автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.03, диссертация на тему:Разработка и исследование регулируемого поршневого вибровозбудителя с пневмоприводом для строительных технологий

' ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

з \\oft ^

удк 621.929.7(62-85)

Кузнецов Кирило Олександрович

РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ РЕГУЛЬОВАНОГО ПОРШНЕВОГО ВІБРОЗБУДЖУВАЧА З ПНЕВМОПРИВОДОМ ДЛЯ БУДІВЕЛЬНИХ ТЕХНОЛОПЙ

Спеціальність 05.02.03 “Системи приводів”

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Вінниця - 1998

Дисертація с рукопис.

Роботу виконано у Вінницькому державному технічному університеті (ВДТУ) Міністерства освіти України на кафедрі металорізальних верстатів та обладнання автоматизованого виробництва (МРВОАВ).

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Іскович-ЛотоцькиЙ Ростислав Дмитрович,

ВДТУ, завідувач кафеди МРВОАВ.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Яхно Олег Михайлович,

Національний Технічний Університет "Київський політехнічний інсттут”, завідувач кафедри гідравліки та гідропневмоавтоматики кандидат технічних наук, доцент Берник Павло Степанович,

Вінницький державний сільськогосподарський інсттут, завідувач кафедри автоматизації і комплексної механізації технологічних процесів

Провідна установа: Технологічний університет Поділля Міністерства освіти України, кафедра машинознавства, м. Хмельницький од

Захист дисертації відбудеться 1998 року о ..{.(і!.... на

засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.052.03 у Вінницькому державному технічному університеті за адресою: 286021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомишся в науково-технічній бібліотеці Вінницького державного технічного університету за вказаною адресою.

Автореферат розісланий 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

і

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У різних галузях промисловості знаходять широке застосування машини та механізми, робота яких основана на використанні вібрації. Вібраційна техніка дозволяє суттєво інтенсифікувати найрізноманітніші технологічні операції при порівняно невеликих енергетичних затратах. Практика будівництва дає багаточисельні приклади ефективного застосування вібраційних технологій, які дозволяють комплексно механізувати будівельні процеси, підвищити продуктивність та соціальну привабливість праці в цій галузі.

З розширенням галузі використання вібраційних машин до них пред'являються нові вимоги. Розвиток технології бетону, удосконалювані багаточисельними дослідженнями вібраційні технології обумовлюють, в свою чергу, необхідність постійного удосконалення вібраційних машин, потребують створення нових ефективних віброзбуджувачїв, що є їх основними вузлами і визначають їх технологічні можливості, рівень надійності та досконалості.

Розвиток будівельних технологій виявив потребу у віброзбуджувачах з малими габаритними розмірами та регульованими параметрами коливань. Можливість зміни у процесі роботи частоти та прискорення коливань дозволяє застосовувати технологічні режими, які враховують зміну фізико-механічних властивостей об'єкта впливу з плином часу, та за рахунок цього скоротиш час обробки та підвищувати якість продукції. Одними з перспективних для будівельного виробництва є віброзбуджувачі з пневматичним приводом, які характеризуються можливістю зміни у широкому діапазоні частоти та прискорення коливань, високою надійністю роботи у широкому діапазоні температур, простотою обслуговування при порівняно низькій вартості та швидкій окупності. Більшість відомих схемних рішень віброзбуджу-вачів з пневмоприводом відрізняється складністю. Недоліками їх конструктивної реалізації є підвищені витрати енергоносія, великі габаритні розміри, недостатня технологічність конструкції та велика вартість. Все це створює суттєві труднощі при їх виготовленні та експлуатації, а також стримує їх широке застосування у будівельному виробництві. В зв'язку з цим необхідно розробити та дослідити схеми, а також створити конструкції регульованих віброзбуджувачів з пневматичним приводом більш технологічні у виготов-

ленні, які відрізняються покращеними техніко-економічними показниками, простотою обслуговування, надійністю експлуатації та реалізують потрібні діапазони параметрів вібраційного впливу. Вирішення цієї задачі є важливим для підвищення продуктивності праці у будівництві, а тому це актуальна наукова та практична задача. Її вирішенню і присвячена дана дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Робота виконувалась у відповідності з планом науково-дослідних робіт Вінницького державного технічного університету за темою "Дослідження імпульсних пристроїв з пневмоприводом для інтенсифікації технологічних процесів будівельних, гірських та інших виробництв", які проводились згідно з завданням державної науково-технічної програми, а також на замовлення підприємств за окремими госпдоговірними темами.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка нової конструктивної схеми та створення конструкції регульованого поршневого віброзбу-джувача з пневмоприводом, що дозволяє задовольнити сукупність необхідних технологічних вимог будівельних технологій.

Для досягнення зазначеної мети необхідно вирішиш такі задачі;

- обгрунтувати вибір раціональної сукупності технологічних вимог будівельних технологій, реалізація якої забезпечить найбільшу ефективність застосування вібраційної машини;

- провести аналіз відомих принципових та конструктивних схем пристроїв ударної та вібраційної дії з метою виявлення найбільш раціональних технічних рішень, реалізація яких в об'єкті досліджень дозволить задовольнити поставлені вимоги;

- розробити на базі знайдених рішень конструктивну схему регульованого віброзбуджувача з пневмоприводом, яка задовольняє сукупність вимог, що пред'являються;

- розробити комплексну математичну модель та провести математичне моделювання динаміки робочого циклу віброзбуджувача;

- встановиш експериментальним шляхом адекватність математичної моделі натурному зразку віброзбуджувача;

- дослідити закономірності регулювання параметрів коливань при зміні конструктивних параметрів віброзбуджувача;

- розробити методику проектного розрахунку конструктивних парамет-

рів віброзбуджувача за заданими технічними характеристиками.

Методи досліджень. В теоретичних дослідженнях використовувався причинно-наслідковий аналіз, проведені розрахунки виконувались за сучасними методиками математичного моделювання фізичних процесів, що мають місце у досліджуваному пневматичному приладі. Застосовані методики основані на класичних наукових положеннях та законах пневматики і теоретичної механіки, методах математичного аналізу і прикладної математики, а також на положеннях теорії пневматичних приводів та результатах і висновках авторів інших наукових досліджень. Експериментальні дослідження проводились з метою перевірки достовірності теоретичних положень і розроблених у роботі методик. Натурні випробування і експерименти проводились електровимірювальним способом із застосуванням сучасних приладів тензометрії, які мають достатню точність та необхідні частотні характеристики. При обробці експериментальних даних застосовані методи математичної статистики для оцінки достовірності отриманих результатів. Математичне моделювання, розрахунки та вибір конструктивних параметрів віброзбуджувача і характеристик пневматичного приводу проводились з використанням ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів:

- обгрунтовано вибір сукупності технічних вимог, реалізація якої забезпечить найбільшу ефективність застосування вібраційної машини;

- запропоновано дві конструктивні схеми регульованих поршневих ві-брозбуджувачів ударно-вібраційної дії з пневмоприводом для інтенсифікації окремих операцій будівельних процесів;

- отримано аналітичні залежності для визначення області значень основних конструктивних параметрів віброзбуджувача, в якій забезпечується режим його функціонування;

- розроблена комплексна математична модель робочого процесу вібро-збуджувача, вона містить системи диференціальних рівнянь, які описують процеси, що протікають в окремих фазах робочого циклу, та процес співударяння тіл;

- розроблено алгоритм та програму розв'язання чисельним методом отриманої математичної моделі на ЕОМ, якими забезпечується автоматичне об'єднання окремих фаз робочого циклу в єдиний робочий процес;

- встановлено вплив параметрів та конструктивних розмірів віброзбу-

джувача на величини його вихідних параметрів;

- розроблена методика проектного визначення конструктивних параметрів досліджуємого віброзбуджувача, яка дозволяє отримати дані для йото конструювання.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені експериментальні зразки віброзбуджувачів ударно-вібраційної дії та практично апробовані в промислових умовах на різних будівельних операціях. Одержані результати теоретичних та експериментальних досліджень використані під час розробки дослідних зразків регульованих поршневих віброзбуджувачів на замовлення промислових підприємств. Розроблена методика розрахунку та вибору конструктивних параметрів віброзбуджувача, яка дозволяє створювати конструкції аналогічних пристроїв з заданими технічними характеристиками. Математична модель, алгоритм і програма чисельного розв'язання на ЕОМ можуть використовуватися в інженерній практиці для моделювання робочого процесу розглянутого віброзбуджувача під час розробки його конструкції.

Особистий внесок здобувача. Автором запропоновані схеми окремих вузлів розглядуваних у роботі віброзбуджувачів, проведені теоретичні дослідження та зроблені розрахунки по оптимізації маси та величини ходу по-ршня-ударника. Виконані роботи по розробці експериментальних зразків віброзбуджувачів, сплановані та проведені їх експериментальні дослідження. Створена комплексна математична модель робочого циклу та методика проекцию розрахунку конструктивних параметрів віброзбуджувача. Розроблені конструкції дослідних зразків.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові матеріали та результати досліджень доповідалися та обговорювалися на наукових семінарах кафедри металорізальних верстатів та обладнання автоматизованого виробництва ВДТУ, на міжнародній науково-технічній конференції "Новые технологии и организационные структуры на автомобильном транспорте" (м. Вінниця, 1994); на І республіканській науково-технічній конференції "Гидромеханика в инженерной практике" (м. Київ, 1996); на науково-технічних конференціях факультету транспорту, триботехніки та машинобудування ВДТУ (м. Вінниця, 1997, 1998); на II республіканській науково-технічній конференції "Гидромеханика в инженерной практике" (м. Черкаси, 1997).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 8 робіт, серед яких 2 патенти України на винаходи.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел і 4 додатків. Робота викладена на 143 сторінках машинописного тексту, має 50 рисунків і 7 таблиць. Список використаних джерел містить 64 найменування. Додатки містять 72 сторінки, 4 рисунки та 3 таблиці. Повний обсяг дисертації 275 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації та вказаний її зв'язок з науковими програмами і темами; сформульована мета роботи та названі задачі, які потрібно розв’язати для досягнення поставленої мети; приводиться наукова новизна та практичне значення отриманих результатів; наведено відомості про особистий вклад здобувача, реалізацію результатів роботи, апробацію її результатів на науково-технічних конференціях та наявні публікації.

У першому розділі наводиться огляд будівельних процесів, в яких вібрація знаходить ефективне застосування, та аналізуються результати досліджень вібраційних технологій, зокрема, для формування та ущільнення бетонних сумішей, які висвітлені в роботах І.Ф. Гончаревича, Б.В. Гусєва, А.Д. Дьомінова, В.Г. Зазимко, Л.М. Литвина, Є.А. Логвиненка, Б.І. Крюкова, К.В. Фролова. Це дозволило встановити, що:

- ефективність застосування вібрації суттєво залежить від прискорення та частоти коливань, а також від режиму вібровпливу та властивостей об'єкта впливу;

- для кожного вібраційного процесу є свої раціональні значення частоти та прискорення коливань. Діапазон зміни цих взаємозв'язаних параметрів може бути досить широким: по частоті - від 3 до 100 Гц, по прискоренню -від б до 70 м/с2;

- перспективними є змінний вібраційний та ударно-вібраційний режими;

- найбільш доцільне впровадження керованих режимів та реалізація діапазонів зміни значень частота та прискорення коливань безступінчастим

регулюванням в процесі роботи вібромашини;

- потрібна здатність вібромашини досить довгий час безперервно працювати;

- в окремих випадках потрібні вібромашини малих габаритних розмірів.

Основним вузлом вібраційної машини, який визначає її технологічні можливості, є віброзбуджувач. Встановлено, що основні вимоги, які пред'являються до віброзбуджувачів в будівництві, такі;

- достатня потужність для даної технологічної операції;

- можливість та простота зміни основних параметрів коливань в діапазоні технологічних вимог;

- стабільність робочих характеристик при зміні в допустимих межах технологічного навантаження;

- довговічність та надійність роботи при експлуатації в умовах підвищеної вологості, запиленості та при мінімальному обслуговуванні;

- простота ремонту та низька вартість;

- використання існуючих на підприємстві джерел енергії;

- економічність.

Наводиться огляд основних характеристик існуючих віброзбуджувачів, які застосовуються в різних галузях промисловості і подані в роботах А.М. Ашавського, А.І. Бажала, В.Н. Баранова, І.А Бегагоєна, В.Д. Варса-ноф'єва, А.Я. Вольперта, Є.В. Герц, А.Г. Дядюри, Ю.Є. Захарова, М.Є. Іванова, Р.Д. Ісковича-Лотецького, А.Ф. Кічігіна, О.В. Кузнецова,

О.Г. Лазугкіна, І.Б. Матвеева, С.А. Сатинова, B.C. Шейнбаума. На основі огляду відомих типів приводів та виходячи з замовлень промисловості в роботі обгрунтовується перспективність для будівельного виробництва пневматичного галу приводу. На підставі здійсненого аналізу відомих конструктивних схем пристроїв ударної та вібраційної дії з пневмоприводом та схем розподілу стиснутого повітря можна відмітиш, що розглянуті пристрої не повністю задовольняють сукупності вимог, що пред'являються. їх головними загальними недоліками є відсутність чи складність регулювання робочих параметрів, великий габаритний розмір та підвищені витрата повітря, невисока надійність та довговічність, складність конструкції та високі вимоги до точності при виготовленні.

Проведений аналіз відомих конструктивних схем виявив серед них

ряд перспективних технічних рішень, які можуть бути використані при розробці конструктивної схеми пневматичного віброзбуджувача з покращеними характеристиками. ІІі технічні рішення в узагальненому вигляді можуть бути сформульовані таким чином. В якості перспективних можуть бути виділені об'ємні пневматичні пристрої, які виконані за високошвидкісною схемою з вбудованим клапанним розподілом енергоносія, мають диференціальний короткоходовий безштоковий поршень-ударник та використовують пружність енергопередавального середовища замість механічних пружин стиснення. Подібні пристрої дозволяють здійснювати зміну робочих параметрів в широких межах, створхзвати удари з достатньо великою енергією, реалізовувати ударно-вібраційний та вібраційний режими, також мають високу надійність функціонування, відносно невеликі габаритні розміри та просту конструкцію.

У відомих методиках розрахунку пневматичних пристроїв ударної та вібраційної дії, як правило, не враховується зміна під час робочого циклу пристрою характеру руху поршня та маси частин, які переміщуються, величин сил тертя та змушувальної сили, а також величини тиску та показника полігропи в робочих порожнинах. Ці методики розрахунку можуть бути признані недостатньо розробленими, складними та не відповідаючими виробничому інженерно-технічному рівню, а тому не отримавшими широкого розповсюдження.

На основі огляду літературних джерел і проведеного аналізу сформульовані мета та основні задачі роботи, що спрямовані на розробку та дослідження прогресивної конструктивної схеми віброзбуджувача, яка задовольняє сукупність вимог будівельних технологій, а також вирішення питань, пов'язаних з розрахунком та впровадженням в промисловість аналогічних пристроїв.

У другому розділі розглянуті питання оптимізації основних параметрів поршня-ударника, виходячи з їх впливу на габаритні розміри пристрою та величини вихідних параметрів. Отримані аналітичні залежності обгрунтовують підвищення маси та прийняття короткого ходу поршня-ударника. Щ рішення дозволяють за умов збереження кінетичної енергії ходу поршня-ударника підвищити потужність пристрою, зменшити габаритні розміри та вплив на роботу віброзбуджувача нестабільності характеристик потоку енергоносія.

В плані реалізації перспекшвних технічних рішень, отриманих в результаті аналізу конструктивних схем пристроїв ударної та вібраційної дії, розроблені дві конструктивні схеми регульованих поршневих віброзбуджу-вачів з пневмоприводом (рис. 1): одна - з клапанами роздільного перемикання, друга - з клапанами синхронного перемикання. Консіруктивні схеми складаються з таких елементів: 1 - корпус; 2 - регульований упор; 3 - поршень-ударник; 4 - плунжер; 5 - нагнітальний клапан; 6, 7, 9 - канали; 8 -живильна магістраль; 10 - дросель; 11 - випускний клапан; А, Б, В - відповідно проточна, робоча та випускна порожнини. Розглянуті принципи роботи запропонованих схем.

Після детального аналізу переваг та недоліків запропонованих схемних рішень, а також за результатами досліджень експериментальних зразків для подальших досліджень прийнята схема віброзбуджувача з клапанами роздільного перемикання (рис. 1, а),

а - схема з клапанами роздільного перемикання; б - схема з клапанами синхронного перемикання Рис. 1 - Конструктивні схеми регульованих поршневих віброзбуджувачів з пневматичним приводом

Третій розділ дисертації присвячений теоретичним дослідженням динаміки робочого процесу регульованого віброзбуджувача з пневматичним приводом. Дослідження проводяться на основі розділення робочого циклу на взаємозв'язані періоди, які названі фазами, та їх послідовного розгляду. При розгляді фаз робочого циклу використаний метод початкових та граничних умов, що описують положення та швидкість частин, які рухаються, на границях фаз. Детально розглянутий принцип роботи віброзбуджувача згідно з виділеними фазами та у відповідності з ним розроблена комплексна математична модель робочого процесу ударно-вібраційного пневмоприводу.

Комплексна математична модель являє собою сукупність систем нелінійних диференціальних рівнянь (ДР), в кожну з яких входить рівняння руху мас, що переміщуються, та рівняння, які характеризують термодинамічні процеси, що відбуваються в цей час в робочій Б та випускній В порожнинах віброзбуджувача, а також містить підпрограму розрахунку параметрів ударної взаємодії поршня-ударника з корпусом. У випадку змінної кількості повіїря в порожнинах наповнення (спорожнення) термодинамічні процеси описуються рівняннями енергетичного балансу, а у випадку постійної кількості повітря в порожнині - рівнянням ізотермічного стиснення (розширення) повітря.

При розробці систем нелінійних ДР, які складають математичну модель робочого циклу поршня-ударника та описукть його рух в безударний період, прийняті такі основні припущення: тиск і температура Тм стиснутого повітря в магістралі є постійними величинами та Тм дорівнює температурі навколишнього середовища; абсолютний тиск в магістралі становить не більше 0,6 МПа, що дозволяє розглядати стиснуте повітря як ідеальний газ; термодинамічні процеси в елементарний проміжок часу розглядаються як квазістаціонарні (тобто такі, за яких у всіх точках об’єму порожнини однакові тиск, температура і щільність), які протікають без теплообміну з навколишнім середовищем при політропічному процесі; втікання та перетікання стиснутого повітря та пов’язана з ними кількість теплової енергії незначні і ними можна знехтувати; часом спрацювання клапанів та тривалістю удару можна знехтувати як величинами малого порядку; стінки каналів та порожнин віброзбуджувача та ділянки магістралі абсолютно жорсткі; вплив ударної взаємодії на швидкість поршня-ударника враховується через коефіцієнт відскоку.

Врахування сил в'язкого Нв-Я3 та сухого тертя проводилося за відомими залежностями;

де Б та Ь - діаметр та довжина поверхні рухомого елементу, яка треться; V -коефіцієнт кінематичної в'язкості рідини; Д - величина зазору між рухомим елементом та спрямівною поверхнею корпуса чи плунжера; Кр - коефіцієнт, який залежить від величини О; рм - тиск повітря в магістралі.

Витрати тиску повітря на тертя в трубопроводах, стиснення струменя при витіканні, швидкість підходу повітря до отвору, теплообмін з навколишнім середовищем, а також похибки у визначенні масових виїрат повітря та інші фактори, які викликають зниження дійсних витрат повітря, враховуються введенням коефіцієнта витрат ц, що визначається за відомими залежностями

де а - перепад тисків на трубопроводі; \ - коефіцієнт сумарних втрат; X -коефіцієнт тертя (Х=0,025).

Встановлено, що для стійкої роботи віброзбуджувача необхідно, щоб за період робочого циклу проходили процеси наповнення та спорожнення робочої порожнини Б. При цьому в пневмоприводі з живленням від неперіодичного джерела енергії створюється періодична змушувальна сила, яка підтримує стійкі вергно-поступні рухи поршня-ударника. Отримані аналітичні залежності, що визначають область основних параметрів пневмоприводу, при яких виникають стійкі періодичні коливання поршня-ударника. Записані в безрозмірній формі вони махзхь вигляд:

ст0 < ав < стБ < 1; П13 < - + 1,

є

Кв’яз = яОЬ —; Исух = 0,25- КоРмтсО^іялСск/сії), А

І

1+ <т+ 4(^-1по)ст’

1 + 0

% = 0,5Я-]Т/(3Т,

и

де X- безрозмірне переміщення поршня-ударника; І)12 - співвідношення квадратів діаметрів поршня-ударника; О109 - співвідношення ефективних площ перерізів каналів 10, 9; Н0- безрозмірна величина повного відкриття випускного клапана; о0,св,ов " співвідношення тисків; Т0,ТВ,ТБ - співвідношення абсолютних температур; є - коефіцієнт; а - коефіцієнт в'язкого тертя; £ - коефіцієнт відскоку; М( - сумарна маса частин, які рухаються; п -показник полігропи; фСс^/отр - витратна функція.

За прийнятими чисельними значеннями величин, які входять до системи рівнянь (1), побудовано графік області в просторі безрозмірних параметрів о, X -Н0, (рис. 2), за яким здійснювався попередній вибір величин конструктивних параметрів віброзбуджувача для математичного моделювання на ЕОМ.

---9---- наповнення робочої порожнини Б;

---х---- спорожнення робочої порожнини Б

Рис. 2 - Область виникнення стійких коливань поршня-ударника

Розроблена комплексна математична модель реалізовувалась на ЕОМ за допомогою пробами, яка розроблена на базі відомого чисельного методу Рунге-Кутта 4-го порядку. Для поєднання окремих фаз робочого циклу

приводу створено алгоритм наближення чисельного розв'язання диференціальних рівнянь з заданою точністю до граничних умов. Проведено математичне моделювання на ЕОМ робочого процесу ударно-вібраційного пневмоприводу та виконано аналіз впливу основних конструктивних параметрів приводу. Результати чисельних досліджень приводяться у вигляді графіків та таблиці, що дає наочне уявлення про зміну основних характеристик робочого циклу, а також дозволяє за початковими даними визначити раціональні значення конструктивних параметрів віброзбуджувача чи встановити можливості ударно-вібраційного пневмоприводу за прийнятими значеннями цих параметрів.

Для попередньої оцінки парамеїрів робочого циклу при проектному розрахунку конструктивних параметрів віброзбуджувача на базі аналізу результатів проведених чисельних досліджень розроблена спрощена математична модель робочого циклу. При цьому прийнято такі припущення: тиск та температура Тм стислого повітря в магістралі є постійними величинами і Тм дорівнює температурі навколишнього середовища; стисле повітря розглядається як ідеальний газ; політропічні процеси в порожнинах віброзбуджувача розглядаються як ізотермічні з показником полігропи п=1; сумарна маса клапанів незначна та може не враховуватися; робота клапанів приймається релейною, а час. їх спрацювання незначним; втрати стислого повітря відсутні; величина дисипативних сил опору руху поршня-ударника та опір перерізів каналів не враховуються; рух поршня-ударника в фазах робочого циклу характеризується як рівноприскорений. Запропонована спрощена математична модель носить приблизний характер та рекомендується для визначення загальної технічної характеристики ударно-вібраційного пристрою, який розробляється, на початкових етапах проектування,

Четвертий розділ роботи присвячено експериментальним дослідженням натурних зразків регульованих поршневих віброзбуджувачів ударно-вібраційної дії. Метою досліджень, які проводились, є експериментальна перевірка та оцінка достовірності основних теоретичних положень та результатів чисельних досліджень. Зокрема ставилися задачі встановити реальні величини робочих параметрів та закономірності проходження робочого процесу експериментального зразка віброзбуджувача при регулюванні параметрів пневмоприводу та конструктивних розмірів пристрою. На їх основі планувалося перевірити адекватність припущень, прийнятих при складанні

комплексно! математичної моделі та оцінити ступінь її відповідності реальному робочому процесу віброзбуджувача, прийнятого в якості об'єкта досліджень.

Наводиться опис розробленого стенду для експериментальних досліджень віброзбуджувачів та основні конструктивні параметри об'єкта досліджень. Описана апаратура та прилади, які застосовуються для реєстрації га зміни параметрів, що досліджуються. Комплект апаратури містить осцилограф Н-700 з випрямлячем В-24, восьмиканальний тензопідсилювач 8-АНЧ-7М з блоком живлення та магазином опорів Р155, використовуваний і вивіряльний манометри тиску, тензометричні датчики тиску та переміщень. В додатку до розділу приводиться опис конструкції тензодатчиків, схема їх підключення до апаратури, тарувальні графіки, а також робиться аналіз їх частотних характеристик, на основі якого оцінюється придатність тензодатчиків до умов проведення досліджень.

Встановлено вплив на вихідні характеристики віброзбуджувача висоти робочої порожнини Б, величини початкового відкриття випускного клапана, величини тиску у живлячій магістралі, величини ефективного перерізу магістралі випуску та інших параметрів. Отримано експериментальне підтвердження аналітично виділеним та обгрунтованим фазам робочого циклу, які покладені в основу розробленої математичної моделі.

В ході досліджень реєструвалась та записувалась величина тиску в робочій порожнині Б спільно з величиною переміщень поршня-ударника у відповідності з розрахованою необхідною повторюваністю дослідів. Заміри проводились серіями, результати яких статистично оброблялись та оформлялись у вигляді графіків. Систематична похибка обробки результатів вимірів не перевищувала 5,4% при зміні тиску та була в межах до 7,9% при зміні переміщень поршня-ударника. Порівняння експериментальних графічних залежностей з отриманими в результаті чисельних досліджень свідчить про їх задовільну узгодженість. Величина розходження не перевищує 21,7% по тиску, 13,7% по переміщенню, 5,94% по тривалості робочого циклу та 6,7% по частоті ходів поршня-ударника, що задовольняє вимоги проектних розрахунків. Отримані дані дозволяють вважати розроблену комплексну математичну модель робочого процесу віброзбуджувача адекватною реальним пристроям аналогічної конструкції, а прийняті ігри її складанні припущення припустимими та достатніми.

В п’ятому розділі розроблена методика проектного розрахунку конструктивних розмірів віброзбуджувача та попередньої оцінки параметрів робочого циклу. При цьому робляться припущення, що вхідним параметром для розрахунків е величина кінетичної енергії ходу поршня-ударника та що його рух характеризується як рівноприскорений. У зв'язку з тим, що зменшення частоти ходів поршня-ударника здійснюється внаслідок зміни (зменшення) прохідного перерізу дроселя магістралі випуску, то при проектному розрахунку за обраними та обчисленими величинами визначається максимальна швидкодія пристрою.

Приводиться технічна характеристика експериментального зразка віброзбуджувача, яка складена з використанням оіриманих розрахункових залежностей. В додатку до розділу наведено приклад проектного розрахунку параметрів та конструктивних розмірів експериментального зразка віброзбуджувача, який проведений за запропонованою методикою. Встановлено, що розроблена методика дозволяє визначити основні величини, які шукаються, з прийнятною для попередніх розрахунків похибкою (не більше 20%). Приведені дані про результати застосування розроблених віброзбуджувачів в промислових умовах та про перспективні напрями використання аналогічних пристроїв.

ВИСНОВКИ

1. На базі проведеного аналізу застосування вібрації у будівельному виробництві сформульовані вимога, реалізація яких забезпечить високу ефективність застосування вібраційної машини. З'ясовано, що існуючі конструкції віброзбуджувачів не задовольняють усієї сукупності вимог, які пред'являються, мають недостатні можливості по забезпеченню потрібних діапазонів та способу регулювання параметрів вібрації, не повністю відповідають виробничим потребам у компактних економічних пристроях достатньої потужності, простих в ремонті та обслуговуванні, які спроможні довгий час безперервно функціонувати та мають високу надійність роботи в умовах будівельного виробництва.

Визначено перспективний напрямок вирішення задачі. На основі аналізу відомих схем пристроїв ударної та вібраційної дії виявлений ряд перспективних технічних рішень, конструктивна реалізація яких дозволить за-

5езпечити сукупність виробничих технічних вимог. Встановлено, що перс-іективними для будівельного виробництва е об’ємні ударно-вібраційні прибої з пневматичним приводом, які виконані за високошвидкісною схемою і вбудованим клапанним розподілом енергоносія, мають диференціальний (оротооходовий безштоковий поршень-ударник та використовують ируж-іість енергопередавального середовища замість механічних пружин.

2. На базі здійсненого аналізу розроблені та запропоновані дві нові <онструктивні схеми регульованих поршневих віброзбуджувачів ударно-зібраційної дії з пневматичним приводом для інтенсифікації будівельних операцій.

3. Отримані аналітичні залежності, які визначають область значень параметрів пневмоприводу га конструктивних розмірів віброзбуджувача, в зкій забезпечується стійкий режим його функціонування. Побудована графічна інтерпретація вказаної області.

4. Розроблена комплексна математична модель робочого процесу віброзбуджувача, а також алгоритм та програма її розв'язання чисельним методом на ЕОМ, які забезпечують автоматичне об'єднання окремих фаз робочого циклу та ударну взаємодію тіл в єдиний робочий процес. Проведено математичне моделювання робочого процесу, результати якого дозволили провести детальний аналіз впливу параметрів пневмосистеми та конструктивних розмірів віброзбуджувача на величини вихідних характеристик. Встановлені залежності частоти ходів, прискорення поршня-ударника та параметрів удару від величини параметра управління - ефективної площі перерізу магістралі випуску.

5. Розроблена методика проектного розрахунку конструктивних розмірів віброзбуджувача та попередньої оцінки параметрів робочого процесу, яка дозволяє визначити їх чисельні значення для використання при моделюванні на ЕОМ.

6. Здійснено експериментальне підтвердження вірогідності комплексної математичної моделі та доцільність використання створеної методики проектного розрахунку.

7. Проведено випробування експериментальних зразків віброзбуджувачів у виробничих умовах. Розроблені конструкції регульованих віброзбу-джувачів та випущені їх дослідні серії.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Іванов М.Є., Матвеев І.Б., Коц І JB., Кузнецов K.O. Вибір оптимальної схеми пневматичних генераторів коливань для будівельних технологій. //Вісник ВПІ. -1997. - № 3(16). - С. 66-69.

2. Искович-Лотоцкий Р.Д., Матвеев И.Б., Кузнецов КА. Вибровозбудители с пневмоприводом для уплотнения бетонных смесей различной жесткости. //Вибрации в технике и технологиях. - 1998. - № 1(5). - С. 16-19.

3. Іскович-Лотоцький Р.Д., Кузнецов К.О. Математична модель поршневого пневматичного віброзбуджувача ударно-вібраційної дії. //Вісник ВПІ.-1998.-№1(18).-С. 88-92.

І. Патент України 22916А, МКР F15B 21/12, В06В 1/18. Пневматичний вібратор /М.Є. Іванов, Л.П. Томчук, І.Б. Матвеев, К.О. Кузнецов. - № 96031183; Заявл. 27.03.96; Виданий 05.05.98.

5. Держпатент України. Рішення про видачу патенту на винахід без проведення експертизи по суті від 04.03.98, МКІ6 В06В 1/18, Е21С 3/24. Вібратор /М.Є. Іванов, І.Б. Матвеев, К.О. Кузнецов. - реєстр. № заявки 96041412 від 09.04.96.

6. Кузнецов KA., Матвеев И.Б. Устройство для разгрузки сыпучих грузов на автотранспорте. //Сб. тез. докладов межд. научн.-техн. конф. "Новые технологии и организационные структуры на автомобильном транспорте". -Винница, 1994. - С. 78-79.

7. Матвеев И.Б., Кузнецов КА. Пневмопривод буроударных машин. //Сб. тез. докладов научн.-техн. конф. “Гидромеханика в инженерной практике". - Киев, 1996. - С. 21-22.

8. Искович-Лотоцкий Р.Д., Матвеев И .Б., Кузнецов КА. Беспружинные пневматические вибровозбудители. //Сб. тез. II респ. научн.-техн. конф. "Гидромеханика в инженерной практике". - Черкассы, 1997. - С. 36.

Особистий внесок пошукувача. В роботах[1,2] здобувачем зроблені розрахунки з оптимізації маси і величини ходу поршня-ударника: запропоновані схеми окремих вузлів віброзбуджувача; в роботі [2] виконані розробка та дослідження експериментальних зразків віброзбуджувачів; е роботі [3] розроблена математична модель робочого циклу віброзбуджувача розроблено програмне забезпечення. В роботах [4,5] запропоновані cxeMí окремих вузлів віброзбуджувачів; в роботах [6-8] запропоновані перспективи направлення використання розроблених віброзбуджувачів.

АНОТАЦІЇ

Кузнецов К.О. Розробка і дослідження регульованого поршневого зіброзбуджувача з пневмоприводом дам будівельних технологій. * Рукопис.

Дисертація на здобуття' наукового ступеня кандидата технічних наук зі ліеціальності 05.02.03 - системи приводів. - Вінницький державний технічний

університет, Вінниця, 1998,

Дисертація присвячена питанням розробки конструктивної схеми та методики розрахунку регульованого віброзбуджувача ударно-вібраційної дії з пневматичним приводом. В роботі обгрунтовується сукупність технологічних вимог будівельного виробництва та запропоновано дві нові конструктивні схеми регульованих віброзбудасувачів для їх реалізації. Отримані розрахункові залежності, які визначають область параметрів приводу, в якій забезпечується його функціонування. Розроблена комплексна математична модель робочого циклу пристрою, алгоритм та програма її вирішення чисельним методом на ЕОМ та виконано математичне моделювання. Приводятся результати експериментальних досліджень. Розроблена методика проектного розрахунку конструктивні« параметрів віброзбуджувача. Приведені дані для практичній реалізації результатів роботи у виробництві.

Ключові слова: віброзбуджувач, пневматичний привід, конструктивна схема, математичне моделювання, програма, методика розрахунку.

Кузнецов КА. Разработка и исследование регулируемого поршневого вибровозбудителя с пневмоприводом для строительных технологий. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.03 - системы приводов. - Винницкий государственный технический университет, Винница, 1998.

Диссертация посвящена вопросам разработки конструктивной схемы и методики расчета регулируемого вибровозбудителя ударно-вибрационного действия с пневматическим приводом. В работе обосновывается совокупность

технологических требований строительного производства и предложены две новые конструктивные схемы регулируемых вибровозбудителей для их реализации. Получены расчетные зависимости, определяющие область параметров привода, в которой обеспечивается его функционирование. Разработана комплексная математическая модель рабочего цикла устройства, алгоритм и программа ее решения численным методом на ЭВМ и выполнено математическое моделирование. Приводятся результаты экспериментальных исследований. Разработана методика проектного расчета конструктивных параметров вибровозбудителя. Приведены данные по практической реализации результатов работы в производстве.

Ключевые слова: вибровозбудитель, пневматический привод, конструктивная схема, математическое моделирование, программа, методика расчета.

КА. Kuznetsov. Development and investigation of the guided piston vibrator with a pneumatic drive for construction technologies. - Manuscript.

The thesis for a scientific degree of the candidate of technical sciences by speciality 05.02.03 - systems of drives. - Vinnitsa State Technical University, Vinnitsa, 1998.

The thesis deals with the problems of the development of the construction diagram and the technique of the calculation of the guided vibrator of the percussive vibrating action with a pneumatic drive. The paper gives the analysis of a number of technological requirements for construction production and provided two new construction diagrams of guided vibrator for their implementation. The estimated dependencies which define the area of drive parameters providing their performance were obtained. A complex mathematical model of the operational cycle of the device, an algorithm and a programme of its computer calculation were developed and mathematical modelling was performed. The paper gives the results of experimental research. The technique of the project calculation of the construction parameters of the vibrator was researched. The data on the practical implementation of the result are given.

K.ey words: vibrator, pneumatic drive, construction diagram, mathematical modelling, programme, technique of calculation.

Підписано до друку 12.10.1998 р. Формат 29,7x42 1/4 Тир. 100 прим. Друк. КІВД ВДТУ Зам. № 98-064 м. Вінниця, вул. Хмельницьке шосе, 95. Тел. 44-01-59