Научно-методологическое обоснование технологии процессов вибрационного упрочнения в динамических взаимодействиях сыпучей среды и вибрирующей поверхности с учетом неудерживающих связей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 534.014,621.802

НАУЧНО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССОВ ВИБРАЦИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ В ДИНАМИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ СЫПУЧЕЙ СРЕДЫ И ВИБРИРУЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ С УЧЕТОМ НЕУДЕРЖИВАЮЩИХ СВЯЗЕЙ

А. В. Елисеев, А. И. Артюнин, С. В. Елисеев, И. С. Ситов

Иркутский государственный университет путей сообщения Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского,15 E-mail: eliseeev_s@inbox.ru

Рассматриваются вопросы построения математической модели процесса вибрационного упрочнения при взаимодействии с сыпучей средой из стальных шариков. Развита методологическая основа построения процесса вибрационного взаимодействия с учетом неудерживающего характера связей. Предложены и изучены возможности упрощения модели вибрационного стенда. Разработаны теоретические основы формирования аналитических соотношений, определяющих возможности реализации процессов взаимодействия с непрерывным подбрасыванием.

Ключевые слова: неудерживающие связи, вибрационное упрочнение, вибрация сыпучей среды, вибрации твердого тела, непрерывное подбрасывание.

SCIENTIFIC AND METHODOLOGICAL BASIS OF THE PROCESSES OF VIBRATIONAL HARDENING TECHNOLOGY IN DYNAMIC INTERACTIONS OF GRANULAR MEDIA AND THE VIBRATING SURFACE WITH THE UNILATERAL CONSTRAINTS

A. V. Eliseev, A. I. Artyunin, S. V. Eliseev, I. S. Sitov

Irkutsk State University of Railway Engineering 15, Chernyshevskogo str., Irkutsk, 664074, Russian Federation. E-mail: eliseeev_s@inbox.ru

The problems of constructing a mathematical model of the vibrating surface hardening details in the interaction with the granular medium are considered. The methodological basis of sustainable construction of vibration interaction with the unilateral nature of the links is developed. The possibility of simplification of model vibration is proposed and studied. The theoretical basis for the formation of analytic relations that define the feasibility of interaction processes with continuous tossing is developed.

Keywords: unilateral constraints, vibration hardening, granular medium vibration, the vibration of a solid, the continuous tossing.

Вибрационные технологические процессы используются при реализации широкого круга производственных задач в различных отраслях техники [1-2].

Задача исследования заключается в разработке метода построения математических моделей динамических процессов взаимодействия обрабатываемых деталей и сыпучей среды, адекватно отражающих особенность технологического процесса как со стороны формирования необходимой структуры вибрационного поля, так и учета возникающих особенностей в технологическом процессе виброупрочнения поверхности детали путем периодического виброударного контактирования с сыпучей рабочей средой.

В силу конструктивно-технических ограничений и особенностей системы инерционного вибрационного возмущения колебаний доминирующей формой является вертикальная (рис. 1).

Принципиальная схема упруго-инерционной системы приведена на рис. 1, а, дающем представление о пространственной структуре динамических взаимо-

действий рабочей среды с вибрирующей поверхностью детали. На рис. 1, б показана упрощенная расчетная схема, отражающая движение системы с двумя степенями свободы. Такая схема может рассматриваться в качестве основной, но и она может быть упрощена, как показала обработка экспериментальных данных, что было сделано на основе построения матрицы коэффициентов взаимной корреляции сигналов 6 датчиков, расположенных симметрично по периметру вибростола. Расчетная схема на рис. 1, в может рассматриваться как упрощенная расчетная схема вибростенда с доминантой вертикальных колебаний.

Данные для обобщений были получены на основании экспериментальных измерений, которые проводились на вибрационной технологической машине. В составе измерительного комплекса использовалась сейсмическая станция БУ-8 (Байкал-8). Для получения данных в соответствии с программой эксперимента 6 датчиков размещались на секции вибростенда (рис. 2).

Технология и мехатроника в машиностроении

б

777777777777777777в

Рис. 1. Этапы формирования упрощенных моделей вибростенда: а - принципиальная схема упруго-инерциальной системы; б - упрощенная принципиальная расчетная схема

вибростенда с двумя координатами z и ф; в - схема вибростенда в реализации вертикальных колебаний

По результатам серии производственных циклов упрочнения были произведены записи сигналов по синхронным 6 каналам.

В соответствии с рис. 3 представлена расчетная схема механической системы с учетом неудерживаю-щего характера связей между телами с массами т1 и т2. В используемой на предварительном этапе абстрактной модели предполагается, что отрыв элементов составного тела происходит в момент времени 10, для которого выполнены условия отрыва (они рассмотрены в работе авторов [3]). После отрыва тело с массой т2 движется под действием силы гравитации Р2 до момента соударения.

Проведенные эксперименты показывают возможность возникновения форм самосинхронизации движения, в которых поведение сыпучей среды от жид-костноподобного состояния трансформируется в стороны повышения «условной вязкости». Для регистрации различных состояний вибрационных взаимодействий разработан опытный датчик, принципиальная схема которого приведена на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная схема опытного датчика: 1 - цилиндричекий корпус; 2 - инерционное тело; 3 - пьезочувствительный элемент; 4 - крепежный элемент; 5 - вибрирующее основание; 6 - токовыводы

Рис. 2. Установка датчиков на секции вибростенда: 1, 2 - датчики из комплекта БУ-8

Рис. 3. Расчетная схема механической системы с учетом неудерживающего характера связей

На рис. 5 представлена характерная траектория колебаний, сформированная в процессе силового взаимодействия вибростола со слоем шариков массой т2, по результатам численного эксперимента .

Рис. 5. Характерная форма колебаний вибростола

Предлагаемый метод построения системы математических моделей, позволяющий строить определенные фрагменты, объединенные в обобщенный подход,

основан на последовательном развитии принципа формирования определенных видов движений, создающих необходимые структуру и параметры вибрационного поля.

Библиографические ссылки

1. Блехман И. И. Вибрационная механика. М. : Наука, 1994. 400 с.

2. Елисеев С. В., Резник Ю. Н., Хоменко А. П. Мехатронные подходы в динамике механических систем. Новосибирск : Наука. Сиб. отд-ние, 2011. 394 с.

3. Елисеев С. В., Елисеев А. В. Режимы подбрасывания материальной частицы на вибрирующей поверхности в модельной задаче с неудерживающими связями // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2012. № 3. С. 86-96.

References

1. Blekhman I. I. Vibrational mechanics. M. : Nauka, 1994. 400 p.

2. Eliseev S. V. Mechatronic approaches in the dynamics of mechanical systems / S. V. Eliseev, Y. N. Resnik, A. P. Homenko. Novosibirsk : Nauka, 2011. 394 p.

3. Eliseev S. V., Eliseev A. V. Modes flip of a particle on a vibrating surface in the model problem with unilateral constraints // Modern technology. System analysis. Simulation. 2012. № 3. P. 86-96.

© Елисеев А. В., Артюнин А. И., Елисеев С. В., Ситов И. С., 2014

УДК 62.752

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В СИСТЕМАХ С ТВЕРДЫМ ТЕЛОМ НА УПРУГИХ ОПОРАХ С ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ МАССОЙ

Ю. В. Ермошенко, Р. С. Большаков, Е. А. Паршута

Иркутский государственный университет путей сообщения Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15 E-mail: ermosh_emf@irgups.ru, bolshakov_rs@mail.ru, parshuta@mail.ru

Предлагается метод определения статических реакций для механических колебательных систем, обладающих развитой структурой. Основой для соответствующих построений является математическая модель в виде структурной схемы, эквивалентной в динамическом отношении системе автоматического управления.

Ключевые слова: метод определения статических реакций, механические колебательные системы, реакции твердого тела на упругих опорах, структурные интерпретации механических колебательных систем.

IDENTIFICATION OF STATICAL RESPONSES IN SYSTEMS WITH RIGID BODY ON ELASTIC SUPPORTS WITH ADDITIONAL MASS

Yu. V. Ermoshenko, R. S. Bolshakov, E. A. Parshuta

Irkutksk State Transport University 15, Chernishevckogo str., Irkutsk, 664074, Russian Federation E-mail: ermosh_emf@irgups.ru, bolshakov_rs@mail.ru, parshuta@mail.ru

Method of definition of static responses is offered for mechanical oscillation systems with developed structure. Basis for appropriate formations is a mathematical model in a form of structural scheme equivalent in dynamical attitude of automation control system.

Keywords: method of definition of static responses, the reactions of rigid body on elastic support, structural transformations of mechanical oscillation systems.

Введение. Расчетные схемы в виде механических колебательных систем, в которых кроме упругих и диссипативных элементов используются твердые тела, часто встречаются в задачах динамики машин. При всем многообразии работ, посвященных динамическим эффектам, что особенно характерно для систем с вращающимися деталями в виде роторов и валов, существуют разнообразные задачи динамики, в которых большое значение имеет оценка статиче-

ских взаимодействий или статических реакций. Такие задачи встречаются в транспортной динамике, при создании и эксплуатации вибрационных технологических машин, гидравлических механизмов, компрессоров и насосов, при разработке способов и средств сохранения контактов при неудерживающих связях и контроля за состоянием таких систем. Многие задачи подобного типа возникают в робототехнике, особенно при исследованиях и разработке, шагающих и пры-