ПРОЕКТИРАНЕ И ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПРОФИЛНИ...

ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ - ГАБРОВО

ФАКУЛТЕТ МАШИНОСТРОЕНЕ И УРЕДОСТРОЕНЕ КАТЕДРА „ИНДУСТРИАЛЕН ДИЗАЙН И ТЕКСТИЛНА ТЕХНИКА”

маг. инж.Красимир Василев Кръстев

ПРОЕКТИРАНЕ И ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПРОФИЛНИЕЛАСТИЧНИ СЪЕДИНИТЕЛИ

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т на

Д И С Е Р Т А Ц И Я

за получаване на образователна и научна степен „ДОКТОР”

”

Научен ръководител: проф. д-р инж. Иван Люцканов Балашев

Рецензенти:

1.проф.д-р Галя Великова Дунчева2.доц.д-р Георги Петров Тонков

Научна специалност "Машинознание и машинни елементи"

ГАБРОВО – 2017

ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ - ГАБРОВО

Факултет Машиностроене и уредостроене Катедра „Индустриален дизайн и текстилна техника”

маг. инж.Красимир Василев Кръстев

ПРОЕКТИРАНЕ И ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПРОФИЛНИ ЕЛАСТИЧ-

НИ СЪЕДИНИТЕЛИ

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

на дисертация представена за получаване на образователна и научна степен

„ДОКТОР”

Научен ръководител:

проф. д-р инж. Иван Люцканов Балашев

Рецензенти:

1.проф.д-р Галя Великова Дунчева 2.доц.д-р Георги Петров Тонков

Научна специалност

"Машинознание и машинни елементи"

ГАБРОВО – 2017

2

Дисертационният труд съдържа 4 глави изложени на 105 стра-ници, в който са поместени 121 фигури и графики, 22 таблици, общи изводи и списък на използваната литература от 74 заглавия, от които 35 на кирилица и 39 на латиница, приложения и 1 внедряване в произ-водството.

Дисертационният труд е обсъден и насочен за защита на засе-

дание на Разширен катедрен съвет на катедра „Индустриален дизайн и текстилна техника” при Технически университет - Габрово, състоял се на 24.02.2017 г.

Изследванията от дисертационния труд са извършени в катедра „Индустриален дизаин и текстилна техника”

Означенията на фигурите и формулите в автореферата съвпадат с тези

в дисертацията.

Защитата на дисертационният труд ще се състои на .............г. от .........ч. в ........................................ на открито заседание на жури, сформирано със заповед на Ретора № ............./...............2017 г.

Автор: Красимир Василев Кръстев Е-mail: [email protected]

Заглавие: Проектиране и изследване на профилни еластични съединители

3

ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

Анотация В дисертационната работа е проведено проектиране и изслед-

ване на гама профилни еластични съединители с неметални еластич-ни елементи от вискоеластични материали.

Съединителите са елементи на въртеливото движение, които служат за свързване на валове помежду им или на валове с други елементи (зъбни колела, ремъчни шайби, барабани и др.) без да променят ъгловата скорост и въртящия момент. Основното им пред-назначение е да предават въртящ момент при определена ъглова скорост от един вал на друг или от вал на свободно поставен върху него машинен елемент - ремъчна шайба, зъбно колело и др.

Съществува голямо разнообразие конструкции на съединители с неметални еластични елементи. Освен създаването на кинематич-на и силова връзка между отделните елементи на задвижването съединителите изпълняват и редица други много важни функции:

1.Компенсират вредното влияние на несъосността или осовото изместване на съединяваните валове, получени в резултат на неточ-ности в изработката или монтажа, вследствие на износване, темпе-ратурни промени или други причини;

2.Гасят възникващите при работа удари, тласъци и вибрации; 3.Улесняват пускането на машините; 4.Осигуряват сцепване и разделяне на свързваните елементи; 5.Предпазват елементите от претоварване и разрушаване; 6.Ограничават ъгловата скорост и др.

От провдените проучвания и анализ на съществуващи патенти и в литературата на конструкции на профилни еластични съединители се установиха някои от следните недостатъци:

- при разрушаване на еластичния елемент се прекъсва връзката между валовете;

- сложна конструкция и усложнен монтаж; - имат елементи от заварена конструкция.

Цел и задачи на дисертационния труд: В дисертационния труд е формулирана следната основна цел: На базата на направен анализ да се разработят и експеримен-

тират гама профилни съединители с еластичен елемент от вискоелас-тични материали и да се установят статичните и динамичните им ха-рактеристики, като и обоснове целесъобразността на тяхното прило-

4

жение в известни вече конструкции, като алтернатива на използваните в момента еластични съединители.

Основни задачи на дисертационния труд: 1. Проектирането и изработка на гама профилни съединители

с еластичен елемент от вискоеластични материали; 2. Теоретично определяне на оптималните размери на елас-

тичните съединители с еластичен елемент от вискоеластични матери-али с триъгълен, четириъгълен, петоъгълен и шестоъгълен профили;

3. Теоретично определяне на напреженията, деформациите и статичните характеристики на съединители с еластичен елемент от вискоеластични материали с триъгълен, четириъгълен, петоъгълен и шестоъгълен профили;

4. Проектиране и изработка на стенд за експериментални изс-ледвания на еластичните съединители с еластичен елемент от виско-еластични материали

5 .Съставяне на методики за експериментални изследвания на профилни еластични съединители;

6. Експериментално определяне на статичната, динамична коравини и коефициента на демпфиране с приложение на планиран експеримент с цел съставяне на регресионни уравнения на изслед-ваните характеристики на еластични съединители;

7. Експериментално определяне на температурата на загря-ване на гумените елементи на съединители при циклични натоварване следствие на вътрешното триене;

8. Теоретично изследване динамиката на подемен механизъм на въжен електротелфер с използване на създадените профилни еластичните съединители с еластичен елемент от вискоеластични материали;

9. Изводи от проведените теоретични и експериментални и из-следвния на профилните еластичните съединители с еластичен еле-мент от вискоеластични материали.

Методи на изследване При решаване на на поставените задачи, обект на дисертация-

та са изпозвани теоретични методи и са изведени аналитични зависи-мости за определяне на деформациите и напреженията в еластичния елемент с цел определяне и статичната коравина на профилните съе-динители.

5

Създадени са методики за експериментално определяне на статчните и динамичните характеристики на профилните съедините-ли,

Място на изследване Изследванията, свързани с разработката на дисертацията, са

проведени на територията на катедра и „Индустриален дизайн и тек-стилна техника” при Технически университет – Габрово.

Научна новост Създадена е гама съединители с триъгълен, четириъгълен, пе-

тоъгълен и шестоъгълен профили в напречното сечение и еластичен елемент от вискоеластични материали;

Получени аналитични зависимости за определяне на напреже-нията, деформациите и статичните характеристики на съединители с еластичен елемент от вискоеластични материали;

Създаден е уникален стенд за статично и динамично изслед-ване на еластични съединители с електронна система за регистрира-не и обработка на получените от експериментите резултати.

Създадена методика за експериментални изследвания и опре-деляне на статичните и динамичните характеристики на профилни еластични съединители;

На базата получените експериментални резултати са получени регресионни уравнения за определяне на статичните характеристики на съединители с еластичен елемент от вискоеластични материали;

Създаден тримасов динамичен модел на подемен механизъм на въжен електротелфер с използване на еластичните съединители с еластичен елемент от вискоеластични материали, за определяне ди-намичните натоварвания.

Практическа полезност Създадената гама еластични съединители с триъгълен, чети-

риъгълен, петоъгълен и шестоъгълен профили имат приложение в задвижващите системи на механични съоражения.

Разработената експериментална установка с електронна из-мервателна система и компютърна регистрация на данни и създаде-ната методика за изпитания могат да се приложат за изследване на всякакви конструкции еластични съединители.

6

Получените експериментални резултати за механичните харак-теристики могат да се използуват в инженерната практика.

Апробация на дисертационната работа Дисертационната работа е докладвана и обсъждана на разши-

рено заседание на катедра „Индустриален дизайн и текстилна техника ” при ТУ – Габрово.

Етапи от дисертационната работа са докладвани, обсъждани и публикувани в:

- Международна научна конференция RaDMI 07, Sarbia, 2007 - Международна научна конференция RaDMI 08, Sarbia, 2008 - Международна научна конференция RaDMI 09, Sarbia, 2009 - Международна научна конференция GMD 09, ТУ – Русе, 2009 - „Извесия” на ТУ – Габрово, 2017 Публикуване По темата на дисертацията са публикувани 6 научни статии и

доклади, както следва: Четири доклада на международни конференции RaDMI, Sarbia Един доклад на международна конференция GMD 09, Ruse,

Bulgaria Една статия в ИЗВЕСТИЯ на ТУ – Габрово КРАТКО ИЗЛОЖЕНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД Глава 1. Проучване и анализ на състоянието на еластични

съединители В първа глава е направено проучване класификация и анализ

на значителен брой еластични съединители дадени в патенти и в литературата. Конструкциите на проучените съединители и са показа-ни на фиг. 1.1 до фиг. 1.17.

Независимо от конструктивните му особености всеки еластичен съединител може да се схематизира до следните задължително при-тежавани елементи: водеща част, водима част и еластичен елемент, вложен между водещата и водимата част. Последният осигурява ос-новните свойства на еластичния съединител. Предполага се, че при натоварване водещата и водима части са значително по-корави от еластичния елемент и той е факторът, определящ големината на

7

завъртването на водещата спрямо водима части при даден на-товарващ момент.

Еластичните елементи се изработват от метални или неметал-ни материали. От тази гледна точка еластичните съединители се разделят на: а) съединители с метални еластични елементи; б) съе-динители с неметални еластични елементи.

Основна характеристика на еластичния съединител е неговата тангенциална коравина. В практиката се използва и реципрочната величина на коравината, наречена еластичност. В зависимост от вида на характеристиката им, еластичните съединители се делят на линейни и нелинейни, но това разделение е донякъде условно, тъй като в процеса на работа всеки един линеен съединител може да ста-не нелинеен. Работата, необходима за деформиране на еластичните елементи до максимално допустимата от якостна гледна точка стой-ност, се нарича енергоемкост на съединителя. С увеличаване на енер-гоемкостта нараства способността на съединителя да поема ударни натоварвания с по-голяма интензивност чрез преобразуване на енер-гията на удара в потенциална енергия на деформацията на еластич-ния елемент.

Разгледани са основните свойства на гумата използвана за еластичните елементи на съединителите.

Проучени са конструктивните схеми на стендове за експери-ментално изследвне на еластични съединители с цел определяне на статичните и динамичните им характеристики. Конструктивните схеми на съществуващи стендове са показни на фиг. 1.18 до фиг. 1.21.

Изводи направени въз основа на проучванията и анализа От направеният преглед и анализ на съществуващи патенти и

публикувани в литературата конструкции на еластични съединители съдържащи профилни елементи се установиха следните проблеми:

- при някои от конструкциите при разрушаване на еластичния елемент се прекъсва връзката между валовете;

- имат доста сложна конструкция и усложнен монтаж; - някои от съединителите имат елементи от заварени детайли в

конструкцията си; - съществуващите стендове за изпитван е на еластични съ-

единители са предназначени за определяне или само на статичните или само на динамичните им характеристики;

- съществува необходимост от универсален стенд за изпитване на еластични съединители.

8

Г Л А В А II. ПРОФИЛНИ ЕЛАСТИЧНИ СЪЕДИНИТЕЛИ

Разработени са гама еластични съединители с гумен еле-

мент с триъгълен, квадратен, петоъгълен и шестоъгълен профил.

Определени са оптималните геометрични размери на съедини-

тели в зависимост от предавания момент. 2.1. Конструкции на профилните еластични съединителите 2.1.1. Еластични съединители с триъгълен профил

Конструкцията на еластичен съединител с гумен елемент и триъгълен профил е показана на фиг. 2.1.

h

mm1

R

b

D

dф

L

D 1

1

2 3

а

d

h1

Фиг. 2.1. Конструкция на еластичен съединител с гумен

елемент и триъгълен профил

Размери на съединител с триъгълен профил Таблица 2.1

Tmax Nm Размери, mm

D h a b δ R D1 h1

40 88 77 57 40 6 50 112 85

Основен размер на съединителя е диаметъра D на вътрешната

триъгълна втулка. Останалите размери на триъгълната втулка са вза-имосвързани:

2

2

2.2 m

Da

(2.1)

2

Dmh ; (2.2)

9

Размерите на външната триъгълна втулка се определят от размерите на вътрешната:

mm1

; (2.3)

2

DR ; (2.4) (2.4)

.21

hh . (2.5) (2.5)

Размерите на външната и вътрешната триъгълни втулки и дебе-

лината на гумените пръстени трябва да са подберат така, че в случай на разрушаването им да няма превъртане двете между тях (фиг. 2.2), т.е. да не се прекъсне връзката между валовете. Затова трябва да е изпълнено условието:

2

Dm (2.6)

Dm 45,0...4,0 (2.7) (2.7)

D/2

dm+

R

m1

Фиг. 2.2. Гранично положение на втулките при разрушена

гумена втулка

2.1.2. Еластични съединители с квадратен профил Конструкцията на еластичен съединител с гумен елемент и

квадратен профил е показана на фиг. 2.5. Съединителят се състои от втулка 1 с външен квадратен профил и втулка 3 с вътрешен квадратен профил, които се свързват с гумени пръстени 2 също с квадратен профил. Размерите сз дадени в Таблица 2.2.

10

DRD1

δ

a

h

L

d 1 d 2 h1

b

Фиг. 2.5. Конструктивни размери на еластичен съединител с

гумен елемент и квадратен профил

Основен размер на съединителя е диаметъра D на вътрешната квадратна втулка. Останалите размери на квадратната втулка са вза-имосвързани и са приети:

Da .6,0 (2.16) (2.16)

Dh .8,0 (2.17) (2.17)

D.08,0 (2.18) (2.18)

Db .556,0 (2.19) (2.19)

2

1

DR (2.20) (2.20)

11.2 RD (2.21) (2.21)

.21

hh (2.22) (2.22)

Размерите на външната квадратна втулка се определят от раз-мерите на вътрешната:

hh1 (2.23)

2

DR

(2.24)

Размери на съединител с квадратен профил Таблица 2.2


D h a b δ R D1 h1

40 72 57 43,2 40 5.3 41.3 82.6 68.2

11

Размерите на външната, вътрешната квадратна втулка и дебе-лината на гумената втулка трябва да са подберат така, че в случай на разрушаване на гумата да не се превъртят двете втулки, т.е. да не се прекъсне връзката между валовете. Затова трябва да е изпълнено условието:

;2/.5,0 22 Dha

(2.25)

D/2

dh+R

Фиг. 2.6. Гранично положение на втулките при разрушена гуме-

на втулка

2.1.3 Еластични съединители с петоъгълен профил

Конструкцията на еластичен съединител с гумен елемент и пе-тоъгълен профил е показана на фиг. 2.9. Съединителят се състои от втулка 1 с вътрешен петоъгълен профил и втулка 3 с външен пе-тоъгълен профил, които се свързват с гумени пръстени, също с пе-тоъгълен профил. Размерите сз дадени в Таблица 2.3

δ

аh

D 1

h1

m

m1

b

D

12

3

d

L

Фиг. 2.9 Конструктивни размери на еластичен съединител с гумен елемент и петоъгълен профил

12

Основен размер на съединителя е диаметъра D на вътрешната петоъгълна втулка. Останалите размери на петоъгълната втулка са взаимосвързани:

Dа .579,0 (2.30) (2.30)

DD

m .404,036cos.2

0 (2.31) (2.31)

Dh .8,0 (2.32) (2.32)

D.067,0 (2.33) (2.33)

Db .526,0 (2.34) (2.34)

.21

hh (2.35) (2.35)

Размери на съединители с петоъгълен профил Таблица 2.3


D h a b δ R D1 h1

40 76 61 44 40 5.1 43 98 71

2.1.4. Еластични съединители със шестоъгълен профил Конструкцията на еластичен съединител с гумен елемент и ше-

стоъгълен профил е показана на фиг. 2.10. Съединителят се състои от втулка 1 с вътрешен шестоъгълен профил и втулка 3 с външен ше-стоъгълен профил, които се свързват с гумена втулка 2 (набор от гу-мени пръстени) също с шестоъгълен профил. Размерите сз дадени в Таблица 2.4

m1

b1

δ

а

h

D 1

h1

m

D

23

d

L

Фиг. 2.10 Конструктивни размери на еластичен съединител със шестоъгълен профил

13

Основен размер на съединителя е диаметъра D на вътрешната петоъгълна втулка. Останалите размери на петоъгълната втулка са взаимосвързани:

2

Da (2.36) (2.36)

Dm .4

3 (2.37) (2.37)

Dh .2

3 (2.38) (2.38)

D.066,0 (2.39) (2.39)

Db .526,0 (2.40) (2.40)

2

1

DR (2.41) (2.41)

6.211 RD (2.42) (2.42)

.21

hh (2.43) (2.43)

Размери на еластични съединители с шестоъгълен профил Таблица 2.4


D h a b δ R D1 h1

40 75 67.6 37,5 40 5 36 110 67.6

2.2. Теоретично определяне на статичните характеристики За теоретчното определяне на на статичните характеристики

профилнните съединители използваме следната постановка. Разг-леждаме въртрешната втулка (фиг. 2.11), представляваща правилен многостен с n на брой стени (n = 3, 4, 5 и 6).и са показани основните размери, стойностите за четирите съединители са дадени в Таблици 2.1, 2.2, 2.3, 2.4.

14

A

A

MM

Ft1

T

T/n

T/n

T/n

a/2

max

a

T/n

T/n

T/n

T

s

maxmax; s

Фиг. 2.11. Схема на деформация на гумените пръстени при пре-даване на въртящ момент

На въртрешната втулка е приложен въртящия момент NmТ , .

Разглеждаме, че средата на всяка страна (т. М) се явява моментен

ценрър на ротация, в която действа въртящ момент NmnТ ,/ , от

който се създава повърхностно напрежение max (т.A), разпределе-

но по триъгълников закон (изобразено като правилна триъгълна приз-ма). Обемът на призмата, изразяващ силата и максималното напре-жение се определят:

an

TFb

aV t

.

.3..

2.

2

11max (2.44)

ban

T

..

.122max (2.45)

Определяме максималната деформация на гумата, като използ-ваме закона на Хук и пренебрегнем триенето между повърхнините на врулката и гумата:

E

max

(2.46)

nbaE

T

...

..12

2

(2.47)

15

където T, Nm - статичният момент, натоварващ съединителя, Е - мо-дулът на еластичност на гумата, n = 3, 4, 5 и 6 - брой на стените на многостена.

Модулът на еластичност на гумата е определен експеримен-тално за три вида гуми, от които са изработени еластичните елементи на изпитваните съединители в зависимост от твърдостта на гумата по Шор (Таблица 2.5) (определен опитно).

Модул на еластичност ма гумата Таблица 2.5

Твърдост [Shore] 50 60 70

Модул Е, МРа 4,272 7,39 12,51

Тъй като точка М е моментен център на въртене, то от премест-

ването на т.А по направление перпендикулярно на радиуса

2/aМА (фиг.2.11) се определя ъгълът на завъртане на вътрешна-

та втулка е . atg /.2

За тангенциалната коравина на съединителя се получава:

,

TC Nm/rad (2.48)

В резултат на изведените по-горе зависимости с помощта на MathCAD са определени статичните коравини и максималните напре-жения в гумата (в т. А) на профилните съединители, използвайки мо-дула Е на трите вида гуми (Таблица 2.5). Получените резултати са показани в графичен вид на фиг. 2.12, фиг. 2.13, фиг. 2.14 и фиг.2.15.

Получените теоретични резултати Таблица 2.6

Брой на страните

radNmC /, MPa,max

ShA=50 ShA=60 ShA=70 ShA=50 ShA=60 ShA=70

n=3 915 1584 2682 1.088 1,361 1,633

n=4 845 1464 2478 1,029 1,286 1,543

n=5 635 1100 1863 1.185 1,481 1,778

n=6 778 1347 2280 0.987 1,235 1,480

16

1 1.333 1.667 2 2.333 2.667 3500

916.667

1.333 103

1.75 103

2.167 103

2.583 103

3 103

2.682 103

915.381

Ci

31 i

Фиг. 2.12. Статична коравина на съединител с триъгълен

профил

MPaEiMPaEiMPaEi 51,123;39,72;27,41

; radNmC /

1 1.333 1.667 2 2.333 2.667 3500

833.333

1.167 103

1.5 103

1.833 103

2.167 103

2.5 103

2.478 103

845.75

Ci

31 i

Фиг. 2.13. Статична коравина на съединител с квадратен

профил


; radNmC /

17

1 1.333 1.667 2 2.333 2.667 3500

750

1 103

1.25 103

1.5 103

1.75 103

2 103

1.863 103

635.79

Ci

31 i

Фиг. 2.14 Статична на коравина на съединител с петоъ-

гълен профил


; radNmC /

1 1.333 1.667 2 2.333 2.667 3500

750

1 103

1.25 103

1.5 103

1.75 103

2 103

1.863 103

635.79

Ci

31 i

Фиг. 2.15 Статична коравина на съединител с шестоъгъ-

лен профил


; radNmC /

18

2.3. ИЗВОДИ

- Разработени са гама профилни еластични съединители с гумен елемент и триъгълен, четириъгълен, петоъгълен и шестоъгълен про-фил в напречното сечение;

- Съединителите са унифицирани по групи, като за всеки диа-метър са дадени възможните максимални моменти, които могат да предават, при използване на два, три или четири броя еднакви по размери гумени пръстени;

- Установени са геометрични ограничения при избора на конст-руктивни размери на съединителите с триъгълен, четириъгълен, пето-ъгълен и шестоъгълен профил с набор от гумени пръстени, при усло-вие за запазване връзката между валовете при разрушаване на ела-стичния елемент;

- Изведени са зависимости за определяне на статичната харак-тери-стика и максималното напрежение σmax, MPa; в гумените пръсте-ни при предаване на максималния въртящ момент;

- Разработените и изработени профилни еластични съединители имат проста конструкция, състояща се само от три елемента.

ГЛАВА III Екпериментални изследвания на профилни еластични съединители

За оценка на качествата на еластичните съединители се извър-шват стендови изпитвания с цел да се определят техните статични и динамични характеристики в условия близки до реалните условия на работа. Такива стендове могат да бъдат осъществени в най–различни кинематично-конструктивни разновидности. 3.1.Стенд за изпитване на еластични съединители с неме-тални еластични елементи

За експериментално изследване на създадената гама профилни еластични съединители е създаден оригинален стенд, показан а фиг.3.1, фиг. 3.2 и фиг. 3.3.

19

Фиг. 3.1. Кинематична схема на стенда за изпитване на елас-

тични съединители: 1. Електродвигател; 2. Съединител; 3. Редуктор; 4. Устройство за създаване на ексцентрицитет; 5. Регулиращ болт за ексцентрицитета; 6. Кулисен меха-низъм; 7. Термодвойка; 8. Изпитваният съединител; 9. Датчик за измерване на

въртящия момент; 10. Зъбни рейки; 11. Рама на стенда; 12. Зъбно колело от натоварващото устройство; 13. Болтове от натоварващото устройство;

14. Датчик за относителното преместване между двете части на съедините-ля.

Фиг. 3.2. Стенд за изпитване на еластични съединители с не-

метални елементи от вискоеластични материали:

е

13

14

α

M

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

20

Фиг. 3.3. Устройство за тариране на тензометричната глава:

Тарирането (фиг.3.3) на тензометричната глава се осъществява чрез двураменен лост 1 и тежести 2, с които се задава желаният статичен въртящ момент и се отчита с помощта на тензометричната глава. При натоварване с всяка следваща тежест лоста се хоризонтира с помощта на регулиращия винт, при което се гарантира постоянството на натовар-ването. Относителното завъртане на двете части на съединителя се от-чита с индуктивния датчик 3. Сигналите от тензометричната глава и ин-дуктивният датчик се записват от компютър и се създава тарировъчната графика (фиг. 3.4). T,Nm

φ,rad

Фиг. 3.4. Тарировъчна графика на тензометричната глава Т=f(φ)

0 10 20 30 40 500

2 104

4 104

6 104

8 104

KAL11

KAL10

21

Номиналният момент на съединителя, около който се създават хармонични натоварвания се създава с натоварващото устройство (фиг.3.5), състоящо се зъбно колело 1, зацепено безхлабинно с две зъбни рейки 2 свързани с кобилица, регулиращ винт 3 и застопоря-ващ винт 4. Ъгълът на завъртане на винт 3 се отчита чрез нониусна ъглова скала и определя необходимия начален въртящ момент. Структурната схема на измервателната установка е показана на фиг.3.6.

Фиг. 3.5. Устройство за създаване на натоварване на из-

питвания съединител:

Персонален

компютър

Измервателен

модул

NI 9219

( D A Q )

USB конзола

NI USB 9162

Термодвойка

“K” Type

Датчик за лин. преместване.

K-WA (HBM)

Динамометрична измервателна глава.

Т1 (HBM)

Фиг. 3.6. Структурна схема на измервателната установка

22

3.2. Методика за изпитване на съединителите

След монтиране на изпитвания съединител и тариране на тен-зометричната глава (фиг.3.4), могат да се извършат изпитанията на съединителя. Съединителят може да бъде товарен чисто статично, за определяне на статичната му характеристика и динамично (колеба-телно), което дава възможност за определяне на динамичните му ха-рактеристики. Получените резултати се регистрират с помощта на измервателнен модул и персонален компютър и се обработват с под-

ходящ софтуер.

3.2.1.Определяне на статичната характеристика на съе-динителя В условия на статично натоварване изследванията се извър-шват по-просто, но получените резултати дават само относителна представа за характеристиката на съединителя. Това е особено важи за еластичните съединители с неметални еластични елементи, тъй като гумата и полиуретанът, които са най-често използваните матери-али за еластични елементи имат модули на линейна и ъглова дефор-мация, които се изменят с изменение на характера на натоварването. Чрез изпитване в условия на статично натоварване се постига следното: -Получава се зависимостта T=f(φ), Nm и се определя дали ха-рактеристиката на съединителя е линейна или нелинейна; -Определя се статичната тангециалната коравина на съедини-теля Ccm, Nm/rad. Съединителят се натоварва с помощта на балансирания двура-менен лост, посредством поставени тежести в блюдото и се хоризон-тира лоста с помощта на регулиращия винт и нивелир. Натоварването става през равни интервали от време с еднакви тежести, за да се га-рантират равни условия за пълзенето на вискоеластичния материал. Натоварването се извършва от 0 до 1,5 Тном, съгласно БДС 16638-87. За всяка стойност на момента Т, Nm се отчита относителното завър-тане на водещата спрямо водимата част на съединителя Δφ, rad. Пост-роява се статичната характеристика на съединителя (фиг.3.7). Статичната коравина се определя по формулата:

rad

NmTТСст ,

12

12

(3.1) (3.1)

където:

23

Т2 = 1.25 Тном , Т1 = 0.75 Тном - Тном - номинален въртящ момент на съединителя в Nm;

В

А

0

ЕНW

WД

T2

1,5

1

ном

ном

T

T

T

T

1 2

Фиг. 3.7. Статична характеристика на еластичен съединител с

гумени еластични елементи

- φ1 и φ2 - ъглите на относително завъртане на задвижващата спрямо задвижваната част на съединителя в радиани. Определянето на енергоемкостта на съединителя става от за-висимостта: АЕН= SОАБ.μт.μφ, (3.2) където: -SОАВ - лице на криволинейния триъгълник ΔOAB, заграден от кривата на натоварване, стойността на ъгъла φ, която отговаря на 1,5 Тном и абцисната ос, в mm2;

- μТ - мащаб на въртящия момент, N.m/mm; - μ φ - мащаб на ъгъла φ в rad/mm; Определянето на коефициента на демпфиране на съединителя става от зависимостта:

ψ=

Aн

Aд4 (3.3)

24

Загубите от вътрешното триене Aд се определят със зависи-мостта: Аd=SД.μ.T.μφ (3.4) - Sд - лице на площта, заградена от кривата на натоварване и разтоварване в mm2.

3.3. Изпитване на еластични съединители с триъгълен, четириъгълен и шестоъгълен профил За провеждане на натурните експерименти са изработени моде-ли на триъгълен, четириъгълен и шестоъгълен съединители, както и пресформи за гумените им елементи. Произведени са еластични еле-менти от три вида гуми с различни твърдости 50, 60 и 70 Shore. На фиг.3.8 са показани профилните еластични съединители, пресформите за еластичните им елементи и самите еластични еле-менти. Геометричните размери на съединителите са така подбрани, че да се получат равни обеми на еластичните елементи. Това е с цел да има база за сравнение между различните по форма съединители

Фиг. 3.8. Профилни еластични съединители, матрици за елас-

тичните елементи и еластични елементи

3.3.1. Статични изпитания на профилни еластични съедини-тели. Определяне на статичните им характеристики.

След монтиране на съединителя и двураменния лост на стенда, започва натоварване на съединителя. То се извършва, като се поста-вят тежести в блюдото през равни интервали от време, за да се гаран-тират всяка. С помощта на регулиращия винт се хоризонтира рамото при всяко натоварване, като се компенсира деформацията на елас-тичния еднакви условия за пълзене на гумата. Тежестите са 10 броя

25

по 5 N елемент с цел гарантиране големината на зададения момент. Регистрират се въртящият момент, относителното завъртане на води-мата спрямо водещата части на съединителя и температурата на еластичния елемент.

0 400 800 1.2 103

1.6 103

2 103

20

0

20

40

60

STATIC LOADING

50.613

1.068

1 M.Lj

1 10 A133 j

Temperature.Lj

1.8 103

0 t j t j tj

CP3_50Sh_L

0 1 2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 -0.120021014131 -62.258702·10

5 5.40419302943 -34.185112149·10

10 10.667124440075 -39.194631874·10

15 15.604985130503 0.01465058414

20 20.523129503038 0.020541054294

25 25.644302244867 0.026155586296

30 30.457635334217 0.031281128037

35 36.014157629787 0.035412915985

40 40.901617447081 0.039098553729

45 45.757299199065 0.043112249183

50 50.978511543782 0.046255817159

0 2 104

4 104

6 104

8 104

1 105

20

0

20

40

60

STATIC DISCHARGING

50.489

2.064

M.Dj

1 800 .D_radj

Temperature.Dj

9 104

0 j

CP3_50Sh_D

0 1 2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

50 50.978511543782 0.046255817159

45 43.325001441129 0.045052813404

40 38.280440677398 0.043510138445

35 33.204400078377 0.041639725758

30 28.018743379205 0.039445904523

25 22.768768406032 0.036891594375

20 18.299294528067 0.033946133428

15 13.068340002745 0.030408779501

10 7.987560860095 0.025870236885

5 3.141323058698 0.020237917601

0 0.338292251039 0.013402782787

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.050

20

40

60

Static Rigidity of Coupling - Cp6_Sh50

60

0

50

C.P3_50Sh_L0

C.P3_50Sh_D0

0.0462.259 106

0.013403 0.046256

C.P3_50Sh_L2

C.P3_50Sh_D2

rad Фиг. 3.9. Данни за натоварване, разтоварване и статична харак-теристика на триъгълен съединител с еластични елементи с

твърдост 50 Shore.

26

Аналогично се извършва и разтоварването. Регистрираните данни са обработени със специално направена за целта програма в средата на MathCAD. Получените резултати за натоварване, разтоварване и ста-тичните характеристики са показани на фиг.3.9 - 3.17.

0 6 103

0.012 0.018 0.024 0.03

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0.683

2.918 103

INTEG_GK

INTEG_DK

0.0260 .rad_gk .rad_dk

Фиг. 3.18. Числено интегриране на кривите на натоварване и

разтоварване от статичните характеристики

След числено интегриране на кривите на натоварване и разто-варване от получените статични характеристики и пресмятане лицата на криволинейните триъгълници, заградени от тях, за статичната ко-равина, енергоемкостта и коефициента на демпфиране се получават

следните резултати: Таблица 3.1.

ТРИЪГЪЛЕН СЪЕДИНИТЕЛ

Твърдост на

гумата, Shore

50

60

70

Cст 1023 1526 1918

WЕН, J 1,079 0,76716 0,62933

ψ 0.464 0.539 0.641

27

Таблица 3.2.

ЧЕТИРИЪГЪЛЕН СЪЕДИНИТЕЛ

Твърдост на гумата, Shore

50

60

70

Cст 1009 1320 2031

WЕН, J 1,3220 1,1106 0,73767

ψ 0.46 0.617 0.653

Таблица 3.3. ШЕСТОЪГЪЛЕН СЪЕДИНИТЕЛ

Твърдост на гумата, Shore

50

60

70

Cст 1116 1346 1996

WЕН, J 1,2632 0,73524 0,68294

ψ 0.2148023 0.3169985 0.480276

3.3.2.Динамични изпитания на профилни еластични съеди-нители Определяне на динамичните им характеристики. Стендът дава възможност да се проведат динамични натовар-вания на съединителите с различна честота и амплитуда при симет-рични и асиметрични натоварвания. Демонтира се двураменния лост и на неговото място се монтира плъзгача на кулисния механизъм. Ку-лисният механизъм с регулируем ексцентрик дава възможност за ко-лебателно натоварване на изпитвания съединител с променлива амп-литуда.

Законът за движение на кулисния механизъм е:

cos.

sin.

ea

earctg

(3.5)

При сравнително малките ексцентрицитети, с които се работи, законът е много близък до синусов и може да се приеме като такъв.

28

Фиг. 3.19. Кинематична схема на кулисен механизъм

0 2 4 60.06

0.04

0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.05

0.05

i

0.05 sin i

6.280 i i Фиг. 3.20. Сравнителна графика на синусоида и законът за дви-

жение на кулисния механизъм при OB=100, e=5

Проведени са голям брой експерименти при различни често-ти, симетрични и асиметрични натоварвания. Тъй, като при реални условия на работа на съединителите имаме асиметрично натовар-ване е обърнато внимание на тези режими на работа. Динамичният коефициент на демпфиране ψ се определя от за-висимостта [12]:

ел

g

A

A (3.7)

където:

O

φ

А

ψ

A' A''

е

а

29

- Ag e работата, загубена за едно колебание около средната стойност на ъгъла на завъртане; -Аел - работата на еластичните сили за деформиране от средния ъгъл φа. Коефициентът на демпфиране дава възможност да се правят сравнения между различни по конструкция и габарити съединители.

Фиг. 3.21. Диаграма, изясняваща определяне на динамичния кое-фициент на демпфиране

Експериментите са проведени в следната последователност: - настройва се желаният ексцентрицитет и началното натовар-ване на съединителя посредством регулиращите винтове; - настройва се работната честота чрез инвертора; - стартира се натоварването на съединителя и се прави запис на данните за изменение на въртящия момент, относителното завъртане на водещата спрямо водимата части на съединителя и температурата на еластичния елемент;

0 1.6 103

3.2 103

4.8 103

6.4 103

8 103

9.6 103

1.12 104

1.28 104

1.44 104

1.6 104

2 104

0

2 104

4 104

6 104

8 104

1 103

8.79 104

6.152 105

A11

j

1.5 104

0 j

Фиг. 3.22. Запис на изменение но въртящия момент

φ φa

φ0

φa

Ta Aд Aел

T

T0

Ta

30

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 8002 10

4

0

2 104

4 104

6 104

8 104

1 103

8.75 104

5.229 105

AAA1

j

7490 j Фиг. 3.23. Избрана част от файла

0 1 2 3 4 520

0

20

40

60

59.228

6.757

27.541M j

1 1500 .radj

Temperaturej

50 tj tj tj

Фиг. 3.24. Тарирани данни

0.02 0.024 0.028 0.032 0.036 0.0420

0

20

40

60

59.228

6.757

M j

0.0370.022

0

.radj

Фиг. 3.25. Графична зависимост T=f(φ) при натоварване и разто-варване на съединителя около номиналния му въртящ момент

31

- От групата хистерезисни криви се избира една от която се

снемат данни за числено интегриране на кривите на натоварване и разтоварване и пресмятане на динамичния коефициент на демпфира-не и дисипираната за един цикъл енергия;

0.02 0.024 0.028 0.032 0.036 0.040.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.365

0.018

INTEG_GK

INTEG_DK

0.0370.022 .rad_gk .rad_dk

Фиг. 3.26. Интегрални криви за триъгълен съединител с еласти-чен елемент 70 Shore при честота 0.4 Hz

Проведени са изпитания и са обработени резултатите за три-те съединителя с трите вида гумени елементи и при три честоти на на товарване.. Резултататите са показани в таблици 3.4, 3.5 и 3.6 и в графичен вид на фиг.3.36, 3.37 и 3.38.

Таблица 3.4.

ТРИЪГЪЛЕН СЪЕДИНИТЕЛ - ψ

Честота на натоварване,Hz

Твърдост на гумата,

Shore

50 60 70

0.4 0.39836114 0.52230203 0.49938728

1.0 0.3987658 0.52958521 0.51019896

2.0 0.35618173 0.55246609 0.500476

32

Фиг. 3.36. Зависимост на коефициента на демпфиране от

твърдоста на гумата и честотата на на товарване при съеди-нителя с триъгълен профил.

Таблица 3.5. ЧЕТИРИЪГЪЛЕН СЪЕДИНИТЕЛ - ψ

Честота на нато-варване,Hz


Shore

50

60

70

0.4 0.38598389 0.76844234 0.65782322

1.0 0.41511998 0.73987887 0.64845182

2.0 0.44574164 0.7651577 0.64464883

33


твърдоста на гумата и честотата на на товарване при съеди-нителя с четириъгълен профил.

Таблица 3.6.

ШЕСТОЪГЪЛЕН СЪЕДИНИТЕЛ - ψ

Честота на нато-варване,Hz


Shore

50

60

70

0.4 0.22940651 0.366936 0.47998971

1.0 0.23315137 0.434457 0.56257655

2.0 0.26726594 0.50864926 0.55686307

34


твърдоста на гумата и честотата на на товарване при съеди-нителя с шестоъгълен профил.

3.3.2. АПРОКСИМАЦИЯ НА КРИВИТЕ НА НАТОВАРВАНЕ ОТ СТАТИЧНИТЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Направени са два модела за апроксимация на кривите на нато-

варване от статичните характеристики на съединителите. Първият е чрез степенна функция, а вторият полиномен модел с полином от тре-та степен

Степенната функция е от вида:

0.12

A

стeAAТ (3.9)

35

Търсени са коефициентите, даващи максимална близост на кри-вата до заснетата статична характеристика при натоварване. Прес-метнати са средноквадратичната грешка и коефициента на корелация с помощта на програма в среда MathCad. Резултатите са показани в таблици 3.7, 3.8 и 3.9, а графичното представяне е на фиг.36 -44.

Триъгълен съединител - Таблица 3.7

Коефициенти Твърдост по Shore 50 60 70

A0 8.089 10.392 13.423

A1 105.501 127.861 115.288

A2 -104.639 -125.424 -111.957

MSE 0.794 1.207 2.97

r 0.998670 0.998023 0.995128

F s A0 A1 A2 A2 A1 e

A0 s

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.050

10

20

30

40

50

50

0

1 F ss A.0 A.1 A.2

1y

0.0462.259 106

ss x

Фиг. 3.39. Триъгълен съединител с гума 50 Shore.

За полиномният модел е избран полином от трета степен от ви-

да: Тст(φ)=А0+А1φ+А2φ2+А3. (10) Отново са търсени са коефициентите, даващи максимална

близост на кривата до заснетата статична характеристика при нато-

36

варване. Пресметнати са средноквадратичната грешка и коефициента на корелация с помощта на програма в среда MathCad. Резултатите са показани в таблици 3.10, 3.11 и 3.12, а графичното представяне е на фиг. 44 -52.

Триъгълен съединител - Таблица 3.10.

Коефициенти Твърдост по Shore

50 60 70

A0 -0.318 0.337 1.113

A1 1.347*10^3 2.19*10^3 3.036*10^3

A2 -2.584*10^4

-5.604*10^4

-1.391*10^5

A3 4.42*10^5 1.251*10^6 3.901*10^6

MSE 0.138398 0.103371 0.609780

r 0.999774 0.999831 0.999002

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.0520

0

20

40

60

x-y data and best user function fit

50.351

0.183

1 F ss A.0 A.1 A.2 A.3

1y

0.0462.259 106

ss x

Фиг. 3.49. Триъгълен съединител с гума 60 Shore

3.3.3. ТОПЛИННИ ПРОЦЕСИ В ПРОФИЛНИТЕ ЕЛАСТИЧНИ

СЪЕДИНИТЕЛИ

Гумата няма напълно еластични свойства, което означава че при деформирането си поглъща в необратима форма част от енергия-та, предизвикала тази деформация. Поглъщаната при всеки цикъл на

37

деформация енергия се изразходва за нагряване на деформируемия елемент и се разсейва в околната среда. Тъй, като при проведените експерименти съединителите са натоварвани циклично и то с известна честота и амплитуда и имаме измерени и пресметнати данни за дисипираната енергия на базата на проведените експерименти, могат да се направят приблизителни и с определени приемания пресмятания за топлинното поведение на профилните еластични съединители. Най-високи показатели по отношение на дисипирана енергия е показал четириъгълния съединител, като избираме него за база. Данните за дисипираната енергия при четириъгълния съедини-тел са показани в следващата таблица 3.13.

Четириъгълен съединител - дисипирана енергия за 1 цикъл Таблица 3.13

Твърдост по Shore Честота на на-

тов.,Hz

Дисипирана енергия, J

50

60

70

0.4 0.063056 0.046376 0.074716

1.0 0.16973 0.11504 0.18478

2.0 0.35734 0.24136 0.3736

3.4. ИЗВОДИ 1. Създадени са еластични съединители с триъгълен, четириъ-

гълен и шестоъгълен профили с пакет от гумени пръстени, за които са изработени матрици;

2. Създаден е уникален стенд за експериментални изследвания на еластични съединители с електронна система за регистриране на получените данни;

3. Проведените са значителен брой експериментални изследва-ния на еластичните съединители в статичен и динамичен режим, с различни по твърдост гумени елементи, при различни натоварвания и честоти;

4. Създадени са програми в средата на MathCAD за обработка на получените експериментални данни. След обработката са получе-ни:

- статичните характеристики (фиг. 3.8 – фиг. 3.16) на съедини-телите гумени пръстени с твърдости: 50Shore, 60 Shore и 70 Shore;

- изчислени са статичните коравини на съединителите; - изчислени са енергоемкостите на съединителите; - изчислени са статичните коефициенти на демпфиране;

(табл.3.1 – 3.3)

38

Брой на

страните radNmC /, -изчислено radNmC /, -

експериментално

ShA=50 ShA=60 ShA=70 ShA=50 ShA=60 ShA=70

n=3 915 1584 2682 1023 1526 1918

n=4 845 1464 2478 1009 1320 2031

n=5 635 1100 1863 - - -

n=6 778 1347 2280 1116 1346 1996

При сравняване на изчислените с експерименталните дани при

60Shore имаме добро съвпадение на резултатите, докато при 50 експерименталните резултати са по-високи, а при 70 - по ниски. Раз-ликите вероятно се дължат на методиката на изчисление.

Тъй, като по конструкция обемът на еластичните елементи е равен за трите модела, то може да се направи сравнение между тях на тази база:

- с увеличаване твърдостта на гумата нараства статичната ко-равина;

- при по-твърдите гуми има тенденция на спадане на енергоем-костта и покачване статичния коефициент на демпфиране.

5. Получени са динамичните характеристики (фиг. 3.28 – фиг. 3.35) на съединителите гумени пръстени с твърдости: 50Shore, 60 Shore и 70 Shore при честоти 0.4, 1.0 и 2.0 Hz;

- изчислени са динамичните коефициенти на демпфиране на

съединителите (табл.3.4 -3.6); - построени са графичните зависимости, изразяващи кефициен-

та на демпфиране в зависимост от твърдостта на гумата и честотата на натоварване.

Анализирайки получените резултати и графични зависимости се оказва, че най-добри показатели се получават при еластични елемен-ти с твърдост 60 Shore. Подобни са резултатите, получени за разли-чен тип съединители с гумени елементи [11,28]. Може би това е опти-малната твърдост за гумени елементи на еластични съединители.

Сравнени по отношение на честотата на натоварване при 50 и 60 Shore с покачване на честотата на натоварване има леко покачва-не на коефициента на демпфиране, докато при 70 Shore имаме лек спад.

6. Изчислена е дисипираната за 1 цикъл енергия. На база на по-лучените резултати е направена топлинна проверка на четириъгълния съединител, тъй като при него тя има най-висока стойност. Направе-ните пресмятания показват, че при работа на съединителя с честоти

39

до 2 Hz генерираната топлина може да бъде разсеяна в околната сре-да чисто конвективно.

7. Извършена е апроксимация на кривата на натоварване от статичната характеристика посредством степенна функция и полино-мен модел. Полиномният модел дава много добро съвпадение с нато-варващата крива.

8. Построена е зависимостта на коефициента на демпфиране от броя на страните на профилния съединител и твърдостта на еластия-ния елемент.


твърдоста на гумата и формата на профилния еластичен съ-единител

С повишаване честотата на натоварване се получава леко по-качване на коефициента на демпфиране. Отново с най-добри показа-тели е квадратния съединител.

9.Сравнявайки коефициентите на демпфиране с тези, на известни съединители, като например съединител за електротелфер, който има ψ=0,46 [5], при четириъгълния съединител имаме резултат над 0,76.

40

ГЛАВА 4. Приложение на профилни еластични съединители

в подемния механизъм на въжен електротел-фер

4.1. Въведение в динамичните натоварвания на подемен механизъм на въжен електротелфер

Въжените електротелфери намират широко приложение за механизация на товаро-разтоварните работи. Те работят в значителна част от времето в преходни процеси, поради което в елементите на подемния механизъм се получават значителни динамични натоварва-ния, породени от пускане и спиране на асинхронния електродвигател и значителната маса на повдигания товар. От точното определяне на тези динамични натоварвания зависи правилното якостно пресмятане на елементите на подемния механизъм и надеждността на въжения електротелфер.

4.2 Теоретично изследване динамиката на подемен механизъм на въжен електротелфер

4.2.1 Общи сведения на динамичните модели за изследване динамиката на подемен механизъм

Теоретичното изследване движението на машините и меха-низмите в общ вид е невъзможно. За това изучаването на главните динамични процеси в подемния механизъм на въжен електротелфер се съставят идеализирани динамични модели със съсредоточени ма-си, свързани с безинертни връзки.

Разглеждаме динамичен модел (фиг. 4.1) с k+1 съсредоточени

маси с инерционни моменти 121 ,, kJJJ , свързани с безинертни

връзки с коравини kCCC ,, 21 и коефициенти на демпфиране

k ,, 21 . На първата маса действа двигателния момент Тd на

асинхронен електродвигател, като посоката му зависи от посоката му на въртене на системата, който според Поляков може да се представи във вида:

01

uTTНд (4.1)

където номT е номиналният въртящ момент на електродвигателя;

d

НpTT

u

е наклона на статичната характеристика на

асинхронен електродвигател;

41

pT е пусковият момент на електродвигателя;

1 е ъгловата скорост на въртене на първата маса;

d е номиналната ъглова скорост на електродвигателя;

знак „+” е при повдигане на товар , а знак „-„ при спускане на товар.

Фиг. 4.1. Динамичен модел с к+1 маси Моментът, действащ в i-та връзка може да се запише:

11 iiiiiiTiCTT (4.2)

където ТT е приведеният към вала на електродвигателя момент, съз-

даван от окачения товар. Движението на динамичен модел на подемен механизъм на ЕТ

с k+1 маси (фиг. 4.1) може да се представи от система диференциал-ни уравнения:

1111

111111

32232221221122

211211111

.

..............................................................

.

..........................................................

.

.

kkkkkkkk

iiiiiiiiiiiiii

ТoH

CJ

CCJ

CCJ

МCuTJ

(4.3)

Tд

J1

C1

TT

J1k+1

J3

J2

C2 Ck

ψ1 ψ2 ψk

42

4.4. Tримасов динамичем модел Изискванията на инженерната точност за изследване на по-демния механизъм на въжения електротелфер за процесите на повди-гане и спускане на окачен товар, повдигане на товар от земята и опит за повдигане на товар от земята, се удовлетворяват с използуване на тримасов динамичен модел [6], показан на фиг. 4.2, динамически ек-вивалентен на подемния механизъм, като същевременно се отчитат демпфиращите свойства на съединителя, зъбните зацепвания в пла-нетния редуктор и въжето.

Фиг. 4.2.Тримасов динамичен модел

където 1J е инерционният момент на ротора на електродвигателя;

2J - приведеният инерционният момент на съединителя,

редуктора и барабана към вала на електродвигателя;

3J - приведеният инерционният момент на товара към ва-

ла на електродвигателя ;

1С - коравина на ЕС и входящия вал на редуктора;

2С - приведената коравина на ЕС на редуктора и въжето

към вала на електродвигателя;

1 - коефициент на демпфиране на ЕС;

2 - приведеният коефициент на демпфиране на въжето

към вала на електродвигателя. За първата еластична връзка е вала на електродвигателя и

входящия вал на планетния редуктор се разглеждат два случая:

1. приведена коравина тC ,1 , и твърд (втулков) съединител;

2. приведена коравина еC ,1 , като се отчита демпфиращите

свойства на съединителя, зъбните зацепвания в планетния редуктор с

коефициент на демпфиране 1 .,

Tд

J1

C1

TT

J3 J2

C2

ψ1 ψ2

43

Втората еластична връзка е приведената еластичност на въ-

жето с приведена коравина 2C , като се отчита отчитат демпфиращи-

те му свойства с приведен коефициент на демпфиране 2 .

Всички маси, коравини и коефициенти на демпфиране са приведени към вала на електродвигателя. Данните на параметрите на тримасовия динамичен модел са дадени в таблица 4.1.

Параметрите на тримасовия динамичен модел Таблица 4.1

2

1

.mkg

J

2

2

.mkg

J

2

3

.mkg

J

radNm

CC eт

/

/ ,1,1

radNm

C

/

2

radsNm /.

1

radsNm /.

2

0,0458

0,0101 0,00673

2000 / 1100

8,65 0,47 0,0047

Движението на динамичния модел на подемния механизъм

на ЕТ може да се представи за различните процеси от системи дифе-ренциални уравнения

Процес 01 и 03

32232233

32232221221122

211211111

.

.

.

CJ

CCJ

TCuTJТoH

(4.4)

където знак ”+” пред Мн и u са за Процес 01, а знак „-„ за Процес 03.

Процес 02 и 04

32232233

32232221221122

21121111

.

.

.

CJ

CCJ

TCTJТС

(4.5)

където знак ”+” пред спирачния момент на спирачката Мс е за Процес 02, а знак „-„ за Процес 04.

Моментите, действащи във връзките се определят:

44

2112111CTT

T (4.6)

3223222CTT

T (4.7)

Съставени са програми с MathCAD (виж. Приложение) за ре-

шаване на системите диференциални уравнения (4.4), (4.5), (4.6) и (4.7).

4.5. Приложение на програмния продукт MathCAD за

пресмятане на преходните процеси на подемния механизъм на ЕТ

За решаване на системите диференциални уравнения, опис-ващи движението на тримасов динамичен модел на подемния механи-зъм на ЕТ, с отчитане демпфирането на ЕС и въжето и използването на твърд съединител ТС, за различните процеси на работа на подем-ния механизъм на въжени електротелфери са съставени програми за MathCAD (вж. Приложение). Резултатите са показани графично на фиг. 4.3 - 4.17.

Процес 01 (повдигане на окачен товар)

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 345

47.5

50

52.5

55

57.5

60

62.5

65

50.3

M1

R0

Фиг. 4.3. Момент в първата връзка (еластичен съединител)

45

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 345

47.5

50

52.5

55

57.5

60

62.5

65

50.3

M1

R0

Фиг. 4.4. Момент в първата връзка (твърд съединител)

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 345

46.88

48.75

50.63

52.5

54.38

56.25

58.13

60

50.3

M2

R0

Фиг. 4.5. Момент във втората връзка (еластичен съединител)

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 345

46.88

48.75

50.63

52.5

54.38

56.25

58.13

60

50.3

M2

R0

Фиг. 4.6. Момент във втората връзка (твърд съединител)

46

Процес 02 (спиране в края на повдигане на окачен товар)

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 30

12.5

25

37.5

50

62.5

75

87.5

100

0

M1

R0


0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 30

12.5

25

37.5

50

62.5

75

87.5

100

0

M1

R0


0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 30

12.5

25

37.5

50

62.5

75

87.5

100

M2

R0

Фиг. 4.8. Момент във втората връзка (еластичен съединител)

47

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 30

12.5

25

37.5

50

62.5

75

87.5

100

M2

R0


Процес 03 (спускане на окачен товар)

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 335

37.5

40

42.5

45

47.5

50

52.5

55

50.3

M1

R0


0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 330

33.13

36.25

39.38

42.5

45.63

48.75

51.88

55

50.3

M1

R0


48

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 342

43.63

45.25

46.88

48.5

50.13

51.75

53.38

55

50.3

M2

R0

Фиг. 4.12. Момент във втората връзка (еластичен съедини-

тел)

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 342

43.63

45.25

46.88

48.5

50.13

51.75

53.38

55

50.3

M2

R0


Процес 04 (спиране в края на спускане на окачен товар)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

12.5

25

37.5

50

62.5

75

87.5

100

0

50.3

M1

R0


49

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 350

25

0

25

50

75

100

125

150

0

50.3

M1

R0


0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 30

12.5

25

37.5

50

62.5

75

87.5

100

50.3

M2

R0

Фиг. 4.16. Момент във втората връзка (еластичен съедини-

тел)

0 0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 30

12.5

25

37.5

50

62.5

75

87.5

100

50.3

M2

R0


В резултат от проведените теоретични изследвания са опре-

делени коефициентите на динамичност в първата връзка (съедините-

50

ля) при използване на еластичен или твърд (втулков) съединител за отделните процеси, които са дадени в Таблица 4.2.

Коефициенти на динамичност Kd Таблица 4.2

Съединител Процес 01 02 03 04

ЕС Kd 1,24 1,55 1,29 1,8

ТС Kd 1,28 1,92 1,47 2,02

където:

n

dT

TK max

Най-големи коефициентите на динамичност на съединителя се

получават при Процеси 02 и 04 – процеси на спиране на ЕТ.

4.6. ИЗВОДИ Проведените теоретични пресмятания на преходните процеси на подемния механизъм на ЕТ с използване на тримасов динамичен модел и решаване на системите диференциални уравнения показват, че използването на еластичен съединител е по-благоприятно от ра-ботата с твърд такъв, тъй като се получават по-малки коефициенти на динамичност (Таблица 4.2) на елементите на подемния механизъм.

51

НАУЧНО-ПРИЛОЖНИ И ПРИЛОЖНИ ПРИНОСИ В ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

Приносите в дисертационния труд са в категориите „научно-приложни” и „приложни”.

А. Научно-приложни приноси:

Създаване на нови класификации, методи, подхо-ди, алгоритми, конструкции, модели и др.

- Чрез изведените аналитични зависимости се определят нап-

реженията, деформациите и статичните характеристики на профилни-те еластични съединители с еластичен елемент от вискоеластични материали;

- Създадена е методика за експериментални изследвания и определяне на статичните и динамичните характеристики на профил-ни еластични съединители;

- Създаден e тримасов динамичен модел на подемен механи-зъм на въжен електротелфер за определяне динамичните натоварва-ния на елементите на механизма при използване на профилни елас-тични съединители с гумени еластични елементи

Б. Приложни приноси:

- Проектираните и изработени гама профилни съединители с

еластичен елемент от вискоеластични материали могат да се използ-ват в задвижващите системи на различни съоръжения;

- Разработената експериментална установка, с електронна из-мервателна система и компютър и създадената методика могат да се приложат за изследване на всякакви конструкции еластичните съеди-нители;

- Получените експериментални резултати за механичните ха-рактеристики на прфилните еластични съединители могат да се из-ползуват в инженерната практика.

52

ПУБЛИКАЦИИ, СВЪРЗАНИ С ДЕСЕРТАЦИЯТА

1. Balashev I., Krustev K. Flexible couplings having

triangular profile, RaDMI 07, Sarbia, 2007

2. Balashev I., Krustev K.. Determination of stresses and

strains of flexible clutches with triangular profile, RaDMI 07,

Sarbia, 2007

3. Balashev I., Krustev K. Flexible clutches with square

profile, RaDMI 08, Sarbia, 2008

4. Balashev I., Krustev K. Pentagonal profile elastic

couplingsRaDMI 09, Sarbia, 2009

5. Balashev I., Krustev K Hexagonal profile flexible

couplings, GMD 09, Ruse, Bulgaria

6. Кръстев К. Стенд за изпитване на еластични съедини-

тели с неметални елементи, Journal of the TU of Gabrovo,

Vol.54’2016

ПРОЕКТИРАНЕ И ИЗСЛЕДВАНЕ НА ПРОФИЛНИ...

Documents