Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ особенностей строения и проблем использования напряженных замкнутых кинематических контуров в функциональных механизмах строительных, подъемно- транспортных и горных машин 22
1.1. Особенности структуры и современное состояние исследований механизмов с напряженными замкнутыми кинематическими контурами 22
1.2. Особенности схемных решений и проблемы использования механизмов с предварительно напряженными замкнутыми кинематическими контурами 36
1.3. Особенности и проблемы использования механизмов с переменным напряжением замкнутого кинематического контура 50
1.4. Функциональные механизмы строительных, подъемно-транспортных и горных машин как объекты применения напряженных замкнутых кинематических контуров 68
1.5. Основные проблемы синтеза функциональных механизмов с замкнутыми напряженными кинематическими контурами 72
Выводы и основные задачи исследования 83
Глава 2. Научные основы и методология построения функциональных механизмов СПТГМ с напряженными замкнутыми кинематическими контурами 86
2.1 Основные принципы построения механизмов с напряженными замкнутыми кинематическими контурами 86
2.1.1 Основные понятия и определения структурной теории механизмов с напряженными замкнутыми кинематическими контурами. Индифферентность структуры 86
2.1.2 Структурный анализ и синтез индифферентных механизмов 90
2.1.3 Классификация индифферентных механизмов 95
2.2 Обоснование структурно-морфологического метода построения функциональных механизмов СПТГМ 100
2.3 Синтез обобщенной структурно-морфологической модели функционального механизма СПТГМ с напряженными замкнутыми кинематическими контурами и порядок пользования морфологической матрицей 107
2.4 Метод синтеза функциональных механизмов СПТГМ с использованием напряженных замкнутых кинематических контуров 116
Выводы по главе 130
Глава 3. Синтез и примеры реализации типовых структур функциональных механизмов строительных, подъемно-транспортных и горных машин с предварительно напряженными замкнутыми кинематическими контурами 131
3.1 Анализ технологической возможности использования механизмов с предварительно напряженными замкнутыми кинематическими контурами (на примере измельчающих устройств) 131
3.2 Формирование матрицы соответствий и предварительный выбор ^структур функциональных механизмов 138
3.3 Предварительное сравнение вариантов функциональных механизмов применительно к машинам для измельчения твердых материалов 144
3.4 Математическое моделирование зубчатой мельницы с предварительным напряжением замкнутого кинематического контура и анализ результатов ее исследования 151
3.5 Примеры реализации типовых структур функциональных механизмов строительных, подъемно-транспортных и горных машин с предварительно напряженными замкнутыми кинематическими контурами 161
3.5.1 Механизмы дробилок 161
3.5.2 Механизмы мельниц 165
3.5.3 Механизм станка для порезки керамической плитки и естественного камня 175
3.5.4 Машины для обработки материалов давлением 177
Выводы по главе 181
Глава 4. Синтез и исследование функциональных механизмов строительных, подъемно-транспортных и горных машин с переменным формируемым в динамическом режиме напряжением замкнутого кинематического контура 182
4.1 Анализ механизмов с напряженными замкнутыми контурами для использования в тормозных устройствах строительных, подъемно-транспортных и горных машин 182
4.2 Анализ матрицы соответствий, предварительный выбор и сравнение структур энергосберегающих тормозных систем 189
4.3 Математическое моделирование энергосберегающей тормозной системы поезда подземной локомотивной откатки 194
4.3.1 Постановка задачи и обоснование математической модели поезда шахтной локомотивной откатки, оборудованного энергосберегающей тормозной системой 194
4.3.2 Результаты исследования математической модели энергосберегающей тормозной системы поезда 202
4.4 Математическое моделирование и обоснование параметров энергосберегающего гидравлического тормозного устройства 207
4.4.1 Постановка задачи и обоснование математической модели системы "локомотив-вагон", оборудованной энергосберегающим гидравлическим тормозным устройством 207
4.4.2 Результаты исследования модели энергосберегающего гидравлического тормозного устройства 218
4.4.3 Обоснование математической модели системы торможения поезда, оборудованного гидравлическими инерционными тормозами, и анализ результатов ее исследования 226
4.5 Математическое моделирование и обоснование параметров
инерционного буферно-тормозного устройства мостового крана... 233
4.5.1 Постановка задачи и обоснование математической модели инерционного буферно-тормозного устройства мостового крана... 233
4.5.2 Исследование математической модели и анализ результатов 239
4.6 Примеры реализации типовых структур механизмов с замкнутым кинематическим контуром в тормозных устройствах 245
4.6.1 Энергосберегающее гидравлическое тормозное устройство 245
4.6.2 Гидравлическое тормозное устройство с регулируемой силой прижатия тормозного колеса 248
4.6.3 Гидромеханический тормоз 251
Выводы по главе 253
Глава 5. Синтез и исследование функциональных механизмов строительных, подъемно-транспортных и горных машин с кинематическими контурами переменной структуры 255
5.1 Особенности кинематических контуров переменной структуры и их использования в энергонакопительных тормозных системах 255
5.2 Анализ матрицы соответствий, выбор и сравнение структур энергонакопительных тормозных систем 257
5.3 Математическое моделирование и обоснование параметров энергонакопительной тормозной системы механизма передвижения тележки мостового крана 266
5.3.1 Постановка задачи и обоснование математической модели энергонакопительной тормозной системы механизма передвижения тележки мостового крана 266
5.3.2 Результаты исследования математической модели энергонакопительной тормозной системы механизма передвижения мостового крана 271
5.4 Математическое моделирование энергонакопительной тормозной системы поворотной платформы карьерного экскаватора 276
5.4.1 Постановка задачи и обоснование математической модели энергонакопительной тормозной системы поворотной платформы карьерного экскаватора 276
5.4.2 Результаты исследования математической модели энергонакопительной тормозной системы поворотной платформы карьерного экскаватора 284
Выводы по главе 287
Глава 6. Экспериментальные исследования функциональных механизмов строительных, подъемно-транспортных и горных машин с напряженными замкнутыми кинематическими контурами ... 289
6.1 Исследование и оценка эффективности применения функционального механизма с напряженным замкнутым кинематическим контуром на экспериментальном стенде и ротоном измельчителе 290
6.1.1 Цель и задачи экспериментальных исследований 290
6.1.2 Конструкция экспериментального стенда и последовательность проведения эксперимента 290
6.1.3 Анализ результатов эксперимента 295
6.1.4 Экспериментальный роторный пресс-измельчитель 303
6.1.5 Результаты испытаний, проведенных на лабораторном роторном пресс-измельчителе 305
6.2 Экспериментальные исследования опытного образца цевочной мельницы 309
6.2.1 Цель и задачи экспериментальных исследований 309
6.2.2 Опытный образец мельницы и условия эксперимента 309
6.2.3 Анализ результатов экспериментальных исследований опытного образца цевочной мельницы 311
6.3 Экспериментальные исследования динамических параметров энергосберегающего гидравлического тормозного устройства 313
6.3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований 313
6.3.2 Методика проведения экспериментальных исследований 314
6.3.3 Анализ результатов и сравнение экспериментальных и теоретических данных 321
6.4 Экспериментальные исследования процесса энергонакопительного торможения 328
6.4.1 Цель и задачи экспериментальных исследований 328
6.4.2 Методика и условия проведения эксперимента 328
6.4.3 Анализ результатов и сравнение экспериментальных и теоретических данных 332
6.5 Экспериментальные исследования процесса энергосберегающего
торможения системы "локомотив-вагонетка" 337
6.5.1 Цель и задачи экспериментальных исследований 337
6.5.2 Методика и условия проведения экспериментальных исследований 338
6.5.3 Анализ результатов производственных экспериментальных исследований тормозной системы "локомотив-вагонетка" 340
Выводы по главе 343
Заключение 345
Список литературы 349
- Особенности и проблемы использования механизмов с переменным напряжением замкнутого кинематического контура
- Обоснование структурно-морфологического метода построения функциональных механизмов СПТГМ
- Предварительное сравнение вариантов функциональных механизмов применительно к машинам для измельчения твердых материалов
- Результаты исследования модели энергосберегающего гидравлического тормозного устройства
Введение к работе
Актуальность темы.
Развитие современных строительных, подъемно-транспортных и горных машин (СПТГМ) предопределяет постоянное совершенствование и уточнение методов их расчета, синтез принципиально новых технических решений и конструкций. Возрастают требования к точности движений, управляемости, совмещению транспортных и технологических операций, энергоемкости и эффективности рабочих процессов.
Наличие общих требований и тенденций развития СПТГМ обусловлено рядом причин, среди которых высокая энергоемкость выполняемых ими технологических процессов, значительные массы машин и их функциональных механизмов, относительно высокие скорости передвижений и частота рабочих циклов, знакопеременный характер нагрузок на исполнительных органах, наличие тандемно-сочлененных агрегатов и т.д. По оценкам специалистов на осуществление процессов измельчения расходуется до 10-15% всей производимой электроэнергии. При работе мостового крана грузоподъемностью 20 т за одну смену потери кинетической энергии при торможении могут достигать 10700 кДж при близких по величине затратах энергии на работу тормозных систем.
Одно из важных направлений в решении этих проблем -совершенствование кинематической структуры функциональных механизмов СПТГМ, в частности, применение механизмов с напряженными замкнутыми кинематическими контурами. Последние получили широкое распространение в конструкциях стендов для испытания двигателей, редукторов, карданных передач, рессор и т.п. Без применения напряженных замкнутых кинематических цепей не удается решить проблемы выборки зазоров в приводах тяжелых технологических машин, роторных многоприводных автоматов и т.д. Активное применение подобных механизмов наблюдается при проектировании тормозных систем, стопорных и зажимных устройств. Имеется определенный опыт использования напряженных замкнутых кинематических контуров в конструкциях функциональных механизмов СПТГМ, подтверждающий в ряде случаев рост эффективности и снижение энергозатрат. Однако особенности структуры, статическая неопределимость и ряд других факторов препятствуют широкому внедрению механизмов с напряженными замкнутыми кинематическими контурами в практику конструирования СПТГМ, где применение таких механизмов представляется наиболее перспективным.
Таким образом, проблемы дальнейшего совершенствования строительных, подъемно-транспортных и горных машин обуславливают необходимость теоретического обоснования, разработки принципов построения, систематизации и синтеза функциональных механизмов с напряженными замкнутыми кинематическими контурами.
Соответствие диссертации научному плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления "Теория и принципы построения автоматизированных машин, робототехнических и мехатронных устройств и систем", утвержденного Ученым советом ЮРГТУ (НПИ) 25.04.1998г. по госбюджетной теме № 11.05 "Разработка научных основ создания мехатронных технологий горных, нефтегазодобывающих и строительных процессов", выполняемой по заданию Министерства образования и науки РФ, по госбюджетной теме кафедры "Строительные, дорожные и коммунальные машины" ЮРГТУ (НПИ): П53-804 "Теория, принципы создания и диагностики машин и агрегатов для строительства и предприятий стройиндустрии".
Целью работы является обоснование общих принципов построения и синтез функциональных механизмов строительных, подъемно-транспортных и горных машин, обеспечивающих повышение эффективности рабочих процессов за счет использования в их структуре напряженных замкнутых кинематических контуров.
Идея работы заключается в использовании постоянного и переменного, формируемого в динамическом режиме, напряженного состояния замкнутых кинематических контуров для повышения эффективности - рабочих процессов, осуществляемых функциональными механизмами строительных, подъемно-транспортных и горных машин.
Научные положения, выносимые на защиту:
• обоснование эффективности использования напряженного состояния замкнутых кинематических контуров (механических, электромеханических, гидромеханических) функциональных механизмов и их применения в СПТГМ;
• основные принципы построения механизмов с напряженными замкнутыми кинематическими контурами: индифферентность их кинематической структуры, структурные формулы индифферентных механизмов, структурный анализ и синтез, принципы классификации, построение систематизированной совокупности кинематических структур для использования в функциональных механизмах СПТГМ;
• метод синтеза и обобщенная структурно-морфологическая модель функциональных механизмов СПТГМ с использованием напряженных замкнутых кинематических контуров;
• обоснование и синтез функциональных механизмов СПТГМ:
- с постоянным предварительным напряжением замкнутого кинематического контура;
- с переменным, формируемым в динамическом режиме напряжением замкнутого кинематического контура;
- с кинематическими контурами переменной структуры и переменным, формируемым в динамическом режиме напряжением;
• моделирование динамики механизмов с постоянным предварительным напряжением замкнутого кинематического контура и обоснование (на примере зубчатой мельницы) конструктивных и режимных параметров;
• математические модели поезда подземной локомотивной откатки, транспортной вагонетки и мостового крана, оборудованных энергосберегающими тормозными системами с переменным, формируемым в динамическом режиме напряжением замкнутого кинематического контура, результаты исследования динамики и обоснование основных конструктивных и режимных параметров;
• математические модели мостового крана и карьерного экскаватора, оборудованных энергонакопительными тормозными системами с кинематическими контурами переменной структуры и переменным, формируемым в динамическом режиме напряжением, результаты исследования динамики и обоснование основных конструктивных и режимных параметров.
Новизна научных положений, выносимых на защиту, заключается в следующем:
• установлены зависимости между величиной напряжения замкнутого кинематического контура функционального механизма и эффективностью рабочих процессов, осуществляемых СПТГМ. При этом наличие полезного эффекта распространяется на механические, электромеханические и гидромеханические контуры как с постоянным предварительным, так и с переменным, формируемым в динамическом режиме напряжением;
• разработаны основные принципы построения механизмов с напряженными замкнутыми кинематическими контурами, заключающиеся в установлении особенностей их кинематической структуры -индифферентности, обосновании структурных формул индифферентных механизмов, их структурном анализе и синтезе, классификации по семействам, классам и степени индифферентности;
• научно обоснован метод синтеза типовых структур и схемных технических решений функциональных механизмов СПТГМ с напряженными замкнутыми кинематическими контурами, базирующийся на обобщенной структурно-морфологической модели;
• научно обоснованы и синтезированы функциональные механизмы СПТГМ:
- с постоянным предварительным напряжением замкнутого кинематического контура;
- с переменным, формируемым в динамическом режиме напряжением замкнутого кинематического контура;
- с кинематическими контурами переменной структуры и переменным, формируемым в динамическом режиме напряжением;
• разработана математическая модель, позволяющая исследовать динамику функциональных механизмов с постоянным предварительным напряжением замкнутого кинематического контура, установлено на примере зубчатой мельницы влияние величины напряжения контура на эффективность измельчения;
• разработаны математические модели поезда подземной локомотивной откатки, транспортной вагонетки и мостового крана, оборудованных энергосберегающими тормозными системами с переменным, формируемым в динамическом режиме напряжением замкнутого кинематического контура, проведены исследования динамики, установлено влияние конструктивных и режимных параметров на показатели эффективности торможения;
• разработаны математические модели мостового крана и карьерного экскаватора, оборудованных энергонакопительными тормозными системами с кинематическими контурами переменной структуры и переменным, формируемым в динамическом режиме напряжением,
проведены исследования динамики и установлено влияние конструктивных и режимных параметров на процессы торможения и накапливания энергии в маховике на примере механизма передвижения крана и в гидроаккумуляторе на примере поворотной платформы экскаватора.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на корректном применении классических методов анализа и синтеза индифферентных структурных групп и механизмов, системном анализе механизмов, имеющих в своей структуре напряженные замкнутые кинематические контуры, использовании аппарата математической статистики, положений теории измельчения, торможения, математического моделирования, методов экспериментальных исследований и подтверждается корректностью допущений, принятых при разработке расчетных схем и математических моделей, применением апробированных методов решения дифференциальных уравнений, использованием современных средств измерений, приемлемой сходимостью теоретических и экспериментальных исследований. (Расхождение между результатами не превышает 12%).
Практическое значение полученных результатов заключается в следующем:
• в разработке совокупности принципиально новых технических решений функциональных механизмов СПТГМ, защищенных рядом авторских свидетельств и патентов, подтверждающих техническую новизну и приоритет предложенных подходов к применению напряженных замкнутых кинематических контуров;
• в разработке компьютерных программ, учитывающих реальные условия эксплуатации СПТГМ, адекватно отражающих динамику функциональных механизмов с напряженными замкнутыми кинематическими контурами и позволяющих определять эффективность процессов, осуществляемых СПТГМ, в зависимости от конструктивных и режимных параметров;
• в научном обосновании методических основ построения, силового расчета и выбора рациональных конструктивных параметров функциональных механизмов, имеющих в своей структуре напряженные замкнутые кинематические контуры;
• в создании и испытании экспериментальных и опытно-промышленных образцов СПТГМ, использующих в функциональных механизмах напряженные замкнутые кинематические контуры и обеспечивающих повышение эффективности рабочих процессов.
Реализация результатов работы. Опытный образец и методика расчета основных параметров гидравлического тормозного устройства инерционного типа, имеющего в своей структуре напряженный замкнутый кинематический контур, внедрены на шахте №1 "Гуковская" объединения "Гуковуголь" (г. Гуково, 1981г.). Эскизный проект и методика расчета основных параметров многошпиндельного автоматизированного станка для алмазной резки, имеющего замкнутый кинематический контур с постоянным напряжением, внедрены на ПО "Магнит" (г. Новочеркасск, 1989г.), опытный образец и методика расчета зубчатой мельницы с замкнутой кинематической структурой для производства минерального порошка внедрены на ЗАО "Белокалитвенский известковый завод" (г. Белая Калитва, 2001г.). Методика расчета основных параметров цевочной мельницы с напряженным замкнутым контуром для измельчения минерального порошка принята к внедрению на ООО ПО "Союзстрой" (г. Новочеркасск, 2004г.). Методика расчета основных параметров энергонакопительной тормозной системы и определения закона управления торможением механизмов передвижения мостовых кранов принята к внедрению на ООО ПО "Союзстрой" (г. Новочеркасск, 2004г.).
Материалы научных исследований использованы в учебном пособии для студентов вузов, обучающихся по специальности "Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование", "Технические основы создания машин с применением САПР", Новочеркасск, 1989г. (авторы: Исаков B.C., Курочка А.К., Симилейский Г.М.). Материалы диссертационной работы, двух, монографий используются в учебном процессе на кафедрах "Подъемно-транспортные машину и роботы" и "Строительные, дорожные и коммунальные машины" ЮРГТУ (НПИ) при проведении лекций, практических занятий, в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований доложены и обсуждены на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Пути дальнейшего совершенствования ПРТС (погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских) работ" Могилевского проектно конструкторского технологического института автоматизации и механизации (ПКТИАМ), областного правления НТО "Машпром" (г. Могилев, 1979г.); на научно-технической конференции "Перспективы развития подъемно-транспортных машин" Уральского политехнического института и Свердловского областного правления НТО "Машпром" (г. Свердловск, 1979г.); на научно-технических советах: шахты №1 объединения Туковуголь" (г. Гуково, 1981г.), ОГК и СКБ Дружковского машиностроительного завода (г. Дружковка, 1981г.), ПО "Магнит" (г. Новочеркасск, 1988г.); на научно-технической конференции "Состояние, основные направления развития организации и механизации ПРТС работ" Могилевского ПКТИАМ и правления НТО "Машпром" (г. Могилев, 1981г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии" (г.Белгород, 1991г.); Международной научно-методической конференции "Инновационное проектирование в образовании, технике и технологиях" (г. Волгоград, 1996г.); Международной научно-технической конференции "Развитие строительных машин, механизация и автоматизация строительства и открытых горных работ" (г. Москва, 1996г.); Международных научно-технических конференциях "Интерстроймех-98" (г. Воронеж, 1998г.), "Интерстроймех-2001" (г. Санкт-Петербург, 2001г.); Международной научно-технической конференции "Новые технологии управления движением технических объектов" (г. Новочеркасск, 2002г.); ежегодных научно-технических конференциях ЮРГТУ (НПИ) (г. Новочеркасск, 1979-2006гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 научных работ, в том числе 4 монографии, 27 статей, 14 авторских свидетельств и патентов. В изданиях, рекомендованных ВАК РФ, опубликовано 12 работ.
Список опубликованных работ по теме диссертации.
Работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Исаков B.C., Полежаев В.Г., Ерейский В.Д. Исследование динамических параметров гидравлического передаточного устройства тормозной системы вагона // Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки. -1980.- №3. - С.43-46.
2. Исаков B.C., Ерейский В.Д., Духопельников В.Д. Результаты исследования динамики гидравлического инерционного тормоза // Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки. -1983. -№2. - С.76-79.
3. Исаков B.C., Балашов В.Б. Результаты экспериментальных исследований роторного пресса с напряженным постоянно замкнутым кинематическим контуром // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. -Прил. №1. - С. 152-156.
4. Исаков B.C. О построении тормозных устройств на основе замкнутых кинематических контуров // Новые технологии управления движением технических объектов: сб. статей по материалам 5-й Междунар. науч.-техн. конф. - Ростов н/Д: изд-во СКНЦВШ, 2002. - Вып. 3. - С. 83-92.
5. Исаков B.C., Дровников А.Н., Диброва Г.Д. Структура технических систем с замкнутыми энергетическим потоком // Экология, технология и оборудование: в 2-х ч. сб. науч. тр. / ДГТУ. - Ростов н/Д, 2003. - ч. II. -С.92-98.
6. Исаков B.C., Дровников А.Н. Выбор рациональной схемы планетарной мельницы с индифферентной структурой // Экология, технология и оборудование: в 2-х ч. сб. науч. тр. / ДГТУ. - Ростов н/Д, 2003. - ч. П. -С.99-101.
7. Дровников А.Н., Исаков B.C., Меньшиков Н.В. Анализ формирования нагрузок в роторных технологических машинах с индифферентной структурой // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2004. - Прил. №6.-С.30-33.
8. Дровников А.Н., Исаков B.C., Меньшиков Н.В. Структурно-функциональный анализ зубчатых и планетарных мельниц // Изв. вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2004. - Прил. №6. - С. 34-36.
9. Исаков B.C. Инерционные тормозные устройства на основе замкнутых кинематических контуров. - Ростов-на-Дону: изд-во журн. "Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион", 2005. - 140 с. (монография) Ю.Исаков B.C. О формировании структур замкнутых напряженных гидромеханических контуров // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Спец. вып. Актуальные проблемы машиностроения. - 2006. - С.81-88.
11.Дровников А.Н., Исаков B.C. Механизмы строительных и подъемно-транспортных машин с использованием напряженных замкнутых контуров. - Ростов-на-Дону: изд-во журн. "Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион", 2006. - 156 с. (монография)
12.Водяник Г.М., Исаков B.C. Математическое моделирование энергосберегающих и энергонакопительных тормозных систем на основе замкнутых кинематических контуров / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.
-Новочеркасск: Ред. журн. "Известия вузов. Электромеханика", 2006 -91 с. (монография) Авторские свидетельства и патенты, полученные по теме научных исследований:
13.А.С. 604730 СССР, МКИ В61Н 13/06. Тормозное устройство железнодорожного транспорта / B.C. Исаков, В.Д. Ерейский, В.Г. Полежаев, О.П. Иванов. №2060784/27-11; заявлено 19.09.74; опубл. 30.04.78. Бюл. №16. 14.А.С. 1720709 СССР, МКИ В02С 4/02. Валковая дробилка / B.C. Исаков, А.Н. Дровников, В.Б. Балашов, А.Б. Киреев. № 4756708/33; заявлено 09.11.89; опубл. 23.03.92. Бюл. №11. 15.А.С. 1770187 СССР, МКИ В61Н 13/06. Тормозное устройство рельсового транспортного средства / B.C. Исаков, В.Д. Ерейский, М.Н. Хальфин, А.В. Осердников.№ 4789085/11; заявлено 7.02.90; опубл. 23.10.92. Бюл. №39 Іб.Пат. 2104788 РФ, МКИ В02С 19/00. Способ измельчения материала / В.С.Исаков, В.Б. Балашов, А.Н. Дровников. № 95111864/03; зявлео 11.07.95; опубл. 20.02.98. Бюл. №5. 17.Пат. 2165354 РФ, МКИ В28С 5/14. Измельчитель-смеситель / B.C. Исаков, А.Н. Дровников, В.Б. Балашов, Т.А. Ларченко. №99127422/03;
заявлено 21.12.99; опубл. 20.04.01. Бюл. № 11. 18.Пат. 2149056 РФ, МКИ В02С 7/04. Зубчатая мельница / B.C. Исаков, В.В.Павленко, A.M. Билей. №98104200/03; заявлено 05.03.98; опубл. 20.05.00. Бюл. №14. 19.Пат. 2206402 РФ, МКИ В02С 18/38. Устройство для измельчения полимерных материалов / B.C. Исаков, А.Н. Дровников, В.Б. Балашов, В.И. Лидневский. № 2001122693/03; заявлено 10.08.01; опубл. 20.06.03. Бюл. №17. 20.Пат. 2193706 РФ, МКИ F16H 33/00, B60L 7/18. Способ энергонакопительного торможения транспортного средства / B.C. Исаков, В.Д. Ерейский, А.В. Ерейский и др. № 2000129423/28; заявлено 24.11.00; опубл. 27.11.02. Бюл. № 33. 21.Пат. 2229399 РФ, МКИ В60Т 7/04. Гидромеханический тормозной привод транспортного средства /B.C. Исаков, А.Н. Дровников, В.Б. Балашов, В.И. Лидневский. №2002111546; заявлено 29.04.02; опубл. 10.02.04. Бюл. № 4. 22.Пат. 2201287 РФ, МКИ В02С 7/14. Дисковая мельница / B.C. Исаков, В.Б.Балашов, Е.С. Кубата, Е.Н. Скляров №2001103161 /03; заявлено 02.02.01; опубл. 27.03.03. Бюл. №9. 23.Пат. 2234980 РФ, МКИ В02С 4/42. Передаточный механизм двухвалковой дробилки / B.C. Исаков, В.Б. Балашов, А.Н. Дровников и др. № 2002129694; заявлено 04.11.02; опубл. 27.08.04. Бюл.№24. 24.Пат. 2247220 РФ, МКИ Е21В 19/24. Забурное устройство для станков со шнековым рабочим органом / B.C. Исаков, Н.П. Чухряев, В.Н. Шамшин и др. №2003123583/03; заявлено 24.07.03; опубл. 27.02.05. Бюл.№6. 25.Пат. 2223381 РФ, МКИ Е21В 19/24. Забурное устройство для станков со шнековым рабочим органом / B.C. Исаков, Н.П. Чухряев, В.Н. Шамшин и др. №2002115234/03; заявлено 06.06.02; опубл. 10.02.04. Бюл.№4. 26.Пат. 2279398 РФ, МКИ В66С 19/00. Кран / B.C. Исаков, М.Н. Хальфин, Р.В. Иванков № 2004135973/11; заявлено 08.12.04; опубл. 10.07.06. Бюл. №19. Работы, опубликованные в международных, всероссийских и региональных сборниках: 27.Автономное гидравлическое тормозное устройство / B.C. Исаков, В.Д. Ерейский, В.Г. Полежаев, О.П. Иванов // Угольное машиностроение / ЦНИЭИУголь. -1979. №7. - С.3-4. 28.Результаты исследования эффективности инерционного тормозного устройства прицепного состава / B.C. Исаков, В.Д. Ерейский, В.Д. Духопельников, О.П. Иванов // Динамика и надежность погрузочных и грузоподъемных машин: межвуз. сб. -Новочеркасск, 1982. - С.35-41. 29.К вопросу использования инерционного тормоза на мостовом кране / B.C. Исаков, В.Д. Ерейский, Л.П. Веселовская, А.А. Короткий; ред. ж. Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки. -Ростов-н/Д, 1987. -10с. -Деп. в ЦНИИТЭИТяжмаш №2092-ТМ 87. 30.Механизмы с силовым замыканием контура / B.C. Исаков, А.Н. Дровников, С.А. Кузнецов, А.К. Курочка, Г.М. Симилейский; Новочерк. политехи, ин-т. -Новочеркасск, 1991. -141с. -Деп. в ВИНИТИ 24.06.91. №2621-В91. (монография) 31.Исаков B.C., Курочка А.К., Балашов В.Б. К вопросу структурного синтеза станков для алмазной резки плоских заготовок / Новочерк. политехи, ин-т. - Новочеркасск, 1992. -24с. -Деп. в ВНИИТЭМР №122-мш91. 32. Исаков B.C., Дровников А.Н., Балашов В.Б. О применении адаптивных и индифферентных структур механизмов для дробильного оборудования // Инструменты и машины выемочных и проходческих комплексов: межвуз. сб. -Новочеркасск, 1992. - С.133-138. ЗЗ.Исаков B.C., Дровников А.Н., Балашов В.Б. О некоторых особенностях кинематических схем и конструкций дробильного оборудования / ЮРГТУ. - Новочеркасск, 1992. - НПВЭО Машмир 30.10.92. №42-сд92. 34.Исаков B.C., Дровников А.Н., Гарбузенко А.Г. Система адаптации рабочего процесса землеройной машины // ЭВМ и микропроцессоры в системах контроля и управления: сб. науч. трудов / МАДИ. -М, 1992. -С.43-47. 35. Исаков B.C. Эволюционный синтез дробильно-измельчающего оборудования // Инновационное проектирование в образовании, технике и технологии: межвуз. сб. науч. тр. междунар. науч.-метод. конф. / Волг.ГТУ. Волгоград -1996. - С.50-54. Зб.Исаков B.C., Балашов В.Б., Павленко В.В. Совершенствование приводного механизма конусных дробилок / ЮРГТУ. - Новочеркасск, 1995. - ВИНИТИ 24.10.95. №2829 -В95. -9с. 37.Исаков B.C., Павленко В.В. Бипланетарный измельчитель для переработки промышленных отходов / ЮРГТУ. - Новочеркасск, 1995. - ВИНИТИ 24.10.95. №2828 -В95.-7с. 38.Исаков B.C., Ерейский А.В. Об эволюционном развитии средств измельчения / ЮРГТУ. - Новочеркасск, 1997. - ВИНИТИ 24.01.97. №232-В97. 39. Исаков B.C., Балашов В.Б. О применении индифферентных механизмов в приводах дробильно-измельчающих машин // Развитие строительных машин, механизация и автоматизация строительства и открытых горных работ: матер. Междунар. науч.-техн. конф. - М.: МГСУ, 1996.-С.136-137. 40.Исаков B.C., Дровников А.Н., Балашов В.Б. К вопросу о систематизации дробильно-измельчающих машин с замкнутой кинематической структурой // Вопросы совершенствования и технологий строительной индустрии: сб. науч. тр.. - Новочеркасск: НГТУ, 1998.-С. 48-53.
41.Высокоэффективный способ измельчения материалов / B.C. Исаков, В.Б. Балашов, Е.Н. Скляров, Е.С. Кубата // Фундаментализация и гуманизация технических университетов: материалы 49-й науч.-техн. конф. ЮРГТУ (НИИ). - Новочеркасск, 2000. - С. 109-110.
42.Исаков B.C., Ерейский А.В. К определению эффективности работы энергонакопительной тормозной системы транспортных средств // Фундаментализация и гуманизация технических университетов: матер. 49-й науч.-техн. конф. ЮРГТУ (НИИ). - Новочеркасск, 2000. - С. 1 ІОНІ.
43.Исаков B.C., Ерейский В.Д., Ерейский А.В. Результаты экспериментальных исследований энергонакопительного торможения // Тр. междунар. науч.-техн. конф. "Интерстроймех-2001". - СПб.: изд-воСПбГТУ,2001.-С.135-139.
44. Исаков B.C. Об использовании напряженных замкнутых кинематических контуров в строительном оборудовании // Тр. междунар. науч.-техн. конф. "Интерстроймех-2001". - СПб.: изд-во СП6ГТУ,2001.-С.291-293.
45.Определение мощности привода щековой дробилки индифферентной структуры / B.C. Исаков, Е.Н. Скляров, А.Н. Шевелев, В.Б. Балашов// Материалы 51-й науч.-техн. конф. ЮРГТУ (НПИ) / Юж.-Рос.техн. ун-т. -Новочеркасск: УПЦ "Набла" ЮРГТУ (НПИ), 2003. - С. 165-16
Особенности и проблемы использования механизмов с переменным напряжением замкнутого кинематического контура
Соотношение (1.2) можно использовать для определения подвижности W, если предварительно найдено число q избыточных связей (число зависимых уравнений связей). Однако чаще соотношение (1.2) используют для подсчета q. При этом подвижность W устанавливается из рассмотрения кинематической схемы механизма: в более простых случаях - на основе геометрических соображений без каких-либо аналитических выкладок, в более сложных случаях - путем исследования функций положения звеньев.
Е.И. Воробьев, Ф.М. Диментберг [126] отмечают, что структурная формула "справедлива только для "регулярных" структур, то есть таких, которые по положению звеньев и шарниров и соотношениям размеров элементов не имеют особенностей. При наличии особенностей возможно нарушение обычного соотношения между числом связей и степенью подвижности...". Авторы отмечают, что при нарушении регулярности структуры можно говорить как о присутствии избыточных связей, не снижающих степень подвижности, так и о существовании "избыточной подвижности", то есть фактическая степень подвижности превышает расчетную. При этом подвижность может быть мгновенной, то есть исчезающей после малого перемещения, или глобальной, то есть допускающей перемещение на большом интервале. Аналогичное заключение делают и другие авторы [127,3].
Трудности, появляющиеся в процессе структурного анализа таких механизмов, связаны с наличием в их составе различных структурных аномалий, к которым отнесены пассивные условия связи, не оказывающие влияния на кинематику механизма в целом. Такие пассивные связи названы индифферентными [18] и присущи механизмам с неассуровыми группами отрицательных порядков, в отличие от адаптивных связей, входящих в состав неассуровых групп положительных порядков [59]. Деление на порядки -положительные или отрицательные в зависимости от того, увеличивают они или уменьшают число степеней свободы - введено В.В. Добровольским [6], который распространил принцип построения цепей, сформулированный Л.В. Ассуром для нормальных кинематических цепей, на любые кинематические цепи. С этой точки зрения ассуровы цепи называют цепями нулевого порядка [59]. Впоследствии А.И. Тайнов [7,60] рассмотрел некоторые свойства таких структурных групп, называя их изотопными структурными группами, оставляя за ассуровыми название "групп нормального вида". В.А. Терешин [81] указывает, что "классический метод структурного анализа механизмов Ассура-Артоболевского не дает возможности ясно увидеть структурные группы в неассуровых механизмах". При этом автор излагает "некоторые соображения о принципах формирования и расчета так называемых неассуровых механизмов".
А.Н. Дровников [34] обосновал введение термина "степень адаптивности" для обозначения порядка присоединяемой группы. При этом отмечая, что "адаптивная структурная кинематическая группа является характерным структурным образованием, имеющим отличие не только от ассуровых структурных групп, но и от неассуровых кинематических цепей положительных порядков, введенных В.В. Добровольским, так как между ее элементами имеется внешняя связь через рабочий процесс, который осуществляет механизм. Данная связь должна быть адаптирующей, то есть такой связью, существование которой предопределяет целесообразную приспосабливаемость движения звеньев адаптивной группы к параметрам рабочего процесса механизма". Созданию и исследованию строительных, горных, транспортных и технологических машин с адаптивными рабочими органами посвящены работы Г.М. Водяника, Э.В. Рылева, А.Н. Дровникова [14,133,134] и ряда других исследователей.
Некоторые авторы [12] вводят термин "локальные связи", подчеркивая их кинематическую необязательность, называя локальными, в отличие от структурных, пассивные связи, вносимые повторяющимися элементами, устанавливаемыми параллельно или последовательно. Каждая из дублирующих пар элементов подвижного соединения вносит статическую неопределимость, в результате чего возникает ряд технических трудностей. Одним из характерных примеров может служить зубчатая передача со степенью перекрытия больше единицы. Это означает, что в пределах некоторой части линии зацепления в него должны входить две пары зубьев, причем одна из них даже при точечном контакте вносит лишнюю связь. При линейчатом контакте вносятся три лишние связи. В колесах с косыми зубьями степень перекрытия может быть во много раз больше единицы; статическая неопределимость при этом соответственно возрастает. Стремление улучшить условия работы зубчатого зацепления приводит к необходимости увеличить точность изготовления колес, опор, качество монтажа.
В вышеприведенном примере установить распределение нагрузки между зубьями без точной информации об отклонении профилей и жесткости зубьев не представляется возможным. Однако можно утверждать, что распределение нагрузки между зубьями является функцией ее величины и что во время входа и выхода из зацепления очередной пары зубьев происходит перераспределение нагрузки. Если в однопарном зацеплении нет оснований ожидать нагрузку более той, которая может появиться при зацеплении одной пары профилей, то при передаче спаренными зубчатыми колесами (когда связь между двумя валами осуществляется двумя парами зубчатых колес), из-за ошибок изготовления и монтажа, деформации валов и корпусных деталей может появиться внутреннее натяжение контура, в результате которого нагрузка на зубья может стать более той, которая была бы при передаче одной парой зубьев.
Таким образом, термин "пассивная" имеет относительный характер, потому что на самом деле эта связь может вызвать значительное сопротивление движению. В некоторых случаях "пассивные" связи обуславливают так называемую "циркуляцию энергии", явление, при котором силовые факторы, вызывающие деформации отдельных звеньев, могут превышать силовые факторы, вызывающие движения звеньев [9]. При циркуляции произведение силового фактора, вызывающего деформацию звена, на перемещение этого звена за цикл установившегося движения превышает энергию, подводимую к механизму. Иными словами, напряжения в звеньях превышают усилия, приведенные к входному звену.
Обоснование структурно-морфологического метода построения функциональных механизмов СПТГМ
Для нагружения редукторов жидкость от насоса 7 подается в трубопровод 6. Гидродвигатели, работающие от насоса 9 закручивают механическую цепь стенда 1-2-3 и создают в ней рабочие нагрузки. Насос 9 может регулироваться по частоте вращения. Изменение давления в нагрузочной цепи 6 можно осуществить регулировкой дросселя 8.
Некоторые авторы [78,79] описывают специальные гидравлические нагружатели. На рис. 1.18 представлен нагружатель [79], установленный на конце вала.
При осевом перемещении поршня под действием давления масла происходит относительное угловое перемещение втулки 3 с внешней винтовой нарезкой и гайки 5, которые соединены с наружным 1 и внутренним 2 соосными валами. Масло под давлением подводится к вращающемуся валу через уплотнение. При изменении давления масла, подаваемого в механизм, меняется величина крутящего момента, создаваемого между валами.
Гидравлический нагружатель [78], представленный на рис. 1.19, состоит из барабана 1 с двумя перегородками и вала 2 с двумя лопастями. Через сверления в валу 2 в полости между лопастями подается рабочая жидкость (масло), давление которой стремится развернуть валы 1 и 2 друг относительно друга. Момент, создаваемый нагружателем, определяется давлением рабочей жидкости р и размерами нагружателя (шириной В, наружным D и внутренним d диаметрами лопастей): MH=pB(D-d).
По отношению к механическим нагружателям гидравлические, пневматические и планетарные обладают рядом преимуществ. Во-первых, нагружение испытуемых зубчатых колес заданным крутящим моментом можно производить как при неподвижных зубчатых колесах, так и во время работы стенда. Во-вторых, при длительной работе установки с механическим нагружателем величина крутящего момента может уменьшаться вследствие износа зубьев, муфт и т.д. Гидравлические, пневматические и планетарные позволяют контролировать величину момента и поддерживать (регулировать) её в заданных пределах. Например, гидравлический нагружатель, использованный в машине Ш-15 Института машиноведения [83] позволил изменять крутящий момент во время испытаний, регулировать скорость от 500 до 18000 об/мин.
Недостатками пневматических и гидравлических нагружателей являются необходимость поддержания постоянства давления воздуха или масла из-за возможной утечки через уплотнения, что влечет за собой дополнительные затраты энергии.
Многие исследователи [84] отмечают, что применение гидравлического привода и нагружателя в замкнутых стендах целесообразно при исследовании крупных зубчатых колес и редукторов.
Известны различные решения нагружающих устройств. Заслуживает внимания конструкция нагружающего устройства в виде планетарного редуктора с прифланцованным или встроенным электродвигателем. Нагружение контура осуществляется путем взаимного углового смещениявалов редукторов. В нагруженном состоянии валы фиксируются планетарным редуктором, который делается самотормозящим. Нагружающее устройство вращается вместе с валом, поэтому питание электродвигателя осуществляется при помощи скользящих контактов. Такая конструкция нагружателя дает возможность менять нагрузки замкнутого контура в процессе его работы и проводить испытания по заданной программе с плавным изменением нагрузки. Данное решение, например, реализовано на стенде в МИСИ для испытания механизмов поворота башенных кранов.
Унифицированные узлы испытательных стендов замкнутого контура разработаны во ВНИИстройдормаше [86]. При этом ряд нагружателей электромеханического типа обеспечивает момент в контуре от 245 до 1000Н-м при максимальных частотах вращения 2500...1400 мин 1. Замыкающие редукторы выполнены с тихоходным и быстроходным валами, что позволяет получить две нагрузочные ветви, на которые могут быть установлены испытываемые узлы с различными моментами и скоростными характеристиками. Нагружающие устройства выполнены из двух последовательно установленных планетарных механизмов, каждый из которых представляет собой планетарный редуктор внутреннего зацепления с разностью чисел зубьев между сателлитом и коронной шестерней, равной единице.
Планетарные механизмы (рис. 1.20) состоят из водила 1, сателлита 2, коронной шестерни 3 и пальцев 4, закрепленных на ведомом диске 5. Водило выполнено с эксцентриситетом, равным величине межосевого расстояния А] первого планетарного редуктора. Консольная часть ведомого диска 5 выполняется с эксцентриситетом, равным величине межосевого расстояния А2 второго планетарного редуктора.
Нагружатель НП25 выполнен со встроенным электродвигателем и устанавливается внутри замкнутого контура. Нагружатели НП63, НП160, НП400 и НП1000 имеют прифланцованный электродвигатель и устанавливаются вне замкнутого контура. Нагружатели соединяются со встроенным в замкнутый контур торсионным валом, который является аккумулятором нагрузки стенда. Нагружение контура заданной величиной крутящего момента производится дистанционно по заданной программе.
Предварительное сравнение вариантов функциональных механизмов применительно к машинам для измельчения твердых материалов
Анализ напряженных замкнутых кинематических контуров, их структуры, специфики применения и свойств позволяет сформулировать гипотезу об эффективном их использовании в ряде функциональных механизмов СПТГМ. Объединение строительных, подъемно-транспортных и горных машин обусловлено рядом факторов:
Близость номенклатуры машин и их функциональных механизмов. Ряд технологических, транспортирующих и грузоподъемных машин, в частности, экскаваторы, бульдозеры, скреперы, конвейеры, буровые и измельчающие машины, лебедки, домкраты и т.п., используется как в горной промышленности, так и в строительстве, включая отрасль добычи и переработки строительных материалов, что обусловлено единым функциональным назначением. Большая часть рабочих процессов характеризуется высокой энергоемкостью, значительными нагрузками на исполнительные и другие функциональные устройства.
Тенденция к использованию горно-шахтного оборудования на предприятиях стройиндустрии и в строительстве. Как отмечает ряд авторов [135,136], такая тенденция наметилась в связи с применением в конструкциях горных машин [135] двухступенчатых систем очистки выхлопных газов дизелей, полноприводных шарнирно сочлененных шасси, гидромеханических передач, электроприводов во взрывозащищенном исполнении и т.п. Некоторые авторы [136] отмечают, что переход в строительстве "от самоходного транспортного оборудования к прицепному позволяет существенно увеличить годовой объем прибыли дорожно-строительного предприятия". То есть принцип объединения функциональных механизмов путем наложения кинематических и конструктивных связей в единые комплексы [137, 239] является закономерным и общим для данных видов машин.
Структурная аналогия как устойчивая упорядоченность элементов и связей функциональных устройств. Учитывая, что структура безотносительна к функции, многие авторы приводят различные интерпретации обобщенной схемы машины [138,139,61,48,140]. Такие схемы отражают конструктивную и функциональную общность машин, что позволяет изучать их независимо от видов, модификаций и т.п.
С целью рассмотрения возможности применения напряженных замкнутых кинематических контуров в функциональных механизмах СПТГМ, можно воспользоваться структурой, приведенной в работе [139] (рис. 1.28). Технологическая, транспортирующая или грузоподъемная машины включают привод, состоящий из силовой установки, трансмиссии (передаточного механизма), системы управления, один или несколько рабочих органов и раму (несущую конструкцию). У мобильных машин добавляется ходовое устройство (или шасси) (рис. 1,28а). Силовая установка является источником энергии, необходимой для работы машины и осуществления транспортирующих и технологических операций. В случае, если конечное звено трансмиссии входит в состав сборочной единицы машины вместе с ее рабочим органом, то конечное звено трансмиссии называют исполнительным механизмом (рис. 1.286). В общем случае рабочих органов может быть несколько. Транспортные машины (рис. 1.28в), как правило, не имеют рабочих органов. Ряд устройств может выполнять вспомогательные функции, обеспечивающие нормальную работу машины, но не связанные непосредственно с основным технологическим или транспортным процессом. В качестве общего названия всех вышеназванных устройств и систем в литературе применяется термин "функциональные механизмы" подчеркивающий назначение, функцию технической (конструктивной) компоненты машины. Как было показано в разделах 1.2-1.3, механизмы с напряженным замкнутым кинематическим контуром могут найти применение в ряде функциональных устройств. На рис. 1.28 такие устройства отмечены темным фоном. В ходовых устройствах и трансмиссиях могут быть применены тормозные устройства: энергосберегающие и энергонакопительные. В последнем случае ходовое устройство через трансмиссию или непосредственно соединено обратной связью с силовой установкой, обеспечивая рекуперацию энергии. Тормозная система рабочего органа аналогично может быть связана с силовой установкой при наличии переносных движений - через исполнительные механизмы и трансмиссию. Напряженные замкнутые кинематические контуры могут быть применены в ряде СПТГМ, имеющих разрушающие и переносящие рабочие органы, связанные (замкнутые) через исполнительные механизмы или трансмиссию [141,142,138]. Таким образом, общие предпосылки применения функциональных механизмов с напряженным замкнутым кинематическим контуром имеются в большинстве СПТГМ. Предварительный анализ применяемости согласно номенклатуре [143,137,144] машин представлен в таблице 1.2.
Результаты исследования модели энергосберегающего гидравлического тормозного устройства
Эти уравнения предопределяют особую структуру индифферентных механизмов, которые не могут состоять только из групп Ассура, а должны иметь в своем составе хотя бы одну неассурову индифферентную структурную группу. При этом такие структурные группы должны являться, по терминологии В.В. Добровольского [6], «неассуровыми цепями отрицательных порядков». Неассуровы группы таких механизмов авторами [3,18,100] предложено называть индифферентными структурными группами.
Таким образом, индифферентной структурной группой называется такая кинематическая цепь, которая после ее присоединения крайними свободными элементами кинематических пар к стойке будет обладать степенью подвижности, равной целому отрицательному числу, и которая не может быть расчленена на самостоятельные индифферентные кинематические цепи.
Поскольку индифферентные группы являются частным случаем неассуровых цепей наслоения, т. е. неассуровыми цепями отрицательных порядков, их структурные формулы являются частным случаем структурного уравнения В. В. Добровольского (2.1) с учетом q 0.
Для обозначения порядка присоединяемой группы (в смысле В.В. Добровольского) можно ввести термин «степень индифферентности группы», то есть простейшая неассурова цепь 1-го отрицательного порядка является индифферентной группой 1-й степени индифферентности, простейшая неассурова цепь 2-го отрицательного порядка - индифферентной группой 2-й степени индифферентности и т. д. Данный термин одновременно указывает и на степень подвижности индифферентной группы после присоединения ее к исходному механизму. Таким образом, индифферентная структурная группа является оригинальным структурным образованием, имеющим отличие не только от ассуровых структурных групп, но, в определенной мере, и от неассуровых кинематических цепей отрицательных порядков, введенных В.В. Добровольским, так как он признает за последними право на существование только в виде средства для передачи движения между самостоятельными механизмами с независимыми движениями.
Полученные структурные формулы индифферентных структурных групп и принятые основные теоретические понятия позволили разработать методику образования индифферентных структурных групп различных семейств, классов и степеней индифферентности, что достаточно полно изложено в работе [17].
В отношении введенного сравнительно недавно применительно к структурным свойствам механизмов термина "индифферентность" (англ. indifferent - равнодушный, безразличный) [102] уже существовала попытка использования, хотя несколько в другом смысле. Так, С.Н. Кожевников, называя пассивные связи однозначно вредными, считает необходимым устранять их "при отыскании индифферентной к деформации основания структуры механизма", но для этой цели он предлагает использовать и "адаптирующийся привод" [22].
Структурным признаком адаптивных механизмов [14] является наличие в их составе неассуровых групп положительных порядков. Наличие в составе индифферентных механизмов неассуровых структурных групп отрицательных порядков позволяет предположить формирование у последних противоположных свойств.
В индифферентных механизмах "лишнее" звено не передает движения, то есть приложенное к нему растягивающее или сжимающее усилие не может быть приведено к выходному звену. Это позволяет создавать в нем натяг, способствует возникновению явления, сходного с самоторможением по внешнему проявлению. По определению, самоторможение - условие, при котором из-за сил трения движение не может начаться, как бы ни велики были движущие силы [18]. В случае с "лишним" звеном движение также не может начаться, как бы ни велики были силы, действующие вдоль этого звена, но это связано не с силами трения, а со структурным "самоторможением", или индифференцией.
Сходство между адаптивными и индифферентными механизмами заключается в том, что и те, и другие имеют в своем составе неассуровы структурные группы, образованные из групп Ассура путем добавления "лишнего" звена. Различие в смысле структуры заключается в способе присоединения этого звена: в случае адаптивной структурной группы лишнее звено служит развитию замкнутого контура кинематической цепи, а в случае индифферентного механизма это звено образует новый замкнутый контур и служит не увеличению числа сторон, а увеличению числа контуров. Различия тех и других механизмов заключаются также в противоположном восприятии изменения параметров технологического процесса. Адаптивный механизм чутко реагирует на эти изменения, автоматически переналаживая режим работы механизмов в зависимости от нагрузок на выходных звеньях. Специфические свойства индифферентных механизмов проявляются наоборот в невосприимчивости, безразличии к величине реакции замыкающей связи.
В соответствии с терминологией, ранее принятой в структурной теории адаптивных механизмов [14], такую замыкающую связь, уменьшающую степень свободы механизма, но не снижающую его подвижности, можно называть индифферентивной [3,17,103]. Таким образом, формирование и "сохранение" в замкнутом кинематическом контуре постоянного или регулируемого в процессе работы напряжения обеспечивается наличием в их структуре индифферентивной связи.
Как уже отмечалось выше, структурным признаком индифферентных механизмов является наличие в их структуре избыточных связей, называемых нами индифферентными. Следует также повторить, что добавочная индифферентная связь, накладываемая "лишним" звеном, является причиной проявления особого свойства: по сравнению с ассуровыми механизмами, в которых реакции в звеньях возникают под действием полезных сил сопротивления, приложенных к выходным звеньям (в статической постановке задачи), в индифферентном механизме эти же реакции могут возникать независимо от приложения сил сопротивления, или даже сохраняться независимо от положения механизма. Это позволяет создать в нем натяг и возможное возникновение так называемой "циркуляции энергии". Как раз решение проблемы полезного использования этого явления и служит одной из побудительных причин исследования и развития теории индифферентных механизмов. Так, в практическом плане, как будет показано ниже, весьма перспективными оказываются те индифферентные механизмы, в которых добавочная индифферентная связь осуществляется посредством предмета труда (обрабатываемого рабочего тела). В этом случае можно получить значительное увеличение технической эффективности функционального механизма практически без дополнительных затрат энергии. Элементарными структурными образованиями, обеспечивающими индифферентные связи, являются индифферентные структурные группы. Поэтому индифферентным механизмом является по сути кинематическая цепь, в состав которой входит неподвижное звено (стойка), и подвижность которой меньше числа ведущих звеньев на число индифферентных связей, то есть ограничений, накладываемых добавочными звеньями.
В кинематической цепи индифферентного механизма могут присутствовать и ассуровы группы, если это необходимо по условиям метрического синтеза или другим соображениям. Кроме того, в состав индифферентных механизмов наряду с жесткими звеньями могут входить гибкие, гидравлические, пневматические, электрические и иные звенья другой физической природы.
