Введение к работе
Актуальность темы работы. В современной технике увеличение производительности машин основано на повышении надёжности их работы, увеличении рабочих скоростей и нагрузок. В связи с этим предъявляются повышенные требования к устройствам, предохраняющим детали и узлы машин от перегрузок и выхода их из строя.
Для решения указанной задачи предназначены и широко применяются в приводах машин предохранительные муфты, в том числе устройства, принцип действия которых основан на передаче предельной нагрузки с использованием трения. Существенный недостаток муфт данного типа, заключающийся в нестабильности предельной нагрузки, привел к созданию предохранительных фрикционных муфт повышенной точности ограничения нагрузки, называемых адаптивными фрикционными муфтами (АФМ).
Проявляемый в последнее время научный и технический интерес к адаптивным механическим приводам машин обусловлен их потенциальными возможностями к автоматическому регулированию скорости выходного звена, зависящей от приложенной к нему нагрузки, силы или момента сопротивления, например, в механизме, разработанном в НПО «Зубчатая бесступенчато регулируемая передача» (Россия, г. Казань). Вместе с тем, приводы данного типа отличаются повышенной сложностью и не способны ограничивать заданную предельную величину нагрузки, что не решает задачу по защите приводов от перегрузок.
Механические приводы машин, выполненные по общепринятым схемам, в настоящее время находят широкое применение в самых различных областях машиностроения и других отраслях техники. Как правило, обязательным для таких приводов является применение предохранительного устройства, защищающего наиболее слабое звено.
Ранее исследованные варианты АФМ второго поколения с раздельным силовым замыканием показали более высокую эффективность защиты приводов машин от перегрузок, в основном, за счёт повышенной точности срабатывания и видоизменённой формы нагрузочной характеристики. Вместе с тем, исследования показали недостаток схем раздельного замыкания в отношении оптимального использования усилий пружин.
Недостаточные системные исследования АФМ не позволили разработать методики их расчёта и проектирования с учетом влияния собственных характеристик муфт на технические показатели приводов машин.
Изложенное позволяет считать задачу исследования, заключающуюся в синтезе конструктивной схемы АФМ с автономным силовым замыканием и в разработке научно обоснованной инженерной методики её расчёта и проектирования, с учетом технических показателей приводов машин, актуальной.
Цель работы - разработка элементов теории АФМ с автономным силовым замыканием и применения в приводах машин для повышения точности срабатывания и нагрузочной способности муфт.
Задачи исследования:
разработка конструктивной схемы и математической модели АФМ с автономным силовым замыканием, исследование статического и динамического режимов её нагружения, нагрузочных характеристик и теплового процесса при срабатывании муфты;
изучение влияния эксплуатационных характеристик АФМ с автономным силовым замыканием на технико-эксплуатационные показатели привода машины;
- проведение экспериментальных исследований и апробация на модели
АФМ с автономным силовым замыканием;
- разработка методики расчёта и проектирования АФМ с автономным сило
вым замыканием.
Объект исследования - процессы автоматического регулирования, происходящие в АФМ с автономным силовым замыканием пар трения основной (ОФГ) и дополнительной (ДФГ) фрикционных групп.
Предмет исследования - АФМ с автономным силовым замыканием и приводы машин.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов:
- в работе использованы теоретические и эмпирические методы исследова
ния, решения задач, базирующиеся на экспериментальных данных и известных
положениях теоретической механики, теории механизмов и машин, деталей ма
шин, а также методов моделирования;
- достоверность полученных результатов подтверждается корректностью
разработанных математических моделей, их адекватностью по известным крите
риям оценки изучаемых процессов, использованием положений фундаментальных
наук и сходимостью теоретических результатов с данными эксперимента.
На защиту выносятся следующие новые и содержащие элементы новизны основные положения:
обоснование принципа применения автономного силового замыкания в АФМ;
формы нагрузочной характеристики АФМ с автономным силовым замыканием;
влияние времени буксования АФМ с автономным силовым замыканием на температуру нагрева трущихся поверхностей пар трения;
влияние нагрузочной способности и точности срабатывания АФМ с автономным силовым замыканием в приводе машины на его технические характеристики;
- научно обоснованная инженерная методика расчёта и проектирования, прин
ципы настройки АФМ с автономным силовым замыканием.
Научная новизна работы заключается в том, что автором: – разработана математическая модель АФМ с автономным силовым замыканием, позволившая определить наилучшую форму нагрузочной характеристики и параметры муфты для достижения высокой точности срабатывания и номинальной нагрузочной способности (п. 2 паспорта специальности);
– исследован тепловой процесс при срабатывании АФМ с автономным силовым замыканием, в результате чего найдена закономерность изменения температуры нагрева пар трения и величины коэффициента трения в функции времени буксования, что позволило определить изменение величины момента сил трения муфты в процессе буксования (п. 1 паспорта специальности);
- найдены закономерности, отражающие влияние эксплуатационных показате
лей – нагрузочной способности, точности срабатывания и места установки АФМ с
автономным силовым замыканием в приводе на его технические характеристики,
что позволяет минимизировать массогабаритные показатели привода и машины в
целом (п. 2 паспорта специальности).
Теоретическая значимость результатов работы заключается в том, что разработанная концепция развивает представления о способах повышения точности срабатывания АФМ с раздельным силовым замыканием. Предложенные теоретические положения расширяют методологические подходы к развитию способа применения раздельного силового замыкания в предохранительных фрикционных муфтах адаптивного типа. Рассмотренные теоретические основания применения АФМ с автономным силовым замыканием вносят вклад в теорию применения предохранительных устройств в приводах машин.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
– разработана научно обоснованная инженерная методика расчёта и проектирования АФМ с автономным силовым замыканием, позволяющая создавать муфты с высокой нагрузочной способностью и точностью срабатывания, в том числе при неопределённой максимальной величине коэффициента трения;
– разработаны методические указания по настройке АФМ с автономным силовым замыканием;
- разработаны рекомендации по ограничению времени буксования АФМ с
автономным силовым замыканием, обеспечивающему повышению срока службы
пар трения;
– результаты исследования в виде разработанной методики расчёта и проектирования АФМ с автономным силовым замыканием приняты к внедрению в ООО «Ростовский прессово-раскройный завод», г. Ростов на Дону.
Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы по диссер-
тационной работе докладывались и обсуждались на 7-й, 9-й и 10-й международных научно-практических конференциях «Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения», 2528 февраля 2014 г., г. Ростов н/Д; 2-4 марта 2016 г., г. Ростов н/Д, 1-3 марта 2017 г. Ростов н/Д, на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Донского государственного технического университета, г. Ростов н/Д, 2014-2018 гг.
По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ, в том числе 9 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и научная монография.
Структура и объем диссертации. Диссертация общим объёмом 184 страницы состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы из 110 наименований, включает 39 рисунков, 9 таблиц и приложения на 16 страницах. Основной текст диссертации изложен на 151 странице машинописного текста.