Динамика систем с гибкими рабочими звеньями и приводами с импульсным и пульсирующим давлением рабочей жидкости Хромова, Галина Алексеевна

Введение к работе

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ . При проектировании и строительстве различных сооружения , а также в приборостроении , робототехнике , космической и специальной технике и в других областях непрерывно повышаются требования к динамическим системам с гибкими рабочими звеньями и сильфоннши элементами , работающий на імпульсних и пульсирующих потоках рабочей жидкости , что ставит ряд задач , связанных с исследованием резервов надежности и долговечности и созданием оригинальных устройств и конструкций нового поколения .

Разрабатываемые гидромеханические системы , состоящие из трубопроводов , рукавов высокого давления или сильфонных элементов , подпитываемые различного рода генераторами давления н гидроприводами , должны устойчиво работать при различных динамических нагрузках как внешних / вибрационного типа / , так и внутренних , связанных с пульсациями давления в рабочей жидкости . Однако нормы и правила расчета и проектирования не в состоянии охватить всё многообразие факторов , силовых воздействий и требований , поэтому исследования в данной области являются актуальнішії .

Развитие наиболее исследованных моделей с жесткими звеньями требует углубленного изучения динамических явления,' возникающих при пульсациях потока рабочей жидкости , эффектов , связанных со сжимаемостью рабочего тела в гидроприводах , характером ї-и:шикающих пульсаций , обусловленных конкретной конструкцией генератора давления и гибкостью рабочих звеньев , их шюгослойностъю .

В свою очередь , упругость звеньев и динамические вффеята

4 в жидкости могут оказать существенное влияние на характеристики и устойчивость системы особенно при резонансних режимах работы , что обосновывает необходимость решения класса падач > актуальных в обарнаучном и инженерно-прикладном плана .

Рассматриваемые в диссертации вопросы являются частью научно-технических программ , выполняемых в соответствии с планами НИР Ш и СС АН РУз по темам »№81094499, 0І8Є6021763.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ . Основной целью настоящей работы является разработка новых и развитие существующих методов расчета динамики систем с гибкими рабочими звеньями и приводами с импульсным и пульсируюіцим давлением рабочей жидкости .

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач :

проведение исследований динамики систем с гибкими рабочими звеньями и гидроприводами ;

разработать математическую модель гибкого манипулирующего органа , питаемого гидравлической средой , с учетом влияния упругости сильфонных элементен и нелинейного динамит Ческого характера протекающее процессов ;

проведение исследований гидропривода с мембранным генератором пульсирующего давления на базе метода резонансного варьирования параметрами рабочей жидкости ;

разработать гидромеханическую модель силового каркаса криволинейного рукава высокого давления с учетом пульсаций

в потоке рабочей жидкости ;

- проведение моделирования динамики гибкого рабочего
вввна под действием пульсирующих волн давления гидроприводов
о учетом влияния упругости окружавшей среди ;

'б І

развитие метопов- экспериментального исследования и средств для моделирования эксплуатационных" вибрационных нагрузок на гибкие рабочие звенья ;

развитие методов и средств моделирования пульсаций рабочей жидкости и гидравлического удара ;

-разработка физических моделей гибкого сильфонного манипулирующего органа с- импульсным давлением- рабочей' жидкости ; гидропривода с мембранным- генератором- пульсирующего давления электромагнитного типа ;. проведение комплексных экспериментальных исследований по оценке напряженно-деформированного состояния конструкций и- сопоставление с результатами¹ теоретических исследований ;

проведение экспериментальных исследований¹ по уточнению гидромеханической модели криволинейного рукавй высокого давления с пульсирующим потоком рабочей жидкости- ',: по- уточнения параметров модели деформируемого рабочего звена ,. окруженного упругой средой с 'пульсирующим: и- импульсным" давлением' рабочей етц-кости ;

создание конструкций' запорных устройств и соединений для деформируемых трубопроводов и рукэвов высокого давления і позволяющих гасить динамические нагрузки ; изгибокомпенсацион-ных оболочек для криволинейных рукавов высокого давления ; виброгасящих конструкций для цилиндрических обечаек горизонтального и вертикального исполнения ;

разработка алгоритмов исследования и проектирования систем с гибкими рабочими звеньями и гидроприводами .

МЕ7ЗДН ИССЛЕДОВАНИЙ . Теоретические исследования проводились на базе (фундаментальных положений теоретической и приклад-

ной механики , теории механизмов и машин с применением уравнений Лагранжа для моделей механизмов и машин и уравнений Эйлера для гибких звеньев , методов осреднения Галеркина и разделения переменных по Фурье , а также преобразования Лапласа . Для численных исследований использовались методы Симп-сона , Fynre-Кутта с автоматическим выбором шага и итерационные методы .

Экспериментальные исследования проведены на основе широкого варьирования современными методами тензометрии с применением методических разработок автора , с последующим сравнением с результатами теоретических исследований . Программный комплекс всех видов расчета динамических систем с жидкостью проведен на БЭСМ , IBM и ПЭШ ATABI-I30 . Обработка результатов экспериментальных исследований производилась вероятностно-статистическими методами .

Научная новизна . Основная научная новизна состоит в обобщении , развитии методов моделирования динамики систем с гибкими рабочими звеньями и приводами с импульсным и пульсирующим давлением рабочей жидкости и научном обосновании технических разработок , внедрение которых вносит значительный вклад в развитие техники и заключается в следующем :

- разработана математическая модель гибкого сильфонного
манипулирующего органа , питаемого гидравлической средой ,.

с учетом влияния упругости сильфонных элементов и нелинейного динамического характера протекаюїдих процессов,;

- проведено исследование гидропривода с мембранным гене
ратором пульсирующего давления на базе метода резонансного
варьирования параметрами рабочей жидкости ;

- разработана гидромеханическая модель силового каркаса
криволинейного рукава высокого давления с учетом пульсаций в
потоке рабочей жидкости ;

проведено моделирование динамики гибкого звена под действием пульсирутацих волн давления гидроприводов с учетом влияния упругости окружающей среды ;

раззиты методы и средства для моделирования эксплуатационных вибрационных нагрузок на гибкие рабочие звенья ;

развиты методы и средства моделирования пульсаций рабочей жидкости и гидравлического удара ;

разработаны и изготовлены физические модели гибкого сильфонного манипулирующего органа с импульсным давлением рабочей жидкости , гицропризоц с мембранным генератором пульсирующего давления электромагнитного типа ; проведены комплексные экспериментальные исследования по выявлению динамики цвикения

и проведено сопоставление с результатами теоретических исследований ;

проведены экспериментальные исследования по уточнения гидромеханической модели криволинейного рукава высокого давле;:;^; с пульсирующим потоком рабочей жидкости ; по уточнению параметров модели деформируемого рабочего звена , окруженного упругой средой , с пульсируюїдим и импульсным давлением рабочей жидкости ;

созданы на уровне изобретений конструкции запорных устройств и соецинений для деформируемых трубопроводов и рукавов высокого давления , позволяющие гасить динамические нагрузки ; изгибокомпенсационные оболочки цля криволинейных рукавов высокого давления ; виброгасядие конструкции для цилиндрических '

8 обечаек вертикального и горизонтального исполнения ;

- разработаны обобщенные алгоритмы исследования и проектирования систем с гибкими рабочими звеньями и приводами с импульсным и пульсирующим давлением рабочей жидкости .

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ и РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Проведенные аналитические исследования позволяют научно-обоснованно подходить к усовершенствовании существующих и создание новых конструкций систем с гибкими рабочими звеньями и гидроприводами с пульсирующим и импульсным давлением рабочей жидкости .

Разработанный методы я средства для моделирования эксплуатационных вибрационных нагрузок на гибкие рабочие звенья и для моделирования пульсаций давления рабочей жидкости и импульсного воздействия , новизна которых защищена 4 авторскими свидетельствами на изобретение , позволяют существенно расширить диапазон проводимых эксперимента л ышх исследований .

Разработанные самокомпенсационные и запорные соединения трубопроводов и/рукавов высокого давления , защищенные 7 авторскими свидетельствами на изобретения , могут найти широкое применение в машиностроении , строительстве , робототехнике и т.п. в условиях значительных динамических нагрузок как со стороны рабочей жидкости , так и от внешних воздействий , возникающих , нагример , при внешних вибрациях .

Разработанные иэгибокомпенсационные оболочки для рукавов высокого давления , защищенные 2 авторскими свидетельствами на изобретения , позволяют надежно работать гидросистеме при криволинейных осях элементов и одновременных пульсациях рабочей жидкости .

Срецства малой механизации цля воцопроводно-канализа-ционных работе применением гидропривода могут быть использованы для механизации ручного труца и облегчения работы обслуживающего персонала .

Основные результаты работы реализованы в виде следующих разработок :

- испытаны и внедрены в производство гидромеханическое
устройство для ускорения выполнения работ по ремонту сальни
ковых компенсаторов на магистральных трубопроводах , с при
менением гидропривода с подпиткой от гидросистемы трактора ;
виброгасящие конструкции оболочек цилиндрических обечаек

/ вертикального и горизонтального исполнения / со средствами частичного обезвешивания ; инструмент для извлечения твердых Предметов из колодца грейферного типа с применением гидропривода и подпиткой от гидросистемы экскаватора / трест ВОДОКАНАЛ г.Ташкента , I991-1992 гг / ; за время эксплуатации с июня 1991 года по настоящее время получен экономический эффект 500 тысяч рублей ;

- испытаны и внедрены в производство самокомпенсационные
соединения для трубопроводов и сукавов высокого давления

/ а.с. СССР № І442І35 , 1560883 , І566І59 , 1435882 / ; запорные соединения для труб и рукавов высокого давления , позволяющие надежно работать при вибрационных нагрузках / а.с. СССР .V- 1733826 , положительное решение по заявке № 4875205 / P/J / 080610 / . Ожидаемый экономический эффект на 1993 год от внедрения предлагаемых конструкций составит 300 тысяч рублей / трест УЗСАНТЕХГАЗЛОНТАЖ / ;

- испытаны и внедрены изгибокомпенсационные оболочки для

10 трубчатых эластичных элементов и рукавов высокого давления / а.с. СССР №№ I753I6I , 1753162 / ; опробирован и внедрен способ экспресс-диагностики трубчатых эластичных элементов /а.с. СССР V* I72I375 , I6897II / ; методики расчета для криволинейных трубчатых элементов и рукавов высокого давления внедрены при составлении патентов фирм АЛТРО и К fi о / АВСТРИЯ , г. Вена , 1991 год / .

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ : Основные результаты исследований докладывались на 12 Международных конгрессах , Всесоюзных и Республиканских съездах , конференциях и совещаниях .

1. Республиканская конференция "Гидродинамика многофазных сред и ее приложения к нефтедобыче и ороиению " / Ташкент, 1981 г./ ; .

2. Шестом Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике / Ташкент, 1986 г./ ;

3. УІІІ Всесоюзном симпозиуме по распространению упругих и упруго-пластических волн / Нововсибирск , 1966 г. / ;

4. На Объединенных семинарах по строительной механике Московского инженерно-строительного института / Москва , 1967-1988 гг. / ;

5. Всесоюзном научно-техническом совещании СЭО-88 / г. Нарва , ЭССР, IS88 г. /;

6. Республиканской научно-технической конференции по -гидродинамике / Ташкент , 1988 г. /;

7. II школе-семинаре социалистических строи " Вычислительная механика и автоматизация проектирования " / Ташкент-Москва , 1988 г../ ;

й. Республиканской конференции , посвященной памяти ака-

домика АН РУз Х.А. Рахматуллина / Ташкент , 1989 г./ ;

9. Всесоюзной конференции " УІІ, Д05 , 1989 " /Днепро
петровск , 1989 г. / ;

10. ІУ Международном симпозиуме по мат. анализу / ІУ
JnleznahonaG Sympoiiurn ^щесйореогака,

1989 г./ ;

11. Всесоюзной конференции " Качество и надежность
конструкций при динамических воздействиях " / Грузия , г.Ба
туми . 1990 г. /;

12.УП Всесоюзной конференции " Проблемы динамики взаимодействия деформируемых систем " / Ереван , 1990 г. / ;

13. Седьмом Всесоюзном сьезде по теоретической и прикладной механике / Москва , 1991 г. / ;

14. На объединенных семинарах по теории механизмов и машин хлопкового промыпленного комплекса Института механики и сейсмостойкости сооружений им. М.Т. Уразбаева АН РУз / 1989-1994 гг. / ;

15. На Республиканском семинаре по теории механизмов и машин / ТИ1ШСХ , Ташкент , сентябрь 1993 г. /;

16. На научных семинарах кафедр Электромеханического . факультета Ташкентского института инженеров аелезноцорожного транспорта им. А. Икрамова / октябрь , 1993 г..УАШИИТ / ; на научном семинаре Ташкентского текстильного института / 24 октября 1993 г. / ;

17. На научных семинарах кафедр " Строительная механика" / 7 декабря 1993 г. / и Сопромата / 15 июня 1994 г./ Московского Государственного Строительного Университета. / Россия , г. Москва , 1993-1994 гг. / .

ПУБЛИКАЦИИ . По материалам диссертации опубликовано 53 печатных работы , в той числе одна монография и 17 авторских свидетельства на изобретения .

ОБЬШ РАБОТЫ . Диссертационная работа состоит из введения , восьми глав , основных выводов , списка литературы , содержащего 171 наименование и 3 актов внедрения . Обьеы диссертации 326 страниц машинописного текста , 3 таблицы , 107 рисунков .