Динамика многопоршневых виброударных механизмов с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат наук Никифорова, Ирина Владимировна

• Никифорова, Ирина Владимировна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Никифорова, Ирина Владимировна

Оглавление

Введение

1. Состояние вопроса. Обзор научной литературы по теории виброударного погружения

2. Математическая модель виброударного механизма с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний

2.1 Динамика двухпоршневого виброударного механизма без учета масс поршней-ударников

2.2 Динамика двухпоршневого виброударного механизма с учетом масс поршней-ударников

2.3 Динамика трехпоршневого виброударного механизма

3. Динамика виброударного механизма с учетом влияния обрабатываемой среды

3.1 Модель виброударного механизма с двумя ПУ с учетом обрабатываемой среды, в котором среда представлена в виде упруго-закрепленной массы

3.2 Модель виброударного механизма с одним ПУ с учетом обрабатываемой среды в виде пробки

3.3 Модель виброударного механизма с двумя ПУ, в которой сила сопротивления зависит от величины предыдущей осадки грунта

4. Программный комплекс для численного исследования динамики виброударного механизма с КШВК

4.1. Программное обеспечение для расчета ударно-колебательной системы с неподвижным ограничителем

4.2. Описание алгоритмов, разработанных во 2 и 3 главах, используемых при написании программы

4.3. Создание цифрового прототипа виброударного механизма с КШВК в системе трёхмерного твердотельного и поверхностного параметрического проектирования Autodesk Inventor

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика многопоршневых виброударных механизмов с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний»

Введение

Актуальность темы исследования. Технический прогресс ряда отраслей народного хозяйства связан с интенсификацией отдельных технологических процессов, которые в последнее время успешно решаются применением механизмов и машин, основанных на принципе виброударного действия.

В настоящее время виброударные машины и механизмы применяются в различных отраслях промышленности, горном деле, медицине, быту и т.д. Особенно широкое распространение, как в нашей стране, так и за рубежом они нашли в строительстве (промышленном, гражданском, дорожном, гидротехническом): виброударные машины для погружения и извлечения свай, шпунта, труб, балок, оболочек, конструкций, для разработки и рыхления мерзлых грунтов, виброударные трамбовки, дробилки, мельницы и т.п. Объем производственных работ, выполняемых различными виброударными машинами в настоящее время настолько велик, что проблема создания высокопроизводительных и надежных систем (механических, электрических, а также пневматических и гидравлических) является актуальной.

Дальнейшее развитие виброударных машин и механизмов невозможно без глубоких научных исследований, поскольку большинство лежащих на поверхности эффектов уже получило применение, поэтому каждый действительно новый шаг все труднее сделать без теоретического обоснования.

Кроме того, исследования виброударных систем представляют существенный интерес и с точки зрения общей теории нелинейных колебаний. Это определяет актуальность теоретических исследований в области виброударных механизмов.

Степень разработанности темы

В разработке и исследовании всех типов виброударных систем внесли фундаментальный вклад ученые как в нашей стране А.Е. Кобринский, Ю.И. Неймарк, И.И. Блехман, В.И. Бабицкий, В.К. Асташев, М.И.Фейгин, Л.Я. Банах, Л.В. Беспалова, Р.Ф. Нагаев, В. Крупенин, так и за рубежом H.K.Ragulskis, E.Pavlovskaia, M.Wiercigroch, Ko-Choong Woo и многие другие. В связи с тем, что под воздействием вибраций в грунте происходят сложные явления, возникают трудности, связанные с подбором оптимальных параметров вибропогружателей. Поэтому наряду с разработкой новых конструкций вибрационных и виброударных машин ведется теоретическое изучение процесса вибропогружения. Среди существующих теоретических исследований можно выделить два направления. Первое - это теория вибропогружения Д.Д. Баркана. В работах выдвигалось предположение, что под действием вибраций механические свойства грунта резко меняются, и он становится подобным вязкой жидкости с коэффициентом вязкости, существенно зависящим от ускорения вибраций грунта вблизи сваи. Построенная на этом предположении теория позволила объяснить основной экспериментальный факт, заключающийся в том, что при наличии вибраций сравнительно небольшой собственный вес установки оказывается достаточным для обеспечения быстрого проникновения сваи в грунт на значительную глубину. Второе направление - теория процесса вибропогружения, предложенная Ю.И. Неймарком. В работах Ю.И.Неймарка изучается процесс вибропогружения в случае упругого грунта т.е. грунта, для которого с достаточным приближением смещение под действием силы трения о шпунт можно считать пропорциональным величине этой силы. В настоящее время продолжаются активные исследования, как отечественными, так и зарубежными учеными, влияния вибраций на грунт. Так, в работах E.Pavlovskaia, M. Wiercigroch, Ko-Choong Woo, A. Rodger показано, что динамика грунта, подвергающегося воздействию виброударной наземной системы прессования, может быть смоделирована простым

осциллятором, взаимодействующим с фрикционным ползуном. Теоретическое изучение виброударного метода погружения требует, прежде всего, исследования динамики виброударника. Исследованию вынужденных колебаний массы, ударяющейся о неподвижный ограничитель, посвящен целый ряд работ: И.Г. Русакова и А.А. Харкевича, Л.В. Беспаловой, А.Е. Кобринского, В.С. Метрикина, И.И. Быховского, А.Д. Дороховой, Л.Б. Зарецкого и С.И. Лукомского, В.И. Бабицкого, М.И. Фейгина, R.I. Leine, T.F.Heimsch, J.J.B. Biemond, N. Van de .Wouw, W.P.M.H. Heemols, R.G. Sanfelice, H.Nijmeijer и другие.

Цель и задачи диссертационной работы - создание математического и программного обеспечения для исследования динамики виброударного механизма с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи.

1. Разработка адекватных математических моделей различных типов виброударных механизмов с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний (КШВК).

2. Создание методик, алгоритмов и комплекса программ для исследования динамических характеристик различных типов виброударных механизмов с КШВК

3. На основе сравнительного анализа результатов исследований разработка рекомендаций для настройки механизма с различным числом поршней-ударников (ПУ) на рабочий устойчивый периодический режим .

Научная новизна

1. Созданы математические модели виброударного механизма с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний с различным числом поршней-ударников, учитывающие геометрические особенности конструкции и характер обрабатываемой среды.

2. Изучены динамические характеристики механизмов с КШВК с неподвижным ограничителем при различных значениях параметров и числа поршней-ударников.

3. Изучено влияние свойств обрабатываемой среды при различных значениях параметров и числа поршней-ударников на динамические характеристики системы с КШВК.

Теоретическая значимость работы

Построена математическая модель исследуемой конструкции как основа создания реальных конструктивных решений подобных систем, разработаны методики и алгоритмы для исследования динамических характеристик рассматриваемых механизмов с КШВК.

Практическая значимость работы.

Разработанная методика численного анализа обеспечивает более полное понимание закономерностей процессов перестройки от основных режимов движения (с поочередными ударами каждым из поршней-ударника) к более сложным, включая стохастические, и может быть использована при решении как прикладных, так и научных задач.

Методология и методы диссертационного исследования.

Аналитические исследования проводились методами теоретической механики, теории нелинейных колебаний, теории устойчивости и численного анализа. Для решения поставленных задач, в частности, был применен метод точечных отображений, метод линеаризации для движений с ударами. При моделировании и численном анализе использовалась система Maple 10 (лицензия номер Q259EA6NAW4D6TPD). Программное обеспечение разработано на языке высокого уровня С++ в среде Borland Developer Studio 2006 ( license Certificate Number: 24247). Цифровой прототип

виброударного механизма построен в среде Autodesk Inventor 2015 (бесплатная студенческая версия http://students.autodesk.com/).

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Математические модели и динамика виброударных механизмов с КШВК, учитывающие геометрические особенности конструкции.

2. Методики, алгоритмы и комплекс программ для расчета в пространстве параметров механизма областей существования устойчивых режимов движения произвольной сложности.

3. Оценка влияния динамических параметров механизма на существование устойчивых периодических движений различных типов.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов.

Достоверность полученных в работе результатов подтверждается согласованностью аналитических и численных результатов, их непротиворечивостью и соответствием общепризнанным и опубликованным ранее данным.

Апробация полученных результатов: основные результаты были представлены на следующих научных мероприятиях:

1. XIII Всероссийская научная конференция «Нелинейные колебания механических систем», Нижний Новгород, 2008 г.

2. X Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Нижний Новгород, 2011г.

3. XII Международная конференции «Устойчивость и колебания нелинейных систем управления» (конференция Пятницкого), Москва, 2012 г.

4. IX Всероссийская научная конференция им.Ю.И. Неймарка «Нелинейные колебания механических систем», Нижний Новгород, 2012 г.

5. Всероссийская конференция «Некоторые актуальные проблемы современной математики и математического образования. Герценовские чтения», Санкт - Петербург, 2013 г.

6. Международная конференция «Dynamical system Modelling and Stability investigation», Kiev, Ukraine, 2013 г.

7. XII Всероссийское совещание по проблемам управления. ВСПУ, Москва, 2014 г.

8. 43-е Научно-футурологические чтения памяти А.С.Попова, Нижний Новгород, 2014 г.

9. Международная конференция «The 1st IFAC Conference on Modelling Identification and Control of Nonlinear Systems», Санкт-Петербург,

2015 г.

10. XI Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Казань, 2015 г.

11. XIII Международная конференции «Устойчивость и колебания нелинейных систем управления» (конференция Пятницкого), Москва,

2016 г.

12. Международная конференция «Vibroengineerig-2016: Dynamics of strong nonlinear systems», Москва, 2016 г.

Публикации. Основные научные положения и результаты диссертации опубликованы в 5 печатных работах в журналах из перечня ВАК Минобрнауки России [51-53,55,69] и 9 прочих печатных работах [50,54,5659,67,68,96].

Личный вклад автора. Разработка методик и алгоритмов, создание программного комплекса для численно-аналитического исследования динамических характеристик виброударных механизмов с КШВК при различных значениях параметров и с различным числом поршней-ударников без учета свойств обрабатываемой среды [51-59,67-69,96] и с учетом свойств

обрабатываемой среды [50], численное исследование и анализ полученных результатов [50-59,67-69,96]. В совместных работах Метрикину В.С. принадлежит постановка задач, общее руководство исследованиями и обсуждение результатов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы; содержит 58 рисунков, библиографический список из 100 наименований, всего 127 страниц.

1. Состояние вопроса. Обзор научной литературы по теории виброударного погружения

Значительный вклад в создание теоретических основ современного машиностроения в его разнообразных направлениях внесли отечественные ученые: И.И. Артоболевский [3,5], К.В. Фролов [85,86], И.И. Блехман [25,26,27], П.С. Ланда [66] , Я.Г. Пановко [70], К.С. Колесников, Ф.Л. Черноусько и др. Известны труды зарубежных авторов: С.П. Тимошенко [80], Д.П. Ден-Гартога, И.Е. Морзе, Кин Н. Тонга, Г. Каудерера и др. В создании теоретических основ вибрационных и виброударных машин известны работы С.А. Цаплина [89,90], Р.Ф. Ганиева [33,34], И.И. Блехмана [27], А.Е. Кобринского [43,44], И.И. Быховского [31], Р.Ф. Нагаева [61,62], В.И. Бабицкого [8], М.Я. Израйловича [9,10], Л.Я. Банах [11,12,13], М.И. Фейгина [84] и другие [32,36,37,38,41,49,60,71,72,73,75,81,87,88,91,93] Вопросам изучения особенностей вибрационных и виброударных взаимодействий посвящены работы Ю.И. Неймарка [63,64], Л.В. Беспаловой [21,22,23], В.К. Асташева [2,6,7], В.И. Бабицкого [8], А.Е. Кобринского [44], А.П. Бабичева, М.С. Поляка, Г.Я. Пановко, R.I. Leine and T.F. Heimsh [97], E. Pavlovskaia, M.Wiercigroch, Ko-Choong Woo and A. Rodger [95,98,99,100] и другие [39,40,46,47,78,91].

Идея вибрационного метода забивки и извлечения свай и шпунтов известна давно [15,76]. На его основе Д.Д. Барканом был разработан вибрационный метод погружения, состоящий в том, что погружаемому телу (шпунту, трубе, свае и т.д.) с помощью вибратора, прикрепленного к его верхнему концу, сообщаются продольные колебания. Наличие вибраций приводит к тому, что шпунт начинает погружаться при относительно малых статических усилиях, приложенных в направлении погружения и даже под действием собственного веса.

В 1947 г. на основании ряда опытов, проводившихся с подпружиненным вибратором [76], было замечено, что при ограничении

амплитуды колебаний вибратора последний при определенных параметрах совершает периодические движения, которые нельзя было объяснить, исходя из известных теоретических работ.

В связи с тем, что совмещение вибрации с ударами практически не было осуществлено в строительных машинах, а эффект от одностороннего ограничения амплитуд, т.е. введения в режим вибраций ударов, был велик, в 1948 г. С.А. Цаплин приступил к изучению этого вопроса.

Вопрос о колебании массы на пружине, соударяющейся с ограничителем, был, насколько известно, впервые рассмотрен И.Г. Русаковым и А.А. Харкевичем [74]. В своей работе И.Г. Русаков и А.А. Харкевич провели решение этой задачи, исследовали область периодических движений вибратора при наличии ударов, изучили некоторые зависимости влияния коэффициента восстановления скорости при ударе на область устойчивых периодических движений, обнаружили из опытов, что при введении ударов резонансная частота такой системы не совпадает с собственной частотой, и сделали вывод о повышении собственных частот при резонансе.

Этими учеными была дана теория вынужденных колебаний массы, ударяющейся об ограничитель, для одного частного случая, когда движение совершается с периодом, равным периоду внешней силы.

Несмотря на то, что данные, полученные в работе [74] не всегда совпадали с опытными и экспериментальными результатами, исследования, проделанные И.Г. Русаковым и А.А. Харкевичем, представляли большой научный интерес и получили дальнейшее развитие в теории виброударных машин.

В период с 1948 г. по 1953 г. С.А. Цаплиным была разработана теория виброударных машин, сконструированы и испытаны: вибромолот для забивки свай и шпунта, вибротрамбовка для уплотнения цементного бетона и виброударный каток для уплотнения асфальтобетона.

Испытания предложенных С.А. Цаплиным машин в открытых и изученных им режимах ударных колебаний показали большие технико-экономические преимущества их по сравнению с вибрационными. При использовании виброударных машин, из-за того, что на шпунт вместе с периодической внешней силой действуют удары, увеличивается погружающая способность в глинистые грунты, растет глубина погружения шпунта, возникает возможность выдергивания шпунта без каких-либо статических усилий и пр.

В настоящее время существует целый ряд различных типов вибрационных и виброударных машин, имеющих разнообразное назначение - конструкции Д.Д. Баркана [14]. В.Н. Тупикова, О.А. Савинова [76], А.Я. Лускина, Б.П. Татарникова и ряда других исследователей и конструкторов [14,76].

В связи с тем, что под воздействием вибраций в грунте происходят сложные явления, возникают трудности, связанные с подбором оптимальных параметров вибропогружателей. Поэтому наряду с разработкой новых конструкций вибрационных и виброударных машин ведется теоретическое изучение процесса вибропогружения.

Среди существующих теоретических исследований можно выделить два направления. Первое - это теория вибропогружения Д.Д. Баркана. В работах [16,17] выдвигалось предположение, что под действием вибраций механические свойства грунта резко меняются, и он становится подобным вязкой жидкости с коэффициентом вязкости, существенно зависящим от ускорения вибраций грунта вблизи сваи. Построенная на этом предположении теория позволила объяснить основной экспериментальный факт, заключающийся в том, что при наличии вибраций сравнительно небольшой собственный вес установки оказывается достаточным для обеспечения быстрого проникновения сваи в грунт на значительную глубину. Другие существенные закономерности процесса вибропогружения не

укладываются в рамки указанной теории. Среди них можно отметить следующие:

1. При фиксированных параметрах сваи, грунта и вибратора глубина погружения ограничена.

2. Погружение сваи возможно лишь при условии, что давление на грунт (в простейшем случае - вес установки) превосходит определенную величину; при дальнейшем увеличении давления скорость сначала резко возрастает, но затем практически остается постоянной.

3. При достаточно малых амплитудах вибраций погружение сваи не происходит, независимо от величины амплитуды ускорения.

4. В некоторых случаях четко наблюдается явление резонанса; характер резонансной кривой типичен для нелинейных систем.

В более поздних работах Д.Д. Баркана [18,19] принимается, что движение сваи может быть описано известным нелинейным дифференциальным уравнением

х + 2пх + Л2 х -ух3 = Лш2 ътШ.

Подобное предположение позволило объяснить четвертый из перечисленных выше экспериментальных фактов, однако не объясняет другие важные закономерности.

Второе направление - теория процесса вибропогружения, предложенная в работе Ю.И. Неймарка [64], в которой сопротивление грунта движению сваи моделировалось силой, подобной силе сухого трения, а зависимость между давлением конца шпунта на грунт и его осадкой давалось графиком. Таким путем удалось прийти к объяснению быстрого погружения вибрирующей сваи. Грунт в простейшем случае принимался неподвижным. Однако это предположение не всегда допустимо. Поэтому в работе Ю.И Неймарка [63] изучается процесс вибропогружения в случае упругого грунта, т.е. грунта, для которого с достаточным приближением смещение под действием силы трения о шпунт можно считать пропорциональным величине этой силы. Получаемые нелинейные уравнения движения шпунта и грунта

исследуются приближенно методом гармонического баланса с соответствующим дополнением, поскольку установившийся режим не является периодическим, а в случае простейшей модели исследуются точно методом точечных преобразований. При этом выражения для средней скорости движения сваи найдены в явной форме лишь в двух частных случаях, когда либо торцевая, либо боковая составляющие реакции грунта равны нулю. Разыскание средней скорости в общем случае связано со значительными вычислениями; для их облегчения Ю.И. Неймарк привел в работе специальные номограммы.

Одновременно теоретическое исследование процесса было выполнено в работе М.Я. Кушуля и А.В. Шляхтина [48] и статье И.И. Блехмана [25].

В статье М.Я. Кушуля и А.В. Шляхтина [48] уравнения движения сваи для упруго-пластической модели сопротивления грунта решаются методом поэтапного интегрирования. Установившиеся режимы движения сваи разыскиваются при этом методом подбора начальных условий, использование которого, в конечном счете, сводится к численному решению некоторой системы трансцендентных уравнений довольно громоздкой структуры. Эти уравнения решены для двух конкретных случаев при заданных числовых значениях основных параметров.

В статье И.И. Блехмана [25] уравнение движения сваи в случае упруго-пластической модели сопротивления грунта записано в несколько иной форме, чем это сделано в работах Ю.И. Неймарка [63,64], М.Я. Кушуля и А.В. Шляхтина [48]. Не прибегая к решению этого уравнения, удается в общем случае исследовать характер возможных установившихся режимов движения сваи и установить условия их существования. В книге И.И. Блехмана и Г.Ю. Джанелидзе [27] получены соотношения, выражающие необходимые и достаточные условия существования и устойчивости установившихся режимов того или иного типа, а также формулы для вычисления средней скорости, максимальной глубины и времени погружения

и извлечения сваи. Полученные результаты объясняют все перечисленные выше экспериментальные факты.

О.А. Савиновым и А.Я. Лускиным [76] было предложено учитывать инерцию грунта путем введения «присоединенной» массы грунта.

В работе О.Я. Шехтер [92] на основе решений, изложенных в [63] построены графики, при помощи которых могут быть выявлены зависимости скорости вибропогружения от параметров вибратора и рода грунта.

В работе Л.В. Беспаловой [22] рассматривается модель системы шпунт-грунт в той же идеализации, как и при виброзабивке у Ю.И. Неймарка [63] для случаев периодического движения шпунта с периодом, равным периоду внешней силы, при виброударном выдергивании и при погружении. Было обнаружено, что скорость выдергивания растет с ростом величины ударных импульсов и периодически меняется с изменением частоты ударов, причем максимальная скорость достигается на частоте, несколько меньшей собственной частоты колебаний шпунта на упругом основании.

Следует отметить, что представление об упруго-пластическом характере сопротивления грунта при весьма медленном вдавливании сваи было развито Н.М. Герсевановым еще в 1917 г. [35] и в настоящее время является общепризнанным. Новым в перечисленных выше работах было использование упруго-пластической модели для исследования сравнительно быстрых колебательных движений сваи. Подобный прием является приближенным, однако он может считаться вполне оправданным, т.к. полученные результаты расчета хорошо согласуются с экспериментальными данными. В пользу упруго-пластической модели говорят также результаты работы И.И. Артоболевского, А.П. Бессонова, Н.П. Раевского [5], где зависимость силы сопротивления грунта от осадки сваи при вибрационном погружении определялась непосредственным измерением с помощью специальной аппаратуры.

В настоящее время продолжаются активные исследования, как отечественными, так и зарубежными учеными, влияния вибраций на грунт.

Так, в [98] исследуется математическая модель виброударной наземной системы прессования. В работе показано, что динамика грунта, подвергающегося воздействию данной системы, может быть смоделирована простым осциллятором, взаимодействующим с фрикционным ползуном. В работе [77] самопередвигающаяся вибротрамбовка представлена как колеблющаяся одномассная система, совершающая вынужденные колебания под действием вынуждающей силы и постоянно действующей силы, возникающей от статического давления подрессорной части. В [77] показано, что с точки зрения устойчивости виброуплотнения грунтов в процессе перемещения вибротрамбовки целесообразно уплотнять рыхлый грунт на более высоких скоростях. При этом разница между начальным коэффициентом уплотнения и коэффициентом уплотнения после данного прохода должна быть такой, чтобы контактное напряжение не превышало предел прочности уплотняемого грунта.

Теоретическое изучение виброударного метода погружения требует, прежде всего, исследования динамики виброударника [23].

Исследованию вынужденных колебаний массы, ударяющейся о неподвижный ограничитель, посвящен целый ряд работ: И.Г. Русакова и А.А. Харкевича [17], Л.В. Беспаловой [8], А.Е. Кобринского [43,44], В.С. Метрикина [24,30], И.И. Быховского, А.Д. Дороховой, Л.Б. Зарецкого и С.И. Лукомского [12], В.И. Бабицкого [8], М.И. Фейгина [84], R.I. Leine, T.F.Heimsch [97], J.J.B. Biemond, N. Van de .Wouw, W.P.M.H. Heemols, R.G. Sanfelice, H.Nijmeijer [94] и другие.

В последнее время наряду с ударно-вибрационными механизмами с дебалансным возбудителем колебаний достаточно широкое применение в строительстве нашли эксцентриковые ударно - вибрационные механизмы с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний [1,28]. В основу нового конструктивного решения был положен принцип «перевернутого вибратора», у которого рабочий орган, являясь дебалансом, шарнирно посажен на эксцентриковом валу и уравновешен при вращении дебалансом. Силовой

импульс, передаваемый поверхности (грунту, сваи и т.п.), возникает как за счет распора с плечом эксцентрикового вала, так и за счет кинетической энергии падения рабочего органа. Эффективность уплотняющих и погружающих машин существенно зависит не столько от количества энергии передаваемой обрабатываемой среде, сколько от характера передачи этой энергии - «формы» импульса, которую следует изменять за счет перераспределения отдельных динамических факторов единичного цикла нагружения. Очевидно, что плотная и вместе с тем прочная структура грунта достигается лишь в том случае, когда в процессе уплотнения удельное давление на поверхности контакта рабочего органа с грунтом повышается постепенно, нижняя граница которого определяется физическими свойствами грунта в исходном по отношению к процессу уплотнения состоянии, а верхняя - пределом прочности грунта или технологическими условиями. В этой связи параметры таких машин и механизмов следует определять из условий близких к квазипластическому взаимодействию. При этом частота следования импульсов в каждом одиночном цикле должна быть такой, чтобы исключить возможность развития упругого последействия обрабатываемой среды в промежутках между импульсами. Такой многоимпульсный способ нагружения может быть реализован с помощью многоударниковых эксцентриковых ударно - вибрационных механизмов с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний, конструкция которых позволяет достаточно просто регулировать режимы работы посредством изменения геометрии кинематических связей и решать задачи уплотнения грунтов в стесненных условиях промышленного и гражданского строительства

2. Математическая модель виброударного механизма с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний

Рассматриваемый ударно - вибрационный механизм (рис. 2.1) состоит из корпуса 1, с расположенным в нем эксцентриковым валом 2 с маховиками на концах. На этом валу установлены эксцентриковые механизмы 3, каждый из которых состоит из двух эксцентриков, вставленных друг в друга с возможностью изменения положения шайб, что позволяет регулировать величины эксцентриситетов г и сдвигов по фазам (рг между ними (/ = 1,2, ..., Ы). На свободных концах шатунов установлены шарнирно поршни -ударники (ПУ) 4. Эксцентриковые механизмы вместе с шатунами и ПУ преобразуют вращательное с постоянной циклической частотой вращения маховика с движение вала в возвратно - поступательное движение корпуса относительно стоек 5. ПУ расположены один внутри другого и ударяются каждый по своей наковальне высоты К .

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Никифорова, Ирина Владимировна, 2017 год

Список литературы

1. А.с. 1020479 СССР. Вибротрамбовка / Шилков. В.А., Савалюк А.Д., Метрикин В.С., Поляков А.А., Шабардин А.К., Алехин А.И., Омененко И.Я. (СССР) - N 3376593/29-33; заявлено 05.01.1982; опубликовано 30.05.1983. Бюл. N 20.

2. Антипов В.И., Асташев В.К. О принципах создания энергосберегающих вибрационных машин.//Проблемы машиностроения и надежности машин, № 4, 2004. - С.3-8.

3. Артоболевский И.И. Теория механизмов. М.:Наука, 1988. - 640 с.

4. Архангельский А.Я. C++Builder 6. Справочное пособие. М.:Бином-Пресс, 2002. - 544 с.

5. Артоболевский И.И., Бессонов А.П., Раевский Н.П. Динамические эпюры давления грунта на сваю, погружаемую вибрационным методом.//Известия АН СССР, ОТН, № 7, 1954.

6. Асташев В.К. Исследование виброударной системы с распределенными параметрами.// В сб. «Механика машин», вып.17-18, 1968.

7. Асташев В.К., Герц М.Е. К теории вибрационного перемещения.//Изв. АН СССР. МТТ, № 11, 1978.

8. Бабицкий В.И. Теория виброударных систем: приближенные методы. М.:Наука, 1978. - 352 с.

9. Бабицкий В.И., Израилович М.Я. Установление периодических колебаний в линейных стационарных вибрационных системах//Машиноведение, № 1, 1976. - С.34-38.

10. Бабиций В.И., Коловский М.З. К теории виброударных систем//Машиноведение, № 1, 1970.

11. Банах Л.Я. Исследование динамики регулярных и квазирегулярных систем с поворотной симметрией.//Машиноведение, № 3, 1984.

12. Банах Л.Я., Никифоров А.Н. Математическая модель виброударного взаимодействия ротора с уплотнительным кольцом//Проблемы машиностроения и надежности машин, № 4. 2011. - С.23-30.

13. Банах Л.Я., Перминов М.Д. Исследование динамических свойств резонансных вибромашин с помощью амплитудно-фазовых частотных характеристик.//Ст.в сборнике статей «Нелинейные колебания и переходные процессы в машинах», АН СССР, Государственный НИИ машиноведения, М., 1972. - С.209-216.

14. Баркан Д.Д. Виброметод в строительстве. М.: Госстройиздат, 1959.

15. Баркан Д.Д. О применении вынужденных колебаний в свайных работах.// Строительная промышленность, 1935, № 8.

16. Баркан Д.Д. Погружение металлического шпунта вибрированием.// Гидротехническое строительство, 1950, № 3.

17. Баркан Д.Д. Устройство оснований сооружений с применением вибрирования. М.: Машстройиздат, М, 1950.

18. Баркан Д.Д. Экспериментальные исследования погружения в грунт и выдергивания из грунта вибратором БТ-12 шпунта, труб и свай. Сборник «Вибрации оснований и фундаментов». Труды НИИ оснований и фундаментов, 1953, № 22.

19. Баркан Д.Д. Экспериментальные исследования погружения в грунт свай, шпунта и труб. Механизация строительства, 1952, № 5.

20. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. Бином. Лаборатория знаний, 2003 - 640 с..

21. Беспалова Л.В. К теории виброударного механизма.//Известия АН СССР, ОТН, 1957, № 5.

22. Беспалова Л.В. К теории виброударной забивки.//Известия высших учебных заведений. Радиофизика, 1959, Т.2, № 4, стр.626 - 637.

23. Беспалова Л.В. Некоторые вопросы теории виброударного погружения . Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, 1960.

24. Беспалова Л.В., Метрикин В.С. К теории двухмассовой модели виброударника.//Изв.ВУЗ. Радиофизика. T.IX, № 2, 1966.

25. Блехман И.И. Исследование процесса вибрационной забивки свай и шпунтов.//Инженерный сборник, 1954, t.XIX.

26. Блехман И.И. К вопросу о расчете вибраторов для погружения и извлечения свай и шпунтов. Гидротехническое строительство, № 2, 1957.

27. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М.-Наука, 1964 - 412 с.

28. Бобылев Л.М. Уплотнение грунтов обратных засыпок в стесненных условиях строительства. М.: Стройиздат,1980. - 252с.

29. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.С. Курс теоретической механики. Том 2: Динамика. М.:Наука, 1979. - 544 с.

30. Бутенина Н.Н., Метрикин В.С. Применение теории управляемых динамических систем к исследованию динамики систем с ударными взаимодействиями. Ст. в журнале «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов». Т.1, № 1, 2010. - С.20-21.

31. Быховский И.И., Дорохова А.Д., Зарецкий Л.Б., Лукомский С.И. О некоторых периодических движениях и структуре фазового пространства ударно-колебательной системы с постоянной восстанавливающей силой.//Известия АН СССР, Механика и машиностроение, 1964, № 2.

32. Варганов С.А., Андреев Г.С. Машины для уплотнения грунтов и дорожно-строительных материалов. М.: Машиностроение, 1981 - 239 с.

33. Ганиев Р.Ф., Кононенко В.О. О влиянии вибрирующего основания на устойчивость колебаний твердого тела.//Прикладная механика, вып.7, 1967.

34. Ганиев Р.Ф., Украинский Л.Е. Динамика частиц при воздействии вибрации. Киев, 1975.

35. Герсеванов Н.М. Определение сопротивления свай. Собрание сочинений, Т.1, Стройвоенмориздат,1948.

36. Головачев А.С., Иванов В.П. Исследование виброударного погружения свай в грунт с упруго-вязко-пластическим сопротивлением. В кн.: Исследование вибрационного и виброударного погружения свай. Сб. науч. тр. ЦНИИС. - М.: Транспорт, 1968. - С. 37-61.

37. Головачев А.С. Пчелин И.К., Черняев В.И. Исследования виброударного погружения конструкций в грунт //Науч. тр. ЦНИИС, М.: Трансжелдориздат, 1960, - 134 с.

38. Дворцов В.С. Динамическое моделирование бесшатунного силового механизма.//Научно-технические ведомости С.-П. государственного политехнического университета, № 3(226), 2015. - С.102-110.

39. Закржевский М.В. Колебания существенно нелинейных механических систем. Рига. Занатне, 1980. - 189 с.

40. Закржевский М., Евстигнеев В., Щукин И., Смирнова Р., Шилван Э. Хаотические, субгармонические и виброударные режимы в билинейных системах.//В кн. В.К.Асташева, В.Л.Крупенина, Е.Б.Семеновой «Динамика виброударных (сильно-нелинейных) систем». РАН, М.-З., 2006. - С.112-116.

41. Зарецкий Л.Б. Задачи динамики ударно-вибрационных машин.//Сб.»Механика машин», вып.17-18, 1969.

42. Керниган Б.В., Ричи Д.М. Язык программирования СИ. Вильямс, 2016. -288 с.

43. Кобринский А.А., Кобринский А.Е. Виброударные системы. М.:Наука, 1973. - 592 с.

44. Кобринский А.А., Кобринский А.Е. Двумерные виброударные системы. Наука, 1981. - 336 с.

45. Концевич В.Г. Твердотельное моделирование машиностроительных изделий в Autodesk Inventor. М.:ДМК Пресс, 2007. - 672 с.

46. Крупенин В.Л. Математическое моделирование динамических систем, взаимодействующих посредством соударений.//Фундаментальные исследования, № 12-1, 2007. С.167-168.

47. Крупенин В.Л. Проблемы математического анализа виброударных систем.//Современные наукоемкие технологии, № 9, 2009. - С.94-95.

48. Кушуль М.Я., Шляхтин А.В. К теории вибрационного погружения цилиндрического стержня в упруго-пластическую среду.//Известия АН СССР, ОТН, 1954, № 1.

49. Маслов А.Г., Саленко Ю.С., Олейник С.В. Разработка вибрационного пресса для уплотнения контрольных асфальтобетонных образцов//Вестник ХНАДУ, вып.65-66, 2014. - С.49-54.

50. Метрикин В.С., Никифорова И.В. Динамика вибрационного механизма с учетом свойств обрабатываемой среды//Тезисы докладов XIII международной конференции «Устойчивость и колебания нелинейных систем управления», Москва, 2016, с.255-257.

51. Метрикин В.С., Никифорова И.В. Динамика кривошипно-шатунного механизма с учетом массы поршней ударников // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. № 6(1). 2012. С. 134-142.

52. Метрикин В.С., Никифорова И.В. Динамика трехпоршневого виброударного механизма с кривошипно - шатунным возбудителем колебаний //Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. № 1(1). 2014. С. 229-238.

53. Метрикин В.С., Никифорова И.В. К динамике систем с ударными взаимодействиями с неаналитической структурой фазового пространства//Автоматика и телемеханика. №8. 2013. С.91-102.

54. Метрикин В.С., Никифорова И.В. К динамике систем с ударными взаимодействиями с неаналитической структурой фазового пространства//Тезисы докладов XII международной конференции

«Устойчивость и колебания нелинейных систем управления», Москва,

2012, с.237-238.

55. Метрикин В.С., Никифорова И.В. К теории виброударной системы с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний //Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2010, №5(1), с.185-192.

56. Метрикин В.С., Никифорова И.В. К теории трехпоршневого виброударного механизма с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний//Труды XII Всероссийского совещания по проблемам управления ВСПУ-2014, Москва, 16-19 июня 2014, с.4620-4629.

57. Метрикин В.С., Никифорова И.В. Математическое моделирование системы с ударными взаимодействиями с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний//Материалы LXVI Международной конференции «Герценовские чтения-2013», Санкт-Петербург,

2013,с.255-259.

58. Метрикин В.С., Никифорова И.В. Сравнительный анализ динамики кривошипно-шатунных механизмов с учетом и без учета масс поршней// Труды IX Всероссийской научной конференции им. Ю.И. Неймарка «Нелинейные колебания механических систем», Нижний Новгород, 2012, с.653-660.

59. Метрикин В.С., Никифорова И.В. Численно-аналитическое исследование динамики двухпоршневого виброударного механизма//Труды VIII Всероссийской научной конференции «Нелинейные колебания механических систем», т.2, Нижний Новгород, 22-26 сентября 2008, с.155-159.

60. Минаев О.П. Метод уплотнения оснований и сооружений вибропогружателем шпунта в гидроэнергетическом строительстве.//Научно-технические ведомости С.-П. государственного политехнического университета, №1(214), 2015. - С.79-88.

61. Нагаев Р.Ф. Периодические режимы вибрационного перемещения. М.: Наука, 1978. - 160 с.

62. Нагаев Р.Ф., Ходжаев К.Ш. Синхронные движения в системе объектов с несущими связями.//ПММ. Т.31, вып.4, 1967.

63. Неймарк Ю.И. Теория вибрационного погружения и вибровыдергивания.//Инженерный сборник, 1953, т. XVI.

64. Неймарк Ю.И. Теория вибрационного погружения шпунта. //Гидротехническое строительство, 1952, № 4.

65. Неймарк Ю.И. Метод точечных отображений в теории нелинейных колебаний. М.: ЛИБРОКОМ, 2010. - 472 с.

66. Неймарк Ю.И., Ланда П.С. Стохастические и хаотические колебания. М.:Наука, 1987. 423 с.

67. Никифорова И.В. Динамика виброударного механизма с кривошипно-шатунным возбудителем колебаний// Труды XI Всероссийского съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Казань, 20 - 24 августа 2015 года. С. 2783-2785.

68. Никифорова И.В. Исследование динамики двухпоршневого виброударного механизма.//Труды X Всероссийского съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, т.2, Нижний Новгород, 2011, с.

69. Никифорова И.В., Исследование динамики двухпоршневого виброударного механизма с учетом масс поршней. //Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. № 4. 2011. С. 251252.

70. Пановко Я.Г., Бессер Я.Р. Элементарная теория вибротранспорта при одновременном действии сил сухого и вязкого трения. Сб.статей «Вопросы динамики и динамической прочности», вып.III, Издание АН Латвийской ССР, Рига, 1959.

71. Прокопьев А.П., Иванчура В.И., Емельянов Р.Т. Моделирование процесса уплотнения асфальтобетонной смеси вибрационным катком с учетом числа проходов.//ММТТ, №2(84), 2016. - С.209-213.

72. Рагульскене В.Л. Виброударные системы. Вильнюс, Минтис, 1974. - 320 с.

73. Рагульскис К.М. Механизмы на вибрирующем основании. Каунас. Изд-во АН Лит. ССР, 1963.

74. Русаков И.Г., Харкевич А.А. Вынужденные колебания системы, ударяющейся об ограничитель. Журнал Технической Физики, ^XII, вып. 11 - 12, 1942.

75. Савельев С.В., Михеев В.В. Исследования напряженно-деформируемого состояния упруго-вязкой среды при вибрационном нагружении//Вестник СибАДИ, вып.3(25). - 2012. - C.83-87.

76. Савинов О.А., Лускин А.Я. Вибрационный метод погружения свай и применение его в строительстве. Госстройиздат, Л., 1960.

77. Саляев С.И., Кравченко И.Н., Саляев Н.И., Марковчин С.Г. Методика расчета параметров и определение рациональных режимов работы адаптивной системы «вибротрамбовка-грунт»//Механизация строительства, № 11(821), 2012. - С. 18-25.

78. Сонг Л.Л., Юрченко Д.В. Анализ стохастических виброударных систем с неупругим ударом// Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. № 2. 2006. - С. 180-190.

79. Страуструп Б. Язык программирования С++. Бином, 2011. - 1136 с.

80. Тимошенко С.П. Теория колебаний в инженерном деле. ГНТИ, 1939. -341 с.

81. Тюремнов И.С. Определение коэффициентов упругого и вязкого сопротивления грунта при его вибрационном уплотнении.//ММТТ, № 8(90), 2016. - С.46-49.

82. Теллес М. Borland C++Builder. Библиотека программиста. Питер, 1998. -512 с.

83. Фейгин М.И. Вынужденные колебания систем с разрывными нелинейностями. М.:Наука, 1994. -288 с.

84. Фейгин М.И. Резонансные свойства динамической системы с ударными взаимодействиями.//Прикладная математика и механика. Вып.5, 1966. -С.942-946.

85. Фролов К.В. К вопросу о стабилизации частоты инерционных центробежных и эксцентриковых вибраторов.//В кн. «Колебания и прочность при переменных напряжениях».М.:Наука, 1965.

86. Фролов К.В. Уменьшение амплитуды резонансных систем путем управляемого изменения параметров//Машиноведение, № 3, 1965.

87. Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов. Машгиз., М. - Л., 1953.

88. Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. М.: Транспорт, 1975 -239 с.

89. Цаплин С.А. Виброударные механизмы. Автотрансиздат, М., 1953.

90. Цаплин С.А. Машины для уплотнения грунтов, Машгиз, М. - Л., 1953.

91. Цытович Н.А. Механика грунтов. Москва: Либроком:URSS, 2011. - 271 c.

92. Шехтер О.Я. К расчету вибраторов для погружения шпунтов и свай.//Гидротехническое строительство, 1956, № 4, с.41-44.

93. Штаерман Ю.Я., Потапов В.Н. О погружении и выдергивании свай вибрированием. Промышленное строительство, 1935, № 5.

94. Biemond J.J.B., N. Van de Wouw, Heemols W.P.M.H., Sanfelice R.G., Nijmeijer H. Tracking control of mechanical systems with a unilateral position constraint inducing dissipative impacts///51st IEEE Conference on Decision and Control December 10-13, 2012, Maui, Hawaii, USA, p.4223-4228.

95. Cao Q., Pavlovskaia EE., Wiercigroch M. & Yang S-P (2010). «Bifurcations and the penetrating rate analysis of a model for percussive drilling». Acta Mechanica Sinica, vol 26, no. 3, pp. 467-475.

96. Igumnov L.A., Metrikin V.S., Nikiforova I.V. Dynamics rammers with two pairs of shock generators//Vibroengineering PROCEDIA, October 2016,V.8, ISSN 2345-0533, p.120-124.

97. Leine R.I., Heimsch T.F. Global uniform symptotic attractive stability of the non-autonomas bouncing ball-system// Phisica D 241(2012) p. 2029-2041.

98. Pavlovskaia E., Wiercigroch M., Woo K.-C., Rodger A.A. Modelling of Ground Moling Dynamics by an Impact Oscillator with a Frictional Slider. J.Meccanica 38. 2003. - p. 85-97.

99. Pavlovskaia E., Hendry DC., Wiercigroch M. Modelling of high frequency vibro-impact drilling.// International Journal of Mechanical Sciences, vol 91,2015. - pp. 110-119.

100. Woo K.-C., Rodger A.A., Neilson R.D., Wiercigroch M., Application of the harmonic balance method to ground moling machines operating in periodic regimes, Chaos, Solitons Fract. 11(15) (2000) 2515.