Введение к работе
Актуальность диссертационной работы.
Производство виброкатков увеличенной единичной мощности с требуемыми виброакустическими параметрами - задача непростая. При её решении конструкторам приходится сталкиваться со значительными трудностями социального и технического характера, что требует большого инженерного искусства в проектировании машин с требуемыми виброакустическими характеристиками.
Проблема создания виброкатков с низкими виброакустическими характеристиками выдвигает перед специалистами несколько задач, главными из которых являются: выявление причин повышенных вибраций на рабочем месте; исследование путей распространения вибрации; разработка комплекса мероприятий по снижению виброакустических параметров машин.
Решение первых двух задач связано не только со знанием физической природы колебательных процессов и законов распространения волн в различньк средах и конструкциях, но и с правильной идентификацией сложной механической структуры на основе системного анализа и эффективных методов расчета параметров вибрации, что является важной и актуальной задачей в совершенствовании конструкций транспортно-технологических машин - виброкатков.
Цель диссертационной работы. Снижение вибрации на рабочем месте оператора при различных режимах работы виброкатка за счет использования в опорных связях кабины виброизоляторов с изменяемой жесткостью.
Задачи исследований:
определение характерных частот генерации вибрационной энергии источников виброкатков;
выявление необходимости использования в опорных связях кабины виброизоляторов с изменяемой жесткостью;
разработка математической модели виброкатка на стадии эскизного проекта и её реализация с использованием классической теории колебаний;
прогнозирование вибрации кабины и расчет жесткости виброизоляторов с использованием метода конечных элементов (МКЭ);
разработка конструкции виброизоляторов с изменяемой жесткостью, их изготовление и экспериментальные исследования в лабораторных условиях;
проведение экспериментальных исследований виброкатка в полевых условиях при выполнении типовых технологических работ;
сопоставление результатов численных и экспериментальных исследований;
определение социальной и экономической эффективности результатов исследований;
Объект исследования - самоходные виброкатки с изменяемой частотой колебаний вибровальца для уплотнения грунтов, оснований и асфальтобетона.
Предмет исследования - генерация, распространение и излучение вибрационной энергии на виброкатках при различных режимах работы, включая транспортный, и защита оператора от её негативного влияния.
Методологическая и теоретическая основа исследований.
Основой методологии исследований являются комплексный анализ современного состояния научно-технических достижений в области изучения быс-тропеременных процессов в самоходных виброкатках с использованием литературных источников, собственны аналитических, численных и экспериментальных исследований, полученных в лабораторных и полевых условиях на натурных образцах с использованием поверенной аппаратуры, измерительной оснастки, физических моделей для повышения эффективности и безопасности работы виброкатков.
В основу теоретических исследований положена классическая теория колебаний в машинах и механизмах, а также численные методы на базе метода конечных элементов.
Научная новизна исследований:
математические модели виброкатка при различных режимах работы, учитывающие взаимное влияние масс и жесткостей в опорных связях при возмущающих воздействиях источников на разных частотах;
формулы для расчета жесткости в опорных связях кабины на различных режимах работы виброкатка на стадии эскизного проектирования, учитывающие взаимосвязи физических и геометрических параметров динамической 3-х массовой системы;
результаты численных исследований вибрации виброкатка с использованием метода конечных элементов;
конструкция виброизоляторов с дискретно изменяемой жесткостью и результаты лабораторных исследований их работоспособности;
результаты экспериментальных исследований виброкатка в полевых условиях при выполнении типовых технологических операции.
Достоверность и обоснованность результатов исследований Подтверждается использованием методов, базирующихся на классических теориях колебаний машин и механизмов, вибрации в технике, МКЭ, метрологически аттестованных приборов, сравнением численных и экспериментальных исследований. Расхождение результатов не превышает 14,5 %. Практическая значимость исследований:
выявлена необходимость установки в опорных связях кабины виброизоляторов с изменяемой жесткостью;
рекомендуются формулы для расчета жесткостей виброизоляторов кабины при различных режимах работы виброкатка на стадии эскизного проектирования;
рекомендуется топология виброкатка для более точного расчета параметров виброизоляторов кабины методом конечных элементов на заключительной стадии проектирования;
- предлагается принцип работы и конструкция виброизоляторов кабины с
дискретно изменяемой жесткостью.
Внедрение результатов. Методика испытаний и экспериментальная установка используется в учебном процессе Воронежского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке специалистов по специальностям: 230100.03 - «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (строительные, дорожные и коммунальные машины)», 170900 -«Подъемно-транспортные, строительные, дорожньїе машины и оборудование» в дисциплинах: «Автотракторный и специализированный транспорт в строительстве»; «Автотракторное оборудование»; «Основы работоспособности технических систем».
Результаты работы также внедрены в ЗАО «РудГорМаш», г. Воронеж.
На защиту выносятся:
математические модели виброкатка при различных режимах работы;
формулы для расчета жесткости в опорных связях кабины на различных режимах работы виброкатка на стадии эскизного проектирования;
результаты численных исследований вибрации виброкатка с использованием метода конечных элементов;
конструкция виброизоляторов с дискретно изменяемой жесткостью и результаты лабораторных исследований их работоспособности;
результаты экспериментальных исследований виброкатка в полевых условиях при выполнении типовых технологических операций.
Апробация результатов исследований
Основные положения диссертационных исследований докладывались: на ежегодных научно-практических конференциях профессоров, преподавателей и приглашенных специалистов во ВГАСУ в 2008-2009 г.г., 11-ой и 12-ой межрегиональных научно-практических конференциях «Высокие технологии в экологии», май 2008 г. и май 2009 г, г. Воронеж.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы: в журналах и материалах научно-технических конференций, в том числе 2 статьи опубликованы в изданиях, входящих в перечень, определенный ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованных источников, приложений. Диссертация содержит 155 страниц, в том числе 119 страниц машинописного текста, 48 рисунков, 17 таблиц, 5 приложений, список использованных источников содержит 111 наименований.
