Формы и особенности динамического взаимодействия звеньев в виброзащитных системах с расширенным набором

Решетневские чтения

УДК 621.317

Д. Н. Насников, А. Н. Трофимов, Е. А. Пашута Иркутский государственный университет путей сообщения, Россия, Иркутск

ФОРМЫ И ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗВЕНЬЕВ В ВИБРОЗАЩИТНЫХ СИСТЕМАХ С РАСШИРЕННЫМ НАБОРОМ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Представлена научно-методологическая основа динамического синтеза виброзащитных систем с расширенной элементной базой на основе структурных методов, предполагающих введение активных (управляемых) элементов как дополнительной цепи обратной связи в виде управляющих электрогидравлических устройств.

Расчетные схемы современных машин, в том числе транспортных средств различного назначения, представляют собой, как правило, механические колебательные системы с одной или несколькими степенями свободы, в составе которых используются пассивные (пружины, демпфера) и активные (управляемые устройства) элементы. Использование управляемых устройств электро-, пневмо- и гидравлических исполнительных механизмов, по-существу, превращает виброзащитные системы (ВЗС) в специализированные системы автоматического управления [1]. Поэтому активное развитие мехатронных подходов естественным образом предопределяет интерес к динамике управляемых систем, развитию методов комбинированных систем. Одним из направлений являются разработки, связанные с концепцией введения дополнительных связей и структурными интерпретациями виброзащитных систем. Аналитический аппарат теории автоматического управления, как оказалось, обладает определенными преимуществами, связанными с возможностями использования передаточных функций и частотных методов, удобных, в частности, в оценке динамических свойств.

Обзор технологий анализа и синтеза механических колебательных систем, которые являются расчетными схемами ВЗС, дает возможность убедиться в том, что динамические свойства систем изучены достаточно детально лишь в нескольких направлениях. Поэтому представляется целесообразным развитие аналитических подходов, позволяющих ввести новые постановки задач, которые могут быть связаны с расширением элементной базы ВЗС путем введения новых элементов (например, с функциями двойного дифференцирования) и различными физическими интерпретациями [2]. В этом плане определенными возможностями обладают методы структурной теории ВЗС, в рамках которой возможны обобщенные подходы в задачах виброзащиты и виброизоляции, что создает определенные преимущества при построении активных ВЗС. Например, авторами показано, что механические колебательные системы

со многими степенями свободы и всем разнообразием расчетных схем, в результате преобразований и введения представлений о том, что участок механической цепи может быть заменен эквивалентной обобщенной пружиной, можно свести к двум базовым моделям. Такие модели являются системами с одной или двумя степенями свободы, но они содержат в своем составе обобщенные пружины [3]. Последнее понятие является обобщением понятия обычного упругого элемента, в отличие от которого приведенная жесткость обобщенной пружины зависит от частоты проходящего сигнала или внешнего воздействия.

С развитием и совершенствованием микропроцессорной техники появилось мнение о перспективности активных электрогидравлических систем виброзащиты (АЭГВЗС). В этом случае возможно обеспечение более качественной виброзащиты в результате установки в различных точках системы большого количества датчиков, показания которых будут преобразовываться в сигнал управления электрогидравлическим исполнительным механизмом с помощью микропроцессора. Дифференциальные уравнения такой системы позволяют построить структурную схему и найти соответствующие передаточные функции АЭГВЗС, которые позволяют решать необходимые задачи анализа и динамического синтеза. Как показывает анализ амплитудно-частотной характеристики и передаточной функции, активная электрогидромеханическая система виброзащиты с управлением по возмущающему ускорению в области низких частот имеет сравнительно хорошие характеристики, определяющие ее виброзащитные свойства.

Актуальным становится вопрос об изучении детализированных свойств гидравлических элементов на уровне составления их математических моделей, оценки схемных решений, предполагающих выбор рационального расположения активных элементов в схемах виброзащиты, особенностей взаимодействия пассивных и активных частей системы.

Механизмы специальных систем

Необходимость комплексного подхода к задачам защиты от вибраций и ударов предопределяет значение концептуальной основы разработок и внимания к принципам построения ВЗС. Авторами проведено сравнительное изучение вопросов синтеза как пассивных, так и активных систем, удовлетворяющих определенным критериям эффективности (коэффициент передачи), рассмотрен ряд типовых ситуаций, связанных с введением амортизаторов между объектом защиты и вибрирующим основанием. Результаты таких разработок широко используются для создания систем защиты сиденья оператора транспортных средств, в системах транспортных подвесок автомобилей, при защите прецизионных станков и приборных систем. Включение в ВЗС активных элементов в виде управляемых силовых гидроцилиндров существенно расширяет диапазон изменения динамических свойств виброзащитных систем.

Новизна результатов исследования заключается в создании научно обоснованной методологической базы для решения вопросов, связанных с

выбором конструктивно-технических решений по созданию управляемых ВЗС, использующих гидравлические устройства, а также оценки возможностей повышения эффективности ВЗС.

Библиографический список

1. Насников, Д. Н. Активные элементы как типовые звенья в управляемых виброзащитных системах / Д. Н. Насников // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Иркутск, 2008. № 4 (20). С. 41-49.

2. Насников, Д. Н. Типовые звенья в структурных интерпретациях механических колебательных систем / Д. Н. Насников, А. С. Логунов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. Иркутск, 2006. № 4 (12). С. 78-93.

3. Упырь, Р. Ю. Динамика механических колебательных систем с учетом пространственных форм соединений элементарных звеньев : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 01.02.06 / Р. Ю. Упырь. Иркутск, 2009. 19 с.

D. N. Nasnikov, A. N. Trofimov, E. A. Pashuta Irkutsk State University of Railway Engineering, Russia, Irkutsk

DYNAMIC INTERACTION FORMS AND FEATURES OF LINKS IN VIBROPROTECTION SYSTEMS WITH THE EXPANDED SET OF TYPICAL ELEMENTS

The scientific-methodological basis of vibroprotections system dynamic synthesis with the expanded element set on the basis of the structural methods assuming introduction of active (operated) elements, as additional chain of a feedback in the form of operating electrohydraulic devices is presented.

© Насников Д. Н., Трофимов А. Н., Пашута Е. А., 2009

УДК 539

А. Е. Пирогов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ТРЕХМЕРНОЕ ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕХАНИЗМА

Рассмотрен механизм, преобразующий постоянное вращательное движение в сложное вращательное движение. Механизм смоделирован в системе автоматизированного проектирования, проведен кинематический анализ модели.

Различные законы движения звеньев исполнительных механизмов в мехатронных машинах получают за счет применения интеллектуальных устройств [1; 2], дорогих и сложных в производстве. Возможна их замена на более дешевые и простые в эксплуатации механизмы с регулируемым ходом. Однако механизмы с регулируемым ходом недостаточно изучены [3]. В данной работе рассмотрен компенсационный механизм, позво-

ляющий преобразовывать простое вращательное движение в сложное вращательное.

Объектом исследования является компенсационный механизм преобразования движения (см. рисунок). Механизм преобразует постоянную угловую скорость ведущего вала 1 в переменную ведомого вала 3 посредством пазового кулачка 2, закрепленного на валу червяка [3]. Это дает возможность добиться различных эффектов - вре-