Вынужденные крутильные

Для вынужденных колебаний характерно совпадение их частоты с частотой изменения вынуждающего воздействия.

У вибрационных машин с принудительным приводом исполнительный орган не имеет ни одной степени свободы, и размах его вибрации полностью определен параметрами приводного механизма (кривошипно-шатунного, кулачкового, эксцентрикового и т. д.). Машины с силовым, кинематическим, параметрическим возбуждением вибрации и с самовозбуждением являются динамическими системами. У них размах вибрации есть функция как от вынуждающего воздействия (кроме автоколебательных систем), так и от инерционных, позиционных и диссипативных сил, зависящих от ускорения, перемещения и скорости.

Множество возможных сочетаний параметров, обеспечивающих достижение требуемого размаха вибрации, лимитируется ограничениями, налагаемыми на амплитудный и фазовый спектры вынуждающего воздействия, а также налагаемыми на массу, размеры и мощность вибровозбудителя, на массу, размеры и жесткость исполнительного органа и других элементов машины, на амплитудные спектры

Из перечисленных требований одни могут противоречить другим. Поэтому надо пытаться находить компромиссные решения, а если это не удается, — изменить структурную схему машины. Например, стремление снизить размах вынуждающего воздействия, массу и размеры вибровозбудителя побуждает избрать околорезонансный режим работы машины. Вместе с тем при таком режиме резко возрастает чувствительность размаха вибрации исполнительного органа к изменениям коэффициента сопротивления, частоты вибрации и других параметров.

Большинство современных вибрационных машин работает в режимах вынужденных колебаний. Использование вынужденных колебаний открывает широкие возможности разработки вибрационного привода, реализующего колебания различного амплитудного и фазового спектра. Возможна работа вблизи обычного резонанса (когда частота колебаний равна частоте вынуждающего воздействия), в режиме супергармонического резонанса (когда имеется ярко выраженная супергармоника, частота которой кратна частоте вынуждающего воздействия), в субгармоническом режиме (когда частота колебаний в целое число раз меньше частоты вынуждающего воздействия), в режиме комбинационного резонанса (когда рационально отношение частоты колебаний к частоте вынуждающего воздействия).

Низшая частота рабочего диапазона частот определяется значениями со > coj. При меньших частотах для получения заданных ускорений необходимо увеличить входной сигнал и, следовательно, увеличить мощность усилительного устройства сверх ее номинального значения. Достаточно низкое значение coj обеспечивается конструкцией подвески, имеющей малую жесткость. Верхняя граница рабочего диапазона частот определяется частотой со2. При больших частотах подводимая мощность оказывается недостаточной для получения заданного ускорения из-за наличия антирезонансных зон в механической системе. Поэтому для расширения частотного диапазона вибровозбудителя конструкцию подвижной системы следует выполнять жесткой в осевом направлении. Наличие ребер и выступов, повышающих жесткость в осевом направлении, является во многих случаях нежелательным из-за возможности возникновения резонансных явлений при совпадении частот свободных колебаний этих частей подвижной системы с частотой вынуждающего воздействия. При воспроизведении параметров вибрации, задаваемых более сложными законами изменения ускорений, скоростей или перемещений в зависимости от изменения частоты вынужденной вибрации, а также при воспроизведении полигармонической и случайной вибрации, общие принципы построения частотного диапазона вибровозбудителя остаются неизменными.

Совместное влияние вынуждающего воздействия и силы тяжести или силы упругости специальных пружин приводит исполнительный орган этих машин в вибрационное движение, сопровождающееся периодическими ударами о поверхность среды, в результате чего происходит ее уплотнение.

силу сопротивления движению колодки можно наделить вязкими составляющими, а колодке и ограничителю приписать некоторые массы [2]. На рис. 4, в приведена примерная осциллограмма вертикальной составляющей перемещения рабочего органа в случае, когда частота ударов равна частоте вынуждающего воздействия. Жирной линией обозначено движение рабочего органа на этапе сохранения контакта с поверхностью грунта.

По характеру вынуждающего воздействия вибрационные площадки и установки можно подразделить на машины с круговым, вертикально направленным и прямолинейным горизонтально направленным воздействием. По наличию или отсутствию периодических ударов их делят на безударные вибрационные и ударно-вибрационные. Первые могут быть с моногармонической или с бигармонической вибрацией. Вторые могут быть с соударениями стальных бойка и наковальни или с ударами через упругие прокладки. По способу возбуждения вибрации площадки и установки можно разбить на машины с центробежным возбуждением вибрации, с электромагнитным возбуждением, с кинематическим возбуждением и с принудительным виброприводом.

В зависимости от типа привода, остроты настройки, характера технологического процесса и ряда других факторов система автоматического управления вибрационной машиной может быть основана на регулировании упругих, инерционных или диссипативных параметров частей машины или на регулировании частоты и амплитуды вынуждающего воздействия. У центробежных вибровозбудителей изменение частоты вращения дебалансов приводит к одновременному изменению амплитуды вынуждающей силы, которая пропорциональна квадрату частоты.

Разработаны системы автоматического управления вибротрамбовками, также основанные на сравнении момента начала удара с моментом, когда фаза вынуждающего воздействия соответствует максимальному значению ударной скорости трамбующего органа.

4. Л. И. Цехнович. Вынужденные крутильные колебания в машинном агрегате с

112. Ц е х н о в и ч Л. И. Вынужденные крутильные колебания в машинном агрегате с электрическим приводом.—Динамика машин. М., Машгиз, 1963, с. 38—47.

активными силами и силами инерции— Jrqn (t), совпадают с (3.9). Таким образом, динамические ошибки, вызванные податливостью звеньев, могут рассматриваться как вынужденные крутильные колебания многомассовой системы вблизи программного движения системы с жесткими звеньями.

Валы поршневых двигателей и некоторых турбомашин, к которым присоединены сосредоточенные массы в виде дисков, гребных винтов, кривошипно-шатун-ных и других механизмов, подвергаются периодическим крутящим воздействиям и совершают вынужденные крутильные колебания. В связи с этим возникает необходимость расчета частот собственных колебаний и амплитуд вынужденных колебаний как в нерезонансной области, так и непосредственно при резонансе. При определении частот собственных колебаний и амплитуд вынужденных колебаний в нерезонансной области силы сопротивления трения не имеют существенного значения и не учитываются. При определении амплитуд колебаний при резонансе силы сопротивления, наоборот, весьма существенны и должны учитываться, так как при их отсутствии амплитуды колебаний неограниченно возрастали бы во времени.

Вынужденные крутильные колебания упругого вала, несущего дискретные массы, хорошо изучены.

Л. И. Цехнович, Вынужденные крутильные колебания в машинном агрегате

При внезапном приложении пульсирующей нагрузки к упругой системе, каковой является валопровод турбины и генератора, в системе возникают свободные и вынужденные крутильные колебания. Свободные колебания представляют собой сумму бесконечного числа гармоник с собственными частотами системы. Вынужденные колебания происходят с частотами со и 2о>. Свободные и вынужденные колебания с течением времени затухают, что обусловлено наличием в си--стеме внешних и внутренних сопротивлений, к которым относятся внутреннее трение в материале валопровода, аэродинамическое трение дисков и лопаток турбины и трение в подшипниках. В расчетах крутильных колебаний эти сопротивления не учитываются. Рассеивание энергии в активных сопротивлениях цепей генератора также способствуют затуханию вынужденных колебаний.

4. Вынужденные крутильные колебания............... 336

4. ВЫНУЖДЕННЫЕ КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

ВЫНУЖДЕННЫЕ КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

ВЫНУЖДЕННЫЕ КРУТИЛЬНЫЕ КОЛЕБАНИЯ 339