Воронежский государственный архитектурно-строительный университет Д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой строи-
тельной техники и инженерной механики В.А. Жулай Канд. техн. наук, доц. кафедры строительной
техники и инженерной механики А.Н. Щиенко Студент группы 1641 А.С. Корыпаев
Россия, г. Воронеж, тел. 8(473)277-01-29; e-mail: zhulai@vgasu.vrn.ru
Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering
Dr.Sci.Tech., prof., head of the chair of building technique and mechanics engineering
V.A. Zhulai
Kand. Tehn. Sciencts, assistant professor of the pulpit of construction machinery and engineering mechanics А.N. Shchiyenko
Student of 1641group A.S. Korypayev
Russia, Voronezh, tel. 8(473)277-01-29; e-mail: zhulai@vgasu.vrn.ru
В.А. Жулай, А.Н. Щиенко, А.С. Корыпаев
ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВИБРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ КАРДАННЫХ ПЕРЕДАЧ АВТОГРЕЙДЕРОВ
В данной статье представлен информационно-измерительный комплекс для проведения экспериментальных исследований вибрационных процессов карданных передач строительных и дорожных машин.
Ключевые слова: экспериментальные исследования, вибрационные процессы, цифровой информационно-измерительный комплекс, карданные передачи, автогрейдеры,
V.A. Zhulai, А.N. Shchiyenko, A.S. Korypayev
DIGITAL INFORMATION-MEASURING COMPLEX
FOR CARRYING OUT OF EXPERIMENTAL RESEARCHES OF VIBRATING PROCESSES OF AUTOGRADERS’ CARDAN TRANSFERS
The information-measuring complex for carrying out of experimental researches of vibrating processes of cardan transfers of building and road cars is presented in given article.
Keywords: experimental researches, vibrating processes, digital information-measuring complex, cardan transfers, autograders.
Проведение на высоком уровне экспериментальных исследований быстропеременных, имеющих случайный характер, вибрационных процессов карданных передач автогрейдеров возможно только с помощью современных цифровых измерительно-информационных систем (ИИС), которые представляют собой комплекс устройств для получения, преобразования и регистрации информационных сигналов. ИИС представляют различные конструкции, мо-
300
гут иметь один или несколько каналов различного назначения, но все они построены по одной структурной схеме, которая включает в себя: первичный преобразователь (датчик с чувствительным элементом); согласующее устройство, которое нормализует сигнал; преобразователь, производящий кодирование и функциональное преобразование; устройство хранения информации [1].
Строительные и дорожные машины являются мобильными объектами, работающими в неблагоприятной окружающей среде с высокой запыленностью и большим диапазоном температур. Предварительный анализ свойств изучаемых объектов и их рабочей среды позволил сформулировать следующие требования к применяемым аппаратным средствам для обеспечения необходимых метрологических характеристик исследуемых параметров. Энергонезависимая ИИС должна обеспечивать в полевых условиях, с минимальными погрешностями, измерение и регистрацию на магнитном носителе в цифровом коде колебательных процессов
счастотой до 1 кГц.
Всоответствии с этими требованиями в качестве первичного преобразователя механических колебаний в электрический сигнал был выбран пьезоэлектрический датчик виброускорений AP2038P, со встроенным микроусилителем, который для работы не требует внешних источников питания, имеет малые габаритные размеры, высокую надежность и долговечность. Также эти датчики обеспечивают линейную зависимость выходного сигнала от
уровня виброускорений (с точностью 1…4 %), |
большой рабочий диапазон частот (до 20 кГц) |
и температур окружающей среды (от 0…260 ° |
С) [1, 2]. |
В процессе проведения полевых испытаний применялся виброметр общей и локальной вибрации «Октава 101ВМ» со встроенным аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Полученный в первичном преобразователе электрический сигнал подается на плату АЦП, где происходит последующее преобразование аналогового сигнала для получения характеристик исходного процесса в цифровой форме. Требования к точности и достоверности обрабатываемых данных определяют параметры операций дискретизации по времени и квантования по уровню, выполняемых в АЦП, и определяются требованиями к точности и достоверности обрабатываемых данных.
Для записи первичной информации в цифровой форме на жесткий диск ЭВМ адаптер подключался к ПК типа notebook через порт USB.
Описанный комплекс аппаратных средств осуществляется для измерений, сбора и регистрации данных на промежуточном носителе ПЭВМ для последующей их обработки в ОС Matlab, обеспечивая запись порядка 6,5 · 105 отсчетов, что соответствует длительности реализации 3,3 с при частоте дискретизации 1 кГц. Данная система позволяет получать значения статистических, спектральных и других характеристик вибрационных процессов с высокой точностью и разрешающей способностью.
На основе описанного комплекта аппаратуры и энергонезависимого персонального компьютера типа notebook смонтирован портативный информационно-измерительный комплекс, имеющий суммарную приборную погрешность 1,5 %, схема которого представлена на рисунке 1, а общий вид – на рисунке 2.
301
Рис. 1. Схема портативной информационно-измерительной системы
Рис. 2. Общий вид портативной информационно-измерительной системы при испытаниях карданной передачи
302
Библиографический список
1.Коробейников А. Т. Испытания сельскохозяйственных тракторов. – М.: Машино-
строение, 1985. – 240 с.
2.Инженерные методы исследования ударных процессов. – М.: Машиностроение, 1977.
–240 с.
References
1. Korobeynikov A.T. Tests of agricultural tractors. – M.: Mechanical engineering, 1985. –
240p.
2.Engineering methods of research of impact processes. – М: Mechanical engineering, 1977.
–240 p.
303
УДК 621.878.62 (27)
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет Д-р техн. наук, проф., кафедры «Строительной и техники и технической механики» В.А. Нилов
Магистрант кафедры «Строительной и техники и технической механики» А.В. Воронов Россия, г. Воронеж, тел. 8-(473)-277-01-29 e-mail: pmptm@vorstu.ru
Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering
Dr. Technical sciences, prof., Chair «Building and technicians and the engineering mechanics» V.A. Nilov
Magistracy Chair «Building and technicians and the engineering mechanics» A.V. Voronov
Russia, Voronezh, tel. 8-(473)-277-01-29 e-mail: pmptm@vorstu.ru
В.А. Нилов, А.В. Воронов
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАНЕТАРНОЙ ПЕРЕДАЧИ
ВПРИВОДЕ ХОДА ЭКСКАВАТОРА
Встатье рассмотрен вопрос об обосновании преимуществ применения планетарного привода в приводах хода строительных экскаваторов. Приведены сравнительные характеристики и освещены направления дальнейшего развития конструкций приводов хода экскаваторов.
Ключевые слова: экскаватор, планетарная передача, привод хода, многопоточные передачи
V.A. Nilov, A.V. Voronov
RATIONALE FOR USE IN PLANETARY TRANSMISSION DRIVE
OF EXCAVATOR
In article the question on a substantiation of advantages of application of a planetary drive in drives of a course of building dredges is considered. Comparative characteristics are resulted and directions of the further development of designs of drives of a course of dredges are shined.
Key words: dredge, planetary transfer, course drive, multilane transfers.
Большой объем работ в современном строительстве связан c разработкой грунта, а именно: отрывка котлованов, траншей, отсыпка насыпей, возведение плотин, дорожного полотна. Эти работы, как правило, выполняют одноковшовые универсальные строительные экскаваторы. На их долю в нашей стране приходится более половины всего объема земляных работ. При этом остро становится вопрос о повышении производительности экскаваторов, снижении их металлоемкости и повышении надежности в эксплуатации. Решение этих вопросов непосредственно связано с некоторыми особенностями конструирования основных узлов и агрегатов, таких как: рабочее, ходовое оборудование и приводы основных механизмов, в том числе механизма хода [1].
Современными тенденциями развития привода хода экскаваторов являются:
1.компактность,
2.снижение массы,
3.модульный принцип конструирования и ремонта,
4.повышение КПД привода,
5.снижение материалоемкости гусеничной рамы,
6.унификация с механизмом поворота.
Внастоящее время наблюдается активное внедрение унифицированных составных частей для привода хода экскаватора. Передовые фирмы, выпускающие экскаваторы, переходят на выпуск типоразмерных планетарных модулей, используемых для привода хода и поворота платформы. Широкое применение планетарных передач объясняется рядом их достоинств по сравнению с простой зубчатой передачей:
1) возможность получения большого передаточного числа при небольших габаритах передачи;
2) имеют меньшую массу по сравнению с рядовыми передачами; 3) планетарные передачи работают с меньшим шумом, удобно встраиваются в элек-
тродвигатели, ходовые колеса, барабаны.
Широко распространенные силовые трансмиссии на основе рядовых зубчатых механизмов практически полностью исчерпали себя по критериям технического уровня и качества. Огромный эффект был достигнут за счет применения многопоточных зубчатых передач. Это объясняет повышенное применение в последние годы рядовых планетарных передач в многосателлитном исполнении в отечественном и, особенно, – в зарубежном машинострое-
нии. [2]
Недостатком таких передач являются сложность изготовления, что связано с повышенной точностью изготовления и сборки, для чего требуется специальное совершенное оборудование. На рис. 1 представлены конструкции привода хода экскаватора с трехступенчатым редуктором и бортовой передачей и конструкция с планетарной передачей.
Рис. 1. Приводы хода экскаватора:
а) обычный редуктор; б) планетарный редуктор
На рис. 2 приведены столбчатые диаграммы, иллюстрирующие преимущества планетарного привода хода экскаватора. Занимаемое пространство привода с планетарным редуктором примерно в 2 раза меньше, по сравнению с базовым приводом. Масса привода меньше на 27%. Также необходимо отметить, что применение планетарного привода уменьшает материалоемкость гусеничной рамы на 10%, что в свою очередь упрощает и удешевляет её изготовление. Приведенные на рис. 2 данные свидетельствуют, что при одном и том же пере-
даточном числе, КПД привода с планетарным редуктором выше, чем КПД базового привода. При передаточном числе 88 КПД предлагаемого привода равен 0,73, а базового – 0,71.
в)
г)
Рис. 2. Преимущества планетарного привода хода экскаватора
Новым шагом в создании высокоэффективных многопоточных трансмиссий явилась схема, разработанная в Тульском государственном университете, конструкция которой представлена на рис. 3.
Трансмиссия содержит две неделимые планетарные ступени: быстроходную a1 - g1 - b1 и тихоходную a2 - g2 - b2 , смонтированные на одном водиле h в едином корпусе в виде шестизвенного механизма при односателлитном исполнении. При этом малые центральные зубчатые колеса a1 и a2 смонтированы на едином входном валу, большое центральное колесо b1 первой ступени выполняет роль опорного звена, одновенцовые сателлиты первой g1 и второй g2 ступеней смонтированы попарно на общих осях в водиле, а выходное колесо b2 соединено с выходным звеном. Поток мощности со входного колеса a1,2 разбивается на два: один – через сателлит g1 и водило h, второй – через сателлит g2. кроме того, в каждом ряду несколько сателлитов по развертке. Потоки мощности суммируются на выходном звене b2. Зубья каждой пары зубчатых колес нагружены лишь малой частью общей мощности, что позволяет очень сильно снизить габариты и массу передачи. Трансмиссия удовлетворяет главному тре-
бованию к современным приводам – передавать мощность короткими кинематическими цепями на больших скоростях и редуцировать ее параметры на выходе.
Рис. 3. Планетарная передача нового типа: а) схема передачи; б) конструкция
Библиографический список
1.Геращенко В. Н. О некоторых проблемах экскаваторостроения и путях их решения.// Строительные и дорожные машины. 1993. №10. с.6-8.
2.Сидоров П.Г., Пашин А.А., Плясов А.В. Многопоточные передачи – идеология создания машин нового поколения и объект преподавания машиноведческих дисциплин в техническом ВУЗе. / материалы II Всероссийской научно-методической конференции «Основы
проектирования деталей машин – XXI». – Орел: ОрелГТУ, 2010. – 292 с., с. 32-40.
References
1.Gerashchenko V.N. Some problems ekskavatorostroeniya and solutions.// Construction and Road Machines. In 1993. № 10. p.6-8.
2.Sidorov P. G, Pashin A.A., Pljasov A.V.multiline of transfer – ideology of creation of cars of new generation and object of teaching disciplines in technical college. / Materials of II AllRussia scientifically-methodical conference «Bases of designing of details of cars – XXI». – Orel:
OrelSTU, 2010. – 292 p, 32-40 p.
УДК 691.878
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет Д-р. техн. наук, проф. кафедры строительной техники и инженерной механики Ю.Ф. Устинов Канд. техн. наук, доц. кафедры строитель-
ной техники и инженерной механики Н. М. Волков
Канд. техн. наук, доц. кафедры строительной техники и инженерной механики Д.Н. Дёгтев Россия, г. Воронеж, тел. 8(473)271-59-18
Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering
Dr. Sci. Tech., professor of the pulpit of construction machinery and engineering mechanics Yu.F. Ustinov
Kand. Tehn. Sciencts, assistant professor of the pulpit of construction machinery and engineering mechanics N.M. Volkov
Kand. Tehn. Sciencts, assistant professor of the pulpit of construction machinery and engineering mechanics D.N. Dyogtev
Russia, Voronezg, ph. 8(473)271-59-18
Ю.Ф. Устинов, Н.М. Волков, Д.Н. Дёгтев
ОЦЕНКА ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСПОРТНЫХ И ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН
НА СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Создание технологических машин, используемых в строительном комплексе, горнорудной промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях с форсированными двигателями, высокими рабочими и транспортными скоростями движения и возросшими при этом динамическими нагрузками, неизбежно приводит к увеличению вибрации и шума, как на рабочем месте, так и в окружающем пространстве. В этой связи проблема снижения виброакустических параметров машин является актуальной, так как тесно связана с прочностью конструкций, безопасностью жизнедеятельности и охраной окружающей среды.
Ключевые слова: виброакустика, сложные динамические системы, системный анализ, метод конечных элементов.
Yu.F. Ustinov, N.M. Volkov, D.N. Degtev
ESTATION OF VIBROACOUSTIC PARAMETERS OF MOVING
AND TRANSPORT-TECHNOLOGICAL MACHINES
OF THE DESIGN STAGE
Creation of technological machines used in construction, mining industry, agriculture and other fields having powerful engines, high working and transport speeds and thereby increased dynamic loads inevitably lead to an increase of vibration and noise both at the working place and in the surrounding space. In this connection the problem of reducing machine vibroacoustic parameters is urgent as it is closely connected with the durability of construction, safety of live activity and environment.
Key words: vibroacoustic, complex dynamic system, system analysis, finite element method.
Технологические транспортные и транспотно-технологические машины, предназначенные для работы в различных отраслях строительства и промышленности, относятся к сложным разветвлённым динамическим системам, так как имеют несколько одновременно работающих источников виброакустической энергии; две и более несущие рамы; содержат в своей конструкции блочные, плитные, оболочечные и складчатые элементы. При этом на конструкции действуют внутренние и внешние силы полигармонического, ударного, импульсного и случайного характеров.
Анализ литературных источников из области исследований вибрации и шума машин и механизмов показал, что описание быстропеременных процессов в сложных динамических системах с использованием классических теорий колебаний, акустики и статистической физики крайне затруднительно из-за невозможности предугадать искомую форму решения и определить граничные условия [1,2].
Необходимо отметить, что отечественными и зарубежными учёными, НИИ, заводами и фирмами внесён крупный вклад в проблему борьбы с шумом и вибрацией различных машин, изданы фундаментальные научные труды, разработаны эффективные виброшумозащитные мероприятия и конструкции, но общее развитие науки, создание более совершенных технологических машин, появление мощных вычислительных средств и численных методов решения дифференциальных уравнений в последние десятилетия являются хорошей базой для разработки новых методов описания быстропеременных процессов в сложных динамических системах.
Целью работы является разработка методологии прогнозирования виброакустических характеристик сложных динамических систем. При этом определены следующие задачи:
1.На основе системного анализа и физических представлений быстропеременных процессов разработать операционную систему решения проблемы, включающую образование виброакустической энергии в источниках, распространение её по элементам конструкции машины и в окружающей среде, излучение энергии в точке приема. При этом операционная система должна содержать обратные связи с конкретными моделями воздействия на системные объекты.
2.На основании экспериментальных исследований установить характерные конкретные режимы работы, при которых излучение виброакустической энергии будет наибольшим, так как современные стандарты по определению уровней звука и звукового давления в кабинах самоходных технологических машин конкретного режима работы машин не определяют.
3.Разработать способ разделения источников энергии на технологических машинах с целью определения уровней звукового давления и виброскоростей в точке приема в октавных и 1/3-октавных полосах со среднегеометрическими частотами. Эти экспериментальные данные необходимы для оценки вклада каждого источника в общее звуковое поле и выбора виброзвукозащитных мероприятий.
4.Разработка программного комплекса для численных исследований характеристик виброакустического поля в точке приема.
Для решения данной проблемы определены следующие концептуальные принципы:
1.Любой источник виброакустической энергии рассматривается как совокупность независимых источников, один из которых излучает звуковую энергию только в окружающее пространство, а второй только в корпус, опорные и неопорные связи в виде звуковой вибрации. Данное разделение потоков энергии условно и в практическом отношении по утверждению многих ученых-акустиков целесообразно.
2.Для решения уравнений движения элементов конструкций машин используется принцип суперпозиции, когда искомое решение является суммой решений, получаемых от воздействия каждой гармоники ряда Фурье, которым представляется возмущающая периодическая динамическая сила.
