Высокоэффективные средства снижения колебаний Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УД К 531.8

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫЕ СРЕДСТВА СНИЖЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

Е.К.Сарымсш

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Ма^алада жер жэне ашыц тау жумыстарына арналган 1111 машиналардыц выброшурацтыльщ механизмi талданды жене олардъщ lift металлоконструкциясыныц тецселуш твмендететш эффективт1 УЦ цуралдар аньщталды.

ЩШ Проанализирован механизм виброустойчивости машин для земляных

Ш!1 и открытых горных работ и выяехны эффективные средства для снижения комбаний их металлоконструкций.

The author h as analyzed the mechanism of chatter stability of earth-moving and stripping machines and discovered effective means to reduce the vibrations of their metalware.

В связи с интенсификацией рабочих процессов возрастают требования к виброустойчивости машин для земляных и открытых горных работ. Невозможность работы на оптимальных режимах из-за ограничений, накладываемых колебаниями. приводит к нерациональному использованию техники. Роторные экскаваторы, например, не реализуют повышенные усилия копания, в результате чего возрастает объем буровзрывных работ.

Необходимым требованиям удовлетворяют системы активного гашения колебаний, включающие в себя вибродатчики и силовой орган, воздействующий на конструкцию в функции сигналов датчиков таким образом, чтобы уменьшить колебания основных узлов. В качестве силового органа можно использовать двигатель поворота роторного экскаватора, гидроцилиндры подъема стрелы (Рисунок 1, а), привод подачи бурового станка, а также дополнительные устройства (Рисунок 1, б).

а) б)

Рисунок 1

Установлено, что для определения структуры и параметров подобных систем можно пользоваться упрощенными динамическими моделями [1] и формировать закон управления гасителем в виде

Ху=?,Кгх1 (г = 1,2...),

где: Ху — перемещение исполнительного органа гасителя; — обобщенные координаты;

К- — коэффициенты передачи, значения которых находятся методом последовательных приближений из условия ограничения амплитуд резонансных колебаний путем перебора вычисляемых амплитудно-частотных характеристик;

При этом обязательна проверка устойчивости динамической системы. В качестве нулевого приближения можно принимать

= {КдШ'СО{) ,

где: К дин г ~ заданное значение коэффициента динамичности при резонансе;

(¿>1 - частота колебаний парциальной системы по координате Л'(-;

Теоретически увеличивая коэффициент К-, можно уменьшить величину до единицы и менее. Практически, минимальные значения л^кнг ограничиваются собственной устойчивостью системы управления гасителем как звена с большим коэффициентом усиления в условиях помех. Для уменьшения общего коэффициента усиления целесообразно выбрать место установки силового органа гасителя так, чтобы демпфирующее усилие, отнесенное к амплиту-

де нагрузки на рабочем органе, было минимальным. Например, для роторного экскаватора ЭРШР-1600 при гашении колебаний в горизонтальной плоскости указанная величина составляет 1,05; 6,4; 12,3; соответственно, при расположении гасителя в узле крепления роторной стрелы, в узле крепления редуктора механизма поворота (Рисунок 1, б) и при использовании в качестве силового органа гасителя - двигателя поворота.

Для снижения расчетной мощности гасителя рекомендованы методы компенсации статической составляющей давления в гидросистеме. С целью уменьшения влияния сил трения в гидроцилиндре на эффективность демпфирования предлагается корректировать закон управления силовым органом гасителя таким образом, чтобы форсировать его движение, когда фазы демпфирующих и упругих сил совпадают по знаку. Та же цель достигается, демпфирующая сила прикладывается к колеблющимся узлам с помощью дополнительных элементов (тяг, подвесок, вант), разгруженных от статических и упругих сил. Влияние постоянной времени силового органа гасителя на эффективность демпфирования компенсируется коррекцией по первой производной от управляющего воздействия, которая снимается непосредственно с датчика ускорения.

Наряду с силовыми управляемыми гасителями перспективны динамические гасители с активным элементом, встроенным в упругую связь между гасителем и объектом защиты (рисунок 2).

Рисунок 2

Если обычный динамический гаситель при отношении его массы к массе объекта, равном 2 %, и оптимальной настройке не позволяет получить коэффициент динамичности при резонансе менее 11, то динамический гаситель с активным элементом обеспечивает снижение до 1 и менее. При этом гаситель не чувствителен к растроите по частоте. В качестве закона управления гасителем можно использовать закон

Ху = А-х + В^х,

№4, 2005 г.

149

где: х — перемещение объекта;

А, В — константы, определяемые разработанным методом, исходя из заданной величины Кдии ;

Подобный гаситель удобен, например, для снижения изгибных колебаний стрелы и гашения локальных вибраций.

Достигаемое в результате введения искусственного демпфирования уменьшение перемещений рабочего органа стабилизирует рабочий процесс и устраняет опасность возникновения автоколебаний при любых паспортных режимах работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волков Д.П., Черкасов В.А. Динамика и прочность многоковшовых экскаваторов и отвалообразователей. - М.: Машиностроение, 1969. - 408с.

2. Ветров Ю.А. Расчеты сил резания и копания грунтов. - Киев: Киевский университет, 1965,-245с.