Вынужденные и параметрические колебания в механических устройствах полиграфических машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, доктор технических наук Роев, Борис Алексеевич

• Роев, Борис Алексеевич
• доктор технических наук
• 2006

Оглавление диссертации доктор технических наук Роев, Борис Алексеевич

Введение.

Глава первая. Основные методы и анализ литературы по стохастической динамике и устойчивости упругих систем машин.

1.1. Основные методы исследования динамики машин при случайных воздействиях.

1.2. Анализ литературы по задачам стохастической устойчивости упругих систем.

1.3. Современное состояние исследования динамики механических устройств полиграфических машин.

1.4. Виброизмерения на элементах и узлах ротационной рулонной печатной машины (РПМ) и статистическая обработка их результатов.

1.5. Постановка задачи.

Глава вторая. Применение модифицированного спектрального метода для исследования стохастической устойчивости и случайных колебаний в механических системах машин.

2.1. Исследование стохастической устойчивости механических систем при помощи модифицированного спектрального метода.

2.2. Использование модифицированного спектрального метода при исследовании переходных процессов в механических системах.

2.3. Вынужденные колебания в механических системах со случайными параметрами при периодической внешней нагрузке.

2.4. Нестационарные колебания в механических системах со случайными параметрами при периодическом внешнем воздействии.

2.5. Выводы.

Глава третья. Случайные колебания в приводе печатного аппарата.

3.1. Параметрические крутильные колебания в приводе печатного аппарата полиграфических машин.89.

3.2. Переходные процессы в приводе печатного устройства полиграфических машин с учетом случайного изменения параметров.

3.3. Вынужденные крутильные колебания в приводе печатного устройства полиграфических машин при периодической внешней нагрузке.

3.4. Выводы.

Глава четвертая. Исследование динамики лентопитающего устройства при учете случайного характера его параметров.

4.1. Параметрические колебания в лентопитающем устройстве рулонной ротационной печатной машины с учетом случайных параметров.

4.2. Переходные процессы в лентопитающем устройстве рулонной ротационной машины с учетом случайных параметров.

4.3. Вынужденные колебания в лентопитающем устройстве рулонной ротационной печатной машины с учетом случайных параметров.

4.4. Случайные нестационарные колебания в лентопитающем устройстве рулонной ротационной печатной машины.

4.5. Выводы.

Глава пятая. Динамика печатного аппарата листовой ротационной машины.

5.1. Колебания печатного цилиндра листовой ротационной машины при периодическом изменении его изгибной жесткости.

5.2. Влияние ударных воздействий на характер колебаний печатного цилиндра.

5.3. Динамика печатного аппарата листовой ротационной машины

5.4. Выводы.

Глава шестая. Исследование динамики транспортных систем полиграфических машин при учете случайного изменения параметров.

6.1. Стационарные колебания в конвейерах непрерывного действия при наличии флуктуаций скорости движения цепи.

6.2. Параметрические колебания в конвейерах непрерывного действия.

6.3. Нестационарные колебания в конвейерах непрерывного действия при наличии флуктуаций скорости движения цепи.

6.4. Выводы.188.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вынужденные и параметрические колебания в механических устройствах полиграфических машин»

Современное печатное оборудование представляет собой механизмы со сложной кинематикой и динамикой, позволяющие выполнять точные технологические операции. Переход к новым высокоскоростным полиграфическим машинам приводит к увеличению интенсивности динамических нагрузок. При этом возникает необходимость в разработке уточненных математических моделей, которые позволили бы исследовать новые динамические явления, оказывающие существенное влияние на качество печати. Прежде всего, это относится к параметрическим колебаниям, которые возникают в некоторых механических устройствах полиграфических машин из-за того, что во время работы ряд параметров этих устройств меняются во времени периодически или случайным образом. Такие колебания возможны в приводах, в лентопитающих устройствах, в печатных секциях и в транспортных системах полиграфических машин и т.д. При этом главную роль играет исследование параметрических резонансов, связанных с неустойчивостью рассматриваемых упругих систем в некоторой области их параметров (области неустойчивости). Наряду с параметрическими колебаниями в системах при внешних динамических нагрузках возникают и вынужденные колебания. Взаимодействие этих двух видов колебаний существенно влияет на характер динамических процессов в механических устройствах полиграфических машин, а соответственно на качество печати и точность выполнения технологических операций.

В последнее время в различных областях науки и техники наблюдается широкое использование статистических методов исследования. Указанный подход в последние годы характерен и для исследовательских работ в полиграфии. В частности, при исследовании динамических процессов в рулонных машинах приходится иметь дело с возмущениями, природа которых полностью не ясна. Для объяснения сущности происходящего в том или ином исполнительном механизме при движении машины необходимо вводить в рассмотрение статистические свойства моделей, применяя при этом вероятностные методы решения динамических задач. Это свидетельствует о необходимости дальнейшего совершенствования таких моделей применительно к новым объектам исследования и разработки математического аппарата для более точного описания и учета динамических явлений Статистическое описание условий работы упругих систем полиграфических машин является более полным и точным, чем. детерминистическое, и больше соответствует реальным условиям эксплуатации.

Цель настоящей работы состоит в разработке метода и уточненных математических моделей, а также изучение на их основе вынужденных и параметрических колебаний механических устройств полиграфических машин при случайном характере изменения их параметров и внешних нагрузок.

Научная новизна данной работы состоит в том, что предложено новое научное направление по расчетам и проектированию полиграфических машин, которое основано на использовании модифицированного спектрального метода в разработке теоретических и практических методик расчета упругих систем полиграфических машин с учетом случайного характера их параметров и динамических нагрузок.

Основные положения работы:

1. Модифицированный спектральный метод, используемый для решения задач стохастической устойчивости, параметрических и вынужденных колебаний, а также их взаимодействия.

2. Методики исследования устойчивости, переходных процессов, вынужденных колебаний и их взаимодействия с параметрическими колебаниями, происходящими в механических устройствах полиграфических машин.

3. Динамические модели механических устройств полиграфических машин и внешних воздействий.

Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Роев, Борис Алексеевич

Общие выводы

1. Модифицированный спектральный метод впервые использован в задачах устойчивости, исследования переходных процессов и вынужденных колебаний в системах со случайными параметрами.

2. Модифицированный спектральный метод позволяет в задачах об установившихся вынужденных колебаниях в системах со случайными параметрами получить новые результаты, связанные с взаимодействием этих колебаний с параметрическими.

3. С помощью методики, основанной на модифицированном спектральном методе, исследованы переходные процессы, происходящие в системах со случайными параметрами. Рассмотрено-влияние начальных условий и параметров воздействия на характер и продолжительность этих процессов.

4. Рассмотрена задача об устойчивости привода при случайном изменении приведенных параметров инерции, демпфирования и жесткости, исследованы переходные процессы, происходящие в системах привода при двух параметрических воздействиях.

5. Изучены установившиеся вынужденные колебания в системе привода и рассмотрено их взаимодействие с параметрическими колебаниями.

6. Исследована устойчивость системы ЛПУ при случайном изменении эксцентриситета рулона, получены границы областей неустойчивости. Проведен анализ переходных процессов, происходящих в ЛПУ.

7. Рассмотрена задача об установившихся вынужденных колебаниях ЛПУ при случайном изменении эксцентриситета рулона. В результате взаимодействия вынужденных и параметрических колебаний на графиках амплитудно-частотных характеристик наблюдается появление дополнительных резонансных пиков.

8. Решена задача о параметрических колебаниях печатного цилиндра ротационной листовой печатной машины, возникающих в результате периодического изменения его изгибной жесткости. Отмечена существенная зависимость характера этих колебаний от числа оборотов и размера технологической выемки. Проведено исследование кромочного удара цилиндров печатного аппарата ротационной листовой печатной машины. Ударное воздействие было представлено в виде последовательности прямоугольных и трапециевидных импульсов.

9. Рассмотрена трехмассовая динамическая модель печатного аппарата рог тационной листовой печатной машины, которая позволила выявить некоторые особенности динамики печатного аппарата. Рассмотрено влияние периодического изменения изгибной жесткости цилиндров на характер колебательных процессов в печатном аппарате. При этом отмечается изменение характера деформации декеля и увеличение этой деформации по пиковым значениям, что существенно влияет на качество печати.

Ю.Рассмотрены стационарные колебания в конвейерах непрерывного действия блокообрабатывающего агрегата при наличии флуктуаций скорости движения цепи. Взаимодействие вынужденных и параметрических колебаний проявляется в виде «раздвоения» резонанса.

11.Исследована устойчивость движения транспортной цепи конвейера блокообрабатывающего агрегата при наличии флуктуаций скорости. При реальной величине средней скорости движения цепи побочный резонанс мало вероятен, а главный параметрический резонанс при слабом демпфировании возможен, что подтверждается результатами других работ.

12.Проведен анализ нестационарных колебаний, возникающих в цепи конвейера непрерывного действия блокообрабатывающего агрегата. Изучено влияние дисперсии и .частоты параметрического воздействия на характер нестационарных колебаний и длительность переходных процессов, происходящих в рассматриваемой системе.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Роев, Борис Алексеевич, 2006 год

1. Абрамов Б.М., Фишин М.Е. Колебания тяговых цепей конвейеров, В кн. Теория механизмов и машин, Харьков, ХГУ, 1975, вып. 19, с. 13-22.

2. Алексеев В.М., Валеев К.Г. Исследование колебаний линейной системы со случайными коэффициентами. Изв. Вузов, Радиофизика, т. 14, № 12,1971.

3. Алексеев Г.А., Воронов Е.А. Научные и инженерные задачи исследований и расчетов в ротационных печатных машинах. Омск, 2000 .

4. Андронов А.А.,Понтрягин JI.C., Витт А.А. О статистическом рассмотрении динамических систем. Журнал экспер. и теоретической физики , т.36, 3, 1933.

5. Батищев И.Ф., Герценштейн И.Ш., Кулешов Е.К, Милицын Ю.В. Радиальные колебания цилиндров печатного аппарата. В кн.: Печатные машины. Межвузовский сборник научных работ. М.: Моск. полигр. инт, 1982, вып. 2, с. 58-66.

6. Болотин В.В. Динамическая устойчивость упругих систем. Гостехиз-дат,1956.

7. Болотин В.В. О взаимодействии вынужденных и параметрических колебаний. Изв. АН СССР, ОТН, № 4, 1956.

8. Болотин В.В. Случайные колебания упругих систем. М.:Наука,1979, 336 с.

9. Болотин В.В. Применение методов теории вероятности и теории надежности в расчетах сооружений. М.: Стройиздат, 1971.

10. Ю.Болотин В.В., Москвин В.Г. О параметрических резонансах в стохастических системах. Изв. АН СССР, МТТ, №4, 1972.

11. Бушунов В.Т. Печатные машины. Расчет и проектирование. M.-JL: Машгиз, 1963,616 с.

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

13. Воронов Е.А. Научные основы анализа и синтеза параметров механических приводов рулонных машин при регламентированной точности печатания: Автореф. дис. докт. техн. наук. -М.: Моск. полиграф, ин-т, 1990.

14. Воскресенский М.И. Приближенный метод расчета квазигармонических колебаний и применение его для анализа привода талера машин серии ДП.- Труды МПИ, 1960, № 12.

15. Вульфсон И.И. Колебания машин с механизмами циклового действия.-JL: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1990,-309 с.

16. Голубенцов А.Н. Динамика переходных процессов в машине, подверженной случайным воздействиям. Динамика машин. Сборник статей ИМАШ СССР, М. Наука, 1969, с. 93-105.

17. Кац И.Я., Красовский Н.Н. Об устойчивости систем со случайными параметрами. ПММ, т.24, вып.5,1960.

18. Кацнельсон А.Н., Коловский М.З., Троицкая З.В. О стохастической устойчивости линейных систем. Изв. АН СССР, МТТ, 3,1971.

19. Коловский М.З. Динамика машин. Л.: Машиностроение (ЛО), 1989.263 с.

20. Куликов Б.В. Теория и экспериментальное исследование бумагопи-тающих устройств рулонных печатных машин: Автореферат дисс. канд. техн. наук . М.: Моск. полигр. ин-т, 1952.

21. Ломакин В.А. Реакция упругих систем на случайные воздействия. Сб. «Упругость и неупругость», вып. 1, М.: изд. МГУ, 1971.

22. Макаров Б.П. Нелинейные задачи статистической динамики машин и приборов.- М.: Машиностроение. 1983 . 264 с.

23. Макаров БД, Роев Б.А. Об одном методе исследования параметриче- . ских систем при случайных воздействиях. Сб. научных докладов 11 Симпозиума по колеб.упр. констр. с жидкостью. Новосибирск, 1974, с. 154-156

24. Макаров Б.П., Роев Б.А. Параметрические резонансы в стохастических системах с двумя степенями свободы. Известия Вузов. Приборостроение, №12, 1981, с.20-23.

25. Миллионщиков М.Д. К теории однородной изотропной турбулентности. ДАН СССР, т. 32, 9,1941.

26. Митрофанов В.П. Статистический анализ стационарного движения ленты в печатных секциях рулонных машин. Печатные машины. Межвузовский сборник научных работ. Вып.2. М.: Изд-во МПИ, 1982, с.4-12.

27. Митрофанов В.П. Элементы теории и расчета рулонных печатных машин. М.: Изд-во МПИ, 1984.

28. Митрофанов В.П., Тюрин А.А., Бирбраер Е.Г., Штоляков В.И. Печатное оборудование. М.: изд. МГУП, 1999. 443 с.

29. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний. М.: Машиностроение, 1967.-316 с.

30. Перов В.А. Стохастические задачи оптимизации параметров и оценки надежности нелинейных упругих систем (узлов) полиграфических машин. -М.: Изд-во МГУП, 2000.-232 с.

31. Перов В.А., РоевБ.А. Об устойчивости управляемой виброзащиты АФА. Известия Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, №5, 1981, с. 117122.

32. Перов В.А., Роев Б.А. Изучение динамики привода печатной машины с учетом упругодемпфирующих свойств и случайного изменения параметров. Известия Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. № 1-2. М., 2001, с.65-69.

33. Перов В.А., Роев Б.А. Исследование случайных параметрических колебаний в упругом приводе печатной машины. Современные проблемы физики и механики. Межведомственный сборник научных трудов. Вып. 4, М., 2002 г.

34. Перов В.А., Роев Б.А., Юрухин Б.Н. Динамика и прочность машин. Учебное пособие. М.,МГУП, 2004,- 152 с.

35. Перов В.А., Роев Б.А., Шульченко В.А. Виброизмерения на элементах и узлах рулонной печатной машины (РПМ) и статистическая обработка их результатов. Сборник тезисов докладов Юбилейной научно-технической конференции. Вестник МГУП, № 10, 2005, с. 96-98.

36. Петрук А.И. Вопросы синтеза механизмов цикловых машин. Киев. Наукова думка, 1981. -119 с.

37. Роев Б.А., Кононов А.В. Параметрические колебания физического маятника при случайных перемещениях его точки подвеса. Известия Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, №3, 1982, с. 107-110.

38. Роев Б.А. Параметрические колебания гиромаятника при случайных воздействиях. Известия Вузов. Приборостроение, №2, 1983, с. 53-56.

39. Роев Б.А. Аэроупругая неустойчивость призм в турбулентном потоке. Строительная механика и расчет сооружений, №5, 1983, с. 59-61.

40. Роев Б.А. Колебания физического маятника.при комбинированном параметрическом воздействии. Известия вузов. Приборостроение, №5, 1984, с. 59-62.

41. Роев Б.А. Устойчивость систем с двумя степенями свободы при случайном параметрическом воздействии. Прикладная механика, 20, № 10,1984, с.120-123.

42. Роев Б.А. Анализ погрешностей физического маятника при случайных перемещениях его точки подвеса. Известия вузов. Приборостроение, №4,1986, с. 60-63.

43. Роев Б.А., Трошенков М.К. Исследование маятниковых устройств при случайных воздействиях. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка . №3,1988, с. 112-114.

44. Роев Б.А., Перов В.А., Калашников В.В. Исследование случайных параметрических колебаний чувствительного элемента датчика угловой скорости подвижной геодезической инерциальной системы. Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка., № 2,1991, с.116 120.

45. Роев Б.А. Исследование переходных процессов в лентопитающем устройстве рулонной ротационной машине с учетом случайных параметров. Известия Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела . № З.М., 2003, с. 9-16.

46. Роев Б.А. Вынужденные колебания в конструкциях со случайными параметрами. Труды МГУП. Вып.2. Вопросы строительной механики, огнестойкости конструкций и гидравлики, М.: МГУП, 2004, с. 123-125.

47. Роев Б.А. Взаимодействие вынужденных и параметрических колебаний в системах со случайными параметрами. Вестник МГУП, № 4, 2005,с. 47-57.

48. Роев Б.А. Вынужденные и параметрические колебания в механических устройствах полиграфических машин. М., Изд-во МГУП, 2005. -138 с.

49. Роев Б.А. Случайные вынужденные и параметрические колебания в приводах машин. Сборник научных трудов. Вып.З. Вопросы строительной механики, безопасности конструкций и гидравлики. М.: МГУП, 2005, с. 66-70.

50. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций . -М.: Наука, 1968. 463 с.

51. Стратонович P.JT. Избранные вопросы теории флуктуаций в радиотехнике.- М.: Советское радио, 1961.

52. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1985. 472 с.

53. Тир К.В. Механика полиграфических автоматов. М.:Книга,1965 495 с.

54. Трошенков М.К., Роев Б.А. Об устойчивости тонкой упругой панели при случайных воздействиях. Сб. научных докладов 1У Симпозиума по колеб.упр. констр. с жидкостью. Новосибирск, 1980.

55. Тюрин А.А. Печатные машины. М.: Книга, 1966. 459 с.

56. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем. М.: Машиностроение, 1970.

57. Фишин М.Е. Механизмы периодического поворота в полиграфических машинах. М., Книга, 1973.

58. Фишин М.Е. Расчет механизмов транспортно-подающих систем полиграфических машин. М.: Машиностроение, 1979.-256 с.

59. Хасьминский Р.З. Устойчивость систем дифференциальных уравнений при случайных возмущениях их параметров. М.: Наука, 1969.

60. Челпанов И.Б. Колебания системы второго порядка при случайных изменениях параметров. ПММ, т. 26, вып. 4, 1962.

61. Щербина Ю.В. Динамические свойства процессов управления движением бумаги и краски в рулонных печатных машинах. -М.: Изд-во МГУП, 2003.-270 с.

62. Шмидт Г. Параметрические колебания. М.: Изд. «Мир», 1978. 336 с.

63. Штокман И.Г. Динамика тяговых цепей рудничных конвейеров. М., Углетехиздат, 1959.

64. Якубович В.А. О динамической устойчивости упругих систем. ДАН СССР, т. 121, № 4, 1958.

65. Ariaratnam S.T. Dynamic stability of a colum under random loading. Dynamic stability of structures. Pergamon Press, Oxford, a.o., 1967.

66. Ariaratnam S.T., Graefe P. Linear systems with stoxastic coefficientes. Part. 1,2,3, Intern. J. Control, v. 2, 1-3,1965.

67. Bertram J.E., Sarachik P.E. Stability of circuits with randomly time-varning parameters. IRE Trans. PGTT-5, Special Supplement, p. 260, 1959.

68. Bogdanoff J.L., Kosin F. Moments of the output of linear random systems. J. Acoust. Soc. Am., v. 34, 8,1962.

69. Bolotin V.V. Statistical aspect in the theory of structural stability. Dynamic stability of structures. Pergamon Press, Oxford.a.o., 1967.

70. Bolotin V.V. Relability theory and stoxastic stability. Study on stability, 6, University of Waterloo, 1971.

71. Caughey Т.К., Gray A.H., Jr. On the almost sure stability of linear dynamic systems with stochastic coefficients. J. of appl. mech. Trans, of the ASME,ser.E, 38, 3,1971.

72. Dowell E.H. Transmission of Noise from a Turbulent Bondary Layer through a Flexible Plate into a Closed Cavity. J. Acoust. Soc. Am., v. 46, 1, 1969.

73. Graefe P.W. Stability of a linear Second, order systems under random excitation. Ing.- Arch., Bd. 35, H. 3, 1966.

74. Gray A.H. Behavior of linear systems with random parametric excitation. J. Fcoust. Soc. Am., v. 37, 2,1965.

75. Infante E.F. On the stability of some linear nonautohomous random system. J. of appl. mech. Trans, of the ASME, ser. E, v. 31, 2, 1964.

76. ItoK. On stochastic differential equations. Mem. Amer. Math. Soc., 4, 1951.

77. Kosin F. A survey of stability of stochastic systems. Automatica, v. 5, 1, 1965.

78. Samuels J. C. On the stability of random systems and stabilization of deterministic systems with random nouse. J. Acoust. Soc. Am., v. 32, 5, 1960.

79. Wedig W. Stabililitatsbedingungen fur ein Schwingungssystem mit zu-falliger Parametererregung. Acta techn. Acad. sci. hung., 76, 1-2, 1974.

80. Weidenhammer F. Stabilitatsbedingungen fur Schwingungssysteme mit Parametererregung durch weises rauschen. Ing.-Arch., Bd. 35, H. 1, 1966.