Динамика вибросистемы, автостабилизируемой по аплитуде вынуждающей силы тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

Введение.

0.1 Актуальность исследования. Обзор литературы. Постановка задач. . -V

0.2 Описание принципиальной конструктивной схемы автостабилизированной вибросистемы (АВ). ^

1 Исследование принципиальной возможности автостабилизации колебаний механической системы с тремя степенями свободы по амплитуде вынуждающей силы

1.1 Постановка задачи. Вывод уравнений движения. 1-:

1.2 Анализ и решение уравнений движения.

1.3 Влияние третьей степени свободы на колебания механической системы. Необходимые и достаточные условия существования стабилизационного участка. 2 "Г

2 Принцип действия и основные харак- теристики автоста-билизированной вибросистемы

2.1 Обоснование принципа действия АВ.3

2.2 Определение основных характеристик АВ численными методами .-г1)

2.2.1 Расчет системы с двумя степенями свободы х и о

2.2.2 Расчет автостабилизированной вибросистемы с тремя степенями свободы.

2.3 Исследование влияния параметров закрепления стабилизирующего груза к рычагу маятника на характеристики АВ

3 Некоторые технические проблемы синтеза виброоборудования с автостабилизирующими свойствами

3.1 Возможности применения АВ в вибротехнике.

3.2 Методические рекомендации для расчетов стабилизирующих систем.

3.3 Технические предложения по совершенствованию АВ

1.1 Актуальность исследования/Обзор литературы. Постановка задач. вибрационные устройства широко используются в современной технике, ачиная с многотонных грохотов и строительных машин для погружения вай и заканчивая медицинскими вибрационными устройствами в несколь-о десятков граммов. Для всех виброустройств, хотя и в разной степени, уществует проблема обеспечения требуемых рабочих параметров вибра-,ии, в первую очередь амплитуды и частоты. Последствия выхода этих па-аметров за допустимые пределы могут быть исключительно тяжелыми. 1а практике во многих виброустройствах предусмотрено автоматическое тключение. Другим, технически более сложным, но хорошо изученным и роверенным способом является установка системы автоматического ре-улирования выходных параметров по их отклонению с отрицательной братной связью и внешним источником энергии для исполнительного орана.

В связи с увеличением количества различных типов виброустройств областей их использования с повышенными требованиями к их весо-абаритным характеристикам, надежности и бесперебойности в работе, ажное значение приобретает поиск и разработка новых способов, средств конструкторских решений по обеспечению требуемых виброхарактери-тик технических устройств, Одним из перспективных методов управлешя колебаниями является синтез колебательных систем с дополнительными связями пассивного характера, которые создают силу, зависящую от [араметров движения и осуществляют изменение динамических свойств юлебательной системы в желаемом направлении.

Относительно создания новых типов динамических гасителей коле->аний этот подход получил в последнее время существенное развитие в >аботах C.B. Елисеева и др. [15]. Проблемы синхронизации источников ¡ынуждающей силы виброустройств изложены в работах И.И. Блехмана 3], [4]. Что же касается использования дополнительных связей с целью табилизации колебаний, то одной из немногих технических разработок в том направлении является патент "Стабилизатор амплитуды колебаний" 31].

Опубликованных работ, посвященных теоретическому исследованию [вления автостабилизации колебаний, ни в отечественной, ни в зарубеж-юй печати обнаружить не удалось. Поэтому, принимая за объект исследо-;ания упомянутый выше стабилизатор амплитуды колебаний, в качестве )Сновных задач настоящего исследования определим следующие:

• разработка и описание физической модели, отражающей основные свойства явления автостабилизации;

• составление дифференциальных уравнений движения динамической модели автостабилизатора и обоснование существования решения, определяющего амплитуду колебаний основного объекта, мало меняющуюся при изменении амплитуды внешней нагрузки;

• проведение комплексного исследования влияния параметров механической системы на основные характеристики явления автостабилизации;

• разработка технических предложений, направленных на повышение точности стабилизации и расширение зоны стабилизационного участка.

0.2 Описание принципиальной конструктивной схемы автостабилизированнон вкбросистемы (АВ).

Принципиальная конструктивная схша ¿¿т'Ш'г^с-йлизируемой вибросистемы представлена на Рис.1. Объект М гмеет возможность соверс с i^osin^oi

Рис I: шать поступательное движение влать «vs г ж грикреплен к неподвижной основе через упругий элемент z sszx^* z-rim4>ep с параметрами сх л пх соответственно. На массу А/ з напшрл^уу, оси х действует гармоническая возбуждающая сила с посгэ•еееыжз. зэ времени амплитудой Fq л частотой wo- К этой массе через эс-т&дающий упруговязкими свойствами, характеризующимися паэ&ыегаажж с^ и Пф, прикреплен маятник переменной длины. Груз маятника массой т имеет возможность перемещаться вдоль рычага и скреплен с ним через упруговязкий элемент с параметрами сц и пд. В положении статического равновесия (Го = 0) упруговязкий шарнир обеспечивает перпендикулярность между рычагом маятника и осью х. При этом расстояние от шарнира до груза т равно I. В динамике (.Ро ф 0) положение рычага характеризуется углом отклонения ф, отсчитываемым от положения статического равновесия, а положение массы т на рычаге - параметром q, равным изменению ее положения на рычаге относительно статического состояния.

Заключение и выводы

По результатам работы могут быть сделаны следующие основные выводы:

• Выявлен принцип действия автостабилизированной вибросистемы, включающей в себя маятник переменной длины, зависимость которой от изменения амплитуды вынуждающей силы перестраивает характеристику амплитуды колебаний так, чтобы на определенных частотах происходила практически полная компенсация вызвавшего этот процесс изменения.

• Получена полная математическая модель процесса стабилизации, проанализированы ее аналитические решения с целью доказательства возможности достижения эффекта стабилизации амплитуды колебаний при изменениях амплитуды вынуждающей силы, определен частотный диапазон, в котором реализуется эффект стабилизации.

• Определено влияние основных параметров АВ на его рабочие характеристики. Показано определяющее значение для обеспечения точности стабилизации подбора соответствующей зависимости параметров упругого элемента, соединяющего стабилизирующий груз с рычагом маятника.

• Разработаны методические рекомендации для расчетов и проектирования виброустройств с автостабилизирующими свойствами. В качестве технического решения, улучшающего характеристики таких систем, предложено устанавливать ограничители хода стабилизиру

1. Бауман В.А., Быховский И.И., Голъдштейн Б.Г. Справочник: Вибрационные машины в строительстве и производстве строительных материалов. М., Машиностроение, 1970

2. Блехман if.Я. Вибрационная механика. М.:Физматлит, 1994, 400 с. Блехман И. И. Синтез вибрационных полей и создание заданного поля вынужденных колебаний упругой системы. Вибрации в технике. М.:Машиностроение, 1981, Т.4, 510 с.

3. Блехман И.И. и др. Вибрационное перемещение. М.:Наука. 1964. 410 с.

4. Блехман И. И. Исследование процесса вибросепарации и вибротранспортировки. Инженерный сборник, т.XI, 1952

5. Блехман И.И., Хайнман B.C. О теории разделения сыпучих смесей. Известия АН СССР, Механика и машиностроение, 1965 Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М.: Наука, 1964

6. Бретшнайдер C.B., Ящук М.К., Пасюк В.П. Интенсификация некоторых процессов химической промышленности путем вибраций. Химическая промышленность, 1963, Nr.3, с.51-57

7. Быховский И. И. Основы теории вибрационной техники. М., Машиностроение, 1969

8. Волков Л. H. Инженерный метод аналитического определения оптимальных реализуемых систем. Автоматическое управление. Рига: Зи-натне. 1967, с.180-190

9. Гарифулин Ю.А. Исследование динамики гиростабилизированной платформы. Динамики управляемых колебательных систем. Иркутск: ИПИ, 1983, с.26-37

10. ДАнжело Г. Линейные системы с переменными параметрами. Анализ и синтез. М.Машиностроение, 1974, 287 с.

11. Ден-Гартог Дж. Механические колебания. М.:Физматгиз, 1960, 580 с.

12. Елисеев C.B., Волков Л.Н., Кухаренко В.П. Динамика механических систем с дополнительными связями. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1990, 214 с.

13. Коловский М.З. Автоматическое управление виброзащитными системами. М.:Наука, 1976, 480 с.

14. Креймер А.Я. Вибрационный массаж в эксперименте и клинике. Сб. статей. ТГУ, Томск, 1980

15. Креймер А.Я. Вибрационный массаж при заболеваниях нервной системы. Изд-во Томского университета, Томск, 1988 Лавендел Э.Э. Справочник: Вибрации в технике. М., Машиностроение, т.6, 1981

16. Лесин АД. Вибрационные машины в технической технологии. М., ЦИНТИХИМ Нефтемаш, 1968

17. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний.- 65

18. М.Машиностроение, 1967, 316 с.

19. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.:Наука. 1973, 584 с.

20. Резников Л.М. Исследование работы центробежного маятникового гасителя колебаний. Машиноведение, 1970, N.5, с.49-55

21. Славин И.И. Динамический поглотитель колебаний с автоматической настройкой на частоту возмущающей силы. Авт. свид. N.213472, Бюл. изобр., 1967, N.22

22. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.:Физматгиз. 1959. 439 с.

23. Фролов К.В. Фурман Ф.А. Прикладная теория виброзащитных систем. М.Машиностроение, 1980. 276 с.

24. Чаки Ф. Современная теория управления. Нелинейные, оптимальные и адаптивные системы. М.Мир, 1975, 475 с.

25. Черноусько Ф.Л., Акуленко Л.Д., Соколов Б.Н. Управление колебаниями. М.:Наука, 1980, 384 с.

26. Сурков В.А., Харитонов Л.А. Стабилизатор амплитуды колебаний. Патент на изобретение N.94023961, 1994

27. Литвин С.С., Сурков В.А. Стабилизатор амплитуды колебаний вибросистемы. Заявка на патент N.99118803 от 06.09.99