Исследование электромеханических гасителей колебаний мобильных объектов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.02, кандидат технических наук Кроха, Татьяна Алексеевна

• Кроха, Татьяна Алексеевна
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кроха, Татьяна Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО ВИБРОГАШЕНИЯ.

1.1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ИСТОЧНИК ВИБРАЦИИ НА СУДНЕ.

1.2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ БОРЬБЫ С ВИБРАЦИЕЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

1.3. ОБЗОР И СИНТЕЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО ВИБРОГАШЕНИЯ.

1.4. ВЫВОДЫ ПО ОБЗОРУ И АНАЛИЗУ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ ДИНАМИЧЕСКОГО ВИБРОГАШЕНИЯ.

2.1. ВИБРОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПАССИВНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВИБРОГАСИТЕЛЕЙ.

2.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ВИБРОГАСИТЕЛЕЙЗО

2.3. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ С КОМПЕНСАТОРОМ ЖЕСТКОСТИ.

3.1. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕГО МЕХАНИЗМА БЕЗ УЧЕТА СИЛ ТРЕНИЯ.

3.2. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХГАСИТЕЛЕЙ С УЧЕТОМ СИЛЫ ТРЕНИЯ.

3.3. ВЫНУЖДЕННЫЕ КОЛЕБАНИЯ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕГО МЕХАНИЗМА С КОМПЕНСАТОРОМ ЖЕСТКОСТИ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ ВИБРАЦИЕЙ ЕГО ОСНОВАНИЯ.

3.4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИЙ ГАСИТЕЛЕЙ С ДИНАМИЧЕСКИМ КОМПЕНСАТОРОМ ЖЕСТКОСТИ.

3.5. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ДВУХ СХЕМ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ С ДИНАМИЧЕСКИМ КОМПЕНСАТОРОМ ЖЕСТКОСТИ.

3.6. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

4. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ СИСТЕМ ДИНАМИЧЕСКИХ ВИБРОГАСИТЕЛЕЙ.

4.1. СПОСОБЫ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ НАСТРОЙКОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДИНАМИЧЕСКИХ ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ.

4.2. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ.

4.3. ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СИСТЕМ С УПРАВЛЯЕМЫМИ ВИБРОГАСИТЕЛЯМИ.

4.4. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

5.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ДИНАМИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ НА ВИБРАЦИЮ ЗАЩИЩАЕМОГО ОБЪЕКТА.

5.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОИЗОЛЯЦИОННОГО МЕХАНИЗМА С ДИНАМИЧЕСКИМ КОМПЕНСАТОРОМ ЖЕСТКОСТИ.

5.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОИЗОЛЯЦИОННОГО МЕХАНИЗМА С ДИНАМИЧЕСКИМ КОМПЕНСАТОРОМ ЖЕСТКОСТИ НА ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРЕ.

5.4. СУДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ

5.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование электромеханических гасителей колебаний мобильных объектов»

Проявления вредного воздействия вибрации весьма многообразны. Вибрация нарушает заданные проектом законы и траектории движения машин и механизмов, вызывает отказы систем управления и может привести к полной расстройке всей системы. Вибрация увеличивает динамические нагрузки в элементах конструкций, снижая их несущую способность и вызывая усталостные разрушения. Непосредственное действие вибрации на человека зачастую приводит к тяжелым последствиям. Вибрация снижает работоспособность, нарушает координацию движений, ухудшает реакцию. Вибрация может привести к поражению отдельных систем организма: вестибулярного аппарата, нервной, сердечно-сосудистой, кровеносной и других систем, вызвать изменения мышечных и костных тканей. Поэтому очень важное место в современной технике занимают методы подавления вибрации и защиты от ее воздействия. Совокупность таких методов и средств принято называть виброзащитой.

Способы виброзащиты весьма разнообразны. Выбор того или иного способа в значительной мере определяется характером источника вибрации. Часто источником вибрации являются природные явления, такие, например, как ветер, раскачивающий мачты и сооружения, волны на воде, вызывающие качку кораблей, землетрясения, приводящие нередко к полному разрушению зданий и других строительных конструкций. В этих и ряде других случаев, когда невозможно оказать какое-либо ощутимое влияние на источник вибрации, приходится применять разнообразные технические средства, снижающие передачу вибрации и устраняющие ее вредное или разрушительное воздействие на защищаемый объект.

Наряду с этим, источником вибрации является практически любая машина. Стремление к повышению производительности машин и скорости транспортных средств, форсирование их по мощностям, нагрузкам и другим рабочим характеристикам неизбежно приводит к увеличению интенсивности и расширению спектра вибрационных и виброакустических полей.

Одним из наиболее перспективных направлений в создании высокоэффективной и надежной виброзащиты судовых машин и механизмов является применение нерегулируемых и регулируемых пассивных динамических вибро-гаситетеи, динамических виорогасителеи с активной настройкой, а также активных виброзащитных электродинамических систем, содержащих электромагнитные возбудители вибрации. Как известно, подобные устройства обладают весьма существенными достоинствами, например, относительно высокими энергетическими показателями, относительно малыми габаритами и массой, стабильностью работы, высоким быстродействием, возможностью оптимизации параметров устройств виброзащиты с помощью включения в их состав микропроцессоров и микроЭВМ. Одновременно с этим следует сказать об основном недостатке существующих конструктивных решений - зависимости эффективности работы этих виброзащитных устройств от параметров возмущающих сил.

Особое значение пассивные и активные виброгасители приобретают при использовании их в условиях современного судостроения, характеризующихся разнообразием машин и механизмов, связанных между собой корпусными конструкциями судна: платформами, переборками, палубами и т. п. В нестационарных объектах, к которым относятся суда, особенно остро стоит и сложно решается проблема минимизации расхода энергии и снижения массогабарит-ных показателей. Для судовой виброзащиты эта проблема также весьма актуальна. Для судостроения с его условиями технологической последовательности и длительными сроками строительства судна включение в состав объектов пассивной и активной динамической виброзащиты на стадии проектирования судна может явиться единственным способом снижения трудно прогнозируемой местной судовой вибрации. В связи со сложностью структуры и многообразием элементной базы пассивной и активной виброзащитных систем существует необходимость в предварительном расчете их элементов и схем.

В современной технике можно выделить различные пути устранения и снижения вибрации. В частности, реализацию регулируемых динамических виброгасителей можно осуществить с помощью использования электромагнитных исполнительных устройств. В работе дано обоснование введения регулируемых виброгасителей в состав судовой энергетической установки и ее элементов в качестве нового класса механизмов, решающих задачу виброзащиты. Обоснование базируется на анализе объектов виброзащиты и накопленного опыта применения динамических виброгасителей. Отмечается, что суда насыщены разнообразными машинами и механизмами, отличительной чертой которых является большая единичная мощность и расположение на упругой судовой конструкции. В процессе работы эти машины и механизмы являются активными источниками вибраций и создают негативное воздействие, которое вызывает отклонения в рабочих режимах, износ, снижение КПД и т. п.

Проведенный сопоставительный анализ различных схем и конструктивных решений виброзащиты судового оборудования позволил определить наиболее рациональные и перспективные методы борьбы с вибрацией, а предложенная новая конструкция виброизолятора может быть использована для виброизоляции мобильных объектов. Проведенные исследования показали, что задачи эффективной виброзащиты уже эксплуатируемого механизма могут быть в значительной мере решены с помощью электромеханических динамических гасителей колебаний (ЭМДГК).

Заключение диссертации по теме «Электростанции и электроэнергетические системы», Кроха, Татьяна Алексеевна

5.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

Лабораторные испытания упругой подвески с компенсаторами жёсткости показали:

- хорошую сходимость экспериментального и теоретического исследования;

- разработанная конструкция виброизолирующего механизма для упругой подвески теплового двигателя работоспособна;

- при всех режимах работы силовой тепловой установки упругая подвеска обладает высокой эффективностью;

- применение виброизолирующих механизмов с компенсаторами жёсткости в подвесках тепловых двигателей приводит к снижению переменных усилий, передаваемых на судовой фундамент по сравнению с существующими.

- применение динамических компенсаторов жесткости, снижает уровни вибраций на фундаменте энергетической установки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Установлено, что использование в подвесках параллельно основным упругим элементам дополнительных специальных устройств компенсаторов жесткости, позволяет улучшить виброзащитные свойства.

2. Установлено что, коэффициенты трения не несут заметного влияния на качество виброзащитных свойств динамического гасителя колебаний с компенсатором жесткости.

3. Установлено что, снижением суммарной жесткости динамического гасителя колебаний пик амплитудо-частотной характеристики смещается в малые значения возмущающей частоты, уменьшается амплитуда вынужденных колебаний защищаемого объекта.

4. Установлено что, амплитуда колебаний защищаемого объекта с упругими системами включающими в себя компенсирующее устройство, существенно меньше амплитуды колебаний объектов, установленных на традиционную упругую систему.

5. Установлено что, эффективность виброгашения можно повысить увеличив статическую и динамическую точность автоматического управляющего устройства, что реализуется при помощи введения параллельного канала с измерителем частоты, т.е. использование комбинированного принципа управления.

6. Установлено что, в системе без динамического виброгашения при уменьшении скорости изменения частоты амплитуды вибрации объекта при переходе через резонанс увеличиваются, в то время как в системе с управляемым динамическим виброгасителем они падают

7. Оценивая влияние параметров динамического виброгасителя на эффективность виброгашения можно сделать вывод, что при одинаковой скорости нарастания частоты эффективность тем больше, чем больше отношение масс защищаемого объекта и динамического компенсатора жесткости и чем меньше коэффициент демпфирования.

8. Материалы теоретических и экспериментальных исследований приняты Западно-Сибирским речным пароходством и Новосибирским речным портом для внедрения на речные суда.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кроха, Татьяна Алексеевна, 2000 год

1. Александров А.А., Барков А.В., Баркова Н.А., Шефранский В.А. Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования. Л.: Судостроение, 1986, 276 с.

2. Алексеев С.П., Казаков A.M., Колотилов Н.Н. Борьба с шумом и вибрацией в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1970. -208 с.

3. Андреева-Галанина Е.Ц. Вибрация и ее значение в гигиене труда. Л.: Медгиз. - 1956. - 190 с.

4. Барабанов Н.В., Худяков С.А. Вибрация днищевых перекрытий машинных отделений судов типа «Беломорсклес». //Труды /Дальневост. политехи, инт.: Эксплуатация судов в тихоокеанском бассейне. 1975. - с. 27-35.

5. Барановский A.M. Объемные корректоры виброизолирующих подвесок судовых ДВС.: Автореферат дис. канд. техн. наук. Л.- 1988. - 20 с.

6. Белов И.М. Емельянов Ю.А. Способ снижения вибрации в жилых помещениях надстроек. //Судостроение. 1984. - № 12.-е. 8-10.

7. Божко А.Е., Галь А.Ф., Гуров А.П. и др. Пассивная и активная виброзащита судовых механизмов. Л.: Судостроение, 1988. 78 с.

8. Божко А.Е., Ткаченко В.А. Синтез оптимальных виброзащитных систем электродинамического типа при случайных возмущениях// Динамика и прочность машин. Харьков: Вища школа, 1981. Вып. 34. с. 101-106.

9. Вибрация в технике: Справочник. В 6-ти т. /под ред. В.Н.Челомея М.: Машиностроение, 1984. - 6 т.

10. Ю.Глазырин В.С, Способы уменьшения динамических нагрузок, передаваемых на несущие конструкции. Строительная механика и расчет сооружений, 1971, №3, с. 43-47.

11. ГГлушков С.П., Барановский A.M. Патент РФ № 2082907С1. Устройство для виброизоляции машин. - Опубл. В Б.И. № 186 1997. - 2 с.

12. Глушков С.П., Барановский A.M., Кроха Т.А. Динамический виброизолятор. //Тезисы докладов Ш Корейско-Российского международного научно-технического семинара. /KORUS'99. Новосибирск - 1999 г.

13. И.Глушков С.П., Барановский A.M., Кроха Т.А. Динамический компенсатор для виброизоляции тепловых машин. //Сб. науч. тр. / Кинематика и динамика механизмов. Новосибирск, НГАВТ, 1999 г. - с. 4-12.

14. И.Глушков С.П., Кроха Т.А. Анализ методов виброзащиты кресел человае-ка-оператора. //Сб. науч. тр. / Дизельные энергетические установки речных судов. Новосибирск, НГАВТ, 1999 г.

15. Глушков С.П., Силицен Р.А. Результаты испытаний виброзащитной подвески технологического оборудования //Сб. науч. тр./ Новосибирская государств. академия водного транспорта: Снижение вибрации машин. 1994 - с. 21-26.

16. Горелик A.M., Певзнер Я.М. Пневматические и гидропневматические подвески. М.: Машиностроение, 1965, 319 с.

17. Горубнов Е.Я. Вибрация судовых дизель-генераторов 8 ЧН26/26 и эффективность их автоматизации. //Сб. науч. тр. /ЦНИИМФ. Л., - Вып. 287. - с. 3438.

18. Григорьев И.В. Исаков В.М. Специальные способы и средства виброзащиты машин от воздействий переменной частоты. В кн.: Приборы и машиностроение. Л., 1975, с. 65-71. (Труды СЗПИ, № 31).

19. Гросс В.Ю. Эффективный метод виброизоляции судовых ДВС: Автореферат дисс. канд. техн. наук. Л. - 1987. - 23 с.

20. Гуров А.П. Статические характеристики системы с динамическим регулируемым виброгасителем// Труды НКИ. 1974. Вып. 81. с. 124-126. 59.

21. Д'Анжело Г. Линейные системы с переменными параметрами. Анализ и синтез. М.: Машиностроение, 1974, 287 с.

22. Елисеев С.В. и др. Способ гашения крутильных колебаний вала и устройство для его осуществления. Авт свид. № 5293 15. Бюлл. изобр., 1976, № 22.

23. Елисеев С.В. Структурная теория виброзащитных систем. Новосибирск: Наука, 1978.-222 с.

24. Елисеев С.В. Структурная теория виброзащитных систем. Новосибирск: М.: Наука, 1978, 222с.

25. Елисеев С.В., Баландин О.А. Изменение динамических свойств виброзащитных систем введением в их структуру дополнительных связей. В кн.: Теория активных виброзащитных систем. Иркутск: ИПИ, 1972, с. 98-103. 51.

26. Елисеев С.В., Лонцих П.А., Горчакова В.А. Гаситель крутильных колебаний. Авт. свид. № 735849. -Бюлл. изобр., 1980, № 19.

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

28. Ельник А.Г., Лошаков В.И., Сухарев В.П. Виброакустические характеристики рефрижераторного теплохода «Василий Фесенков». //Сб. научн. тр. /ЦНИИМФ. Л., 1984. - Вып. 287. - с. 14-22.

29. Ельник А.Г., Лошаков В.И. Сухарев В.П. Виброакустические характеристики рефрижераторного теплохода «Василий Фесенков». //Сб. научн. тр. /ЦНИИМФ. Л., 1984. - Вып. 287. - с. 14-22.

30. Зуев А.К. Синтез виброизолирующих подвесок судового энергетического оборудования.: Автореферат дис. доктора техн. наук. С-Петербург. - 1995. -38 с.

31. Иносов С.В. Активное демпфирование крутильных колебаний. Машиноведение, 1971, № 6, с. 21-22.

32. Исакович М.М., Клейман Л.И., Перчанок Б.Х. Устранение вибрации электрических машин. Л.: Энергия, 1979. - 199 с.

33. Истомин П.А. Динамика судовых двигателей внутреннего сгорания. Л.: Судостроение, 1964. — 312 с.

34. Истомин П.А. Крутильные колебания в судовых ДВГ. Л.: Судостроение, 1968. 304 с.

35. Истомин П.А. Крутильные колебания в судовых ДВГ. Л.: Судостроение. 1968. 304 с.

36. Карась В.З. Черняховский Э.Р. Влияние жесткости амортизаторов дизель-генераторов на их виброхарактеристики. //Рыбное хозяйство. 1975. - № 7. - с. 22-24.

37. Карпова Н.И. Вибрация и нервная система. Л.: Медицина, 1976. - 167 с.

38. Карпушин Б.В. Виброшумы радиоаппаратуры. М.: Советское радио, 1977. 318с.

39. Клюкин И.И. Борьба с шумом и звуковой вибрацией на судах. Л.: Судостроение, 19712, 416 с.

40. Клюкин И.И. Борьба с щумом и звуковой вибрацией на судах. Л.: Судостроение, 1971. - 416 с.

41. Коловский М.З. К теории виброзащитных систем. Машиностроение, 1971,; 4. - с. 21-27.

42. Кораблев С.С. К теории электродинамического виброгасителя//Прикладная механика, 1968. Т 4. Вып. 3. с. 15-19.

43. Ларин В.Б. Некоторые вопросы конструирования систем виброизоляции приборов. Механика твердого тела. 1966, № 6, с. 19-26.

44. Ларин В.Б. Статистические задачи виброзащиты. Киев: Наукова думка, 1974. 128 с.

45. Лен Гартог Дж. П. Механические колебания. М.: Физматгиз, 1960. с. 580.

46. Найденко O.K. Петров П.П. Амортизация судовых двигателей внутреннего сгорания. Л.: Судпромгиз, 1962. - 288 с.

47. Никитин М.Д., Скуридин А.А. Применение полимерных материалов в ди-зелестроении. Л.: Машиностроение, 1968.- 131 с.

48. Никифоров А.С. Вибропоглощение на судах. JL: Судостроение, 1979. -184 с.

49. Общая вибрация и ее влияние на организм человека. И.Ю.Борщевский, М.Д.Емельянов, А.А.Корешков и др.: Медгиз, 1964. - 156 с.

50. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний и удара. Л.: Машиностроение, 1976. 320 с.

51. Поляков В.И., Бельчук Л.Г., Иванов Р.Я. Вибрационные расчеты судовых надстроек в процессе их проектирования. //Судостроение. 1984. - N° 10. - с, 16-17.

52. Резников Л.М., Фишман Г.М. Оптимальные параметры и эффективность динамического гасителя при действии периодических импульсов. Машиностроение, 1973, № 1, с. 32-36.

53. Скуридин А.А., Михеев Е.М. Борьба с шумом и вибрацией судовых ДВС. Л.: Судостроение. - 1978. - 320 с.

54. Славин И.И. Динамический поглотитель колебаний с автоматической настройкой на частоту возмущающей силы. Авт. Свид. № 213472. Бюлл. изобр., 1967, №22.

55. Смердов В.Н. Мероприятия про борьбе с шумом и вибрацией на судах. //Сб. ЦБНТИ Минречфлота РСФСР: Передовой опыт и новая техника, 1981. Вып. 12(96).-с. 46-47.

56. Стрелков С.П. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1951. - 344 с.

57. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967. -444с.

58. Фролов К.В., Фурман Ф.Н. Прикладная теория виброзащитных систем. -М.: Машиностроение, 1980.-276 с.

59. Худяков С.А. Конструктивное обеспечение вибронадежности упругих систем в машинных отделениях теплоходов. //Судостроение. 1984. - № 10. - с. 44-46.

60. Худяков С.А., Сурженко А.П. Оценка жесткости фундаментов судовых дизелей небольшой мощности. //Сб. матер. По обмену опытом. /Приморское краевое правление НТО им. А.Н.Крылова: Эксплуатация судов в тихоокеанском бассейне. 1984. - с. 64-72.

61. Gluhkov S., Baranovcku A., Krocha Т., DYWAMIC VIBRATION CONTROL SYSTEM // The Third Russian-Korean International Symposium on Science and Technology /Novosibirsk State Technical university Novosibirsk, 1999 -c. 407. (соавторы).

62. Hylarides S. Damping in propeller-generated ship vibrations, NSMB. Wagen-ingen. The Netherlands Publication N468, 1974.

63. Kantimathi A., Alic J.A. The Effects of Periodic High Loads on Freting Fatigue //Trans. ASME. J. Eng. Mater. And Technol. 1981. V. 103. N 3. P. 223-228.

64. Lansen O.C., Krogh F. Dunamic responses in diesel engine systems due to govwrnor and torsional shaft vibrations. Det norske Veritas. Report N72-47-M.

65. Lansen O.C., Sontvedt T. Prevention of harmful endine and propeller - in-dused vibrations in the afterbody of ships/ - Det norske Veritas. Report N 9, august 1972.

66. Larsen J.C., Sontvedt T. Prevention of harmful engine and propeller - in-dused vibrations in the afterbody of ships. - Det norske Veritas, Report № 9, august 1972.

67. Risse M. Report in ISSC meetings, 1973, p. 7.

68. Viner F.C. Ship vibration of Canadian Sipbuildings and Ship Repairing Asscia-tion. 13.2, 1968.