автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Динамический расчет кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин с учетом нелинейности и стохастической составляющей

На правах рукописи

БУЛАТНИКОВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧ

ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КУЛАЧКОВО-РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ ПОЛИГРАФИЧЕСКИХ МАШИН С УЧЕТОМ НЕЛИНЕЙНОСТИ И СТОХАСТИЧЕСКОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

Специальность 05.02.13. Машины, агрегаты и процессы (полиграфического производства)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2006

Работа выполнена на кафедре Печатного и переплетного оборудования в Московском государственном университете печати

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Перов Виктор Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Пономарев Юрий Валентинович

кандидат технических наук, Румянцев Олег Вячеславович.

Ведущая организация:

ООО «Фирма «ИМА-ПРЕСС-ПРИНТ»

Защита состоится /у. 0.3 2006г. в 14** на заседании диссертационного совета ВАК Д,212.147.01 при Московском государственном университете печати (МГУП) по адресу: 127550, Москва, ул. Прянишникова, д. 2-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУП. Автореферат разослан_2006г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета

'¿fifoC

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Основным узким местом в полиграфической отрасли до сих пор остается брошюровочно-переплетный участок. Поэтому конструкторы полиграфической техники решают две основные задачи: техника должна быть высокоскоростной, отделочные операции должны отвечать современным требованиям; вторая - уменьшение таких показателей как габариты и масса полиграфических машин. Но следует отметить, что при увеличении скорости работы машины увеличиваются и динамические нагрузки на основные узлы. Уменьшение массы звеньев усиливает роль высокочастотных колебаний, которые ранее при значительно большей жесткости звеньев и соответственно меньших ускорениях практически не учитывались. Это приводит к тому, что сам процесс проектирования новой машины с точки зрения изучения динамических явлений должен учитывать более сложные явления. В свою очередь это может выявить резервы совершенствования полиграфических машин и оборудования с целью повышения его технической эффективности.

Проблема заключается в том, что необходимой специальной литературы по динамическим расчетам и проектированию полиграфических машин очень мало, а та, которая есть, не полностью отвечает современным требованиям к проектированию полиграфической 1ехники. Отсюда следует вывод, что совершенствование динамических расчетов узлов полиграфических машин есть актуальная задача.

Цель настоящей работы: разработка методики расчета оптимальных параметров кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин, позволяющих снижать влияние различных динамических

нагрузок на скорость работы данных механизмов о учстом-упрушсхи,

РОС НАЦИОНАЛЬНА* '

нелинейности и стохастического характера возд< истшЙЙЬЛИОТЕКА i

С.Пе*«|*WQ/) ,

о» whuejV :

—M III .„||g л

Научная новизна.

Научная новизна данной работы состоит:

- в учете упруго-демпфирующих свойств привода, муфты и звеньев ку-лачково-рычажных механизмов полиграфических машин;

- в разработке новых конструктивных решений для механизма проколок ниткошвейной машины (НШМ), позволяющих снизить ударные явления и шум, а так же разработке методики экспериментальной проверки эффективности этих решений;

- в экспериментальных данных, полученных при изучении динамических явлений для кулачково-рычажного механизма перемещения проколов НШМ;

- в разработке методики расчета статистических характеристик упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом нелинейности свойств и стохастической составляющей динамических процессов.

Практическая ценность работы.

Разработанные методики уточненных динамических расчетов ку-лачково-рычажных механизмов полиграфических машин могут быть использованы для разработки новых полиграфических машин более совершенных конструкций с большими скоростями работы. Новые конструктивные решения, в частности, для НШМ, дают возможность модернизировать уже существующие конструкции с целью снижения шума, вибрации и ударов.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы научного обеспечения развития эколого-экономического потенциала России" (Москва, 2004г.), на одиннадцатой международной научно-технической

конференции студентов и аспирантов (Москва, 2005г.), на юбилейной научно-технической конференции МГУП (МГУП, 2005г.). Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ. Структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения (выводы), списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 142 страницах текста, содержит 70 рисунков и диаграмм, 7 таблиц. Список литературы имеет 85 наименований.

Основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту:

1. Динамические модели и методика расчета кулачково-рычажного механизма, учитывающие упруго-демпфирующие свойства привода, муфты и звеньев для полиграфической машины.

2. Новые конструктивные решения для механизма проколок (НШМ) и экспериментальная проверка их эффективности по снижению шума и ударных явлений.

3. Методика расчета стохастических характеристик упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом нелинейности свойств и стохастического характера составляющей динамических нагрузок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы данной работы, рассматривается цель и задачи исследований, даются основные положения работы, выносимые на защиту, кратко рассматривается структура данной диссертационной работы.

В первой главе дается обзор основных работ по задачам динамики кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин. Рассматриваются работы Петрука А.И., Воскресенского М.И., Куликова Г.Б., Пергамента Д.А., Перова В.А., Юрухина Б.Н. Дан обзор литературы по методам расчета кулачково-рычажных механизмов машин. Исходя из обзора и анализа литературы, формулируется постановка задач данной диссертационной работы, и определяются направления решения этих задач.

Во второй главе рассматриваются сначала задачи изучения нелинейной динамики кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин с учетом демпфирующих свойств редуктора и муфты привода. Эти задачи решаются для конкретных кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин: механизма перемещения прессующих колодок при обжиме корешка книжного блока в обжимной секции блокообраба-тывающего агрегата и механизма перемещения прокалывающих игл ниткошвейной машины.

Если считать все звенья недеформируемыми, а редуктор и муфту привода - упругими, то динамическая модель операционной машины будет иметь две степени свободы, и может быть представлена системой нелинейных уравнений:

м

С „(</><> ~<Рт)~ Рп{Ф Л ~ Ф т\

С„(<Рь ~ <Рт)+ Р(Фб ~Фт)~

Фш

2 ¿<рт

М

В этих уравнениях <рд - угол поворота вала двигателя, <рм - угол поворота кулачкового вала, Мд - движущий момент на валу двигателя, Мс* -

приведенный к валу кулачка момент сопротивления (суммарный момент технологического усилия, веса звеньев и замыкающей пружины кулачкового механизма, с„ - приведенная жесткость редуктора и упругой муфты, Д - коэффициент демпфирования, 1д - момент инерции на валу

двигателя, 1т - приведенный момент инерции на валу кулачка с учетом

маховика.

Эта система уравнений решается численным методом. Для этого она приводится к виду:

ГДй>„ /Ы = //„ - с„(<рд - ?„)//„ - /?(*>„ - <рт)П0, (2)

[Асот/А/ =с„(<р, -<рт)//'т + Р(фд~фт)! 1'т-а>1((11'т1(1<рт)121'т-М'с1

Будем считать, что приведенный момент инерции Г и его производная по углу поворота начального звена (р! многозвенного кулачково-рычажного механизма (обобщенной координате) вычисляются через сумму приведенных моментов инерции или производных от моментов инерции его N составных последовательно соединенных частей (модулей), если они определимы в функции начального звена механизма. Если приведенный момент инерции (и его производная) контура определены относительно начального звена контура (угла <рк), то справедливы соотношения:

1'(<рк )а<рк _

¿1 (т.\ Л.\/П'(тЛ г!т

к

■) +

1'(<Рк )^2<р!

(3)

Это дает возможность выразить приведенный момент инерции и его производную для многозвенных кулачково-рычажных механизмов аналитически, что повышает точность решения уравнений.

Для численного решения данной задачи конкретных механизмов применяется алгоритм Фельдберга в методе Рунге - Кутта, который позволяет учитывать особенности работы операционных полиграфических машин: пиковый характер прикладываемой нагрузки и длительные выстой рабочих органов.

Рассмотрим динамические характеристики упругого кулачково-рычажного механизма перемещения проколов НШМ с учетом упруго-демпфирующих свойств привода и муфты. После вычислений на компьютере по рассмотренному выше численному алгоритму получим графики ускорений звеньев данного механизма с упругим приводом в установившемся режиме (рис. 1).

По графикам угловых ускорений для модели механизма с упругим приводом видно, что между ускорением вала ротора двигателя и ускорением вала кулачка существует задержка по времени порядка 0,05 с на участках пуска и действия пиковой технологической нагрузки. Такие явления могут приводить к скачкам ускорений, а значит вибрациям и ударным нагрузкам в приводе, однако для данного механизма наличие упругости и демпфирующих свойств у редуктора и муфты приводит к уменьшению и сглаживанию его динамических характеристик.

0,2

0,4

0,6

- в сечении вала двигателя ■в сечении вала кулачка

1,с

Рис. 1.

Перейдем теперь к задаче определения оптимальных параметров данного механизма. В качестве критерия оптимальности возьмем критерий минимума максимального значения (по углу поворота) углового ускорения £ механизма:

^ т\п

тах£(.х)

. ч>

(4)

Здесь X - параметры механизма (длина шатуна Ь4, параметр закона движения коромысла, угол между плечами двуплечего рычага механизма/?).

Была составлена программа определения оптимальных параметров механизма перемещения проколов по методу пошаговой оптимизации. Оптимальные параметры механизма перемещения проколок НШМ при заданных конкретных параметрах будут:

1) Ь4„пт= 0,200 м;

2) закон периодического движения - косину сои дальный;

3) Р = 75°

Рассмотрим далее методику динамического исследования кулач-ково-рычажного механизма перемещения проколов с учетом упругости звеньев и привода. Такое модельное динамическое исследование одного из важнейших механизмов НШМ позволит установить, где находятся резервы повышения скорости работы машины.

Была рассмотрена новая динамическая модель данного упругого механизма, которая обладает пятью степенями свободы при учете упругости привода, коромысла кулачкового механизма, двух шарнирно-рычажных контуров. Используя уравнения Лагранжа второго рода, получаем систему из пяти дифференциальных уравнений нелинейной динамики.

Рассмотренный метод составления дифференциальных уравнений динамики для многоконтурных кулачково-рычажных механизмов может быть применен и для других механизмов, том числе и для разветвленных схем соединения контуров. Он отличается от известного метода Вульф-сона И.И. тем, что не требует введения избыточных обобщенных координат и уравнений Лагранжа с учетом дополнительных условий связи. Это стало возможным, так как приведенный момент инерции и производная от приведенного момента инерции при любой структуре механизма записываются аналитическими выражениями и легко вычисляют-

и

ся на компьютере. Аналогично определяются приведенные жесткости и их производные.

Для кулачково-рычажного механизма перемещения проколов НШМ при компьютерном моделировании нелинейной динамики с учетом упругих свойств привода и, например, кулачкового контура, были получены следующие диаграммы угловых ускорений жесткого и упругого коромысел данного механизма (рис. 2.) при косинусоидальном законе изменения ускорений и числе оборотов вала кулачка п = 100 об/мин.

Принималась жесткость привода С| = 10000 Н/м, жесткость упругого коромысла Сг = 4500 кгм/с. Вместо косинусоиды имеем затухающие колебательные изменения углового ускорения упругого коромысла, причем начальные амплитуды значительны.

-*М2 I

--кп'наг

Рис. 2.

Из рассмотрения данной методики можно сделать следующий вывод: если в разработанной программе заменить один сменный блок другим, то можно провести уточненное динамическое исследование различных кулачково-рычажных механизмов операционных полиграфических машин с учетом упругости звеньев и установить резервы повышения скорости работы машин.

Глава третья посвящена экспериментальному изучению динамических явлений в кулачково-рычажных механизмах и экспериментальной проверке эффективности новых прокалывающих устройств НШМ по снижению ударных явлений и шума.

Экспериментальное исследование, для проведения виброизмерений на кулачково-рычажном механизме проколок НШМ АЕ-20-36-40Р был, проведен, в переплетно-брошюровочном цехе ГМП "Первая образцовая типография".

Использовалась следующая виброизмерительная и виброзаписы-вающая аппаратура: вибродатчик модели «2ПА-24», аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) со встроенным усилителем сигнала, персональный переносной компьютер (ноутбук на базе процессора Pentium- III, операционная система Windows 2000), секундомер, соединительные провода с разъёмами креплений.

Были получены виброграммы, соответствующие режиму разгона (рис. 3.) и установившегося движения машины.

Я 120,00 : 100,00 '

Рис. 3.

На виброграмме хорошо виден стохастический характер динамической нагрузки в процессе работы данного механизма.

При помощи формул статистического анализа были получены статистические характеристики и построена графики корреляционной функции и спектральной плотности. По результатам виброизмерений и их статистической обработки можно сделать следующие выводы:

1) динамические процессы, происходящие в узлах НША необходимо представлять в виде стационарных и нестационарных случайных процессов;

2) применение динамических моделей для расчета узлов НША необходимо сопровождать использованием методов статистической динамики машин.

Для повышения эффективности работы механизма проколов НШМ были предложены также конструкторские решения по форме проколов. На компьютере были смоделированы три типа проколов:

1) с тремя режущими кромками в поперечном сечении;

2) с четырьмя режущими кромками в поперечном сечении (рис. 4. а, б);

3) с пятью режущими кромками в поперечном сечении (рис. 4. в).

Целью разработок данных новых конструкций проколов является уменьшение ударных явлений и шума путем замены ударного характера проколка на прорезание тетрадей при работе НШМ.

Кроме того, были изготовлены три типа опытных видов проколов с 5-ю режущими кромками, с 4-мя режущими кромками и 3-мя режущими кромками по 8 штук каждого вида для закрепления в прокалывающей планке НШМ. Фотография прокола с четырьмя режущими кромками представлена на рис. 5.

Рис. 4.

Рис. 5.

Данные разработки по форме новых проколов для НШМ являются продолжением исследований влияния формы проколов для НШМ на уменьшение шума, проведенных Быстровым К.Н. и Перовым В.А.

Экспериментальная проверка эффективности конструкций новых видов проколов проходила в переплетно-брошюровочном цехе ГМП "Первая образцовая типография".

Испытания проходили следующим образом:

а). Вначале испытывались проколы с 4-мя режущими кромками на НШМ АЕ 20-36-40Р по оценке шумности при помощи шумомера ВШВ-003 №172286 II. Был составлен и подписан протокол результатов испытаний.

б). Далее были испытаны проколы 3-мя режущими кромками на НШ6 №464 по оценке шумности при помощи шумомера ВШВ-003 №172286 И. Так же был оформлен протокол результатов испытаний.

в). Далее были испытаны проколы 5-ю режущими кромками на НШ6 №464 по оценке шумности при помощи шумомера ВШВ-003 №172286 II. Так же был оформлен протокол результатов испытаний.

После проведения экспериментальных испытаний двух новых конструкций проколов НШМ и анализа результатов испытаний можно сделать следующий вывод: конструкция прокола с 4-мя режущими кромками более эффективна по снижению угловых ускорений возникающих в процессе работы механизма, чем старая (стандартная) конструкция проколов и более эффективна, чем конструкция с 3-мя режущими кромками. Косвенным подтверждением этому явилось снижение уровня шума от работы механизма на 8 Дб. Проколы с 5 режущими кромками более сложны в изготовлении и по отношению к проколам с четырьмя режущими кромками дают прирост эффективности на 0,5 %.

В четвертой главе работы дается теоретический анализ динамических явлений в кулачково-рычажных механизмах полиграфических машин с учетом нелинейности свойств и стохастической составляющей динамических нагрузок.

Рассматриваем комбинированный метод канонических разложений, примененный в работе Перова В. А. для решения задач нелинейной статистической динамики упругих систем полиграфических машин. Если имеется нелинейная упругая механическая система массой ш и ее движение описывается нелинейным дифференциальным уравнением:

Ьим? = тО> + Я(щ IV) = #(/),

(5)

где для нелинейной функции /?(м>, и>) имеем:

N

М

где числа N, М выбираются из условий наилучшей аппроксимации упруго-демпфирующих кривых.

Для случайных функций w(t), q(t) имеем спектральные разложения:

00

w(/) = Mw(t)+ fy/(t,a))W(co)d(0, (7)

-оо 00

q{t) = Mq(t) + J'yf{f,a>)Q(a))d(0. (8)

—CO

Здесь MQ - операция математического ожидания, y/(t,0)) -

некоторая заданная функция, например y/(t,a>) = е'°* ; W(a>), Q{(0)-

спектры Фурье, удовлетворяющие известным условиям стохастической ортогональности.

M^V\(o)W(ojx)\=Sw{co)S((o-(oi), (9)

где Sw((0) , S {&) - спектральные плотности соответствующих функций; S(y) - дельта-функция Дирака, знак * представляет комплексно-сопряженное выражение.

После применения комбинированного метода канонических разложений получаем два трансцендентных уравнения для стохастических

2 2

характеристик (дисперсий) системы X = (Tw, у = Оw:

} Sq((o)do) t л

= Jr* / • м r-Z = <Pi(x>y)> (11)

t o>2S(co)da>

\тг---; = <P2(x,y)-( 12)

-tLH ("гй>; x, y)LH (ico; X, y)

Здесь LH {i(0\ x, у) - "нелинейный импеданс" системы имеет вид:

■V

£„(юг,х,у) = [(;<у)2 + -1)2^®,/и"'>£(2к - 1)й>1х2«-»]т,

(13)

Ь, =Г](огск = <ок

Решая эту систему уравнений, получаем исходные вероятностные

2 2 „ характеристики <Т№, сг^ для механической упругой системы конкретной полиграфической машины.

Если учесть нелинейность упругих свойств муфты, то получим следующую систему нелинейных дифференциальных уравнений для динамической модели кулачково-рычажного механизма полиграфической машины с упругим приводом и муфтой.

Щ=4 -4% -<&,)-/%<& -<pj -РМ -Фм),

fJPu=сп(п-%,)+&(%-Фf (14)

фи=скрм1Ж=щ1,

(pd=d%ldt=(%.

Если ввести новую обобщенную координату w = <рм —<рд, то приближенно после преобразования при /м = const можно записать нелиней-

ное дифференциальное уравнение при учете нелинейности свойств упругой муфты:

- стационарное случайное воздействие. При этом обозначим еще 1е = 2у0О)0, у0 - известный безразмерный коэффициент.

После применения уже кратко рассмотренной методики для комбинированного метода канонических разложений получаем трансцендентное уравнение для определения стохастической характеристики рассмотренной упругой нелинейной системы - дисперсии сг^;

й + 2£н> + б)о(хи + /?м;3) = <?(/). (15) Здесь £ = (Зп / 21м - коэффициент демпфирования,

СО0 = у]сп /1м - собственная частота, (3 - коэффициент нелинейности,

<7

XV

2

-ос

00

1

где

Ьн {ш, о-1) = [(т)2 + 2у0со0 {¡со) + о)20 (1 + 3/?<т*)].

СТ2 =

" И2 -2ГоЧ(В)+4(мМ)[т2 +2уоЩа®)+4(нзрс£)\

(17)

Рассмотрим пример расчета стохастических характеристик механизма перемещения проколов ниткошвейной машины при учете нестационар-

ности воздействия. Пусть Ь, с - коэффициент сопротивления и коэффициент жесткости толкателя соответственно, ск- жесткость вала, J{ -

момент инерции толкателя относительно оси вращения, G¡,Gk - модули сдвига материалов толкателя и кулачкового вала. Например, из экспериментальных данных для ниткошвейной машины НШ-6 жесткость кулачкового вала равна ct= 39000-^40000 Нм/рад. Если принять

(р = СОк • t, то для перемещения А, получим дифференциальное нелинейное уравнение:

44 + 2£1-7^ + <у12(Л + М3) = 4(0 (18)

а<р а<р Введем в уравнение обозначения:

S = b/Ji, col =c/Jx,Û)k =ckl - £COk / L2 , cof = colal IL2, ki=k/L22. (19)

Представим функцию случайной нагрузки q(t) в виде: q(t) = q0(t)-qx(t), (20)

где q0(t) - нестационарная неслучайная функция (огибающая).

Í0, еслиг <0

()0,С - заданные постоянные, которые можно получить из аппроксимации экспериментальных данных, t, - значение угла поворота кулачкового вала до нового ударного импульса (можно считать для упрощения в дальнейшем, что /, —> оо). Стационарную случайную функцию <7, (?) берем с известной спектральной плотностью:

SAa>) =

л

1

1

{со - 0) + щ {co + Qf + al

(22)

где CTlq - дисперсия, а0 - коэффициент корреляции, 0 - преобладающая частота воздействия qx.

Если воспользоваться методикой определения статистических характеристик нестационарных случайных процессов в рассматриваемой системе, то получим формулу для дисперсии перемещения:

= Кл(<Р><Р) = -Л-32-J"JexPfc(*i +Xl) - «cOl -х2)]х

0 0

х sin<y2(^ - jc, )sin a)2{q>2 - x2)eos0(x, - x2)dxxdx2,

Если для упрощения принять, что £г «С02, то получаем приближенную формулу для стохастической характеристики виброударного перемещения А :

а2л *К1-т = ф{т11,т1,7)-е-2™Аг12,ч,7)] (24)

Здесь введены обозначения: К = ——3-, 7]х =

2 (а0+е2)

4 2а>2 -ег ' " сог

(а0-£2) © ~ t

Ъ=—--- Г1 = —, I = —

а>2 со2 2 к

Подставим данные в формулу безразмерной дисперсии виброударного смещения Кд = а\!К* и проведем анализ полученных результатов, заметим, что максимальная величина КА уменьшается с увеличением величины отношения частот ц. Это дает уменьшение среднеквадратичной амплитуды виброударного смещения, что в свою очередь, понижает уровень ударных явлений и шума при работе нит-кошвейной машины.

Выводы

1- Разработана методика применения динамических моделей и динамического расчета кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин с учетом нелинейности уравнений и упругости звеньев, муфты и привода.

2. Даны новые конструктивные решения для прокалывающих устройств НШМ и проведена экспериментальная проверка их эффективности по снижению шума в переплетно-брошюровочном цехе ГМП «Первая образцовая типография».

3. Дана методика проведения виброизмерений на механизме проколов НШМ и статистической обработки результатов при помощи компьютерной системы МаЛСАБ.

4. Разработана методика вычисления стохастических характеристик упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом нелинейности свойств и стохастического характера составляющей динамических нагрузок.

5. Разработанные методики динамических расчетов кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин позволяют выявить резервы повышения их технической эффективности (в частности, увеличения скорости их работы).

Публикации по теме диссертационной работы:

1. Булатников Е.В. Задача динамики кулачково-рычажного механизма обжима корешка книжного блока при учете нелинейных упругих свойств муфты привода. ¿/'Вестник МГУП. М.: Изд. МГУП, 2005. -№4. - С. 35-41 (1,12)

2. Булатников Е.В. Изучение нелинейной динамики кулачко-во-рычажных механизмов отделочных машин с учетом упругости звеньев и стохастического характера воздействия. Материалы 11-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов.: Тез. докл., т.З М: МЭИ изд. ЗАО «Знак», 2005. - С. 230 (0,13)

3. Перов В.А., Булатников Е.В. Изучение нелинейной динамики кулачково-рычажного механизма операционной машины с учетом упругих свойств редуктора и муфты.// Сб-к трудов МГУП, Вып.2, 2004. - С.32-35 (0,22)

4. Юрухин Б.Н., Перов В.А., Булатников Е.В. Методика динамического расчета кулачково-рычажных механизмов операционных полиграфических машин с учетом упругих свойств звеньев и привода. // Изв. Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела, 2005. -№1. - С.40-47 (0,42)

5. Юрухин Б.Н., Перов В.А., Булатников Е.В. Моделирование на компьютере нелинейной динамики кулачково-рычажного механизма перемещения прокалывающих игл с учетом упругих свойств привода и кулачкового механизма.. // Изв. Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела, 2005. -№2. - С.42-50 (0,45)

6. Булатников Е.В. Перов В.А., Изучение нелинейной динамики кулачково-рычажного механизма операционной ма-

шины с учетом упругих свойств редуктора и муфты .//Вопросы строительной механики. Сб-к трудов МГУП. 2004 г. - С.32-35. (0,22)

Подписано к печати "3" февраля 2006 г. Заказ 50 / 45. Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз.

Отпечатано в УИЦ МГУП, 127550, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2а.

<f

Введение.

Глава первая. Обзор литературы по задачам динамики систем кулачково-рычажных механизмов и постановка задачи.

1.1. Анализ основной литературы по задачам динамики кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин.

1.2. Обзор литературы по методам расчета кулачково-рычажных механизмов.

1.3. Постановка задачи.

Глава вторая. Динамические расчеты кулачково-рычажных механизмов операционных полиграфических машин с учетом упругости привода, муфты и звеньев.

2.1.Изучение нелинейной динамики кулачково-рычажного механизма перемещения прессующих колодок при обжиме корешка книжного блока прокалывающих с учетом упругости свойств редуктора и муфты привода.

2.2. Вычисление оптимальных параметров механизма перемещения проколок ниткошвейной машины с учетом упругости привода и муфты.

2.3. Методика динамического расчета кулачково-рычажных механизмов операционных полиграфических машин с учетом упругости звеньев и привода.

2.4. Компьютерное моделирование нелинейной динамики кулачково-рычажного механизма перемещения прокалывающих игл с учетом упругих свойств привода и кулачкового механизма.

Глава третья. Экспериментальное изучение динамических явлений кулач-ково-рычажных механизмов полиграфических машин и экспериментальная проверка эффективности новых прокалывающих устройств ниткошвейных машин.

3.1. Экспериментальное исследование кулачково-рычажного механизма проколок ниткошвейной машины (НШМ).

3.2. Разработка конструкций прокалывающих устройств для ИТ TIM.

3.3. Экспериментальная проверка эффективности по снижению шума для новых прокалывающих устройств НШМ.

Глава четвертая. Анализ динамических явлений в кулачково-рычажных механизмах полиграфических машин с учетом нелинейности свойств и стохастической составляющей нагрузок.

4.1. Применение комбинированного метода канонических разложений для решения задач нелинейной статистической динамики систем полиграфических машин.

4.2.0пределение стохастических характеристик нелинейной упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом стационарного случайного воздействия.

4.3. Вычисление статистических характеристик нелинейной упругой системы кулачково-рычажного механизма проколок НШМ при учете не стационарности случайного воздействия.

Выводы.

Научно - технический прогресс в технике развивается очень динамично и быстро. Необходимое ускорение он получает за счет развития рыночных отношений. Не обошло стороной это и полиграфическую отрасль. Требования к конечному продукту непрерывно возрастают как по качеству, так и по скорости изготовления, что в свою очередь заставляет конструкторов полиграфических машин создавать новое, более совершенное оборудование. Основным фактором, по которому судят о полиграфической фирме - является время. Чем меньше времени требуется типографии, чтобы выпустить книгу, журнал или другую полиграфическую продукцию тем больше, как правило, у него заказов. Отсюда следует совершенно логичный вывод: полиграфическая техника просто обязана быть высокоскоростной и высококачественной.

Основным узким местом в полиграфической отрасли до сих пор остается брошюровочно-переплетный участок. Поэтому конструктора полиграфической техники различают две основные задачи. Первая - техника должна быть высокоскоростной, отделочные операции и качество печати должны отвечать современным требованиям. Вторая - уменьшение таких показателей как габариты и масса полиграфических машин. Но следует отметить, что при увеличении скорости работы машины увеличиваются и динамические нагрузки на основные узлы. Это приводит к тому, что сам процесс проектирования новой йашины с точки зрения изучения динамических явлений должен быть в большей степени научным, нежели ранее. В свою очередь это позволит выявить резервы совершенствования полиграфических машин и оборудования с целью повышения его технической эффективности. Проблема заключается в том, что необходимая специальная литература по динамическим расчетам и проектированию полиграфических машин уже не отвечает современным требованиям к проектированию полиграфической техники. Отсюда следует очевидный вывод, что совершенствование динамических расчетов узлов полиграфических машин есть актуальная задача.

Увеличение скоростей работы и интенсивности динамических нагрузок, как было ранее отмечено, усложнение современной печатно-отделочной техники, приводит к тому, что увеличиваются динамические упругие деформации и ускорения, влияющие на точность полиграфических машин. Необходимо отметить что, стохастическое описание условий работы нелинейных упругих систем полиграфических машин при динамических нагрузках является более полным и точным, нежели линейное детерминистическое и более соответствует реальным условиям эксплуатации.

Целью настоящей работы является разработка методики расчета оптимальных параметров кулачково-рычажных механизмов отделочных полиграфических машин, позволяющих снижать отрицательное влияние различных динамических нагрузок на точность работы данных механизмов с учетом упругости, нелинейности и стохастического характера составляющей воздействий.

Для осуществления поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:

- разработка методики динамического расчета кулачково-рычажного механизма перемещения проколов ниткошвейной машины и обоснование выбора динамической модели учитывающей упруго-демпфирующие свойства привода, муфты, звеньев для отделочной полиграфической машины,

- разработка методики расчета стохастических характеристик упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом нелинейности свойств и стохастического характера составляющей динамических нагрузок,

- постановка и проведение эксперимента на механизме перемещения прокалывающих игл с последующей аналитической обработкой полученных результатов, сравнение их с теоретическими расчетами по динамической модели, учитывающей упругие свойства звеньев и нелинейность муфты;

- разработка новых конструкционных решений для механизма перемещения прокалывающих игл, компьютерное моделирование новых типов проколов и экспериментальная проверка их эффективности по снижению динамической нагрузки на исполнительный механизм.

Научная новизна данной работы заключается в том, что предложена современная методика расчета и проектирования кулачково-рычажных механизмов, учитывающая все лучшее из ранее известных методик и добавляющая к ним требования, предъявляемые нашим временем к конструированию современной печатно-отделочной полиграфической техники. Основные положения данной диссертационной работы, выносимые на защиту:

1. Динамические модели и методика расчета кулачково-рычажного механизма, учитывающие упруго-демпфирующие свойства привода, муфты, звеньев для полиграфической машины.

2. Новые конструктивные решения для механизма проколок (НШМ) и экспериментальная проверка их эффективности по снижению шума и ударных явлений.

3. Методика расчета стохастических характеристик упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом нелинейности свойств и стохастического характера составляющей динамических нагрузок.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения (выводы), списка литературы и приложения.

Выводы

1. Разработана методика применения динамических моделей и динамического расчета кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин с учетом нелинейности уравнений и упругости звеньев, муфты и привода.

2. Даны новые конструктивные решения для прокалывающих устройств НШМ и проведена экспериментальная проверка их эффективности по снижению шума в переплетно-брошюровочном цехе ГМП «Первая образцовая типография».

3. Дана методика проведения виброизмерений на механизме проколок НШМ и статистической обработки результатов при помощи компьютерной системы MathCAD.

4. Разработана методика вычисления стохастических характеристик упругой системы кулачково-рычажного механизма с учетом нелинейности свойств и стохастического характера составляющей динамических нагрузок.

5. Разработанные методики динамических расчетов кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин позволяют выявить резервы повышения их технической эффективности (в частности, увеличения скорости их работы).

1. Афанасьев Ю.А., Подгорный Ю.И., Маклаков И.Н. Синтез законов движения ведомых звеньев кулачковых механизмов с учетом динамических характеристик. Тез. док. Львов, 2005г.

2. Бежанов В.Н., Бушунов В.Т. Производственные машины автоматы. JL: Машиностроение, 1973, 360с.

3. Безразборная диагностика ниткошвейных машин унифицированного ряда НШ-6 и БНШ-6А: Руководящие технические материалы 10-01-82. М.: Изд-во МНИ, 1982.

4. Билецкий А.А. Исследование устройств для уравновешивания избыточных нагрузок и выборки зазоров в кулачково-рычажных механизмах: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Львов, 1980. 24 с.

5. Бобров В.И. Теоретические основы структурного анализа и синтеза автоматизированных систем машин полиграфического производства: Диссертация д-ра техн. Наук / МГУП. М., 1999.-350с.

6. Бобров В.И., Куликов Г.Б., Одинокова Е.В., Пергамент Д.А., Федосеев А.Ф., Брошюровочно-переплетное оборудование,- М.: Изд. МГУП, 2000, 132с.

7. Бобров В.И., Куликов Г.Б., Одинокова Е.В., Пергамент Д.А., Федосеев А.Ф. Послепечатное оборудование: Учебное пособие. М.: МГУП, 2000.

8. Бойко А. В., Галавацкий А.С., Петрук А.И. Исследование многозвенных кулачково-рычажных механизмов. В кн.: Теория механизмов и машин: Материалы 1 Всесоюзн. съезда. Алма-Ата: Наука, 1977, с. 35-36.

9. Бойко А.В, Петрук А.И. К вопросу динамического синтеза многозвенных кулачково-рычажных механизмов. Теория механизмов и машин, 1976, №25, с. 79-84.

10. Ю.Бойко A.B. Критериальная механика кулачково-рычажных механизмов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Киев, 1975. 32с.

11. Болотин В.В, Случайные колебания упругих систем. М.: Наука, 1979.-335 с.

12. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций, М.: Машиностроение, 1984. 312с.

13. Борьба с шумом и вибрацией в полиграфических машинах. М. 1979.

14. Булатников Е.В. Задача динамики кулачково-рычажного механизма обжима корешка книжного блока при учете нелинейных упругих свойств муфты привода. Вестник МГУП № 4. М.: Изд. МГУП, 2005.

15. Вибрация в технике: справочник. Т. 5. М.: Машиностроение, 1981.

16. Воробьев Д.В., Дубасов А.И., Лебедев Ю.М. Технология брошюровочно-переплетных процессов: Учебник. -М.: Книга, 1989.

17. Воскресенский М.И. Проектирование кулачковых механизмов цифровыми вычислительными методами. М.: Машиностроение, 1967, 128 с.

18. Воскресенский М.И. Теория и методы проектирования кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин по заданной долговечности. Автореферат диссертации на соискание ученой степенидоктора технических наук. М., МПИ, 1970

19. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. JL: Машиностроение, 1976. 328с.

20. Вульфсон И.И. Колебания машин с механизмами циклового действия. Л.: Машиностроение (ЛО), 1990, 309 с.

21. Вульфсон И.И. Расчет оптимальных кинематических параметров форгрейфера листовых печатных машин. Тр. НИИПМ, М., 1959, №5, с. 82-110.

22. Вульфсон И.И., Ерихов МЛ, Коловский М.З. и др. Механика машин. Уч. пособие М.: Высшая школа, 1996, 511 с.

23. Вульфсон И.И., Иманкулова А.С. К методике определения частотного спектра системы цикловых механизмов, образующих колебательные контуры кольцевой структуры. Теория механизмов и машин, 1979, №27, с. 9-12.

24. Вульфсон И.И., Ковнер В.Я. К исследованию колебаний в цикловых механизмах, работающих в замкнутой схеме. Механика машин, 1977, Вып. 52, с. 44-52.

25. Вульфсон И.И., Петрук А.И., Черня Б.А. Исследование сдвоенных цикловых механизмов ниткошвейных машин. Труды ВНИИполиграфмаша, М,; Машиностроение, 1983, 225 с.

26. Вульфсон И.И., Шарапин И.А., Преображенская М.В. Расчёт колебаний привода машины: Учеб. пособие для втузов.-СПб.: СПГУТД, 2005. -104 с.

27. Главацкий А.С. Вопросы оптимизации синтеза кулачково-рычажных механизмов: Автореф. дис. канд. техн. наук. Львов, 1968. 18с.

28. Данилевич Н.В. Точностной анализ кулачково-рычажного механизма Сборник научных трудов №4(21)М.:НГТУ 65с. 2000г.

29. Добрынин С. А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы аЕ'.томатизированного исследования вибрации машин. М.:

30. Машиностроение, 1987, 224 с.

31. Жмутский В.Д. Исследование технологических нагрузок в проволокошвейной машине: Канд. дис. -М.:МПИ, 1953.

32. Ивович В.А., Онищенко В.Я. Защита от вибрации в машиностроении. М.: Машиностроение, 1990, 272 с.

33. Иориш Ю.И. Виброметрия. М.: Машиностроение, 1963, 403 с.

34. Кожевников С.Н. Динамики машин с упругими звеньями. Киев: Изд. АН УССР, 1961, 160с.

35. Кузнецов В. А. Автоматизированный критериальный синтез комбинированных кривошипных и кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин: Канд. дис. Львов, 1990.

36. Куликов Г.Б. Конструирование и расчет брошюровочно-переплетного оборудования: Конспект лекций. -М.: МГУП, 1999.

37. Куликов Г.Б., Шипков Ф.К. Перспективы использования методов компьютерной диагностики для определения технического состояния пазовых кулачковых механизмов полиграфических машин. Сб. "Печатные и переплетные машины", М.: Изд-во МГУП, 1999, с.63-70

38. Козлов А.П., Фишков В.Г., Юрухин Б.Н. Ниткошвейная машина//БИ №20,1992.

39. Левитский Н.И. Колебания в механизмах. М., Наука, 1988,336 с.

40. Пейсах Э.Е. Структура и кинематика пространственных рычажных механизмов: Монография.- СПб.: СПГУТД, 2004. 212 с.

41. Пергамент Д.А. Брошюровочно-переплетное оборудование. Изд. МПИ, 1990,452с, Современные технологии и оборудование печатного и брошюровочно-переплетного производства. Межведомственный сборник научных трудов. МГУП, 1998, 158 с.

42. Пергамент Д.А. Брошюровочно-переплетное оборудование: Учебник. -М.: МПИ, 1990.

43. Пергамент Д.А. Оборудование для скрепления книжных блоков термонитями: Учебное пособие. М.: МПИ, 1981.

44. Пергамент Д.А., Плоткин М.М. Основы проектирования и расчета полиграфического оборудования. Проектирование и расчет брошюровочно-переплетного оборудования: Учебное пособие. М.: МПИ, 1988.

45. Передача информации и печать. Учебник / пер. с нем. М.: изд. МГУП «Мир книги», 1998,448 с.

46. Перов В.А. Стохастические задачи оптимизации параметров и оценки надежности нелинейных упругих систем (узлов) полиграфических машин. Монография. М.: изд. МГУП, 2000, 232с.

47. Перов В.А. Юрухин Б.Н. Исследование нелинейной динамики кулачково-рычажных механизмов полиграфических машин. Изв. вузов. Пробл. полигр. и изд. дела. 2000 №3-4. с.68-79

48. Перов В.А., Булатников Е.В. Изучение нелинейной динамики кулачково-рычажного механизма операционной машины с учетом упругих свойств редуктора и муфты. //Вопросы строительной механики. Сб-к трудов МГУП. 2004 г.

49. Петрук А.И. Вопросы синтеза механизмов цикловых машин. Киев.: Наукова думка. 1981, 122 с.

50. Петрук А.И. Черня Б.А. Исследование нагрузок привода качающегося стола ниткошвейного автомата НШ-6. В кн.: Новые направления в переплетно-брошюровочном оборудовании. М.: ВНИИОПИТ, 1977, с. 55-58.

51. Петрук А.И., Бойко А. В., Белай В.Ф. и др. Исследование цикловых механизмов ниткошвейных машин унифицированного ряда НШ-6. Сб. Рефератив. Информ., 1977, вып. 20, с. 29-30.

52. Постников О.К, Андреев В.К. О колебаниях ведомого звена кулачковых механизмов на выстоях, межвузовский сборник научных работ: МПИ, Вып. 1,1977

53. Постников O.K., Андреев В.К. Проблемы повышения точности работы кулачково-рычажных механизмов, межвузовский сборник научных работ: МПИ, Вып. 1, 1977.

54. Постников О. К., Клементьев А.В. Операции скрепления блоков, брошюр и журналов проволокой и оборудование для их осуществления: Учебное пособие. -М.: МПИ, 1982.

55. Рогачевский В.Е Некоторые результаты экспериментального исследования механизма качающегося стола ниткошвейный машин, межвузовский сборник научных работ: МПИ, Вып. 1, 1977.

56. Ротбарт Г.А. Кулачковые механизмы. СУДПРОМГИЗ. Ленинград. 1960.

57. Совещание по методам расчета механизмов машин автоматов. Тезисы докладов. Львов. 1971.

58. Справочник технолога полиграфиста. 4.6: Брошюровочно-переплетные процессы - М.: Книга, 1985.

59. Столяр С.Е. Разработка принципов и методики проектирования проволокошвейных машин многоцелевого назначения для повышения их технических возможностей: Канд. дис. М.: МПИ, 1987.

60. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967. 444 с.

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

62. Тир К.В., Полюдов А.Н., Петрук А.И. Вопросы теории и опыт экспериментальных исследований уравновешивающих кулачковых механизмов. В кн.: Анализ и синтез механизмов. М.: Машиностроение, 1969, с. 175-187.

63. Тир К.В., Полюдов А.Н., Петрук А.И. Сенкусь В.Т. Улучшение динамики цикловых механизмов путем программного уравновешивания избыточных сил. В кн.: Динамика машин. М.: Наука, 1974, с. 37-45.

64. Угрюмова Л.Д. Сравнительное исследование ниткошвейных машин:

65. Автореф. дис. канд. техн. наук. М., 1951. 16 с.

66. Ускова М.К. Нелинейные задачи динамики машин. Ин-т машиноведения РАН / Под ред. М.: Наука, 1992,294 с.

67. Хведчин Ю.И. Послепечатное оборудование. Часть 1: Брошюровочное оборудование: Уч. пособ. М.: МГУП, 2003. 466 с.

68. Черня Б.А. Исследование сдвоенных цикловых механизмов ниткошвейных полиграфических машин: Канд. дис. Львов: УПИ им. И.Федорова, 1980.

69. Черня Б.А. Исследование сдвоенных цикловых механизмов ниткошвейных полиграфических машин: Автореф. дис. . канд. техн. наук. М., 1980. 20с.

70. Шипков Ф.К. Спектральные методы диагностирования работоспособности пазовых кулачков механизмов на примере ниткошвейных машин. Межведомственный сборник научных трудов: МГУП. 1999. с. 75-80.

71. Шостачук Ю.А. Синтез механизма качающегося стола ниткошвейных полиграфических машин с упругой компенсирующей связью: Канд. дис. Львов: УПИ им. И.Федорова, 1984.

72. Юрухин Б.Н. Структурно-параметрический многокритериальный синтез механических подсистем полиграфических машин // Физика и механика на пороге XXI века: Межвед. сб. науч. тр. Вып. 2. М.: Изд-во МГУП, 1999. С.

73. Юрухин Б.Н., Мардер Б.О. Диалоговый метод оптимального проектирования пространственного двухподвижного механизма 2В5С//Исследование и решение задач прикладной механики на ЭВМ. М.: Наука, 1985.

74. Ярунов A.M. Снижение ударного нагружения при замыкании кулачково-рычажных механизмов ударного действия после их размыкания для удара. Доклад 2005г.

75. Lockenvitz E., Oliphint J.B., Wilde W.C. and Young J.M., "Geared to

76. Compute", Automation 2, p. 37 (Aug. 1955). 84.Stillman A.H., "Using Punched Card Equipment for Automatic Machine

77. Tool Control", Prod. Eng. 26., p. 172 (June 1955). 85.Stoddart D.A., "Polydyne Cam Design", Mach. Des. 25, p. 121 (Jan). 1953; p. 146 (Feb. 1953); p. 149 (March 1953).

78. ИССЛЕДОВАНИЕ КУЛАЧКОВО-РЫЧАЖНОГО МЕХАНИЗМА ПРОКАЛЫВАЮЩИХ ИГЛ НИТКОШВЕЙНОЙ МАШИНЫ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:1.= .09 L11= .12 111= .09 L2= .21 L3= .035 L31=.05 SM= .035 H2= .28 113= .03 114= .42 ALF= 70

79. BT=30 GM= 60 L4= .45 LSI = .045 LSU=.06 LS2=.105 LS3= .0175 LS4= .225 Ml= .18 M2= .42 M3= .07 Mll=.24 M31=.l 1S1=.0001215 1S2= .0015435 IS3= 7.145833E-06 ISU= .000288 IS31= 2.083333E-05 IS4=0151875 CG=:0 prs= 500 Kll = .65 KI2 = .75 PG0=0 ТИП= 2

80. ФАЗОВЫЕ УГЛЫ FU,FDS,FB FU= 46 FD= 254 FD= 50 НАЧАЛЬНЫЙ УГОЛ, ПРИРАЩЕНИЕ Fl= .0001 DF= 2

81. ДАТА ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА 03-02-2003 ВРЕМЯ ВЫПОЛНЕНИЯ 12:10:46 .2724871 .4849742 0 7.566663 -13.999991. F3= 295.76862724871 .4849742 .035 -2.348921 -36.02483 F3—27.8452

82. НАЧАЛЬНЫЙ УГОЛ КОРОМЫСЛА МАКСИМАЛЬНЫЙ УГОЛ ОТКЛОНЕНИЯ КОРОМЫСЛА PS10= 18.78804 PSIM= 8.013679 РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

83. Среднее значение приведенного момента инерции IPRS= 540.4647