CC BY
48
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 5 (53)
НЕТРАДИЦ1ЙН1 ВИДИ ТРАНСПОРТУ
УДК 629.065:620.178.5
Р. Д. ГСКОВИЧ-ЛОТОЦЬКИЙ1, Я. В. 1ВАНЧУК2*, Я. П. ВЕСЕЛОВСЬКИЙ3
1Каф. «Металор1зальт верстати та обладнання автоматизованих виробництв», Ынницький нацюнальний техшчний утверситет, вул. Хмельницьке шосе, 95, Ынниця, Украша, 21021, тел. +38 (0432) 59 85 23, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0003-3920-3019
2*Каф. «Металор1зальт верстати та обладнання автоматизованих виробництв», Ынницький нацюнальний техтчний утверситет, вул. Хмельницьке шосе, 95, Ынниця, Украша, 21021, тел. +38 (067) 301 83 73, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-4775-6505
3Каф. «Металор1зальт верстати та обладнання автоматизованих виробництв», Ынницький нацюнальний техшчний утверситет, вул. Хмельницьке шосе, 95, Ынниця, Украша, 21021, тел. +38 (0432) 59 85 23, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-6665-6278
ОСНОВИ РЕЗОНАНСНО-СТРУКТУРНО? ТЕОРН В1БРОУДАРНОГО РОЗВАНТАЖЕННЯ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБ1В
Мета. Робота спрямована на застосування основных положень резонансно-структурно! теори для теоретичного дослвдження основних ф!зико-мехатчних процеав, що вщбуваються в розвантажувальному матер1ал1 тд час в1броударного розвантаження, з метою обгрунтування ефективносп !х застосування. Методика. Розвантажувальний матер1ал тд час в1броударного розвантаження в якосп дослвджуваного об'екта представлявся у вигляд! феноменолопчно! модел! просторового дисперсного середовища. Розгляну-то р1вняння динам1ки невстановленого вимушеного коливання частинок «зв'язано!» структури пвд д1ею в1брацшних та ударних навантажень, !з урахуванням в!брореолопчного ефекту, !з встановленням зон резонансу. Результата. При розгляд! резонансних зон невстановленого вимушеного коливання частинок «зв'язано!» структури встановлено, що при ди в!брацшних навантажень можливо ефективно впливати на систему моногармоншним !мпульсом зовтштх сил. Даний !мпульс мае вигляд синусо!дально! хвил1 з куто-вою частотою, яка р1вна основнш частот! власних коливань розвантажувального матер!алу. При ударному навантаженн! необхвдно впливати на не! сукупн!стю !мпульав зовн!шн!х сил у вигляд! одиничного миттевого !мпульсу. За даних умов навантаження в даних системах мае мюце явище резонансу, що забезпечуе в розвантажувальн!й систем! «зв'язано!» структури матер!алу абсолютну деформац!ю за рахунок дискретного зростання в !нтервал! пластичних деформац!й. Абсолютн! деформаци, що виникають при цьому в розвантажувальному матер!ал!, перевищують допустим! пружн! деформаци для частинок дано! системи; до того ж вщбуваеться руйнування зон контакпв даних частинок. Наукова новизна. Авторами дослвджеш невстановлен! вимушен! коливання частинок «зв'язано!» структури на основ! феноменолопчно! модел! просторового дисперсного середовища розвантажувального матер!алу. При цьому, для кожного типу в!броударного навантаження, що представлялося в!дпов!дним видом збуджуючо! сили, розраховано умови для проходження резонансних процеав. Практична значимiсть. Основн! положення резонансно-структурно! теор!!' при теоретичному дослвдженш процес!в в!броударного розвантаження дозволяють обгру-нтувати ефективн!сть використання в!броударного обладнання для п!двищення !нтенсивност! розвантаження транспортних засоб!в. Використання резонансно-структурно! теор!! дозволяе спрогнозувати необх!дн! параметри в!броударного навантаження на розвантажувальний матер!ал, у залежност! в!д його ф!зико-механ!чних властивостей. Це забезпечуе йому найефективн!ше розвантаження за рахунок руйнування сило-вих зв'язшв частинок розвантажувального матер!алу.
Ключовi слова: реолог!я; коливання; резонанс; розвантаження; деформац!я; напруження
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 5 (53)
Вступ
У сучасних умовах науково-техшчного роз-витку широко використовуються вiбрацiйнi та вiброударнi технологи для штенсифшаци виро-бничих процешв у рiзних галузях промисловос-т [1-3, 8, 10].
У ходi дослiдження [5, 6] було виявлено, що для пiдвищення ефективностi процешв розван-таження доцiльно застосовувати примусовi вiб-раци та удари, як впливають на фiзико-механiчнi параметри оброблюваного матерiалу.
Цi технологи реатзуються за допомогою машин та пристро!в з рiзними типами приводiв - мехашчним, електричним, гiдравлiчним, пне-вматичним, комбшованим.
Пiд час ди вiброударного навантаження на дисперсiйний матерiал, в останньому вщбу-деться низка перетворень [2, 11], характер яких залежить вiд iнтенсивностi i виду вiброударно-го навантаження.
Мета
Для обгрунтування усiх особливостей проть кання процесу вiброударного розвантаження необхщно, застосовуючи основнi положення резонансно-структурно! теорп, теоретично до-слiдити основш фiзико-механiчнi процеси, що вiдбуваються в розвантажувальному матерiалi пiд час вiброударного розвантаження, з метою обгрунтування ефективносп !х застосування на транспортних засобах.
Методика
Розглядаючи резонансно-структурну теорiю, процес вiброударного Импульсного) руйнуван-ня кускових i змерзлих вантагав можна подати як попадання в резонанс головних коливань системи, коли ус частинки зв'язано! структури коливаються з однieю i тieю ж власною частотою, яка вщповщае частотi зовшшньо! колива-льно! ди [4] вiд збуджуючо! сили Пiд час попадання системи в резонанс мiж частинками зв'язано! структури порушуються початково-встановленi силовi зв'язки Я,, контакти i зчеп-лення - вщбуваетъся руйнування матерiалу. Процес руйнування супроводжусться як вщно-сним проковзуванням частинок, що викликае мiж частинками зв'язано! структури критичнi напруження зсуву i розтягу, так i вiдносним провертанням частинок матерiалу вантажу, що Бо1 10.15802^2014/30458
також викликае м1ж частинками зв'язано! структури критичш напруження згину i розтягу, яке може виникнути у разi руйнацi! пружних зон контакту в точках 1-4 (рис. 1).
Рис. 1. Принципова система зв'язано! структури матерiалу вантажу
Fig. 1. Principle system of linked structure of the freight material
Розвантажувальний матер1ал у загальному вигщщ може бути поданий феноменолопчною моделлю просторового багатомасового дисперсного середовища у вигляд1 пружнов'язкоплас-тично-шерцшних систем (рис. 2). Кожна реоло-пчна ком1рка тако! системи мае сво! шерщйш властивосп, якi характеризуються !! масами mi-1, m, mi+1, пружними властивостями, яю закладеш в пружних елементах c'xyz, а також пстерезис-ними властивостями, яю моделюються в'язки-ми z. Реолопчш ком1рки взаемоддать через пружш елементи та пари в'язкого i сухого тертя.
Рис. 2. Феноменологiчна модель просторового дисперсного середовища
Fig. 2. Phenomenological model of spatial dispersion medium
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 5 (53)
Розвантажувальний матер1ал в замкненому об'ем1 кузова транспортного засобу е складною системою структурних утворень, що складаеть-ся з простих окремих твердих частинок з w ступенями вшьност!. Коливальш рухи в складнш систем1 описуються r координатами, виб1р яких довшьний, а число ступешв вшьност! визнача-еться мшмальним числом змшних, що опису-ють рух простих систем. Фактичний рух частинок основи розвантажувального матер1алу е зв'язаним, тобто коливання в будь-якш з простих систем впливають на коливання в шшш i навпаки.
Для фiзичного аналiзу коливальних явищ в складнш систем! розвантажувального матерь алу необхщно знати характер коливань в окремих простих, як !х прийнято називати, парща-льних системах, з яких вона складаеться [12]. З щею метою слщ визначити: парщальш систе-ми, що утворюють складну систему; встанови-ти зв'язок - взаемодда мiж коливаннями в пар-цiальних системах; оцiнити величину цього зв'язку за ступенем його впливу на характер коливань. Для видшення парщально! системи в складнш системi розвантажувального матерiа-лу скористаемось вщомим правилом, [12] згiдно з яким парщальна система, поведiнка яко! опи-суеться даною узагальненою координатою, ви-ходить з системи, якщо решту координат беремо рiвними нулю. Тодi частоти коливань видшених парцiальних систем називаються парщальними частотами складно! системи i завжди лежать мiж !! власними частотами. Зменшення iнтенсивностi зв'язку мiж парщальними системами збшьшуе ступiнь збiжностi власно! частоти системи з най-ближчою парцiальною частотою. Тому у низщ випадкiв для оцiнювання власних частот складно! системи, що мае слабю зв'язки, достатньо визначити !! парцiальнi частоти [8].
В складнш системi розвантажувального ма-терiалу, умовно названо! зв'язаною структурою, типова парщальна система може бути подана у вигщщ елементарного просторового ашзотропного осцилятора (рис. 3) - твердо! ча-стинки розвантажувального матерiалу масою mi, що взаемодiе з нерухомими частинками ос-нови, що оточують !! [3].
Загалом вiброударний процес можна роз-глядати як послщовний вплив на розвантажувальний матерiал полiгармонiйних iмпульсiв зовнiшнiх сил, у вигщщ косинусо!дальних (си-Doi 10.15802/stp2014/30458
нусо!дальних) хвиль з кутовими частотами ю^ результатом якого е суперпозищя гармонiйних коливань, що вщповщае складному iмпульсу зовнiшнiх сил кшцево! тривалостi [8]. В!6роу-дарний процес, який подаеться у вигщщ пол> гармонiйного зовнiшнього впливу, складаеться з низки частотних компонент з постшною р!з-ницею частот 5ю i утворюе хвильовий пакет, що лежить у вузькому частотному iнтервалi Дю = юв - юн (рис. 3, а). Анатз поведiнки такого хвильового пакету Дю з однаковою, на-приклад амплiтудою r у часi, дае можливiсть синтезувати зовнiшне навантаження у виглядi iмпульсу сили.
Рис. 3. Схема полгармоншного зовн!шнього навантаження:
а - пакет хвиль; б - сумарна амплпуда
Fig. 3. The scheme of polyharmonic external loading:
a - wave packet; b - the total amplitude
Цей висновок тдтверджуе особливу ефек-тивн!сть вiбрацiйного або ударного зовшшньо-го навантаження тд час вiброударного розван-таження матерiалiв. Як приклад синтезування !мпульсного зовшшнього навантаження досить розглянути вплив на систему хвильового пакету Дю, кожна компонента якого вщповщае гармоншному коливанню:
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 5 (53)
Fi = r sin(V)
де ю = ссн + (i -1) 5ю ; к = Аю /(5ю) +1 ; i = 1, 2, 3, ... . _
Сума низки таких гармоншних компонент забезпечуе вплив:
к-1
F(t) = r^sin(cHt + kôrat) .
i=1
Середне значення частоти хвильового пакету Аю :
ю = юн +-
к -1
2
ôco.
а залежнють сумарно1 амплiтуди вiд часу при великих к можна навесити у виглядк
sin
F (t ) = kr-
Act
Act
sin &t.
(1)
ефекту пiд час зовнiшньоï ударно! дп на ван-таж, розглядаеться, як невстановлеш коливання в системi i описуються рiвнянням:
1
a
■2егд +ю1д = - F (t ),
(2)
Графш тимчасово! змiни (рис. 3, б) побу-дований на основi виразу (1) i вiдповiдае окре-мому згасальному iмпульсу, е результатом дода-вання гармошчних компонент, частоти яких обмеженi хвильовим пакетом Аю = юв - юн . Значнi амплiтуди спостерiгаються тiльки
в iнтервалi 0 < У < 2п/(Аю), а тривалiсть цiе! основно! частини синтезованого iмпульсу (АУ) визначаеться величиною Аю . При змен-шеннi хвильового пакета (Аю ^ 0) вщбуваеться перехвд до одночастотного гармонiйного впливу ю=юв =юн, тривалiсть якого не обмежена (теоретично); збшьшення Аю характерно для ударно! дп, коли АУ = 2п /(Аю) ^ 0.
Розглянемо вимушене коливання окремо! /-о! частинки дисперсного середовища (рис. 4), в узагальнених координатах д, на яку дiе збу-джуюча сила Кожна 7-та частинка системи вантажу мае сво! iнерцiйнi властивостi, якi ха-рактеризуються !! масами ши пружними влас-тивостями, що закладенi в пружних елементах сд, а також пстерезисними властивостями, що моделюються узагальненими в'язкими ед еле-ментами.
Рiвняння динамiки частинок зв'язано! стру-ктури розвантажуючого ударними iмпульсами матерiалу з урахуванням вiброреологiчного
Рис. 4. Розрахункова модель коливання зв'язано! структури матерiалу вантажу
Fig. 4. The estimated model of «linked» structure oscillation of the freight material
з початковими умовами q(0) = q0, q(0) = q0, де
œ0 - власна частота коливання частинки зв'язано! структури матер1алу вантажу.
Розглянемо допом1жну задачу про д1ю на систему одиничного миттевого !мпульсу S(t - т), прикладеного в момент часу t = т, при нульових початкових умовах. Розв'язком диференщаль-ного р1вняння (2) е ¡мпульсна перехщна функ-щя h(t, т) (шод1 цю функщю називають ваговою функщею або функщею Грша) [11]. Розв'язок мае вигляд:
h (t, т) =
0, t <т
1
—e~s' -т)sinaE(t-т), t >т . (3)
Нехай початковi умови - нульовь Подамо зовнiшню збуджуючу силу F(t) у виглядi суку-пносп нескiнченно малих iмпульсiв F(x)dx. Складаючи реакцiю системи вiд кожного такого iмпульсу на вiдрiзку часу [0, t], отримаемо розв'язок, який ще називаеться штегралом Дюамеля:
q*(t) = - Jh(t, т)F(T)dт,
(4)
де a - коефщент пiдсилення.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету з&шзничного транспорту, 2014, № 5 (53)
Якщо збуджуючу силу F(t) можна подати у вигляд1 послщовност нескшченно малих при-роспв dF(x)dx, тод1 частинний розв'язок р1в-няння (4):
11 _ в
q*(t) =-F(t)-F(0)e в(cosmBt + —^sinmB t) _ с c m '
11- ;
J F (т)е_в (t _T)[cos mB, (t -т) +
H—— sinmB (t -T)]dт, (5)
де шег- - вимушена частота коливання частинки зв'язано! структури матер1алу вантажу.
Загальний розв'язок р1вняння (2). Иого по-дають у вигщщ суми загального розв'язку вщ-повщного однорщного р1вняння, що задоволь-няе початковим умовам, i частинного розв'язку, записаного у формi (4) або (5). Наприклад, ви-користовуючи вираз (5), отримаемо:
q(t) = q0e в (cosmB H—— sinmB t) +
H--e 1 sinm t +
mB Bi
+fF(т)е~в(t-т) sinmB (t -T)dт. (6) am J '
В o
Анатзуючи процес вiброударного руйну-вання, необхщно розглядати окремо вiбрацiй-ний i ударний режими навантаження.
Для вiбрацiйного навантаження збуджуюча сила виражаеться у вигщщ полiгармонiйноï сили 1 2
F (t) = F0 sin(— bt + ф), де b - кутове прискорен-
ня; ф - початковий фазовий кут збуджуючо! сили; ш = bt - миттева частота сили (в момент резонансу t* миттева частота дорiвнюе частот! власних коливань системи ш, тобто t* = ш0г- / b). Реакщю системи визначимо, використовуючи розв'язок (3):
q(t) = Л J е
-в, (t-т)
am п
sin(raQ- (t -т)) -
12
-sin(— bt + ф^т . (7)
Вщповщно до положень фiзико-хiмiчноï ме-ханiки дисперсних систем розвиток деформацiï в структурованому твердоподiбному тш харак-теризуеться тим, що шд час збiльшення напру-ження зсуву вище меж текучосп вiдбуваеться руйнацiя структури, внаслiдок чого ефективна узагальнена в'язюсть ег- системи р!зко знижу-еться, i при гранично повнш руйнацiï структури досягае найменшого значення. Для вищевказа-ного випадку, коли ег- = 0, розв'язок штеграла (7) наведено на графшу залежностi коефiцiента
q . . .
дишм!чного пiдсилення - Х =- i сшввщно-
qcm
шення (рис. 5), де q^ - статичне змщення,
а q - дишм!чж змiщення коливальноï частинки «зв'язаноЬ> структури розвантажуючого мате-рiалу. На дiаграмi (рис. 5) видно, як коливальна система переходить у резонансний стан, що призводить до виникнення критичних напру-жень руйнування м!ж частинками зв'язано!' структури розвантажуючого матерiалу. Для кожного параметра ш02/2пЬ, змшюючи фазовий кут ф, можна отримати шмейство под!6них кривих, за якими можна визначити найбшьшу амплiтуду, що спричиняе. Чим бiльше кутове прискорення b, тим менше максимальна ампл> туда коливань i тим бшьше ïï змiщення вщ резонансу ш0 = bt*.
phc. 5. fliarpaMa aMnmTygHO-HacTOTHOÏ xapaKTepn-cthkh CHCTeMH KO^HB&ibHOÏ nacTHHKH 3B'a3aHOÏ CTpyKTypn MaTepia^y nig nac BiôpoygapHoro po3BaHTa®eHHa
Fig. 5. Diagram of amplitude frequency response of oscillation particle of linked structure of the material at vibroimpulsive unloading
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 5 (53)
Якщо ми подаемо систему зв'язано! струк-тури матерiалу однорiдною, тим самим шдкре-слюючи континуальний характер зв'язано! стру-ктури розвантажувального матерiалу, i на таку систему будемо впливати моногармоншним iмпульсом зовнiшнiх сил, що тривае нескшчен-но, у виглядi синусо!дально! хвит з кутовою частотою Ьу, що рiвна основнiй частотi ю0 i вла-сних коливань розвантажувального матерiалу, то в останнiй повиннi бути коливання (хвилi деформацiй), що проходять в умовах резонансу. Абсолютнi деформацп, що виникають при цьо-му в розвантажувальному матерiалi, переви-щують допустимi пружнi деформацi! для час-тинок цiе! системи. Вiдбуваеться руйнування зон контактiв цих частинок [6].
Для ударного навантаження постшна збуд-жуюча сила Д0, раптово прикладена до системи в момент часу У = 0, дiе протягом певного промiжку часу т. Коливання системи при нуль-ових початкових умовах (У < т) описуються за формулою:
дшш т з шрюдом коливань Ts = 2п / œsi мае мicцe ударний peзoнaнc.
q(t ) = F
aa
1 - e s [(cos (sit +—— sin (sit)]
(si
(8)
q(t) = F(aasi) 1 e 4 sinas t.
(10)
де юег- - вимушена частота коливання частинки зв'язано! структури розвантажувального ма-терiалу.
Пiсля припинення ди сили рух системи стае вшьним i здiйснюеться за рахунок початкових умов qT i qT, що надаються системi в момент часу t = т:
q(t) = qeZl (t-T)[(cos юег (t - т) +
sin шег (t - т)] + (t-T) sin шег (t -т). (9)
®ег ®ег
Виходячи з рiвняння (8) i (9), графш коливань зображено на рис. 6, крива 1.
Оскшьки iмпульсом сили S називають величину F0t, i якщо т зменшуеться, а величина F0t залишаеться постiйною, то межу F = lim(F0T) називають ударним iмпульсом. Пюля переходу у виразi (10) до меж отримаемо:
Нexaй на систему дiють чepeз piвнi пpoмiж-ки часу т oднaкoвi yдapнi iмпyльcи. При ствпа-
Рис. 6. Граф1к реакцiï системи коливально! частинки зв'язано! структури розвантажувального матерiалу пiд час вiброударного розвантаження:
1 - графж коливання системи при дiï одиночно! постшно! сили; 2 - графж коливання системи при ди ударних 1мпу-льс1в; 3 - графж коливання системи при ди ударних !мпульс!в, для системи без дисипативних сил (е,- = 0)
Fig. 6. Reaction diagram of the system of oscillation particles of the linked structure of unloading material at vibroimpulsive unloading
Максимальне значення пор1вняно з д1ею оди-
[1 - exP(-n;T;)]
ночного шпульсу зб1льшуеться в ^-^
[1 - exp(-s?;)]
раз, крива 2 на рис. 6. При ег- = 0 це зб1льшення буде в1дбуватися в n раз, крива 3 на рис. 6.
Отже, щоб забезпечити в розвантажувальнш систем1 зв'язано! структури матер!алу абсо-лютну деформац1ю за рахунок дискретного зро-стання в 1нтервал1 пластичних деформац1й, не-обх1дно впливати на не! сукупн1стю n 1мпульс1в зовн1шн1х сил [6], у вигляд1 одиничного митте-вого 1мпульсу.
Результати
У ход1 розгляду резонансних зон невстанов-леного вимушеного коливання частинок зв'язано! структури встановлено, щоб забезпечити в розвантажувальнш систем1 зв'язано! структури матер1алу абсолютну деформащю, за раху-
Наука та прогрес транспорту. Вкник Днiпропетровського нацiонального унiверситету залiзничного транспорту, 2014, № 5 (53)
нок дискретного зростання в штерват пластич-них деформацш, залежно вщ типу матер1алу, необхщно прикладати як в!брацшне, так { в1б-роударне навантаження. До того ж встанов-лено, що тд час ди в!брацшного навантаження найкраще на систему впливати моногармонш-ним ¿мпульсом зовшшшх сил, у вигляд! синусоидально! хвит з кутовою частотою, яка р1вна основнш частой власних коливань частинок розвантажувального матер1алу, що призводить до резонансного явища (виникають хвит деформацш). Щд час ударного навантаження необхщно впливати на систему сукупнютю ¿мпуль-с1в зовшшшх сил у вигляд! одиничного митте-вого ¿мпульсу, час проходження яких р1вний перюду власних коливань частинок розвантажувального матер1алу, що також призводить до резонансного явища (виникають хвил1 деформацш). Абсолютш деформаци, що виникають за даних режим1в навантаження в розвантажу-вальному матер!ат, перевищують допустим! пружш деформаци для частинок ц1е! системи 1 вщбуваеться руйнування зон контакпв цих частинок.
Наукова новизна та практична значимкть
Авторами дослщжено невстановлеш виму-шеш коливання частинок зв'язано! структури на основ! феноменолопчно! модел! просторово-го дисперсного середовища розвантажувально-го матер!алу. При цьому, для кожного типу в!б-роударного навантаження, що подавалося вщ-пов!дним видом збуджуючо! сили, розрахован! умови для проходження резонансних процешв. Основн! положення резонансно-структурно! теори п!д час теоретичного дослщженш проце-с!в в!броударного розвантаження дозволяють обгрунтувати ефективн!сть використання в!б-роударного обладнання для п!двищення штен-сивност! розвантаження. Використання резонансно-структурно! теор!! дозволяе спрогнозува-ти необхщш параметри в!броударного навантаження на розвантажувальний матер!ал, залежно в!д його ф!зико-мехашчних властивос-тей, що забезпечуе йому найефектившше розвантаження за рахунок руйнування силових зв'язк!в частинок розвантажуючого матер!алу. Результати досл!джень знайшли свое наукове використання в низщ публ!кац!й автор!в у спе-
ц!альних та науково-популярних виданнях, ви-ступах на наукових конференщях.
Висновки
Основн! положення резонансно-структурно! теор!! тд час теоретичного досл!дження проце-с!в в!броударного розвантаження дозволяють обгрунтувати ефектившсть використання в!бро-ударного обладнання для шдвищення штенсив-ност! розвантаження транспортних засоб!в [9].
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Бабичев, А. П. Вибрационные станки для обработки деталей / А. П. Бабичев, В. Б. Трунин, Ю. В. Самодумский. - М. : Машиностроение, 1984. - 168 с.
2. Бауман, В. А. Вибрационные машины и процессы в строительстве / В. А. Бауман, Н. Н. Бы-ховский. - М. : Высш. шк., 1977. - 255 с.
3. Вибрации в технике : справочник в 6-ти т. / Ред. совет : В. Н. Челомей (пред.). - Т. 1 : Колебание линейных систем / под ред. В. В. Болотина. - М. : Машиностроение, 1979. - 352 с.
4. Вибрации в технике : справочник в 6-ти т. / Ред. совет : В. Н. Челомей (пред.). - Т. 2 : Колебание нелинейных механических систем / под ред. И. И. Блехмана. - М. : Машиностроение, 1979. - 351 с.
5. Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов : справочник / под ред. В. А. Баумана, Н. И. Быховского, Б. Г. Гольдштейна. - М. : Машиностроение, 1970. - 548 с.
6. Волкова, В. Е. Динамическое поведение систем с несимметричными кусочно-линейными упругими характеристиками / В. Е. Волкова // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал!зн. трансп. !м. акад. В. Лазаряна. - Д., 2003. - Вип. 1. - С. 137-141.
7. Волкова, В. Е. Численное моделирование полигармонических колебаний нелинейных динамических систем / В. Е. Волкова // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал!зн. трансп. !м. акад. В. Лазаряна. - Д., 2004. - Вип. 3. - С. 115-120.
8. Гончаревич, И. Ф. Теория вибрационной техники и технологи / И. Ф. Гончаревич, К. В. Фролов. - М. : Наука, 1981. - 365 с.
9. Искович-Лотоцкий, Р. Д. Вибрационные процессы: обзор / Р. Д. Искович-Лотоцкий, И. Б. Матвеев. - М. : НИИМаш, 1979. - 50 с.
10. 1скович-Лотоцький, Р. Д. В!брацшш та в!броу-дарш пристро! для розвантаження транспортних засоб!в : монограф!я / Р. Д. 1скович-Ло-тоцький, Я. В. 1ванчук. - Вшниця : ВНТУ, 2012. - 156 с.
Наука та прогрес транспорту. В1сник Дншропетровського нацюнального ушверситету зал1зничного транспорту, 2014, № 5 (53)
11. 1скович-Лотоцький, Р. Д. Основи теори розра- 13. Cheli, F. On rail vehicle vibrations induced by track хунку та розробка процеав i обладнання для unevenness: Analysis of the excitation mechanism / в1броударного пресування : монограф1я / F. Cheli, R. Corradi // J. of Sound and Vibration. -Р. Д. 1скович-Лотоцький. - Вшниця : Ушвер- 2011. - Vol. 330. - Iss. 15. - P. 3744-3765. сум, 2006. - 338 с. doi: 10.1016/jjsv.2011.02.025.
12. Разрушение деформируемых сред при импуль- 14. Nejez, J. Cableway oscillation problems / J. Nejez // сных нагрузках / Б. Л. Глушак, С. А. Новиков, Intern. Ropeway Review. - 2011. - № 6. - Р. 47. А. И. Рузанов, А. И. Садырин. - Ниж. Новго- 15. Thelisson, G. Overhead line from start to finish / род : Нижегор. ун-т, 1992. - 192 с. G. Thelisson // Railway Gazette Intern. - 2012. -
July. - P. 48-49.
Р. Д. ИСКОВИЧ-ЛОТОЦКИЙ1, Я. В. ИВАНЧУК2*, Я. П. ВЕСЕЛОВСКИЙ3
'Каф. «Металлорежущие станки и оборудование автоматизированных производств», Винницкий национальный технический университет, ул. Хмельницкое шоссе, 95, Винница, Украина, 21021, тел. +38 (0432) 59 85 23, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0003-3920-3019
2*Каф. «Металлорежущие станки и оборудование автоматизированных производств», Винницкий национальный технический университет, ул. Хмельницкое шоссе, 95, Винница, Украина, 21021, тел. +38 (067) 301 83 73, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-4775-6505
3Каф. «Металлорежущие станки и оборудование автоматизированных производств», Винницкий национальный технический университет, ул. Хмельницкое шоссе, 95, Винница, Украина, 21021, тел. +38 (0432) 59 85 23, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-6665-6278
ОСНОВЫ РЕЗОНАНСНО-СТРУКТУРНОЙ ТЕОРИИ ВИБРОУДАРНОЙ РАЗГРУЗКИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Цель. Работа направлена на применение основных положений резонансно-структурной теории для теоретического исследования основных физико-механических процессов, происходящих в разгрузочном материале во время виброударной разгрузки, с целью обоснования эффективности их применения. Методика. Разгрузочный материал во время виброударной разгрузки в качестве исследуемого объекта представлялся в виде феноменологической модели пространственной дисперсной среды. Рассмотрены уравнения динамики неустановившихся вынужденных колебаний частиц «связанной» структуры под действием вибрационных и ударных нагрузок, с учетом виброреологического эффекта, с установлением зон резонанса. Результаты. При рассмотрении резонансных зон неустановившихся вынужденных колебаний частиц «связанной» структуры установлено, что при воздействии вибрационных нагрузок возможно эффективно влиять на систему моногармоническим импульсом внешних сил. Данный импульс имеет вид синусоидальной волны с угловой частотой, которая равна основной частоте собственных колебаний разгрузочного материала. При ударной нагрузке необходимо воздействовать на нее совокупностью импульсов внешних сил в виде единичного мгновенного импульса. При данных условиях нагрузки в данных системах имеет место явление резонанса, которое обеспечивает в разгрузочной системе «связанной» структуры материала абсолютную деформацию за счет дискретного роста в интервале пластических деформаций. Абсолютные деформации, возникающие при этом в разгрузочном материале, превышают допустимые упругие деформации для частиц данной системы; к тому же происходит разрушение зон контактов данных частиц. Научная новизна. Авторами исследованы неустановившиеся вынужденные колебания частиц «связанной» структуры на основе феноменологической модели пространственной дисперсной среды разгрузочного материала. При этом, для каждого типа виброударной нагрузки, что представлялось соответствующим видом возбуждающей силы, рассчитаны условия для прохождения резонансных процессов. Практическая значимость. Основные положения резонансно-структурной теории при теоретическом исследовании процессов виброударной разгрузки позволяют обосновать эффективность использования виброударного оборудования для повышения интенсивности разгрузки транспортных средств. Использование резонансно-структурной теории позволяет спрогнозировать необходимые параметры виброударной нагрузки на разгрузочный материал в зависимости от его физико-механических свойств. Это обеспечивает ему эффективную разгрузку за счет разрушения силовых связей частиц разгружаемого материала.
Ключевые слова: реология; колебания; резонанс; разгрузка; деформация; напряжение
HayKa Ta nporpec TpaHcnopTy. BicHHK ^mnponeTpoBctKoro Ha^oH&ntHoro ymBepcureTy 3&ni3HHHHoro TpaHcnopTy, 2014, № 5 (53)
HETPAflH^HHI BH^H TPAHCnOPTy
R. D. ISKOVYCH-LOTOTSKYI1, YA. V. IVANCHUK2*, YA. P. VESELOVSKYI3
1Dep. «Machine Tools and Automated Production Equipment», Vinnytsia National Technical University, Khmelnytske shose St., 95, Vinnytsia, Ukraine, 21021, tel. +38 (0432) 59 85 23, e-mail [email protected], ORCID 0000-0003-3920-3019
2*Dep. «Machine Tools and Automated Production Equipment», Vinnytsia National Technical University, Khmelnytske shose St., 95, Vinnytsia, Ukraine, 21021, tel. +38 (067) 301 83 73, e-mail [email protected], 3ORCID 0000-0002-4775-6505
3Dep. «Machine Tools and Automated Production Equipment», Vinnytsia National Technical University, Khmelnytske shose St., 95, Vinnytsia, Ukraine, 21021, tel. +38 (0432) 59 85 23, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-6665-6278
THE BASIS OF RESONANCE-STRUCTURE THEORY FOR VIBROIMPACT UNLOADING OF THE VEHICLES
Purpose. The use of the main provisions of the resonance-structure theory for theoretical study of basic physical and mechanical processes taking place in unloading material during the vibrimpact discharge in order to substantiate the efficiency of their application. Methodology. Unloading material during vibroimpact unloading, as the study object, appeared as phenomenological model of spatial dispersion medium. The dynamics equations of unsteady forced particle oscillations of the "linked" structure under the action of vibration and impact loadings, taking into account the vibro rheological effect, with the establishment of resonance zones were considered. Findings. When considering the resonance zones of unstable forced oscillations of the "linked" structure particles it was found out that under the influence of vibration loadings the system is effectively affected by the monoharmonic pulse of external forces in the form of sinusoidal wave with an angular frequency. This frequency is equal to the main frequency of the natural oscillations of the unloading material. Under the impact loading it is necessary to affect the system by the accumulation of external force pulses in the form of single instant impulse. Under the given load conditions in these systems the phenomenon of resonance, which provides absolute deformation in handling system of the "linked" structure of the material due to discrete growth in the range of plastic deformations takes place. Absolute deformation, resulting in handling material exceed the permissible elastic deformations for the particles of this system and the destruction of the contact zones of these particles takes place. Originality. The authors studied unstable forced oscillations of the "linked" structure particles based on the phenomenological model of the spatial dispersion medium of unloading material. Thus, for each type of vibro-impact loads were calculated the conditions for resonant processes. That was presented by the relevant type of the actuating force. Practical value. The main provisions of the resonance-structural theory in theoretical study of the vibroimpact load processes prove the use efficiency of the vibroimpact equipment to increase the intensity of the vehicles unloading. The use of resonance-structural theory allows predicting the required parameters of vibro-impact loading on the unloading material, depending on its physical and mechanical properties that ensures the efficient unloading due to the destruction of the power relations of unloading material particles.
Keywords: rheology; oscillations; resonance; unloading; deformation; strain
REFERENCES
1. Babichev A.P., Trunin V.B., Samodumskiy Yu.V. Vibratsionnyye stanki dlya obrabotki detaley [Vibration machines for parts processing]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1984. 168 p.
2. Bauman V.A., Bykhovskiy N.N. Vibratsionnyye mashiny i protsessy v stroitelstve [Vibration machines and processes in construction]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1977. 255 p.
3. Chelomey V.N., Bolotin V.V. Vibratsii v tekhnike. T. 1: Kolebaniye lineynykh sistem [Vibrations in engineering, Vol. 1: Oscillations of linear systems]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1979. 352 p.
4. Chelomey V.N., Blekhman I.I. Vibratsii v tekhnike. T. 2: Kolebaniye nelineynykh mekhanicheskikh system [Vibrations in engineering, Vol. 2: Oscillations of non-linear mechanical systems]. Moscow, Mashinos-troyeniye Publ., 1979. 351 p.
5. Bauman V.A., Bykhovskiy N.I., Goldshteyn B.G. Vibratsionnyye mashiny v stroitelstve i proizvodstve stroitelnykh materialov [Vibrating machines in the construction and production of building materials]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1970. 548 p.
6. Volkova V.Ye. Dinamicheskoye povedeniye sistem s nesimmetrichnymi kusochno-lineynymi uprugimi kharakteristikami [Dynamic behavior of systems with unsymmetrical piecewise linear elastic characteristics].
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 5 (53)
Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznichnoho transportu imeni akademika V. Laza-riana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2003, issue 1, pp. 137-141.
7. Volkova V.Ye. Chislennoye modelirovaniye poligarmonicheskikh kolebaniy nelineynykh dinamicheskikh sistem [Numerical simulation of poly harmonic fluctuations of non-linear dynamical systems]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznichnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2004, issue 3, pp. 115-120.
8. Goncharevich I.F., Frolov K.V. Teoriya vibratsionnoy tekhniki i tekhnologi [The theory of vibrating equipment and technology]. Moscow, Nauka Publ., 1981. 365 p.
9. Iskovich-Lototskiy R.D., Matveyev I.B. Vibratsionnyye protsessy [Vibration processes]. Moscow, NIIMash Publ., 1979. 50 p.
10. Iskovych-Lototskyi R.D., Ivanchuk Ya.V. Vibratsiini ta vibroudarni prystroi dlia rozvantazhennia transport-nykh zasobiv [Vibration and vibvroimpact devices for unloading of the vehicles]. Vinnytsia, VNTU Publ., 2012. 156 p.
11. Iskovych-Lototskyi R.D. Osnovy teorii rozrakhunku ta rozrobka protsesiv i obladnannia dlia vibroudarnoho presuvannia [Fundamentals of the theory for calculation and development of processes and equipment for vi-bro-pressing]. Vinnytsia, Universum Publ., 2006. 3308 p.
12. Glushak B.L., Novikov S.A., Ruzanov A.I. Sadyrin A.I. Razrusheniye deformiruyemykh sredpri impulsnykh nagruzkakh [The destruction of deformable media under pulse loading]. Nizhniy Novgorod, Nizhegorodskiy universitet Publ., 1992. 192 p.
13. Cheli F. On rail vehicle vibrations induced by track unevenness: Analysis of the excitation mechanism. Journal of Sound and Vibration, 2011, vol. 330, issue 15, pp. 3744-3765. doi: 10.1016/j.jsv.2011.02.025.
14. Nejez J. Cableway oscillation problems. Intern. Ropeway Review, 2011, no. 6, pp. 47.
15. Thelisson G. Overhead line from start to finish. Railway Gazette Intern., 2012, July, pp. 48-49.
Стаття рекомендована до публтацп д.т.н., проф. I. О. Сиваком (Украгна); д.т.н.,
проф. В. Ф. Ашамовим (Украгна); д.т.н., проф. С. В. Ракшою (Украгна)
Надшшла до редколегп: 20.06.2014
Прийнята до друку: 15.09.2014
