- •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
Часть четвертая
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ1
19. Задачи и методы прогнозирования
Задача прогнозирования виброакустических характеристик транспортно-технологических машин на заключительной стадии проектирования может быть сформулирована как задача нахождения отклика сложной динамической системы в виде функций распределения в пространстве и времени скоростей, ускорений, сил, виброакустических мощностей и других характеристик отдельных точек системы на действие возмущающих сил различного характера в источниках. Задача прогнозирования виброакустических характеристик включает также способы регулирования этого отклика в требуемых пределах.
Прогнозирование кинематических и энергетических виброакустических характеристик транспортно-технологических машин в процессе возмущающих воздействий со стороны двигателя, узлов трансмиссии, рабочего органа и других источников возможно несколькими методами.
Во-первых, экспериментальным. Сущность его заключается в том, что отклик в отдельных точках машины в процессе выполнения типовых технологических операций регистрируется с помощью специальной аппаратуры. Данный метод позволяет решать задачу шумовиброзащиты по результатам эксперимента, но не пригоден на стадии проектирования. Кроме этого, для проведения натурных или стендовых испытаний требуются дорогостоящее оборудование и большие трудозатраты.
Во-вторых, теоретическим. При таком способе прогнозирования и оценки отклика необходимо провести идентификацию динамической системы, адекватно отражающей её поведение под действием возмущающих нагрузок. Отклик в интересующих точках системы, например в опорных связях источников возмущающих воздействий или конструктивных элементах (пол кабины, рама и др.), определяется путем решения на ЭВМ системы дифференциальных уравнений относительно кинематических и силовых параметров.
В-третьих, экспериментально-теоретическим. Этот способ основан на применении первых двух. В таком случае модель строится на основании виброакустических исследований отдельных узлов и агрегатов машины, а отклик в требуемых точках определяется расчетным путем.
В последние годы произошли значительные сдвиги в методах виброакустического расчета различных инженерных конструкций и систем. Традиционные методы расчета, базирующиеся на классических теориях, с учетом ограниченных их возможностей, уступают место современным численным методам для виброакустических исследований и проектированию сложных инженерных систем с применением мощных ЭВМ.
19.1. Системный анализ
В центре методологии системного анализа находится операция количественного сравнения вариантов, которая выполняется с целью выбора оптимального варианта, подлежащего внедрению в практику.
Система определяется заданием системных объектов, свойств и связей. Системные объекты – вход, процесс, выход, обратная связь и ограничение.
Применительно к созданию виброшумобезопасных машин как сложных системных объектов задачи могут быть интерпретированы следующим образом. Входом будем называть возбуждающие воздействия агрегатов и узлов на другие структурные составляющие, входящие в конструкцию машины. При этом возбуждающие воздействия претерпевают изменения. Выход – это результат конечного состояния процесса. Процесс переводит вход и выход. Например, в процессе передачи виброакустической энергии по конструкции происходит её излучение в пространство, рассеяние и поглощение. Связь определяет следование процессов, т.е. выход некоторого процесса в одном узле является входом в процесс в другом узле или механизме машины.
Во всякой искусственной системе существуют три различных по своей роли подпроцесса: основной процесс, обратная связь и ограничение.
Обратная связь должна позволять сравнивать параметры вибрации выхода с требуемыми, оценивать содержание и смысл различия, вырабатывать решение, формировать ввод решения и воздействовать на процесс образования и распространения вибрационной энергии с целью приближения выходного сигнала, например виброскорости к заданному. Подпроцесс ограничения должен позволять воздействие на выходной сигнал и управление системы, обеспечивая соответствие выхода системы цели, т.е. требованиям по вибрации и шума в точке приема.
Важным этапом исследования сложных систем считается этап идентификации их структуры. На основании изучения информационных источников можно идентифицировать образование, распространение и излучение виброакустической энергии на ЗТМ сложной четырехуровневой параллельно-последовательной системой (рис. 19.1). На первом уровне (А) рассматривается совокупность рабочих процессов, протекающих параллельно в двигателе, коробке передач, гидроагрегатах и механизмах, вызывающих возмущающее действие. Второй уровень иерархии (В) включает механическую подсистему в виде корпусных конструкций двигателя и других агрегатов и механизмов, которые возбуждаются от сил, возникающих при совершении рабочих процессов внутри этих агрегатов и передают возбуждение на более высокий уровень через опорные и неопорные связи. Третий уровень иерархии (С) ориентирован на интегрирование вибрационных процессов от различных источников и представляет собой пространственную рамную конструкцию. На четвертом уровне иерархии (D) рассматривается место приема вибрации – кабина.
Процессы в подсистемах А отражают рабочие процессы, происходящие в агрегатах и механизмах машины. Например, под номером 1 обозначен результат действия остаточного дисбаланса и неуравновешенности двигателя, под номером 2 – резкое возрастание давления газов в цилиндрах двигателя при сгорании рабочей смеси. Сюда могут относиться также удары в сочленениях деталей, при работе зубчатых передач, пульсации давления в гидравлических системах и другие.
Процессы В – корпусные детали агрегатов и механизмов, которые реагируют на свои внутренние воздействия и через опоры передают вибрацию далее в раму машины.
Рама машины (подсистема С) является интегрирующим процессом, так как суммирует воздействие всех узлов и агрегатов, установленных на ней. При этом объекты подсистемы В теряют свой независимый характер.
Далее выход из подсистемы С через опорные связи поступает на вход подсистемы D, представляющей собой кабину – замкнутую объемную конструкцию. Вибрация проникает в кабину через опорные связи.
Операционная система позволяет на стадии проектирования машин при расчете влиять на выходы подсистем через обратные связи. Более подробно на рис. 19.1, б показана обратная связь вибрации пола кабины с процессом и входным сигналом. Целью обратной связи является управление через модель воздействия после сравнения выходного сигнала, например виброскорости, с критерием, в качестве которого могут использоваться допустимые виброскорости по ГОСТ 12.1.012, ИСО 2372 и 2373 и др. Таким образом, модель выхода в данном случае содержит предсказанные оценки, которые определяют состояние системы, например, виброскорости пола кабины, при данном уровне характеристик - модуле упругости, жесткости, коэффициенте внутреннего трения и т.д. Цель будет достигнута, когда виброскорости пола кабины в разных направлениях пространства станут соответствовать требованиям.
Реализация данной операционной системы на практике в полном объеме возможна способом, основанном на применении метода конечных элементов.
б)
Рис. 19.1. Схема распространения вибрации и ее снижения на машине:
а) - операционная система: А – рабочие процессы в агрегатах и механизмах; В – агрегаты и механизмы;
С – рама; Д – пол кабины; б) – операции в обратной связи