автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Имитационное моделирование виброударного движения шаров в зазорах роторных мельниц

ВВЕДЕНИЕ

1. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРОУДАРНЫХ ПРОЦЕССОВ

1Л. Примеры исследуемых конструкций

1.2. Различные представления о природе вибраций

1.3. Экспериментальные методы и выводы из ранее полученных результатов

1.4. Модели единичного удара

1.5. Основные методы теоретического исследования виброударных систем

1.6. О вычислении напряжений и деформаций в соударяющихся парах, прогнозировании эффективности измельчения и ресурса конструкций

2. ИСХОДНЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАВЙЙМОСТИ И ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

2.1. Системы координат, описание движения шара и ограничителей

2.2. Определение интервала времени между ударами шара, геометрические и временные условия

2.3. Представление векторов относительной скорости движения шара и частоты его вращения в локальных системах координат

2.4. Описание единичного удара

2.5. Начальные условия, критерии периодичности и устойчивости решений, особенности имитационной модели в целом

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

3.1. о наличии автоколебаний. Верификация моделей

3.2. Непрерывные вибрации шара при колебаниях ограничителей, их независимость от фазовых сдвигов

3.3. Пределы применимости концепции Ньютона, проверки решений на эргодичность

3.4. Зависимости интегральных характеристик от радиального зазора, частот вращения ограничителей, времени удара и ускорения силы тяжести

3.5. О напряжениях в соударяющихся парах, прогнозировании эффективности измельчения и ресурса конструкций

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СОУДАРЕНИЙ ШАРА С ВИБРИРУЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

4Л. Технические средства и методика эксперимента

4.2. Методика вычисления эффективного коэффициента восстановления

4.3, Распределения эффективных коэффициентов восстановления. Сопоставления экспериментальных и расчетных данных 4.4. Вибрационные характеристики корпуса мельницы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты состоят в следующем:

1. Разработана имитационная модель трехмерного виброударного движения шара в условиях вращения и вынужденных колебаний ротора, сепаратора и корпуса. Доказано отсутствие автоколебаний шара как тела с конечными размерами и наличие его эргодического виброударного движения при вынужденных колебаниях ограничителей.

2. При явно выраженном внешнем возбуждении вибраций имитационное моделирование эпизодически воспроизводит псевдозатухающий процесс, что обусловлено ограниченной областью параметров задачи, внутри которой приемлема концепция Ньютона о послеударной скорости. Определена область параметров задачи и предложен алгоритм, исключающий псевдозатухающие решения.

3. г Установлено, что на интегральные характеристики виброударного процесса (потери мощности при ударах и частота ударов шара) не оказывают существенного влияния отношения фазовых сдвигав в гармонических спектрах вынужденных колебаний ограничителей. Между тем, переменное время удара, которое находится в зависимости от доударной скорости и других факторов приводит к существенным поправкам в расчетах.

4. Установлено, что интенсивность виброударного процесса возрастает в подшипниках качения с увеличением радиального зазора, а в роторных мельницах - снижается.

5. Повышена точность в определении экспериментальных значений коэффициента восстановления скорости в результате применения специально разработанного радиотехнического устройства. Предложена при этом имитационная модель для вычисления эффективного коэффициента восстановления скорости. Расхождения ре

96 зультатов теоретических и экспериментальных исследований - низкие при соударениях шара с вибрирующей поверхностью ограничителя и значениях доударной скорости в широком диапазоне (0,3.4,0 м/с).

1. А. с. № 39551 1 (СССР). МКИ. В02С. Центробежная шариковая мельница. / Белов А.И., Рыженков А.П. Заявл. 21.07.71, № 1687722. // Опубл. в БИ № 35. 1973.

2. А. с. № 1584996 (СССР). МКИ. В02С. Центробежная мельница. / Козлов В.И., Редькин В.Ф., Козырев С.А., Борисов В.П., Болдырев ВВ., Кребель Ф.Р., Рубцов Н.М. Заявл. 14.04.83. Опубл. 15.08.90. // БИ № 30. - 1990.

3. Pat. 4.976.472 (US). Jnt. С1.В02С 17/16. Centrifucal mili. / Kozlov V.I., Redkin V.F., Kozyrev S.A., Borisov V.N., Boldyrev V.V., Kre-bel F.K., Kubtsov N.M. Filed 25.08.87. - Pub. № O - 9.03.89 (англ.).

4. Br. 1.223.555 (IT). Jnt. Cl. B02C 17/16. MMino Centrifugo. / Kozlov V.I., Redkin V.F., Kozyrev S.A., Borisov V.N., Boldyrev V.V., Kre-bel F.R., Rubtsov N.M. Depsitata 18.12.87 - 19.09A90 (итал.)

5. Sz. Leibas 201692B (HU). Jnt. Cl. B02C 15/08. Centrifugel-malon. / Kozlov V.I., Redkin V.F., Kozyrev S.A., Borisov V.N., Boldyrev V.V., Krebel F.R., Rubtsov N.M, A bejel. 8.25.87. - A Kozz. -11.28.89 (венгр.).

6. A. с. № 1098564 (СССР). МКИ B02C 15/08.'Центробежная мельница. / Козлов В.И., Кребель Ф.Р., Редькин В.Ф. Заявл. 4.04.83. -Опубл. 23.06.84. // БИ - № 23. - 1984.

7. А. с. № 1192852 (СССР). МКИ В02С 15/08. Центробежная мельница. / Козлов В.И., Кребель Ф.Р., Редькин В.Ф. Заявл. 29.06.84. -Опубл. 23.1 1.85. // БИ № 43. - 1985.

8. А. с. № 1664402 (СССР). МКИ В02С 15/08. Центробежная мельница. / Козлов В.П., Рубцов Н.М., Попов А.В., Фадиенко Л.П. Заявл. 17.06.88. - Опубл. 23.07.91. // БИ № 27. - 1991.

9. А. с. Х2 13 75326 (СССР).МКИВ02С 15/08. Шариковая мельница. / Козлов В.И., Рубцов Н.М., Попов А.В. Заявл. 9.12.85. - Опубл.2302.88. // БИ № 7. 1988.

10. А. с. № 1785126 (СССР). МКИ В02С 15/08. Шаровая мельница. / Редькин В.Ф., Козлов В.И., Кребель Ф.Р., Попов А.В. Заявл.2703.89. (Не публ., зарегистр. в гос. реестре 2.09.92).

11. И.А. с. № 1707831 (СССР). МКИ В02С 15/08. Центробежная шаровая мельница. / Кребель Ф.Р., Редькин В.Ф., Козлов В.И., Попов А.В. Заявл. 3.11.87. - (Не публ., зарегистр. в гос. реестре 22.09.91).

12. Патент 2029619 (KU). МКИ В02С 15/08. Центробежная мельница. / Козлов В.И., Фадиенко Л.П. Заявл. 16.06.92. - Опубл. 27.02.95. //БИ № 6. - 1995.

13. Козлов В.И., Фадиенко Л.П. Имитация движения шаров на компьютере при сопоставительном анализе новой мельницы и аналога //Изв.- вузов. Горный журнал. 1996. - № 2. - С. 23-28.

14. И.Козлов В.И., Фадиенко Л.П. Имитация экспериментов в исследованиях специальных мельниц-активаторов // Изв. вузов. Цвет, металлургия. 1991. - № J . - С . 17-22.

15. Козлов В.И., Фадиенко Л.П. К расчету ожидаемого качества порошков после обработки в мельницах // Изв. вузов. Черная металлургия. 1 9 9 5.-№ 8.-С. 67-70.

16. Mitsuya Y., Sawai Н., Shimizu М., Аопо Y. Damping in vibration transfer through deep-groove ball bearings // Trans. AS ME. J. Tribol. 1998. - 120. № 3. - C. 413-420 (англ.).

17. Юшина О. П. Феноменологический подход к проблеме контроля технического состояния подшипника качения // Вибрац. машины и технол.: Сб. докл. и матер. 2 Научн.-техн. конф., Курск, 1995. -Курск, 1995. С. 65-69.

18. Красильников А.И., Марченко Б.Г., Мыслович М.В. Математическая модель линейного случайного процесса в обосновании диагностических признаков при вибродиагностике подшипников качения // Вибротехника. 1987. - № 2. - С. 31-37.

19. Иванов А.С. Исследование работоспособности подшипников качения с консистентной смазкой в малых электрических машинах вероятностными методами // Виброакустика, механика, опоры электрических машин. М.: Изд-во ВНИИЭМ, 1971. Т. 37. С 367371. '

20. Журавлев В.Ф., Бальмонт В.Б. Механика шарикоподшипников гироскопов. М.: Машиностроение, 1 985.-272 с.

21. Морозов А.Г. Трибомеханическая модель шарикоподшипника с антифрикционным заполнителем// Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение.^ 1. 1992. - С. 92-101.

22. Jones А.В. Ball Motion and Sliding Friction in Ball Bearings // ASME Transactions, Series D, 1959, V. 81, N 1, p. 1-12 (англ.).

23. Явленский K.H., Явленский A.К. Вибродиагностика и прогнозирование качества механических систем. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1983. - 239 с.

24. Явленский К.Н., Явленский А.К., Анодина-Андриевская Е.М. Построение вибрационной модели двухрядных и многорядных шарикоподшипников. С.-Петербург, гос. акад. аэрокосм, приборостр. - СПб, 1996. - Деп. в ВИНИТИ 16.10.96, № 3043-В96. 8 с.

25. Кобринский А.А., Кобринский А.Е. Двумерные виброударные системы. М.: Наука. - 1981. - 336 с.

26. Нагаев Р.Ф., Холодилин Н.А. Автоколебания тела во вращающемся кольцевом зазоре. // Прикл. механика. 1991. - т. 27. - № 2. -С. 95-101.

27. Bedassa G., Unland G. Bewegungsverhalten von Mahlkorpern in Ruhrwerkskugelmuhlen // Aufbereit. Techn. - 1997. - 38, № 10. -C. 519-526 (нем.).

28. Бабицкий В.И. Теория ВУС. М.: Наука. - 1978. - 352 с.

29. Ковалева А.С. Управление колебаниями и виброударными системами. М.: Н а у к а . - 1 9 9 0 . - 2 5 6 с.

30. Нагаев Р.Ф. Механические процессы с повторными затухающими соударениями. М.: Наука. - 1985. - 245 с.

31. Козлов В.И., Козырев С.А., Редькин В.Ф. Модернизация планетарных мельниц с целью их применения в механохимической технологии и создание специальных мельниц-активаторов // Изв. СО АН СССР. Серия хим. наук. Вып. 5. - № 12. - С. 25-30.

32. Подставкина Т.В. Математическое и компьютерное моделирование процессов измельчения в многотрубных мельницах // Инф. технол. в стр-ве. Белгород, гос. технол. акад. строит, матер. -Белгород,- 1996. С. 137-141.

33. Hirano F. Motion of а Ball in the Angular contact Ball Bearing // Trans. Jpn. Soc. Mech. Eng. (in Japanese). Уо1. 30. - № 211. -1964. - p. 427-436. (англ.).

34. Hirano F., Kawakita K. Effect of Lubrication Condition on Ball Motion in the Angular contact Ball Bearing // Trans. Jpn. Soc. Mech. Eng. (in Japanese). Vol. 33. - № 253. - 1967. - p. 1524-1528. (англ.).

35. Hirano F., Kawakita K., Ura A., Gondo S. A study of Ball Motion in the Thrust Ball Bearing // Trans. Jpn. Soc. Mech. Eng. (in Japanese). Vol. 37. - № 302. - 1971. - p. 2009-2015. (англ.).

36. Kawakita K., Ariyoshi S. Three Dimensional Vector Analysis of Angular Velocity of Ball Motion in the Ball Bearing // Trans. Jpn. Soc. Lub. Eng. (in Japanese). Vol. 31. - № 5. - 1986. - p. 343-348. (англ.).

37. Ura A., A. Nakasima, Kisu H. Measurement of Ball Motion in the Eccentric Thrust Ball Bearing // Trans. Jpn. Soc. Mech. Eng. (in Japanese). Vol. 53. - № 490. - 1987. - p. 1254-1258. (англ.).

38. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Политехника. - 1990. - 272 с.

39. Наумов В.А. Два подхода к описанию удара сферического тела о шероховатую стенку. // Прикл. механика. 1989. - т. 26. - № 5. -с. 116-119.

40. Слезкин Н.А. Теория удара шероховатых шаров. //Вестник московского университета. 1971. -№ 1. - с. 77-85.

41. Лавендел Э.Э. Движение твердых тел по вибрирующей поверхности // В кн. Вибрации в технике. т. 4. - М.: Машиностроение. -1981. - с. 63-98.

42. Воробьев Н.Д., Богданов B.C., Ельцов М.Ю. Математическая модель движения мелющих тел в барабанных мельницах. Общие принципы построения // Изв. вузов. Горный журнал. 1988. - № 8. - с. 116-118.

43. Новицкий И.В. Разработка математической модели движения шаров в барабане для исследования механики измельчающей средыбарабанных мельниц // Деп. в УкрНИИНТИ 11.04.88. 891. - Укр. 8 8.-14 с.

44. Новицкий И.В. Математическая модель внутренней механики барабанных мельниц // Изв. вузов. Горный журнал. 1989. - № 4. -с. 120-124.

45. Новицкий И.В. Моделирование движения внутримельничной загрузки методом частиц // Изв. вузов. Горный журнал. 1990. - № 1. - с. 105-107.

46. Keiton W. David. Designing Computer simulation experiments // Winter Simul. Conf. Proc. San Diego. - Calif., Dec. 2-14. - 1988. -Placataway (N.I.). - 1988. - p. 15-18 (англ.).

47. Советов Б.Я., Яковлев CA. Моделирование систем. М.: Высш. шк. - 1998. - 319 с.

48. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. М.: Радио и связь. - 1986. - 231 с.

49. Ермаков ; СМ., Жиглявский A.A. Математическая теория оптимального эксперимента. М.: Наука. - 1987. - 319 с.

50. Алимов О.Д., Манжосов В.К., Еремьянц В.Э. Удар. Распространение волн деформаций в ударных системах. М.: Наука. - 1985. -360 с.

51. Макушин В.М., Савельев Н.Г. Теория контактных деформаций // В кн. Прочность, устойчивость, колебания. т. 2. - М.: Машиностроение. - 1968. - с. 381-395.

52. Малышев В.П. Разработка теории соударений для измельчения материалов // Комплекс, использов. минерального сырья. 1992. -№ 12. с. 43-49.

53. Гольдберг Е.Л., Павлов C.B. Моделирование разрушения при стесненном ударе // Труды 5-го симпозиума ТАТАРАМАН 88. -Высокие татры. - 1988. - с. 86-91.

54. Гольдберг Е.Л., Павлов C.B. Моделирование разрушения при стесненном ударе. 1. // Порошковая металлургия. 1990. - № 7. -с. 1-5.

55. Павлов C.B., Гольдберг Е.Л. Моделирование разрушения при стесненном ударе. 2. Коллективное разрушение частиц // Порошковая металлургия. 1990. - № 9. - с. 22-25.

56. Жуков В.П. Влияние истирающего воздействия на измельчение материала // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1993. - т. 36.- № 2. с. 104-107.

57. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. -М.: Машиностроение. 1984. - 315 с.

58. Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение. - 1990. - 448 с.

59. Гольдберг Е.Л., Павлов C.B. Кинетическая модель механической активации-разрушения. 1. Основные положения модели // Сиб. Хим. журйал (Изв. СО РАН). 1992;. - Вып. 4. - с. 147-150.

60. Гольдберг Е,Л., Павлов C.B. Кинетическая модель механической активации-разрушения. 3. Кинетика активации // Сиб. Хим. журнал (Изв. СО РАН). 1993.-Вы п. 1. - с. 131-135.

61. Павлов C.B. Кинетическая модель глубоких стадий механической активации: Автореф. дис. канд. хим. наук / Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья. Новосибирск. -1993. - 18 с.

62. Неверов В.В., Чернов A.A. Процессы в порошковом слое при ударе шаров // Изв. СО АН СССР, серия хим. наук. 1987. - вып. 5. -№ 17. - с. 84-89.

63. Козлов В.И. Методы анализа и средства повышения эффективности движения шаров в мельницах: Дис. докт. техн. наук / Красноярский государственный технический университет. Красноярск.- 1996. 322 с.104

64. Каханер Д., Моулер К., Нэш С. Численные методы и программное обеспечение: Пер. с англ. М.: Мир. - 1998. - 575 с.

65. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения. М.: Машиностроение. - 1975. - 670 с.

66. Подшипники качения: Справочник-каталог / Под ред. Нарышкина В.Н., Коросташевского Р.В. М.: Машиностроение. - 1984. - 280 с.

67. Пинегин C.B. Трение качения в машинах и приборах. М.: Машиностроение. - 1976. - 264 с.71.3аплетохин В.А. Конструирование деталей механических устройств: Справочник. Л.: Машиностроение. - 1990. - 669 с.

68. Макушин В.М., Савельев Н.Г. Напряженное состояние деталей в местах контакта // В кн. Прочность, устойчивость, колебания. т. 2. - М.: Машиностроение. - 1968. - с. 396-415.