Введение к работе
Актуальность проблемы. В связи с интенсификацией рабочих процессов возрастают требования к виороустойчивости машин для земляных н открытых горных работ. Невозможность работы на оптимальных режимах из-за ограничений, накладываемых колебаниями, приводит к нерациональному использованию техники и природных ресурсов. Роторные экскаваторы, например, не реализуют повышенные усилия копания, в результате чего возрастает объем буровзрывных работ. Необходимость снижения уровня колебаний диктуется также требованиями защиты от вибрации обслуживающего персонала, приборов и систем управления.
Предьявлясмым требованиям могут удовлетворить системы активного гашения колебаний, включающие в себя вибродатчики и силовой орган, воздействующий на конструкцию таким образом, чтобы уменьшить колебания ее узлов. Подобные системы находят применение в различных областях техники, что отражено в научной литературе. Значительно меньше исследований посвящено вопросам создания высокоэффективных средств снижения колебаний металлоконструкций машин для земляных работ.
Целью работы является разработка принципиальных схем и методов расчета систем активного гашения колебаний металлоконструкций машин для земляных работ.
Идея работы состоит в том, что для достижения поставленной цели использован комплексный подход к проблеме снижения уровня колебаний на основе решения взаимосвязанных задач выбора места установки активного гасителя, уточнения расчетных моделей активно демпфируемых систем, поиска закона управления гасителем из условия обеспечения заданных динамических свойств конструкций.
В работе были поставлены и решены задачи:
разработки методов направленного изменения динамических свойств металлоконструкций и формулирования требований, предъявляемых к средствам снижения колебаний и их расчету;
выбора структуры и обоснования параметров системы гашения колебаний из условия выполнения сформулированных требований;
анализа и уточнения расчетных динамических схем металлоконструкций, содержащих активные демпфирующие устройства;
2 '
повышения качества демпфирования путем синтеза управляи. шего воздействия, обеспечивающего заданные динамические свойсті конструкции:
разработки технических требовании к аппаратуре, предназн; ченной для формирования управляющего сигнала, и проверки ее р; боты на действующих макетах и в производственных условиях;
экспериментальной проверки эффективности разработанны средств снижения колебаний и точности методов расчета их пар; .метров на физических моделях много.массовых динамических систем; I
опенки технико-экономического и экологического эффекта о использования результатов работы.
Методы исследования. В теоретических исследованиях исполг зовались основные положения и методы теории колебаний, механик машин, теории автоматического регулирования, а также проводилос математическое моделирование с применением прикладных програм: для ЭВМ. Экспериментальные исследования включали натурные ис питания и физическое моделирование на стендах с использование; современных измерительных методов и средств.
Научная новизна работы состоит в том. что развивается пег спективное направление, в котором проблема снижения колебаний мс таллоконструкций машин для земляных работ рассматривается ка проблема обеспечения заданных динамических свойств механическо системы и решается методом, исключающим необходимость измеш ния параметров конструкции, назначенных в соответствии со статнч< ским расчетом. В рамках решения поставленных задач получены ел< дующие результаты:
предложены расчетные модели активно демпфируемых систе различных машин, отличающиеся тем, что они построены с учето минимального числа степеней свободы объекта, и их использованг позволяет более успешно решать задачи синтеза, технической реалі зации и корректирования закона управления гасителем при изменени динамических параметров конструкции в процессе работы машины:
разработан метод синтеза демпфирующего воздействия, позве ляющий получать заданные динамические свойства металлоконструї ций при различных способах установки силового органа гасителя;
обоснован выбор показателей для оценки качества активнь средств снижения колебаний металлоконструкций с учетом факторе эффективности, устойчивости и величины потребляемой мощности, также получены зависимости, характеризующие влияние на вышеук
анные показатели способа установки гасителя и закона управления
|м;
| - предложены новые технические решения, удовлетворяющие
ребованпям эффективности, экономичности н надежности активных
аснгелей.
Достоверность научных положении и результатов подтверждается:
адекватностью математических моделей, доказанной удовлет-орительной сходимостью результатов аналитических исследований, іатурньїх испытании и физического моделирования;
апробпрованностыо применяемых методов теории колебаний и іатематпческпх методов исследований.
Практическую ценность работы определяют предложенные труктурные схемы и методы расчета параметров средств снижения олсбаний. использование которых позволяет повысить эксплуатаци-пную производительность машин для земляных работ, улучшить словия труда, уменьшить неблагоприятное воздействие технологиче-ких процессов на окружающую среду.
На защиту вы носится:
обоснование методов направленного изменения динамических войств металлоконструкций машин для земляных работ путем управ-яемого силового воздействия на узлы металлоконструкций в функции араметров колебательного движения;
предложение устанавливать силовой орган активного гасителя олебаний между узлами металлоконструкций последовательно с не-ушим элементом или параллельно ему;
математические модели активно демпфируемых динамических истем роторного экскаватора, отвалообразователя, экскаватора-твалообразователя. бурового станка, подвески кабины оператора :ашины;
методы формирования демпфирующего воздействия, основан-ые на разделении форм колебаний, а также на синтезе закона управ-ения гасителем из условия обеспечения заданных значений лчэгариф-ических декрементов или амплитуд главных форм колебаний;
обоснование структуры и метода выбора параметров средств ктивного гашения колебании металлоконструкций машин для земля-ых работ.
Реализация работы. Выводы, практические рекомендации и редложенные в диссертации методики использованы при проектиро-
вании роторного экскаватора ЭРП-3150 в ПО Азовмаш и в проекте экскаватора ЭРП-5250В, разработанном в объединении НКМЗ. Полученные результаты внедрены в учебный процесс в дисциплине "Строительные машины" для специальности 170900 ''Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины" и в дисциплине "Прикладная механика" для специальности 2І0100 "Управление и информатика в технических систамах"
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 199 наименований, приложений. Она изложена на 359 страницах, включая 237 страниц машинописного текста (без списка литературы и приложений), содержит 84 рисунка и 34 таблицы.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на Международной научно-технической конференции "Развитие строительных машин, механизации и автоматизации строительства и открытых горных работ", Москва. МГСУ, 1996 г; на научно-технической конференции "Геоэкология в нефтяной и газовой промышленности", Москва, ГАНГ им. И.М. Губкина, 1995 г; на научном семинаре в Московском государственном горном университете; в Днепропетровском горном институте; на технических советах ПО Азовмаш, ПО НКМЗ, СКБ самоходного горного оборудования; на научно-технических конференциях Российского университета дружбы народов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 работы, включая описания к 24 изобретениям и патентам.
