Секция 5: Передовые технологии и техника для

Секция 5: Передовые технологии и техника для агропромышленного комплекса (АПК)
и разработки недр
УСТРОЙСТВО ВИБРОИЗОЛИРУЮЩЕЕ С КОМПЕНСАТОРОМ ЖЁСТКОСТИ НА
ОСНОВЕ НЕОДИМОВЫХ МАГНИТОВ
Е.Г. Гурова, к.т.н., доцент, М.Г. Гуров, аспирант
Новосибирский государственный технический университет
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса 20
E-mail: [email protected]
На данный момент одной из существенных проблем во многих отраслях промышленности и
на транспорте является проблема вибрации. Механические колебания приводят к неисправности
оборудования, и оказывает негативное влияние на человека. Длительное воздействие колебаний на
организм человека приводит к ряду заболеваний: нарушение координации движения, потерю чувствительности и нарушение функций центральной нервной системы, что приводит к вибрационной
болезни. Разработкой и совершенствованием средств виброзащиты занимаются множество научных
коллективов. Из разработанных способов на данный момент активно применяются резинометаллические виброизоляторы, динамические гасители колебаний, активные виброзащитные системы с дополнительным источником вибрации и т.д. Но при множестве способов снижения механических колебаний, большинство из них не удовлетворяет современным требованиям виброизоляции.
Наиболее перспективным методом снижения уровня вибрации следует считать применение виброизолирующих устройств с плавающим участком нулевой жесткости [1, 2]. Принцип работы таких
устройств показан на рисунке 1. При ограниченных значениях виброизолирующего хода подвески Н и
при заданном диапазоне изменения усилий от Pmax до Pmin, передаваемых от защищаемого объекта
вибрирующему, силовые характеристики виброизолирующих устройств, обеспечивающих идеальную
виброизоляцию, представляют собой бесконечное множество отрезков прямых, равных по длине 2А
(размах колебаний), параллельных оси абсцисс и расположенных своими серединами на отрезке АВ
прямой, наклоненной к оси абсцисс под углом. Тангенс такого угла равен жёсткости подвески [2, 3].
Рис. 1. Силовая характеристика перестраивающегося виброизолирующего устройства
В таких устройствах присутствуют две основные составляющие: упругий элемент и включенный параллельно ему компенсатор жёсткости – устройство, имеющее падающую силовую характеристику, то есть отрицательный коэффициент жёсткости. Суммарная жёсткость виброизолятора определяется суммой жёсткостей упругого элемента и компенсатора (рисунок 2), следовательно, жёсткость подвески может быть сведена к нулю, что позволяет обеспечить идеальную виброизоляцию.
280
V Международная научно-практическая конференция
«Инновационные технологии и экономика в машиностроении»
Р
1
3
2
х
Рис. 2. Характеристика виброизолятора с компенсатором жёсткости: 1 – упругого элемента;
2 – компенсатора жёсткости; 3 – виброизолятора
Виброизолирующее устройство включается в себя упругий элемент и компенсатор жесткости,
который обеспечивает падающую силовую характеристику. Существует механические, гидравлические, пневматические компенсаторы, которые не полностью отвечают современной виброизоляции.
Одним из самых эффективных компенсаторов жесткости является – электромагнитный компенсатор
жесткости, который представляет из себя два встречно включенных электромагнита постоянного
тока. Электромагнитный компенсатор жёсткости (ЭКЖ) [1, 4] наиболее полно отвечает требованиям
идеальной виброизоляции и обладает рядом преимуществ над ранее предложенными механическими
компенсаторами жёсткости. Такой виброизолятор характеризуется отсутствием сил трения и инерции, легко поддается автоматизации, а также он обладает системой перестройки, перераспределяющей напряжение на катушках электромагнитов при изменении нагрузки. Это позволяет исключить
резонанс, обеспечить нулевую жёсткость. Однако применение виброизоляторов с электромагнитными компенсаторами жесткости затрудняет дополнительный источник энергии, который необходим
для питания электромагнитов и системы перестройки.
В данной работе предлагается в компенсаторе жесткости вместо электромагнитов постоянного
тока использовать более эффективные устройства – супермагниты. Научные исследования проводятся в рамках выигранного гранта РФФИ «Мой первый грант» № 14-01-31386 мол_а «Разработка трехмерного виброизолятора с электромагнитным и магнитным компенсатором жесткости». Применение
их в виброизолирующих устройствах является целесообразным, так как тяговое усилие супермагнитов значительно выше применяемых ранее электромагнитов постоянного тока, при этом габариты
неодимовых магнитов значительно меньше при одинаковых исходных данных [5]. В таблице 1 приведены основные характеристики для супермагнитов, применяемых для компенсаторов жесткости.
Таблица 1
Диаметр:
Толщина:
Сцепление:
Код материала:
Характеристики неодимовых магнитов
30 мм
30 мм
40 мм
40 мм
5 мм
10 мм
15 мм
20 мм
10 кг
20 кг
55 кг
70 кг
N-38
N-38
N-45
N-42
Намагничивание:
Покрытие:
Макс температура:
Размагничивание:
2
Вес:
6 гр
53
гр
5 гр
аксиальное
никель
80 °С
1% в 10 лет
14
18
8 гр
45 мм
25 мм
90 кг
N-45
50 мм
30 мм
120 кг
N-42
29
8 гр
44
5 гр
Также можно рассматривать и отталкивающее действие, при этом полярность магнитов одинакова. Неодимовые магниты располагаются так, чтобы на каждой оси было по два магнита. Характеристика такого компенсатора жесткости имеет падающий вид, при установке его параллельно упругому элементу, что позволяет получить нулевую жесткость всего виброизолятора. Габариты таких
281
Секция 5: Передовые технологии и техника для агропромышленного комплекса (АПК)
и разработки недр
виброзащитных устройств достаточно малы в сравнении с ранее разработанными корректорами жесткости, что значительно расширяет область их применения. Конструкция компенсатора жесткости
представлена на рисунке 3. Супермагнитный компенсатор жесткости представляет собой два металлических диска 3, жестко закрепленных на основании 6, общий якорь 4. Неодимовые магниты 5 распложены на нижнем и верхнем дисках 3, а также на обоих сторонах якоря 4. Супермагниты, расположенные в плоскости якоря и стороне диска имеют разную полярность [4, 5].
Рис. 3. Модель компенсатора на основе
супермагнитов
Рис. 4. Макет виброизолятор с неодимовыми
магнитами
На основе разработанной модели, показанной на рисунке 3, изготовлена модель на 3Dпринтере в ФГБОУ ВПО «НГТУ» изготовлен макет, который позволяет реально представить виброизолятор с супермагнитным компенсатором жесткости. Макет представлен на рисунке 3. Для изготовления макета рассчитана модель на 10 кг. Супермагниты по таблице 1 имеет следующие габариты:
толщина - 5 мм; диаметр – 30 мм.
В качестве примера рассмотрена виброизолирующая система для защищаемой массы 90 кг
(например, водитель транспортного средства) и виброизолятор – 10 кг. По теории виброизоляции
применим распределенную систему установки виброзащитных устройств. Предлагаемая схема установки виброизоляторов показана на рисунке 5.
Рис. 5. Схема установки виброизоляторов:
1 – основание для защищаемого объекта; 2 – виброизоляторы с супермагнитными компенсаторами
жесткости
Исходя из исходных данных работы для объекта защиты массой 90 кг необходимо девять виброзащитных устройств, каждое из которых рассчитано на защищаемую массу 10 кг. При массе значительно выше или ниже рассчитанной виброзащитное устройство будет работать по тем же принципам теории виброизоляции, однако эффективность снижения механических колебаний будет не282
V Международная научно-практическая конференция
«Инновационные технологии и экономика в машиностроении»
сколько снижена. Представленный виброизолятор может быть использован в любой области машиностроения и техники, а также может оказаться очень эффективным для защиты человека от вибраций, генерируемых энергетическими установками транспортных средств.
Литература.
1. Гурова, Е. Г. Виброизолирующая подвеска судовой энергетической установки с нелинейным
электромагнитным компенсатором жёсткости [Текст] : автореферат дис. канд. техн. наук / Гурова
Елена Геннадьевна. – Новосибирск, 2008. – 22 с.
2. Зуев, А. К. Некоторые вопросы теории виброизоляции [Текст] / А.К. Зуев, В.Ю. Гросс // Вопросы
автоматизации производственных процессов с использованием силовых импульсных систем:
межвузовский: сб. науч. тр. / Новосиб. электротехн. ин-т. – Новосибирск, 1984. – С. 68 – 75.
3. Gurova, E. G. Development of Spatial Vibration Protection Devices /, V. Y. Gross, V. S. Kurbatov, S. V.
Makarov, A. A. Sergeev, N. I. Shchurov // World Applied Sciences Journal. - 2013. - Vol. 22 (Special
Issue on Techniques and Technologies). - P. 44-48
4. Гурова, Е. Г. К проектированию трехосного электромагнитного компенсатора жесткости [Текст] /
Е.Г. Гурова// Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока : сб. науч. тр. / Новосиб.
гос. акад. вод. трансп. – Новосибирск, 2013. – №1. – С. 347-349
5. Гурова, Е. Г. К применению супермагнитов в устройствах виброзащиты подвижного состава
[Текст] / Е.Г. Гурова // Известия Транссиба: сб. науч. тр. - Омск, 2012. – № 3 (11). – С. 30 – 34
ПОВЫШЕНИЕ СМАЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ РАБОЧИХ ЖИДКОСТЕЙ ПУТЕМ ИХ
МОДИФИЦИРОВАНИЯ ФУЛЛЕРЕНАМИ
В.П. Дмитриенко, к.т.н., проф, С.А. Ларионов, к.т.н., доц., В.В. Ионов, асп.,
Ю.С. Саркисов, д.т.н., проф.,
Н.П. Гореленко, д.т.н., проф., В.А. Клименов, д.т.н., проф.
Томский государственный архитектурно-строительный университет
634003, г. Томск, пл. Соляная 2, тел. (3822) 65-48-82
E-mail:[email protected],
Одним из главных требований к рабочим жидкостям, применяемых в системах машин, является высокая смазывающая способность, исключающая повышенный износ и схватывание трибосопряжений [1 3].
Характерной особенностью наноструктурных материалов является их способность влиять на
трибологические свойства их смазочных материалов. В связи с этим особый интерес представляют
исследования модифицирующих свойств углеродного наноматериала (фуллеренов) относительно
эксплуатационных свойств моторных и трансмиссионных масел.
Целью работы является повышение эксплуатационной надежности наиболее критичных трибосопряжений машин путем модифицирования смазочным материалов фуллеренами.
Исследования в данной работе заключались в трибологических испытаниях чистых масел и
масел, модифицированных фуллеренами. Смазочные материалы оцениваются последующим показателям: изменение момента трения ∆Мmp; несущей способности, критической нагрузке Pkp, при которой происходит схватывание образцов; противоизносным свойствам, по величине суммарной потери
массы образцов ∆m.
Испытания проводились по плану многофакторного эксперимента по трибологической схеме
«вращающийся ролик - неподвижные колодки с погружение в масло». Матрица эксперимента приведена в табл. 1.
Исходным материалом при проведении испытаний на трение и износ являлись: моторное минеральное масло М8Г2(к); трансмиссионное масло ТСП-15К; фуллерены, принадлежащие классу аллотропных форм углерода и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода [3].
Для каждого проводимого эксперимента изготавливались новые колодочки в паре трения
"ролик - колодочки". Ролик вырезался из поршневого пальца автомобиля БелАЗ 7540, выполненного
из стали 15Х, колодочки изготавливались из стали 3.
283