автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка активных электродинамических виброзащитных систем для машинистов маневровых локомотивов

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ложшнитажий ИНСТИТУТ Кй.ЛЖШСМСГО КОМСОМОЛА

ría правах рукописи УИЗЛЕЕЦЗВ ЛЕВ ШХШЖЧ

РАЗРАБОТКА, АШЕШ ЭЛШРОДШййКЗСКИХ КШРСЕШТЗСС СИСТЕМ ДЛЯ ИАВИШСТСВ МАЕ2ВР0ШХ ЛСКОМОТИВОЗ

Специальность 05.13.0? г- Автоматизация зехноло-гаческл:::

ЦрОЦЗССОЗ И ГГрОЧЗВОДСТВ

Автореферат

на соаскаэк» ученой степени кандидата паук

Чахл-

1230

Работа вигслнека на гасгедие ."Спотеж автоматического управления'' Челябинского полатехнвческото пнстЕтуга ем.Ленинского комсомола к во Всесовзяом яаучно-ясследовагбльском институте охраны труда в гехнвкй безопасности в черной метьлдургаи (ЕЯИЩйгермет)

Научный руководитель 'доктор технических наук,

профессор А.П.Сибряя

ОбЕциалькае ошговектьг. доктор-технических наук,

профессор Р.Х.Гафиятуллш

кандидат технических нау* старший йаучнкй сотруцнш Е.Ю.Мойсеев

Ведущее прецптаятие Всесоюзный научно-всследовательскг

Енститут охраны труда БЦСПС, г.Свердловск

Баш та состоится " н оября . 1590 т. в ' 15 час. на заседании специализированного Совета при Челябинском политехническом.институте игл. Ленинского комсомола по адресу 454080, г .Челябинск, 'пр;им.2енина, 76, аул.24-4

С дэ.ссертацвей можно ознакомиться в -библиотеке, института

Автореферат разослан октября 1520 г. .

Отзыв на автореферат, заверенный печати^ просим направлять по адресу совета;;нст;:тутз.

Л, Учеякй сестетатл * . -

сиец«£лиэзрогаоко го совета

'А'.П.Сгбрвв

ОБЩЯ ХАРАКТЕРИСТИК! РАЁОТЫ

Актуальность теш. Среди неблагоприятных для здоровья человека факторов производственной среды одним из наиболее распростра -ненных является вибрация. Только на предприятиях черной металлургии вредному воздействию общей вибрации подвергается сзыге ста тысяч: человек, из них около двадцати тысяч машинистов ма -яевровых локомотивов й их помощнике. .

Превышение уровней виброскорости над допустимыми значениями, определяемыми' санитарными нормами СЕ № 3044-84, на рабочих местах машинистов маневровых локомотивов наблюдается с треть -охтавной полосы со среднегеометрической частотой 2 Гц (превы -шение составляет 1,12 раза) и достигает наибольшего значения в третьоктавах 3,15 Гц (в 2,17 раза); 4 Гц (в 2,24 раза); 5 Гс (б 2,2 раза). Указанный диапазон частот является наиболее вредны' для организма, т.к. именно в нем находятся основный резонансные частоты отдельных'органов тела, человека.

Анализ известных виброзащитных систем (пассивных я актив--ных) показал,, что наиболее приемлемой для рабочего места машиниста является' активная электродинамическая ввброзащятная система (АЗВС), представлявшая собой виброизолятор с автоматическим регулированием, исполнительным механизмом которого является электродинамический преобразователь. ., -

Работа выполнена-в рамках прсгратяш 0.74.08 ГКНТ и ВДЖС на 1565-90 г.г. "Разработать в внедрить метода я средства, обеспечивающие дальнейшее повыиение безопасности 2 оздоровлен;:« условий труда в йародном хозяйстве", задание С4.02 "^Разработать э<«г,ективпиб способы обеспечения вкбробезоггасносгг па рабочих

местах предприятий"____...----ч-'----- ■',.-. ■'•'■ ;■ ■..

Цель и основные задачи работа. Целью .наст&адзй работа 5?з

ляется разработка АЭВС для защити машинистов маневровых локомо -тивов промышленных предприятий от-вредного воздействия вибрации.

Для достижения указанной цели были решены следующие основ -ные задачи:

1. Разработаны электродинамические преобразователи,"отвечающие

■ требованиям исполнительных механизмов АЭВС для человека-опе -ратора.

2. Разработан метод расчета электродинамическая преобразователей с учетом наиболее рационального использования энергонесущих элементов (постоянных магнитов).

3. Определены наиболее эффективные законы управления АЭВС.

4. Оптимизация параметров цепей управления АЭБС рабочего места человека-оператора.

5. Разработаны конструкции АЭВС для рабочего места машиниста.

Проведены их лабораторные и производственные испытания. . Методы исследования. Б работе применялись теоретические и экспе* риментальнне методы исследований. Теоретические исследования ос-ноЕаяы на.использовании основных положений теории автоматической го регулирования,"теории колебаний, а также теории электрических цепей. ' .

Экспериментальные исследования разработанных АЭБС проведены на: основе традиционных метопов ьиброакустическкх измерений, ос -нованных на - спектральном анализе. Научная вовизна работы:

- получены аналитические выражения пдя определения параметров • конструкций электродинамических преобразователе!; с магнитной . системой типа "сэндвич";

- дано мг-тематическое описание принципиально нового элентродйна-' лягеесиого вяброгзолятора с регулируемой зесткпетыв, представ -

лкщего собой разомкнут?» систему- регулирования;

- разработана методика выбора сптималькюс параметров электродинамического преобразователя типа "сокдвнч";

- определено влияние-параметров цепей управления на эсгпектиЕ -кость работы и устойчивость.АЭВС;

- установлен*»* наиболее эффективнее законы управления АЭВС для различных по спектральному сосГтазу возыущащих воздействий;

- получены аналитические зависимости, позволяющие определять, оптимальные параметрн цепей управления АЭВС с учетом влияния динамических характеристик тела человека к характера вабра -ционвого воздействия.

Практическая ценность работа состоят в том, что проведенные исследования позволяют разрабатывать аффективные АЭВС'с улучшенными массо-габаритнымв показателями. Разработанный электродинамический виброязолятор с регулируемой жесткостью даст возмож - . ность наиболее проста® средствами осуществить виброзащиту машинистов .маневровнх локомотивов прмяшшеквнх предприятий. Внедрение -результатов работы. .

Разработанняй электро дпнашче ский зйброизолятор ВАЭД-.2М был использован для свияения уровней ввбрацяи, воздействующей: на машиниста, на маневровом локомотиве UM-4 (инв. 3 237) ее -лезнодорогного цеха £ 2 Челябинского металлургического -комбината. Виброизолягор позволил снизить корректированный уровень ЕВброускорения на 10 дБ,' что обеспечило вшохнекие требований санитарных норм (СН ís.3044-84).

Методики расчета ASBC были испг-льэованн при разработке ОСТ . 14-20-131-83 "ССБТ. Вибрация. Методы расчета виброизоляции рабо-

О

чего места оператора металлургического оборудования". .

Аггаобашиг работа. Основные пшюкевйя работа доложена на Всесоиз-

кем совещании по вЕбрацйонной технике (г.Тбилиси, 1978 г."); Ш Всесоюзной конференции по'борьбе с иумом и вибрацией (г.Челя -бинск,' 1560 г.); каучно-нрактйческок конференции "Охрана труда ка металлургических предприятиях" (г.Свердловск, 1981.г.); Всесоюзной конференции по-вибрационной технике (г.Кутаиси, 1981 г.); семинаре "Вибрационная• техника" (г.Москва, 1981 т.); 17 Всесоюз-ком. сиздозиуме "Влияние вибрации на ортанизм человека и проблемы0 ваброзавдты" (г.Москва,' 1982 г.); научно-технической конференции "Пути повышения эффективности методов "борьбы с шумом и ввбраци -е£" (г.Вильнюс, 1983 г.); Второй Всесоюзной конференции "Проблемы вибровзоляций маншн в приборов™.(г.Иркутск, 1989 г.); научно-техническом семинаре по вопросам борьбы .с щукою вредной вибрации (г.СверддозсЕ, -1989 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ- и получено 10 авторских свидетельств СССР на-изобретения, одно положительное решеяие, а также 2 авторских свидетельства НРБ, одно авторской свидетельство ЧССР, 2 хозяйственных патента ГДР. Объзм -работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заклшче -ния, списка литературы,,состоящего .из 196 наименований работ советских и зарубевннх авторов, в прилоаеняя. Общий объем работы 257.стр.,.вклЕчая.бЗрисунков а 1Б таблиц. На защиту вгаосятдя: ^зузЕЬй'атЕ ВСследований, злектродипакическЕХ преобразователей, как ^епедкктельянх механизмов АЭЗС;

- ^кбор йЕибсдее ©фйективььтс законов управления АЗВС для-рззлич-:' кюс "по спе к тральн о?ду составу вибрационных- воздействий;

--¿нбор-.в ..обо'сдогаяге соадаателей качества работы система, пред-'..•Еазв5атениой'.-для ввброзадзтн чел'овека-отрйтора;

- "иё'.'сдв геизкел гацэт -выбора аятвыалытх параметров АЗВС рцбоче-

- о - . ■

го места человека-оператора и результаты оптимизаций системы для машинистов маневровых локомотивов; - методы и результаты экспериментальных исследований АЭЕС.

' СОДЕРКАШ-ГЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса и постановка задачи исследования

Обзор исследований, посвященных разработке зиброзазлитных систем для шашистов железнодорожных локомотивов-, показал, что в настоящее время .разработаны нгсокоэсгТ'ектшзные пассивные агбрс-зашатнне подвески сидений для маагавястов локомотивов. Од:-.а?с, они по ряду своих конструктивных характеристик не пригодны ахи рабочего места машиниста манеЕроного локомотива.

Перспективными в этом отношении являются активные аиброза-щятные системы (ABC). Анализ известных конструкций АБС, различающихся по типу исполнительных механизмов (пневматический, гидравлические, электромеханические), позволял сделать вывод о тем, что наиболее приемлемой для рабочего места машиниста маневрового локомотива- является электродинамическая ABC (АЭВС).

■ Сдерживавшим фактором применения АЗВС для зашиты человека-оператора является отсутствие достаточно малогабаритных электродинамических преобразователей. Кроме того, следует отметить, что не достаточно глубоко изучено влияние параметров цепей управления на эЖектяввость внброизоляция и условия устойчивости. Не исследовано вляяяяе дзнастчесних'характеристик тела человека па эффективность пахоты АЭЗС, Отсутствуют практические разработки по прсмененгю АСБС для виброзаш"» человекз-огзратора г, в частности, кгпюкветов ".елезнодотокннх локомотивов.

Тпк;:м г-Лразсм, ка основе изучения состояния вопроса Сил с дела.-: 22205 с целесообразкостз разработка" АсЗС'вдя заззтн яа. -

- о - -

апкистов маневровых локомотивов от вредного воздействия вибрации и сформулированы основные задачи диссертационной работы. Элекродинамический преобразователь для активных зиброзашттных систем

Разработана новая конструкция электродинамического преоб -разователя с магнитной системой типа "сэндвич" (рис.1).

Электродинаш'ческий преобразователь •

В, В

Рио.Г.

1--эльцевые-постоянные магниты; 2-кольцеЕые постоянные наконечники; 3-силовде катушки; 4-упругая подвеска; ,5-наружннй магнвтоптювод; б-внутренней магнитопров'од; 7-немйгнкткое основание; 8-больаой воздзтшый зазор; 9-малнй воздушный'зазор , • • ■

Толкающая, сила преобразователя вычисляется в соответствии

с выражением: . • . .

2

X'

та,

(I)

где

/

- относительная магнитная прояипаекость материала посто-

янного магнита;-

плотность электрического тока; к.

к.

коэффициенты заполнения, соответственно, кятуэткк медью и зазора катушкой; .Вр- остаточная индукция гатерьала поссаявзого гагпвта: }х , Ь - высоты, соответственно, постоянного шгнита п полис—

' кого наконечника; I) , с£ - наружный и внутренний диаметры постоянного магнита; а - коэйгипиент, учитывающий уменьшение ве -личины магнитной индукции под крайним» полюсными наконечника;,ю ( I); X - амплитуда перемещения подвижной части препбра -зователя.

. Выражение (I) получено в предположении линейного характера распределения магнитной индукции по высоте воздушного зазора псд постоянными магнитами, как показано ва рис.1, данное предположение было подтверждено экспериментально; Кроме того, учитывались такие факторы, как одинаковый тепловой -режим работа силовых ка -тушек, находящихся в большом и малом зазорах; обеспечение опта -мального режима работы постоянных магнитов, при котором удельная-,, энергия внешнего магнитного поля становится максимальной; ис -пользование в разработанной конструкции постоянных магнитов из

закритическах материалов с прямолинейной,характеристикой размаг-

I ■■- -

ничквания. • |

Расчет электродинамического преобразователя заключается в определении его конструктивных параметров, позволяющих получить требуемуй величину толкавшей, силы, при заданной амплитуде колебаний и ограничении на величину потребляемой мощности. При этом, для случая полигармонического п. случайного возбуждений, внутрев-ве:й и наружный диаметры постояинюс магнйто'в определяютбя по-вы -ракеввям: '

о

D=

(1л J

где - требуемая величина толкающей'силы в третьоктавкой (ок- 6 тавной) полосе частот; 5 - количество частотных полос; р^ - допустимая величина потребляемой электрической мощности; г - коэй-

~ Т сЗгс1сО _ !> * 3 (к-с

фициент трения; до); - ширина частотной' полосы;

4hi

(K-cJ'mf+cJ'r*

cD - круговая частота; cOUi G)6l - нижняя а верхняя частоты тратъоктавной (октавной) полосы; к - коэффициент' жесткости упругих элементов; т -.масса подвижной части преобразователя в объекта защиты. •

3 соответствии с разработанной методикой рассчитан электродинамический преобразователь для 'АЭБС кресла машиниста ыаневро - ' вого локомотива. В магнитной системе преобразователя применены магниты из феррит-бария 25BAI70 с характеристиками Вг •= 0,38 Тл, jt — I.I5. Остальные параметры преобразователя имеют значения: Ц = 200 Н; Рто= 75 Вт; j = 6-I06 А/и?; ^ - 0,0075- ПГ60м.м; а = ,0,3; h = 2,2-1СГ2м; h = 0,5-Ю"2 и; к = 3,5-Ю4 Н/м;

Я . п

Г =• 372 Н.с/м; m = 100 кг; D = 18,2-КГ2 м; d = 5,5-1СГ2 м; . 5"= 3,2-ICT3 li.

Разработанный преобразователь имеет коэффициент силы по " кассе равней Км = 36 Н/кг. Аналогичный показатель у одного из . лучших электродинамических преобразователей ЕХ356 (фирма "Pro -dera*V Франция) составляет 17 Н/кг. Приведенное'сравнение говорит о более совершенной магнитной системе преобразователя типа "сэндвич" по сравнению с известными -конструкциями. По своим мас-со-гаЗаритный характерветшгак этот преобразователь позволяет

осуществить практическую реализации АЭВС для рабочего места человека-оператора.

Электродинамический виброизолятор с регулируемой жесткостью

Электродинамический ВЕброкзолятор с регулируемой жесткостью, представляет собой разомкнутую систему регулирования. Изменение жесткости виброизолятора осуществляется с помощью электролина -мического преобразователя, у которого в исходном состояний си -'ловые катуикя выведены за пределы рабочего зазора (рве.2). Ш: -тание силовых катуиек осуществляется от- регулируемого источника постоянного тока.

Поперечное сечение рабочего зазора электродинамического преобразователя

' '' Толкающая сила такого преобразо-

вателя пропорциональна амплитуде перемещения его подвижной частп, т.е. действие преобразователя эквивалентно

.внесению в,систему дополнательной .' (положительной или отрицательной в за-

весщости от направления тока) жесткости. . -

Модуль частотно* передаточной

Рас.2. йункцйп электродинамического вибго -

I - полюенне яаконачнЕки;

2,3 - силовые катушки изолятора с учетом динамических ха -рактериствк тела человека ( в виде входного механического импеданса) будет равен:

й)ггМк'-к8н)2

(4)

где к^ - коэффициент жесткости., вносимый электродгвашчеекззм

- тс -

преобразователем; гпс - масса сиденья, включая массу подвижной системы преобразователя; 2.^, -.действительная и мнимая части входного механического импеданса тела человека.

В соответствии с выражением (4} определена предельная эс? -фективность электродинамического виброизодятсга при ограничении на величину его динамической жесткости, т.е. (к - кБи ) , где к^ - 4-10^ Н/м - допустимая величина лесткостк, обеспечивающая устойчивую работу виброизолятора рабочего места человека-опера -тора. Б табл.1 приведены результаты вычислений коэффициентов эффективности виброизолятора в сравнении с'требуемой дефективностью.

Таблица I

Предельная эффективность электродинамического звброизолятора

Среднегеометрические частоты третьоктавнтс полос, Гц 1,6 2*0 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3 8,0 10,0

Предельные коэффициенты эсрек -тивности виороизо-ляцив 1,11 •• 1,72 2,44 3,33 5,88 10.,0 13,3 10,3 8,33

•Требуемые коэффициенты зефектив -но'ств ВйбрОИЗОЛЯ-ЦИИ 0,60 1,12.1,80 2,17 2,24 2,20 1,75 1,50 1,06

Исполнительным механизмом электродинамического виброизолятора является электродвнамическв"й преобразователь типа "сэндвич", силовые катушки которого расположены в соответствии с рис.2. Расчет преобразователя сводится к определению оптимальных значений конструктивных параметров,.позволяющих реализовать исполни -тельный механизм минимального объеш. В качестве целевой сункцвк принят объем активной части преобразователя Уа , под которым понимаете;:, суммарный объем энергонесущих узлов (постоянные маг -ниты с полисными наконечниками и силовые катушки).

- II -

При проектировании электродинамического преобразователя считаются известными величины h_ , Qœax , р . Задача оптимизации сводится к нахождению минимума шлевок функции Ya по трем,параметрам: п количество постоянных магнитов, D и d при следующих основных ограничениях-неравенствах:

к (a-Mi-i)x, ■' _

2.)1Ъгк\($а+2п-2У(Ъ+df ($-- ■ -fф(п+2)[(а *п-îXS-dïÂhv+ZfQ^J'lltSa+^XlbdjAht -

+ aja.Qm„]àO, ' (6)

где А = %х,кг.В1.Ьп .

Неравенство (5) - условие работы преобразователя в линей -, ном режиме с заданной точностью £ %, а (6) - условие-ограниче-нйе на допустимую потребляемую'мощность.

Целевая функция- Уа вычисляется по-выражению: *

Расчет оптимальных,параметров проведен на персональной ЭВМ "Электроника КС-0585" прямым методом поиска Нелдера и Мада. В результате расчетов при К = 2-10*. Н/м, hn = 0,01 м, 0*^200 Н, К, = Kj. ^ '0,7; j3 = 6-ïO6 А/к2; Pj - 75 Вт; £ = 10£ получены -следующие значения параметров электродинамического префразова-тедя для рабочего места дашниста: п- = 4, Р„= 0,125 м, d * ..:■ . 4,3-Ю"2 к, = I.e-ICT2 и, & = 4,8-ICr3 м. '

Синтез структурных схем АЗВС •

Для достижения величины ^виброскорости, определяемой крв -

терием "обесне'ченйе -комфорта" до международному стандарту

MC 2631-74 требуется более эофективвне системы, чем описанный

Еыше виброизолятор. Такими системами являются АЭВС с автоматв -

ческим .управлением, в дальнейшем - просто АЗВС. На рис.3 взоб -

сражена расчетная блок-схема АЗВС общего вида.

Блок-схема активной электродинамической звброзащитной

системы' '* '

П

I i I

I Г I I I

-9J

Рис.З. ' . I-вЕбрврукщее основание; 2,3-уттругий и демпйирущвй элементы пассивного вибровзолятора; ^электродинамический преобразователь; 5-свловая катушка; 6-изолируешй объект; 7,6-пьезоэлектрзческие акселерометры; 10,14,17, 20,23-предусшштезш; II, 16,19,22,25-усвлителв; 12-сум-катор; 13-усвлйтель модности; 15,21-йнтеграторы; 18, ■ 24-двойяые интеграторы - '

Движение изолируемого объекта при кинематическом возбужденна со стороны колеблющегося основания описывается известной ' систшрЕ уравнений:

тих +гх +нх -гу+ку+О , (8)

1Л+кс1 = и , (5)

где х ,Х IX - ускорение, скорость,,перемещение изолируемого объекта; у , у - скорость, перемещение основания; Ь - индук -тивность силовой хатупш:, 2 - величина тока в силовой катушке;

IX — напряжение, приложенное к силовой катушке; НС=К + Еу-суммарное сопротивление силовой катушки и выходной цепи усилителя мощности; р - электромеханическая постоянная электродинамического преобразователя. >

Величина толкающей'3силы электродинамического преобразователя, в соответствии с законом Ампера, определяется по формуле:

0-^1. (Ю)

Блок управления формирует на выходе усилителя мощности напряжение:

г^-О^х^ку), . ш)

где и - передаточные функций цепей обратной связи и компенсации блока управления. -

На основе анализа 'приведениях уравнений *<8)-(И) были оп -ределены эффективность.виброизоляции АЗВС с различными законами управления, а также влияние на ■эффективность в устойчивость ра -боты систеш значений параметров реальных динамических звеньев целей управлений. .

Независимо от законов управления эффективность виброизоляции системы возрастает по мере снижения сопрягающих частот ин -тегрируших звеньев и предусилптелей. Бри достижении этими час- . тоташ значений 0,01 от резонансной -частоты исходной пазсивной системы АЗВС по эффективности подавления колебаний становится.-.

- к -

близкой к идеальной. Однако, при подавлении низкочастотной вибрации достигнуть указанного значения сопрягающих частот техни -чески трудно. В связи с этим представляется наиболее целесооб -разным выбирать компромиссное" значение этих величин (порядка С» ,1), позволяющее получить достаточно высокую эффективность виб-роизоляпии при сравнительно несложной технической реализации.

Широкополосную виброизоляцию можно реализовать на основе ° комбинированного управления. Наиболее эффективной системой яв -ляется АЗВС с управлением по скорости и перемещении объекта в сумме с управлением по перемещению основания.. Несколько уступает этой системе по щирокоиолосноств и степени подавления колебаний АЗВС с цепями управления по скорости объекта и перемещению основания. Однако, к достоинствам втой системы относится наи -меньшая амплитуда низкочастотных резонансных колебаний. -Расчет.АЭВС для человека-оператора .

Расчет АЗВС заключается в определении оптимальных параметров цепей управления АЗВС лри кинематическом возбуждении с учетом динамических-характеристик тела человека и характера вибрационного воздействвя.

Бранимая во внимание функциональное назначение АЗВС за це -левую функции выбрано корректированное значение контролируемого параметра (виброускорение или виброскорость):

тле - среднеквадратйчес'кое значение скорости'или ускорения в х-ой полосе частот;. весовой коэффициент для 1-ой полосы, учитнвавдий степень вредности для организма человека механических колебаний в какдой частотной полосе. '-.'•.'

"..-Задача .оптк,кзацзи: ; найти максимум целевой функции (12) пу-5ем соответсд'вуввдго -Еибора; параметров цепей управления АЗВС при

соблюдений условий устойчивости, а также ограничений в виде неравенств:

КсЛ) - .

1а. Рщр .

где ЬЦ , , Р^ - допустимые величины короектирогакнсг

Значения контролируемого параметра, модуля частотной передаточной функции з 1-ой полосе частот, активной мощности.

Рассмотрены АЕВС с наиболее эфбективннш заксяаып упразле-нкя: АЗБС с обратной связью (ОС) по скорости объекта и АСЗС с обратной связью по скорости и.компенсацией жесткости упругого элемента.

Структурные' схемы систем приведены на ряс.4.

Переменными параметрами цепи ОС АЭЗС с управлением по скорости являются постоянные времени предусплптеля ТУо и интегратора Тт , а тайке -относительный внесенный коэффициент сопротаа-ления ^ .. Значения параметров Тто и Т7 выбираем на основании приведенных выше рекомендаций.- 1 .

Область допустимых' значений параметра р , удонлетЕоряшиг: условию устойчивости, определена методом Ц-разбиенкя в области одного параметра. Яри этогл для АЭВС'рабочего места г/явпвкста условие устойчивости имеет вид:^ ^ 53.

Снижение уровней вибрации до принятых в СССР нормативных значений обеспечивается значением коэффициента = 4. При зтс1: величина потребляемой мощности составила Ра = 3 Зг. Предельная эффективность данной АЗС ограничивается условием (14). Яс-едель-ннй коэффициент jЭ0 составляет ^^ = II, а величина потребляемой мощности Р^ »-12 Эт..' •

- 16 - .

Структурные схеш АЭВС

Рвс.4.

а) с ОС по.скорости объекта;

б) с дополнительной компенсацией жесткости

. Постоянные времени динамических.звеньев АЭВС с дополни -тельной комненсацией жесткости выбирались из тех же соображений» что-.дая системы,- рассмотренной вше. Переменным параметром системы наряду с коэффициентом сопротивления будет и относительный внесенный•коэффициент.жесткости ^ . Расчет на ЭВМ области допустимых-.значений по методу Д-разбиения показал, что^ £ 52. ■ Принимая во внимание сложный характер зависимости целевой уунк-® ции от параметров ^ и ^ , поиск их оптимальных значений осуществлялся методом Нелдера и Ми да с последующей проверкой на со-■;тветствие области допустимых значений.. В результате расчета по-

лучены оптимальные значения параметров = 2,5; = 0,4.

Б табл. 2 представлены предельные коэффициенты э#ек70Вйост£ виброиэоляции АЭВС.

Таблица 2

Предельная эффективность; виброЕЗОлясин АЭВС

Среднегеометрические частоты ттэетьоктав -

них полос", Гц | 1,6 2 1 2,5 3,15 4 5 6,3 5 10 Предельные с ОС по

коэффицвен- скорости 3,3 4,2 5,2 6,3 7,6 9,4 11,8 12,3 12,1

ностй'вибро- с допод-е золяции " нительной 0

АЭБС кошен са- . г

цией

_жесткости 4,7 6,1 7.4 8,5 9.5 II 13,2 12,6 12,1

Требуемые коэффициенты эффективности дня

МС2631-74_0,5 1,8 2,9 3,4 3,5 3,4 2,8 2,4 1,7

Эффективность Еиброизоляции АЭВС с автоматпчееким управлением в 2-4 раза превосходят эффективность, электродинамического виброизолятора.

Для виброзащиты машиниста маневрового локомотива следует .предпочесть, как более простую,- АЗЗС с ОС по скорости. . Экспериментальные исследования АЭВС

По результатам проведенного расчета, на основе четырех постоянных магнитов из феррит-бария марки !Л-<5БА170-1, имеющих размеры Ю = 6,134-к, с1= 5,7-10-? и, Ьи= 1.2-1СГ2 к, был разработан в изготовлен опытный образец электродинамического ввбро -изолятора с регулируемой жесткостью (ВАЭД-2М). Виброизолятор имеет диапазон регулирования яесткоств (в-зависимости от вели -ч::ны постоянного тока) от 1.6.103 до-4,8-Ю4 Н/м; потребляемая мовдаость не более 75 Вт; касса ввбрсизслятора не белее кг.

Зй^егстнвность виброззоляции ВАЭД-2М бкла определена мето-,-дом спектрального анализа в лабораторных условиях.

На рес.5 i качестве'примера показаны некоторые логарифмические третьоктавные сдектрн виброускореки" объекта защиты в виде человека-оператора.

Э.-тсперимеяг&шще Б13Д-2М "' После завершения' ла-

. бораторннх испытаний БАЭД-2М был установлен на маневровом тепловозе ТГй-<± Челябинского металлургического комбината. В результате производственных ис-

Л.олег Ыгп. Fтeq.:

Рис.5.

I - колебания основания; 2,3 - колебания изолируемого объекта прк .токе 0; + 2А, соответственно

1

питаний определено, что виброизолятор позволяет получать эффективность, виброизолящш до 10 яБ корректированного уровня зиброускоренвя. Указанно« эффективности достаточно

для снижения уровня вибраций, действующей на. машиниста до допустимых значений, определяемых ;СН 3044-84. Ожидаемая экономическая эффективность от установки ВАЗД-2М на рабочем месте машиниста составляет 570 руб. в год. ;

• Экспериментальная проверка КЭЪС с автоматическим управлением была проведена на опытной!образце с ОС по скорое«: в цепко ромпзвсаойЕ по перемещению (в дальнейшем - просто АЗВС). Опнтаи образец собран на базе глевтродвнешческого преобразователя типа ' 5535-211. (фирма "роботрон", ГЛ?)- В качестве изолируемого объекта (убл применен груз массой 70 кг.

Результаты ьспвтаккЗ в.вчде логарифмических. амплитудно-час-■ ■тотиагг гэтаятеогстек (ЛАЧК) скорости колебание (относительно

опорного зваченкя 5-1СГ® м/с) приведены на рис.б. Экспериментальные .ПАЯХ опытного образца АЭБС ' , •

Анализ результатов испытаний доказывает, что Л'ОЗС. обладая большей эа"ект::2 -ностью по сравнению о ВАЗД-2л, позволяет сйпяатз уровни вибравип до значена;!, регламентируемых нехну««асл > нш стандартом '.',0 Г331-~-. 3 ходе

пнтанш! АЗБС .'зла -«усйсгз-лена проверка разработан я-.:' • в работе методики расчета системы. Погрешность вычислений ке' превышает 15%.

■ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ й РЕЗУЛЬТАТ:-:! РАБОТЫ.

- I. Анализ электроданаетческвх преобразователей, как псггол -нательных механизмов АЭЗС показал, что наиболее целесосбвазно .для этих целей использовать првобразоватвли с магнатной сгстехэ:*! тсгпа "сэндвгч" на основе кольцевых "постоянных кагннтов. Преобря-зова^оли гакгго типа, за счет более рационального гспсльзопанйя объега и спизеаг:я гготокте рассеяния, 'лглсют значительно лучаге т.;ассо-габат>итные показатели по сравнении о ззвесткнш кгастзук-

ЦИЯМИ.

2. Получена аналитические внраженвя, опгсывашзе работу электродинамических преобразователей'с глагкитной системой тира "сэндвич". Определены условия наиболее эффективного гссояьэога-

Рес.6.

1 - колебания основания;

2 ~ -колебания изолируемого' объекта

- 2-0 - ■ '

ния анергии постоянных магнитов. Предложена методика расчета данного преобразователя при моно- и полигармоническом возбуждении. -

3. Определено влияние параметров реальных динамических звеньев цепей управления на эффективность работы а устойчивость "А.ЭВС. Установлены наиболее эффективные законы управления АЗВС для различных во спектральному составу возмущающих воздействии.

4. Анализ эффективности АЭБС с различными законами управления показал, что получение широкополосной виброизоляцяи возможно при использовании комбинированного управления, представляюшего собой различные сочетания законов управления по перемещению ос. ноьанвя и ускорения, скорости, перемещении объекта. Наиболее эффективной системой виброзащиты является АЭВС с управлением по скорости, перемещению объекта и перемещению основания. Несколько-уступает этой системе по широкополосное™ и степени подавления колебаний АЭБС с цепями управления по скорости объекта и перемещению основания. Однако, к достоинствам этой системы относстся то, что она'имеет наименьшую амплитуду низкочастотных резонансных колебаний.

5. Подучены аналитические выражения,- позволяющие определять оптимальные параметры цепей управления АЭБС с управлением по скорости объекта.защиты и с управлением по скорости объекта и перемещению основания. При расчете оптимальных параметров цепей управления,. обеспечивающих снижение уровня вибрации, воздействующей на человека-оператора, до допустимых значений, учитывается влияние динамических характеристик тела человека-и характер виб-. рационного воздействия.. ' •

6. Решена задача выбора АЭБС с оптшалънши параметрам* для ■рабочего места машиниста маневрового локомотива проьдаленного

- 21 -

предприятия. Определено, что наиболее целесообразно для вибро-запиты машиниста применять АЭВС с управлением по скорости изолируемого объекта.

?. Получено математическое описание принципиально нового электродинамического виброизодятора с регулируемой жесткостью. Предложения® вгброизолятор позволяет более простили средствами, чем АЭВС с■автоматическим управлензем, получить эффективную виброзащиту масляниста маневрового локомотива.

8. Разработана методика выбора оптимальных конструктивных параметров электродинамического преобразователя с магнитной системой типа "сэндвич", позволяющая реализовать преобразователь с минимальным объемом, для электродинамического виброазолятора с регулируемой жесткостью.. Проектирование и изготовление электродинамического виброизолятора (ЗЗАЭД-2М) для рабочего места гаш-ниста маневрового локомотива, проведенные в соответствии с предложенной методикой, показали, что. виброизолятор отвечает всем требованиям дощ данного рабочего места.

9. Экспериментальные исследования в'лабораторных я производственных условиях подтвердили правильность теоретических выводов,' сделанных з данной работе.

• Основные полонения диссертации изложены в следующих печатных работах: ' ' ' '

I. Гершман -П.Я., Росин Г.С., Устеленцев Л.й. Новые конструкция электродинамических вгбратЬрсв// Тезисы Всесоюзной конференции по вибрационной технике. - Тбилиси", 1981. - C.IS8.

.2. Росин Г.С., Устеленцев Л.И, К расчету активного электродинамического демпфера колебаний // Вибрационная.-техника:

* », , - Р - *

Материалы семинара. - Москва, 1981. C.6I-S4. .. . _

3. росин Г.С., Устеленцев Д.й. Ой автоматическом, увравле«-' 1

; - 22 -

кип одномассозымв колебательными системам прц помощи электро-' динамических свловозбудителей //И Всесоюзная конференция по борьбе с шумом-в вь'брацией: Борьба с вибрацией. - Челябинск, IS50. - С.208-211. "

4. Роскн T.G., Устеленцзв Л.И. Управление динамическими свойствами виброкзолирущей системы, возбуждаемой кгоематкчес- ' ' кв //Тезисы Всесоюзного совещания по вибрационной технике. -Тбилиси, 1978. - С.81. ; .

5. Устелевдев Ж.Ж. Влияние параметров цепеё управления на эффективность работы активной электродинамической виброзащитной системы //Влияние вибрации на организм человека \и проблемы ввб-розащиты: Tea. докл. 17 Всесоюзного симпозиума. - М.: Наука, 1932. - С.73-74.

6. Устелэнцев 1-й. 0.выборе параметров цепей управления активной электродинамической зиброзавдтной системы //Пути еоеы- ■ шеная зффективноотЕ методов борьбы с. шумом е вибрацией: Тез. докл.' яауп.-техн. ковф. - Вильнэс, 1983. - C.II0-II3.

7. Устеленцев 1.Ж. 0 применении активных ваброзвднтннх. систем (АБС) на предприятиях черной металлургии //Охрана труда -на металлургических предприятиях: Тез. докл. - Свердловск, 1981. - С.51-53. -

S. Устелевцев Л.И. Расчет активного электродинамического вгброгзолятора с 'оптимальными параметрами для рабочего места мапгйЕста вакезрового локомотива //Сосиальпо-эконогжчэскке воп-ро-'св аовяшенгя безопасности труда в черной металлургии: Темат.

нзуч.тр..-.5Í."ЛетаглургЕЯ. 198.9. - C.I43-I55.-:..-:v-.: Устелевцев ft.H. Способы управления электродинамическими гйбровацктнжв с-истеыэмс //Средства зашиты работающих ва пред- • ' яуштърх.'лррвсЪ мотгл'ургкя; Тетт.сб.науч.тр, - К.Me теллур-

гия, 1985. - С.50-57.

IQ. Устеленцев Л.И. Электродинамическая виброзапиткая система лия кресла машиниста гланеврсвого локомотива //Защита рабочих черной металлургии от опасных и вредных производственных факторов: Темат.сб.науч.тр. -М.: Металлургия, IS85. ~ С-55-65.

11. Устеленцев 1.Й. Экспериментальные исследования актжз:;-го электродинамического' зиброизолятора //Повышение безосаснссти труда на предприятиях черной металлургии: -Темат.сб.науч.тр. -"vi.: Металлургия, 1900. - С.64-70.

12. Устеленцев Л.И., Антонова Л.К. Электродинамический виброизолятор с регулируемой; жесткостью //Вторая Всесовз. кокс. "Проблемы виброизоляции машин и приборов": Тез. докл. - Иркутск-Москва, 1989.' - 'С.156.

13. A.c. 722598 СССР, МНИ B06BI/G4. Электродинамический вибратор/Г.С.Росин, 1.И.Устеленцев (СССР). Jé 262378Q/I8-25; Заявлено 13.ÖS.78; Опубл. 25.СВ.80, Вюя. íe II. -2 с.

14. A.c. 724219 СССР, МКй B06BI/04. Электродинамический зиб-ратор/Г.С.Росин, Л.И.Устеленцев (СССР).- $ 2634327/18-10; Заявлено 10.II.78; Опубл.30.03.80, 'Бш. Й 12."-.3 с.

15. A.c. 882644 СССР,.МКй В 06 BI/04. Электродинамический

силовозбудитель/Г.С.Росин,.Л.II. Устеленцев (СССР). - $2861171/1310; Заявлено 29.10.79; Опубл. 23.II.81, Бил. >',43. - 2 с.

16. A.c. 921637 СССР. МКй В 06 BI/04. Электродйкаад^ескзй" вибратор/Г.С.Росин, .Т.К.Устеленцев (СССР)..- J526I325S/I8-I0; . Заявлено 24.05.78; Опубл. 23.04.S2, Бпзг. Л 15. - 3 с.

17. A.c. 963572 СССР, ЖИВ OS 3I/C4. Электродизакическзи силоэозбудпталь/Г.С.Росзн, Я.И.Устеленцев, П.Я.Херзкан (СССР).-ß S0053S5/I-C-I0; Заявлено 18.11.30; 0тт7бл..,и7.1С.82, 3?.. -3 6.

- -24 -

18. A.c.' IQ23I58 СССР, МКИ i 16 F 15/03. Вйброизолируззщее устройство с автоматическим управлением/Г.С.Росин, Л.И.Устглен-цев (СССР). -И 273S56I/25-28; Заявлено 15.03.79; Опубл. 15.06.83, Бая. й 22. - 2 с.

19. A.c. 1058633 СССР, ГШ Б 06 Б 1/04. Электродинамический вибратор/Г.С.Росин, Л.И.Устеленцев, П.Я.Гершман (СССР). - •

i« 3297II7/I8-IQ; Заявлено Г6.С3.8Г; Опубл. 07.12.83, Бюл. й 45. - 3 с.

20. A.c. 1222933 СССР, МКИ ? 16 ? 15/03. Регулируемый злек-троцинашческгй зиброизолятор/Росш Г.С., Устеленцев Л.й., Свердлов В.Я.; Кодинцев К.Ф., Кухарев А.Е. (СССР). - I 3589404/25-28; Заявлено 04.05.83; Опубл. 7.04.86, Еш.'.Я I3i - 3 о.

21. A.c. 1274780 СССР, МКИ В 06 ВГ/04. Электродинамический вибратор/1.И.Устеленцев, Г.С.Росин, Г.Н.Гартман (СССР). -

& 3836460/24-10; Заявлено 30.12.84; Опубл. 07.12.86, Бюл. & 45. -2 с.

22. A.c. 135.7625 СССР, МКК Р 16 F 15/03. Регулируемой элект-родинашчеоквй впброизоля'трр/Устеленцев I.И. • (СССР). -

Ш 3SGS302/25-2S; Заявлено 29.10.85; Опубл. 7.12.87, Бюл. & 45.

Подажса'о ж печати 08.10.90, Формат 60I9Ü I/I6. Печ. л. 1,5. . Уч.-язд. л. I. Тираж 100 экз. Заказ 432/901.

УОП ЧЕК. 454080, Челябинск, пр. иг. В-Й.Деняна, 76.