ГРНТИ 68.85 Механизация и электрификация сельского хозяйства
ОКСО 35.06.04 Технологии, средства механизации и энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве
Работа любой машины включает три периода работы: пуск и разгон, установившееся движение, торможение и остановка. В периоды пуска и торможения возникают большие динамические нагрузки, отрицательно влияющие на прочность элементов машины и перегрузку источника привода. Цель исследования – определить динамические нагрузки в период пуска машины и найти варианты их снижения. Определены математические значения динамических нагрузок на примере пространственного смесителя от вращающихся элементов привода. Установлено, что динамические моменты от вращающихся элементов привода в несколько раз больше таковых от статических нагрузок. Показаны практические методы уменьшения этих нагрузок использованием соединительной упругой муфты, устранением муфты из конструкции, изготовлением ее из композитных материалов и увеличением времени пуска электродвигателя. Значимость полученных результатов для машин, использующих передачи через муфты, заключается в существенном снижении влияния динамических нагрузок во время пуска на элементы и источник привода и увеличение ресурса работы и производительности машин в целом.
переменная угловая скорость, ускорение, динамические нагрузки от вращающихся элементов привода, композитные материалы.
Многие машины (грузоподъемные, смесители периодического действия, и т.п.) имеют цикличный характер работы, который характеризуется повторно-кратковременным режимом. Особенность работы заключается в количестве включений в час. Так, у грузоподъемных кранов при легком режиме происходит 60 включений в час, а при весьма тяжелом – 360 включений в час. У пространственных смесителей число включений около 30 в час.
Периоды с переменной скоростью движения относятся к нестационарному режиму, при котором возникают большие динамические давления от того, что звенья машины в эти периоды имеют переменные скорости движения, в результате чего возникают ускорения и соответственно движению силы или моменты инерции.
Известны теоретические исследования динамики привода механизма подъема [1], экономико-математическая модель работы крана [2], расчет и конструирование кранов [3.4], расчет конструкций и теория электропривода кранов [5,6,7], анализ и синтез крановых систем [8], напряженное состояние сталежелезобетонных балок [9], положения и законы теоретической механики [10], публикации зарубежных авторов [11,12] и др.
Теоретические исследования касались общих показателей работы механизмов грузоподъемных машин, характеризовались громоздким математическим аппаратом вычислений и сложными компьютерными программами, использование которых производственникам затруднено.
В опубликованных работах мало уделено внимание тщательному анализу работы механизма в период пуска и торможения с учетом динамических показателей, роль и влияние муфты на динамику пуска.
Цель работы – выявить и определить динамические инерционные моменты в период пуска механизма или машины, их воздействие на элементы передачи и источник привода, роль муфты в динамике, предложить практические решения по уменьшению динамических величин.
Исследование и анализ результатов. В качестве исследования примем устройство, сконструированное на базе пространственного четырехзвенного механизма с вращательными шарнирами, относящееся к новому направлению в теории пространственных механизмов, это универсальный смеситель-галтователь. Выбором устройства охватываем два важных момента: исследование динамики периода пуска машины и исследование конкретного нового пространственного смесителя.
Конструкция смесителя включает раму 1, на которой установлен электродвигатель 2, соединенный посредством муфты 3 с редуктором 4 (рисунок 1, верхний). На раме 1 установлены стойки 5 и 6, в стаканах которых шарнирно расположены пространственные кривошипы 7,8, последние также шарнирно соединены с пальцами 9 и 10 корпуса емкости 11. Пальцы 9 и 10 жестко установлены на корпусе емкости под углом скрещивания α на кратчайшем расстоянии ℓ, кривошипы имеют другой угол β скрещивания и длину ℓ1. Параметры смесителя связаны между собой соотношением:
ℓ/ℓ1=sin α/sin β. (1)
В корпус емкости 11 вставляется сменный контейнер 12 с обрабатываемым материалом и закрепляемым там винтовым прижимом 13.
Шарнирные соединения кривошипов выполнены на подшипниках скольжения (как показано на рисунке) или подшипниках качения, что предпочтительнее в производственных смесителях.
При динамическом исследовании смесителя использованы положения динамики машин: метод кинетостатики, приведение сил и моментов к одному звену, принцип Даламбера, условие равновесия сил и моментов из теоретической механики.
Поставленная задача решается приведением сил и моментов к ведущему звену-ротору электродвигателя с жестко закрепленными с ним муфтой и ведущим валом редуктора. Здесь многозвенный механизм смесителя заменяется эквивалентным по действию двухзвенным механизмом, кинематическая схема которого показана на рисунке1, нижний.
1. Анферов В. Н., Демиденко О. В., Кузнецов С. М., Серов М. Ю., Васильев С. И. Экономико-математическая модель работы стреловых кранов // Строительные и дорожные машины. 2014. № 4. С. 35 - 40.
2. Абрамов Б. Н., Гнездилов С. Г. Исследование динамических нагрузок мостового крана при работе механизма подъема: М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2013. 55 с.
3. Мандровский К. П. Анализ динамики грузоподъмных кранов методом приведенных расчетных схем: М.: МАДИ, 2014. 16 с.
4. Колода С. Ф. Расчет и конструирование крановых механизмов / Мариуполь: Приазовский государственный технический университет, Азовье, 2011. 345 с.
5. Александров М. П., Л. Н. Колобов, И. Н. Лобов и др. Грузоподъемные машины. М.: Машиностроение, 2000. 400 с.
6. Анферов В. Н., Кузнецов С. М., Васильев С. И. Имитационная модель оценки организационно-технологической надежности работы стреловых кранов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. № 1 (649). С. 70 - 78.
7. Москаленко В. В. Привод электрический. М.: Изд-во ИЦ «Академия», 2005. 368 с.
8. Герасимяк Р. П. Анализ и синтез крановых электромеханических систем / Р. П. Герасимяк В. А., Лещев. Одесса: СМИЛ, 2008. 192 с.
9. Замалиев Ф.С. Напряженное состояние преднапряженных сталежелезобетонных балок от действия эксплуатационных нагрузок // Известия КазГАСУ, №3(41). 2017. С. 87-97.
10. Бухгольц Н. Н. Основной курс теоретической механики. Ч.1, СПб.:, 2009. 480 с. ; Ч.2. СПб.: Лань, 2009. 336 с.
11. Perez A. and McCarthy J. M. Dimensional Synthesis of Bennett Linkages, Transactions of the ASME, Vol. 125, 2003. P. 98-104.
12. Hofmann S., Storz M. Doppelschraubgetriebe // Sonderdruck aus Ant-riebstechnik 34, 1995. № 8.
13. Мудров А. Г. Анализ работы механизма подъема грузоподъемных машин // Вестник КазГАУ. № 2, 2015. С. 66 -70.
14. Mudrov A. G. Analiz raboty mehanizma pod'ema gruzopod'emnyh mashin // Vestnik KazGAU. № 2, 2015. S. 66 -70.
