CC BY
33
УДК 62.567.5
Р. Н. ХАМИТОВ Г. С. АВЕРЬЯНОВ
Омский государственный технический университет
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ОБЪЕКТОВ С АКТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ УПРУГО-ДЕМПФИРУЮЩЕЙ ХАРАКТЕРИСТИКОЙ
В работе предлагается устройство демпфирования колебаний объектов с улучшенными параметрами демпфирования. Для исследования демпфирования колебаний построена и исследована модель, описывающая термогазодинамические процессы в объемах устройства и динамику амортизируемого объекта. Она позволяет провести анализ и выявить основные закономерности в работе устройства, получить его упруго-демпфирующую характеристику.
Управляемые пневматические виброзащитные устройства, как показали предварительные исследования [1,21, могут наиболее полно удовлетворять требованиям систем амортизации (СА) объектов, гак как обеспечивают регулирование упруго-демпфирующей характеристики, хорошую виброзащиту. В них в качестве рабочего тела используется лишь одна фаза — газ, благодаря чему нет необходимости выполнения отдельных демпфирующих устройств.
При активном управлении упруго-демпфирующей характеристикой пневматической виброзащитной системы масса газа может быть постоянной (в случае отсутствия дополнительного подвода энергии сжатого газа) и переменной вследствие сообщения объемов пневмоэлемента с атмосферой и с другими источниками энергии.
В работе предложены и исследованы способ [3| и устройство |4| для гашения колебаний объектов с активным управлением упруго-демпфирующей характеристикой, где демпфирование колебаний объекта осуществляется периодическим уменьшением восстанавливающей силы основного упругого элемента засчетподвода и отвода дополнительной массы газа, в виде давления, из постороннего источника энергии в штоковую полость цилиндра в противофазе движению объекта. Э то приводит к резкому уменьшению потенциальной энергии системы в начале хода отбоя, значит и всего хода отбоя. При этом масса газа в основном упругом элементе остается постоянной. Парис. 1. представлено пневматическое виброзащитное устройство — пневмоамортизатор (ПА) с активным управлением процессами массопереноса газа между дополнительным объемом и внешним источником энергии |4|.
Демпфирование вертикальных колебаний объекта с помощью предложенного ПЛ осущест вляется следующим образом [3|.
В статическом положении ПА сила тяжести объекта уравновешивается только за счет избыточного давления в полости «Л»
где М-д — вес амортизированного объекта; Р10 — абсолютное давление в полости в статическом положении системы;
Б, — эффективная площадь основного упругого элемента;
На ходе сжатия ПА давление газа в полости «л» возрастает, а в полости «В» равно атмосферному, т.е. упругая сила Ру|ф ПА:
где Р, — текущее давление в полости «А».
В начале хода огбоя от датчика относительной скорости 13 подается сигнал на реле 14, импульсный электроклапан 10 включается и сообщает полост ь «В» через каналы 7 и 8 в штоке 6 и трубопровод9 с ресивером. Подвод массы газа в штоковую полость «В» под давлением Р2 < Р, оказывает существенное противодействие основному упругому элементу, к приводит к резкому уменьшению упругой силы РуН|| ПА, т.е.:
14
10
от компрессора
М-д = Р|0'5,;
Рнс. I. Управляемым пнепмоамортиэатор
51
ру„„ = р,*, - р^.
где Р, — текущее давление в штокопой полости «В»; Б2 — эффективная площадь поршня в штоковой полости.
В начале очередного хода сжатия электроклапан 10 обесточивается и полость «В» сообщается с атмосферой, что приводит к восстановлению упругой силы виброзащитного устройства.
Таким образом, уменьшение упругой силы основного упругого элемента в начале каждого хода отбоя, за счет подвода дополнительной энергии в штоковую полость цилиндра 4 в противофазе движению объекта и быстрое восстановление ее в начале каждого хода сжатия приводит к интенсивному демпфированию колебаний.
Для подтверждения этого предположения были проведены теоретические исследования динамики ПЛ. Исследование основных динамических свойств ПЛ основывается на совместном решении системы нелинейных д ифференциальных уравнений, описывающих каждый режим работы ПА, в ходе которых изменяются параметры движения объекта и ход газотермодинамических процессов, протекающих в объемах пиевмоэлемента.
При составлении уравнений примем следующие допущения:
1. Рабочий газ в ПА подчиняется законам идеальных газов.
2. Темпера тура окружающей среды постоянна и равна Т(.
3. Вследствие кратковременности воздействия внешний теплообмен не учитывается и рабочий процесс в ПА считается адиабатическим.
4. Процессы выравнивания давления в штоковой полости цилиндра ПА при коммутации происходят мгновенно.
5. Движение АО происходит в вертикальном направлении.
6. Эффективная площадь (Б,) ПА при движении АО не меняется.
7. Утечки газа из основного упругого элемента ПЛ отсутствуют.
В модели использованы следующие обозначения параметров:
Р, — текущее давление в полости «А» ПА;
Р, — текущее давление в штоковой полости «В» ПЛ; "
Р(р— абсолютное давления в полости «Л» ПА при статическом положении АО;
Р^ — абсолютное давления в штоковой полости «В» ПА при статическом положении АО;
эффективная площадь основного упругого элемента;
5:п — эффективная площадь поршня в штоковой полости ПЛ;
Ри—атмосферное давление;
— абсолютное давление в ресивере;
— относительные перемещения, скорость и ускорение ЛО;
7., 2,?. — абсолютные перемещения, скорость и ускорение ЛО;
VI = Урю ± ~ текущий рабочий объем основного упругого элемента ПА;
= УРМ ±5.,7 2а — текущий рабочий объем штоковой полости ПА;
У,,м) — рабочий объем основного упругого элемента Г1А в статическом положении АО; ■ ^«о— рабочий объем штоковой полости ПЛ в I статическом положении ЛО;
Р.Хк 30 . .
7л. 10 т
П-07
1*~05
I ?
—н
1.е
Рис. 3. Кривые свободных колебаний ЛО: кривая при Т1ж=0.3 соответствует Рм = 0,05 МН/м1; кривая при л» =0.5 соответствует Р^,3 0,1 МН/м1: кривая при Т1„ =0.7 соответствует Рм = 0,15 МН/м2; кривая при соответствует Р10 = 0,2 МН/м1
М, Мд ид — масса, вес АО и ускорение силы тяжести;
к — коэффициент адиабаты;
Яг - сила трения, зависящая от скорости движения АО;
тг— суммарная масса газа в штоковой полости ПА; "
/— площадь проходного сечения воздухопровода в штоковую полость ПЛ;
— коэффициент расхода газа через клапан.
Первый режим. Происходит процесс сжатия основного упругого элемента, при этом штоковая полость «В» соединена с атмосферой.
Система дифференциальных уравнений, описывающая данный режим работы, будет иметь вид:
(Н
кР^
си '
Мхш^-Р.Ъь-Мд-Щакрг) ■
Второй режим. Происходит подвод энергии в штоковую полость, при этом относительная скорость
¿0=0.
Система дифференциальных уравнений, описывающая этот режим работы, имеет вид:
о\Р? Ш
т-,
1 А 1
2кд Р,т2 И"
V,
-0.1
Рис. 2. Упругодемпфнрующие характеристики ПА
М/ = (Р, - Р0)5Э,-Мд-1*2(814пI)• Третий режим. Осуществляется процесс отбоя, происходят расширение газа в основном упругом элементе и процесс сжатия в штоковой полости.
Система дифференциальных уравнений, описывающая данный режим работы, имеет вид:
ар, = кР^г0
сИ
мг=(Р, - Р„ - (Р2 - Ра)5Э2 - Мд - ъ{*(Япг).
Исследования динамики виброзащитного устройства проводились со следующими исходными данными:
Р|0 = 0,5 МН/м2; Рта = 0,05 МН/м1, 0,1 МН/м2, 0,15 МН/м2, 0,2 МН/м2;
5.,, = 0,03 м2; 5.,2 = 0,02 м2; У,0 = 0.005 м3; = = 0,002м3; = ±0,1 м.
Для решения систем уравнений были составлены программы расчета на ПЭВМ. По результатам расчета построены упруго-демпфирующие характеристики (рис. 2) ПА и кривые свободных колебаний АО (рис.3).
В результате теоретических исследований установлено, что демпфирующие свойства пневматического виброзащитного устройства улучшаются с увеличением относительных перемещений АО (рис. 2) и с увеличением подводимого давления в штоковую полость данного устройства (рис.3). На рис.3 построенные кривые свободных колебаний АО соответствуют различным значениям коэффициента поглощения энергии колебаний г)н АО и абсолю тного давления Р21) н штоковой полости «В» ПА при статическом положении АО.
Таким образом, полученная модель, описывающая термогазодинамические процессы в объемах ПА и
динамику АО, позволяет провести анализ и выявить основные закономерности и особенности в работе ПА. Управляемые ПА (11 наиболее полно удовлетво-ряюттребованиям систем амортизации как крупногабаритных объектов, гак и транспортных средств, в силу того что они обеспечивают регулирование упруго-демпфирующих характеристик и хорошую виброзащиту, и могут быть рекомендованы для внедрения на профильных предприятиях (ФГУП НПП «Прогресс», г. Омск, КБСМ, г. С.-Петербург).
Библиографический список
1. Аверьянов Г.С. Исследование процессов и путей повышения эффективности воздушного демпфирования в пневматических амортизаторах виброзащитных систем. — Омск:ОмГТУ, 1999. - 115с. - Доп. в ВИНИТИ 17.06.99. N« 1957 - В99.
2. Аверьянов Г.С., Зснзин (O.A.. Белицкий В Д. Рабочий цикл пневматического амортизатора с активным управлением термодинамическими параметрами газа //Динамика машин и рабочих процессов : межвуз. сб. науч. тр. - Челябинск, 1985. - С. 144-149.
3. Патент на изобретение № 2304522 РФ. МПК В60С 15/12. F1GF9/05. Способ гашения вертикальных колебаний объектов с пневматическими упруг ими элементами / Аверьянов Г.С., Хамитов Р.Н - Опубл. 20.08.2007. Бюл. N« 23.
4. Патент на изобретение №2304523 РФ. МПК В60С 15/12. F16P 9/05. Пневматическая подвеска / Аверьянов Г.С.. Хамитов Р.Н.. Нагорных AB. - 0публ.20.08.2007. Бюл. №23.
ХАМИТОВ Рустам Нуримановнч, кандидат технических наук, докторант кафедры авиа- и ракетостроения.
АВЕРЬЯНОВ Геннадий Сергеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой авиа- и ракетостроения.
Статья поступила п редакцию 10.06.08 г. О Р. Н. Хамитов, Г. С. Аверьянов
Книжная полка
Леликов, О. П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин [Текст]: конспект лекций по курсу «Детали машин» для вузов / О. П. Леликов. - 3-е изд., перераб. и дои. - М.: Машиностроение, 2007. - 463 с.: рис. - Библиогр.: с. 454. -т ISBN 978-5-217-03390-4.
В конспекте лекций изложены теоретические основы и инженерные методы расчета и проектирования деталей и узлов машин - неотъемлемые составляющие конструирования. Объем каждой лекции соответствует реальному времени, затрачиваемому в аудитории с учетом изображения рисунков лектором на доске и слушателями в тетради. Рассмотрены темы по основным разделам курса: разъемные и неразъемные соединения; передачи трением и зацеплением; валы и оси; подшипники качения и скольжения; муфты приводов. Вместе с другими литературными источниками конспект лекций призван заложить основу конструкторской подготовки, формирования широкого инженерною мышления.
По вопросам приобретения —13812| 65-23-69 Е mall: libclireclor@omglu.ru
Информационная поддержка жизненного цикла изделий машиностроения [Текст]. - М. : Академия, 2007. - 303 с. - 2000 экз. - ISBN 978-5-7695-3003-6.
В учебном пособии изложены основные положения и понятия концепции CALS/ИПИ, основанные на использовании информационного моделирования этапов жизненного цикла изделий. Приведены методы представления, обмена и управления данными об изделии. Рассмотрены сгруктура интегрированной логистической поддержки и технологии создания интерактивных электронных технических руководств. Сделан обзор развития в мировой экономике CALS/ИПИ-технологий, применение которых в современных условиях является решающим фактором повышения конкурентоспособности сложной наукоемкой продукции.
