- •Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин
- •«Наземные транспортно-технологические комплексы»
- •Введение
- •Характеристики сил в механизмах
- •1.1. Движущие силы
- •. Силы сопротивления
- •. Силы трения
- •. Силы упругости
- •. Импульсные и ударные силы
- •2. Уравнения движения механизмов
- •2.1. Число степеней свободы
- •2.2. Жесткость
- •2.3. Уравнения движения механической системы с одной степенью свободы.
- •2.4. Кинематика гармонического движения
- •2.5. Учет массы пружины
- •2.6. Вынужденные колебания
- •2.7. Резонанс
- •2.8. Кинематическое возбуждение
- •2.9. Инерционное возбуждение
- •2.10. Экспериментальное определение собственной частоты
- •2.11. Сложное (полигармоническое) возбуждение
- •2.12. Круговые колебания. Критическая частота вращения вала
- •2.13. Различные виды трения при колебаниях
- •3. Колебания системы с двумя степенями свободы
- •3.1. Собственные колебания
- •3.2. Вынужденные колебания
- •4. Вибрация и способы ее снижения
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Основные конструкционные особенности зтм.
- •4.3. Общая характеристика источников виброакустической энергии
- •4.4. Методы и средства снижения виброакустической энергии
- •5. Виброизоляция
- •5.1. Линейный виброизолятор
- •5.2. Виброизоляция при ударном воздействии
- •5.3. Виброизоляция при случайном воздействии
- •6. Динамическое гашение колебаний
- •6.1. Пружинный динамический гаситель
- •6.2. Динамический поглотитель колебаний
- •6.3. Динамический поглотитель колебаний крутильной системы
- •6.4. Ударные гасители колебаний
- •7. Уравновешивание механизмов и машин
- •7.1. Общие сведения об уравновешивании
- •7.2. Уравновешивание вращающегося тела
- •8. Вибропоглощение
- •8.1. Природа и характеристики потерь колебательной энергии в твердых телах
- •8.2. Расчет вибропоглощающих покрытий и конструкций
- •8.3. Конструкционные материалы с большими внутренними потерями
- •9. Характеристики вибрации, определяющие ее действие
- •9.1. Показатели интенсивности вибрации
- •9.2. Показатели спектрального состава вибрации
- •9.3. Допустимые значения уровней вибрации
- •Определение коэффициентов передачи при виброизоляции
- •9.5. Пассивная и активная виброизоляция сиденья самоходной машины
- •9.6. Виброизоляция автомобильных и тракторных двигателей
- •10. Теория и практика борьбы с шумом
- •10.1. Актуальность проблемы борьбы с шумом
- •10.2. Перспективы борьбы с шумом
- •10.3. Основные понятия и определения
- •10.4. Излучение и распространение звука
- •10.5. Распространение звука в помещении
- •10.6. Поглощение, отражение и прохождение звука
- •10.7. Интерференция звука
- •10.8. Дифракция звука
- •11.1. Характеристика шума
- •11.2. Спектральные и временные характеристики шума
- •11.3. Сложение шума двух и более источников
- •11.4. Перевод узд в уз
- •11.5. Вычитание уз (узд)
- •11.6. Расчет эквивалентного уз
- •11.7. Нормы шума на рабочих местах
- •11.8. Технические нормы шума машин
- •11.9. Нормирование ультразвука и инфразвука
- •12. Источники шума
- •12.1. Классификация
- •13. Механический шум
- •13.1. Зубчатые передачи
- •13.2. Подшипники
- •13.3. Роторы
- •13.4. Кулачковые механизмы
- •14. Аэродинамический шум
- •14.1. Шум струи
- •14.2. Шум вентиляторов
- •15. Гидродинамический шум
- •15.1. Источники шума
- •15.2. Шум гидронасосов
- •16. Электромагнитный шум
- •16.1. Электрические машины
- •16.2. Трансформаторы
- •17. Расчет звука в помещении от наружнего источника
- •17.1. Расчет структурного звука
- •17.2. Расчет эффективности звукоизолирующего капота
- •18. Характеристики шума в кабинах строительных
- •18.1. Характеристики внешнего шума
- •18.2. Снижение шума в кабинах. Методы и средства
- •18.3. Звукоизоляция и звукопоглощение
- •18.4. Виброизоляция и вибродемпфирование
- •18.5. Снижение внешнего шума
- •18.6. Глушители шума выпуска отработавших газов двигателей
- •Часть четвертая
- •19. Задачи и методы прогнозирования
- •19.1. Системный анализ
- •19.2. Математическая модель виброакустического процесса
- •19.3. Используемые конечные элементы
- •Формирование топологии и базы исходных данных
- •20.1. Топология и физико-геометрические характеристики элементов конструкции машины1
- •20.2. Аппроксимация конечными элементами колесного погрузчика
- •20.3. Сопоставление результатов численных исследований (мкэ)
- •20.4. Определение вклада воздушного и структурного шума
- •Виброакустические исследования дорожного
- •21.1. Топология дорожного снегоочистителя типа дэ-2101
- •Анализ результатов численных исследований мкэ виброакустического процесса на снегоочистителе
- •Первая часть:
- •Второй часть:
- •Третья часть:
- •Четвертая часть
- •Приложения
- •И их значений в м/с и м/с2 соответственно
- •Сведения об авторе
- •Механические колебания и виброакустическая защита транспортно-технологических строительных машин
Введение
Механические колебания (вибрация) используют во многих областях строительства, промышленности, транспортно-технологических работах и других. Существуют вибрационные транспортеры для перемещения сыпучих тел, вибраторы для погружения свай, специальные катки и вибраторы для уплотнения грунта, основания, фундаментов, уложенного бетона, вибрационные грохоты для просеивания различных материалов и т.д. Но механические колебания постоянно возникают и там, где они мешают правильной работе машин, неприятны для людей и даже опасны, так как могут вызвать различные заболевания человека и повреждения машин или конструкций. Примеры таких колебаний каждый специалист наблюдал в своей области: колебания клапанных пружин, нарушающие моменты газораспределения в двигателе; дрожание пола и дребезжание оконных стекол вследствие работы двигателя неподалеку от здания; тряска на сидении транспортно-технологических машин, когда двигатель работает на малых оборотах. Нередко эти колебания становятся разрушительными: от крутильных колебаний ломаются коленчатые валы, сильные колебания разрушают клапанные пружины, в стенах зданий от распространяющихся через грунт сотрясений образуются трещины.
Специалисты по шуму и вибрации приходят на помощь с измерительными приборами, записывают колебания и шум, анализируют полученные данные и после расчетов колеблющейся системы дают рекомендации, как устранить вибрацию, шум и неприятные или вызывающие поломки колебания. Часто эти рекомендации оказываются легко выполнимыми, но иногда требуется коренная переделка конструкции. Чтобы произвести такие расчеты, нужно гораздо больше материала, чем можно поместить в этой небольшой книге, но чтобы найти общий язык со специалистами по шуму и вибрации, научиться понимать требования к конструкции, а иногда и к производству и эксплуатации, достаточно знать основы теории и уметь вместе со специалистом читать записи шума и колебаний. Этот минимум теоретических знаний о механических колебаниях и шуме, а также описание ряда пояснительных примеров из практики и составляют содержание учебного пособия.
В основе представленного учебного пособия лежат классические труды известных советских и российский ученых в области борьбы с вибрацией и шумом транспортно-технологических машин Н.И. Иванова, А.Е. Колесникова, Н.И. Левитского, А.С. Никифорова, Г.Л. Осипова, К.В. Фролова, Е.Я. Юдина и других.
Материал учебного пособия разделен на четыре части: 1. Общие методы динамики механизмов; 2. Вибрационные процессы в транспортно-технологических машинах; 3. Инженерная акустика; 4. Прогнозирование виброакустических характеристик машин с использованием метода конечных элементов. Нумерация разделов и подразделов сквозная, так обозначены 21 раздел и 87 подразделов. Пособие содержит заключение, библиографический список, контрольные вопросы, три приложения и краткие сведения об авторе.
Материал подобран таким образом, чтобы по мере освоения более простых терминов, определений и закономерностей можно было бы осваивать более углубленные понятия, теории и рекомендации для использования их на практике в борьбе с вибрацией и шумом транспортно-технологических машин.
Для улучшения освоения материала в пособии приведено достаточное количество расчетных схем, графиков, диаграмм, фрагментов векторной анимации и таблиц.
В соответствии с учебными планами и рабочими программами по дисциплинам «Снижение виброакустических характеристик подъемно-транпортных, строительных и дорожных машин» для магистрантов, обучающихся по направлению 23.04.03 (190100) «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»; «Теория колебаний машин и механизмов», для студентов, обучающихся по направлению 190109.65 «Наземные транспортно-технологические средства», поставлена цель обобщить и систематизировать известные материалы, необходимые обучающимся для освоения компетенций, связанных с созданием новых, модернизацией существующих и эксплуатацией виброшумобезопасных транспортно-технологических, строительных и дорожных машин, а также для аспирантов, обучающихся по направлению 05.05.04 «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»; «Теория колебаний и виброакустическая защита транспортно-технологических систем».
ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ
ВИБРОАКУСТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА СИСТЕМУ
ЧЕЛОВЕК – МАШИНА – СРЕДА
Открывая в 1974 г. II Всероссийский симпозиум, посвященный влиянию вибрации на организм человека и проблемам виброзащиты, академик А.А. Благонравов отметил, что чем более совершенными становятся технические средства, с помощью которых человек всё полнее и многообразнее использует силы и явления природы, тем всё более острыми становятся вопросы, порожденные неизбежным появлением отрицательных сторон влияния технических средств на природу и человека.
В процессе создания новых и совершенствования существующих машин внедряются всё новые достижения науки, что кардинально изменяет свойства машин, повышает и интенсифицирует их характеристики.
Процесс создания новых видов техники с форсифицированными рабочими параметрами по скорости, мощности, нагрузкам неизбежно приводит к росту интенсивности вибрационных и акустических полей. Темпы этого роста опережают темпы создания новых методов и средств, обеспечивающих снижение уровней вибрации до безопасных значений.
Несмотря на значительные успехи, достигнутые в последние десятилетия в деле устранения опасных и вредных вибраций, действующих как на человека, так и на элементы конструкций машин, и в настоящее время эта проблема остается одной из наиболее острых, важных и актуальных.
В агрегатах, механизмах и узлах транспортно-технологических машин амплитуды и частоты действующих сил носят периодический, непериодический, импульсный, ударный и случайный характер. Уход от опасных резонансных режимов и снижение уровня колебаний в реальных конструкциях представляют важную научную проблему.
Взаимодействие человека – оператора с новейшими высокопроизводительными и быстроходными машинами с учетом воздействия вибрационных и акустических полей связано со здоровьем людей, с нормализацией условий трудовой деятельности человека, разработками рационального развития труда и отдыха, что имеет большое социально-экономическое значение. В этой связи Институтом машиноведения им. А.А. Благонравова ещё в конце XX века были определены задачи:
во-первых, исследования биотехнических систем «человек – машина» с точки зрения возрастающих вибрационных воздействий;
во-вторых, исследования в области виброакустической динамики машин;
в-третьих, решения теоретических и практических вопросов, связанных с созданием робототехнических систем.
Дальнейшее изучение и развитие проблем вибрации в различных аспектах позволит решить задачи оптимизации виброакустической защиты систем «человек – машина – среда» и ряд существенных проблем виброакустической диагностики машин и механизмов, использования вибрации в технологических процессах и других.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ОБЩИЕ МЕТОДЫ ДИНАМИКИ МЕХАНИЗМОВ