Введение к работе
Актуальность проблемы. Эффективное развитие всех отраслей промышленности Российской Федерации в решающей мере зависит от машиностроения Именно в нем, в первую очередь, реализуются передовые научно-технические идеи, создаются новые механизмы и машины, определяющие прогресс в других ограслях экономики Для современного машиностроения характерно повышение требований к техническому уровню решений, качеству и надежности, безопасности эксплуатации и обслуживания новых механизмов и машин Это приводит к необходимости постоянного сокращения сроков проектирования при одновременном совершенствовании конструкций новых механизмов и технологии их производства, внедрения новых материалов, более точньпс методов расчета
Кривошипно-ползунные механизмы (КПМ) являются одними из самых распространенных в современном машиностроении Они находят широкое применение в разнообразных устройствах (компрессорах и насосах, кривошипных прессах, двигателях и др) От правильного обоснования и выбора параметров кривошишю-ползунного механизма зависит надежность его работы, коэффициент полезного действия, а также конструктивные размеры Оптимизация устройств, в которых используются кривошипно-ползунные механизмы, невозможна без конструктивного совершенствования самих механизмов Расширение их функциональных возможностей требует решения особых задач, позволяющих синтезировать новые и выполнять конструктивные преобразования уже существующих механизмов, приводящие к качественно иным техническим решениям при сохранении структуры схемы или вида механизма.
Целью работы является обоснование путей расширения функциональных возможностей кривошипно-ползунных механизмов, в соответствии с которыми можно создавать, новые, обладающие особыми свойствами и техническими характеристиками кривошипно-ползунные механизмы, включая механизмы высоких классов и механизмы переменной структуры
Методика исследований. В диссертации использованы как известные, так и оригинальные методы анализа и синтеза кривошипно-ползунных механизмов, аналитические и графо-аналитические методы исследования шатунных кривых, кинематики и кинетостатики КПМ, методы макетирования и компьютерного моделирования
Достоверность результатов подтверждается реальными схемами новых, синтезированных кривошипно-ползунных механизмов, к которым
применены методы конструктивного преобразования Оригинальность схем механизмов подтверждена патентами РФ «Кривошипно-шатунный механизм» №2210692, «Проходной кривошипно-ползунный механизм» №2289741, на три принципиально новых механизма получены решения о выдаче патентов, а именно, «Кривошипно-ползунный механизм со сдвоенным шатуном», «Кривошипно-ползунный механизм переменной структуры» и «Ударный КПМ»
Работа завершается актом об использовании результатов научных исследований на ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» при конструировании технологического и вспомогательного оборудования для рельсобалочного, сортового проката, листопрокатного цехов На защиту выносятся следующие научные положения:
несмотря на широкую швестность кривошипно-ползунных
механизмов, на их уникальность, заключающуюся в преобразовании
вращательного движения в поступательное и наоборот,
функциональные возможности таких механизмов в технике еще
использованы недостаточно Эти возможности могут быть
существенно расширены за счет
изменения структуры механизма в целом (путем изменения числа звеньев между входом и выходом),
изменение структуры отдельных звеньев,
конструктивного преобразования механизма в целом,
конструктивного преобразования отдельных его звеньев,
разработанные приемы синтеза структур кривошипно-ползунных механизмов и решение задачи об устранении в механизмах избыточных связей позволяют алгоритмично отыскивать новые схемы механизмов и устранять в них вредные связи, что может обеспечиваться «адресной» заменой одноподвижных кинематических пар на пары более высоких классов,
полный анализ работоспособности кривошипно-ползунных механизмов не может быть выполнен без учета их изучения как в фасной, так и в профильной плоскостях Проблема слойности и проворачиваемости кинематических цепей, поставленная в диссертации, является проблемой, требующей обязательного рассмотрения при исследовании и конструировании плоских механизмов;
во многих случаях применяемые на практике методы исследования кинематики КПМ, основанные на допущениях, не могут являться оправданными При значениях Я (отношения длины кривошипа к длине шатуна), приближающихся к единице, требуется высокоточное
решение задачи о кинематических характеристиках механизма, которое дается в работ подробно,
полномасштабное изучение шатунных кривых КПМ позволяет находить особые движения отдельных точек шатунов, которые могут быть использованы в частных случаях, например, с целью нанесения ударов по разрушаемому объекту;
особыми свойствами обладают КПМ со сдвоенным шатуном, в работе показаны новые методы исследования их кинематики (через специальную точку 8) и кинетостатики,
найденные новые конструктивные решения КПМ, которые защищены патентами РФ (пять изобретений) доказывают утверждение о том, что функциональные возможности КПМ далеко не исчерпаны и могут найти развитие в направлениях, в частности указанных в диссертации
Научная новизна. Новизна исследования заключается в развитии метода структурного синтеза многообразия кривошипно-ползунных механизмов и в разработке научно обоснованных приемов конструктивного преобразования КПМ в целях расширения их функциональных возможностей Впервые поставлена и исследована проблема слойности и проворачиваемости плоских рычажных механизмов, в том числе и кривошипно-ползунных
Практическое применение результатов исследования показано на
конкретных примерах использования новых механизмов, обладающих
широкими функциональными возможностями при обеспечении заданных
траекторий и законов движения рабочих органов Разработанные
механизмы и приемы их исследования используются при
конструировании технологического оборудования на одном из крупнейших металлургических заводов России (ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат»), что подтверждается актом использования
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и представлялись
на одиннадцатой, двенадцатой, тринадцатой, четырнадцатой, пятнадцатой научно-практических конференциях по секции теории механизмов, динамики и прочности машин (Россия, г Новокузнецк, с 2002 г по 2006 г ),
на шестнадцатой научно-практической конференции по проблемам механики и машиностроения (Россия, г. Новокузнецк, 2006 г ),
на региональном конкурсе «Инновации и изобретения года» при Администрации Кемеровской области и торгово-промышленной палаты (Россия, г Кемерово, 2004 г.),
на международной научной конференции «Проблемы теоретической и прикладной механики» (Казахстан, г Алматы, 2006 г),
на международной научной конференции «Проблемы механики современных машин» (Россия, г Улан-Удэ, 2006 г),
на международной научно-технической конференции «Современные проблемы механики, строительства и машиностроения» (Казахстан, г Павлодар, 2006 г ),
на международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии СТТ 2007» (Россия, г Томск, 2007 г),
ряд новых схем кривошипно-ползунных механизмов представлялся на всероссийский конкурс «Русские инновации» в 2006 г, (инт рее http //www inno ru), в номинации «Перспективные проекты»
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в десяти научных статьях, двух изобретениях и в трех решениях о выдаче патентов на изобретения
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 136 наименований и приложения Общий объем работы - \6\ страница, включает 4 — таблицы, 170 — рисунков
