Введение к работе
Актуальность темы. Основными задачами, стоящими перед отечественным машиностроением, является создание современных высокопроизводительных, надежных, экономичных и, следовательно, конку-рентноспссобных мазшш и механизмов. Для повышения надежности машин, снижения их массы необходимо использование современных методов динамического расчета на стадии проектирования с учетом всех специфических особенностей машины.
Подъемно-транспортные и монтажные операщш'на большой высоте, в труднодоступных горных условиях (моитахс высотных сооружений, радиорелейных вышек, опор ЛЭП и др.) все чаще выполняются вертолетами. При монофилярном подвесе груза (на штатном тросе внешней подвески) поворот груза осуществляют монтажники с помощью расчалок. Одвакб участие людей в операции поворота груза не всегда возможно из условий их безопасной работы. Поэтому современная технология монтажа оборудования с применением вертолетов должна предусматривать систему азимутальной ориентации груза, включающую в себя гибкую связь (тросовую бифплярную внешнюю подвеску) и механизм поворота (МП), установленный в фюзеляже вертолета. При этом способе монтажа вертолет находится в регккме "висення", а разворот груза в требуемое положение по азимуту осуществляется с помощью МП. Это существенно позышает производительность труда и снижает затраты при монтаже оборудования, исключает или уменьшает применение ручного труда при установке оборудования в проектное положение.
Однако при пуске и торможении привода МП с гибкой связью возникают крутильные колебания, усложняющие установку груза в проектное положение и вызывающие дополнительные динамические нагрузки на элементы привода МП, приводящие, как показывает практика, к поломкам деталей механизма поворота. Кроме того, при монтажных работах и транспортировке груза элементы привода и подвески испытывают дополтггельные динамические нагрузки вследствие маятниковых и вертикальных колебаний груза на гибкой подвеске.
Динамические процессы в элементах привода МІ1 с гибкой подвеской груза имеют ряд специфических особенностей и являются недостаточно изученными. По этой причине вопросы определения динамических нагрузок, действующих на элементы привода МП с гибкой подвеской груза, не могут быть полностью решены на базе имеющихся иссле-
дований.
В связи с непрерывно расширяющейся потребностью в приводах МП и с изложенным выше, снижение динамических нагрузок в приводе механизма поворота с гибкой подвеской груза является актуальной задачей, решение которой способствует повышению надежности элементов этого привода и безопасности транспортирования и монтажа оборудования и конструкций с помощью вертолетов.
Целью работы является повышение нагрузочной способности элементов привода механизма поворота с гибкой связью путем снижения динамических нагрузок на основе выбора рациональных параметров МП с гибкой подвеской груза и специальных конструктивных методов исключения опасных перегрузох.
Объектом исследования является привод механизма поворота с гибкой связью, применяемый при монтаже оборудования с использованием вертолетов среднего класса (вертолета Ка-32).
Методы исследования. Использованы аналитические, численные и экспериментальные методы. Зависимости для определения динамических нагрузок в элементах привода механизма поворота и гибких связях (подвеске груза) установлены теоретически. Решение полученных дифференциальных уравнений колебаний в системе механизм поворота -гибкая подвеска - груз (МП-ГП-Г) выполнялось аналитически и численно с применением ЭВМ. Экспериментальные исследования с целью проверки прагильности сделанных допущений и принятых динамических моделей проводились на специальных стендах. Кроме того проводилась экспериментальная проверка установленных теоретических зависимостей в производственных условиях при летных испытаниях на вертолете Ка-32.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Предложены и научно обоснованы динамические и. математические модели для описания наиболее опасных динамических процессов, происходящих в приводе МП с гибкими связями, используемом при монтаже оборудования с применением вертолета: крутильных колебаний в системе МП-ГП-Г при пуске и торможении МП; маятниковых и вертикальных колебаний груза на гибкой подвеске, возникающих соответственно при изменении скорости точки подвеса груза при транспортировке его и изменении скорости подъема - опускания груза.
Получены теоретически и эксперимешальпс обоснованы зависимости для определения динамических нагрузок в элементах привода МП и подвески груза, возникающих при крутильных, маятниковых и верти-
кальних колебаниях груза.
Разработаны рекомендации, позволяющие установить рациональные параметры гибкой подвески груза, обеспечивающие более благоприятные условия работы элементов привода МП и гибкой подаескп за счет уменьшения динамических нагрузок и ограничения перемещений, возникающих вследствие колебаний.
На основании проведенных динамических исследований обоснованы и предложены конструктивные способы уменьшения динамических нагрузок и исключения перегрузок элементов привода МП при наиболее опасных режимах его работы; новизна предложенных конструктивных решений подтверждена двумя патентами РФ на изобретения.
Практическая ценность и реализация результатов работы заключается в разработке методики расчета динамических нагрузок, возникающих в элементах механизма поворота с гибкой связью при монтаже оборудования с применением вертолета. Разработанные рекомендации по выбору оптимальных параметров механизма поворота и системы гибкой подвески груза, а также конструктивные способы повышения нагрузочной способности и исключения перегрузок элементов привода и гибкой подвески внедрены в Научно-производственной компании применения авиации в народном хозяйстве (НПК ПАНХ, г. Краснодар) при совершенствовании системы азимутальной ориентации груза для монтажа оборудования с применением вертолетов. Полученные результаты могут быть применены также при совершенствовании механизмов поворота с гибкой подвеской для наземных подъемно-транспортных средств.
Экономический эффект от внедрения указанных разработок и рекомендаций составил 58 млн.руб. в год на один вертолет (в ценах1997г.). Дсстсвест.ость результатов и выводов. Корректность постановки задач, обоснованность выбора основных допущений и принятых динамических и математических моделей, аналитических и численных методов, подтверждается удовлетворительным согласованием результатов теоретических исследований и экспериментов на стендах и в производственных условиях, положительным опытом внедрения полученных результатов и рекомендаций в НПК ПАНХ (г. Краснодар) при конструкторских расчетах, доводке и модернизации механизма поворота груза, используемого для монтажа оборудования с применением вертолетоз.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались л обсуждались: на заседаниях кафедры технической механики КубГТУ в 1994-1998 гг.; на научно-методических семинарах "Техническая механика" КубГТУ в 1994-1998 гг.; на Третьей Международной конференции "Концепции развития и высокие технологии производства и ремонта
транспортных средств в условиях постиндустриальной экономики", г. Оренбург, 1997 г.; на Первой международной научно-технической конференции "Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование", г. Калининград, 1997 г.; на Краевых научно-технических конференциях "Автоматизированные производства, САПР ТП в промышленности", г. Краснодар, 1996 г. н 'Проблемы повышения автоматизации производства и надежности новой техники", г. Краснодар, . 1993 г.
Публикации. По результатам выполненных исследований по теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, получено 2 патента РФ "на изобретения.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 128 наименований, приложения. Основная часть работы изложена на 158 страницах, содержит 47 рисунков. В приложении на 40 страницах содержатся таблицы с результатами расчетов и экспериментов, осциллограммы итарировочные графики.