Введение к работе
Актуальность темы. Увеличение производительности, рабочих скоростей и нагрузок машин предъявляют повышенные требования к эффективности работы предохранительных муфт. Большинство отказов, связанных с перегрузками, приводит к простоям машин из-за поломок и к снижению их производительности.
Эффективность работы предохранительных фрикционных муфт тесно связана с точностью срабатывания. Повышение точности срабатывания уменьшает число поломок деталей, снижает действующие нагрузки, материалоемкость, энергоемкость и стоимость машин.
Существующие адаптивные фрикционные муфты (АФМ) и способы повышения точности срабатывания не дают удовлетворительного решения по эффективной защите приводов машин от перегрузок. Согласно имеющимся данным, изменение вращающего момента АФМ лишь в 2...3 раза меньше величины рассеяния коэффициента трения. Это объясняется недостаточным исследованием внутриструктурных связей АФМ, функциональных соогношений между коэффициентом усиления (КУ) обратной связи и коэффициентом трения, и отсутствием структурно-конструктивных решений, позволяющих существенно повысить точность срабатывания АФМ. Применяемая в АФМ отрицательная одноконтурная обратная связь с постоянной величиной КУ имеет ограниченные возможности для повышения точности срабатывания, и увеличения нагрузочной способности муфт.
В связи с этим проблема повышения эффективности АФМ на основе установления закономерностей формирования и оптимизации внутриструктурных связей, разработки основ теории и развития методик расчета оптимальных параметров муфт, является актуальной.
Объект исследования: - процессы в АФМ при срабатывании в составе приводов машин
Предмет исследования: - способы повышения точности срабатывания АФМ на основе установления закономерностей формирования внутриструктурных связей, их оптимизации и разработки более точных методов расчета.
Научная проблема - обоснование способов повышения эффективности применения АФМ в приводах машин с оптимизацией внутриструктурных связей и определением оптимальных параметров в зависимости от условий эксплуатации.
Цель работы - разработка основ теории и расчета, методик проектирования, рациональных способов применения в приводах машин и создание АФМ, обладающих высокой точностью срабатывания, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области предохранительных устройств от перегрузки.
Направления исследования:
- поиск путей повышения точности срабатывания АФМ на основе оптимизации
внутриструктурных связей,
- разработка и развитие теоретических положений для расчета новых конструкций
АФМ;
- экспериментальные исследования процесса срабатывания АФМ;
-т разработка и совершенствование методик расчета АФМ
Работа проводилась по темам:
«Исследование фрикционного контакта твердых тел с отрицательной обратной связью» (№ гос. регистрации 01 990.004214), выполненной в области фундаментальных научных исследований в соответствии с единым заказ-нарядом Министерства образования РФ;
«Разработка и исследование методов и средств защиты от перегрузок приводов рабочих органов зерноуборочных комбайнов семейства «Дон» (№№ гос. регистрации 01.84.0039807, 01.85.0054209, 01.89.0045865), выполненным в соответствии с целевой комплексной научно-технической программой ГКНТ О.Ц.048, тема 04.16 «Разработка комплекса мероприятий, направленных на повышение эксплуатационной надежности и долговечности комбайнов семейства «Дон».
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов1
ь работе использованы теоретические и эмпирические методы исследования, решения задач базируются на экспериментальных данных и известных теоретических положениях теоретической механики, теории сопротивления материалов, физики, динамики машин, теории механических колебаний, теории механизмов и машин;
достоверность полученных результатов подтверждается корректностью разработанных математических моделей, их адекватностью по известным критериям оценки изучаемых процессов, использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью полученных теоретических результатов с данными эксперимента и результатами промышленной эксплуатации созданных АФМ, а также с результатами исследований других авторов;
достоверность новизны технических решений подтверждается 78 авторскими свидетельствами СССР и 24 патентами РФ на изобретения.
На защиту выносятся:
системный анализ отечественных и зарубежных АФМ, на основе которых создана и впервые представлена классификация типов конструктивных решений АФМ, позволяющая наглядно и обозримо провести систематизацию средств защиты приводов от перегрузок, а также путей повышения их качества на основе практики известных исследований.
созданные и защищенные авторскими свидетельствами и патентами новые АФМ и
5 способы повышения точности их срабатывания, позволяющие существенно поднять эффективность использования теоретических положений при исследовании проблем эффективности защиты приводов машин от перегрузок;
теоретические основы применения в АФМ отрицательно-нулевой, двухконтурной отрицательной, положительно-отрицательной и положительной обратной связи;
разработанные теоретические положения:
математическая модель устойчивости движения привода с АФМ с учетом особенностей действия обратной связи;
методика по минимизации размеров и массы привода машины с АФМ.
- методики расчета оптимальных параметров различных классов АФМ.
Научная новизна результатов исследования:
впервые для повышения точности срабатывания предложено и обосновано применение в АФМ различных типов обратной связи;
созданы теоретические основы применения в АФМ отрицательно-нулевой, двухконтурной отрицательной, положительно-отрицательной и положительной обратной связи;
теоретически обоснован принцип создания АФМ с переменной величиной КУ обратной связи, нечувствительной к изменению коэффициента трения;
впервые установлено влияние обратной связи АФМ на картину колебательного процесса в приводе, получены ограничения величин параметров обратной связи для режимов синхронизации и работы АФМ, соответствующей падающей характеристике силы трения;
обосновано влияние величины КУ и места установки АФМ в приводе на его массу и стоимость, что позволило разработать алгоритм минимизации последних.
Практическая полезность работы:
разработанные в диссертации положения теории конструирования АФМ позволяют повысить эффективность проведения НИОКР, найти новые конструктивные решения при разработке АФМ с более высоким уровнем эффективности защиты приводов машин;
найденные решения задач теории и методики расчета и моделирования АФМ существенно сокращают объем исследований, снижают затраты материальных ресурсов на отработку их новых конструкций;
установленная закономерность влияния параметров обратной связи АФМ на весо-габаритные показатели приводов машин представляет методологическую основу для проектирования деталей и узлов приводов с оптимальными габаритами и массой.
Реализация результатов работы. Результаты внедрены:
в ГСКБ по комплексам зерноуборочных машин ОАО «Ростсельмаш» в виде методики расчета и проектирования АФМ с двухконтурной отрицательной обратной связью, принятой к использованию в перспективном проектировании;
в межхозяйственной передвижной механизированной колонне «Курганагропром-етрой» в виде опытных образцов АФМ по а. с. № 1430633 и по а. с. № 1603089;
в ООО «СевКавМонтажСтрой» в виде опытных образцов АФМ по а. с. № 1295064 к по а. с. № 1574942;
в виде методических указаний к практической работе «Анализ надежности адап-гичхшх систем автоматического управления механического типа» в учебном процессе РГЛСХМ ГОУ.
Экономический эффект от внедрения АФМ по а. с. № 1430633 и № 1603089 составил 7472 руб. (по индексу цен на начало 1990 г.), от внедрения АФМ по а. с. № 1295064 и № 1574942 - 50461,7 руб. (по индексу цен на середину 2002 г.).
Апробация работы. Основные положения, результаты, выводы и рекомендации диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научно-технических конференциях ППС Ростовского-на-Дону института сельскохозяйственного машиностроения (г. Ростов н/Д 1985-1986 гг.); на научно-практических конференция ^ Советов НТО Машпром ПО «Ростсельмаш» им. Ю.В. Андропова и завода-втуза при ПО «Ростсельмаш» (г. Ростов н/Д, 1987-1991 гг.); на научно-практических конференциях «Интеграция отраслевой и вузовской науки» Ростовского-на-Дону института автоматизации и технологии машиностроения и ОАО «Ростсельмаш» (г. Ростов н/Д, 1993-1995 гг.); на научно-практических конференциях ППС Ростовской-на-Дону государственной академии сельскохозяйственного машиностроения (г. Ростов н/Д 1996-1998 гг.); на Всесоюзной научно-технической конференции «Современные проблемы технологии машиностроения», посвященной 100-летию со дня рождения Э.А. Сателя (г. Москва, 1986 г.); на объединенном научном семинаре кафедр «Детали машин», «Теория механизмов и машин» и «Сопротивление материалов» Курганского машиностроительного института (г Курган, 1991 г), на международной научно-технической конференции «Надежность машин и технологического оборудования» (г. Ростов н/Д, 1994 г.); на XII научно-технической конференции «Машиностроение: интеграция отраслевой и вузовской науки» (г. Ростов н/Д 1998 г.); на региональной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (г. Ростов н/Д, 1999 г.); на международной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования зерноуборочной техники: конструирование, организация производства, эксплуатация и ремонт» (г Ростов н/Д 1999 г); на международной научно-технической
7 конференции «Интеграция отраслевой и вузовской науки: проблемы современного машиностроения» (г. Ростов н/Д, 2000-2001 гг.); на международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (XV -* г. Тамбов, 2002 г.; XVI - г. Ростов н/Д, 2003 г.; XVII - г. Кострома, 2004 г.; XVIII - г. Казань, 2005 г.); на региональной научно-технической конференции «Проблемы современного машиностроения» (г. Ростов г/Д, 2004 г). В полном объеме работа докладывалась на объединенном научном семинаре «Совершенствование технико-эксплуатационных показателей машин и механизмов» Курганского государственного университета (г. Курган, 2006 г.). Адаптивная фрикционная муфта по а. с. № 1055915 удостоена диплома на конкурсе «Лучшие технологии, продукция, услуги в ведущих отраслях промышленности» Южно-Российского инвестиционного научно-промышленного форума, г. Ростов н/Д, 2005 г.
Публикации. Основные положения, результаты и выводы диссертационной работы опубликованы в 55 статьях и в 1 научной монографии. По теме диссертации получено 78 авторских свидетельств СССР и 24 патента РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 304 страницы состоит из введения, восьми глав и основных результатов работы, включает 135 рисунков, 2 таблицы, список использованных источников из 262 наименований и 15 приложений на 30 страницах.
