Повышение эффективности виброзащитных устройств за счет введения инерционно преобразовательных блоков тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

На правах рукописи

Брысин Андрей Николаевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОЗАЩИТНЫХ УСТРОЙСТВ ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ ИНЕРЦИОННО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ БЛОКОВ

Специальность- 01 02 06 Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2008 г

Работа выполнена в Институте Машиноведения им А А Благонравова РАН

Научные руководитель доктор технических наук, профессор Синёв А В Официальные оппоненты

Каплунов Савелий Моисеевич (ИМАШ РАН) доктор технических наук Бритвин Лев Николаевич (МАДИ)

Ведущее предприятие ОАО « Тоннельная Ассоциация России»

Защита диссертации состоится «22» мая 2008 г в 14-00 на заседании диссертационного совета Д 002 059 01 Института Машиноведения им А А. Благонравова РАН по адресу 101990 Москва, М Харитоньевский 4, конференц зал (тел 925-60-28)

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института Машиноведения им А А Благонравова РАН по адресу Москва, ул Бардина 4 (тел 135-55-16)

Электронная копия автореферата находится на сайте www imash ru

Автореферат разослан «21» апреля 2008 г

доктор технических наук

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002 059 е-matl dissovet_prochnost@imash ru

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы.

Защита от вибрации является актуальной проблемой современного машиностроения, поскольку надежность и безопасность функционирования оборудования и работы оператора зависит от эффективности систем виброзащиты Постоянное повышение скоростей движения и мощностей силовых установок приводит к возрастанию уровней и расширению вибрационного спектра колебаний действующих на конструкцию Возрастание структурного шума обуславливает необходимость совершенствования виброзащитных систем и внедрение новых технических решений без снижения жесткости опор в заданной частотной области

Современные тенденции развития систем виброзащиты направлены на внедрение и замену механических систем виброизоляции на двухкамерные и многокамерные гидравлические виброзащитные устройства с преобразователями энергии Такие системы широко применяются в промышленно развитых странах для защиты от воздействия вибрации чувствительного к вибрационным нагрузкам оборудования, экипажей мобильных машин и человека оператора в стационарных машинах Другим направлением является обеспечение более эффективной настройки существующих виброзащитных устройств (ВЗУ) за счет учета динамических параметров объектов в местах креплений

Применяемые гидравлические виброзащитные устройства с преобразователями энергии (гидроинерционными элементами, преобразовательными блоками) недостаточно исследованы Это не позволяет определять на стадии проектирования рациональные значения параметров конструкции Необходимо учитывать динамическое поведение машин в местах крепления устройств виброзащиты При этом необходимо создание областей повышенного гашения вибраций на рабочих частотах Анализ существующих конструкций показал, что известные системы не обеспечивают требуемой эффективности Применяемые в настоящее время устройства крепления силовых установок (подкосы) со встроенными динамическими гасителями не обеспечивают требуемую полосу гашения Созданные для этого диапазона рабочих частот, динамические гасители на механических элементах обладают узкой полосой гашения Для решения задач виброзащиты требуется применение более эффективных устройств

Настоящая работа посвящена разработке методик и способов повышения динамических характеристик систем виброзащиты и направлена на создание математических описаний моделей систем виброзащиты силовых установок с гидравлическими преобразователями и учетом динамических характеристик в точках крепления

Цель и задачи работы

ЦЕЛЯМИ и ЗАДАЧАМИ диссертационной работы являются

1 Разработка системы виброзащиты с повышенной эффективностью путем модернизации существующих конструкций и использования принципиально новых технических решений для низкочастотного диапазона

2 Разработка математических моделей таких виброзащитных систем для эффективного гашения колебаний рабочих частот современных силовых установок и разработка вариантов виброзащитных устройств с гидравлическими элементами

Поставленные задачи достигаются

1 Корректировкой математических моделей объектов

2 Разработкой математических моделей преобразовательных блоков с учетом влияния демпфирующих и упруго-инерционных свойств объектов в местах крепления

3 Исследованием параметров экспериментальной модели динамического гасителя с гидравлическими преобразователями

Методы исследования

Теоретические исследования выполнены на основе методов расчета динамических систем с линейными и нелинейными упруго-демпфирующими элементами и преобразователями движения

Экспериментальные исследования метрологически обеспечены и проводились на базе лабораторий «Экспериментальных исследований характеристик транспортных средств» и «Исследований и разработок средств виброзащиты системы «человек- машина»» Института машиноведения им А А Благонравова РАН Ряд экспериментальных данных был предоставлен фирмой ОАО «Туполев»

Достоверность результатов диссертационной работы обеспечена сочетанием методов теоретического анализа и экспериментальных исследований

Научная новизна работы состоит в следующем:

Теоретически исследованы полученные математические описания моделей гидравлических преобразователей, позволяющие учитывать динамические характеристики в точках крепления

Разработан алгоритм, позволяющий автоматически рассчитывать параметры математической модели, описывающей динамические характеристики в точке крепления по экспериментальным АЧХ динамических лодатливостей

В ходе исследований получены результаты подтвердившие эффект гашения колебаний в низкочастотной области при применении гидравлического преобразователя

Подтвержден эффект динамического гашения с использованием гидравлического преобразователя встроенного в динамический гаситель колебаний на низких и средних частотах

На основе анализа экспериментальных данных и теоретических расчетов предложены новые конструкции виброизолирующих опор и динамических гасителей с гидравлическими преобразователями Положения выносимые на защиту:

Обобщенные математические описания характеристик силовой установки , основания (рамы стенда и планера самолета в точках крепления виброзащитного устройства)

Математические описания виброзащитного устройства с параллельным и последовательным расположением диссипативного и инерционного каналов, учитывающая динамические параметры системы «силовая установка - подкос основание»

Практическая ценность работы.

Разработанные математические описания и алгоритмы расчета позволяют учитывать динамические характеристики силовой установки и планера в точках крепления на этапе проектирования, проводить моделирование динамического поведения конструкций в процессе летных и стендовых испытаний Применение алгоритмов с использованием аналитических зависимостей, описывающих изменение динамических характеристик, дает возможность проводить выбор параметров виброзащитных устройств с гидравлическими преобразователями Разработаны и предложены различные конструкции динамических гасителей как встраиваемые в подкосы, так и применяемые для гашения колебаний тонкостенных панелей Предложена модель регулируемого подкоса с учетом динамических характеристик в местах крепления Практическая ценность диссертационной работы обусловлена её прикладной направленностью На предложенные конструкции получены патенты на изобретения РФ Апробация

Материалы диссертации были представлены и обсуждались на 5 - ой Международной конференции «Проблемы колебаний» (ICOVP-2001) 8 - 10 октября 2001, (Москва, ИМАШ), XIII конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Современные проблемы машиноведения» 4-5 декабря 2001 года, (Москва), Московской конференции молодых ученых «Научно технические проблемы развития Московского мегаполиса» 19-21 ноября 2002 года, (Москва), XXVIII Международном научно-техническое совещании по проблемам прочности двигателей 26 - 28 ноября 2002 года, (Москва) , XIV симпозиуме Динамика виброударных (сильно нелинейных ) систем (Москва - Звенигород 2003), семинаре «Упаковка из пластика и комбинированных материалов» 3- 4 июня 2003 (Москва), Юбилейной XV интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов 3-5 декабря 2003 года, (Москва), Юбилейной XVI интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов 22 - 25 декабря 2005 года, (Москва) и др Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 25 печатных работах и пяти патентах на изобретение Российской Федерации Структура и объем работы

Диссертация состоит из пяти глав, выводов, списка литературы и приложений Содержит 180 страниц из них 49 рисунков , 2 таблицы Список литературы включает 95 наименований работ отечественных и зарубежных авторов

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации связанной с исследованиями по повышению эффективности виброзащитных устройств Показана научная новизна и практическая ценность работы Отражены основные положения, выносимые на защиту и сформулированы цель и задача Первая глава состоит из 4 параграфов и 7 рисунков В первой главе дан обзор работ в рассматриваемой научно- технической области, в котором отмечаются труды российских и советских ученых и их зарубежных коллег Ранее проводимые исследования, которых легли в основу выполняемой работы, можно условно разделить на пять групп

1 Экспериментальные исследования импедансных характеристик пространственных объектов (Попков В И , Бакланов В С и др )

2 Виброзащитные системы с преобразователями движения на основе механических аналогов ( Фролов К В , Генкин М Д, Елисеев С В,, Ден-Гартог, Рябой В М, Синев А В , Морзе И Е , Хинкл Р Т и др)

3 Исследования гидравлических преобразователей , гидрооопор( Сингх Р, Кадаматси А , Сето К, Ким Г, Ружичка и др)

4 Теоретические исследования описания пространственных конструкций с помощью плюккеровых координат (приложения теории винтов) (Диментберг Ф М , Синев А. В , Корчемный Л В и др)

5 Экспериментальные работы по созданию серийных конструкций гидроопор и технологий повышения их ресурса (Аббакумов И Е, Гордеев Б А , Ерофеев В И и др)

Опираясь на эти исследования, в данной работе решалась задача повышения эффективности виброзащитных устройств путем корректировки математических описаний ВЗУ и уточнения описания динамических характеристик в точках крепления ВЗУ

В первой главе рассмотрены варианты существующих виброзащитных устройств и дан обзор подходов к созданию виброзащитных систем

На основании обзора динамических гасителей и устройств виброзащиты с применением гидроинерционных преобразователей показана необходимость перехода на устройства с гидропреобразователями

При работе механизмов возникают повышенные вибрации с частотами рабочего диапазона Чтобы избежать их вредного влияния конструкцию машины и оператора используют динамические гасители Массу Ш| и пружину С| динамического гасителя настраивают на рабочую частоту или область рабочих частот В результате удается создать область с пониженной передачей воздействий на рабочей частоте

В механических системах с инерционным преобразователем инерционность создается за счет преобразования поступательного движения объекта (винта) во вращательное маховика (гайки) Принцип работы гидропреобразователя по относительной инерционности аналогичен принципу механического преобразователя, но использование гидравлических эффектов позволяет значительно увеличить относительную инерционность В гидравлических преобразователях роль инерционной массы выполняет столб жидкости в

канале Это позволяет значительно снизить трение при преобразовании энергии Теоретически возможно создать бесконечно большую инерционность и обеспечить гашение на любых рабочих частотах На практике в силу наличия диссипативных потерь в элементах возможности создания большой относительной инерционности ограничены Оценки возможностей преобразователей позволяют говорить о возможность создания относительной инерционности с усилением порядка 104 по сравнению с реальной массой Применение преобразователей позволяет добиться эффективного виброгашения однако для этого необходимо повысить точность определения демпфирования, упругости и инерционности ВЗУ в целом Зарубежные работы по гидроопорам не учитывают влияния элементов конструкции на параметры ВЗУ Так использованием активных систем управления удается добиваться снижения передачи воздействия не более чем на 4 -5дБ

Обзор работ исследователей показал, что передача колебаний от корпуса силовой установки происходит через элементы крепления Низкочастотные составляющие спектра вибраций слабо поглощаются элементами конструкции и для устранения их влияния требуется введение дополнительных фильтров на путях распространения Это достигается применением размещением гидропреобразователей в местах крепления к планеру или на элементах крепления (подкосах или опорах)

Вторая глава посвящена возможностям представления объекта и описания динамических характеристик в точках крепления Вторая глава содержит 5 параграфов и 9 рисунков В ней показано, что для шарнирного (с парами 3 класса) закрепления подкосов пространственной конструкции справедливо представление объекта как отдельных вибропроводов, что оказывается эффективным для решения задач виброзащиты Исследования в данной главе базируются на приложения теории винтов, методе наклонных опор, экспериментальных исследованиях динамической податливости и методе импедансов Используя теорию матриц и плюккеровы координаты были получены передаточные функции пространственных объектов для статически определимой и неопределимой систем

Показано, что направленное формирование нулей динамических жесткостей виброизоляторов встроенных в подкосы на частотах возбуждения может быть эффективно применено в рассматриваемой задаче Количество избыточных связей влияет только на количество необходимых фильтров Последующей задачей является выбор адекватных для задач виброзащиты математических моделей объектов в точках крепления Для этого необходимо адекватно определить динамические податливости в точках крепления

Универсальной модели описания пространственного объекта до настоящего времени не создано Применяемые модели либо слишком сложны, либо не учитывают свойств объекта Экспериментальные работы проведенные на фирме ТУПОЛЕВ показали, что система « двигатель - крепление планера» в широком диапазоне частот, включающем роторные, распадается на отдельные несвязанные вибропроводы Это позволяет представлять систему в виде независимых вибропроводов Вибрации корпуса силовой установки при

Пфм! мм/Н 10"

Ю-'

закреплении его на основании (летательном аппарате) определяются на основе анализа динамических податливостей корпуса силовой установки и планера в местах опорных связей

Предложены математические описания для расчета виброизолирующих устройств, устанавливаемых в элементы крепления (подкосы)

На основе импедансно-го метода создано математическое представление корпуса силовой установки для разработки средств виброзащиты на частоты от 20 - до 200 Гц Разработанное математическое описание объекта в точке крепления представлено на рис 1 и может быть применено для других расчетов

Динамическая податливость точки крепления СУ в области рабочих частот представлена выражением (1)

Ю"

3 ✓ 1,

1 />Ч \( ^ 1 1 1 Уд 4 (V 1 21 1 1 1 «

¥ 1 ! 1 1 -4 1ч Г

20 30

область!

¡40

50 60 70 80 90 ¿00 150 область 2 ! областьЗ Рис 1 Описание экспериментальной функции динамической податливости точки крепления силовой установки

1 - экспериментальные данные 2-разработанная математическая модель 3 - асимптотически определяемая модель

200 Гц

П(ш Л =

1

1

1

1

1 1

г + :-+ -

1

I

1

+ —

О)

т, 0 аТ ь, .1 ® с, т2 0 <о)2 Ь2 .) о) С.

—!— ю ., £ и.

Ь^ со ",Ь5 "

где Сь Сг - жесткости пружин имитирующие упругие свойства в точке крепления

Ш|, гпз - массы на которые распадается масса приходящаяся на одино устройство крепления

Ь|, Ьг - демпферы имитирующие диссипативные свойства в точке крепления

ш - частота

Н-1

Целесообразно выделить области 1 и 3 в которых проявляются инерционные и диссипативные свойства В области 2 описание динамических

параметров усложняется за счет проявления упругоинерционных свойств крепления В связи с этим уточнено математическое описание точки крепления силовой установки Математическое описание получено с использованием вычислительного комплекса по экспериментальной динамической податливости с характерными частотами резонансов и антирезонансов Параметры модели определяются по экспериментально определяемым частотам резонансов и антирезонансов и значениям динамических податливостей на этих частотах по следующим зависимостям

4 /;,

4 /д

т

[64 ГД # ГД-4 я2 Гр2,]

f2 р2 J

(2)

С, = ш 4

{¿г {2

ХР1

Ь,=

}У- 1

1 1 [т2 0 Гр,)2 1

иг с.

(3)

¡Г-

_1_

_ I _г

о а

где

, ^рз резонансные и антирезонансные частоты определяемые экспериментально

ЩТР|), П(Тр2) динамические податливости на частотах резонансов

Опираясь на экспериментальные данные, создано математическое описание динамических характеристик в точках крепления виброзащитного устройства (ВЗУ) к основанию В качестве оснований рассматривалась рама испытательного стенда и планер самолета

Планер самолета в диапазоне частот до 40 Гц имеет большое количество резонансов, поэтому измерения на низких частотах связаны с разбросом характеристик С 40 Гц планер представлен в виде набора пружин обладающих различной жесткостью в различных областях рассматриваемого частотного диапазона Выражение динамической податливости планера представлено в виде зависимости (4)

0 < 20

1 20 < Й),

с,

* * * * * *

1 га, _2 5 о),_

1 ^ Щ

с.

где Ба^Ою) - функция, определяемая методом наименьших квадратов и в первом приближении может быть принята равной 1/С| С, - жесткости эквивалентных пружин для каждой из 1 -ого количества рассматриваемых областей частотного диапазона Рама испытательного стенда моделировалась как объект, обладающий только инерционными свойствами в диапазоне от 25 - 170 Гц , что полностью охватывает область рабочих частот, на которые и настраиваются систем виброзащиты Математически динамическая податливость рамы испытательного стенда описывается в виде (5)

Третья глава состоит и из шести параграфов и 12 рисунков В третьей главе исследовано влияние динамических характеристик силовой установки и планера на передаточные функции ВЗУ В качестве объектов исследования рассмотрены ВЗУ с динамическим гасителем, ВЗУ с механическим фильтром, ВЗУ с гидравлическим преобразователем последовательного и параллельного типа

В третьей главе на основании математических описаний динамических характеристик в точках закрепления ВЗУ создаются математические описания для виброзащитных систем Для создания математических описаний систем были выбрана известная методика динамических жесткостей и податливостей

Эта методика применима к линейным системам и основана на использовании соотношений между внешними возмущениями и кинематическими параметрами системы

Используя методику динамических жесткостей и податливостей, созданы математические описания для механических схем представленных на рис 2 (а Ь б)

Рис 2 Виброзащитные системы с учетом динамических параметров в точках крепления

ndb, nfuz - динамические податливости силовой установки и основания в местах крепления

mpKj - масса корпуса виброзащитного устройства

F, Ffuz - сила, воздействующая в точку крепления и передающаяся на основание mg - масса обеспечивающая динамическое гашение Ci, Сг, С, Coi, С02, Соз - пружины жесткостями

Xdb, X , Xfuz i Xpod, Xg- перемещения объектов входящих в систему виброзащиты

Для рассматриваемых систем виброзащиты определены выражения модулей передаточной функции представленные в виде (6) и ( 7) соответственно

ТО со)-

ПО «)-

1 П(/ т)

С, Па О о>)

- + П,„гО со)

где

П,<0 ®) =

1 1

+ --;-+ -

1

1 ]

1 1

с тУ а2 С2

+ П№2 О <У)

ПО Ш) = -

1 1

-+-

ГО Й>) = п0 о)

где

С, П,0

ПО =

1

1 1

+ -

п,0 (0) =

п,0 ®)=

ПЭЬО <о) Пг0 со) 1

1 1

П,0 П20 е>) 1 1 сз ™ 0 <в)2

(7)

п20 <В)=— + п№0 й)

Для механической системы с гасителем (рис 2 а) показано, что изменение свойств основания не влияют на настройку частоты гашения Графики модулей передаточной функции в зависимости от частоты для различных типов основания рассмотрены на рис 3 а и б

Для различных вариантов расчетов исходные данные динамических характеристик в точке крепления изменяются, поэтому целесообразно выделить области 1 и 3 в которых проявляются инерционные и диссипативные свойства В области 2 описание динамических характеристик усложняется за счет проявления упруго-инерционных свойств исследуемых объектов

а)

6)

Рис 3 Передаточные функции ВЗУ при изменении динамических характеристик в местах крепления

1 основание большой массы стремящейся к бесконечности

2 рама стендовой установки

3 планер самолета

В механических системах с инерционным преобразователем инерционность создается за счет преобразования поступательного движения объекта (винта) во вращательное движение маховика (гайки) Принцип работы гидропреобразователя (рис 4) по относительной инерционности аналогичен принципу механического преобразователя, но использование гидравлических эффектов позволяет значительно увеличить относительную инерционность

I - камера I 2•камера 2

3 - поршень площадью 8

4 - объем жидкости в канале

5 - объект

6 площадка

7 - пружина воспринимающая статическую жесткость

8 - диссипагивлый канал

9 - основание

10 - пружина

II - воздушная камера

12 - корпус гидропреобразователя

х,-^ - перемещение объекта

х,( х.,, - перемещение объема жидкости

Рис 4 Модель гидропреобразователя с разделением диссипативного и инерционного каналов

Введение гидравлического преобразователя эквивалентно введению массы, работающей по относительному движению В гидравлических преобразователях роль инерционной массы выполняет столб жидкости в канале Это позволяет значительно снизить трение при преобразовании энергии Теоретически возможно создать бесконечно большую инерционность и обеспечить гашение на любых рабочих частотах На практике в силу наличия диссипативных потерь в элементах возможности создания большой относительной инерционности ограничены Оценки возможностей преобразователей позволяют говорить о возможность создания относительной инерционности с усилением порядка 104от массы присоединенной жидкости

На параметры приведенной массы влияют физические параметры канала, свойства жидкости и геометрические размеры виброзащитного устройства Приведенная масса описывается выражением 8

т„„(®) 1

[I * О,2«. } + 1 ® + (У1 J «Г + У, j ш

" 11) «г

[1 + У, J <л]~Ь J в>-

- * 01 V;1-! П о 2 к 16 ™ 2 4 V,

(8)

где V] ,У2 - объемы верхней и нижней камеры

Оэкв -диаметр эквивалентного поршневого воздействия на жидкость в верхней камере( при отсутствии обечаек равен Б диаметре поршня 3) б - внутренний диаметр канала 4 I. - длина канала 4 р - плотность

- коэффициент передачи энергии

Для упрощения расчета принято заменять приведенную массу ее механическими или гидравлическими аналогиями В таблице 1 представлены основные зависимости, применяемые для описания инерционности по относительному движению для гидравлических систем Если считать жидкость несжимаемой температуру постоянной , площадь поршня неизменной выражение сводится к виду (9)

Таблица № 1

№ формула Название модели Принятые допущения

1 m„p =2 m! tg2« Механический маятник Работа жидкости описывается как перемещения двух масс на рычагах с компенсируя влияние боковых составляющих

2 т„Р = тж tg2« Гидравлический маятник Описание фирмы Лорд

3 тпР=7<3> маховик Инерционность жидкости моделируется инерционностью эквивалентного маховика осуществляющего передачу через эквивалентную рейку

4 J т»Р _ 2,2 г tg а Винт гайка Представление преобразователя как гайки обладающей известной инерционностью и вращающейся на винте обладающим определенным шагом являющимся эквивалентом диссипативных сил в механизме

5 Гидравлическая аналогия с эквивалентной инерционностью канала Гидравлическая аналогия

6 п>пР='1 L р h ,(9) Гидравлическая аналогия для несжимаемой жидкости Патент РФ .№2236617 Брысин А Н Синев А В

Как видно из выражения (9) в таблице 1 относительная инерционность зависит в основном от конструктивных возможностей выполнения поршня 3 При D—«о теоретически возможно создания большой относительной инерционности, работающей как масса тоГн«ю Используя описанный эффект можно создать различные варианты конструкций преобразователей энергии для ВЗУ Для, устройства с гидравлическим преобразователем рассмотрены различные варианты расположения диссипативного и инерционного каналов (рис S а и б) Для обоих вариантов созданы математические модели с учетом динамических параметров в местах крепления Для разработанных описаний выполнены расчеты зависимостей передаточной функции от частоты Результаты оптимизации, выполненной по алгоритмам, заложенным в программный комплекс MATHCAD, позволили получить зависимости передаточной функции от частоты, представленные на рис 6 (а и б).

Рис 5 Гидромеханические модели виброзащитных устройств

Мит - относительная

инерционность развиваемая в гидравлическом преобразователе

Пдв Лпл - динам податливости двигателя и планера в местах крепления виброзащитного устройства

Сг См - статическая жесткость и жесткость мембраны преобразователя

0.01 0.001

10

1

0.1 0.01 0.001

о

|Т0*)1 10

|тО 10

I

0.1

0.01

0.001 б)

Рис 6 Передаточные функции ВЗУ с гидропреобразователями при изменении динамических характеристик в местах крепления.

Необходимым условием применения гидравлических преобразователей является неизменность жесткости устройства В расчетах статическая жесткость одинакова для всех рассмотренных схем ВЗУ Выражения модулей передаточной функции (10) для обоих рассматриваемых математических описаний представлены в виде зависимостей динамических податливостей (16) и (17)

П.уО«>) П{]СО)

где Пву - податливость виброзащитного устройства с гидравлическим преобразователем определяемая импедансными методами Для последовательного расположения элементов

J__(П)

Т 0®) =

(10)

я

-т, о +6, ) ю + С, Для параллельного расположения элементов

П

1

(12)

" К-т, а,)"'+(6, , 4'\' *С,

Отличительным свойством схем с гидравлическими преобразователями является неизменность частоты настройки при различных вариантах исполнения блока и для любых описаний объекта и основания Это позволяет использовать конструкции, разрабатываемые по представленным схемам

Четвертая глава состоит из 4 параграфов и 12 рисунков Четвертая глава посвящена возможностям осуществления многочастотного гашения и расширением полосы гашения настройкой на одну частоту двух и более фильтров с гидропреобразователями (ГП)

Передаточные функции двухчастотных схем представлены в виде зависимостей (13) и (14)

ТО®) =

(-т, й>2 +¿1, J еи + С,)' +(-»)а аУ +Ьг ) а> + С2У Пра) Л.О®) Л Дуй.)

(13)

Г(уа)) =

J *ГТ+с,М-тг 44(6,,

(14)

Щ)<о) П,,0<»)

где Пд(]со) - динамическая податливость корпуса силовой установки в точке крепления к подкосу с ГП, П()ш) - динамическая податливость рамы ( планера самолета , шасси, корпуса основания стендовой установки и т п ) в точке крепления к подкосу с ГП, Ш|, т2 - массы инерционных преобразователей,

Ь|, Ьг - эквивалентные демпфирования фильтров,

С|, С2 - эквивалентные жесткости элементов входящих в фильтры ВЗУ,

Н-1

Общую податливость подкоса с ГП имеющего п последовательных фильтров можно рассматривать как

я; о со) ==£ я; Оо»)

1=1

Тогда

2X0«)

(15)

Г(УЙ.) =

I —

яо®)

я,о®) яЛо®)

(16)

Выражение (16) является математическим выражением передаточной функции ВЗУ учитывающей реальные динамические характеристики в точках крепления с ГП для любого количества фильтров

Рассмотрен случай постановки одинаковых фильтров соединенных Результаты, приведенные на рис 7, показывают, что наблюдается увеличение глубины и

Лч-

\ \ V .

, V.

\ \ V 1

\ V V \ 2

^—^ клн—

\/\ 1

\ А 1 И Л-

л1 V - _

--—V 1 ■■

\ Г*—т 1Г—г

к / Л г / \ /У

' \ / ^ 1 / /

\ 1 М //

±У V

20 40 60 80 100 120 140

10 и- 130

Рис 7 Сравнение характеристик для различных комбинаций

I - без гасителей только пружина

2- два фильтра настроены на разные частоты

3- четыре фильтра настроены на одну частоту

4- четыре фильтра настроены на разные частоты

5- один фильтр настроен на одну частоту

ширины полосы гашения при увеличении числа фильтров, настраиваемых на одну частоту Увеличение числа фильтров позволяет увеличить эффективность гашения пропорционально количеству применяемых фильтров и область Те же эффекты наблюдаются и для фильтров с параллельным соединением элементов

В четвертой главе выведены расчетные зависимости для передаточных функций с применением многочастотных фильтров Рассматриваются возможности создания регулируемых систем виброзащиты на основе систем с гидравлическими преобразователями движения и с учетом характеристик объектов в точках крепления виброизоляторов

Пятая глава состоит из 8 параграфов и 11 рисунков В пятой главе рассмотрены экспериментальные исследования моделей динамических гасителей с гидропреобразователями Экспериментально подтвержден эффект динамического гашения при использовании гидропреобразователя Сложность испытаний экспериментальной модели динамического гасителя с гидропреобразователем заключается в необходимости разделения влияния инерционных, упругих и диссипативных составляющих при исследовании ее передаточных функций

Экспериментальные исследования модели динамического гасителя потребовали проведения последовательно следующих этапов

1 Статические испытания упругих элементов позволили определить экспериментальным путем их жесткости и учесть упругие свойства конструкции

2 Исследования виброперемещений, виброскоростей, виброускс 1 позволяет идентифицировать ряд резонансных пиков элементов крепления и корпуса

3 Опираясь на данные по виброперемещениям, экспериментальное определение динамических жесткостей позволило оценить демпфирующие свойства гидравлических каналов от частоты и выявить демпфирующую составляющую

4 Учет фазовых характеристик позволил исследовать инерционно диссипативные свойства каналов

5 На базе проведенных испытаний были созданы гидравлические каналы для применения в моделях гидропреобразователями

В ходе исследований было определено, что демпфирование гидравлического канала можно считать линейным (при неизменности диаметра) Упругие свойства в исследуемом частотном диапазоне также неизменны Инерционные свойства жидкости в канале проявляются только в области частот, на которые настраивается гидропреобразователь На физической модели динамического гасителя с гидропреобразователем были проведены экспериментальные исследования Исследования амплитудно-частотных характеристик модели динамического гасителя с разработанными каналами с большой инерционностью проводились с применением виброиспытательного комплекса на базе вибростенда УГД - 2

Получены динамические характеристики эффекта динамического гашения на частоте 60 Гц которые показаны на рис 8. Также был исследован вариант

широкополосного гашения на частотах в диапазоне 200 - 300 Как показали экспериментальные исследования удается добиться намного меньшего увеличения инерционности, чем было рассчитано теоретически Это обусловлено большими потерями энергии на демпфирование С целью повышения эффективности были разработаны несколько вариантов конструкций динамических гасителей, научно-техническая новизна которых подтверждена патентами РФ

Результаты исследований показали, что жидкость, находящаяся в камерах, не включается в работу полностью Для практических расчетов инерцией жидкости находящейся в камерах можно пренебречь и рассматривать объемы камер как элементы гидравлического усилителя, не обладающие инерционностью Камеры в проектируемых конструкциях необходимо минимизировать что позволяет повысить эффективность гашения в заданном объеме Следует создавать конструкции как наборы блоков с мембранами соединенными в пакеты Введение контуров с мембранами требует менее габаритных преобразовательных элементов и позволяет обеспечить компактность конструкций Замена одного блока гидропреобразователя на три с меньшими каналами позволяет, не усложняя конструкцию каналов, решать задачи виброзащиты более эффективно

Основные результаты диссертации

1 Разработаны математические описания виброзащитных систем с гидропреобразователями

2 Показан принцип создания инерционности в каналах гидропреобразователе на основе разработанного математического описания

3 Рассмотрена применение устройств с гидропреобразователями разработано математическое описание

4 Разработан ряд конструктивных схем динамических гасителей Подтверждена возможность осуществления динамического гашения с использованием гидропреобразователя

5 Рассмотрен вариант настройки нескольких гасителей на одну частоту, как возможность увеличения глубины и расширения полосы гашения

6 Экспериментально показано влияние демпфирующих свойств жидкости в камерах динамических гасителей колебаний с гидропреобразователями и установлена необходимость снижения объемов этих камер

7 Экспериментально подтверждено отсутствие влияния присоединенных масс и масс жидкости в камерах на частоту настройки динамического гасителя колебаний с гидропреобразователями

8 Теоретически обнаружено, что настройка нескольких преобразователей на одну частоту не приводит к возникновению дополнительных резонансов возникновение дополнительных резонансных пиков происходит только при настройке на несколько частот

На основе результатов получены следующие выводы

1 Учет влияния динамических характеристик объектов, входящих в систему виброзащиты, позволяет повысить эффективность настройки виброзащитных устройств с гидропреобразовательми и увеличить полосу гашения

2 Применение гидравлических блоков позволяет создавать гашение с более широкой полосой, чем у механических систем гашения

3 На настройку виброзащитного устройства влияет демпфирование в точке крепления Влияние инерционных и упругих свойств конструкции объекта на настройку ВЗУ с ГПД незначительно

4 Применение нескольких последовательных гасителей с гидропреобразователями , настроенных на один частотный диапазон позволяют расширить ширину полосы гашения, что позволяет обеспечить виброзащиту на установившемся режиме работы с изменением рабочих частот силовой установки

5 При настройке на одну частоту нескольких преобразователей расширяется полоса гашения Настройка блоков на соседние частоты приводит к возникновению дополнительных резонансных пиков

6 Наиболее эффективным путем решения проблем снижения воздействия вибраций является создание систем виброзащиты с применением эффектов

увеличения инерционности по относительному движению на гидравлических преобразователях

По теме диссертации опубликованы 25 работ По результатам

исследований разработаны конструкции динамических гасителей и

виброизолирующих опор, на которые получены 5 патентов на изобретение

Российской Федерации Основные результаты изложены в работах

1 Бакланов В С , Брысин А Н, Синев А В Создание двухсторонней защиты в системе «силовая установка - система виброизоляции - корпус» XXVIII Международное научно-техническое совещание по проблемам прочности двигателей 26 - 28 ноября 2002 года, Москва, 2002, Тез докл , с 9-10

2 Брысин А Н Динамический гаситель, выполненный по гидроупругой технологии с использованием эффекта инерции жидкости «Научно технические проблемы развития Московского мегаполиса» Московская конференция молодых ученых 19-21 ноября 2002 года, Москва, 2002, Тез докл, с 63

3 Брысин А Н , Бакланов В С Анализ эффективности схем с внутренним динамическим гасителем «Современные проблемы машиноведения» XIII конференция молодых ученых, аспирантов и студентов 4 -5 декабря 2001 года Москва, 2001, Тез докл. с 43

4 Брысин А Н , Бакланов В С, Ларионов Д О , Лебеденко И Б , Пашков А И , Синев А В Механические виброзащитные системы , учитывающие динамические параметры входящих в них объектов Юбилейная 15 международная интернет-конференция молодых ученых ,аспирантов и студентов по современным проблемам машиноведения 3- 5 декабря 20003 года Москва, 2003, Тез докл с 7

5 Брысин А Н , Бакланов В С, Синев А В Выбор параметров виброизоляции упругоинерционной динамической системы фюзеляжа от силовой установки с учетом их экспериментальных характеристик «Научно технические проблемы развития Московского мегаполиса» Московская конференция молодых ученых 19-21 ноября 2002 года, Москва, 2002 , Тез докл, с 62

6 Брысин А Н Ларионов Д О Сохраняем бережно Деловой журнал упаковочной индустрии ПаккоГрафф №4 2003 , Москва, «Полипринт» , 2003, с 42-46

7 Брысин А Н, Синев А В Динамический гаситель Патент на изобретение Российской Федерации №2256110 Б16Р 6/00, 15/00 Зарегистрирован 10 07 2005 Бюл №19

8 Брысин А Н , Синев А В Динамический гаситель колебаний Патент на изобретение Российской Федерации №2236617 Б16Р 7/10 Зарегистрирован 20 09 2004 Бюл №26

9 Брысин А Н, Синев А В Динамический гаситель Патент на изобретение Российской Федерации №2261383 Р16Р 15/00 Зарегистрирован 27 09 2005 Бюл №27

10 Брысин А Н, Синев А В Проблемы и пути решения создания систем виброзащиты на частотах , опасных для оператора мобильной машины 27 Международная Интернет-конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения 21-23 декабря 2005 Москва, ИМАШ РАН 2005, Тез доклс72

11 Брысин А Н , Синев А В Виброизолирующая опора Патент на изобретение Российской Федерации №2263834 Р16Р 5/00 Зарегистрирован 10 11 2005 Бюл №31

12 Ларионов Д О , Брысин А Н Нет колебаниям Проблемы воздействия вибрации на человека Деловой журнал упаковочной индустрии ПаккоГрафф №2 2003 , Москва, «Полипринт» , 2003, с 62-66

13 Лебеденко И Б , Бакланов В С , Синев А В , Брысин А Н, Якименко Г В , Ушаков Ю Н Исследование механогидравлической системы виброизоляции фюзеляжа летательного аппарата «Научно технические проблемы развития Московского мегаполиса» Московская конференция молодых ученых 19-21 ноября 2002 года, Москва, 2002, Тез докл, с 56-57

14 Синев А В , Брысин А Н , Бакланов В С , Морозков А С Сравнение эффективности схем виброизоляции с внутренним динамическим гасителем 5 - ая Международная конференция «Проблемы колебаний» (1СОУР-2001) 8 - 10 октября 2001, Москва, ИМАШ, Сб докладов Санкт-Питербург , ООО «РЕПРИНТ», 2002, с 393 - 397

15 Синев А В , Лебеденко И Б , Кочетов О С , Пашков А И, Израилович М Я, Брысин А Н , Мугин О О , Алексеев П С , Ерофеев В . И, Гордеев Б А , Костырев С А, Махортых С А, Крук Ю Е, Власов С Н Виброизолятор Патент на изобретение Российской Федерации №2263834 Р16Б 5/00, 9/00, 13/00 Зарегистрирован 27 06 2006 Бюл №18

Типография ИМАЩ РАН, г Москва, М Харитоньевский пер, 4 Зак № 17-реф от 16 04 2008 тир 100 экз

Введение.

Глава 1. Обзор существующих вариантов ВЗУ и методов их исследования.

1.1. Обзор задач виброзащиты.

1.1.1. Проблемы современного машиностроения.

1.1.2. Обзор методов виброзащиты.

1.1.3. Выбор задачи виброзащиты.

1.1.4. Постановка задачи исследований.

1.2. Динамические гасители колебаний и их применение.

1.3. Обзор вариантов моделей гидропреобразовательных виброзащитных устройств.

1.4. Выводы по первой главе.

Глава 2. Разработка математических описаний объектов входящих в вибропроводы для систем виброзащиты

2.1. Исследование влияния связности между узлами крепления для статически определимой системы.

2.2. Исследование пространственной системы с избыточными связями.

2.3. Разработка математических описаний точек крепления объектов, входящих в систему виброизоляции.

2.3.1. Моделирование точки крепления на фундаменте.

2.3.2. Моделирование планера в точке крепления виброзащитного устройства.

2.3.4. Моделирование силовой установки в точке крепления к подкосу.

2.4. Методика автоматического моделирования силовой установки в точке крепления по экспериментальным кривым.

2.5 Выводы по второй главе.

Глава 3. Исследования Математических описаний ВЗУ учитывающих динамические параметры.

3.1. Исследование математического описания ВЗУ в виде последовательной цепи «пружина — масса - пружина», устанавливаемой параллельно упругому элементу, с учетом динамических параметров.

3.2. Разработка математического описания механического аналога виброзащитного устройства с одним встроенным низкочастотным фильтром в виде динамического гасителя закрепленного через упругие связи.

3.3. Принцип работы виброзащитного устройства с гидравлическим преобразователем.

3.4. Анализ свойств математических описаний виброзащитных устройств на основе гидравлических преобразователей.

3.5. Исследование модели динамического гасителя с гидравлическим преобразователем.

3.6. Выводы по третьей главе.

Глава 4. Исследование вариантов многочастотного гашения и возможностей раширения области виброзащиты.

4.1. Моделирование передаточных характеристик многочастотных виброзащитных систем с гидропреобразователями на две частоты.

4.1.1. Математическое описание ВЗУ с несколькими фильтрами в виде последовательно соединенных элементов.

4.1.2. Математическое описание ВЗУ с несколькими фильтрами в виде параллельно соединенных элементов.

4.2 Моделирование схем с несколькими фильтрами, настраиваемыми на одну частотную область.

4.2.1. Сравнение характеристик виброзащитных устройств с одним, двумя, тремя и четырьмя фильтрами настроенными на одну частотную область.

4.2.2. Моделирование многочастотного гашения с комбинацией фильтров на различных частотах.

4.3. Исследование модели виброзащитной системы на основе гидроупругих преобразователей с элементами регулирования от низкочастотных колебаний силовой установки.

4.4 Выводы по четвертой главе.

Глава 5 . Экспериментальные исследования модели динамического гасителя с гидравлическим преобразователем движения.

5.1. Характеристики комплекса применяемого при проведении испытаний модели динамического гасителя.

5.1.1. Состав технических средств автоматизированного виброиспытательного комплекса.

5.1.2. Характеристики элементов входящих в виброиспытательный комплекс.

5.2. Возможности создания динамических гасителей с преобразователями движения.

5.3. План проведения экспериментальных исследований.

5.4. Изучение влияние упругих составляющих в общий вклад при демпфировании и разработка методики устранения влияния упругих составляющих при исследовании инерционных характеристик каналов на различных частотах.

5.4. 1. Исследование статических характеристик упругих элементов.

5.4.2. Экспериментальные исследования статических характеристик элементов динамического гасителя и моделей.

5. 5. Исследование изменения демпфирования от увеличения длины канала на различных частотах.

5.5.1. Исследования каналов гидравлического преобразователя.

5.6. Исследования динамического гасителя.

5.6.1. Экспериментальное подтверждение эффекта увеличения инерционности в динамическом гасителе.

5.6.3. Исследование передаточных характеристик динамического гашения.

5.7. Экспериментальное исследование возможности снижения массы гасителя с гидравлическим преобразователем.

5.8 Выводы по пятой главе.

Защита от вибрации остается актуальной проблемой современного машиностроения. Постоянное повышение скоростей движения и мощности силовых установок транспортных машин приводит к возрастанию уровня колебаний, расширению вибрационного спектра действующего на конструкции.

С постоянным усложнением систем контроля и управления задача снижения динамических нагрузок на блоках управления становится не менее актуальной, чем задача прочности. Во многом от количества сбоев в них зависит надежность работы оборудования в целом. Большинство сбоев аппаратуры вызвано внешними воздействиями на элементы коммутации и электронные блоки. Следовательно, системы контроля и управления в настоящее время нуждаются в более эффективных устройствах защиты от внешних воздействий.

Кроме этого актуальна проблема эффективной защиты от вредного воздействия вибраций на человека. Задачи воздействия вибраций на человека оператора и пассажиров транспортного средства освещены в работах академика К. В. Фролова и других известных советских ученых [7, 37, 43, 75].

Проблемы защиты от внешних воздействий оператора и блоков управления тесно взаимосвязаны. Одним из путей их решения является создание новых виброзащитных устройств. Поэтому многие фирмы в России и за рубежом успешно работают над созданием новых систем виброзащиты.

Задача создания системы виброзащиты сложна и противоречива. Здесь сталкиваются проблемы амплитудного гашения внешних воздействий на защищаемый объект и стабильность взаимного положения отдельных агрегатов. Так, например, существует требование улучшения виброизоляции без снижения статической жесткости опор. Одним из эффективных способов решения этой задачи является предотвращение распространения воздействий от силовой установки по элементам конструкции. Это достигается размещением на путях распространения колебаний устройств, препятствующих распространению колебаний по конструкции (фильтров - пробок). Задача состоит в создание более эффективных и компактных виброзащитных устройств, так как наиболее распространенные в настоящее время системы далеки от совершенства.

Современные тенденции развития систем виброзащиты направлены на внедрение и замену механических систем виброизоляции на двухкамерные и многокамерные гидравлические виброзащитные устройства (ВЗУ) с преобразовательными блоками. Такие системы широко применяются в промышленно развитых странах для защиты от внешнего воздействия вибрации чувствительного к вибрационным нагрузкам оборудования, экипажей мобильных машин и человека оператора в стационарных машинах.

Работы по изучению путей распространения вибраций [72, 74, 75] позволяют рекомендовать размещение устройств виброзащиты в местах крепления, либо на элементах крепления источников вибраций. Как показали работы ведущего специалиста ООО «Туполев» к.т.н. В. С. Бакланова системы с гасителями на механических элементах, установленными на путях распространения позволяют снизить структурный шум. Однако, недостатками применяемых в работах [8, 55, 62, 73] устройств для защиты от колебаний на низких частотах явились их большие габариты. Уменьшение габаритов систем виброзащиты для тех же условий работы требует создания более компактных виброзащитных устройств. Это возможно при использовании новых конструктивных и технических решений. Одним из решений является применение гасителей с устройствами преобразования движения.

Исследования группы советских ученых [52-55 76] показали, что возможно создание систем с преобразователями движения на механических элементах. Опираясь на теоретические работы в 70 -х 80 х годах были созданы различные варианты конструкций «винт - гайка» и другие конструкции различных ВЗУ. Теоретические работы в области систем с преобразователями движения и созданные конструкции доказали возможность осуществления на практике принципа относительного увеличения инерционности систем с механическими элементами. Это позволило снизить массы устройств виброзащиты, сохранив их эффективность в низкочастотном диапазоне.

До начала восьмидесятых годов наше отставание в научно-технических исследованиях от зарубежных разработок в области ВЗУ для низких частот было незначительным. Однако, отсутствие экспериментальных исследований в дальнейшем привело к отставанию отечественных разработок. В середине 80 -х перспективным направлением за рубежем стало создание гидравлических преобразователей движения (ГПД). С середины 90, когда уже реальные конструкции зарубежных производителей показали эффективность гидропреобразовательных устройств в системах виброзащиты, встала задача сократить отставание в области виброзащиты с использованием гидравлических преобразователей.

Зарубежный опыт в области создания ВЗУ, изложенный в работах [1, 8595] показал возможность создания более компактных устройств, чем конструкции с преобразователями типа «винт - гайка». В зарубежной литературе ВЗУ с преобразователями движения на гидравлических элементах называют "hydraulic engine mount" В российской технической литературе установился термин «гидроопоры». Ведущими разработчиками гидроопор за рубежом являются фирмы LORD, Boge, Metzeller, Freungenberg .

Анализ публикаций показывает на отсутствие единой математической модели гидроопоры. Кроме того, изучение зарубежных работ показало, что пассивные виброзащитные конструкции не полностью используют потенциал, заложенный в принципе гидравлического преобразования.

Значительные, по сравнению с механическими преобразователями, возможности перевода потенциальной энергии в кинетическую, широкое варьирование демпфирования и других параметров позволяют обеспечивать снижение воздействий не менее чем в 4 - 6 раз на полосе шириной 10 Гц без активных систем управления. Это соответствует изменениям частот воздействий при эксплуатации на рабочем режиме. При последовательной настройке нескольких элементов в один частотный диапазон с компенсирующими элементами возможно создание эффективного гашения на этой же полосе частот в 10 -15 раз. Кроме того, возможно создание более эффективного режима. Существуют методики создания гашения шириной 80 - 120 Гц в диапазоне от 40 до 160 Гц со снижением передачи воздействий более чем в 5 раз на краях полосы без введения активных элементов управления в схему. Зарубежные конструкции обеспечиваю снижение передачи воздействия не более чем в 2- 2,5 раза. Ширина полосы гашения в зарубежных конструкциях достигается применением систем активного управления.

В нашей стране был накоплен опыт по исследованию динамических характеристик в местах креплений силовой установки к планеру. Корректировка имеющихся математических описаний гидравлических преобразователей и создание математических описаний, учитывающих динамические характеристики, входящих в них объектов, является актуальной задачей, без решения которой невозможно создание современных систем виброзащиты. Работы [9-15, 76] подтверждают необходимость учета динамических параметров при создании систем виброзащиты.

Таким образом, опираясь на российские работы по исследованию динамических характеристик в местах креплений объектов между собой и используя зарубежный опыт создания гидравлических преобразователей движения возможно создание систем виброзащиты.

Задача диссертационной работы заключается в объединении российских и зарубежных разработок с целью создания систем виброзащиты, с учетом динамических характеристик входящих в них объектов.

Цель диссертационной работы достигается созданием простых и при этом эффективных математических описаний динамических параметров различных объектов.

На основе анализа зарубежных вариантов математических моделей выбирается базовая модель ГПД. Затем, опираясь на работы доктора технических наук А. В. Синева и др. [1, 38, 45, 46, 80] , базовая модель уточняется и дополняется. Используя экспериментальные динамические характеристики объектов виброзащитной системы (ВЗС), в разработаны варианты математических описаний гидравлических преобразователей движения. Исследуются ВЗС для гашения внешнего воздействия на одной или нескольких частот. При замене объектов описываемых как абсолютно твердые тела (АТТ) и масс на созданные математические описания динамических характеристик объектов осуществляется проверка адекватности математических описаний. В качестве базовых схем для проверки использованы классические механические системы. В качестве экспериментального подтверждения возможностей осуществления преобразования движения в гидравлическом преобразователе представлены результаты создания динамического гасителя на гидропреобразовательном элементе с частотой настройки на 60 Гц.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Предложены решения для схем ВЗУ с учетом динамических параметров в точках крепления подкоса (устройства крепления) силовой установки и ' разработан алгоритм, позволяющий автоматически рассчитывать параметры по экспериментальным АЧХ крепления.

Математически описаны гидравлические преобразователи схем ВЗУ, учитывающие динамические характеристики в точках крепления.

На основе исследований разработаны и запатентованы схемные решения динамических гасителей со встроенными инерционно-преобразовательными блоками.

Экспериментально подтвержден эффект гашения колебаний в низкочастотной области при применении гидравлического преобразователя по относительному движению.

Положения выносимые на защиту: 1. Обоснована незначительность взаимного влияния реакций в точках крепления силовой установки к планеру и подтверждена адекватность рассмотрения пространственных возмущений в одномерном решении.

2. Обобщенные описания динамических характеристик силовой установки, рамы стенда и планера самолета через характеристики в точке крепления ВЗУ.

3. Методика расчета параметров моделей силовой установки в точке крепления по экспериментально определимым частотам и демпфированию математического описания реакции.

4 Аналитическое описание ВЗУ с гидравлическим преобразователем движения с последовательным и параллельным расположением диссипативного и инерционного каналов, учитывающие динамические характеристики системы «силовая установка - подкос - основание (планер самолета, рама стенда)». Практическая ценность работы.

Разработанные математические описания и алгоритм расчета позволяют учитывать динамические характеристики в точке крепления на этапе проектирования, проводить моделирование динамического поведения конструкций в процессе летных и стендовых испытаний, упрощают интерпретацию полученных экспериментальных данных. Практическая ценность диссертационной работы обусловлена её прикладной направленностью. Разработаны и предложены различные конструкции динамических гасителей, встраиваемые в подкосы и применяемые для гашения колебаний панелей. Разработаны схемы виброизолирующих опор с гидравлическими преобразователями по относительному движению. Предложено математическое описание регулируемого подкоса с учётом динамических характеристик в местах крепления. Апробация.

Материалы диссертации были представлены и обсуждались на 5 - ой Международной конференции «Проблемы колебаний» (1СОУР-2001) 8 - 10 октября 2001, (Москва, ИМАШ); XIII конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Современные проблемы машиноведения» 4-5 декабря 2001 года, (Москва); Московской конференции молодых учёных

Научно технические проблемы развития Московского мегаполиса» 19-21 ноября 2002 года, (Москва); XXVIII Международном научно-техническое совещание по проблемам прочности двигателей 26 - 28 ноября 2002 года, (Москва); XIV симпозиуме Динамика виброударных (сильно нелинейных) систем. (Москва - Звенигород 2003), семинаре «Упаковка из пластика и комбинированных материалов» 3- 4 июня 2003 (Москва); Юбилейной XV интернет-конференции молодых ученых, аспирантов и студентов 3-5 декабря 2003 года, (Москва)., и др конференциях в период с 2004 по 2007

Основные результаты диссертации

1. Показано преобладание воздействия в направлении параллельной оси ВЗУ и незначительность влияния' боковых^ составляющих для ; шарнирно ■ закрепленных подкосов со встроенными в них ВЗУ.

2. Разработаны; математические описания виброзащитных систем, с гидропреобразователями" за счет применения новых математических моделей и учета упруго-диссипативных свойств объектов; в точках крепления.

3. Показан принцип создания относительной инерционности; в гидропреобразователе на основе разработанных математических описаний!'

4: Разработан ряд конструктивных схем динамических гасителей; Подтверждена возможность осуществления динамического гашения;- с использованием гидропреобразователя

5. Рассмотрен вариант, настройки? нескольких.гасителейI на одну частоту, как возможность увеличения глубины и расширения-полосы гашения.

6. Экспериментально! показано влияние демпфирующих свойств жидкости; в камерах динамических гасителей- колебаний с гидропреобразователями и установлена необходимость снижения объемов этих камер.

7. Экспериментально подтверждено отсутствие влияния присоединенных масс и масс, жидкости в камерах на частоту настройки динамического гасителя колебаний с гидропреобразователями.

8. Теоретически обнаружено, что настройка нескольких преобразователей на одну : частоту не приводит к возникновению дополнительных резонансов возникновение дополнительных^ резонансных^ пиков происходит только при настройке на несколько частот.

На основе результатов получены следующие выводы

1. Учет влияния динамических характеристик объектов, входящих в систему виброзащиты, позволяет повысить эффективность настройки виброзащитных устройств с гидропреобразовательми. и увеличить полосу гашения.

2. Применение гидравлических блоков позволяет создавать гашение с более широкой полосой, чем у механических систем гашения.

3. На настройку виброзащитного устройства влияет демпфирование в точке крепления. Влияние инерционных и упругих свойств конструкции объекта на настройку ВЗУ с ГПД незначительно

4. Применение нескольких последовательных гасителей с гидропреобразователями , настроенных на один частотный диапазон позволяют расширить ширину полосы гашения, что позволяет обеспечить виброзащиту на установившемся режиме работы с изменением рабочих частот силовой установки

5. При настройке на одну частоту нескольких преобразователей расширяется полоса гашения. Настройка блоков на соседние частоты приводит к возникновению дополнительных резонансных пиков.

6. Наиболее эффективным путем решения проблем снижения воздействия вибраций является создание систем виброзащиты с применением эффектов увеличения инерционности по относительному движению на гидравлических преобразователях.

169

Заключение

В ходе выполнения работы были рассмотрены варианты постановки гидропреобразовательного блока в виброзащитную опору с настройкой на один и несколько диапазонов. В моделях учтено влияние динамических свойств в местах крепления. Экспериментально исследованы физические модели с опоры и динамического гасителя.

Вопросы учета динамических свойств объекта при решении задачи виброзащиты изложены в работах [11, 26, 27 ,28, 69 ]

Моделирование механических и гидромеханических виброзащитных систем настраиваемых на один частотный диапазон рассмотрено в работах [28 ,68, 81 ] По результатам моделирования в соавторстве разработан патент [82 ]

На основе результатов моделирования многочастотных виброзащитных систем был разработан патент на виброизолирующую опору [ 34] результаты опубликованы в работах [11, 66 ]

По материалам создания системы регулирования с гидро преобразователем получен акт внедрения результаты представлены в работах [ 30, 61, 67

По результатам теоретических исследований динамического гасителя создана физическая модель на которую получен патент [ 33 ] результаты изложены в работах [ 25, 27, 69]. Опираясь на результаты экспериментальных исследований разработаны конструкции динамических гасителей на которые получены патенты [ 31, 32 ]

На наиболее эффективным путем решения проблем снижения воздействия вибраций является создание систем виброзащиты с применением эффектов увеличения инерционности по относительному движению на гидравлических преобразователях.

Исследования проведенные в работе показали, что перспективным является создание на базе разработанных моделей систем много частотного гашения их экспериментальное исследование для подтверждения теоретически определимых резонансов от постанови каскадов гидравлических преобразователей при настройке на разные частоты и отсутствия резонансов при настройке их на одну частоту.

1. Аббакумов Е. И. , Гордеев Б. А. , Ерофеев В. И. , Синёв А. В. , Ложкин Ф. В. Исследования гидравлических виброопор с различными рабочими жидкостями. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2002 , №2 с 33 -36

2. Агафонов В.К., Бакланов B.C., Буль В.М., Попков В.И. Исследование динамических характеристик двигателя, стенда и объекта в местах опорных связей. В сб. Вибрационная прочность и надежность двигателей и систем летательных аппаратов, КуАИ, 1980, с. 62-68.

3. Агафонов В.К., Бакланов B.C., Вуль В.М., Попков В.И., Попов A.B. Исследование виброакустических и динамических характеристик самолета и двигателя в< местах опорных связей. В сб. Борьба с шумами и вибрацией. Л., 1991, с. 121-131.

4. Алабужев П. М. , Мищенко В. Я., Яцун С. Ф. Оценка предельных возможностей противоударной аммортизации // Динамика управляемых механических систем. Иркутск: ИЛИ , 1982. с. 82-91

5. Андронов А. А. , Витт А. А., Хайкин С. Э. Теория колебаний , изд 2-е , Физмат из, 1959

6. Артоболевский И. И., Бобровницкий Ю. И., Генкин М. Д. Введение в акустическую динамику машин. М., Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979, 296 с

7. Бабицкий В. И. Теория виброударных систем. -М.,: Наука , 1965,. 560 с.

8. Бакланов B.C. Динамическая модель ГТД по результатам исследования динамических податливостей корпусов двигателей. Межд. Научная конф. "Двигатели XXI века", ЦИАМ, М: 2000, Тезисы докладов, ч. 1, с. 256 257

9. Бакланов B.C. Виброизоляция ГТД с учетом реальных динамических характеристик двигателя и основания. Сб. Новые методы и средства звуко-и виброизоляции в промышленности и на транспорте. JL, 1989, с.50-56

10. Бакланов В. С., Вуль В. М. Влияние связанных колебаний сложных динамических систем на оценку эффективности виброизоляции. Доклады X акустической конференции, М., 1983, с. 65-68.

11. Бакланов В. С., Вуль В. М. Вибродиагностика агрегатов силовой установки с помощью системы контроля вибрации двигателя .Сб. Вибрационная прочность КуАИ, 88, с. 11 16.

12. Бакланов В. С., Горобцов A.C., Карцов С. К., Синёв А. В., Фролов В. В. Анализ реактивных свойств динамических жесткостей и передаточных функций гидроопор. Проблемы машиностроения и надежности машин. №3, 1999, с. 31-37

13. Бакланов B.C., Горобцов A.C., Карцов С.К., Синёв A.B., Фролов В.В. Анализ реактивных свойств динамических жесткостей и передаточных функций гидроопор при введении промежуточных масс. Проблемы машиностроения и надежности машин. №1, 2000, с. 10-15

14. Бакланов B.C., Гальперин С.Б., Пемов A.B. Динамическое воздействие силовой установки на планер самолета (оценка и мера снижения). 5-й Межд. научно-техн. симпозиум "Авиационные технологии XXI века". 1999. Труды ЦАГИ, т.1, с.860-864.

15. Балабанян Н. Синтез электрических цепей . М.: Госэнергоиздат 1961. 416 с.

16. Банчук Н. В. Оптимизация форм упругих тел. М: Наука 1980. 256 с.

17. Башта Т. М. Гидравлические приводы летательных аппаратов М., Машиностроение, 1967. 496. е., с илл.

18. Бегларян В. X. Механические испытания приборов и аппаратов. М.: Машиностроение, 1980 . 224 с.

19. Беляковский Н. Г. Конструктивная амортизация механизмов, приборов и аппаратуры на судах. Л.: Судостроение, 1965. 523 с.

20. Бидерман В. Л. Прикладная теория механических колебаний. Учеб. Пособие для втузов. М., Высш. школа , 1972. 416 с. с илл.

21. Бишоп Р. Колебания: Пер.с англ./ Под. Ред. Я. Г. Пановко. 2-е изд., перераб. - М: : Наука . Главная редакция физико- математической литературы, 1979, 160 с.

22. Брискин Е. С. Демпфирование колебаний механических систем динамическими гасителями с полостями, частично заполнеными сыпучими средами. — Изв вузов. Машиностроение, 1980, 12, с. 26 30.

23. Брысин А. Н. , Бакланов В. С. Анализ эффективности схем с внутренним динамическим гасителем. «Современные проблемы машиноведения» XIII конференция молодых учёных, аспирантов и студентов 4 -5 декабря 2001 года Москва, 2001, с. 43.

24. Брысин А. Н. , Бакланов В. С., Синёв А. В. Выбор параметров виброизоляции упругоинерционной динамической системы фюзеляжа от силовой установки с учетом их экспериментальных характеристик.

25. Научно технические проблемы развития Московского мегаполиса» Московская конференция молодых учёных 19-21 ноября 2002 года, М: 2002 , Тезисы докладов, с. 62.

26. Брысин А. Н. , Ларионов Д. О. От теории к практике Комбинированная упаковка Деловой журнал упаковочной индустрии ПаккоГрафф №3 2003 , М: «Полипринт» , 2003, с. 91-93

27. Брысин А. Н. Синёв А. В. Динамический гаситель. Патент на изобретение Российской Федерации №2256110 Б16Р 6/00, 15/00 Зарегистрирован 10.072005 Бюл. №19

28. Брысин А. Н. Синёв А. В Динамический гаситель. Патент на изобретение Российской Федерации №2261383 15/00 Зарегистрирован 27 09 2005 Бюл. №27

29. Брысин А.Н. , Синёв А. В. Динамический гаситель колебаний. Патент на изобретение Российской Федерации №2236617 Р16Б 7/10 Зарегистрирован 20 09 2004 Бюл. №26

30. Брысин А.Н. , Синёв А. В. Виброизолирующая опора. Патент на изобретение Российской Федерации №2236617 Б16Р 7/10 Зарегистрирован 20 09 2004 Бюл. №26

31. Васин В.А., Лазарев С.О., Чиков А.Н., Фролов В.В. Применение гидроопор с динамическими гасителями в системах виброизоляции объектов для защиты от структурной вибрации и шума. Проблемы машиностроения с надежности машин. №4, 1998,с27-32

32. Вибрации в технике. Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В. Н. Челомей (пред.) М.: Машиностроение, 1978 - Т. 1. Колебания линейных систем / Под ред. Ф. М. В. В. Болотина. 1978. 352 е., ил.

33. Вибрации в технике. Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: К. В. Фролова (пред.) М.: Машиностроение, 1995 - Т. 6. Защита от вибраций и ударов / Под ред. К. В. Фролова. 456 е., ил.

34. Вуль В. М. , Бакланов В. С. Влияние связанных колебаний сложных динамических систем на оценку эффективности виброизоляции // X Всесоюз. акуст. конф : Докл секкции Л. М.: Акуст инст АН СССР , 1983. С 65 -68.

35. Генкин М. Д. Елезов В. Г. , Яблонский В. В. Методы управляемой виброзащиты машин. М. : наука , 1985 .240 с.

36. Генкин М. Д. , Елисеев С. В. , Мигиренко Г. С. , Фролов К. В. Принципы современной виброударозащиты // виброизоляция механизмов и машин Новосибирск: НЭТИ, 1984. С. 3-13.

37. Генкин М. Д. , Кравченко С. В. Исследование некоторых предельных возможностей активных виброзащитных систем // Изв. вузов . Машиностроение . 1983 №12. С. 54 57

38. Генкин М. Д. , Рябой В. М. Упруго инерционные виброизолирующие системы. М: Наука, 1988 192 с.

39. Генкин М. Д. Тарханов Г. В. Вибрация машиностроительных конструкций . М.: наука, 1979. 164 с.

40. Гитерман Д. М. , Нудельман Я. Л. О связях прицельно освобождающих любой наперед заданный интервал от собственных частот // Динамика и прочность машин 1979. № 29. С. 30-39.

41. Гордеев Б. А. , Ерофеев В. И., Синёв А. В. , Мугин О. О. Системы виброзащиты с использованием инерционности и диссипации реологических сред М: Физматлит, 2004 176с.

42. Гордеев Б. А., Синёв А. В. Эффективность гашения вибрации гидроопорой силового агрегата в зависимости от размеров соединительной трубки и свойств рабочей жидкости // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2001 , №1 с. 110 113.

43. Турецкий В. В., Коловский М. 3., Мазин Л. С. О предельных возможностях противоударной амортизации // Изв АН СССР МТТ. 1970 №6 С. 17 -22

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

45. Диментберг Ф. М. Теория пространственных шарнирных механизмов. М. : Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982.-336с.

46. Елезов С. В. , Зайкова И. Г. Виброизолирующая система с уравновешиванием // X Всесоюз акустич конф.: Докл секции Л. М.: Акуст. ин-т АН СССР , 1983 . С. 53 -56.

47. Елисеев С. В. Импедансные методы в исследовании механических систем : учебное пособие . Иркутск : ИЛИ , 1979. - 85 с.

48. Елисеев С. В. Некоторые вопросы повышения эффективности виброизоляции с помощью устройств преобразования движения //науч. тр/ ИПИ. Иркутск, 1972. - № 75. с.85- 94.

49. Елисеев С. В. Структурная теория виброзащитных систем Новосибирск, Наука, 1978. 224 с.

50. Елисеев С. В. , Волков Л. Н., Кухаренко В. П. Динамика механических систем с дополнительными связями Новосибирск : Наука . Сиб. Отд-ние , 1990.-214 с.

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

52. Ильинский В. С. защита аппаратов от динамических воздействий. М. : Энергия , 1970. 320 с.

53. Иориш Ю. И. Измерение вибраций. -М. : Машгиз. 1965

54. Коловский М. 3. Автоматическое управление виброзащитными системами М., Наука главная редакция физико-математической литературы, 1976, 320 с.

55. Коловский М. 3. Нелинейная теория виброзащитных систем М.: Наука, 1976, 320 с.

56. Кудрявцев Е. М. Matead 2000 Pro. Символьное и численное решение разнообразных задач. М. : ДМК Пресс, 2001. -576 е., илл.

57. Куок Б.М., Apopa И. С., Хог Л. Е. Оптимальное проектирование демпфированных виброгасителей для конечного диапазона частот. -Ракетная техника и космонавтика, (пер. амер. журн AIAA J ), 1975, т 13, №4, с. 154- 156.

58. Куравский Л. С. Специализированный пакет для моделирования и анализа динамических систем. Программные продукты и системы (Software & Systems), 1994 , No . 1, с. 44 - 48.

59. Ларин В. Б. Статистические задачи виброзащиты. Киев Наук думка , 1974. 127 с.

60. Ларионов Д. О. , Брысин А. Н. Нет колебаниям. Проблемы воздействия вибрации на человека. Деловой журнал упаковочной индустрии ПаккоГрафф №2 2003 , Москва, «Полипринт» , 2003, с. 62 66.

61. Левитан Б. М. Обратные задачи Штурма-Лиувилля. М:: 1975 496 с

62. Ольсон Г. Динамические аналогии М. : Гос. издательство иностранной литературы 1947. 224с.

63. Пановко Я. Г. , Губанова И. И. Устойчивость и колебания упругих систем. Современные концепции ,парадоксы и ошибки. М., Наука главная редакция физико-математической литературы, 1967. 420 с., ,с илл.

64. Пановко Г. Я., Синёв А. В. Механический фильтр низких частот с нулем передачи в зарезонансной области: Виброизоляция машин и виброзащита человека-оператора.

65. Попков В. И. Виброакустическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов. Л.: Судостроение, 1974. 221 с.

66. Попков В. И. , Мышинский Э. Л. , Попков О. И.; Виброакустическая диагностика в судостроении: Л.: Судостроение, 1989. 256 с.

67. Потемкин Б. А., Синёв А. В. Синтез систем виброзащиты с учётом динамических свойств объекта и основания // Изв АН СССР . МТТ. 1975. №2 С. 50 57.

68. Светлицкий В. А. Механика стержней: Учеб. Для втузов. В 2-х ч. Ч. И. Динамика. М.: Высш. шк.,1987. - 304 е.: илл

69. Сидорова М. Н. , Синёв А. В. , Петров В. Д. Задача геометрической оптимизации системы виброизоляции рельсового экипажа, //проблемы машиностроения и надежности машин №2 2000. С. 37 41

70. Цзе Ф. С. , Морзе И. Е. , Хинкл Р. Т. Механические колебания . М.: Машиностроение 1966 . 508 с. с илл.

71. Яблонский А. А., Корейко С. С. Курс теории колебаний. Учебное пособие для студентов втузов. Изд. № 3-е, испр. И до. М., Высш. школа , 1975.,248 с. с ил.

72. Bouchillon, M.S. "Optimal Tuning for Adaptive Hydraulic Engine Mounts",, MSME Thesis, School of Mechanical Engineering, Pur-due University. May 1980

73. Corcoran P. E. and Ticks G.-H. Hydraulic Engine Mount Characteristics Socicry of Automotive Engineers 1984. Paper No. 840407.

74. Coulter J.P. Ductos T.G. Application of electrorheologlcal materials In vibration control Proceedings of the second International Conference on Electrorheological Fluids. 1989, p.300

75. Flower, Wallace C., Understanding Hydraulic Mounts for Improved Vehicle Noise. Vibration and Ride Qualities, SAE Paper 850975. 1985.

76. Graf, P. J. Li. and R. Shoureshi, "On Implementation of Adaptive Hydraulic Mounts", 1087, SAE Paper No. 870634.

77. Haia, H., and H. Tanaka, Experimental Method to Derive Optimum Engine Mount System for Idle Shake. SAE Paper 870961.

78. Johnson, Sicvcn. R. and J. W. Subhcdar, Computer Opiimization of Engine Mount Systems. SAE Paper 790974.

79. Kim G. and Singh R. Engine Vibration Control Using Passive, Active, and Adaptive Hydraulic Mount Systems. Society of Automotive Engineers, 1993. Technical Paper No. 932897.

80. Kyu. H. Lee, et. al.," Performance Design of Hyraulic Mount for Low Frequency Engine Vibration and Noise Control", SAE Paper 941777,1994.

81. Matthew Brach, R. et. al.,"0n the dynamic Response of Hydraulic Engine Mount", SAE Paper 931321.