CC BY
37
Из анализа полученной структурной схемы и передаточных функций видно, что на отклонение выходной величины У5 одинаковое влияние оказывают как управляющее, так и возмущающие воздействия, что ведет к саморегулированию данного механизма в функции нагрузок со стороны рабочего процесса.
Известные в практике машиностроение адаптивные механизмы любой физической природы (механические, гидравлические, пневматические, комбинированные и др.) способны реагировать только на изменяющиеся сило-моментные параметры внешней среды. Поэтому при их исследовании использовались методы теоретической и прикладной механики и методы теории механизмов и машин.
Однако в последнее время применение адаптивных механизмов стало распространяться и на такие технологические процессы, в которых требуется корректировать режимы работы не только в зависимости от си-ло-моментных нагрузок, но и в зависимости от других видов воздействия на исполнительные органы техноло-
гических машин, станков, агрегатов, от которых зависит их оптимальное функционирование.
К таким воздействиям можно отнести температуру, от которой зависит точность обработки на металлорежущих станках и в какой-то степени их производительность, геометрические параметры затупления инструмента, от которых зависит производительность и себестоимость рабочих процессов горных и строительных машин, количество выделяемого метана, от которого зависит безопасность и производительность бурения метаносодержащих угольных пластов [3] и т.д.
Во всех перечисленных, а также других случаях необходимо разработать методы учеты этих воздействий, с помощью которых возможно корректировать и оптимально перестраивать режим работы по сути «силовых» адаптивных механизмов. Анализ существующих адаптивных механизмов в направлении возможностей перевода внешних воздействий различной физической природы в сило-моментную форму показал достаточно ограниченные пределы такой трансформации [4].
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дровников А.Н. Анализ, синтез и разработка адаптивных механизмов: -автореферат дисс. д-ра техн.наук, Алма-Ата, Казахский гос.ун-т: 1988.-32 с.
2. Дровников А.Н. Исследование
работы привода буровой машины с би-ротативным электродвигателем и дифференциалом планетарного типа: -
автореферат дисс. канд техн наук, Но-
вочеркасск, Новочеркасский политехнический институт (НПИ), 1969-22 с.
3. Диброва Г.Д. Обоснование па-
раметров гидромониторного следящего инструмента для гидроперфорирования выбросоопасных угольных пластов: автореферат дисс. канд. техн. наук. Новочеркасск, Южно-Российск.
Гос.техн.ун-т (НПИ): 2000-18 с.
4. Водяник М.Г. разработка и исследование системы автоматического регулирования бурильными машинами и двухдифференциальным приводом переменного тока - автореферат дисс. канд.техн. наук. Новочеркасск, Новочеркасский политех.ин-т:1979. -18 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Дровников Александр Николаевич - доктор технических наук, профессор, Южно-российский государственный университет экономики и сервиса.
Лемешко Михаил Александрович -кандидат технических наук, доцент; докторант ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск.
© С.А. Ляпиев, Н.Р. Степанова, 2003
УЛК 621.926.2:622.271.012.3
С.А. Ляпиев, Н.Р. Степанова
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕЛОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ УЛАРНЫХ УСТРОЙСТВ
Ударные устройства широко используются в горной промышленности при разрушении и уплотнении минеральных сред, формоизменении конструкционных материалов, а также очистке технологических емкостей. В Уральской государственной горногеологической академии разрабатываются методы рас-
чета и проектирования электромеханических ударных механизмов, в которых кратковременный электрический импульс преобразуется в энергию механического удара.
Экспериментальная проверка результатов теоретических исследований и разработанных устройств основывается на оценке максимальной величины кинетической энергии, приобретенной ударником в процессе работы устройства. Непосредственно измерить энергию удара не представляется возможным, так как в процессе работы механизма производятся удары с высоким ударным импульсом. Возможным вариантом выхода из такой ситуации явля-
ется опосредованное измерение, при котором величина кинетической энергии ударника определяется по результату его воздействия на заданный объект. В частности, кинетическая энергия механизма может быть определена по величине деформаций объекта нагружения, полученных в результате удара.
Для оценки параметров работы электромеханического ударного устройства в лабораторных условиях использован экспериментальный стенд, содержащий манипулятор с электромеханическим ударным механизмом, и упругую пластину, по которой производится удар. Пластина имеет прямоугольную форму и закреплена шарнирно по углам. После нанесения удара измерялись максимальные деформации пластины, полученные значения сравнивались с расчетными. Сравнение полученных результатов позволяет оценить энергию наносимого удара и проверить расчетные зависимости, определяющие деформации пластины.
Максимальные перемещения точки пластины, по которой производится удар, производилось при помощи модифицированного датчика измерения деформации. Модификация датчика состояла в удалении возвратной пружины, предназначенной для восстановления первоначального состояния прибора после измерения деформации. Таким образом, индикатор датчика после удара по пластине (или многократных ударов) останавливался в точке, соответствующей самому большому перемещению точки пластины в заданном направлении. Инерционные свойства чувствительного элемента частично компенсировались потерями на преодоление сопротивления движению и могли повлиять на точность проведения экспериментальных исследований. Практика проведения подобных экспериментов показывает, что погрешность измерения деформации может иметь в данном случае как положительный, так и отрицательный знак, и в силу равновероятности данных событий, не влияет на основные показатели, полученные в результате экспериментальных исследований .
Работа ударного устройства характеризуется влиянием на него большого числа факторов. Проведение экспериментальных исследований работы ударных устройств в натурных условиях - весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс, поэтому предпочтительными становятся модельные исследования, базирующиеся на методах подобия и моделирования. Для анализа работы ударного устройства и разрушения при лабораторных испытаниях установлены значения безразмерных критериев подобия, определяющих данный процесс для любых аналогичных ударных систем:
М • і
;2
Я • і ґ
М • і г, =------------.
3 Е • ґ
с • У
2
П = •
6 с • ґ
где М- параметры электромагнитной системы; Е - ЭДС; У - ток, протекающий в электромагнитной катушке; ¿- время действия ударного импульса; т -масса ударника; с- жесткость возвратной пружины ударника; у - линейное перемещение; Ь - коэффициент вязкого трения.
Математическое описание процесса работы ударника, имеющего в своем составе как электрические, так и механические элементы проведено с помощью теоретических расчетов, основанных на энергетическом анализе статически и динамически определимых механических и немеханических систем. Уравнения движения электромеханической системы записываются в форме уравнений Лагранжа второго рода и используют выражение функции Лагранжа, содержащей электрические и механические параметры механизма. В результате получена следующая система дифференциальных уравнений третьего порядка:
^ ^ „ ёЫ . _ . „
(X + 2Ы)--------------------+ 2-у + Я • 1 = Е,
Ж ёу
.. ёЫ .2 1 • р.
т • у-----1 + п • у + с • у = 0.
ёу
Решение системы дифференциальных уравнений проводилось при различных вариациях случайных воздействий заданной формы со стороны электромагнитной системы электромеханического ударного механизма. В результате получены значения кинетической энергии ударника, соответствующие этому воздействию. Расчеты показывают, что величина кинетической энергии наносимого удара, соответствующая максимуму скорости ударника, при постоянном значении массы ударника колеблется в небольших пределах при неизменной величине ударного импульса. При этом может изменяться время импульсного воздействия электромагнитной системы.
Сравнение теоретических результатов с экспериментальными свидетельствует о высокой эффективности разрабатываемых устройств. Как показали измерения, опытная установка реализует удар, при котором начальная кинетическая энергия пластины составляет 10-12 кДж, что при принятых условиях расчета соответствует 90-95 % кинетической энергии ударника. В данных условиях это соответствует сходимости результатов экспериментальных и теоретических исследований около 90 %. Расчеты кинетической энергии ударника и пластины, по которой проводился удар, проведенные в условиях экспериментальных стендовых испытаний, показывают, что коэффициент корреляции между этими величинами составляет кТ = 0,898. Это доказывает высокую степень связи между рассматриваемыми величинами.
к
т
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Ляпцев С.А. - доцент, Уральская государственная горно-геологическая академия. Степанова Н.Р. - доцент, Уральская государственная горно-геологическая академия.
