ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕМПФИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ В БЫСТРОХОДНЫХ МЕХАНИЗМОВ МАШИН АВТОМАТОВ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ИХ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

 

Телегин В.В., Балмочных К.И. (ЛГТУ, г. Липецк, РФ)

 

Производительность, надежность и долговечность холодновысадочных автоматов (ХВА) во многом зависит от  уровня динамических процессов, протекающих в их механизмах при высоких скоростях работы. В механизмах отрезки наиболее значительные колебательные процессы возникают после сброса технологической нагрузки в момент скола при отрезке заготовки от прутка. Дальнейшее их развитее во многом определяется распределением упруго-инерционных свойств между элементами механизма, силами сопротивления в нем, величиной зазоров в кинематических парах. В связи с этим представляется целесообразным использование для улучшения динамики механизмов отрезки ХВА специальных демпфирующих устройств (гасителей колебаний) для целенаправленного изменения параметров механизма как сложной колебательной системы.

Механизм отрезки ХВА с демпфирующим устройством [1] работает следующим образом (рис. 1). Привод механизма перемещает ножевой шток 1 со встроенным в него составным ползуном 2. В силу инерции ползуна ножевой шток в процессе колебаний, возникающий в механизме, перемещается относительно ползуна, преодолевая силы трения между фрикционными пластинами 3, закреплёнными на нем, и штоком, в результате чего и происходит гашение колебаний. В среднее положение ползун возвращается пружинами 4. Необходимое нормальное давление на фрикционных пластинах создаётся пружинами 5, величина затяжки которых регулируется с помощью прокладок 6.

Рисунок 1- Конструктивная схема механизма отрезки с фрикционным демпфирующим устройством:

 1 – ножевой шток, 2 – составной ползун, 3 – фрикционные накладки, 4 – пружины, удерживающие ползун в среднем положении, 5 – пружины, обеспечивающие нормальное давление на фрикционных накладках, 6 ‑ регулировочные прокладки

 

Кроме рассеяния энергии колебаний при преодолении сил внутреннего трения во фрикционной паре, устройство позволяет получить дополнительный эффект виброгашения при правильном подборе массы ползуна и жесткости удерживающих его в среднем положении пружин за счет явления антирезонанса.

Динамические процессы в механизме отрезки моделируются двумя системами сосредоточенных масс: двухмассовой и трёхмассовой, соответственно для базового механизма и для механизма с фрикционным демпфирующим устройством.

Рисунок 2- Динамические модели механизма отрезки:

а – с фрикционным демпфирующим устройством, б – без демпфера

 

Движение масс динамических моделей механизма отрезки с фрикционным демпфирующим устройством описывается системами дифференциальных уравнений второго порядка, полученных с помощью уравнения Лагрнжа второго рода с «лишними» координатами [2].

Без демпфера:

С установленным демпфирующим устройством:

где , – упругая и диссипативная силы; – производная функции положения по его перемещению (или);  - момент и сила трения;

 - упругая характеристика соединения ползуна демпфера с ножевым штоком

- абсолютное перемещение ползуна демпфера;  - масса ползуна; - жесткость пружин, удерживающих ползун в среднем положении.

Теоретический анализ динамики механизма отрезки с фрикционным демпфирующим устройством предполагает:

· определение расчетных значений перемещений, точности позиционирования ножевого штока и нагрузок в осях роликов рычагов прямого и обратного хода;

· исследование влияния скорости работы и степени износа кинематических пар на динамику механизма отрезки с фрикционным демпфером.

Анализ результатов проведённых расчетов показывает, что применение фрикционного демпфирующего устройства способствует уменьшению колебательных процессов в механизме, повышению точности позиционирования звена, а также снижению динамических нагрузок в его элементах. Как и для базового механизма, увеличение зазоров в кинематических парах вследствие износа оказывает большое влияние на динамические характеристики механизма отрезки с фрикционным демпфирующим устройством. Однако в сравнении с базовым механизмом, это влияние заметно слабее. Так, например, при износе соответствующему возникновению зазору =125 мкм и скорости =90 оборотов в минуту для конструкции механизма отрезки с демпфером точность позиционирования  = 200 мкм, а для базового механизма  = 500 мкм. Максимальное ускорение исполнительного механизма с демпфером (рис. 3) до скорости 180 ходов в минуту при =225 мкм мало зависит от степени износа кинематических пар, в то время как у базового механизма эта зависимость более выражена. Медленнее возрастают и другие динамические характеристики механизма отрезки с демпфером. При этом на тех скоростных режимах, где у базового механизма они достигли локальных максимумов (рис. 5, кривые 3, 5) у механизмов с демпфером максимумы значительно меньше, или совсем отсутствуют (рис 6).

Таким образом, теоретический анализ динамики разработанной конструкции механизма отрезки показал, что применение фрикционного демпфирующего устройства позволяет:

- повысить точность позиционирования исполнительного звена механизма;

- снизить динамические нагрузки в его элементах;

- уменьшить влияние на динамику механизма наличия зазоров в кинематических парах, вызванных износом, тем самым повысить его долговечность.

- ликвидировать некоторые из нерациональных режимов эксплуатации механизма, на которых его динамические характеристики достигали максимальных значений, или значительно снизить их абсолютную величину.

 

Литература

1. А.с. 1011316 (СССР). Механизм отрезки к холодновысадочным автоматам / В.В. Телегин, В.И. Воробьев, Ю.П. Марчук, Э.П. Луговой. – Опубл. в Б.И., 1983, №14.

2. Вульфсон И.И. Динамические расчеты цикловых механизмов. – Л.: Машиностроение, 1976. – 281 с.