Динамическое взаимодействие

пей мере для его уменьшении надо путем специальных мероприятий свести к пулю эти составляющие или ограничить допустимым значением их амплитуду. Решение подобной задачи, относящейся к динамическому проектированию механизма машинного агрегата, называется его уравновешиванием и составляет содержание настоящей главы. При чтом особо будет рассмотрено динамическое воздействие вращающихся звеньев механизма (роторов) на их опоры и способы его устранения.

представляют собой статическое уравновешивание механизма, Отметим, что при этом совсем не ставится задача достичь одновременно выполнения условия Мфх = 0. Следовательно, статически уравновешенный механизм никакого динамического воздействия на свое основание в виде силы не оказывает (F,,,, = Ф± = 0). Вместе с тем такой механизм в общем случае продолжает оказывать динамическое воздействие в виде момента _{УИ,„, = М,\,^ ^ 0).

Допустим, надо статически уравновесить горизонтальный криво-шипно-ползунный механизм (рис. 6.5, а) таким образом, чтобы устранить динамическое воздействие на основание, но только в вертикальном направлении. Заменим звенья заданного механизма тремя сосредоточенными массами т\,\, тк, т/; (см. рис. 6.5, б, на котором серыми линиями показаны ставшие безынертными звенья механизма). Выполняя замену, всю массу т я сосредоточим в точке С, поскольку звено 3 движется поступательно. Используя уравнения (6.4), получим т\,\ ----- mi/,j,si//i, тц = гпщ + тчп = m\l,\s\/l\ + + tn-ilc^-i/l'i, nil. = т-><; -\- ni;\ = m->lns\>/i> + т-л.

Объединим массы, размещенные на звене /: ш..\=т\л-\-тн-{-1п*\ (рис. 6.5, г). Таким образом, после размещения противовеса тк\ заданный механизм может быть заменен системой двух масс: неподвижной т.\ и горизонтально движущейся тс. Поэтому центр масс S' этой системы, а следовательно, и центр масс заданного механизма, но дополненного противовесом шк\ будет двигаться, но только горизонтально (рис. 6.5, г, d). А отсюда следует, что вертикальное динамическое воздействие на основание механизма будет устранено. Но останется горизонтальное воздействие, которое может быть оценено по формуле Р„фХ — Ф*х——(т-2<:-\-т-л)исх, Массу противовеса тк\ следует определить из уравнения (6.6), задавшись размером гк].

Следовательно, в результате моментного уравновешивания устраняется динамическое воздействие механизма на его основание,

Коэффициенты надежности по нагрузке, коэффициенты сочетания нагрузок, динамические коэффициенты крановых нагрузок назначают в соответствии с указаниями СНиП 2.01.07-85. Динамическое воздействие нагрузок от оборудования в сочетании с другими нагрузками учитывается в соответствии с указаниями нормативных документов по проектированию фундаментов и несущих конструкций под машины с динамическими нагрузками. Все данные по нагрузкам и соответствующие коэффициенты следует включать в состав проекта каркаса.

К особым относятся: нерегулярно возникающие нагрузки, имеющие аварийный характер или возникающие при нарушении режимов работы (застревание и обрыв скипов, аварийное динамическое воздействие конусов и балансиров и другие аварии оборудования), временные случайные нагрузки, возникающие при монтаже, давление сыпучих материалов, жидкостей и газов, возникающее при нарушении нормального режима эксплуатации (прекращение удаления пыли из пылеуловителей, значительное отложение конденсата в газопроводах, засорение водоотводчи-ков, обвалы, взрывы), температурные нагрузки, возникающие в результате разрушения футеровки, холодильников и т.д., сейсмические нагрузки. 12*

где Kg - коэффициент, учитывающий динамическое воздействие падения балансира с контргрузом, определяемый по формуле (13.18).

Примечание. Динамическое воздействие падения конуса или контргруза балансиров вследствие образования слабины конусных тросов, вызванной несинхронной работой механизмов, учитывается только на конструкцию колошникового копра, включая опорный узел. Методика расчета исходит из отсутствия амортизаторов, при установке которых расчетные формулы должны быть соответственно изменены. При определении напряжений в колоннах рамы копра от динамической нагрузки, исходя из кратковременного ее воздействия, коэффициенты продольного изгиба внецентренно сжатых элементов не учитываются.

В 5-й главе было показано, что при ускоренном движении звеньев механизма силовое воздействие машины на ее основание содержит динамические составляющие. При установившемся режиме динамические составляющие изменяются циклически. Это значит, что машина оказывает на свое основание периодические возмущения, вызывающие его вибрацию. Для устранения такого вредного воздействия или по крайней мере для его уменьшения надо путем специальных мероприятий свести к нулю эти составляющие или ограничить допустимым значением их амплитуду. Решение подобной задачи, относящейся к динамическому проектированию механизма машинного агрегата, называется его уравновешиванием и составляет содержание настоящей главы. При этом особо будет рассмотрено динамическое воздействие вращающихся звеньев механизма (роторов) на их опоры и способы его устранения.

представляют собой статическое уравновешивание механизма. Отметим, что при этом совсем не ставится задача достичь одновременно выполнения условия M = МФу =^= 0).

29. ДИНАМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МАШИННОГО АГРЕГАТА С ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДОЙ

29. Динамическое взаимодействие машинного агрегата с окружающей средой 351

Исследованию связанных колебаний в неавтономных автоколебательных системах посвящено много работ: [1, 2] и др. В этих работах не учитывается динамическое взаимодействие источника энергии и колебательной системы. Связанные колебания в системе с ограниченным возбуждением рассмотрены в [3, 4]. Система, изученная в этих работах, характеризуется тем, что автоколебательный механизм возбуждения колебаний и периодическое воздействие зависят от свойств одного и того же источника энергии (автономная система), обеспечивающего функционирование системы. Следует отметить, что интересным является также случай, когда имеет место независимость этих двух механизмов возбуждения колебаний от свойств одного и того же источника энергии. В данном случае автоколебательная система с источником энергии оказывается под воздействием периодической силы, явно зависящей от времени, и уравнения, описывающие эту систему, являются неавтономными. Заметим, что подобную систему условно можно называть системой, взаимодействующей с двумя источниками энергии, в которой один из источников является неидеальным, другой — идеальным. Действительно, если периодическая сила генерировалась бы некоторым вторым источником энергии, имеющим ограниченную мощность, то такое название было бы вполне адекватным. Тогда колебания, происходящие в указанной системе, оказались бы зависящими также от свойств источника, генерирующего периодическую силу, и система, превращаясь в автономную, описывалась бы тремя уравнениями вместо двух. Чтобы не усложнять задачу, на данном этапе мы моделировали неавтономную систему, описываемую уравнениями

Управляемая машина представляет собой соединение трех частей: источника энергии (двигателя), механической системы и системы управления движением. До недавнего времени можно было при исследовании колебательных явлений, происходящих в машинах, не учитывать динамическое взаимодействие этих частей машины. Динамическая независимость двигателя, механической части и системы управления обусловливалась прежде всего существенным различием их характерных постоянных времени: собственные частоты механической системы располагались обычно за частотой среза системы управления, постоянная времени двигателя значительно превышала наибольший период свободных колебаний. В этих условиях только при прохождении через резонанс в процессе разгона и выбега проявлялось в какой-то мере взаимодействие источника энергии с механической системой, связанное с резким увеличением диссипации энергии на резонансных режимах; в остальном же анализ и синтез функциональных частей машины могли проводиться независимо.

па рис. ОУ представле- де машинного агрегата при запуске ДВС (не-ны графики зависимо- критическая ситуация): 1 — по расчету; 2 — стей динамических на- по эксперименту; 3 — зависимость и (t). грузок валопровода машинного агрегата, причем кривая 1 соответствует результатам расчета по изложенной выше методике, кривая 2 построена по результатам экспериментов. По условиям энергетического баланса в машинном агрегате неосуществимо прохождение через пусковую резонансную зону. Как следует из рассмотрения графиков, двигатель при запуске устойчиво работает на околорезонансном режиме, причем колебания валопровода достигают значительного уровня. На рис. 60 представлены результаты расчетного (кривая 1) и соответственно экспериментального (кривая 2) определения динамических нагрузок в валопроводе машинного агрегата с ДВС. Динамическое взаимодействие ДВС с колебательной системой в этом случае не приобретает критический характер, но обусловливает повышенный, разрушительный для элементов силовой цепи машинного агрегата, уровень резонансных колебаний. Методы снижения уровня таких колебаний будут рассмотрены в гл. IV. Для скорости двигателя прохождение пусковой резонансной зоны характеризуется временным (кривая 3 на рис. 59) или длительно-критическим (кривая 3 на рис. 60) почти равномерным вращением.

di = cA.i-n-mXi-n/Yi-n при i = re + m + l,...,?. Выше на основе разработанного метода структурных преобразований цепных систем получены эквивалентные модели простой специальной структуры для составных машинных агрегатов с сосредоточенными и сосредоточенно-распределенными упруго-инерционными параметрами. Аналогично, для составных САР скорости машинных агрегатов, формируемых из автономно регулируемой и нерегулируемой подсистем, построены модели простой ациклической структуры. Полученные эквивалентные модели наглядно характеризуют с качественной стороны динамическое взаимодействие объединенных в единый машинный агрегат указанных подсистем и являются основой для разработки эффективных алгоритмов анализа и структурно-параметрического синтеза составных машинных агрегатов.

Рассмотрим практически важный случай, когда источником регулярных и нерегулярных возмущений является двигатель. Положим, что при проектировании и доводке двигателя обеспечены его динамические характеристики, как независимой системы, удовлетворяющие заданным техническим требованиям, которые предусматривают регламентированное влияние динамических процессов на эксплуатационные характеристики и долговечность элементов. В этом случде при формировании составного машинного агрегата по схеме «двигатель — рабочая машина» целесообразно стремиться к тому, чтобы присоединение машины несущественно влияло на локальные динамические процессы в двигателе, динамическое взаимодействие двигателя и машины не порождало активных процессов в силовой цепи машины и машинного агрегата в целом для рабочего скоростного диапазона двигателя [40].

Внутренняя амортизация необходима для машин, у которых имеется повышенная неконтролируемая нестабильность дисбаланса ротора (газовые турбины, электромашины и др.). В машинах, имеющих сильное динамическое взаимодействие (имеются в йиду знакопеременные силы) между элементами ротора и статора, можно сделать два раздельных внутренних каскада амортизации: один — в опорах ротора, а второй -г- между элементами статора и корпуса. Приведем следующие примеры.

1. Турбины. В них можно иметь внутреннюю амортизацию только в опорах ротора, так как в машинах этого типа имеется только один сильный источник вибрации в зоне низких и средних частот (дисбаланс ротора), переменное же газодинамическое взаимодействие между лопатками ротора и статора, с наших позиций, не существенно. Для тяжелых роторов следует применять внутреннюю упругоинерционную виброзащиту (ВУИВ).

2.Электромашины. В них следует делать амортизацию для ротора и для статора, так как в данном случае имеет место сильное динамическое взаимодействие между элементами ротора и статора. Таким образом, в этом случае кроме дисбаланса ротора существенный источник вибрации (гармоника «зубцовой» частоты) имеется и у элементов статора.

4. Редукторы. Для этих механизмов'характерно очень сильное динамическое взаимодействие между элементами ротора и статора (имеет место механическая связь), поэтому здесь целесообразно упругое крепление неподвижных звеньев в корпусе или всего корпуса, что менее конструктивно, и применение упругих опор у выходных валов.