Введение к работе
Актуальность темы Роторные машины получили широкое распространение практически во всех сферах горной, металлургической, металлообрабатывающей и минералообрабатывающей промышленности Отличительной особенностью роторных машин в металлургическом производстве при осуществлении технологических процессов, связанных с обработкой масс, поступающих к исполнительным органам или выходящих от них в виде готового или промежуточного продукта, является изменение в процессе работы массогабаритных характеристик Роторы переменной массы принадлежат к числу механических систем с переменными инерционными параметрами и изменяемой геометрией распределения масс в процессе работы
Опорные узлы роторных машин являются наиболее нагруженными и ответственными элементами, определяющими работоспособность и ресурс машины Широкое применение в качестве опор нашли подшипники жидкостного трения, поскольку имеют небольшие габаритные размеры, малочувствительны к ударам и временным перегрузкам, долговечны, обеспечивают работу при высоких окружных скоростях
Ротор с подшипниками жидкостного трения действуют как единая система и совместно реагируют на различные кинематические и динамические возмущения Поэтому в процессе проектирования необходимо исследовать динамические свойства системы в целом Несмотря на большое количество публикаций по динамике роторов на подшипниках жидкостного трения, к настоящему времени малоизученными остаются вопросы динамического поведения роторов, обусловленные изменением дисбаланса и массы Поэтому изучение динамики несбалансированных роторов переменной массы на подшипниках жидкостного трения является недостаточно проработанным в теоретическом плане и является актуальной темой исследования
Объектом исследования являются роторы на подшипниках жидкостного трения, работающие в условиях изменения массы и дисбаланса
Предметом исследования является динамическое поведение несбалансированных роторов переменной массы на подшипниках жидкостного трения
Целью исследования является выявление закономерностей движения несбалансированных роторов переменной массы на подшипниках жидкостного трения и совершенствование условий их работы
Задачи исследования
Провести анализ работы опорных узлов жидкостного трения роторных машин, у которых в процессе эксплуатации происходит изменение массы и дисбаланса
Разработать математическую модель движения двухопорного несбалансированного жесткого ротора переменной массы, установленного на подшипниках жидкостного трения с учетом нелинейности реакции смазочного слоя
Разработать программное обеспечение для расчета интегральных характеристик подшипника жидкостного трения и динамических характеристик несбалансированных роторов переменной массы
Провести вычислительный эксперимент для изучения влияния изменения геометрических и рабочих характеристик подшипников жидкостного трения на закономерности движения несбалансированных роторов переменной массы
Провести экспериментальные исследования динамики несбалансированного ротора переменной массы на радиальных подшипниках жидкостного трения в условиях работы его на фабрике окомкования Лебединского горнообогатительного комбината, а также с использованием модельной установки
Разработать рекомендации по эксплуатации и выбору предельных значений рабочих параметров роторно-опорного узла обеспечивающие снижение негативного влияния изменения инерционных характеристик ротора на работу опорного узла
Методы исследования Содержание работы опирается на научные труды отечественных и зарубежных ученых в области динамики роторов, гидродинамической теории смазки и вычислительной механики
Анализ колебаний и устойчивости системы проводился методом траекторий в предположении, что вал с присоединенными деталями и опорами представляют собой единую динамическую систему Исследование динамики основывалось на совместном решении уравнений движения и гидродинамической теории смазки Системы уравнений движения ротора получены на основании уравнений Лагранжа II рода, обобщенного В С Новоселовым на случай движения тел переменной массы
Расчет подшипника основан на совместном решении двумерных уравнений О Рейнольдса и баланса температуры В алгоритме численного решения уравнений гидромеханики используется метод конечных разностей
Экспериментальные исследования проводились на специальном стенде с использованием информационно-измерительного оборудования фирм National Instruments, Bruiel & Kjaer, Pepperl+Fuchs При проведении натурного эксперимента использовалась многофункциональная система «Топаз» Обработка результатов проводилась методами математической статистики
Научная новизна и выносимые на защиту положения
Разработана математическая модель расчета динамических характеристик ротора на подшипниках жидкостного трения с учетом изменения массогабаритных и инерционных характеристик, основанная на совместном решении уравнений движения, гидромеханики и термодинамики, позволяющая производить анализ динамического поведения несбалансированного ротора переменной массы, выбирать рациональные параметры подшипников жидкостного трения
Установлены закономерности движения несбалансированного ротора переменной массы на подшипниках жидкостного трения, позволяющие выявить условия возникновения и развития в системе устойчивых предельных циклов
3 Предложены рекомендации по выбору предельных режимов работы агрегатов с роторами переменной массы и дисбалансов, позволяющие снизить негативное влияние изменения инерционных характеристик ротора на работу опорного узла Разработаны алгоритм и инструментальные средства проектирования роторных систем с подшипниками жидкостного трения, работающих в условиях изменения массогабаритных и инерционных характеристик ротора, позволяющие автоматизировать инженерный расчет, как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации
Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач исследования, обоснованностью используемых теоретических построений, допущений и ограничений, применением апробированных аналитических и численных методов анализа, а также подтверждается качественным и количественным согласованием теоретических результатов с экспериментальными данными, в том числе полученными другими исследователями, и внедрением результатов диссертации на ряде предприятий
Практическая значимость и внедрение результатов Построенная в работе математическая модель, алгоритмы расчета и программа позволяют 1) получать траектории движения роторов, работающих в условиях изменения масс и дисбалансов, 2) рассчитывать эпюры давлений и температур в смазочном слое для различных типов радиальных опор жидкостного трения, 3) проводить проверочные расчеты системы «ротор — радиальные подшипники жидкостного трения» с учетом изменения инерционных характеристик ротора, 4) определять предельные режимы работы агрегата, с точки зрения работоспособности подшипников жидкостного трения
Предложенные в работе алгоритмы расчета подшипников жидкостного трения используются автором при чтении курса «Конструирование металлургических машин», анализ динамики роторных систем используется в курсе «Технологические линии и комплексы металлур-
гического производства» Разработанное программное обеспечение применяется в рамках курса «Прикладные компьютерные системы»
Результаты работы внедрены и используются при эксплуатации дымососов обжиговой машины ОАО «Лебединский горно-обогатительный комбинат» (г Губкин Белгородской обл), при эксплуатации дымососов сталеплавильной печи ОАО «Оскольский завод металлургического машиностроения» (г Старый Оскол Белгородской обл)
Апробация работы Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на VIII Международной научно - технической конференции «Вибрационные машины и технологии» (Курск 2008), Всероссийской научно - практической конференции «Молодые ученые - производству» (Старый Оскол, 2008), Всероссийской научно-методической конференции «Основы проектирования и детали машин» (Орел, 2007), Международной научной конференции «Сложные системы управления и менеджмент качества CCSQM'2007» (Старый Оскол, 2007), Международной научно-практической конференции «Образование, наука, производство и управление» (Старый Оскол, 2007), а также на научно-технических семинарах профессорско-преподавательского состава Староос-кольского технологического института в 2005-2008 гг Диссертационная работа была апробирована на заседании кафедры «Динамика и прочность машин» Орловского государственного технического университета (Орел, 2008) и на заседании кафедры «Теоретической механики и мехатроники» Курского государственного технического университета (Курск, 2008)
Публикации По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, включая 10 статей в научных сборниках и 4 статьи в журналах Работ опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных высшей аттестационной комиссией - 3
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложений, имеет 135 страниц основного текста, 70 рисунков, 3 таблицы Библиография включает 167 наименований ссылочной литературы
