Моделирование процессов пневмогидравлической виброизолирующей опоры тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

введение.

глава 1. анализ существующих средств виброзащиты.

1.1. Исследование источников вибрации.*—.

1.2. Способы виброзащиты механизмов.

1.3. Основные характеристики пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

1.4. Выводы по главе. Постановка задачи.

глава 2. исследование движения жидкости в проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

2.1. Предварительные замечания.

2.2. Стационарный случай движения жидкости по проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

2.2.1. Движение жидкости по цилиндрическому участку проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

2.2.2. Движение жидкости через регулирующий клапан пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

2.2.3. Определение расхода при движении жидкости по проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

2.3. Нестационарный случай движения жидкости по проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

2.3.1. Движение жидкости по цилиндрическому участку проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

2.3.2. Движение жидкости через регулирующий клапан пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

2.4. Выводы по глаэе.

ГЛАВА 3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ ПО ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЙ ОПОРЫ.

3.1. Стационарный теплообмен при течении жидкости по проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

3.1.1. Расчёт теплообмена, возникающего при движении жидкости на цилиндрическом участке проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

3.1.2. Расчёт теплообмена при движении жидкости через регулирующий клапан пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

3.2. Нестационарный теплообмен при течении жидкости по проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

3.2.1. Расчёт теплообмена при движении жидкости на цилиндрическом участке пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

3.2.2. Теплообмен при течении жидкости через регулирующий клапан пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

3.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ

ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЙ ОПОРЫ.

4.1. Силовые характеристики пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

4.2. Вынужденные колебания пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

4.3. Выводы по главе.

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЙ ОПОРЫ.

5.1. Инженерный расчёт основных характеристик гидравлического регулирующего клапана для пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

5.2. Инженерный расчёт торцевого уплотнения пневмогидравлической полости.—.ЮЗ

5.3. Исследование силовой характеристики пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

5.4. Измерение температуры масляного слоя в клапане проточной части опоры.

5.5. Лабораторные исследования пневмогидравлической виброизолирующей опоры.

5.6. Результаты проведённых лабораторных и экспериментальных исследований. Выводы по главе.

В ряду наиболее активных отрицательных воздействий на человека стоит вибрация и шум машин, приборов и оборудования.

Проведение государственной аттестации рабочих мест по условиям труда на речном транспорте поставило новые проблемы по улучшению санитарно-гигиенических условий труда и внедрению современных средств техники безопасности, так как на большинстве эксплуатирующихся машин и механизмов уровни вибрации превышают допустимые значения. Как показывают проведённые исследования, использование существующих виброизоляторов в упругих подвесках машин недостаточно эффективно. Следовательно, разработка новых устройств виброизоляции для строящихся и эксплуатируемых машин и механизмов в настоящее время является актуальной задачей. Решению этой задачи и посвящена настоящая диссертационная работа.

Для достижения поставленной цели разработан способ снижения уровней вибрации судовых дизель-генераторов плавучих кранов путём установки в упругую подвеску пневмогидравлических виброизолирующих опор.

Использование разработанного способа виброизоляции позволяет снизить как уровни вибрации самого дизель-генератора, так и уровни вибрации, передаваемые на корпус плавкрана.

На защиту выносятся следующие положения:

• конструкция пневмогидравлической виброизолирующей опоры, предназначенной для установки в подвеске дизель-генератора плавучего крана;

• результаты аналитических исследований пневмогидравлической виброизолирующей опоры;

• результаты лабораторных и натурных испытаний пневмогидравлической виброизолирующей опоры. 6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ многочисленных исследований по вибрации судов позволил установить, что основным источником механических колебаний судна является дизель-генератор.

2. Разработана пневмогидравлическая виброизолирующая опора, позволяющая улучшить виброзащитные свойства упругих подвесок.

3. Установлено, что наиболее эффективными к установке в упругих подвесках дизель-генераторов являются пневмогидравлические виброизолирующие опоры.

4. На основе уравнений Навье — Стокса исследовано течение вязкой несжимаемой жидкости через цилиндрический участок и через гидравлический регулирующий клапан проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры в стационарном и нестационарном случаях.

5. Теоретическими исследованиями процесса теплообмена, возникающего при движении жидкости по проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры было установлено, что при движении через гидравлический регулирующий клапан опоры температура жидкости не повышается выше 66° С.

6. При аналитическом исследовании вынужденных колебаний пневмогидравлической виброизолирующей опоры было найдено решение системы дифференциальных уравнений, описывающих процесс, и установлено, что опора является динамически устойчивой на основных возмущающих частотах работы дизель-генератора.

7. Проведён расчет гидравлического регулирующего клапана для пневмогидравлической виброизолирующей опоры в виде тонкого упругого кольца и торцевого уплотнения опоры в виде плоской спирали.

8. В результате лабораторных исследований установлено, что в резонансной зоне и в интервале частот 5 - 200 Гц, в котором лежат основные возмущающие силы судовых дизель-генераторов, пневмогидравлическая виброизолирующая опора снижает виброускорения и амплитуды перемещений защищаемого объекта в 3 - 5 раз.

9. Полученные экспериментальные характеристики пневмогидравлической виброизолирующей опоры с достаточной степенью точности совпадают с аналитическими. Разработанная конструкция подвески обеспечивает стабильность вибрационных характеристик и снижение виброускорений на всём диапазоне изменения рабочих нагрузок по всем фиксированным частотам.

10. Натурные испытания показали, что пневмогидравлические виброизолирующие опоры позволяют снизить передачу вибраций по сравнению с виброизоляторами АКСС-400И на 5 - 12 дБ.

121

1. Арсенин В .Я. Методы математической физики в задачах механики сплошной среды. М.: Наука, 1987 - 135с.

2. Бакалеев В.П., Жиляев С.В. Течение несжимаемой жидкости в круглой гладкой трубе.// Труды ЦИАМ №871. 1979. - 16с.

3. Барановский А.М. Виброизоляция дизелей речных судов./ Научное издание. Новосибирск: НГАВТ, 2000. - 176с.

4. Барановский А.М. Теоретические основы эффективной виброизоляции на судах: Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук, Новосибирск, 2000. - 316с.

5. Барановский A.M., Глушков С.П., Зуев А.К. Защита речных судов от низкочастотной вибрации двигателей Новосибирск: НГАВТ, 1999. -43с.

6. Белоцерковский С.О., Гущин В.А. Моделирование некоторых течений вязкой жидкости. М., ВЦ АН СССР, 1982. - 238с.

7. Борисенко В.Г. Устойчивость вынужденных колебаний нелинейных механических систем.// Сопротивление материалов и теория сооружений. 1980. - вып. 36. - с. 12-17.

8. Брайловская В.А. Исследование течения и теплообмена вязкой жидкости в кольцевой области при свободной и вынужденной конвекции.: Автореферат дис. канд. техн. наук, Минск, 1977. - 15с.

9. Бурков С.Н. Исследование виброизолирующих подвесок судовых энергетических установок с пневмогидравлическим компенсатором жёсткости.: Автореферат дис. канд. техн. наук. Новосибирск, НГАВТ. -2000.-17с.

10. Бэтчелор Дж. . Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. -758с.122

11. Ватсон Г.Н. Теория бесселевых функций. М.: Иностранная литература, 1949.-342с.

12. Вильнит JI.H. Вынужденные колебания нелинейной виброзащитной системы.// Сб. науч. тр. / Новосиб. электротехн. институт: Вопросы динамики механических систем виброударного действия. — 1973. с. 20-24.

13. Волков П.М. Иванова А.В. Изучение локальных и средних коэффициентов теплоотдачи длинных круглых труб.// Сб. науч. тр. /. Теплообмен и гидродинамика в элементах энергооборудования. -Ленинград, 1966. с.16-26.

14. Галахов М.А., Федосов Б.В. Математические методы описания нелинейных вибраций. М.: Наука, 1985.- 307с.

15. Ганиев Р.Ф., Кононенко В.О. Колебания твёрдых тел. М.: Наука, 1976.-432с.

16. Генкин М.Д., Елисеев С.В., Мигириенко Г.С., Фролов К.В. Принципы современной виброзащиты. // Сб. науч. тр. /. Виброизоляция механизмов и машин. Новосибирск, НИИВТ, 1984. - с. 3-13.

17. Глушков С.П. Виброизоляция тепловых двигателей./ Научное издание. Новосибирск: НГАВТ, 1999. - 215с.

18. Голоскоков Е.Г., Филиппов А.П. Нестационарные колебания механических систем. Юнев: Наукова думка, 1966. - 335с.

19. Гребер Г., Эрк С., Григулль У. Основы учения о теплообмене М., 1958.- 562с.

20. Грей Э., Метьюз Г.Б. Функции Бесселя и их приложения в физике и механике. М.: Иностранная литература, 1949. - 439с.

21. Гуляев В.И. Устойчивость периодических процессов в нелинейных механических системах. Львов, 1983. - 286с.123

22. Гуляев В.И., Баженов В.А., Попов C.JI. Прикладные задачи теории нелинейных колебаний механических систем. М.: Высшая школа, 1989.-382с.

23. Двигатели внутреннего сгорания: Системы поршневых и комбинированных двигателей: Уч.'для вузов. / Под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г. М.: Машиностроение, 1985. - 456с.

24. Дейли Дж., Харлеман Д. Механика жидкости. М.: Энергия, 1971. -480с.

25. Дейнеко В.В. Математические модели динамики вязкой жидкости и теплообмена. Новосибирск, 1996. - 432с.

26. Джакупов К.Б. К расчету двумерных течений гидродинамики и теплообмена вязкой жидкости. // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук, 1972. вып. 1,№3.-с. 10-15.

27. Динамика механических систем. / Под ред. Мигириенко Г.С. -Новосибирск, НЭТИ, 1994. 43с.

28. Динамика судовых энергетических установок. / Сб. науч. тр. -Новосибирск, НГАВТ,2001. с. 38-44.

29. Елисеев С.В., Нерубенко Г.П. Динамические гасители колебаний. -Новосибирск: Наука, 1982. 144с.

30. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. М.: Наука, 1967.-201с.

31. Зелькин Г.Г. Нестационарные течения в местных сопротивлениях. -Минск: Высшая школа, 1981. 140с.

32. Зелькин Г.Г. Трубопроводы с местными сопротивлениями при неустановившемся движении несжимаемой вязкой жидкости. М.: Наука, 1979. - 59с.

33. Зигель Р., Перлмуттер М. Теплоотдача при пульсирующем ламинарном течении в канале. // Теплопередача. 1962. - №2. - с. 1832.124

34. Зинченко В.И., Ельнин А.Г. Некоторые средства виброизоляции на современных судах. // Судостроение за рубежом. 1975. - с. 64-74.

35. Зуев А.К. Теория виброизоляции. // Сб. науч. тр. /. Виброизоляция механизмов и машин. Новосибирск, НИИВТ, 1984. - с. 14-23.

36. Зуев А.К., Ковырзин В.И. Проблемы виброизоляции. // Сб. науч. тр. /. Виброизоляция механизмов и машин. Новосибирск, НИИВТ, 1984. -с. 24-29.

37. Иванушкин С.Г. Нестационарный сопряжённый теплообмен при пульсирующем течении вязкой жидкости в каналах: Автореферат дисс. канд. техн. наук.- Томск. 1981.- 13с.

38. Иванушкин С.Г., Кондратов В.И., Томилов В.Е. Нестационарный теплообмен при пульсирующем ламинарном течении вязкой жидкости в кольцевом канале. // ПМТФ. -1978. №5. - с. 115-120.

39. Иванушкин С.Г., Кондрашов В.И., Томилов В.Е. Сопряжённый теплообмен при течении жидкости в кольцевом канале. //Теплоэнергетика. -1974. №9. - с. 2-5.

40. Ивович В.А. Автопараметрические колебания виброизолирующей системы с нелинейными характеристиками. В кн.: Справочник по динамике сооружений. - М., 1972. - с. 417-442.

41. Ивович В.А., Иванов Г.В. Собственные колебания виброизолирующей системы с жёсткостью, близкой к нулевой, в некотором диапазоне перемещений. // Машиноведение. 1976. - №1. -с. 32-41.

42. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М., 1976. - 512с.

43. Каширников В.В., Рядно А.А. Расчёт нестационарного теплообмена при ламинарном течении жидкости в трубах кольцевого сечения. //ИФМ. -1971. т. XX, №6. - с. 1003-1007.125

44. Ким JI.B., Кондратов В.И. Теплообмен при пульсирующем течении ньютоновской жидкости в канале. // Теплообмен и гидродинамика при течении однофазных жидкостей. / Томск, 1979,- 3 16с.

45. Колебания элементов аксиально-поршневых гидромашин. / Под ред. Фролова К.В. М.: Машиностроение, 1973. - 203с.

46. Коловский М.З. Нелинейная теория виброзащитных систем. М.: Наука, 1966.-317с.

47. Костюков А.А. Взаимодействие тел, движущихся в жидкости. JL: Судостроение, 1972. - 302с.

48. Котляр Я.М. Методы математической физики в задачах механики сплошной среды. М.: Наука, 1987. - 135с.

49. Котляр Я.М. Методы математической физики и задачи гидроаэродинамики. М.: Высшая школа, 1991. - 207с.

50. Ландау Д.Л., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. Т. VI. М.: Наука, 1986. -730с.

51. Лашутина Н.Г., Макашова О.В., Медведев P.M. Техническая термодинамика с основами теплопередачи и гидравлики. Л.: Машиностроение, 1988. - 333с.

52. Лойцянский Л.Г. Ламинарный пограничный слой. — М.: Наука, 1962. -410с.

53. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987. -840с.

54. Лямбоси П. Вынужденные колебания несжимаемой вязкой жидкости в жёсткой горизонтальной трубе. И Механика. 1953. - №3. - с. 70-77.

55. Мигириенко Г.С., Георгиади А.Г., Гернер И.И. К теории пространственных виброзащитных систем квазинулевой жёсткости. / Колебания. Удар. Защита. Новосибирск, НЭТИ, 1984. - с. 4-13.126

56. Найдёнов В.И. Установившееся течение вязкой несжимаемой жидкости с учётом зависимости вязкости от температуры. // ПММ. -1974. т XXXVIII, вып. 1.-е. 162-166.

57. Олейник О.А., Самохин В.Н. Математические методы в теории пограничного слоя. М.: Наука, 1997. - 286с.

58. Пановко Я.П. Основы прикладной теории колебаний и удара. — JL: Политехника, 1990. 272с.

59. Петухов Б.С. Вопросы теплообмена. М.: Наука, 1987. - 277с.

60. Петухов Б.С. Расчёт теплообмена и гидравлического сопротивления при ламинарном течении жидкости переменной вязкости в круглой трубе. // Теплоэнергетика. 1954. - №9. - с. 32-37.

61. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М: Энергия, 1967.-411с.

62. Попов Д.Н. Динамика регулирование гидро- и пневмосистем М.: Машиностроение, 1987 - 463с.

63. Рейнольде О. Гидродинамическая теория смазки и её применение к опытам Тоуэра. // Гидродинамическая теория смазки. / Под ред. JI.C. Лейбензона. М. - Л.: ГТТИ. - 1934.- 164с.

64. Садиков И.Н. Точное решение уравнений энергии для течения вязкой несжимаемой жидкости в трубах. // ИФЖ. 1963. - №4. - с. 40-45.

65. Седов А.И. Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики. М.: Наука, 1980.-449с.

66. Слёзкин Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости— М.: Гостехиздат, 1955.-519с.

67. Справочник по динамике сооружений. М.: Стройиздат, 1972. - 509с.

68. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1964. -437с.

69. Тарг С.М. Основные задачи теории ламинарных течений. М - Л., 1951.-419с.127

70. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1985. -444с.

71. Устойчивость периодических процессов в нелинейных механических системах. / Под ред. Гуляева В.И. Львов, 1983.- 286с.

72. Фомичёва Е.В. Исследование движения жидкости по цилиндрическому участку пневмогидравлической виброизолирующей опоры. // Сибирский вестник РАЕН.- Новосибирск, НГАВТ. 2002г. -вып. 5-с. 26-32.

73. Фомичёва Е.В., Глушков С.П. Исследование движения жидкости через регулирующий клапан пневмогидравлической виброизолирующей опоры. // Сибирский вестник РАЕН.-Новосибирск, НГАВТ. 2002г. вып. 5.- с. 48-53.

74. Фомичёва Е.В. Исследование теплообмена, возникающего при движении жидкости по проточной части пневмогидравлической виброизолирующей опоры. // Сб. науч. тр./ Дизельные установки речных судов.- Новосибирск, НГАВТ. 2002г. с. 23-29.

75. Фомичёва Е.В. Теоретическое исследование динамической устойчивости пневмогидравлической виброизолирующей опоры.// Тез. докл. I Междунар. науч.-техн. конф. «Новый век новые горизонты науки»./ Новосибирск, СибУПК,2002г. - с.58.

76. Фролов К.В., Фурман Ф.А. Прикладная теория виброзащитных систем. М.: Машиностроение, 1980. - 279с.

77. Хаппель Дж., Бреннер Т. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса.-М.:Мир, 1976 479с.

78. Хаяси Т. Нелинейные колебания в физических системах. М.: Мир, 1968.-432с.

79. Хеиров Зал Бек оглы. Некоторые гидродинамические и теплообменные задачи при поступательном движении жидкости между двумя несоостными цилиндрами.: Автореферат дис. докт. физ.-мат. наук. Баку, 1973. 15с.

80. Хотина Г.А. Исследование теплообмена при колебательных движениях жидкости.: Автореферат дис. канд. техн. наук. М., 1970. — 20с.

81. Хотина Г.А. Колебания жидкости в трубах и интенсифицирование теплообмена. / Тр. ВНИИКИМАШ. М., 1965. - №10. - 23с.

82. Цыфанский СЛ. Практическое использование нелинейных эффектов в вибрационных машинах. Л., 1992. - 185с.

83. Чарный С. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. — М. Л.: Гостехиздат, 1954. - 476с.

84. Яненко Н.Н. Метод дробных шагов решения многомерных задач математической физики. Новосибирск, 1967.- 113с.

85. Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф. Специальные функции. Формулы, таблицы, графики. М.: Наука, 1977 - 340с.

86. Klotter К. Non-linear vibration problems treated by the averaging method of W. Ritz. Proc. 1st U. S. Natl., Congr., Appl. Mech., Chicago, Illinois: Edwards Brothers Inc., 1951, pp. 125-131.129

87. Piercy N.A.V., Hooper M.S., Winny H.F. Viscous Flow through Pipes with Cores.-Philos. Mag. (7), 15 (1933), 647.

88. Redberger P.J., Charles M.E. Axial Laminar Flow in a Circular Pipe Containing a Fixed Eccentric Core. Can. J. Chem. Eng. 40 (1962), 148.

89. Shigeo Uchida. The Pulsating Viscous Flow Superposed on the Steady Laminar Motion of Incompressible Fluid in a Circular Pipe, ZAMP, vol. 7, 1956, pp. 403-422.