Введение к работе
Актуальность работы. Подъем материального и культурного уровня народа неразрывно связан с совершенствованием производства, эффективное развитие которого требует всестороннего изучения, развития и внедрения средств автоматизации.
Вариаторы, представляющие собой бесступенчато-регулируемые передачи, позволяют изменять скоростной или силовой режим работы машины, что приводит к улучшению качественных характеристик многих технологических и транспортных средств.
Применение вариаторов в современных машинах позволяет: повы
сить производительность труда, улучшить качество выпускаемой про
дукции, снизить энергозатраты, наиболее полно использовать мощ
ность двигателя, вести технологические процессы на оптимальных
режимах и т.д. -..-,'
В развитых странах запада различные типы вариаторов выпускаются большими сериями специализированными фирмами, а многие мотоциклы, мотороллеры и мототранспортные средства (мини-тракторы, мотоблоки и др.) имеют автоматические клиноременные вариаторы (АКВ). В странах СНГ налажено производство мелкими партиями цепных, управляемых клиноременных и простейших импульсных непланетарных вариаторов.
Среди различных типов бесступенчатых передач особое место занимают управляемые планетарные импульсные и автоматические клиноременные вариаторы, которые могут работать в режиме трансформа-, тора врапагаего момента либо стабилизатора угловой скорости. Указанные типы вариаторов обладают фядом достоинств и-недостаточно изучены, что мешает их широкому внедрению.
Многочисленные исследования в области вариаторов были выполнены учеными Украины, стран СНГ и дальнего зарубежья, которые внесли значительный вклад в развитие науки о бесступенчатых механических передачах. Однако недостаточное вникание уделялось изучению управляемых планетарных импульсных и автоматических клиноременных вариаторов, динамические свойства которых влияют на их работоспособность, надежность к долговечность. На важность исследований' в области бесступенчато-регулируемых передач указывают зледуюшие факты. Данное научное'направление входило в координаци-
онные планы АН СССР научно-исследовательских работ по проблеме "Теория механизмов и машин" на 1981-85 гг., пункт I.II.1.3 и на 1986-90 гг., пункт.I.II.1.5. Только в Украине с конца пятидесятых годов было проведено семь Всесоюзных конференций по вариаторам. '.'."
' Публикации исследователей и фирм по. вариаторам "в западных развитых странах носят, в основном, описательный характер, а результаты, которые могут быть использованы для расчета, проектирования и улучшения свойств, являются секретами фирм и не публикуются. ;
Цель и основные задачи работы. Основная цель работы комплексная и -заключается в развитии традиционных методов механики машин применительно к системам с управляемыми планетарными импульсными и автоматическими хлиноременными вариаторами; в создании научно обоснованных методов динамического анализа и синтеза вариаторов указанных типов; повышении их динамических характеристик и разработке в рамках этих исследований некоторых направлений проблемы управления рабочими процессами и машинами с помощью вариаторов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
' I. Разработка обобщавшего математического описания движения системе изучаемыми типами вариаторов.
-
Обобщавшие исследования по определению для,стационарного режима работы расчетных динамических нагрузок, которые необходимы для прочностного расчета наиболее нагруженных звеньев вариаторов.
-
Изучение влияния процесса управления на величину динамических нагрузок.
-
Анализ влияния параметров вариатора на динамические нагрузки и ^разработка рекомендаций и ыероприятий по снижению нагрузок.
-
Исследование динамической устойчивости систем с импульсными вариаторами.
-
Определение величины движущего момента в системах с импульсными вариаторами.
?. Разработка обобщающего математического описания процессов управления агрегатом посредством вариатора независимо от го-лономности либо неголономности связи, используемой в нем, и оты-
знание оптимальных по быстродействию законов управления и движения.
-
Разработка обобщенной методики синтеза параметров регуляторов АКБ и построения его внешней характеристики.
-
Исследования на базе обобщенных уравнений движения разгона агрегата с АКБ и разработка мероприятий по улучшению динамиче-зких свойств АКБ.
-
Изучение малых колебаний в системе АКВ.
-
Особенности использования полученных результатов применительно к системам стабилизации угловой скорости.
Автор защищает научные методы динамического анализа и синтеза рассматриваемых вариаторов и повышения их динамических характеристик как систем, обеспечивавших изменение силового и окоро-зтного режимов работы машины.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Методика математического описания движения агрегатов с исследуемыми вариаторами.
-
Результаты качественной и количественной оценок динамических нагрузок, действующих на звенья импульсных вариаторов и ШВ.
-
Методика эффективного снижения динамических нагрузок в дапульсном вариаторе.
-
Результаты оценки влияния процесса управления на динами-іеские нагрузки, дейотвующие на звенья импульсногр_зариётора при зучном управлении и с помощью электродвигателя.
-
Теоретическое обоснование выбора величины движущего мо-іента для агрегата с импульсным вариатором.
-
Теоретические разработки по выявлению зон динамической «устойчивости систем о импульсными вариаторами.
-
Теоретические разработки нахождения оптимальных по быст-юдействию управлений и движений в кинематически управляемых раз-'онных оистемах.
-
Разработка обобщенного метода динамического оинтеза пара-ютров регуляторов АКВ.
-
Теоретические иооледовалия ло определению внешней харак-ериотики АКВ.
-
Теоретические исследования демпфирующих овойств АКВ.
-
Результаты качественного улучшения динамических овойств
АКВ и методы расчета параметров регуляторов, повышавших динамические свойства АКВ.
Методы исследований. В работе для решения указанных теоретических задач использованы методы аналитической механики, теории механизмов и машин, теории колебаний, теории автоматического регулирования и оптимального управления, численные методы решения дифференциальных уравнений.
Адекватность математических моделей проверялась сравнением теоретических результатов.с экспериментальными, полученными на физических моделях.
Научная новизна работы. К наиболее важным'и новым результатам исследований к разработок в диссертации можно отнести следующие: выполнено математическое описание агрегатов с управляемыми планетарными импульсными вариаторами и автоматическими клиноре-ыенными; используя предложенный метод линеаризации упругой характеристики механизмов свободного хода ШСХ), впервые получено аналитическое выражение, определяющее наибольшие динамические нагрузки на МСХ как в стационарном режиме, так и при управлении для любых типов импульсных управляемых вариаторов; впервые выявлено влияние жесткости ЫОХ, его демпфирующей способности, кинематического возмущения и передаточных функций преобразующего механизма на величину динамических нагрузок; предложены меры, направленные на снижение динамических нагрузок, к числу которых относится разработка упругой муфты с расширенным участком квазинулевой жесткости; выявлен эффект-возникновения параметрического резонанса и существенного отличия условий динамической неустойчивости Систем с импульсными вариаторами по сравнению с известными системами с релейным изменением жесткости; разработан метод определения движущего момента для систем о импульсными вариаторами; предложен новый метод решения задач оптимизации движения систем с вариаторами, что позволило установить независимость типа вариатора на быстродействие и найдены новые условия оптимального по быстродействию разгона транспортного средства с вариатором; показано, что АКВ представляет собой систему о голономной и не-голономноЯ связями, причем их действие взаимообусловлено; получено уравнение, определяющее условие автоматического изменения передаточного , отношения АКВ,и на его основе разработана обобщенная методика синтеза параметров регуляторов; впервые получена анали-
тическая зависимость для внешней характеристики АКВ; выявлен эффект демпфирующего свойства АКВ, обусловленного неголокомкостыз связи; дана оценка.наибольших динамических нагрузок в ремнэ как наиболее слабом звене АКВ:'предложены различима способы улучшения динамики разгона систем с АКВ на основе разработанной модернизации расчета параметров АКВ, работавших в режиме стабилизации угловой скорости.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований и разработок в области динамического анализа и синтеза импульсных вариаторов и АКВ доведены до уровня, пригодного для практического применения, и использованы при разработке: АКВ мотороллера в ПО "Тулмагазавод"; планетарного импульсного вариатора для главного привода вертикально-сверлильного станка из новой гаммы в OfleocxoM специальной конструкторском бюро специальных станков.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Одесского технологического института пищевой промышленности им. Л.В.Ломоносова; на УІ Всесоюзном совещании по основным проблемам Ші (Ленинград, 1971); Первом Всесоюзном съезде по ТКМ (Алма-Ата, L977); Всесоюзных конференциях: по вариаторам и передачам гибкой :вязью (Одесса, 1972, 1976, 1980, 1986), по инерционно-импульсным «еханизмам, приводам и устройствам (Челябинск, 1977, 1982); на :еминаре по теории колебаний при МВТУ им.Баумана (Москва, 1977); іа УІ Всесоюзной съезде по теоретической и прикладной механике Ташкент, 1986); на заседаниях Одесского филиала Всесоюзного се-шнара по Ш АН СССР (Одесса, 1972, 1976, 1978, 1981, 1986); есоюзной конференции по вибрационной технике (Кабулети, 1987).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 45 печатных абот, из них б авторских свидетельств.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 219 стра-ицах машинописного текста, содержит 73 рисунка, список литера-уры включает 172 наименования. Обший объем работы 295 страниц.