс (рисунок 3.6). АЧХ носят идентичный характер (разброс амплитуд смещения клапана не более 12%), ослаблены на высоких частотах и имеют незначительные всплески на низких (=50Гц), обусловленные близостью к резонансному значению, смещенному в зону низких частот.
Увеличение усилия предварительной затяжки пружины 6, поджимающей клапан 17 к седлу 16, также как и в ранее рассматриваемом случае (рисунок 3.4) оказывает благоприятное воздействие на сокращение числа и уменьшение амплитуды пиков АЧХ подпружиненной массы.
При ортогональном расположении подпружиненных масс (рисунки 3.8, 3.9) по сравнению с последовательной их установкой (рисунок 3.7) резко снижается количество и амплитуды резонансных пиков на АЧХ, что подтверждает авторскую концепцию по устранению положения резонансных колебаний подвижных подпружиненных масс за счет ортогонального их размещения и кинематического зацепления при помощи рычажно-шарнирного механизма.
В заключении отметим, что разработанная концепция рычажного клапанного имитатора с построечными исходными параметрами (масса упругоподвешенных исполнительных органов, усилия пружин, длины плеч рычажно-шарнирной системы) обеспечивает широкое варьирование кинематических и силовых параметров имитатора под конкретные типы находящихся в разработке рычажных механизмов. Это существенно снижает время и финансовые затраты на доводку их выходных параметров при стендовой отработке.
Из анализа АЧХ, представленных на рисунках 3.4-3.7 следует: 1. Увеличение усилия предварительной затяжки пружины, поджимающий клапан к седлу, в условиях повышения частоты нагружения оказывает благоприятное воздействие на сокращение числа и уменьшение амплитуды пружинной массы «привод-клапан». Это справедливо для различных ускорений (рисунок 3.4). 2. Дросселирование среды из демпферной камеры клапанного устройства благоприятствует уменьшению амплитуды пиков АЧХ при внешнем нагружении. Так, уменьшение диаметра дросселя от 1,0 до 0,5 мм при прочих равных условиях обеспечило уменьшение амплитуды пиков АЧХ примерно на 15% при неизменном качественном характере АЧХ на различных режимах дросселирования (см рисунок 3.5). 3. Соотношение между инерционной нагрузкой и силой упругости определяющее собственную частоту подпружинной массы (см. рисунок 3.6), в значительной мере зависит от взаимной направленности сил тяжести подвижных частей клапана, затяжки пружинных звеньев и нагрузки. Отсюда следует важный вывод о необходимости учета особенностей установки клапанных механизмов в составе объектов, которые определяются моделированием. 4. Введение в имитатор второй разгрузочной пружины (рисунок 3.7) обусловило рост резонансных пиков на АЧХ: частоты 100, 1500, 1750 и 2500Гц при максимальном ускорении 120 м/с (при задающем 100 м/с ) на частоте 100 Гц. Частота 100 Гц - основной тип частного резонанса; последующие типы, иногда на практике называемые «гудением» пружин, обусловлены влиянием инерционных свойств пружин при смене частоты нагружения. При этом максимальная амплитуда колебаний затвора Ах , А у2 вычисленная с помощью известной зависимости а- х р , где а= 12 250 у резонансный пик на частотеу =100Гц) не превышала 0,03мм. В результате экспериментального исследования модельных имитаторов пневматической виброзащитной системы с рычажно-шарнирным звеном: - получены сопоставительные данные теоретических и лабораторных исследований, обосновывающие положения о необходимости установки в систему дополнительных рычажно-шарнирных звеньев, компенсирующих влияние взаимного наложения колебаний упругоподвешенных масс друг на друга; - разработаны оригинальные модельные имитаторы с традиционно последовательным и ортогональным расположением упругоподвешенных масс, а так же установка для снятия АЧХ исполнительных органов имитаторов в составе электродинамического вибростенда ВЭДС - 5000, обеспечивающие оценку динамического качества пневматических виброзащитных систем при внешних возмущениях; - выявлены новые закономерности динамики виброзащитных рычажно-шарнирных устройств при характерных для железнодорожного транспорта внешних возмущений с учетом поведения инерционных, жесткостных и демпфирующих свойств данных устройств при варьировании их конструктивных параметров и внешних воздействий.
