Визначення параметрів віброударних машин із урахуванням їхніх визначальних характеристик

Abstract

Мета. Формування узагальненого показника ефективності функціонування та аналіз резонансних вібраційних машин із урахуванням їхніх визначальних енергетичних, динамічних і технологічних характеристик. Методика. Для оцінювання ефективності функціонування вібраційних систем використано три базових параметри – відношення максимуму пришвидшення робочої маси до споживаної потужності, коефіцієнт асиметрії пришвидшення та ширина резонансної зони. На наступному етапі ці показники приведені до безрозмірного виду, де визначальним вибрано перший. Сформовано узагальнений показник, що має вигляд різниці представлених показників та є функцією мети оптимізаційної задачі. Отриманий показник подано у функціональному вигляді, що враховує коефіцієнти жорсткості для синтезу різного класу резонансних систем – гармонійних і віброударних. Оптимізаційний синтез здійснюється на базі системи нелінійних диференціальних рівнянь, що описує динамічні процеси у вібраційній системі з врахуванням рівняння стану електромагнітного приводу. Результати. Використовуючи незалежні коефіцієнти синтезу пружних параметрів отримано функціональну залежність критерію якості, що визначається екстремальною характеристикою. При цьому отримано характеристику, що описує три стани вібраційних систем. Встановлено, що за цим критерієм класичні віброударні системи поступаються за ефективністю функціо- нування традиційним гармонійним системам. Отримано нові параметри, що описують нові віброударні системи, що суттєво переважають існуючі методи їхніх розрахунків. Отримані залежності дають змогу оцінити вплив параметрів синтезу на ефективність функціонування з врахуванням відповідних технологічних і динамічних вимог. Наукова новизна. Вперше отримано критерій ефективності різного класу резонансних вібраційних систем, що враховує їхні визначальні енергетичні, технологічні та динамічні характеристики. Вперше підтверджено, що формування віброударних систем за класичним принципом є нераціональним, оскільки такі поступаються традиційним гармонійним системам. Встановлено причину такої неефективності, що криється у необхідності коригувати два коефіцієнти жорсткості для реалізації заданих резонансних режимів роботи. Практична значущість. Розглянута задача дає змогу реалізовувати на розрахунковому рівні вібраційні системи із закладеними технологічними і динамічними характеристиками. При цьому, енергетичні характеристики формуються за умови досягнення їхніх максимальних значень. Методика дозволяє реалізовувати як традиційні віброударні та гармонійні системи, так і нові, що є суттєво енергетично ефективнішими. За результатами синтезу розраховуються значення коефіцієнтів жорсткості, а також визначальні кінематичні та динамічні параметри.

Aim. The purpose is to form a generalized performance indicator and analysis of resonant vibration machines, taking into account their main energy, dynamic and technological characteristics. Method. Three basic parameters the ratio of the maximum acceleration of the working mass to the power consumption, the coefficient of asymmetry of acceleration and the width of the resonance zone were used to evaluate the efficiency of vibration systems. These indicators are reduced to a dimensionless form in the next step. Next, a generalized metric is formed that looks like the difference in the presented metrics and is a function of the goal of the optimization problem. The obtained indicator is presented in functional form, it takes into account the coefficients of rigidity for the synthesis of harmonic and vibro-impact resonance systems. Optimization and synthesis is carried out on the basis of a system of nonlinear differential equations, which describes the dynamic processes in a vibration system, taking into account the equation of state of the electromagnetic drive. Results. The functional dependence of the quality criterion was obtained using independent coefficients of elastic synthesis, which is determined by the extreme characteristic. The dependencies describing the three states of the vibration systems were obtained. Classical vibration systems are found to be inferior in performance to traditional harmonic systems by this criterion. The main parameters describing new vibration systems that significantly outweigh the existing methods of their calculations have been obtained. The dependencies obtained allow us to evaluate the influence of synthesis parameters on the efficiency of operation taking into account the relevant technological and dynamic requirements. Scientific novelty. Performance criterion for different classes of resonant vibration systems, taking into account their determining energy, technological and dynamic characteristics, was obtained for the first time. The formation of vibration shock systems according to the classical principle is irrational, since such systems are inferior to traditional harmonic systems confirmed. The reason for such inefficiency is found that it is necessary to correct two coefficients of rigidity for realization of the given resonant modes of operation. Practical significance. The considered problem makes it possible to implement at the design level vibration systems with laid technological and dynamic characteristics. Energy characteristics are formed if their maximum values are reached at the same time. The method allows implementing of both traditional vibration and harmonic systems and new ones, which are significantly as more energy efficient. The values of the stiffness coefficients, the kinematic and dynamic parameters, are calculated according to the results of the synthesis.