Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время остро стоит задача
внедрения инновационных разработок для создания высокотехнологичного
оборудования. В области машиностроения это связано с разработкой новых
машин, обеспечивающих высокую технологию и удовлетворяющих требова
ниям надежности, точности и быстроходности.
Создание таких машин для различных отраслей промышленности связано с разработкой новых механизмов, обладающих улучшенными кинематическими и динамическими свойствами.
К таким механизмам относятся и механизмы переменной структуры (МПС), у которых в процессе движения дискретно изменяются некоторые характеристики, в совокупности определяющие их как динамические объекты.
Созданием машин на основе механизмов переменной структуры, изучением их особенностей посвящены работы профессоров О .Д. Алимова, С. Аб-драимова, Т.О. Невенчанной и др. Эти механизмы нашли применение в ударных механизмах (буровых устройств «Луна-24»), в кузнечно-прессовом оборудовании (выпущены серийно прессы-автоматы типа «Уста»), в горном деле (отбойные молотки). Исследования механизмов переменной структуры продолжаются учеными Академии наук Кыргызской республики. Однако применение существующих МПС м разработка новых кинематических схем МПС вызывает необходимость дальнейшего развития исследований их структуры, кинематики и динамики.
Данная работа выполнена в соответствии с планами НИР кафедры теоретической и прикладной механики Астраханского государственного технического университета по проблеме «Динамика исполнительных механизмов и машин» за 1998-2005 г. и при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований «Механизмы переменной структуры» № 05-01-096502.
Цель диссертационной работы: разработка методов структурного и динамического анализа механизмов переменной структуры с дисковыми звеньями, обоснование новой схемы исполнительного механизма переменной структуры с комбинированным шатуном, обеспечивающей переключение режимов работы без муфты сцепления.
Для достижения поставленной цели были рассмотрены и решены следующие задачи:
создание принципов и методики структурного анализа МПС, уточнение их классификации;
разработка новой кинематической схемы исполнительного МПС для кузнечно-прессового оборудования и исследование его работоспособности;
разработка математической модели исполнительного механизма МПС с комбинированным шатуном;
- экспериментальная проверка работоспособности исполнительного МПС
с комбинированным шатуном.
Методы исследования. Проведённые исследования базируются на методах анализа механизмов механики машин. Решение дифференциальных уравнений движения исполнительного МПС пресса с комбинированным шатуном и экспериментальной установки проводились на ЭВМ с использованием известных математических пакетов.
Научная новизна:
уточнена существующая классификация МПС, в которой нашли место дисковые механизмы переменной структуры;
разработана методика динамических исследований МПС с учетом реального положения центров масс и инерционных характеристик звеньев, выполненных в виде дисковых, в результате анализа которых установлено, что при переключении на холостой ход динамическая нагру-женность МПС на порядок ниже, чем динамическая нагруженность при приложении технологической нагрузки;
обоснована возможность упрощения расчетной схемы МПС с комбинированным шатуном до системы с одной степенью свободы.
Практическая ценность:
создана новая схема МПС с комбинированным шатуном, обеспечивающая непрерывность работы без муфты сцепления. Схема защищена патентом № 2219059 от 20 декабря 2003г.;
создан экспериментальный образец пресса, в котором МПС с комбинированным шатуном является исполнительным механизмом и проведены экспериментальные исследования данного образца;
на основе разработанной методики проведены динамические исследования КіПС с комбинированным шатуном, в результате которых было установлено, что реакции в кинематических парах соответствуют технологической нагрузке, что позволило упростить инженерную методику анализа данного механизма;
сравнение результатов эксперимента и теоретических исследований подтверждают достаточную точность математической модели;
разработана инженерная методика расчета допускаемой нагрузки на ползуне исполнительного механизма экспериментального образца пресса;
МПС с комбинированным шатуном используется на ОАО АМЗКПО «АКМА» в качестве исполнительного механизма на выпускаемых заводом прессах моделей КД 2122Г (усилием 160 кН) и КД 2124 (усилием 250 кН);
результаты работы внедрены в учебный процесс на кафедре «Подъемно-транспортные машины, производственная логистика и механика машин» Астраханского государственного технического университета.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы обсуждались на Международной конференции «Проблемы механики современных машин» (г. Улан-Удэ 2000г.), XXVIII Летней школы «Актуальные
проблемы механики» (г. Санкт-Петербург 2001 г.), Восьмом всероссийском съезде по теоретической и прикладной механике (г. Пермь 2001г.), Всероссийской конференции «Проблемы динамики и прочности исполнительных механизмов и машин» (г. Астрахань 2002г.). На IV и VI Московском международном салоне инноваций и инвестиций за данную разработку были полу- ; чены серебряная и бронзовая медали (2004г, 2006г.), а также диплом и медаль «Лауреат ВВЦ» (2005г.).
Публикации. Результаты работы изложены в 11 печатных работах, в том числе в 1 патенте.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, 5-й глав, заключения, списка литературы из 94 наименований и 3 приложений; содержит 135 машинописных страниц основного текста, 93 рисунка, 7 таблиц.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Уточненная классификация механизмов переменной структуры.
-
Новый МПС с комбинированным шатуном для кузнечно-прессового оборудования, представляющий собой кривошипно-ползунный механизм в рабочем режиме работы пресса и однозвенный механизм, со- , * вершающий вращение в холостом режиме. Используются дисковые' звенья для компактности конструкции.
-
Математическая модель пресса с комбинированным шатуном и резуль-. . таты исследований динамики пресса на основе математической моде- .' ли: алгоритм определения допускаемой нагрузки на ползуне, влияние сил трения в кинематических парах.
-
Экспериментальные исследования механизма переменной структуры с комбинированным шатуном. Результаты экспериментальных исследований сравнивались с теоретическими расчетами.
