WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Сравнение результатов аналитического и численного методов расчета спектра собственных частот свободных колебаний валов ДВМ, показало расхождение результатов аналитического и численного методов расчета спектра собственных частот свободных колебаний валкового модуля отжимной машины О 180 и плюсовки ПД 140 в пределах 0,34 %. Такая величина погрешности позволяет сделать вывод об адекватности численного метода расчета.

Частоты и формы свободных колебаний ДВМ О-180

Рис. 1а

Частоты и формы свободных колебаний ДВМ ПД-140

Рис. 1б

Практический интерес представляют значения первой и второй собственных частот и соответствующих им собственных векторов (см. рис.1а,б). Знание этих параметров позволяет сделать вывод о близости к резонансной зоне реальных режимов работы оборудования. По результатам проведенных исследований для валковых модулей, с заданной деформационной характеристикой покрытия вала, соответствующей резине марки 60-330 твердостью по Шору 70, убеждаемся, что резонанс для ДВМ О 180 наступает при 1546 об/мин и для ПД 140 – при 1644 об/мин, что на порядок выше реальной частоты работы. Показано, что увеличение жесткости покрытия имеет первостепенное влияние на значение критической частоты валов ДВМ вне зависимости от их конструктивного оформления. Для ДВМ О 180 увеличение расчетной твердости резины в 2 раза приводит к увеличению собственной частоты на 9,6 %.

Конструктивное исполнение валов оказывает неоднозначное влияние на критические режимы. Так для ДВМ ПД 140 увеличение внутреннего расстояния между опорами на 180 мм приводит к снижению собственной частоты на 22,8 %, а увеличение внутреннего диаметра рубашки на 10 мм – к увеличению собственной частоты на 0,7 %.

Анализ результатов расчетов форм свободных колебаний показал их качественное изменение при изменении деформационных характеристик упругого слоя, усилия прижима и конструктивного исполнения валов.

В третьей главе приведены теоретические исследования и алгоритмы расчетов численными методами вынужденных изгибных колебаний валов ДВМ. Если диаметры валов неодинаковы, то резонансные режимы вращающихся валов невозможно получить методом Фурье из математической модели свободных колебаний валов ДВМ, так как неизвестно, какую частоту принимать в расчет при наличии двух частот вращающихся валов.

Для решения задачи рассматривается ДВМ, один из валов которого имеет эластичное покрытие. Если диаметры валов неодинаковы, то возни­кают полигармонические вынужденные колебания валов. Учитывая монолитность валов, осесимметричность сечений, изгибный характер деформации валов при усилии прижима, рассмотрим только по­перечные колебания в плоскости осей валов.

Вынужденные колебания «сэндвич» - элемента представляется возможным описать системой двух дифференциальных уравнений 4-го порядка.

Разбивая функции прогибов валов на амплитудные значения, получаем две системы восьми дифференциальных уравнений первого порядка.

Каждую систему восьми дифференциальных уравнений первого порядка интегрируем последовательно восемь раз при различных начальных краевых условиях.

В результате интегрирования получаем систему линейных алгебраических уравнений, преобразуя которые получаем уравнение активного состояния ДВМ.

Алгоритм расчета вынужденных колебаний предусматривает использование статистических данных начальной погиби валов.

Задавая усилие прижима валов, проводим автоматизированный статический расчет ДВМ с целью определения коэффициента постели для каждого элемента.

Задавая частоту вращения, при известной начальной погиби валов решаем уравнение активного состояния ДВМ и определяем амплитудные узловые значения функций перемещений.

Изменяя усилия прижима, частоту вращения и функцию начальной погиби валов, получаем набор функций прогибов, характеризующих динами­ческий режим работы вращающихся валов ДВМ.

Данный алгоритм пригоден и для оценки резонансного режима работы модуля. Для этого, фиксируя усилие прижима валов, независимо от числовых значений функций начальной погиби валов, изменяя дискретно значение частоты вращения валов, определяем амплитудные значения функций перемещений.

Наступление резонансного режима соответствует неограниченному росту амплитудных значений функций перемещений, а частота, при которой это про­исходит, является собственной частотой колебаний вращающихся валов ДВМ.

По результатам проведенных исследований для валковых модулей О 180 и ПД 140 убеждаемся, что резонансная зона работы также находится далеко от реальных режимов работы и в зависимости от различных конструктивных и технологических параметров ДВМ находится в диапазоне от 2320 об/мин до 2750 об/мин.

При анализе результатов расчетов критических частот вынужденных изгибных колебаний было показано, что увеличение толщины эластичного покрытия имеет первостепенное влияние на изменение критической частоты вынужденных изгибных колебаний валов ДВМ вне зависимости от конструктивного оформления валкового модуля. Так при изменении толщины эластичного покрытия с 5 мм до 25 мм для ДВМ О-180 критическая частота вынужденных колебаний уменьшается на 8,8 %, а для ПД-140 – на 6,5 %.

При анализе результатов расчетов критических частот вынужденных изгибных колебаний было показано, что изменение эксцентриситетов осей валов влияет на форму упругой линии валов ДВМ.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям деформационных свойств резины на натурном образце.

Исследования проводились на экспериментальном стенде с двумя валами, один из которых покрыт резиной марки 2 – 610 – 7 (ГОСТ 263-75), твердостью по Шору 55. Так как физико-механические свойства покрытия нельзя считать абсолютно однородными по окружности и по образующей, то для получения усредненных значений параметров были размечены 5 образующих через 72о.

В первую очередь интерес вызывает зависимость удельной нагрузки от деформации покрытия, а также влияние на эту зависимость технологических параметров валкового модуля.

Эксперимент заключался в следующем. При температуре 20оС прикладывали нагрузку к опорам верхнего вала и фиксировали величину сближения оптико-цифровым методом. Динамические испытания натурного образца проводились с целью изучения влияния скорости вращения валов, нагрузки и диаметров валков на деформацию резинового покрытия.

При различных нагрузках (3,5 (5,6), 25 и 40 кН/м) и диаметре верхнего вала 215мм (265 мм), изменяли скорость вращения вала от 0 об/мин до 110 об/мин и, с помощью цифрового фотоаппарата фотографировали в статике и динамике деформацию покрытия верхнего вала с высокой степенью разрешения. Далее производили обработку полученных снимков и видеоклипов (видеоклип разбивали на кадры) в системе Компас 2D V8.

Для каждого сочетания изменяемых параметров работы стенда получена зависимость вида:

q = A m, (1)

где q – интенсивность нагрузки в жале, кН/м;

сближение осей валов, мм;

A и m - коэффициенты, зависящие от параметров эксперимента;

Значения коэффициентов были A и m были рассчитаны с помощью пакета MathCad.

Полученные коэффициенты позволяют построить деформационную кривую только для конкретного варианта конструктивных и технологических параметров валкового модуля. Для того, чтобы полученные значения коэффициентов были полезны при различных вариантах параметров необходимо построить зависимости коэффициентов A и m от параметров эксперимента.

A = A(Dпр, V);

m = m(Dпр, V), (2)

где Dпр – приведенный диаметр валов;

V линейная скорость проводки;

Для получения регрессионных зависимостей воспользовались программным обеспечением STATISTICA. Проверялись модели разного вида: линейная, степенная второй степени и экспоненциальная. Лучшие результаты получены с линейной функцией, что нашло отражение в наименьших расхождениях значений A и m, полученных опытным и модельным путем

A = 25,8699 -40,9903 Dпр -9,53 V ;

m = 12,0362 -82,8502 Dпр + 0,852 V, (3)

где ai, bi – коэффициенты регрессионных уравнений.

Полученные регрессионные модели коэффициентов деформационных зависимостей позволили определить степень влияния ткани на деформационную характеристику упругого слоя.

Анализ результатов эксперимента показал существенное влияние ткани на деформационную характеристику, зависящее от типа ткани, технологических и конструктивных параметров валкового модуля. При определенном сочетании приведенного диаметра и частоты вращения валов деформация упругого слоя увеличивается до 5 раз.

Пятая глава посвящена разработке программного комплекса динамического анализа валов ДВМ ТОО.

Разработанная подсистема динамического анализа валов ДВМ ТОО предназначена для автоматизированных расчетов свободных и вынужденных колебаний валов ДВМ. В подсистеме реализованы алгоритмы, рассмотренные в главах 2 и 3.

Функция «Численный расчет спектра частот и форм свободных колебаний ДВМ» подсистемы динамического анализа валов ДВМ ТОО - реализует алгоритм, описанный в главе 2. В результате расчета определяются частоты свободных колебаний (в результатах выводятся первые три), а также соответствующие им формы свободных колебаний. Непосредственно перед проведением расчета запрашивается файл с коэффициентами упругости основания на выделенных «сэндвич» элементах, полученных в результате статического расчета. Время вычисления на ПК типа Intel Pentium 4 CPU 3 GHz с ОЗУ 1 Gb составляет 5-7 секунд.

Функция «Численный расчет вынужденных изгибных колебаний ДВМ» подсистемы динамического анализа валов ДВМ ТОО - реализует алгоритм, описанный в главе 3. В результате расчета определяются частоты вынужденных изгибных колебаний валов ДВМ при задании диапазонов частот вращения и эксцентриситетов осей вращения нижнего и верхнего валов, а также толщины эластичного покрытия. Непосредственно перед проведением расчета запрашивается файл с коэффициентами упругости основания на выделенных «сэндвич» элементах, полученных в результате статического расчета разрешения *.kof. Время вычисления 1 цикла на ПК типа Intel Pentium 4 CPU 3 GHz с ОЗУ 1 Gb составляет в среднем 10-15 минут.

Созданная подсистема динамического анализа дает возможность быстро и с высокой точностью осуществить многовариантный расчет валкового модуля с валами произвольного конструктивного оформления.

Использование разработанной подсистемы динамического анализа ДВМ позволяет отыскать рациональную конструкцию за короткое время.

Производственное внедрение подсистемы позволит модернизировать старые ВМ и сократить сроки проектирования новых ВМ, повысить их качество, эффективность, надежность и долговечность.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

  1. Проведен анализ отечественной и зарубежной литературы, который позволил сделать вывод о том, что при проектировании валковых модулей расчетам валов должно уделяться особое внимание. Использование системного подхода позволяет автоматизировать процесс получения и численного решения для анализа свободных и вынужденных колебаний ДВМ.
  2. Численный метод расчета свободных колебаний валов ДВМ позволил определить полный спектр их частот и форм и более рационально подойти к разработке конструкций. Показано, что двухкратное увеличение твердости покрытия вала приводит к увеличению собственной частоты до 10,86 %. Увеличение внутреннего диаметра вала на 8,3 % дает увеличение собственной частоты на 5,06 % для ДВМ О-180 и на 0,98 % для ДВМ ПД-140.
  3. Численный метод расчета вынужденных колебаний валов ДВМ позволил выявить влияние твердости упругого слоя, нагрузки на опоры, толщины эластичного слоя, эксцентриситетов осей вращения валов и их конструктивного исполнения на критические режимы валкового модуля. Показано, что при изменении толщины эластичного покрытия с 5 мм до 25 мм для ДВМ О-180 критическая частота вынужденных колебаний уменьшается на 8,8 %, а для ПД-140 – на 6,5 %.
  4. Созданные модели расчета коэффициентов деформационных зависимостей эластичного покрытия вала в сочетании с моделями деформации слоя с тканью позволяют определить степень влияния ткани на деформационную характеристику. Так при скорости проводки ткани 1,51 м/с, приведенном диаметре 0,1449 м для ткани артикула 334 изменение деформации сложного упругого слоя увеличивается с 0,3 мм (без ткани) до 1,53 мм.
  5. Использование созданного программного обеспечения позволило провести комплексное исследование валов ДВМ и разработать общие рекомендации для снижения собственной частоты изгибных колебаний ДВМ с одновременным снижением материалоемкости конструкции. Для этого следует стремиться к одновременному уменьшению твердости резины и уменьшению внутреннего диаметра вала. Так для ДВМ О-180 10-ти кратное снижение твердости резины и уменьшение внутреннего диаметра на 10 мм позволяет снизить собственную частоту с 2765 об/мин до 638 об/мин.
  6. Использование разработанных методик численного расчета свободных и вынужденных колебаний на основе подсистемы САПР ДВМ ТОО позволяет выдавать конкретные рекомендации при проектировании валов путем изменения их конструктивных особенностей различных вариантов упругого слоя и величины прижима валов.

По теме диссертации опубликованы следующие работы.

Статьи в журналах, входящих в список ВАК

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»