Введение к работе
Актуальность темы. Динамика современных машин, в том числе и транспортных, рассматривается на основе расчетных схем в виде механических колебательных систем, состоящих из инерционных, упругих и демпфирующих элементов. Конструктивные решения различаются формой амортизаторов, гасителей, демпферов, соединенных тем или иным образом между собой. Большую роль в возможных соединениях играют сочленения твердых тел, принимающих форму шарниров или условных соединений, существенно изменяющих динамические свойства систем.
Задачи вибрационной защиты машин и оборудования, как задачи управления динамическим состоянием технических объектов, относятся к актуальным направлениям динамики машин и представлены многочисленными разработками в теоретических и прикладных аспектах.
В современной динамике машин широко используются методы и средства теории автоматического управления, что позволяет современные виброзащитные системы приводить, по-существу, к виду специализированных систем автоматического управления динамическим состоянием объекта. Структура таких систем, помимо традиционных элементов в виде пружин, устройств для рассеивания энергии колебаний, массоинерционных звеньев и их сочленений, включает в свой состав сервоприводы, измерительные, преобразовательные и усилительные устройства. Исследования отечественных ученых определили достаточно развитые направления в широком круге задач виброзащиты и виброизоляции машин, приборов, обеспечения безопасности работы машин и оборудования. Известность получили работы К.В. Фролова, И.И. Блехмана, Р.И. Фу-рунжаева, М.З. Коловского, М.Д. Генкина, Б.Г. Коренева, В.А. Светлицкго, В.В. Болотина, СВ. Елисеева, П.М. Алабужева, А.В. Синева, А.А. Силаева, В.А. Ка-маева, Р.В. Ротенберга, А.Д. Дембаремдикера, А.А. Хачатурова, Ф.А. Фурмана, В.М. Меделя, М.Ф. Вериго, А.Я. Когана и др. В последнее годы получают развитие подходы, связанные с расширением набора типовых элементов механических колебательных систем и разработки методов, позволяющих учитывать особенности формирования пространственных динамических взаимодействий. Последнее основано на изучении особенностей динамических свойств механических колебательных систем, имеющих в своей структуре рычажные звенья, шарнирные сочленения, устройства для преобразования движения.
Несмотря на расширение исследований, ряд вопросов пока не получил соответствующего развития, особенно в области динамики систем твердых тел, имеющих сочленения, рычажные связи, инерционно упругие звенья, представляющие собой устройства для преобразования движения. Исследования и разработки подходов, учитывающих еще не достаточно изученные особенности в задачах управления динамическим состоянием таких систем, можно отнести к
числу актуальных направлений, имеющих значение для совершенствования и повышения эффективности методов проектирования и расчета виброзащитных систем широкого назначения, в том числе для подвижных транспортных средств.
Цель работы - разработка метода построения математических моделей механических колебательных систем с сочленениями звеньев и способов изменения динамических свойств систем в задачах виброзащиты технических объектов.
Для достижения поставленной цели ставятся следующие задачи.
Разработка метода построения математических моделей и исследования динамических эффектов в колебательных механических системах при наличии сочленений между отдельными звеньями системы.
Изучение особенностей динамических состояний, возникающих в системах, имеющих сочленения, и оценка способов и средств изменения состояния системы защиты объектов от вибраций.
Разработка технических средств управления динамическим состоянием на основе развития структурных методов динамического синтеза.
Развитие методологических основ оценки динамического состояния виброзащитных систем и развития методических основ расчета сочленений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Обозначена, как достаточно автономное физическое явление, роль сочленений элементов механических колебательных систем, существенным образом определяющих динамические свойства механических колебательных систем, связанных с появлением специфичных режимов динамического гашения колебаний, уменьшением числа степеней свободы движения.
Разработан метод построения математических моделей механических колебательных систем, с сочленениями элементов, обеспечивающий возможности оценки динамических свойств систем при достижении параметров звеньев на уровне предельных значений, что позволяет создать методологическую основу для поиска и разработки способов и средств вибрационной защиты объектов.
Положения, выносимые на защиту:
метод построения математических моделей механических колебательных систем с сочленениями звеньев;
методологические основы динамического синтеза виброзащитных систем как механических колебательных систем, имеющих расширенный набор элементов.
Практическая значимость исследований заключается в разработке нового подхода в динамике механических колебательных систем и создании методологических основ расчета и конструирования транспортных подвесок, систем за-
щиты оборудования и машин от действия внешних возмущений, обеспечения условий безопасной эксплуатации машин и оборудования.
Методы исследования применяемые в работе основаны на использовании аппарата теоретической механики и ее приложений (теории колебаний, теории механизмов и машин, теории автоматического управления).
Достоверность результатов подтверждается результатами вычислительного моделирования, а также результатами эксперимента на лабораторном макете, выполненных автором.
Внедрение результатов работы: результаты исследований, проведенных автором, используются в курсах лекций по динамике подвижного состава и спецкурсах по динамике машин для студентов в Забайкальском институте железнодорожного транспорта ИрГУПС и Читинского государственного университета. Технические рекомендации для рационального выбора параметров оборудования по обслуживанию производств обработки минерального сырья переданы в НПО «Химико-металлургической компании» (Иркутск), ОАО «Вода-золото» на базе ЧГУ (Чита).
Апробация работы. Основные результаты научных исследований опубликованы в 15 научных работах, в том числе в 2 журналах, входящих в перечень ВАК и обсуждались на семинарах НИИ современных технологий, системного анализа и моделирования ИрГУПС, научных семинарах ЗабИЖТа и Читинского государственного университета. Доклады по результатам исследований были представлены на следующих научных конференциях: XII международной молодежной конференции научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: перспектива развития края» (Чита - 2007); Международной научно-практической конференции «Развитие транспортной инфраструктуры основы роста экономики Забайкалького края» (Чита - 2008); XIV Байкальской Всероссийской научной конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении» ( Иркутск - 2009); IV международной научной конференции «Проблемы механики современных машин» (Улан-Удэ - 2009); IX Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения » (Чита - 2009); Международной научно-практической конференции «Динамика и прочность машин, зданий, сооружений» (Полтава - 2009) г.; XV Байкальской Всероссийской конференции с международным участием «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (Иркутск - 2010) г.; XIII международной научной конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Решетнева «Решетнев-ские чтения» (Красноярск - 2009); XIV международной научно-практической конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академии М.Ф. Решетнева «Решетневские чтения» (Крас-
ноярск - 2010); V международной научно-практической конференции «Проблемы безопасности на транспорте» (Гомель - 2010).
Публикации. Результаты исследований изложены в 15 научных работах, из которых 1 патент на изобретение, 1 положительное решение на полезную модель, 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы из 117 наименований. Общий объем работы - 168 страниц, включая 30 таблиц, 66 рисунков.
