Прогнозирование вибрации кабины виброкатков с виброизоляторами переменной жесткости

Нгуен Лам Хань

автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Прогнозирование вибрации кабины виброкатков с виброизоляторами переменной жесткости

кандидата технических наук: Нгуен Лам Хань
город: Воронеж
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.05.04

Диссертация по транспортному, горному и строительному машиностроению на тему «Прогнозирование вибрации кабины виброкатков с виброизоляторами переменной жесткости»

Автореферат диссертации по теме "Прогнозирование вибрации кабины виброкатков с виброизоляторами переменной жесткости"

004610081

На правах рукописи

Нгуен Лам Хань

¿Лш^Л^--

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВИБРАЦИИ КАБИНЫ ВИБРОКАТКОВ С ВИБРОИЗОЛЯТОРАМИ ПЕРЕМЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ

Специальность 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 7 ОНТ 2т

Воронеж-2010

004610081

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего специального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Устинов Юрий Федорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент

Кононов Андрей Александрович

кандидат технических наук, профессор Пурусов Юрий Михайлович

Ведущая организация: ГОУВПО Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова

Защита диссертации состоится 22 октября 2010 г. в 11 — на заседании диссертационного совета Д 212.033.01 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, № 84, корпус 3, аудитория 3220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан ЛО . 9. 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Власов В. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы.

Производство виброкатков увеличенной единичной мощности с требуемыми виброакустическими параметрами - задача непростая. При её решении конструкторам приходится сталкиваться со значительными трудностями социального и технического характера, что требует большого инженерного искусства в проектировании машин с требуемыми виброакустическими характеристиками.

Проблема создания виброкатков с низкими виброакустическими характеристиками выдвигает перед специалистами несколько задач, главными из которых являются: выявление причин повышенных вибраций на рабочем месте; исследование путей распространения вибрации; разработка комплекса мероприятий по снижению виброакустических параметров машин.

Решение первых двух задач связано не только со знанием физической природы колебательных процессов и законов распространения волн в различных средах и конструкциях, но и с правильной идентификацией сложной механической структуры на основе системного анализа и эффективных методов расчета параметров вибрации, что является важной и актуальной задачей в совершенствовании конструкций транспортно-технологических машин - виброкатков.

Цель диссертационной работы. Снижение вибрации на рабочем месте оператора при различных режимах работы виброкатка за счет использования в опорных связях кабины виброизоляторов с изменяемой жесткостью.

Задачи исследований:

- определение характерных частот генерации вибрационной энергии источников виброкатков;

- выявление необходимости использования в опорных связях кабины виброизоляторов с изменяемой жесткостью;

- разработка математической модели виброкатка на стадии эскизного проекта и её реализация с использованием классической теории колебаний;

- прогнозирование вибрации кабины и расчет жесткости виброизоляторов с использованием метода конечных элементов (МКЭ);

- разработка конструкции виброизоляторов с изменяемой жесткостью, их изготовление и экспериментальные исследования в лабораторных условиях;

- проведение экспериментальных исследований виброкатка в полевых условиях при выполнении типовых технологических работ;

- сопоставление результатов численных и экспериментальных исследований;

- определение социальной и экономической эффективности результатов исследований;

Объект исследования - самоходные виброкатки с изменяемой частотой колебаний вибровальца для уплотнения грунтов, оснований и асфальтобетона.

Предмет исследования - генерация, распространение и излучение вибрационной энергии на виброкатках при различных режимах работы, включая транспортный, и защита оператора от её негативного влияния.

Методологическая и теоретическая основа исследований.

Основой методологии исследований являются комплексный анализ современного состояния научно-технических достижений в области изучения быс-тропеременных процессов в самоходных виброкатках с использованием литературных источников, собственны аналитических, численных и экспериментальных исследований, полученных в лабораторных и полевых условиях на натурных образцах с использованием поверенной аппаратуры, измерительной оснастки, физических моделей для повышения эффективности и безопасности работы виброкатков.

В основу теоретических исследований положена классическая теория колебаний в машинах и механизмах, а также численные методы на базе метода конечных элементов.

Научная новизна исследований:

- математические модели виброкатка при различных режимах работы, учитывающие взаимное влияние масс и жесткостей в опорных связях при возмущающих воздействиях источников на разных частотах;

- формулы для расчета жесткости в опорных связях кабины на различных режимах работы виброкатка на стадии эскизного проектирования, учитывающие взаимосвязи физических и геометрических параметров динамической 3-х массовой системы;

- результаты численных исследований вибрации виброкатка с использованием метода конечных элементов;

- конструкция виброизоляторов с дискретно изменяемой жесткостью и результаты лабораторных исследований их работоспособности;

- результаты экспериментальных исследований виброкатка в полевых условиях при выполнении типовых технологических операции.

Достоверность и обоснованность результатов исследований

Подтверждается использованием методов, базирующихся на классических теориях колебаний машин и механизмов, вибрации в технике, МКЭ, метрологически аттестованных приборов, сравнением численных и экспериментальных исследований. Расхождение результатов не превышает 14,5 %.

Практическая значимость исследований:

- выявлена необходимость установки в опорных связях кабины виброизоляторов с изменяемой жесткостью;

- рекомендуются формулы для расчета жесткостей виброизоляторов кабины при различных режимах работы виброкатка на стадии эскизного проектирования;

- рекомендуется топология виброкатка для более точного расчета параметров виброизоляторов кабины методом конечных элементов на заключительной стадии проектирования;

- предлагается принцип работы и конструкция виброизоляторов кабины с дискретно изменяемой жесткостью.

Внедрение результатов. Методика испытаний и экспериментальная установка используется в учебном процессе Воронежского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке специалистов по специальностям: 230100.03 - «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (строительные, дорожные и коммунальные машины)», 170900 -«Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» в дисциплинах: «Автотракторный и специализированный транспорт в строительстве»; «Автотракторное оборудование»; «Основы работоспособности технических систем».

Результаты работь: также внедрены в ЗАО «РудГорМаш», г. Воронеж.

На защиту выносятся:

- математические модели виброкатка при различных режимах работы;

- формулы для расчета жесткости в опорных связях кабины на различных режимах работы виброкатка на стадии эскизного проектирования;

- результаты численных исследований вибрации виброкатка с использованием метода конечных элементов;

- конструкция виброизоляторов с дискретно изменяемой жесткостью и результаты лабораторных исследований их работоспособности;

- результаты экспериментальных исследований виброкатка в полевых условиях при выполнении типовых технологических операций.

Апробация результатов исследований

Основные положения диссертационных исследований докладывались: на ежегодных научно-практических конференциях профессоров, преподавателей и приглашенных специалистов во ВГАСУ в 2008-2009 г.г., 11-ой и 12-ой межрегиональных научно-практических конференциях «Высокие технологии в экологии», май 2008 г. и май 2009 г, г. Воронеж.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы: в журналах и материалах научно-технических конференций, в том числе 2 статьи опубликованы в изданиях, входящих в перечень, определенный ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованных источников, приложений. Диссертация содержит 155 страниц, в том числе 119 страниц машинописного текста, 48 рисунков, 17 таблиц, 5 приложений, список использованных источников содержит 111 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность задач, связанных с совершенствованием виброзащиты операторов и методов расчёта жёсткостей виброизоляторов в опорных связях кабины при различных режимах работы виброкатков.

В первой главе представлен анализ технических характеристик, конструктивных особенностей и источников вибрационной энергии на отечественных виброкатках, а также зарубежных - США, Японии, Германии, Швеции, Китая и других стран.

Отмечен вклад российских и иностранных учёных в проблему борьбы с негативным влиянием вибрации на человека и методов расчёта вибрационных характеристик сложных динамических систем. В развитие теории и практических методов снижения вибрации на рабочем месте транспортных и транспорт-но-технологических и специальных машин крупный вклад внесли: A.C. Боро-дицкий, И.И. Блехман, А.Н. Боголюбов, Г.В. Бутаков, М.Д. Генкин, В.И. Заборов, Н.И. Иванов, И.И. Клкжин, А.Е. Колесников, A.C. Никифоров, Я.Г. Панов-ко, В.И: Попков, М.А. Разумовский, В.Е. Тольский, Ю.Ф. Устинов, К.В. Фролов, Е.Я. Юдин и другие.

На основании проведённого анализа установлены недостаточно исследованные вопросы, касающиеся методов расчёта жёсткости опорных связей кабин виброкатков, работающих на различных режимах, что позволило определить цель и задачи исследований настоящей диссертации.

Во второй главе представлена динамическая модель виброкатка, используемая на стадии эскизного проектирования виброкатков.

Предлагаемая модель учитывает взаимное влияние инерционных масс вибровальца, рамы и кабины с их упругими связями при различных частотах возмущающих воздействий со стороны вибровальца и двигателя внутреннего сгорания.

На рис. 1 и 2 представлены расчётные схемы виброкатка на различных режимах его работы. Динамические уравнения, описывающие колебательный процесс этих идеализированных схем имеют вид для расчётной схемы, представленной на рис. 1.

В результате решения системы (1) и дальнейших преобразований окончательно имеем уравнение для определения жёсткости в опорных связях кабины

тгУг ~ C.C^i ~yi) + Сг(Уг ~Уг) = ° тъУъ-Сг(Уг-Уъ) = И sin

(1)

С -

ухтхеоА^тгтъа>2 -С2(т2 + /я3)]

т*

Хуг

п|3

//////ппт^иШ

ш-

т»

Рис. 1. Расчетная схема виброкатка при возмущающем воздействии вибровальца.

Рис. 2. Расчетная схема виброкатка при возмущающем воздействии со стороны ДВС.

Для расчётной схемы, представленной на рис. 2, соответствующей работе виброкатка на транспортном режиме при отключённом вибраторе вибровальца, динамические уравнения имеют вид

• тгуг - <;,(>•, - уг) + Сг(уг -уг) = Р$т аЛ (3)

т3у3-С2(у2-у}) = 0 Решение данной системы при установившихся вынужденных колебаниях с угловой частотой а> позволило получить формулу для определения жёсткости в опорных связях кабины

С,=-

—+ >', + тг + —

(4)

со \ а

В выражениях (1)—(4) приняты следующие обозначения: ш,; га2; >Щ - соответственно массы кабины, рамы, вибровальца; Си С2 - соответственно жёсткости в опорных связях кабины и вибровальца;

УйУ2~, )'з - перемещения кабины, рамы и вибровальца соответственно; /г— возмущающая сила со стороны вибровальца;

Р - возмущающая сила со стороны рамы при работающем двигателе внутреннего сгорания;

Подставляя в формулы (1) и (4) численные значения входящих параметров, получим следующие значения жёсткостей в опорных связях кабины на примере

виброкатка ДУ-99, перемещение кабины у\ принималось в соответствии с ГОСТ 12.1.012-78 (у, = 0,5-10"6 м)

При частоте колебаний вибровальца 40 Гц, С) = 1,957-103 кН/м; при частоте колебаний вибровальца 50 Гц имеем С] = 1,4-103 кН/м; при отключённом вибраторе вибровальца преобладающим источником возмущения рамы являются неуравновешенные силы инерции 2-го порядка ДВС, тогда С| = 7,186-103 кН/м.

Таким образом, в зависимости от режима работы виброкатка имеем различные жёсткости в опорных связях кабины, из чего следует необходимость устанавливать виброизоляторы кабины с изменяемой жёсткостью.

В третьей главе представлена методика прогнозирования вибрационных характеристик на рабочем месте оператора виброкатка с использованием метода конечных элементов. На основе системного анализа представлена операционная система решения задачи прогнозирования, учитывающая влияние основных источников вибрационной энергии и физико-геометрических характеристик элементов конструкции виброкатка на вибрацию пола кабины при различных режимах его работы.

Для аппроксимации конструкции внброкатка выбраны стержневые конечные элементы (КЭ) с различными степенями свободы, что позволило построить топологическую схему, представленную на рис. 3.

В этом случае динамическое матричное (векторное) уравнение равновесия всего ансамбля конечных элементов и узлов имеет вид

»

Рис. 3. Топология виброкатка с использованием МКЭ

М/' + ОиЧСм'=

(5)

где М,Ь,С - глобальные матрицы ансамбля масс, демпфирования и жёсткости КЭ соответственно; м'- глобальный вектор перемещений КЭ, соответствующих произвольному моменту времени Л

Интегрирование матричного уравнения (5) по времени выполняется прямым пошаговым методом Ньюмарка при шаге интегрирования <5.

В результате получены для виброкатка ДУ-99 октавные и 1/3-октавные спектры виброскорости пола кабины при различных жёсткостях виброизоляторов в опорных связях. На рис. 4-6 представлены 1/3-октавные спектры виброскорости пола кабины на различных режимах работы виброкатка, при этом получены рациональные жёсткости виброизоляторов, при которых виброскорость пола кабины не превышает нормативных значений, в частности, при работе вибровальца с частотой колебаний 40 Гц - С = 3,8-103 кН/м, при 50 Гц - С = 2,5'103 кН/м, при отключённом вибраторе вибровальца 80 Гц- С = 3,8-103 кН/м.

V/.

"/с ?

Рис. 4. 1/3-октавный спектр виброскорости (м/с) пола кабины при работе вибровальца с частотой 40 Гц, жесткость виброизоляторов Ск = 3,8-103 кН/м

отцэооочоотооою 1 Ц

М(М-ЧГ1Й<оооосч<5О«ЛТ-^ -- Т- С4 (Ч го

Рис. 5. 1/3-октавный спектр виброскорости (м/с) пола кабины при работе вибровальца с частотой 50 Гц, жесткость виброизоляторов Ск = 2,5-103 кН/м

Рис. 6. 1/3-октавный спектр виброскорости (м/с) пола кабины при отключении вибратора вибровальца, жесткость виброизоляторов Ск = 3,810^ кН/м

Как видно из полученных результатов, жёсткости в опорных связях кабины должны быть различными в зависимости от режима работы, что также доказывает необходимость использования виброизоляторов с изменяемой жёсткостью.

В четвёртой главе представлена конструкция опытного виброизолятора с дискретно изменяемой жёсткостью и исследована его работоспособность в лабораторных условиях.

Конструкция виброизолятора в данном частном случае включает четыре упругих (резиновых) цилиндрических элемента, попарно помещённых между четырьмя подвижными металлическими пластинами. С помощью блокирующих устройств имеется возможность включать упругие элементы в параллельную или параллельно-последовательную схему работы. Суммарная жёсткость упругих элементов в виброизоляторе определяется по формулам: при параллельном включении двух нижних упругих элемента

С=С,+С, = 2С, (6)

а когда включены два верхних упругих элемента

С = С2 + С2 = 2 С2 (7)

при параллельно-последовательном включении

СС

с=2-ЬЪ_ (8)

С - суммарная жёсткость упругих элементов виброизолятора; С] - жёсткость правого и левого упругих элементов соответственно, расположенных между нижней и средней пластинами виброизолятора; С2 — жёсткость левого и правого упругих элементов, расположенных между верхней и средней пластинами виброизолятора.

Испытания виброизолятора проведены на стенде с электромагнитным вибратором при частоте колебаний 50 Гц (рис. 7).

Рис. 7. Испытание виброизолятора на электродинамическом стенде. 1 - вибростенд; 2 - упругие элементы виброизолятора; 3 - виброизолятор в сборе; 4 - статический пригруз; 5 - измерительный прибор « Октава-Ю1ВМ»; 6 - акселерометры.

В качестве измерительного прибора использовался виброметр «Октава-101ВМ», результаты измерения виброскоростей позволили определить коэффициент виброизоляции (ВИ) для различных схем включения упругих элементов (рис. 8).

ВИ

40

---------- 2 ,

3 4 \ 1

__

|

50

63

/Гц

Рис. 8. 1/3-октавный спектр ВИ опытного виброизолятора. 1 - упругие элементы выключены; 2 - включены два нижних упругих элемента; 3 - включены четыре упругих элемента; 4 - включены два верхних упругих элемента.

Как видно из графика, представленного на рис. 8 при нагрузке на виброизолятор 60 кг и частоте колебаний стола вибростенда 50 Гц наилучший ВИ имеет виброизолятор, в котором два нижних упругих элемента включены в параллельную схему работы. Это частный случай, при других нагрузках на виброизолятор и частотах колебаний стола вибростенда рациональными будут различные схемы включения в работу упругих элементов виброизолятора.

В пятой главе представлены программа, результаты и анализ результатов экспериментальных исследований виброкатка ДУ-99 в полевых условиях при выполнении типовых технологических операций при строительстве автомобильных дорог.

Опыты проводились на супеси и щебне, при этом вибровалец вибрировал с частотой 40 или 50 Гц, или вибратор отключался.

Измерению подлежали виброускорения с использованием прибора «Окта-ва-101ВМ», акселерометры размещались на бугеле вибровальца, на раме под кабиной и на полу кабины. Затем определялись виброскорости, коэффициенты передачи и виброизоляции ВИ, при этом использовались общеизвестные формулы:

К^ак/ар- ВЯ = 10.1Е(^/К,2) (9)

где ак, ар-соответственно виброускорения пола кабины и рамы виброкатка; Уж, Vр - соответственно виброскорости пола при жёстком креплении кабины к

раме и через виброизоляторы.

Все данные экспериментов сведены в таблице, представленной ниже.

Таблица

Значение параметров вибрации пола кабины (I) и рамы (II) виброкатка при уплотнении щебня и частоте колебаний вибровальца 50 Гц

1/3-о1ставньш спостр частот Виброускорение ¿а. дБ Вибро-ускорские », М/С1 Виброскорость ¿К.дБ Вибро-скоросп. Км/с Коэфф. передачи Ка Внбро-кзоляцня ВИ

25 1 111,7 0.38459178 93.9 0,00247 0,638263 3,967353

I! 115,6 0.60255959 97,8 0,0039

31.5 1 117.7 0.76736119 97.9 0.00395 0.794328 1,960162

II 119.7 0.96605088 99.9 0.00495

40 I 131.7 3.84591782 109.9 0.0158 0,803526 1.87198

II 133.6 4.78630092 111.8 0.0196

50 1 135,4 5.88843655 111.5 0.019 0,822243 1,507097

И 137,1 7,1614341 113,2 0,0226

63 1 137 7,07945784 111,1 0,0182 0,901571 0,819172

II 137.9 7.85235635 112 0,02

80 I 136.9 6.99841996 109 0.014 0,891251 1,159839

II 137.9 7,85235635 110 0.016

100 1 134.5 5.30884444 104.6 0,0085 1,122018 -0,99499

11 133,5 4,73151259 103.6 0,00758

125 1 138,5 8,41395142 106.6 0,0106 819701 •5.11857

II 133,3 4,62381021 101.4 0.00588

160 I 140.4 10,4712855 106.5 0.0105 1,496236 -3.39862

II 136,9 6,99841996 103 0,0071

По полученным данным построены октавные и 1/3-октавные спектры параметров вибрации пола кабины виброкатка (рис. 9-11).

¿v, дБ

Рис. 9. 1/3 - октавный спектр виброскоростн пола кабины при различных частотах колебаний источников на супесчаном грунте, соответственно 1-40 Гц; 2-50 Гц; 3 - £0 Гц.

¿V, дБ

Рис. 10. 1/3 - октавный спектр виброскорости пола кабины при различных частотах колебаний источников на щебие, соответственно I -40 Гц; 2 - 50 Гц; 3 - 80 Гц.

ви

Рис. 11. 1/3- октавный спектр ВИ кабины при уплотнении супесчаного грунта и частоте колебаний источников: 1 - 40 Гц; 2-50 Гц; 3-80 Гц.

Из представленных данных видно, что имеет место превышение уровней виброскорости пола кабины на характерных частотах в 1/3-октавных полосах 40, 50 и 80 Гц. На этих же частотах и низкие значения коэффициента виброизоляции ВИ. Нормативные значения по ГОСТ 12.1.012-78 уровней виброскорости в вертикальном направлении не более 107дБ для транспортной вибрации и 101 дБ для транспортно-технологической в полосах частот более 31,5 Гц.

Для сравнения опытных данных с расчётными построены спектры виброскоростей пола кабины при различных режимах работы виброкатка. На рис. 12 показан типовой спектр при частоте колебаний вибровальца 50 Гц.

V, м/с

0,02 0,018 0,016 0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0

/Гц

Рис. 12. 1/3-октавные спектры виброскоростей пола кабины при частоте колебаний вибровальца 50 Гц и различных жесткостях виброизоляторов: 1 - требуемая виброскорость; 2 - экспериментальные значения со штатными виброизоляторами; расчетные значения виброскорости при жесткостях виброизоляторов кабины 3 -2103кН/м; 4-2,5-Ю3кН/м; 5 -6103кН/м.

Как видно из представленного спектра, значения виброскорости опытные и расчётные в полосе частот 50 Гц при штатных виброизоляторах кабины отличаются на 14,5 %.

Согласно расчётным данным, выполненных с использованием МКЭ, рекомендуемая жёсткость виброизоляторов кабины при частоте колебаний вибровальца 50 Гц должна быть в пределах (2,0-2,5)-103 кН/м.

Аналогичные спектры получены при частоте колебаний вибровальца 40 Гц и при отключённом вибраторе вибровальца, когда в большей степени проявляется вибрация ДВС на частоте 80 Гц. Соответственно этим режимам работы рекомендуются жёсткости виброизоляторов кабины (3,5-3,8)-103 кН/м и (3-3,8)-103 кН/м.

В шестой главе дано социально-экономическое обоснование результатов исследования.

Социально-экономическая эффективность обусловлена меньшей заболеваемостью операторов виброкатков, так как до нормы снижается негативное воздействие вибрации, при этом эффект составил ориентировочно 31632 руб./год на одну машину.

Технико-экономический эффект обусловлен увеличением производительности виброкатка за счёт меньшей утомляемости оператора от воздействия вибрации. Приближённо этот эффект от прибыли составляет 36915 руб./смену, срок окупаемости 2 месяца.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Выполнен анализ конструктивных особенностей современных отечественных и иностранных виброкатков, выделяющих их в особую группу машин с точки зрения образования, распространения и излучения вибрационной энергии, при этом установлено, что изменение режима работы виброкатков влечет за собой изменение амплитуды и частоты колебаний рамы и кабины, но изменения характеристик виброизоляторов кабины не производится, что влечет за собой повышение негативного воздействия вибрации на оператора, исключить это явление - актуальная задача.

2. Предложены математические модели вибрационного процесса виброкатка, учитывающие взаимное влияние масс вибровальца, рамы и кабины, а также жесткостей в опорных связях на виброперемещения и виброскорости агрегатов динамической трехмассовой системы и, позволяющие аналитическим путём установить взаимосвязи жесткости упругих элементов в опорных связях кабины с физико-геометрическими параметрами при различных частотах колебаний источников для выбора характеристик виброизоляторов на стадии эскизного проектирования виброкатков.

3. В основе решения вопросов прогнозирования параметров вибрации виброкатка на заключительной стадии проектирования реализован алгоритм,

базирующийся на МКЭ и, включающий шесть важнейших операций: дискретизацию конструкции виброкатка; выбор интерполяционных функций; вычисление физико-геометрических характеристик элементов конструкций; формирование уравнений для ансамбля конечных элементов; решение системы уравнений с целью определения заданных параметров вибрации агрегатов и кабины виброкатка.

4. Для выполнения численных исследований параметров вибрации виброкатка рекомендуется топология, в которой рекомендуются стержневые конечные элементы различных видов для моделирования рамных конструкций, двигателя, гидроагрегатов, кабины, опорных связей, шин и других.

5. Расчетные уровни и спектры виброскорости пола кабины на различных режимах работы виброкатка позволяют определить рациональную жесткость упругих элементов в опорных связях кабины, при которой значение виброскорости пола кабины не превышает нормативных значений, в частности, при вибрации вальца с частотой 40 Гц жесткость С = 3,8-103 кН/м, при 50 Гц - С = 2,5-103 кН/м, при отключении вибратора вибровальца проявляется вибрация ДВС с частотой 80 Гц в 1/3-октавной полосе, в этом случае рекомендуемая жесткость С = 3,8-103 кН/м, таким образом, доказана необходимость применения в опорных связях кабины виброизоляторов с изменяемой жесткостью в зависимости от режима работы.

6. Разработан и испытан в лабораторных условиях виброизолятор, позволяющий принудительно изменять жесткость в зависимости от частоты колебаний источников, при этом устраняются или восстанавливаются жесткие связи между различными по жесткости упругими элементами, включая их в параллельную, последовательную или параллельно-последовательную схему работы в виброизоляторе, жесткость может принимать значения С

С С

с,+сг

7. На заключительной стадии уплотнения материалов экспериментально установлено превышение виброскоростей пола кабины виброкатка относительно нормируемых значений на режимах работы в 1/3-октавных полосах со среднегеометрическими частотами 40, 50, и 80 Гц.

8. Сравнение результатов численных исследований на базе МКЭ и экспериментальных параметров вибрации пола кабины виброкатка на различных режимах показывает удовлетворительную сходимость, так как отклонение не превышает 14,5 %, что для быстропеременных процессов вполне допустимо.

9. Впервые поставлены и решены задачи: о необходимости применения в опорных связях кабины виброизоляторов с изменяемой жесткостью; прогнозирование и расчет жесткости виброизоляторов кабины с использованием классической теории колебаний и МКЭ на различных режимах работы виброкатка.

10. Решение задач стало возможным благодаря известным достижениям в области теории колебаний машин и механизмов, численных методов исследо-

ваний и методов снижения вибрации транспортно-технологических машин.

11. Полученные решения позволяют на различных стадиях проектирования виброкатков в проектных организациях и конструкторских бюро определить требуемые научно обоснованные параметры виброизоляторов кабины и агрегатов на различных режимах работы.

12. Принятие научно-обоснованные технические решения и рекомендации, подтверждаются социально-экономической и технико-экономической эффективностью.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Нгуен Лам Хань. Вибрационные характеристики виброкатка массой 10,5 т / Ю. Ф. Устинов, Н. Л. Хань // Механизация строительства. - 2009. - № 10. - С. 8-11. (Количество страниц, выполненных лично со искателем - 2 стр.)

2. Нгуен Лам Хань. Прогнозирование вибрации транспортно-технологических машин / Ю. Ф. Устинов, Н. Л. Хань, В.А. Скрынников // Механизация строительства. - 2010. - № 1. - С. 19-24. (Количество страниц, выполненных лично со искателем - 2 стр.)

Публикации в других изданиях

3. Нгуен Лам Хань. Повышение вибробезопасносги вибро катков с изменяемой частотой колебаний вальца / Ю. Ф. Устинов, Н. Л. Хань // Научный вестник. Воронеж, гос. арх.-строит. ун-т. Матер. 11-й межнарод, науч.-практич. конф.« Высокие технологии в экологии », 2008. - С. 260-263. (Количество страниц, выполненных лично со искателем - 2 стр.)

4. Нгуен Лам Хань. Экспериментальные исследования вибрационных характеристик виброкатка массой 10,5 т / Ю. Ф. Устинов, Н. Л. Хань // Научный вестник. Воронеж, гос. арх.-строит. ун-т. Матер. 12-й межрегион, науч.-пракшч. конф. « Высокие технологии в экологии », 2009. - С. 237-245. (Количество страниц, выполненных лично со искателем - 5 стр.)

Подписано в печать 13.09.10 г. Формат60x84 1/16. Уч.-изд. л. 1,1. Усл.-печ. л. 1,2. Бумага писчая. Тираж 100 экз. Заказ № 425

Издательство учебной литературы и учебно-методических пособий Отдел оперативной полиграфии Воронежского государственного архитектурно-строительного университета 394006 Воронеж, ул.20-летия Октября, 84

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Нгуен Лам Хань

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Общие сведения.

Основные конструктивные особенности виброкатков и общая характеристика источников виброакустической энергии.

Способы снижения вибрации строительных и дорожных машин.

Выводы.

Цель и задачи исследований.

2 ДИНАМИЧЕССКАЯ МОДЕЛЬ ВИБРОКАТКА, ИСПОЛЬЗУЕМАЯ

НА СТАДИИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

2.1 Принимаемые допущения и ограничения.

2.2 Уравнения движения динамической системы и расчет необходимой жесткости виброизоляторов в опорных связях кабины.

Выводы.'.

3 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ ОПЕРАТОРА ВИБРОКАТКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ (МКЭ)

3.1 Системный анализ.

3.2 Выбор конечных элементов, аппроксимирующих конструкцию виброкатка и её топология.

3.3 Топология конструкции виброкатка.

3.4 Анализ результатов численных исследований вибрации виброкатка 59 Выводы.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНОГО ВИБРОИЗОЛЯТОРА С ИЗМЕНЯЕМОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ.

4.1 Виброизолятор кабины с дискретно изменяемой жесткостью.

4.2 Цель,и задачи лабораторных исследований виброизолятора.

4.3 Методика исследований виброизолятора и оценка погрешностей измерений.

4.4 Результаты лабораторных исследований и их анализ.

Выводы.

5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРОКАТКА В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ.

5.1 Программа виброакустических испытаний виброкатка типа ДУ-99.

5.2 Методика полевых исследований виброкатка и оценка погрешностей измерений.

5.3 Результаты экспериментальных исследований виброкатка и их анализ.

Выводы.

6 СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

6.1 Расчет социально-экономической эффективности снижения вибрации в кабине.

6.2 Оценка технико-экономической эффективности снижения вибрации в кабине виброкатка.

Выводы.

Введение 2010 год, диссертация по транспортному, горному и строительному машиностроению, Нгуен Лам Хань

Повышение уровня жизни людей в цивилизованных странах зависит от многих причин и в значительной мере от состояния и темпов развития промышленного, гражданского и дорожного строительства, связанных с выполнением больших объёмов работ. Качество и темпы возведения объектов во многом определяются выбранным комплектом строительных и дорожных машин, правильно подобранными по типу, номенклатуре и производительности. В этой связи уровень конструктивного совершенства строительных и дорожных машин, в том числе и уплотняющих, постоянно повышается. Конструкции современных технологических машин в последние десятилетия претерпели существенные изменения. В них появляются более мощные силовые установки, многоступенчатые механические и гидромеханические коробки передач, вибрационные рабочие органы, гидростатические трансмиссии, другие узлы и механизмы. Рост технологических и транспортных скоростей движения, действующих нагрузок на рабочий орган, ходовое оборудование, трансмиссию и рамные конструкции неизбежно приводит к увеличению динамической нагруженности, вибрации и шума [1 — 8].

Виброакустические процессы на машинах с повышенными характеристиками оказывают негативное влияние на многие стороны жизнедеятельности человека. В частности, ухудшается здоровье, повышается утомляемость, раздражительность, снижается производительность и реакция человека [1,6, 18].

Производство виброкатков увеличенной единичной мощности с требуемыми виброакустическими параметрами - задача непростая. При её решении конструкторам приходится сталкиваться со значительными трудностями социального и технического характера, что требует большого инженерного искусства в проектировании машин с требуемыми виброакустическими характеристиками.

Проблема создания виброкатков с низкими виброакустическими характеристиками выдвигает перед специалистами несколько задач, главными из которых являются: выявление причин повышенных вибраций на рабочем месте; исследование путей распространения вибрации; разработка комплекса мероприятий по снижению виброакустических параметров машин [16, 18, 21].

Решение первых двух задач связано не только со знанием физической природы колебательных процессов и законов распространения волн в различных средах и конструкциях, но и с правильной идентификацией сложной механической структуры на основе системного анализа.

В настоящее время разработаны различные методы расчёта вибрационных параметров машин, но ни один из них не позволяет полностью устранить влияние вибрации на человека при различных режимах работы. Вполне очевидно, что требуемых результатов можно достичь при комплексном использовании методов и средств защиты [21, 23, 24], что является важной и актуальной задачей в совершенствовании конструкций транспортно-технологических машин.