Исследование колебаний привода режущей части камнерезных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат технических наук Сарафян, Гайк Степанович

• Сарафян, Гайк Степанович
• кандидат технических наук
• 1983

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сарафян, Гайк Степанович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА. I. СИЛОВЫЕ И ИНЕРЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИВОДА

§ 1.1. Типовая схема привода режущей части. •

§ 1.2. Определение жесткостей зубчатых зацеплений

§ 1.3. О характере воздействия породы на исполнительный орган.

§ 1.4. Описание динамической схемы задачи

§ 1.5. Составление уравнений вынужденных колебаний привода.

§ 1.6. Составление уравнений вынужденных колебаний привода (продолжение).

ГЛАВА П. ДИНАМИКА ПРИВОДА ПОД ДЕЙСТЕИШ ЗАДАННОГО

ВНЕШНЕГО ВОЗМУЩЕНИЯ.

§ 2.1. Свободные колебания привода.

§ 2.2. Экспериментальное определение.частотных характеристик системы.

§ 2.3. Импульсивное движение в абсолютно жесткой системе.

§ 2.4. Удар несбалансированной дисковой пилы при учете трения в подшипниках.

§ 2.5. Сведение задачи к анализу колебаний системы с одной степенью свободы.

ГЛАВА Ш. ФРИКЦИОННЫЕ АВТОКОЛЕБАНИЯ ПРИВОДА.

§ 3.1. Релаксационные крутильные автоколебания

§ 3.2. О причинах неравномерности подачи

§ 3.3. Система с кусочно-линейной эффективной характеристикой трения

§ 3.4. Релаксационные и безостановочные автоколебания

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование колебаний привода режущей части камнерезных машин»

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 года и на период до 1990 года записано:' ".создать высокопроизводительные машины для комплексной механизации основных работ на всех стадиях строительного производства.". Это в полной мере относится и созданию высокопроизводительных камнедобывающих и камнеобрабатывающих машин и станков.

Наряду с искусственными отделочными и облицовочными материалами важное значение в строительстве имеют стеновые и облицовочные материалы из природного камня. Применение этих мате -риалов особенно эффективно в условиях Украины »Азербайджана »Армении, Молдавии, Грузии, где имеются огромные запасы естест -венного камня.

Высокие строительные и декоративные качества природного камня обеспечили ему преимущественное положение среди других материалов, используемых при возведении зданий, рассчитанных на длительное существование. Способность камня противостоять длительное время воздействию коррозии стала особенно ценной в последние десятилетия, когда прогресс в области создания теплоизоляционных материалов позволил получить высокоэффективные, но недостаточно погодостойкие композиции, нуждающиеся в защите [68]. Основной объем разрабатываемых в СССР месторождений природного камня составляют граниты, мраморы, известняки, туфы и другие.

Все возрастающие объемы строительства в нашей стране, высокие требования к повышению качества, долговечности и архи -тектурно-художественного оформления строящихся зданий и соо -ружений обусловили дальнейшее развитие камнедобывающей и камнеобрабатывающей промышленности. Первые машины с реекущими цепями для добычи известняков прочностью до 1,5 Ша сконструированы инж.Б.А.Рогозинским и применялись уже в 1926 году. В 30-ых годах начала применяться машина конструкции А.П.Петрика с дисковыми пилами. Впоследствии для разработки камня были предло -гены оригинальные конструкции машин. Среди них следует отметить машины конструкции Н.А.Жученкова, А.Ф.Заступайло, К.П.Галанина, А.М; Столярова, В.Б.Гандельсмана и ряда других [25]. Однако »полное развитие новоё отрасли машиностроения-производства машин для добычи и обработки естественного камня достигнуто в СССР за последние 25-30 лет. В настоящее время в карьерах нашей страны для добычи камня широко применяются универсальные и операционные камнерезные машины новых конструкций. Так, Киевский институт "Гипростроммашина" провел большую работу по созданию агрегатированного ряда, охватывающего основные типы машин,предназначенных для добычи на открытых разработках стеновых камней, крупных блоков и блоков-заготовок из декоративных каменных пород. Агрегатиро ванный ряд камнерезных машин состой® из семи моделей: низкоуступных СМР-025/1 и СМР-026/1, крупноблочной СМР-027, блокозаготовительной СМР-028, планировочно-добычной СМР-029, низкоуступной распиловочной СМР-046, операционной для продольных пропилов СМР-047 [23]. Базовой машиной этого унифицированного агрегатиро ванного ряда является универсальная низкоуступная камнерезная машина СМР-025/1.

Наряду с увеличением производства камнерезных машин и станков и оснащением ими камнедобывающих карьеров и камнеобрабатн-вающих заводов широкое развитие получают теоретические и экспериментальные исследования процессов разработки горных пород, и в частности, резания камня. Общие законы механического разрушения хрупких тел вскрыты Ретингером, Герсамом, А.В.Кирпичевым, уточнены и дополнены академиком П.А.Ребиндером [76], согласно исследованиям которого работа разрушения слагается из работы, пропорциональной объему разрушаемого тела и из работы, пропорциональной поверхности, образующейся в процессе разрушения «Однако, в реальных условиях камнерезного производства механизм разрушения камня значительно отклоняется от классической схемы. Условия блокированного резания, узкая зарубная щель, многорезцовый исполнительный орган, износ резца-факторы, в большой мере определяющие как силовые и энергетические показатели разрушения природного камня, так и всю механику камнерезания. £ силу этого, И.А.Тер-Азарьев не ограничился аналитическим уточнением полученной П.А.Ребиндером формулы, а провел экспериментальные исследования зависимости энергоемкости резания горных пород от дисперсности продуктов их разрушения [ 82,83,84] во взаимосвязи с подачами инструмента. Кроме того, были проведены исследования по влиянию режимов и условий резания на энергоемкость процесса разработки горных пород. Так, М.Г.Лейкин после проведенных исследований пришел к выводу, что уменьшение энергоемкости процесса резания камня можно добиться путем установления оптимального количества резцов на исполнительном органе [56,57], Исследуя влияние режимов резания на энергоемкость процесса резания камня, академик АН Арм.СОР М.В.Касьян установил, что до определенного предела, который он назвал зоной оптимальных скоростей резания, увеличение скорости резания приводит к уменьшению удельного сопротивления. Минимум кривой изменения удельных сопротивлений совпадает с зоной оптимальных скоростей резания [40,41]. В работах Р.В.Акопова на основе экспериментальных и теоретических исследований обоснован выбор геометрии режущего инструмента с учетом снижения энергоемкости процесса резания камня [3,4,5,6]. Рядом авторов показано, что на энергоемкость процесса резания существенно влияет также износ режущего инструмента, который образуется вследствии трения резца о породу [14,58,59,60] . При этом было установлено, что величина коэффициента трения о породу не постоянна и меняется с изменением абсолютной скорости резания. Кроме того, М.Ш.Ляндрес [58], Р.В.Акопян и А.А.Манукян [7,62] показали, что в процессе резания более интенсивно изнашиваются резцы, имеющие большее радиальное биение.

Отметим однако, что в перечисленных выше работах исследо -вания проводились в лабораторных условиях и учитывались лишь влияние отдельных факторов на энергоемкость процесса резания. Следствием этого является тот факт, что авторы нередко в своих исследованиях приходили к противоречивым результатам. Это наглядно иллюстрируется и на выборе схемы резания. Как известно, при резании камня каждый резец перемещается по кривой, полу -ченной в результате сложения двух движений: вращение вокруг оси и перемещение вместе с осью. При этом исполнительный орган может вращаться как по направлению подачи (прямая схема), так и против подачи (обратная схема). Среди опубликованных исследований по данному вопросу следует отметить работы М.И.Гальперина и Н.Е.Носенко [66], М.Г.Лейкина [55] и В.В.Васильевского [15] М.И.Гальперин и Н.Е.Носенко исследовали вопросы взаимного направления вращения пилы и движения обрабатываемого объекта (камня) применительно к станкам для разрезки блоков на плиты, для обрезки плит и архитектурных деталей. Они показали,что для специфических условий работы станков (толщина изделия значительно меньше радиуса пилы) прямая схема более целесообразна ( с точки зрения условий эксплуатации) как при верхнем (блок выше оси пилы), так и при нижнем (блок ниже оси пилы) расположении разрезаемого материала. В.В.Василевский, исследуя резание природного камня алмазными отрезными кругами, пришел к проти -воположному выводу* Износ инструмента и потребляемая на резание мощность по его данным в 2-3 раза выше при использовании прямой схемы. Впоследствии, М.Г.Лейкин дал предпочтение прямой схеме резания. Он пришел к следующим выводам: а) износ резцов происходит более интенсивно при резании по обратной схеме; б) поломки резцов при работе по обратной схеме носят более аварийнйй характер и происходят значительно чаще (на 21-25$); в) энергетические показатели работы резцов значительно лучше при резании по прямой схеме (примерно на 3($).

При изучении работы режущих органов камнерезных машин нельзя упускать из поля зрения вопросы влияния типа привода машины на эксплуатационные показатели режущего инструмента» Проведенные исследования работы исполнительных органов камнерезных машин и исследования процессов резания природного камня основы -вались на том положении, что движение камнерезной машины осу -ществляется в равномерно непрерывном режиме. На этом основывалась трактовка формообразования площадки износа резца и ее взаимодействие с горной породой, выдвинутая М.И.Гальпериным [27]. Об этом же говорится в его работах по динамике режущих цепей камнерезных машин [26,28], а также в материалах исследований Г.С.Белорусеова [12], Р.В.Акопова [5], К.П.Галанина [24] ,М.И.Смо-родинова [80] , К.С.Варданяна [14] , И.А.Тер-Азарьева [83,85] и ряда других ученых. В действительности, привод режущей части имеет конечную жесткость трансмиссии и механической характеристики двигателя, что вызывает неравномерность движения элементов привода и появление динамических составляющих нагрузок. Нагрузки в элементах привода - результат вынужденнях колебаний упругой систеш привода от воздействия на его исполнительный орган сил внешнего сопротивления, рассматриваемых в этом случае как вынуждающие внешние силы. Впервые такая точка зрения на про -цесс формирования нагрузок в элементах привода режущего типа сформулирована в работах [52,53]. Автор предлагает силы сопротивления на исполнительном органе рассматривать как некоторую случайную функцию времени или пути, которую можно характеризовать такими числовыми характеристиками, как математическое ожидание и корреляционная функция* На таком положении основываются и исследования, проводимые в ИЩ им.А.А.Скочинского [33,34, 35]. В настоящее время при расчете нагрузочных графиков для деталей и узлов камнерезных машин нашли широкое применение вероятностные методы [ 22,51,67].

Основной особенностью камнерезных машин является стохастический характер нагрузок, действующих в их элементах, что определяется случайным характером сил сопротивления горных пород разрушению. Другой важной особенностью камнерезных машин является их нестационарное положение в пространстве, что заставляет при изучении динамики принимать во внимание пространственные перемещения машины в целом или отдельных ее элементов. Следовательно, при математическом описании необходимо учитывать замкнутый контур "Динамическая система камнерезной машины - разрабатываемая порода". Анализ и синтез таких нелинейных систем представляет значительные трудности и требуется разработка алгоритмических методов анализа и синтеза, основанных на использовании ЭВМ. Динамическая система камнерезной машины является сложной системой, учитывающей колебания привода режущей части, корпуса машины, взаимное влияние забоя и машины. Методы составления математической модели динамических систем машинных агрегатов, металлорежущих станков разработаны В.Л.Вейцем [17,19], Е.И.Ривиным [77], В.А.Кудиновым [50]. Б работах проф. ,д.т.н. В.Л.Вейца при составлении уравнений вынужденных колебаний ди -намической системы привода учитываются не только крутильные степени свободы участков валов и зубчатых зацеплений, а также податливости опор валов, корпусов, шпоночных и шлицевых соединений. Использование принципов составления уравнений изгибно-крутильных вынужденных колебаний машинных агрегатов, разработанных В.Л.Вейцем, позволяет составить математическую модель привода режущей части камнерезных машин, достаточно точно отвечающую реальной динамической системе привода камнерезной машины.

Отметим наконец, что, как не раз было зарегистрировано экспериментально, рабочий режим камнерезной машины сопровождается интенсивными колебаниями не только режущего органа, но и всей машины в целом. Это обусловлено как случайным характером изменения сил сопротивления резанию, так и наличием трения между резцом и породой, неровностью профиля пути движения машины и т.д. Преобладающая частота случайной компоненты сил сопротивления резанию оказывается приблизительно совпадающей с так называемой зубцовой частотой, т.е. частотой, равной произведению количества резцов на пиле на номинальную частоту вращения пил. Наряду с этим, довольно отчетливо проявляется низкочастотная составляющая сил сопротивления резанию [67], основная частота которой оказывается значительно ниже первой собственной частоты свободных колебаний привода. Ести высокочастотная составляющая сил сопротивления резанию обусловлена в основном наличием случайных неоднородное тей в разрезаемой породе и появлением в

-Нт связи с этим случайной флуктуацией ударных импульсов резцов пилы о породу, то низкочастотная составляющая сил сопротивления резанию от неоднородностей в породе зависит слабо и зачастую сохраняется даже при резании идеальной породы, когда прочность разрушаемой породы строго постоянна и условия резания со временем не меняются.

Как уже говорилось выше, исследуя влияние износа режущего инструмента на энергоемкость процесса резания каменных материалов различных месторождений Арм.ССР, авторы пришли к выводу,что величина коэффициента трения резца о породу не постоянна и меняется с изменением абсолютной скорости резания [14,83,85] .Кроме того, бшш получены экспериментальные кривые характеристики трения. Из полученных кривых видно, что до определенного предела скоростей резания характеристика трения имеет специфический падающий участок. Вышесказанное делает неизбежным возникновение в динамической системе привода режущей части камнерезных машин периодических фрикционных автоколебаний [38,39,90]. Существуют различные объяснения причин появления автоколебаний в механических системах с сухим трением [38,39]. Некоторые авторы считают, что основную роль в возникновении автоколебаний играет падающий участок характеристики силы сухого трения [38]. По-видимому,работа Блока [91] была одной из первых, в которой обращалось внимание на то обстоятельство, что для возбуждения автоколебаний в системе сухого трения, достаточно превышения величины силы трения покоя в момент срыва над величиной трения скольжения в начале движения. А.Ю.Ишлинский и И.В.Крагельский разработали теорию скачков при трении [37], основанную на существовании зависимости силы трения трогания с места от продолжительности неподвижного контакта соприкасающихся поверхностей. Воспользовавшись этой теорией, авторы выяснили основные вопросы, касающиеся условий возникновения автоколебаний при сухом трении. Падающий участок характеристики трения при этом не учитывается.

Фрикционные автоколебания широко распространены при работе металлорежущих станков [16,42,48,50,63,88] , бурильных колонн [9,11,21.1, при шлифовании [47,65], фрезеровании [36], а также в трансмиссиях транспортных машин [46,49,69,72,73,90] . На возможность возбуждения автоколебаний при резании дисковыми пилами указывалось в работе [31] ♦ Вместе с тем, в настоящее время уровень развития теории фрикционных автоколебаний механических систем следует признать явно недостаточным. Большинство цитированных выше работ было посвящено исследованию частных режимов периодических фрикционных автоколебаний, обычно либо релакса -ционных автоколебаний с промежуточными остановками, либо безостановочных автоколебаний, близких к гармоническим. При этом часто использовались приближенные методы исследований, основанные на так называемой гармонической линеаризации. Это в значитель -ной степени, в частности, мешало построению общей теории фрик -ционных автоколебаний при резании камня и определению их роли в формировании динамических нагрузок, действующих на камнерезные машины в рабочем режиме. Вышесказанное предопределило следующие основные задачи настоящего исследования:

1. Разработать уточненную динамическую модель привода режущей части камнерезных машин.

2. Провести сравнительный теоретический и экспериментальный анализ привода и на его основе установить роль низкочастотных фрикционных автоколебаний.

3. Разработать упрощенную динамическую модель фрикционных автоколебаний привода камнерезной машины, которая была бы справедлива как при прямой, так и обратной схемах резания.

4. Провести математический анализ фрикционных автоколеба -ний различных типов и установить взаимосвязь между ними.

5. Сравнить эффективность прямой и обратной схем резания с точки зрения имеющихся в системе фрикционных автоколебаний.

Полученные в ходе исследования результаты предполагается использовать прежде всего при проектировании и расчете камнерезных машин, а также выборе оптимальных режимов их работы. С другой стороны, учитывая широкое распространение фрикционных автоколебаний в различных областях техники, полученные результаты имеют определенное значение и для общей теории механизмов и машин, а также теории колебаний.

Актуальность исследования предопределяется с одной стороны необходимостью совершенствования камнерезных машин, повышения их производительности и долговечности. С другой стороны, решение отмеченных выше задач может быть использовано при анализе фрикционных автоколебаний металлорежущих станков, бурильных колонн, трансмиссии транспортных машин, процессов шлифования и фрезерования в целях снижения их интенсивности и подавления.

Таким образом, в приведенных ниже теоретических и экспериментальных исследованиях изучаются упругие низкочастотные колебания привода режущей части камнерезных машин. Как уже говорилось выше, эти колебания носят детерминированный характер, и их частота значительно ниже первой собственной частоты свободных колебаний привода. Это говорит о том, что низкочастотную сос -тавляющую колебаний можно изучать, пренебрегая наличием высокочастотного возмущения. В связи с этим, в первой главе составлена математическая модель взаимодействия динамической системы привода с разрезаемой породой, учитывающая не только колебания элементов трансмиссии относительно центра масс верхней тележки, но и колебания всей тележки в пространстве. Динамическая система привода предполагается как совокупность некоторых абсолютно твердых тел, взаимодействующих друг с другом посредством безынерционных упругих элементов. В качестве тел рассматриваются дисковые пилы, зубчатые колеса, а так же ротор приводного двигателя. Центр масс каждого из перечисленных тел перемещается в двух направлениях, перпендикулярных оси прилегающего участка вала,Кроме того, каждое тело может поворачиваться вокруг трех декарто -вых осей. Отметим, однако, что при составлении математической модели динамической системы привода £ вертикальных пил делается допущение об абсолютной жесткости валов на сжатие и растяжение. Таким образом, каждое тело в рассматриваемой системе имеет пять степеней свободы: две линейные и три поворотные. В результате оказывается, что динамическая система привода режущей части вертикальных пил камнерезной машины СМР-025/1 в целом имеет 46 степеней свободы. Следовательно, для описания динамических яв -лений, происходящих в элементах привода режущей части, получаем замкнутую систему 46-ти дифференциальных уравнений второго по -рядка. Задача анализа и синтеза совместных изгибно-крутильных вынужденных колебаний динамической системы сводится к исследо -ванию 46-ти дифференциальных уравнений второго порядка с правыми частями.

Во второй главе, на основе полученной системы дифференциальных уравнений движения привода, делается анализ собственных частот и форм свободных колебаний динамической системы. Задача об определении собственных частот и отвечающих им нормальных форм свободных колебаний сводится к исследованию системы 46-ти линейных однородных дифференциальных уравнений. Эта задача решалась численно с применением ЭЦВМ ЕС-1022 и в результате были получены спектр частот и коэффициенты нормальных форм совместных изгибно-крутильных свободных колебаний системы. Во второй главе приводится также методика проведения эксперимента и статистической обработки экспериментальных данных. Обработка экспериментальных данных была проведена методами корреляционного анализа на ЭЦШ "Минск-32", Спектр собственных частот свобод -ных колебаний был сопоставлен со спектром частот вынужденных колебаний привода, полученным экспериментально. Соответствую -щий анализ в целом подтвердил исходные теоретические предположения, В частности было установлено, что низкочастотные, преимущественно детерминированные колебания ориентируются внутри частотного диапазона, предшествующим частоте основного тона. Что же касается широкополосной случайной составляющей колеба -ний, то она сдвинута в низкочастотную сторону по отношению теоретически подсчитанной зубцовой частоте. Это по-видимому объясняется тем, что фактическая зубцовая частота несколько уменьшается вследствие хрупкого разрушения породы и износа зубьев.

Далее исследуется поведение динамической системы привода режущей части при ударе одного из исполнительных органов о породу. Расчет основан на допущении об абсолютной жесткости привода на кручение. Следует отметить, что такое допущение отве -чает современной тенденции повышения жесткости кинематических цепей на кручение. На характер импульсивного движения привода режущей части и распределения ударных импульсов по его длине существенное влияние оказывает возможная несбалансированность отдельных его элементов, а также наличие пар сухого трения в подшипниках валов. Эти факторы не только приводят к перераспределению усилий, но и предопределяют опасность заклинки некоторых участков кинематической цепи. Дело в том, что действие реактивного ударного импульса на пару сухого трения приводит к возникновению фрикционного ударного импульса, который препят г

Чествует проскальзыванию в ходе импульсивного движения. В силу вышесказанного, рассмотрена задача об ударном взаимодействии несбалансированной пилы с твердым включением в горной породе при учете наличия сухого трения в подшипниках прилегающего вала в рамках обычной стереомеханической теории удара. Отметим однако, что в задаче об импульсивном движении в кинематической цепи учитываются лишь крутильные степени свободы системы. Это и естественно, поскольку, как показывает анализ совместных из-гибно-крутильных свободных колебаний, спектр частот крутильной схемы значительно ниже общего спектра частот. Поэтову, для последующего анализа низкочастотных колебаний, естественно сохранить только крутильные степени свободы. Подчеркнем еще раз,что частота этих колебаний настолько мала, что оказывается возможным учитывать только первую форму собственных колебаний. Поэтому, для анализа таких колебаний предполагаем, что преимущест -венно крутильные собственные колебания системы основного тона, а также колебаная под действием внешнего возмущения таковы,что обе пилы механизма колеблются синфазно по одинаковому закону, а синхронные с ними колебания ротора электродвигателя находятся в противофазе. Кроме того предполагаем, что упругая форма таких колебаний является в определенном смысле линейной. В итоге получается, что задача о низкочастотных, преимущественно крутильных колебаниях привода режущей части камнерезных машин сводится к анализу системы с одной степенью свободы.

В третьей главе исследуются низкочастотные фрикционные автоколебания в приведенной одномассовой модели привода с одной степенью свободы. Показано, что основная специфика задач об автоколебаниях при резании камня состоит в том, что давление пилы на породу не равно усилию подачи и совпадает только с нормальной его составляющей. В начале подробно анализируется упрощенная задача со скачкообразной характеристикой эффективного коэффициента трения в зависимости от абсолютной угловой скорости пилы. Точными методами получены все основные характеристики фрикционных автоколебаний как при прямой, так и обратной схемах резания. Установлено, что при прямой схеме горизонтальная проекция эффективной силы трения направлена против усилия подачи. Поэтому, условия резания становятся более тяжелыми с энергетической точки зрения. С другой стороны, при прямой схеме резания интенсивность фрикционных автоколебаний несколько уменьшается. Далее показывается, что крутильные фрикционные автоколебания привода режущей части камнерезных машин всегда связаны с колебаниями машины в продольном направлении,что влечет за собой неравномерность подачи и снижения эффективности резания. Это обусловлено установленной экспериментально зависимостью между скоростью подачи и мгновенной угловой скоростью пилы. В работе получена система дифференциальных уравнений четвертого порядка, описывающая совместные крутильно-продоль -ные колебания машины. Решение этой системы, полученное методом малого параметра, показало, что вследствие обратного влияния продольных колебаний на крутильные, опасность возбуждения ав -токолебаний увеличивается. существующих камнерезных машинах обычно предусмотрены различные приводы подачи и вращения дисковых пил. Это влечет за собой не только опасность увеличения фрикционных автокоде -баний, но и возможность поломки машины при внезапном и резком увеличении твердости породы. Поэтому, в диссертации предлагается способ синхронизации, скорости подачи и вращения пил, основанный на совмещении двигателей, приводящих оба механизма.Это позволяет значительно улучшить динамические и прочностные условия работы машины.

Заключительные разделы диссертации посвящены подробному механик о-мат ематическому исследованию фрикционных автоколебаний различных типов в системе с кусочно^линейной характеристикой трения. Именно в таком виде, как показывают результаты экспериментов [14], может быть схематизирована характеристика приве -денного момента трения, действующего на пилу камнерезной машины. Соответствующее исследование, проведенное точными методами, показало, что в системе возможны следующие четыре типа разно -характерных фрикционных автоколебаний:

1. Низкочастотный релаксационный режим;

2. Высокочастотный релаксационный режим;

3. Безостановочный режим, близкий к гармоническому;

4. Режим с мгновенным изменением знака абсолютной угловой скорости пилы.

По мере постепенного увеличения угловой скорости пилы низкочастотный режим переходит либо в высокочастотный, либо в безостановочный. В момент достижения оптимальной частоты, отвечающий минимальному сопротивлению, в первом случае происходит жесткий срыв автоколебаний. С другой стороны, при безостановочных автоколебаниях по мере приближения к оптимальной частоте, амплитуда колебаний уменьшается до нуля.

Заключение содержит основные результаты, полученные в работе.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в статьях:

I. Сарафян Г.С. Динамика импульсивного движения в длинных кинематических цепях.- В кн.: Исследование и создание нового оборудования в промышленности строительных материалов.- Гатчина: ЕНШСтроммаш 1981 г., с. 176-186.

2. Ветюков М.М., Сарафян Г.С. Удар неидеальной дисковой пилы при учете трения в подшипниках - Межвузовский тематический сборник научных трудов, "Вибротехника", Вильнюс, 1981 г.,

Ж I (39), с.103-107.

3. Нагаев Р.Ф., Сарафян Г.С. Колебания режущего органа и верхней тележки камнерезной машины. Тезисы докладов П Всесоюзного съезда по теории машин и механизмов, Д часть, Киев, Науко-ва дужа, 1982 г., с.80-81.

В указанных статьях все основные результаты и их численная/обработка проведены диссертантом лично. м.м.Ветюков проверил правильность вывода формул для ударного и реактивного фрикционного импульсов. Р.Ф.Нагаеву принадлежит постановка задачи о фрикционных автоколебаниях в упрощенной модели камнерезной машины с учетом неравномерности подачи.

-213-; V

Заключение диссертации по теме «Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры», Сарафян, Гайк Степанович

Основные результаты, полученные в работе, состоят в следующем:

1. Показано, что вынужденные многочастотные колебания привода режущей части камнерезных машин могут быть представлены в виде суперпозиции следующих двух слабо взаимодействующих друг с другом составляющих: преимущественно детерминированные низкочастотные колебания, носящие характер фрикционных автоколебаний и широкополосные колебания, происходящие с частотами, близкими к зубцовой частоте.

2. Разработана методика составления дифференциальных уравнений совместных изгибно-крутшгьных упругих колебаний привода, которые учитывают как возмущения от породы, так и подвижность основания.

3. Предложена упрощенная модель совместных крутильно-про -дольных колебаний машины при прямой и обратной схемах резания.

4. Показано, что при прямой схеме резания ухудшаются энергетические условия работы, но снижается интенсивность фрикционных автоколебаний.

5. Установлено, что опасность возбуждения фрикционных автоколебаний увеличивается вследствие влияния неравномерности по -дачи.

6. Разработана техника определения характера распростране -ния импульсивного воздействия от породы вдоль по длине трансмиссии. При этом определяются величины как реактивных импуль -сов зубчатых зацеплений, так и импульсивных воздействий в подшипниках валов.

7. Точными методами изучены фрикционных автоколебания в упрощенной динамической модели машины с кусочно-линейной характеристикой трения;

8. Аналитическим методом определены характеристики четырех разнохарактерных режимов фрикционных автоколебаний релаксационного и безостановочного типов. Определены области существования и устойчивости этих режимов, а также проанализирован характер их эволюции с ростом частоты вращения.

Ряд полученных результатов применим не только при динамическом анализе камнерезных машин, но и при расчете колебаний ме -таллорежущих станков, бурильных колонн, трансмиссии транспорт -ных машин, процессов шлифования и фрезерования,

В последующем предстоит решить комплексную задачу о вынуж -денных колебаниях привода камнерезных мамин и ряда родственных им механизмов под действием всех как случайных, так и детерми -нированных возмущающих факторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сарафян, Гайк Степанович, 1983 год

1. Абезгауз В.Д. Энергоемкость процесса резания мерзлых и тяжелых грунтов при проходке траншей, "Строительство трубопроводов". 1958 г., № 8, с.7-10.

2. Абезгауз В.Д., Гальперин М.И. Разработка мерзлых грунтов при механизированном рытье траншей. М., Госстройтехиздат,1962г., 95 с.

3. Акопов Р.В. Влияние материала и геометрии режущего инструмента на процесс обработки камня. Научно-технический отчет института стройматериалов и сооружений АН Арм.ССР, Ереван,1954г., 152 с.

4. Акопов Р. В. Геометрия режущего инструмента при резании кам -ня. Ереван, 1958 г., 178 с.

5. Акопов Р;В. К вопросу о режущих способностях различных инструментальных материалов при обработке камня. Известия АН Арм. ССР, т.У, 1962 г., с.18-21.

6. Акопов Р.В. Комплексное исследование влияния геометрии инструмента на показатели процесса резания твердых пород камня. Автореферат дисс.представл.на соискание учен.степени канди -дата техн.наук. Ереван, 1958 г., 28 с.

7. Акопян Р.В., Манукян A.A. Исследование работы дисковых пил камнерезных машин. Труды НИИКС, вып.2, Москва-Ереван, 1965г., с.9-14.

8. Андронов A.A., Витт A.A., Хайкин С.Э. Теория колебаний.М., Наука, 1981 г., 568 с.

9. Ашавский A.M. К анализу источников автоколебаний в бурении-Ii). ВНИИ ВТ, 1965 г., вып.53, с. 152-157.

10. Бабаков И.М. Теория колебаний. Издание 3-е, М., Наука,1968г., 559 с.

11. Белан В.К., Симкин В.Я. Релаксационные крутильные колебания бурильных колонн.- Машины и нефтяное оборудование, 1973 г., J& 2, с.17-22.

12. Белоруссов Г.С. Исследование геометрии режущего инструмента при резании известняков-ракушечников. Автореферат дисс., представл.на соискание уч. степени канд.техн.наук, Л. ,1956г., 15 с.

13. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. Изд.15-е,перераб.,М., "Недра", 1976 г., 607 с.

14. Варданян К.С. "Трение и износ режущего инструмента при резании камня". Автореферат дисс.на соискание уч.степени канд. техн.наук. М., i960 г., 23 с.

15. Василевский В.В. "Резание природного камня алмазными отрезными кругами". НЙИШАЗ, М., 1963 г., 23 с.

16. Василенко Н.В. 0 расчете автоколебаний при резании.- Прикладная механика, 1967г., т.З, вып.6, с.80-86.

17. Вейц В.Л., Дондошанский В.К., Чиряев В.И. "Вынужденные колебания в металлорежущих станках". М.-Л., Машгиз, 1959 г., 288 с.

18. Ветюков М.М., Сарафян Г.С. "Удар неидеальной дисковой пилы при учете трения в подшипниках". Межвузовский тематический сборник научных трудов, "Вибротехника", Вильнюс, 1981 г., № I, (39), с.103-107.

19. Вопияков В.А., Посташ С.А., Колесников П.И. Возникновениеавтоколебаний бурильной колонны Критерий износа шарошечных долот.- Бурение, 1974 г., № 8, с.23-25.

20. Габриелов Б.Г. "Исследование по совершенствованию конструкции режущего органа и определению рациональных режимов эксплуатации камнерезных машин при добыче мрамора". Автореферат дисс.на соискание уч.степени канд.техн.наук. Л., 1977 г., 27 с.

21. Галей В.Д., Поволоцкий C.B., Полищук С.М. "Машины и оборудование для эффективной добычи и обработки камня". Обзорная информация 1ЩИТЭСТР0ЙМАШ, М., 1977г., 59 с.

22. Галанин K.ÏÏ. "Оптимальные режимы резания пильных известия -ков месторождений Молдавской ССР". Журнал "Строительное и дорожное машиностроение", 1957 г., JK 12, с.22-25.

23. Гальперин М.И., Абезгауз В.Д. "Машины для резания камня". 2-е издание, М., 1964 г., 338 с.

24. Гальперин М.И. Динамики цепи для резания известняков. Журн. "Механизация строительства", 1959 г., № 3, с. 14-17.

25. Гальперин М.И. "Исследование резания известняков в строительстве". Автореферат дисс.,представл.на соискание уч.степени д-ра техн.наук, M., 1956 г., 32 с.

26. Гальперин М.И. "Расчет цепи для резания известняков". Журн. "Механизация строительства". 1954г., Л 8, с.10-14.

27. Гантмахер Р.Ф. "Теория матриц", Изд.3-е,М.,"Наука", 1967г., 575 с.

28. Гольдсмит В. Удар. Теория и физические свойства соударяемых тел. М., "Стройиздат", 1965 г., 448 с.

29. Гоман A.M. Исследование устойчивости движения дисковых пил резания.- Изв.вузов Машиностроение, 1981 г., №4, с.7-16.

30. Давыдов Б.Л., Скородумов Б.А., Бубырь Ю.В. "Редукторы", Москва-Киев, Машгиз, 1963 г., 115 с.-13833. Докукин В.А., Красников Ю.Ф., Хургин З.Я. "Аналитические основы динамики выемочных машин". М., "Наука", 1966г., 168 с.

31. Докукин В.А., Красников Ю.Д., Хургин З.Я.,Шмарьян Е.М."Корреляционный анализ нагрузок выемочных машин". М., Наука, 1969г., 106 с.

32. Докукин В.А., Красников Ю.Д., 2ургин З.Я. "Статистическая динамика горных машин". М., Машиностроение, 1978 г., 265 с.

33. Згура Г. Исследование автоколебаний при торцевом фрезеровании.- Автореферат дисс.на соискание уч.степени канд.техн. наук. Л., 1964 г., 13 с.

34. Ишлинский А.Ю., Крагельский И.В. "О скачках при трении". ЖТФ, 14, вып.4,5, 1944 г., с.276-282.

35. Кайдановский Н.Л. "Природа механических автоколебаний, возникающих при сухом трении". ЖТФ, 1949 г., т.19, вып.9,с.985-996,

36. Кайдановский Н.Л., Хайкин С.э. "Механические релаксационные колебания". ЖТФ, 1933г., т.З, вып.1, с.91-109.

37. Касьян М;В. "К вопросу об уточнении сил, действующих на дисковую фрезу камнерезных машин". М., Госстройиздат, 1961 г., 117 с.

38. Касьян М.В., Тер-Азарьев И.А. "Усилие резания при обработке естественных камней". "Вестник инженеров и техников". № 3, 1952 г., с.114-117.

39. Каширин А.И. Исследование вибрации при резании металлов.-- М.: АН СССР, 1944 г., 132 с.

40. Киклевич Н.А. "Зависимость нагрузок горных машин от режима резания. Дон УТИ, "Вопросы электромеханики", Госгортехиздат, Я 19, 1961 г., с.15-19.

41. Кичигин А.Ф., Солтанов А.Д., Климов Ю.И., Ярема В.Д., Игнатов С.Н. Стендовые испытания исполнительного органа порододроходческого комбайна. "Алмаз-I". "Горный журнал". 1965 г., № 5, с.5-8.

42. Кононенко В.О. Нелинейные колебания механических систем. Киев. "Наукова думка", 1980 г., 381 с.

43. Костерин Ю.И. Механические автоколебания при сухом трении. М., Изд-во АН СССР, 38 с.

44. Котелевский В.Ю., Полянкин В.А. Взаимодействие вынужденных колебаний и автоколебаний при внутреннем шлифовании.- Изв. вузов Машиностроение, 1981 г., 16 2, c.III-115.

45. Котелевский В.Ю. Автоколебания в системах трения металлорежущих станков.- Саратов, Саратовский университет, 1973г., 114 с.

46. Крагельский И.В. Трение и износ.- М., Машиностроение, 1968г., 450 с.

47. Кудинов В.А. Динамика станков. М., "Машиностроение", 1967г., 358 с.

48. Кургинян М.А. Исследование работы камнерезных машин в условиях добычи туфа переменной прочности. Автореферат дисс.на соискание учен.степени канд.техн.наук. М., 1967г., 12с.

49. Кухтенко А.И. Основные проблемы автоматизации угледобываю -щих машин. Киев. Изд-во АН УССР, 1958 г., 12 с.

50. Кухтенко А.И. Некоторые основные вопросы кинематики и динамики автоматически регулируемых врубовых машин с плавной подачей. Автореферат дисс.,представ.на соискание учен.степени д-ра техн.наук. Киев, 1954 г., 30 с.

51. Левин А.И. Приближенный расчет фрикционных автоколебаний. Журн."Машиноведение", 1981 г., № 2, с.22-28.

52. Лейкин М.Г. Исследование и основы конструирования дисковых исполнительных органов камнерезных машин. Автореферат дисс. на соискание учен.степени д-ра техн.наук,Минск,1969г.,30 с.

53. Лейкин М.Г. Расчет мощности выноса штыба дисковыми пилами камнерезных машин. Сб.трудов КООНИИСИМ, вып.4, Кишинев, 1964 г., с.4-9.

54. Лейкин М.Г. Улучшение эксплуатационных свойств исполнительных органов камнерезных машин. Изд-во "Крым", Симферополь, 1966 г., 151 с.

55. Ляндрес М.Ш. Исследование работы дисковых пил камнерезных машин. Автореферат дисс.на соискание учен.степени канд.техн. наук.Новочеркасск, 1965 г., 24 с.

56. Ляндрес М.Ш. Применение принципа "крупного скола" при дисковой распиловке известняка. Киев, 1963 г., 44 с.

57. Ляндрес М.Ш. Способ повышения эксплуатационных показателей камнезерных машин. Журн. "Строительные материалы и конструкции. Киев, № 2, 1966 г., с.23-25.

58. Макарян Л.М., Налбандян A.B., Шекян Г.Б. Применение сдемпфи-рованных исполнительных органов в камнерезных машинах. Журн. "Промышленность Армении", J6 3, 1978 г., с.64-67.

59. Мурашкин Л.С. К вопрову о возбуждении автоколебаний на ме -таллорежущих станках.- Тр.Ленингр.политехн.ин-та, Jfc 191, с.160-181.

60. Нагаев Р.Ф., Сарафян Г.С. Колебания режущего органа и верхней тележки камнерезной машины. П Всесоюзный съезд по тео -рии машин и механизмов. Тезисы докладов. П часть, Киев, "Наукова думка", 1982 г., с.80-81.

61. Никулин Б.И. Исследование влияния упругой координатной связи на автоколебания и показатели шлифования.- Изв.вузов "Машиностроение", 1981 г., № 9, с.131-136.

62. Носенко Н.Е., Гальперин М.И. Добыча и обработка строительного камня. Госстройиздат, 1956 г., 163 с.

63. Овумян Н.Г. Исследование формирования нагрузок на инструмен-- те- при резании природного камня. Автореферат дисс.на соискание учен.степени канд.техн.наук. Ереван, 1971 г., 22 с.

64. Орлов A.M. Добыча и обработка природного камня. М., Стройиз-1 дат, 1977 г., 350 с.

65. Павленко Л.П., Голубев В.Б. К расчету фрикционных автокоде -баний в трансмиссиях транспортных машин.- В кн.: Теория ме -ханизмов и машин, Харьков, 1981 г., выл.31, с.57-68.

66. Пановко Я.Г. Введение в теорию механического удара. М., Наука, 1977 г., 232 с.

67. Петров В.Ф. О механических автоколебаниях при сухом трении в системе с одной степенью свободы. Вестник Московского уни -верситета. Математика, механика, 1967 г., № 2, с.86-92.

68. Петрунин B.C. Автоколебательные процессы в тяговом приводе локомотива.- Изв.вузов, "Машиностроение", 1975 г., #2,с.33-43.

69. Пономарев A.C. Фрикционные автоколебания в трансмиссиях транспортных машин.- Динамика и прочность, 1972 г., вып. 16, с.130-134.

70. Проскуряков А.П. Метод Пуанкаре в теории нелинейных колебаний. М., Наука, 1977 г., 256 с.

71. Пугачев В.Н., Лившиц H.A. Вероятностный анализ систем автоматического управления, т.1, М., 1963 г., 456 с.

72. Ребиндер П.А., Шрейнер Л.А., Жиган К.Ф. Понизители твердости в бурении. М.-Л., 1944 г., 258 с.-14277. Ривин Е.И. Динамика привода станков. М., "Машиностроение", 1966 г., 204 с.

73. Сальникова Н.Д. О расчете фрикционных автоколебаний. Известия вузов. "Машиностроение", 1966 г., £ I, с.22-26.

74. Сарафян Г.С. Динамика импульсивного движения в длинных кинематических цепях.- В кн.: Исследование и создание нового оборудования в промышленности строительных материалов.- Гатчина: ВНИИСтроммаш, 1981 г., с.176-186.

75. Смородинов М.И. Зависимость усилий резания камня от геометрии и режима работы инструмента. Журн. "Строительные мате -риалы", 1959 г., № 10, с.29-35.

76. Солодовников В.В., Матвеев П.С., Вальденберг Ю.С., Бабурин В.М. Вычислительная техника в прменении для статистических исследований и расчетов систем автоматического управ -ления. М., Машгиз, 1963 г., 381 с.

77. Тер-Азарьев И.А. Взаимозависимость энергоемкости резания горных пород и дисперсности продуктов их разрушения. Журн. "Строительные материалы", 1963 г., № 2, с.12-16.

78. Тер-Азарьев И.А., Бурнусозян С.А. Об оптимальных условиях резания природного камня. Труды НИИКС, вып.У1, М., Стройиз-дат, 1973 г., с.7-12.

79. Тер-Азарьев И.А., Варданян К.С. Шбор конструкции дисковых пил камнерезных машин. Журн. "Строительные и дорожные машины", 1962 г., Я 12, с.18-21.

80. Тер-Азарьев И.А. Основы эффективного резания природного каины. Автореферат дисс.на соискание уч.степени д-ра теха.наук. Киев, 1966 г., 32 с.

81. Тяустый И. Автоколебания в металлорежущих станках.- М., Мир, 1973 г., 334 с.

82. Штейнвольф Л.й. Динамика механических передач силовых установок тепловозов.- Автореферат дисс.на соискание ученой степени докт.техн.наук, Харшов, 1968 г., 32 с.

83. Харкевич А.А. Автоколебания. М., Гос.изд.Техн. 1953 г., 171 с.91. block Н. Fufidamentat mecfianucai Aspects of boundaiLj XuSitcatton. SA.E.l5*1-68 , 19 ^Or.