Оценка влияния демпфирующих элементов на динамику гидромеханического привода Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 622.24:681.52

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДЕМПФИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ДИНАМИКУ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА

М. Н. Хахалин, В. А. Кудрявцев Научный руководитель - В. Г. Жубрин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Приведены результаты исследования на математической модели динамических характеристик гидромеханического привода вращения рабочего оборудования мобильной бурильной машины. С целью ликвидации причин отказов карданных валов привода предложена установка упругой муфты.

Ключевые слова: привод, карданный вал, упругая муфта, крутильные колебания.

EVALUATION OF THE INFLUENCE ON DYNAMICS DAMPING ELEMENTS

HYDROMECHANICAL DRIVE

M. N. Khakhalin, V. A. Kudryavtsev Scientific Supervisor - V. G. Zhubrin

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

The results of research on the mathematical model of the dynamic nature of the stick-hydro-mechanical drive rotation of the mobile equipment drilling machine. In order to eliminate the causes of failures driveshafts drive offered mouth-Novka flexible coupling.

Keywords: drive, propeller shaft, flexible coupling, torsional oscillations.

Крутильные колебания упруго-массовых систем относятся к тем опасным динамическим нагрузкам, которые могут приводить к аварийным повреждениям валов, редукторов, упругих муфт и других элементов механических и гидромеханических приводов машин. В данной работе в качестве объекта исследования выбран гидромеханический привод рабочего оборудования бурильной машины. Привод включает двигатель, раздаточную коробку, два карданных вала и фрикционную муфту. Ранее проведённые исследования позволили установить высокочастотный характер крутильных колебаний одного из карданных валов. Угловая деформация достигала 0,018 рад, а крутящий момент 600 Нм, что в 1,5 раза превышает допустимые нормы.

Средством защиты от резонансных крутильных колебаний, возникающих в механизме, служат упругие муфты. Эти муфты характеризуются наличием упругого элемента, за счет деформации которого осуществляется взаимное перемещение деталей муфты.

При работе упругих муфт всегда имеют место потери энергии на трение (внутреннее и внешнее), сопровождающее деформацию упругих элементов, т. е. упругие муфты обладают свойством демпфирования или способностью необратимо поглощать механическую энергию. В представленной работе рассматривается возможность ввода в систему карданный вал - раздаточная коробка втулоч-но-пальцевой упругой муфты.

Расчетная динамическая схема трансмиссии бурильно-крановой машины с упругой муфтой изображена на рис. 1.

Систему дифференциальных уравнений, описывающую колебания динамической модели, изображенной на рис.1, можно представить следующим образом:

Секция «Проектирование машин и робототехника»

•ЛФ1 = Мда - Ск ( Ф1 -Ф2 ) - /к (1Ф1 -Ф2 ),

12Ф 2 = Ск (Ф1 -Ф2 ) + (ф 1 -Ф 2 )-Су (Ф2 -Ф3 ) + /у (Ф 2 -ф3 ), ■зФз = Су (Ф2 - Фз ) - /у (Ф2 - Фз) -Мнпр -Ммпр,

■4Ф 4 = Мнр - Мспр,

где /к - коэффициент, учитывающий трение в шарнирах; /у - коэффициент, учитывающий действие эквивалентного демпфирующего момента.

п,

/

\

л

V

х

Мс

Рис. 1. Расчётная динамическая схема привода с упругой муфтой: ■ - приведенный к первому кардану момент инерции двигателя; 12 - приведенный к первому кардану момент инерции кардана и упругой полумуфты; ■3 - приведенный к упругой муфте момент инерции второй полумуфты, раздаточной коробки, гидронасоса и ведущей части фрикциона; ■4 - приведенный к ведомой части фрикциона

момент инерции ведомой части, второго кардана и буровой штанги; Мдв - момент, развиваемый двигателем; мс - момент сил сопротивления бурению; Ск - жесткость первого кардана; Су - жесткость упругой муфты; ф1, ф2, фз, ф4 - углы поворота

приведенных масс.

Момент сопротивления бурению формировался на основании исследований [1; 3], момент на валу двигателя определялся его скоростной характеристикой [2] .

Для сравнительной оценки нагруженных состояний карданного вала с введением упругой муфты и без нее построен график (рис. 2), на котором показан характер изменения крутящего момента на карданном валу в обоих случаях.

Рис.

О 0.1 Ц2 0,3 О А 05 0.6

2. Имение крутящего момента на карданном валу: ---с упругой муфтой (2);----------и без неё (1)

Из графика видна очевидность преимущества введения упругой муфты в трансмиссию машины. При исследованиях без упругой муфты наблюдались интенсивные высокочастотные колебания около средней величины 300 Нм, которые продолжались в течении всего процесса бурения.

Введение упругой муфты позволило избавиться от опасных с точки зрения преждевременных разрушений, высокочастотных колебаний. Причем уровень динамических нагрузок снижается до 240 Нм.

Библиографические ссылки

1. Разработка сезонно-мерзлых грунтов Восточной Сибири траншейными экскаваторами : монография / С. И. Васильев, С. П. Ереско, В. Г. Жубрин, Б. В. Осипенко. Красноярск : Изд-во СФУ, 2010. С. 140.

2. Ереско С. П., Жубрин В. Г., Шустов В. Л. Разработка и исследование математической модели гидропривода бурильной машины // Строительные и дорожные машины. 2009. № 3. С. 37-41.

3. Васильев С. И., Ереско С. П. Исследование процесса резания грунтов с гравийно-галечниковыми включениями роторными рабочими органами // Системы. Методы. Технологии : науч. период. журн. Братск : Изд-во БрГУ. 2010. № 4 (8). С. 145-153.

© Хахалин М. Н., Кудрявцев В. А., 2015