автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.18, диссертация на тему:Инерционный кинематический осциллятор и рекуперативные приводы на его основе

СЙШГГ-петсрпь'РГШШ ГОСЭДЙРСТВЕЮШЙ ШПИЧЕСК»:

УНИЙЕРСИТЕТ

На праиах рукописи

ЭДОЯШИ йоги? Д*зл;;озич

ЙНЕРИИВНИКИ К15НЕГ.Т»ИЧЕСКЙЙ ОИКШТОР

и рее-Мератише привода ил его основе

G5.02.i8 Теория нехаиизноз и маяин 05.02.05 Роботы, манипулятора и робато-технические системы

'АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание цченой степвнн доктора технических наук

С-итт-Петербург И32

РдВота выполнена в На^чка-исслейонательскогс и констру! торско-ттшлогическон институте городского хозяйства Сг.Киов?

Официальные оппоненты;

доктор технических наук, профессор Й.И.КСРЩЯСЕВ:

доктор тех!шческих мук, профессор З.Е.ЛЕЯСЯХ;

доктор технических наук, профессор И.Б.ЧЕДШШОВ.

Ведущая организация - Иеготраслевой научно-технически

комплекс "РОБОТ"

Зацита состоится 1Э92 г. в часип н

заседании Специализированного совета Д 063.38.07 Санкт-Псте бургского Госцдарствечного технического университета по адресу 135251, Санкт-Петербург, уд. Политехническая, ¿5.

С диссертацией козна ознакомиться с библиотеке цииверситст

к ¿Щ

Автореферат разослан _________ 1932 г.

Отзиви на автореферат б двух экземплярах с подписью , зл -репной печатьв, просин направлять учиноиу секретарю специали: роианного совета Л 063.38.07,

Ь'чьчшй секретарь специализированного ссзета. кандидат технических наук, доцент

В.И.Лабе

ОБЦЙЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РЯШН. Развитие энергосберегающих технологий и машин является ваяннм направление» технического прогресса. Применительно к цикловым транспортным и транспортно-технологи-ческим мавинам реализация этого направления привела к появления рекуперативных приводов, обеспечивающих утилизации энергии тор-момения дла использования ее при последующем разгоне. Разработано значительное число транспортнах средств-С автомобилей, автобусов, электрического и специального транспорта) с рекуператив- ■ ным приводом, использующих в качестве накопителей энергии различные виды аккумуляторов. Преимущество' маховика перед другими ■' накопителями в таких приводах обусловлено возиовностьи более.интенсивного накопления и выделения энергии и меньшими потерями. Особенностью маховика, как накопителя энергии, является измене-', ние частоты его вращения при изменении величины накопленной энергии. Поэтому у большинства известиях рекуператоров с инерци-'. \ онными накопителями присутствует слоиний привод, обеспечивдтдий управляемое варьирование передаточного отновения иегду маховиком и исполнительным валом маоины. В то яе время суиествует целый, ряд цикловых и вибрационных мавин,- работающих в'детерминированных условиях промывленлых производств , у которых процесс торио-мения-разгона происходит по наперед заданному закону, неизменному от цикла к циклу. Так в связи с развитием средств робототехники эффективным оказалось использование рекуператоров в приводах манипуляторов и других цикловых механизмов роботизированных производств. Б качестве- аккумуляторов у них использованы пру&ины и другие накопители потенциальной энергии. Существенный прогресс в этой области связан с работами Института машиноведения им. А.Я.Благонравова ЯН СССР и НПО "Кузробот" (г.Таганрог), НПО "Техноприбор" (г.Смоленск).

В то ме время именно в цикловых механизмах возмо*но эффективное использование инерционных рекуператоров, благодаря воз- . мовкостч применения простых передаточных механизмов с детерминированным законом изменения передаточного отношения веЕдд маховиком и исполнительным звеном. Поэтому изучение и разработка цикловых маиин с инерционнак рекуперативным приводом С ИРП), являвшихся мавииави нового класса, представляется актуальной научно-технической проблемой.

ИРП является колебательной системой, образованной двумя массивными телами, связанными передаточным механизмом. Колебания тел сопрогоадавтся обменом кинетической энергией ме«ду ними. Очевидно, по сравнению с классическим осцилляторам - колебательной системой, совериащей колебания относительно половения равновесия, инерционный кинематический осциллятор с ИКО) обладает рядом специфических свойств. Изучение зтих свойств и их использо-• вание при создании вибромашин на основе ИКО такве является актуальна. .

Работы выполнялись в соответствии с Едиными годовыми планами проведения исследований, разработок и опытных работ Межотраслевого научно-технического комплекса "Робот" Иинстанкопромэ СССР ча ¡930 и ¡93! гг., утвервденными постановлениями ГКНТ СССР от ? марта 1930 г. и 11 марта 1991 г. (вифры проблем 01.12.И и 01.03.И, соотзетсгвенно). отраслевыми годовыми планами Министерства хилицно-коимуналького хозяйства УССР (1987 и 1988 гг.) , а такае на основе прямых хоздоговоров с ОКБ "Роботы" НПО "Ритм" (г.Волгоград), ВИШИ химической промышленности (г.Киев), ПО "Фармация" (г.Киев) к другими организациями.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в разработке теоретически и экспериментально обоснованных методов создания цикловых и вибрационных папин с инерционным рекуперативным приводом и изучении свойств колебательной системы, слухачей основой таких приводов, создании нового сеыейстг- маиин. ижеяких различное практическое применение.

Основные задачи исследований замечается а построении динамической модели ИКО. ее изучении как колебательной системы при различных воздействиях, а- такие разработки я исследования принципиальных технических решений и конструкций иехакизиов с ИРП, определения их оптимальных параметров, выполнения расчетов и экспериментов.

Решение этих задач базируется иа достижениях а области исследований рекуперативных механизмов с различными приводами к маховику, содержащихся в работах Гулка К.В., Дубровина В.В.,Куликова Я.К., Очана К.Я.. Чудакова Е.А., Кларка P.C., Рабекхорс-та Д.В., Скотта Д. и других.

Прикенялись подходы , к созданию манипуляторов с рекуперативным приводом и аккумулятором потенциальной энергии, предло-я°нкые а работах Йкинфийва Т.С., Бабицкого В.И., Болотина Л.в..

Кобринского Й.Е,, Корендясева ft.П., Салакзндры Б.Л., Тывеса Л.И. и других.

Принцип обмена энергией мегду исполнительным звеном и аккумулятором, реализуемый в рекуперативном приводе, ¡аналогичен подхода, полоненному в основу уравновешивающих механизмов , применяемых для уменьшения динамических нагрузок в циклознх мази-нах-ьвтекатах пглкгреекчгских и металлургических произведет!!. Такие машины исследованы в работах Георгиевского И,К., Кояевни-кова С.Н., Котолюза Е.И., Полвдова H.H., Тира К.В., Ткачен-ио A.C. и.других.

В работе использована фундаментальные научные труди по теории механических колебаний, и теории колебаний в цикловых машинах, развитые в работах Андронова ft.Я., Бабицкого В.Й., Бидерыа-на И.Л., Блехмана И.И., Быховского О., Вульфсона И.И., Вей-ца В.Я., Кочина Н.Е., Коловского Й.З., Лезитского Н.И., Панов-ко Я.Г., Рагульскиса К.И., Светлицкого В.й, Фролова К.В. и других.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА состоит в разработке теоретических основ построения цикловых и вибрацкакних вааин с инйрциоинум рекуперативным приводом', изучении специфических свойств полозвнной в основу такого привода системы, .колебании в которой происходят благодаря нелинейности пзрёдаточной функции меаду двумя массивными телами и сопрсвоядаится обменом ' между ними кинетической энергии; создании нового семейства рекуперативных цикловых машин с инерционным аккумулятором.

Исследованы свободные колебания системы при различных видах диссипации, обоснована возиояность существования устойчивых автоколебаний и, следовательно, рабочих процессов в цикловых ыави-нах на его основе при наличии двигателя, а такле экспериментально обнаружены автоколебания лод воздействием сил трения, зависящих от скорости.

Показано, что при наличии упругих воздействий ИКС проявляет свойства колебательных систем с потенцкаяышми накопителями энергии. Построена система с двумя степенями свободы и изучены ее основные свойства. Установлено, что физической модельи ИКО является массивная точка, движущаяся на плоскости по контуру, образованному замкнутой кривой функции пологения передаточного механизма, а масса точки, действущие на неё сшщ и степень деформации контура пропорциональны состветствувдии инерционным и

3

силовым параметрам.

Разработана основы динамики и синтеза ИРП с рычажным передаточным механизмом и механизмом с гибким звеном. Показана воз-могнэсть их оптимизации путем подбора вида и параметров передаточной функции и инерционных параметров. Показана возновность создания цикловых и вибрационных машин с легко регулируемой частотой и не зависящей от массы вибрируемых тел и сопротивлений амплитудой.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Предлояено нозог семейство иавин с инерционным рекуперативным приводом, отличающееся высокими динамическими характеристиками, устойчивостью^ к внешним воздействиям , широким- диапазоном регулирования, простотой и'технологичностью конструкций. Разработанные программы для ЭВМ позволят оптимизировать механизмы с ИРП. Использование ИРП в цикле-ьнх машинах автоматизированных производств позволяет существенно ;:ое^:кть их грузоподъемность и быстродействие при сокращении энергопотребления привода. Обоснована возможность построения транспортных и технологических машин с вертикальным перемещением груза, рационально испольэувцих его потенциальную энергию и об-ладаадих бользой простотой к надежностью. Показана воэиоишоегь улучшения технологических свойств ряда маиин вибрационного действия благодаря использования в них ИРП.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РЙБОТЫ. В Волгоградском ОКБ "Роботы" НПО "Рати" внедрены манипуляторы грузоподъемностью 5 и 16 кг, манипулятор для обслуживания РТК изготовления болтов внедрен в ПО "Россельмао", во ВИУШ химической промышленности использовано вибросито , а з ПО "Фармация" эксплуатируются вибраторы на основе ИКС, во ВНИИ противопожарной обороны МВД СССР разработано спусковое устройство с ИРП, в Миняилкомхозе УССР разработано устройство для санитарной очистки стволов мусоропроводов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы доложены на УI-1X научно-технических конференциях Курского политехнического института (Курск, 1372-1975 гг.), семинаре г.о теории маиин и ме-ханизаов им. акад. И.К. Артоболевского Института машиноведения АН СССР им. А.й, Благонравова (Москва, 1980), Еестой Всесоюзной научно-технической конференции по управляемым автоматическим не -приводам и передачам гибкой связь® (Одесса, 1900 ). !!тор:а Всесоюзном съезде по теории мазин и механизмов 1:82?, Третьем Зсосоазном совсцанаи по роЗоготехии-

чгскии систекак (Ьпронег. 19841, Респусликгнской конференции "Ппомнолекнае работы в машиностроении" (Киев , 1584). Республиканской конференции "Практика разработок к эксплуатации автоматизированных робототехнических комплексов и еисто:" (Киес. 19Е?:. 1 и 13 Всесоюзных научно-технических конференциях "Ыахс-гичные накопители энергии" Житомир. 1352, 1939). 47-ой науч-но-метояичэской и научно-исследовательской конференции КАДИ (НвскЕе, 1933). XX школе ученых кгханикав- "Анализ и синтез нелинейных механических систем" (Куйбыгев, 1990), Научно-техническок ссвезании "Состояние и перспективы совершенствования автоматизированного иузнечно-прессового ааликастроекия" (Варанег, 1390), семинаре "Актуальные проблемы механики и машиностроения (Ленинград, 1990), Ученой совете отдела механики казин и управления ватинами Института машиноведения ЯН СССР т. А.А.Елагснравовз (Москва, ¡930). 52-Я Научно-технической конференции Кинзского инаенерно-строительнсгв института (Киев. 1991), Кафедре теории 22зин и агха.члзясз Ленинградского технического университета (Санкт-Петербург, 1991).

Экспонаты, отражение результата работ, демонстрировались на ВДНХ СССР (серебряная медаль, Москва, 1980), ВДНХ УССР (диплом второй степени, Киев, 138?,.1930 ), Иездународной выставке "Наука-88" (Носква, 1985), Выставке-ярмарке разработок в области автоматизации производства и управления в иазиностроанин с применением вычислительной техники (Хинск, 1390), Международной Плэедивской ярмарке (Республика Болгария, 1990), Научно-техническая выставка Хэйхэской торгово-прсиазленной палата (КНР-, 1992).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации зеторси опубликовано 33 печатных -ис5ст в тон чисЛе 1В авторских свидетельств.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссерта :ип состой- из введения, тринадцати глаз, содеряит 109 рисункор, список литератур:; из 169 наименований. Обгкй объем дисгертаикк - 313 страниц.

С0ДЕР1АНКЕ РАБОТЫ

ИРП. КАК 'КОЛЕБАТЕЛЬНАЯ СКСТЕКА (гл. 1, 2)

У цикловых аеханизасв с нелинейной пврекаточней ф^агтаи-й при сообзенки аи запаса шютяческсй загргя» оездиствляетгл колебательное двикение исполнитвлышх згпкьвв при ротаимпкшгх г.»)--хенин-зедуаих. Скорость ведущего зала при зтои ::редпплзг;ет::1 близкой к постоянной, а периодичность передаточной ^эдиа

а

вызывает неравномерность хода ведуцзго звена и является источником воэбуздения упругих колебаний в приводе.

8 то ае время передаточные механизмы инерционных рекуператоров долзша обеспечивать большой диапазон изменения скоростей, обоих звеньев, необходима,1 для соединения неподвижного иахович-наго аккумулятора с двияуцимся исполнительным звеном и наоборот.

Основной интерес при изучении таких механизмов представляет периодические движения, при которых происходит обмен кинетической энергией между звеньями. Рассмотрим привод (рисл.а), содериащий массивные звенья 1 и 2, соединенные передаточным иг-ханизаом 3,функцией полояения которого является замкнутая кривая без особых точек, реализуемая, например, ДБухкоромыслазым четы-рехзвенникзм, содержании коромысла 4 и 5, связанные шатуном б 'вис. 1.6) или ленточным вариатором на валах которого установлены аотки 7 и 8" ленты 3 (рис.1,в). В положении I вал 0 неподвиаен, а вал 0'вращается э направлении, указанном стрелкой. При переходе б полозение II вал 0 разгоняется, а зал 0' тормозится до остановки и т.д.

При двиаении массивных звеньев передаточная функция мегду ними изменяется теоретически от - до + со и обратно обеспечивая обмен кинетической энергией между звеньями 1 и 2 при ограниченных ускорениях. Автоматическое изменение величины и знака

-Рис.1. Схема ИКС С а - структура, б - рычажный передатсч-чий механизм, з - ленточный вариатор)

передаточной функции в процессе движения обеспечивает колебания звеньев с амплитудой, -заданной кинематикой передаточного меха-низка, без изменения их потенциальной энергии. Такув колебательную систему будем называть инерционным кинематическим осциллятором сИКО).

Уравнение двивения системы с невесомыми и недеформирусмыки звеньями передаточного механизма при идеальных связях в нем имеет вид

где 14 и 1г~ моменты инерции звеньев 1 и 2 относительно соответствуйте валов передаточного механизма: М, я М,- приведенные моменты внеяних сил: Ц> ,(р,1р - угол поворота, угловая скорость и ускорение звена 1; <£/ - передаточное отношение; у/ - угловая скорость звена 2;

Обцин свойством передаточных .чеханизмов, обеспечива^-их колебания ИКО, является замкнутость графика Функции.пилоаенпя, от-ранавзая двузначность связи аезду углами поворота их валов из-за наличия условия сборки. Поэтому зти механизмы", являясь механизмами с одной степенью свободы, гребувт для однозначного их описания использования двухслойного фазового пространства

Так как функция положения является заккндтой кривой без изломов, то пгргдаточкая функция на отрезке [Ф,,1?^] непрерывна, двузначна и состоит из убывавшей и возраставшей ветвей с асимп-тотааи s точках ^ и . Е точках f? и Рг ветви пересекают ось <р . Размах колебаний <Р= Для определенности примем, что пра

росте координаты реализуется убывания ввтеь соответствую-

щая сборке , а при уменьшения координаты - возрастающая ветвь ■ U_ (у} сборки С_.

Для консервативной системы уравнение (1) интегрируется .в квадратурах

L=r±/^0 ; (ft = - > (2)

■ ® e>

гм % a {if; T> ffLjuf dtp-A CJ±^ ±(L±+ul)'D,5:

% ' 4 .

Ct — U-t W+ (. Ci + )""; — if t / j

'¿jg =■ \j2E0/ Lz - максимальная скорость звена 2, соответствующая общей энергии системы С0 . 2 формуле для L ± учтена возаоз-ность изменения номента инерции звена I а точках и Фгг например, при загрузке - разгрузке схвата манипулятора.

В координатах у>} (р второе из уравнений £2) в силу двузначности задает семейство кривых, камдаа из которых образована лоломтельнай и отрицательной ветвями. Так как U. на концах отрезка С^,^] равна г о" .то ветви фазовой траектории ямевт обчие точи» рСеР1)^р(<Р3) = 0, т.е. кривая является замкнутой непрерагной линией и, следовательно, описывает колебательный процесс. Графики скорости первого звена вытянуты вдоль ост пропорционально начальным условиям, зададимся константой ф0. 3 точках и кривые семейства имеет ойяуо касательную, пгрпеиди/сулярнув оси .

Определена условия, при которых ускорения в точках^ , Ф f^ и р, ограничена. Это имеет место, если з зтих точках функцш U"'(<P, tif^janenT парядок_«алости меньаи^чгм кдлибровочнш по отношении н нка функция И\/Ж,2~ У'*

И&оиск коягоаний Т определяется кинематическими СШ, инер цчзп.чааа (L) .чаоактеоистикаад и зависит от начальных у слови!

= ГТ, ; ~ Г. ' а\ - -

Л .ТЕ перз^атечного с п? рЕг.ат'Ч'!зС' С .

- ' Г0

при проиовпкязк 1- * 1 закоя 2вяг»знз о? врсиеки задается >*-липткческим" Санкция1«. ¡"¡ри ¿-= : ураЕ"е!:кг "гигения имеет екд <р* «Д, ^ -пеоиад Т = , гье

г - кр'^гсзак част:та. Т.ь. дге зшпхсзке :'5СС£, сгззан-

нис пеоелэч;.':, оппсы^-земсй ураркеиисн С 3 ?, с'орззуГ'Т ггрусчн-чегкий зсэаляятср, амплитуда .-{ол^аний звгньс? кзтзчого чсйз:' :н~ на, а частота зависит аг началъннх .

ЛМС С ИПЯН-'ВНЬ'Е СЙСТЕ5Я С г .т. V

Г:рналич;-:;', на пп^1ги=з зг:зйзтзчч зс-

противления «с»?нт М, з зра? нения [\> для кншюгскоге, дн/сСного и кзадратичнзго сопротивлений разея Мо.Я0Ф , 6, где Мс

' о •

<Х0 , ё„ - константы. .Кая а зы;е, кетадси прййзсэзкгаг.кз полечена рекзрревтнчв фгрзглг, кзтсркг плеобрпзосаня з урззвсакз Сизовых траектория. Фазсгзе траектория скдеенаой разовой плоскости в этих случаях сяазвна/.тея рпипч.чкки з траектории коксерзатяв-ной системы. Скорость ка п -см цккяс ходгббп::?. аогет бить получена 8*ис5гние* Еоотвзтстваавеа скзгост;: консервативной систрйз на коэффициент затухания, величина которого кеньге единица и уменыгаетса от цикла к циклу. ;"лн кулоновекпго и лингйного сопротивлений (рис.З.а и 6) фазовзе траекторий оканчазазтея на отрезке, амплитуду колебаний , а при квадратичном сопротивлении (рис.3, в,1 асимптотически прибЛйЕаотся к зтекн птреэку. проходя через его конца. Это аналогично поведена:; сззоеых траекторий волизи Фокуса классического осциллятора с линейнчм трэн;:-вй. Особенностью кулоновского сопротивления является независимость оида фазовой траектории от уравнеккз яередатвчиэГ. рункц:::;. Яла линейного и квадратичного трений такая зависимость присутструет и на рисунках преястьзленн графики, соотвестгуяпн дравненав (3). Пер/од колебаний для П -го цикла при мэлнх зкачр-ниих сспротавгекий стгзая с периодом колебаний конгерваткьной система следуэиимк фзрйьчгзш:.

зля кулскоескзгс Те(п) ~ Т/ ( I ~ Ч М»^ п / Л, [и/ !

для линейного Т, (П) * Т / ( 1 - Уп / 1г )

(а - кцлоновское сопротивление; б - линейное; в - квадратичное; г - при ограниченном передаточном отношении)

3 этой 1е главе рассмотрены такие специфические для ИКО диссипации, как неидеалмше связи и потери при разрывной передаточной функции.

В первом случае на примере системы с передаточной санкцией" СЗ) Показано, что имеет место экспоненциальный характер затухания, а экстремальные значения скоростей внутри циклов скекены I; точки, соответствующие координатам полошений сакотормоЕения передаточного кеханизиа.

Ь случае ограниченности передаточной функции в осцилляторе не происходит полная остановка тормозимого маховика и часть его энергии не прередается разгоняемому иахоЕику, а теряется. Зто имеет место, например, в ленточках передаточных механизмах, в которых предельные значения передаточной Функции сг.рсделг.зтся минимальным радиусом котка , ограниченным изги5ной «егткостъз ленты и способом ее крепления к валу. Предполагалось,-что з момент скачкообразного изменения передаточной функции происходит сначала разрушение связи мегду маховиками, а затем налояенне новой связи с другой передаточной функцией. Удар предполагался абсолютно неупругим. На основании теоремы об изменении момента количества движения, в главе получены значения коэффициента кинематических потерь энергии , обусловленные ограниченность!! передаточной функции. На рис. 3,г показан график передаточной функции для такого случая и характер фазовых траекторий, асимптотически приблинашщихся к отрезку <Р. .

АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С гл. 4)

Вавнеййим для практического использования НКО является возможность поддержания его колебаний непериодическим источником энергии, т.е. организации автоколебаний. Рассмотрены дза, имевших практическое значение способа возбуждения автоколебаний -использование двигателя, реверсируемого автоматически по пологе-ние одного из звеньев передаточного механизма и нереверсируемогс двигателя, связанного с осциллятором дополнительным передаточным механизмом. Первый вариант реализован в манипуляторах и других цикловых механизмах, второй - в вибромавинах.

Рассмотрена еозкоеность существования установившихся автоколебаний на примере системы с квадратичным сопротивлением , находящейся под действием постоянного момента Ма, направление которого совпадает с направлением скорости.

Уравнение движения ияеет вид-

(Г, + 1гки'</)4 М<0 цпф = 0.

^ г С' рссек,'.; ь\:::дс.чэ а:;знс;,,п,.421нл. иллг-

ст1шз>!гт 28ггрс«*а, отрггзпзгз зависимость »зксиагльиой екоосетп 5 70рзг0 ¡¡¿хоркка з 5г-|з П5слгз0ватсл»нзз( циклах (ряс.4). йэиггх : построена по рекурргкшзй ззеисяйости = ^(УСУ) , а 4 -

ЗиссЕктральчая пряаа«. Точка яересечгязя соотзетстЕузт аанси-иальяой сксрзсти (><1 цстаносизвегося дзигенич. При качельной ско-зестн и > «л кслзбаш'я затухав:, а лги (с < д»» нарап:агт л а обоях случаях сасгеаа прьдоаит к периоаи- 1 •«-, / чйпкоз? Д5И1ЕНКВ. которзху осот- > зетст5ует ааксияадьиаа скорость зторого маховика <св. • Представ -лекн-зя диаграмма аналогична диаг- ; ";ам1'з Кгнигса-Леаерга дли потекци- : ; ; лдьньк сигте». ч которой акэсто 1 \/ амплитудного значения обобзенней ! /\

ксордината принято амплитудное *——-'--;—

значениз скорости второго ыахови- ^

на. Показано, что с ростом Мо. Рис.4, ¿¡иагразка = пзриод убывает, в то время как ам- -Т (у(г>Л. плитуда, заданная геометрией передаточного механизма при достаточной жесткости его звень'эв остается неизменной.

Аналогично показано наличие устойчивых автоколебаний при подпитке колебательной системы нереверсирцгуал двигателем и возиоености получения произвольной не эавиеявей от свойств осциллятора частоты колебаний путем изменения мощности двигателя

5 этой ее глазе представлены результату " экспериментальных исследований возкоаности возбуждения автоколебаний от действия, сил трения . зависящих от скорости скольаения. Прикероа таких колебаний в классическом осцилляторе является маятник Сроуда, лредставляа^ий собой гравитационный каятник, втулка в ларнире подвеса которого охватывает зрадзасийся с. постоянна?. скоростъЕ Бал. 'Исследования проводились на экспериментальной установка . в которой един из кахэЕкксв ИКС был выполнен в гиде зкива, взаияо-дейстзуюцзгз с ггкотслитозам фрикиионсн, связанным с вравасчиаса с ппстсянной скгростьв двигателем. При этой наблюдалось возоуг-^»нив и яадаерганиг колебаний кахсваков при сколыгнин ас фрик-

аиоянсй парс. После вкддоеяка двигателя г.рязогкхкй кзксейк увлекался трикциснзм в крайнее пэхогэдие, остзитпливглся г нвм и де-лее под действием второго маходкга двигался с капнае"л п-::, г.ротк-Есполсено» моменту "с-е;-м:.. Насллс-згась зависи-

мость 11 з с г с- т и а&га:ше&«ий от гкосостк Ега^.сн;'.? пгнепдкогг; С-рккзнскг , а такл? срьз яолвбдоик.

КОйКШЗ ПРЙ МгД£У.С7Ш5 ТВИШ Сй£ 1гг.

В первой части главы рассмотрен осциллятор, ка згечо прг.гз-денияуготсрого пейструет упругая дикзйяея сила с агсткостя с , значение к&тэр:^ рагко в гоч::е с кзо?д;:;:атой к . Движение система й структура разбое,плсск:с:я р, V ■зависит от параметра ос опрелелзтгегс потгггахальнуз гкгргиз скствг? и параметра $ - {~2Ьа / С . задагаего ее об^уп энергге. На рис. 5 представлена зависимость рагаахг ко 19¿акал от оОцей энергии сйстека при значениях о< внутри отрез яаС^,*]:: сгств-тст-вуиий этка значения» сгзоеый портрет. Область суц?стзованкг колебаний ограничена часть® плоскости, менду прямыми с ординатами кинематически возможных амплитуд и и отрезками. и Ф^ , заданным]! уравнениями ¡¿> = с* - 5 к f-oí^S .

В обцем случае возмогны три зоны разбиения плоскости (/>, <р в зависимости от параметра 5 (энергии системы), характер фаззеих траекторий в которых различен. 3 зо.че 1 разках колебаний зависит от величина параметра 3 и увеличивается с его ростом. Б зоне 2 зт 5 зависит только одно (максимальное или минимальное) значений координаты ¡р . а второе задается пряной или , т.е., кинематикой яеханизмз. Наконец з третьей зеке размах колебаний о-5 не зависит. Зона разделена сепаратрисами, определяв!?!!!*', дгкге-ние системы при энергиях,заданных величинами и 5С1.

Существование указанных зон зависит , очевидно, от зигчек/.г. сС . Пии о<.<о<, = Ф, (или сч. > я, -- Я^ ) существуют только зоны 2 и 3 I! асе фазовые траектории Сддут проходить через точку ■ Сил и Фг) . При ос = о<1 = 0,5(9,+ %} точки ¿0( и совпадут и исчезнет зс.чз 2. Следовательно, значения о( , с< и о£, парач£1рЕ оС , при кзторах качественно меняется характер разбиения'плоскости, ззлавтея бифуркационными. На рис.5 показаны примера топографических структур фазовых диаграмм при различных оС .

При малых значениях 5 , оазозые траектории*» , лемапне вблизи фокусов является тагами зе вдоесюси» друг а друга эллипса:.-:;.

Рис.5. Зависимость амплитуды колебаний и топологической

Рис.б. Зависимость аиплитуды колебаний и топологической структуры фазовых диаграмм от параметра уз

как в классической осцилляторе. При-больших 5 траектории преобразуется в семейство эллипсов, проходящих через точки ^ и , как это было у ИКС, описанного в гл. 2.

Более слоиная картина двиасния перзого звена осциллятора возникает при воздействии линейной упругой силы на второе его звено. Координате ,г полозения равновесия второго звена в силу двузначности функции полевения соответствуют два полонения равновесия звена 1 с координатами о«.', и о(!г соответственно, монет навидаться пять характерных видов фазовых траекторий (рис.6), разделенных тремя сепаратрисами. Бифуркациям соответствуют значения |Зг= 0,5%, % , характер траекторий для которых представлен на рисунке.

Таким образом при воздействии на звенья ИКО упругих сил осциллятор проявляет сво?.ства традиционных нелинейных колебательных систем: появляется полоаения равновесия, сепаратрисы, бифуркационные значения определявшего параметра. По мере увеличения обцей энергии системы влияние упругих сил уменьшается. Так как введение упругих воздействий технически просто, следует использовать их для придания системе новых свойств, полезных при создании »„ханизмов.

ВОЗДЕЙСТВИЯ Нй ФУНДАМЕНТ ПРИ КОЛЕБАНИЯХ ИКО (гл. 6)

ИКО с одной степенью свобода является динамически неуравно-веиенной системой и при создании ааоин на его основе ваяно определять и управлять инерционными воздействиями на фундамент. В гларе получены расчетные формулы для определения инерционных воздействий в случаях, когда маховики сбалансированы относительно собственных осей, несбалансированы и когда массы двигутся прямолинейно возвратно-поступательно. Показана возмоаность как уменьшения, так и существенного увеличения воздействий на фундамент путем изменения инерционных характеристик осциллятора.

СИСТЕМА С ДВНМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ (гл. 7)

Рассмотрена система, содеряащая ИКО, расположенный на платформе, ось которой установлена в подшипнике на неподвианон основании. В качестве обобщенных координат выбрани угол поворота платформы относительно неподси!ной системы координат зе и угол поворота маховика 1 относительно платформа у .. Из системы уравнений Лагранжа второго рода при наличии воздействий на маховики

1Ь

■! платформа,

нения

зздагшх йзкеатлги (и

п, получена урез-

(Г,-» 1ги1;5? + (I, Л,и)ге + м, + мгы

(14 1ги) (р + 73 гг + 1г ^= М, + Мг + м3.

Дня консервативного случая движение осциллятора относительно подзииной платформа зависит от отношений коментов инерции маховиков к моменту иске.чту ингрции платформы с маховиками относительно оси ее эразения. Лерисд колебаний ИКО на подвизной пдат-■¡юрле возрастает по сравнения с непоцвихнии ЛКО.

. Характер деиязния платформы зависит от. еооткогения двух ве-личпн - инерционного параметра системы 10 , равного отношения момента инерции маховика осциллятора Спои одинаковых маховиках), и '„•уамарнсщ) аокеята инерции платформы с махсвй.ча«й и параметра начальных условий Л , равного отнооенив начальной скорости платформа н начальной сксрзсти махоеика относительно платформы. Па-оааетр 1„ характеризует собственные свойства система,'а параметр Л ¡ячальнае условия ее движения. На рис.? в координатах е., Л представлена зона существования различных типов движений ..Для совокупности параметров ¿в,Л . спот-аетствувщих зоне.!, ограниченной снизу кривей Л, = С о (/2(1--Не) ~ 1 • платформа совершает ротационное движение с половдтелъ-ной скоростью. Кривой ^соответствует движение с остановками. 3 зоне 2, ограниченной снизу прямой-Д3=»с.0, происходит возрастание от цикла к циклу положительного значения координата об ,.однако внутри цикла скорость платформа принимает и отрицательные значения. При значениях, соответствует!* прямей Д} ' платформа созервзгт колебания ЗТ7 лосителъно начального пологепия.

■ Л-"л пзоааетроъ, соответствующих зоне 3, характерно двименне с •;%г4г:ей г: ¡текла л циклу коерди.чатоя ё£ при сохранении внутри

-¡в

' -1Я

Рис.7. Зоны существования различных резимоэ дзи»ения платформы

гц и

:;:-:клсв_участков с полсгительиси схоргстыз. -¡а кривоЯ Дг= - 6„х со)/(1~2С<,) I легат значения, леи которых платформа дви-гется с остановкам:!, з з ззкз ■! пззисходкт ротационное движение с 2Тр::цзтзль::оЛ сксрзстьз. Сс^Лсгро ;азоБЫл траектория на плзс-хссти для ь/- 3,2 и А > Аз представлено на рис. 3 . В случав, .-согда ллагборка ссаервает язлебения, их ааллитуда нз зависит эт начальных условий и определяется ФсрчулоД К - 2 у2* ¿в

Отметим, что прибор илявстриривчий эти явления, мояет использоваться гри изучении закона сохранения иолента количества двизения . 3 отличие от "екгкьи ¡Чуковского" с его пзмочьв хсено дя-онстрироззтъ действие этого закона в случае, когда ьасса не лереаечаятся от оси зраденм.

С-ЙЗЙЧЕСИЙЗ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ НКО (гл. 3) Наглядно илл.четрирувт свойства НКО, хая колебатглъний систему, его $иэн\'2скад модель, пргдетавляазая совой материальную точку, двигузуеса в плоскости па эаакиутзй кризов, являцгйся графиком «рунксии положения передаточного механизма, построенной э аасатабе М1 з координатах Х,Ц. Уравнение кривой лредегаз-ляетсд пасаметрически черзз угол ¡р : X = ¡г^/Т^.} у - ¡ч^у/, ''гззнвкие дэигенад точки з этом случае совпадает с уравнением

(П если ее масса т= 1г//*{ . скорость

(где 9 - угол, тангенс которого равен передаточной функции), а составлявшие вневних сил равнн : X = М,//ч,/Г, У - Иг/Д^ Проекции линейкой скорости точки на оси соответствует угловым скоростям звеньев ЙКО: У вУ • Колебательному

движению осциллятора соответствует ротационное движение точки модели.

Так, для передаточной функции (3), которой соответствует функция положения в виде окружности, при й * 1 траектория является зллипссм. При I » 1 точка модели движется по окружности и,.очевидна, проекции и ее скорости на оси изменяется по гармоническому закону.

Очевидно, для консервативной системы период коле-

баний интерпретируется периметром замкнутой траектории и задача интегрирования выражений для Т4 в (1) с уходяцими на границах интегрирования в бесконечность подйнтегральными выражениями сводится к определении численными методами длины кривой.

В работе показано, что с помоцьв преклоненной модели задача исследования вынужденных колебаний осциллятора при действии на одно звено периодической силы сводится к известкой задаче стохастических колебаний маятника, установленного на колеблющемся основании.

Приведенная интерпретация может быть полезна при изучении других машины с одной степеньв свободы, содержащих передаточные механизмы. Так крив овипно-ползукноиу механизму соответствует Функция положения в виде периодической кривой , сходной с синусоидой. Проекции скорости точки, движущейся по этой кривей, будут соответствовать колебательному движения ползуна и ротационному кривовипа.

ССН6ЕН РАСЧЕТА ИЕХЙНИЗМОВ С КРП (гл. 3)

Ё главе рассмотрены общие для механизмов этого класса уравнения движения и п&лучены кинематические зависимости типичных передаточных механизмов в вкде. удобном для использования е практических расчетах при создадим манипуляторов и других цикловых иаяии.

При действии на звенья рекуператора позиционных см, приведенных к его валам иоментэии М^ОД и Мм (у>) и сил пропорциональных первой и второй степеням скоростей залов с коэффициента-16

ми пропорциональности й,, ССг и ßz , соответственно,

уравнение движения 'имеет вид

® + + Мм - о,

где У(У)= 0,5^ {а(у; аги%]/1г Uly);

m^tK^ + hI^cfl; MГM„íyj<2Я+ M«, М w /12 И (у); У- W= ¿ íиг(W •

- к.п.д. передачи, = показатель степени , учи-

тываэчий направление передачи энергии.

Это уравнение сводится к уравнении Йбела, которое имеет аналитическое реаение в дзух случаях. При пренебрежимо малом оно преобразуется в уравнение Беркулли. а при M(y>J = {? получаем линейное уравнение первого порядка.

При известных внежких воздействиях и заданном законе движения Ц>(Ь)внц передаточной функции,- удовлетворявшей этим условиям можно пслучить из уравнения

w ♦ . A-»♦ ffl^iMia1', о.

y>*iyj hfW i, rW

После интегрирования .задача .синтеза механизма по закону его движения сводится к¡синтезу передаточного иеханизжа по функции

положения.'............- ..

В главе, подробно изучены и систематизированы свойства двух-коромыслового шарнирного четырехзвенника - основного передаточного механизма цикловых мааии с ИРП...Путем разложения его функции положения в ряд по степеням (р} q у показано. что а первом приближении,'содержащем члены-до вторых сппецей, ока представляет собой эллипс. Показано, что для всех передаточных механизмов, практически применяемых в ИРП, длина гргоика функции положения с высокой точность» ( не ниже ЪХ ) можеу определяться по приближенной формуле для: периметра эллипса с осями равными размаху колебаний валов передаточного механизма, а следовательно. период колебаний для консервативных и близких к нему движений может вычислятся по формуле:

т® 0.5ТГП.5С/ГФ- ¿ФГлJ/

где Ф и - размахи колебаний звекьеБ 1 к 2.

Г.ояучзн та:ае ряд приближенных формул для определения передаточной функции четирехэвенника. При исследовании свойств двух-коромыслового четырехзввниика с внутренним ксрсазслок указаны условия при которых передаточная функция немонотонна к, следовательно, механизм не пригоден для использования в ИРП.

Для передаточных механизмов с гибкики звеньями получена основные расчетные формулы. Представлены зависимости , позволяющие синтезировать передаточный ¡¿еханиза,' содержаний на валах два кулачка, соединенных лентой, взаинодействуией с их пра;ил!:ро-вакиыми поверхностями.

ИРП ДЛЯ ЦИКЛОВЫХ ТРАНСПОРТАХ МЕХАНИЗМОВ ЙВТОЙВТИЗИРОШННХ ПРОИЗВОДСТВ (гл. 10) При создании канипулятороз на основе колебательной системы, содераадей упругий накопитель энергии, причлось преодолеть трудности, связанные со свойствами такой системы. Так как амплитуда у классического осциллятора зависит от накопленной ии энергии,, возникла задача управления двигателем так, чтобы сообценпаа и» энергия обеспечивала дерориацив аккумулятора, ссответствуядуЕ заданным перемещениям. Имя этого использовалась автоматическая система, учитывающая реальные сопротивления, что услогнило конструкции. Перенесения руки нестабильны такге в связи с чувствительностью амплитуды колебаний к упругим характеристикам аккумулятора и массе подвижных звеньев. Построение рекуперативного привода транспортных иикловых казни на основе колебательной системы типа ИКО позволяет избегать этих трудностей. Как отмечалось, амплитуда ИКО зависит только от вида передаточного нзх-;-низма при достаточной его жесткости. Изменение энергии систем«, сопротивлений ег двияанив. масси звеньев влияет только на период колебаний, т.е. быстродействие.

В качестве допущения предполагалось, что потери энергии за един цикл незначительны к на точность переведения руки, язляндр-еся основннн эксплуатационник параметров манипулятора , в • силу свойств привода повлиять "ие могут. Поэтому предполагалось, что калоаощный двигатель в процессе поворота участке не принимает, а во время в не той он - скорость врадения хахозика.

"■Г1

.'.•livL-THP'rvLT." яесзелькэ из-за згалько гугестгуггих лзтезъ. Лэз-гсчч запаса зззьзса двигатели сгодится ч определения известными нетзгази ггс хазактагистин . ззйслочивйг.'знх за враня »»стоя цве-.-ичеяче часта»? зпзззния мгхээика а заданноа диапазоне, чеза-зисичз ~.т ззлениг задачи дингмг/ч ггкзглгатзтгэ позчвзта луки.

?а!::пнал1-.чя!! подзоров ггзметоичгсккх и анзоэтонных хазактк-зистнк sax а-.из к а «з^но ззгззечизь ?гз опт/.аальнун сеанса :зимр-3 тз зэ чсзчл полная злтиаазазиз з зтрзгсЯ «этзлгтяческсй :ззтансзнз сзлззна со значительными трудносгаан з зилу нелинейности згагча я ззсянозли паразотки и ^оомалигации кситезиа сг.ти-»¡лонэети и зг;»кичгчкя. "!сэтз»у з гасс-те признано цалесоосзаз-. зьчзолненне ззсч^та уакипчдятзса : ИРП путем сзганл-.запик диа-•огзвпг'з зс.-:.";л ьегдц лольззеатзлза * ¿Si, зри нстясса лзльзора-г»л» злсгдз.г; ет чзяэавлгнкэ лзис.ча оптимального легення. эснову-'. >ясь нй заозм зг.ыте и ¿нзенеонса /.иту/.таи. Зчззалось ;дзснчм лзегстэзять вез зачисляеаае .3 8ли«икы з гиде логиззедения нсхсд-"ах зг.-ччи» —.zzh груза зхзата - щг а т,, зал;тз гики с зрввена тззоота Г . аегосегого расстояния Д j и Зезсазмернах шалзгзв 7 , vM<ix < . . являвшихся функциями оезраз-черных згсмзтричеслкх и инерционных параметров:

- гла.х Lv £ I (У) + if/ ;

l.u.ul

It..,., =

з»ах - max Liut / ¡-¡.f , ju-/h.];

Г35 (.+ i., - отношение моментов инерции руки с грузов и без груза :-с «менту инерции маховика, приведенному валу реку-лрраторк^. к, i - этногениг длин-яозеваггл я затунэ я аезосе-зему расстояние А . При этом определялись величина, неейходямме для лззчнзетного и зескостного расчета элементов кстструкп/.н ма-чвпулатора*: згке'кналькое усилие з схвате г^- пч У.4 Б макиичальныя момент на руке Мр максимальнее уси-

лие э : а ту не т_ Йг%25!ЧС,,/А . Иаксиаальная скорость наха-

,'!!кг ззр???лялась по ззстродайстзих - fe=V/T . Рязультих -т'етг отзрззаались з знда графиков значения кинематических и

силовых величин на экране дисплея. После их анализа обеспечивалась удобная корректировка конструктивных параметров привода и повторний расчет. Параметры, принятые оптимальными, распечатывались,

В процессе экспериментальных исследований путем осциллогра-фированиа определялись основные динамические характеристики дви-мения руки манипулятора, его быстродействие, точность позиционирования, устойчивость работы к различного рода возмущениям. Сравнение осциллиграмм тангенциального ускорения сх^ата руки с графиками, полученными теоретически, подтвердило адекватность принятой модели. Расхидение максимальных значений ускорений полученных экспериментально и теоретически составляет 7-202 в разных опытах. Экспериментальные графики ускорения гхвата руки на одном цикле манипулятора представлены на рис.9.

Б опытах достигалось быстродействие 40-45 ц/мин на угле- до Ш град, при переведении грузов до 150 г. При большей Грузоподъемности (до Б30 г.) обеспечивалось быстродействие ЗС-40 ц/мик. Зкспериыантально подтвергдека усгойчивостьустановившегося циклового движения руки к изменений сопротивлений ее даименик, напряяенив на двигателе, случайному сбросу груза в прамеауточном г.ологении,-' изменения массы груза. При существенном варьировании чсех этих параметров- амплитуда пересечений руки оставалась неиз-

менной, а период изменялся несущественно. 3 реальных условиях некоторое случайное изменение периода обычно компенсируется во время фаза зыстоя, в то время , как изменение амплитуды приводит к сбоям. Не вызывал трудностей такяе запуск манипулятора штатным двигателем после произвольной остановки, То есть манипулятор с ИРП лигрен недостатков, устранение которых в рекуперативных приводах с потенциальными накопителями требует специальных мер.

На оснозе проведенных теоретических исследований и расчетов предложены технические решения и изготовлены конструкции манипуляторов разной грузоподъемности. Йанипулятор КЕРЦ 0.63 разрабо-.тан по договору с КНТК "Робот" и предназначен для использования з РТК холодной лтамповки. Манипулятор .обеспечивает быстродействие до 40 циклов в минуту при перемещении заготовок до 0.63 кг и длине руки 400 мм на угле до 210 грзд. Зертикальное перемещение руки обеспечивается такяе рекуперативным приводом от аахови-ка. Совместно с Волгоградским 0К5 "Роботу" НПО "Ритм" разработаны манипуляторы грузоподъемность!) 5 у 16 кг для обслуживания го-рячевтамповочннх прессов. Особенностью манипулятора грузоподъемностью 16 кг является обеспечение приблиаенно прямолинейного перемещения груза на участке вхождения в итамп пресса. Это достигается известным способом путем размещения на руке рычага, связанного передачей с корпусом манипулятора. При расчете этой конструкции учитывалось влияние переменности приведенного момента инерции руки, связанной с перемецеяием груза от центра вращения. .

. В этой яе главе описаны другие механизмы с ИРП , предназначенные для использования в робототехнических комплексах. Макет поворотного стола обеспечивает угловое перемеяение платформы со скоростью 180 град/с при массе каждого из двух установленных на ней грузов U кг и расстоянии меаду ними 450 мм. Мощность приводного двигателя , потребляемая из сети,не превосходит 5 Вт и он связан с валом рекуператора фрикционной передачей. По сравнении с аналогами мощность уменьшена на один - два гррядка, существенно упрочена система управления двигателе*. Принципиальной особенность'«] демпфера с ИРП является независимость з широких пределах тормозного пути от масса и кинетической энергии тормозимого звена, отсутствие ударных воздействий, зсзиоанссть после-дутого разгона звена энергией, накопленной при тормоюнии ,

ШИШ с КРП для ЕЕРТИКЙЙЬВСГО ПгРЕН£С£НЙ£ Сг*. 11. 12: Ьаховичный дат предназначен для работы в технологических процессах с поеиьг-г^естгенкин спускание»: грузов^ ь частности , для экстренного кнзгокретного спуске ледек из высотнаь з&гш»; при показах, а также в качестве привода вертикального перемещения в автоматических транспортных системах-. £ суеестеуецих устройствах для спуска при поварах обеспечивается ф?кнцизк»сб тор-можгние грдг'л и последувяая навизка несущего элгвенть дополнительным приводом. Белее эффективно это ресазтся при ичмльзевс-нии ИРП, содергаЕгго ленту .навитую в рулон, связанный передачей с маховиком Iрис.10.а). Спускаемый объект 1 крепится к концу ленты 2. Передаточный механизмом к махпвику 4 является рулон 3 ленты «слуващей одновременно и грузонесуциа элементом. За>счет изменения в процессе сматывания передаточного отношения происходит кинематическое -тормовение груза при переходе его потенциальной энергии в маховик. Скорость приземления задается минимальным радиусом рулона. После отсоединения ленты происходит ее обратная навивка и плотная упаковка в рулон для обеспечения следуицего спуска. Аналогичен принцип действия устройства для санитарной очистки вертикальных стволов мусоропроводов (рис.11, 0). Е верхней части ствола ? перед началом работы происходил заполнение устройства водопроводной водей 2. Яосле этого расторма-аиаавт привод от него к маховику б и под действие*: веса г.роисхс дит его опускание. очистка и оровение дезвкфицирувиик растгорок внутренней поверхности ствола. Благодаря передаточному механизму, выполненному в виде троса 4, назитего на барабан 5, и силаь трения происходит движение устройства с технологической скоростью. Внизу устройство останавливается, опираясо на разкецен-ныг в стволе упоры, трос . просяабляется к открывает клапан, выпуская балласткув взду. Пустое устройство псдн/ме.5тся наверх ?ра^аа5иися маховиком.

.¿ч

а) 8)

Рис.!0. Схемы маховичного лифта (а) и устройства для очистки вертикальных стволов (6)

3 работе резек ряд задач динамики и синтеза таких механиэ-шв. На рис.!! представлена зависимость нонента инерции маховика ¡т момента кудоновского трения С пропорциональны безразмерный ветчинам | при наличии аэродинамических сопротивлений про-¡орциональных квадрату скорости :авокупности параметров, обес-¡ечиваицих приземление с задан-шй безопасной скоростьв, нри-)ая 2 - с нулевой скоростью, ¡гмегим, что ненулевую скорость ¡риземдениз могут обеспечить (за различных значения момента жеоции, что следует из двуз-(ачнастя графика I. Пои золызея значении существенная часть ло-'^нциальнск знепгяи накапливайся в иахозике, -з при меньшем )асходдется на преодолгнив 1эродинамич8ских сопротивлений, ¡ривая 3 задает параметры, )беспечиваюдие после опускания груза запас энергии э маховике, ¡.остаточный для обратного подъема и плотной навивка лэнты з ру-¡он. Значения, необходимые для проектирования раеотоспосойного ¡еханизма заплачены в заштрихованной сеткой зоне. При атом (ансимальному быстродействие соответствует нижняя граница их шачений для которой момент инерции ааховика минимален.

Показано, что используя лента переменной толтеян мпано син-•езировать тередаточнуо функция механизма. удовлетворяв^!! напе-¡ед заданным условиям. Сформулирована и реиена задача оптимизации механизма по быстродействии.- Определена параметра, обеспечившие опускание груза, заданной массн с заданной внсотн за наи-(еньпее время. При этой ограничены скорость приземления » аергг-¡узки при тсрмс5внии, максимальная к минимальны» радиуса рулона I минимальная толщина леяты. Идалось аналитически определить ¡рафиль ленты и значения момента инерции маховика я *ини*ального шдиуса рулона, минимизирцште функционал, характеризуяг.чй время :пусна. Лента (рис.12) состоит из двух отрезков - постоянной миткальной толщины и переменной толщина, соответствии^ пвпсда-•г'чой пункции. обеспечазашчей двиинив с максимально аоз-

ааховика. Кривая 1 соответствует

Ряс.11. Области работоспособности ааховичного лифта

моенын торноаениен. Координата точки переклв-чения профилей определяется параметрам системы. График двимения в этом случае представлен на том ве рисунке.

Бри исследовании устройства для санитарной очистки стволов мусоропроводов определялись ос- Рис.12. Профиль ленты и оптимальный новные его проектные па- закон движения раметры: касса устройства,

масса балластной воды, момент инерции маховика, кинематически характеристики. Получена для практических расчетов приближенна формула, связывающая кассу балластной водь с основными кзнструк тивными и технологическим параметрами устройства. Испытания уст ройства, смонтированного в «естиэтааном хилом доме^. подтвердит его эффективность.

ВИБРАЦИОННЫЕ ШИНЫ Hfl ССНСВЕ ИКО С гл. 13) • Из приведенного в главе обзора следует, что существуй;^ вибромашины ке обеспечивают простыми средствами управле« чзстотай колебаний при независимой от нее амплитуде, не устойч1 вы к случайным изменениям параметров колебательной систе» (массы, сопротивлений, подводимой мощности), имеется трудное запуска-вибромашин.

Вибрационные кавины на основе ИКО, содержание две колебл! мне массы С например, две реаетки вибросита), связанные перед; точным механизмом, обеспечивающим обмен кинетической энерги! мемду ниии , лииенк этих недостатков. Приводной двигатель, уст< новленнай иа кривошипном валу, компенсирует диссипативные поте| энергии и задает частоту колебаний, изаеняя суммарную кинет! чеснув энергии системы. Б отличие от резонансных машин двигате. развивает минимальный модность в сироком диапазоне рабоч: частот и колебания устойчивы при отклонениях параметров систе от номинальных значений. Устойчивость частоты колебаний при и кенении отношения ыокентов инерции обменивающихся энергией ма иллюстрируется рис.13. При различных коэффициентах потерь ! I 26 '

вменение з пять раз массы !Днаго звена па атнсиенип го второму вызывает измене-гае частота не болов чем на

Следует отметить, что ■¡сдобными свойствами облачат и вибронавины с эксцентриковым привадам. У чих на валу двигателя устанавливается махозии, который и обменивается энергией с колеблемый звеном. Однако для получения приемлемся неравномерности хода треоу-2тся маховик, момент инерции которого существенно выве момента инерции ззенъ- швния моментов инерции ев ИКО, приведенных и залу

двигателя. Зт0 обстоятельство существенно при запуске приводов. Так. если вывод вибросита на основе ИКО на стационарный ре-зим двигателем, соответствующим по мощности зтояу ревиму, занимает 0,8 с, то эксцентриковый привод за 80 с приобретет только Т/. номинальной скорости.

Экспериментальные исследования вибросита подтвердили возможность плавной регулировки частоты от 4 до 10 Гц при постоянной амплитуде 5 мм. Особенно эффективен такай привод при больвой амплитуде. Так вибратор для фармацевтических и химических производств обеспечивает колебания четырех технологических емкостей массой по 2,5 кг с амплитудой 0,15 и н частотой 2 Гц.

При конструировании подобных приводов особое эггнзнив следует уделять прочностным и надеаностныа расчетам эт:ьеа передаточного механизма, подверженным яинажнческяж нагртшг*. з то время как двигатель их почти не воспринимает. .

п г г ■ з г £ г 11*

Рис.13. Зависимость частоты уста-новивеихся автоколебания от отиа-

ОСВОВЕЕЕ РЕЗУЛЬТАТЫ к выводы

Проведенные в диссертационной работе исследования позволяв сформулировать следуваие основные теоретические практически результаты и выводы:

Ява массивных звена , связанные меяду собой лередаточны механизмом, функция полевения которого замкнутая кривая , обра эуют осциллятор, при двинении которого происходит обмен кинети ческой энергией мевду звеньями. Звенья абсолштно веские к по текцкальная энергия не накапливается при их двимении. Период ко лебаний зависит от обцей энергии и не зависит от амплитуды, ко торая постоянна при лябнх начальных условиях, При определенны значениях инерционных и кинематических параметров ИКО моает со вериать гармонические колебаний.

2. При затухании происходит увеличение периода колебани при неизменней (до остановки) амплитуде. При квадратичном сопро тивлении фазовые траектории асимптотически приближаются к отрез ку, изображающему размах колебаний, проходя через его концы, чт близко по характеру к затухании потенциальных систем с .линейны трением.

3. Возможно возбу5денке устойчивых автоколебаний ИКО двига телек, реверсируемым по поломенив звеньев осциллятора и нере версируемым двигателем, установленным на дополнительном вали Частота устанозквшхся автоколебаний зависит от действующего мо мента, сопротивлений, кинематических и инерционных параметре осцилля^рра. Зксперинентально подтвергдена возможность существе вания автоколебаний ИКО под действием сил трения, зависящих о скорости скольгения в приводной фрикционной передаче.

4. При действии на ИКО упругих сил осциллятор приобретае свойства потенциальных колебательн.чх систем, внракенные те болыае, -чек меньие общая энергия осциллятора. На фазовс плоскости при этом возникаит фокусы и сепаратрисы, а величит определяете характер разбиения фазовой плоскости имеют Сифурке ционные значения.

,5. При размещении ИКЬ на подвижной вращавшейся платфорь образуется систека с дзумя степенями свободы. Характер колебаш платформы и осциллятора .определяется начальными условиями - суй марной энергией и суммарным моментом количества движения систе

ы. 8 зависимости от и* соотноиения с инерционными параметрами озмоано ротационное, прерывистое, и колебательное движение плат-ормн,

6, Физической модельв ИКО является тело точечной массы, вихущееса в плоскости по замкнутому контуру, образованному гра-иком функции положения передаточного механизма, пропорционально сформированным вдоль координатных осей. На тело действуют две или, параллельные координатным осям. При зтаы масса тела, .ействувцие^на него силы, и степень деформации контура пролорци-Iнальни соответствующим силовнм и инерционным параметрам '«'КО, а |роекциил!инемотических характеристик его двияения на оси координат пропорциональны соответствувцим характеристикам звеньев (сциллятора. Зта аналогия распространяется и на другие цикловые [сханизми.

7, Получены уравнения движения ИРП и его аналитические ре-/ения о типовых случаях, а также уравнения для определения пере-;аточной функции, обеспечивавшей заданный закон движения привода три известных внешних воздействиях на его звенья. Получены точ-1ые и приближенные кинематические зависимости передаточных отно-лений механизмов с рычажными и гибкими звеньями.

8, Использование ИРП в манипуляторах позволило существенно ювысить быстродействие при снивекии на порядок модности двигателя. Разработаны алгоритмы расчета рекуперативного привода манипуляторов, позволяющие в интерактивном режиме на ЗВН оптимизировать привод, управляя его кинематическими и инерционными пара-«етрами. Разработан ряд цикловых манипуляторов грузоподъемность» 5.53, 5,0 и 20,0 кГ для обслуживания вгамповочного и куэнеч-но-прессовпго оборудования. Предложены конструкции других технических средств, применяемых н роботизированных производствах: поворотных столов, питателей, демпферов, эффективно использующих ИРП. 'иГ

9, Моховичный лифт моаот применяться при вертикальной транспортировке грузов с преимущественным их опусканием, в частности. при экстренном списке лтдей с верхних пгмей высотных зданий при пожарах. Исследована динамика такого механизма , поймана возмоаность и указаны способ» обеспечения сколь угодно малой скорости приземления и обратной плотной наеивки ленты в рулон. Полученный профиль ленты и параметры механизма, обеслечи-еа?вие наискорейший спуск груза при ограниченных скорости г.ри-

Л9

земления , перегрузках, минимальных толщине ленты к радиусе мот ка. Определены параметры устройстза для очистки вертикальны стволов мусоропроводов с МРГ1. Экспериментально подтверждена эф Фектквность механизмов с жаховичным рекуператором при вертикальной транспортировке грузов.

10. На основе ИКО возможно создание вибрационных машин легко регулируемой частотой и независящей от кассы вибрируеми тел к сопротивлений амплитудой. Наиболее эффективен такой приво при больвих значениях амплитуд и переменности массы колеблемы тел.

Основные результаты диссертации опубликованы в следуощи работах:

1. Гулиа Н.В.. Юдовский И.Д. О синтезе ленты дискретног ленточного вариатора // Изв. ВУЗов. - Машиностроение. - 1374 -Э - С. 35-40.

2.Гулиа Н.В., Вдовский И.Д., Рабов A.B., Лагорняк Г. А. Тя говая динамика автобуса с гибридным силовым агрегатом и дискрет но меняющейся массой // Труды Головного специализированног конструкторского бюро по автобуса*. - Львов - 1374 - С. 252-232

3. Гулиа Н.В.. Вдовский И.Л. Рекуператор механической энер гии. Б.И, N 36, а.с. N 530132. 1976.

4. Гулиа Н.В., Вдовский И.Д., Кудрин В.Н., и др. Иаховичнм микромобиль. Б.И. N 24, а.с. Н 563183 , 1377.

5. Вдовский И.Д. Оптимальное балластирование витых махсви ков // Кашшоведение. - 1980. - N 2. - С. 36-39.

6. Гулиа Н.В, , Очан U.U., Юдовский И.Д. Иаховичный варла тор с гибкой лентой для экстренного спуска // Тезисы докладе Вестой Всесовзной конференции по управляемым и автоматически механическим приводам и передачам гибкой связью. - Одесса - 19Е - С. 74-7.5.

7. Гулиа Н.В,, Очан Н.Ю., Вдовский И.Д. Инерционный акку*! лятор . 5.И. N 1, а.с. N794280, 1931.

6. Гулиа II.В., ОчаиМ.В., Юдовский И.Д. к др. НстрсйстЕ для спуска людей из зданий . Б.К. N 1?, а.с. N827082, 1331.

S. Гулка tf.U., Очан И.В., Кдовский И.Д. U разрушении ра; меткой лентечных композитных маховиков // Механика композит материалов, АН Латвийской ССР - Рига - 1981 - И 3 - С. 549-552,

10. Гулка Я.В., Юдовский И.Д. Динамика кахоелчного рычавно! .30 . . "

акуператара // Второй Всесоьзный съезд по теории механизмов и зшин. Тезисы докладов, - Одесса - 19В2- С, 127-128.

И. Гулиа Н.В., Очан И.О., Вдовский И.Д. Об одной оптимально задаче, связанной с двияениеи маховичнсга лифта // Приклад-зя механика, АН Украинской ССР - Киев - 1982 - Ток ХШII. N9 -, 78-83.

12. Вдовский И.Д., Гулиа Н.В,, Новиков З.К. Динамика рычаа-зго рекуператора механической энергии // Известия ВУЗов - Каши-зстроение - 1983 - N И - С. 32-37,

13. йрхипенко H.A., Гулиа H.B., Кравченко К.Ф., Вдовскяй .Д. Манипулятор. Б.И. К 6, а.с. К 1073030, 1984.

14. Бороацоз A.B., Катербурский В.А., Вдовский. И.Д. Уст-эйство для очистки вертикальных трубопроводов. Б.И. N 24, а.с. 1100016 . 1384.

15. Ждовский И.Д. Использование рекуперативного наховичного ривода для манипуляторов // Тезипы докладов Третьего Зсесоазнс-о совещания по робототехническим сисинаи. Часть 2 - Впрочем -384 - с.55-56.

18. Едсвский И.Д. Динамика и синтез каховичного лифта // Ие-зника иавин. ЙН СССР. - Внп.бб - Коскса - С. 52-67 .

17. Вдовский И.Д. Рекуперативный иаховичиый привод для непе-гпрограммируемых автоматических манипуляторов // Вестник мави-зстроения - Москва - 1395 - Я 4 - С.9-11.

18. Вдовский И.Д. Об использования маховика в качестве при-зда устройства для прочистки и дезинсекции стволов мусоропроводе // Наука и техника в городской хоэяйстсе. - Яып.58 - Киев -.32-37. 1985.

19. Вдовский И.Д. Рекуперативные привода с "маховичными како-лтелями энергии // Первая нацчно-теххичегкая конференция "Пахотные накопители энергии. Тезисы докладов. - 1итоиир - 1985 -.43.

20. Афанасьев Й.Г;, Кравченко в,®., Кузнецов '3.В.,вдовский .Д. Манипулятор. Б.И. Я 21. а.с. Я 1315294, 1987.

21. Лазарев П.Г.. Вдовский И.Д. Рекуператор иеханкческой Сергии. Б.К. N 41. а.с. Я 1350403. 1987.

22. Лазарев Г..Г.. Яецинский Е.С., Сердвк В.В.,Вдовский И.Д. шшулятор. Б.И. Я 44, а.с. Я 1355479. 198'.

23. Вдовский И.Д., _Гринцэайг Я.Е. Манипулятор, Б.И. И 25. .с. N 1407790, 1988. ,т -

24. Юдовский И.Л, Рекуперативные приводы с маховичн.чм как! пителем энергии // Вопросы применения маховичных наколчтел! энергии. Уральское отделение АН СССР Свердловск - 19ВВ 0.61,1988.

25. Юдовский И.Д.. Гринцвайг {¡.Е, Демпфер. Б.И. N 33, а.с. 1420255. 138В.

26. Вдовский И.Д., Гринцвайг Й.Е. Кривонипно-ползунный мех< ниэм с остановками. 6.И. Я 42. а.с. М 1434201. 1388.

21. Вдовский И.Д.. Гринцвайг Й.Е. Рекуператор м-ханическ! энергии. Б,И. N 42. а.с. N 1437604, 1388.

28. Крылов Б.Б.. Станевский И.П., Вдовский И.Д. Панина д. динамического уплотнения грунтов . 5.К. N 36. а.с. N 142692; 1988. ,

29. Юдовский И.Д.. Гринцвайг Й.Е. Рекуператор махпническ энергии, Б.И. N 4?. а.с. Н 1443638, 1388.

30. Крылов В.В.. Станевский И.П.. Вдовский И.Д. Г.редотврац кие колебаний металлоконструкций крана при сбрасывании грузов Известия ВЗЗов. Строительство и архитектура - Носква - 1383 С.103-106.

31. Идовский К.Д., Гринцвайг Й.Е. Использование каховично рекуператора в приводах цикловых манипуляторов // Наука и те лика в городском хозяйстве - Вып.70 - Киев - 1983 - С.52-57 .

32. Юдовский И.Л. Автоколебания'инерционного рекуперативно привода с реверсируемым двигателем // Теория механизмов и мааи - Еап.45. - Изд. Харьковского университета - Харьков - 1983 -7В-В1 .

33. -Вдовский И.Д., Гончаров С.И. Оценка предельной скорос сигающей машины при периодическом обмене энергией мевду двияит ляыи // Теория механизмов и мании. - Вып. 43. - Изд. Харькове« го университета - Харьков - 1389- С.111-118.

34. Вдовский И.Д. Зчебный прибор по механике, Б.И. М5, а. N 1553371, 1590. ;

35. Вдовский И".Д. Инерционный рекуперативный привод как i лебательная система // Проблемы машиностроения и надежности 1 вин - Косква - 1590 - К 5 - С.20-Р.5.

36. Юдовский К.Д. Свободные колебания инерционного киаека! ческого осциллятора // Теория геханизмоз и маиин. - Ьып.46 Изд.Харьковского университета - Харьков - С.Я7-65 .

3?. Вдовский И.Д., Гринцвайг Й.Е. Инерционная рекуператив!

привод для цикловых транспортных иааин // Совершенствование методов расчета энергетических установок транспортных мамин. Н.: Изд. Московского автомобилько-дорожного института - 1991 -С.17-23.

38. Юдовский И.Д.. Туран Q.B. Динамика виврсхааин с инерционна* ренупаративнна приводом // Тезисы докладов 52-й неуч-но-практической конференции прсиресорско-преподавэгелосксго состава, аспирантов и студентов . - Изд. Киевского инжекзр-но-строитгльного института - Киев - 1991 - С. ИЗ - 150.

Подписано к печати * г,' ^ Тираж ICO экз. Заказ О-, Бесплатно

Отпечатан ка ротапринта ЛГТУ

С,«.;iк.т-üeторбург, Политехническая, 29