УДК
625.76.08:625.852
*Восточно-Казахстанский
государственный технический университет,
**Алтайский
государственный технический университет
ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО ПЛАНЕТАРНОГО ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ ДОРОЖНОГО КАТКА
Обязательное уплотнение грунта, щебня и асфальтобетона в дорожной отрасли
является не только составной частью технологического процесса устройства
земляного полотна, основания и покрытия, но и служит фактически главной
операцией по обеспечению их прочности, устойчивости и долговечности. Основными
средствами уплотнения дорожно-строительных материалов являются вибрационные
катки, в вальце которых вмонтирован
вибровозбудитель, являющийся источником возмущающей силы, передаваемой
на валец и возбуждающей вынуждающую силу, которая и вводит систему «каток – уплотняемый
материал» в колебательное движение, интенсифицируя тем самым процесс уплотнения.
На дорожных катках применяются
вибровозбудители различного конструктивного исполнения, но в научной литературе
практически отсутствуют исследования их рабочего процесса, особенно
вибровозбудителей планетарного типа с некруглой беговой дорожкой. В данной
работе приведен краткий динамический анализ
рабочего процесса планетарного вибровозбудителя с эллиптической беговой дорожкой,
бегунок которого совершает сложное плоскопараллельное движение /1/.
Вибровозбудитель с точки зрения
процесса уплотнения дорожно-строительных материалов является центральным
элементом системы, воздействующим на все остальные подсистемы. Главными параметрами
вибровозбудителя являются суммарная вынуждающая сила, частота и амплитуда
колебаний, а также энергонасыщенность рабочего процесса, т.е. потребляемая
мощность привода.
Рассмотрим рабочий процесс
планетарного вибровозбудителя с эллиптической беговой дорожкой и сделаем
практический расчет для одного из экспериментальных образцов со следующими
параметрами: масса бегунка mb=0,06597; коэффициент трения скольжения f=0,2; коэффициент трения качения к=0,00002;
радиус цапфы rC=0,0015;
радиус бегунка rb=0,015;
масса водила-кулисы mK=0,3788,
фокусные расстояния: с1=0,038; с2=0,045 и с3=0,06.
Значения даны в системе СИ.
Расчетная схема для
динамического анализа эллиптического планетарного вибровозбудителя представлена
на рисунке 1.
Рисунок 1 - Расчетная схема АПВ с эллиптической
беговой дорожкой при центральном расположении водила
Сумма проекций на ось Х и Y, где центробежная
сила инерции бегунка представлена в виде проекций и
/2/:
|
(1) |
|
(2) |
Сумма моментов сил,
относительно точки О:
|
(3) |
Решая уравнения 1 и 2
относительно неизвестных, находим /2/:
|
(4) |
|
(5) |
|
(6) |
Fτ
─
касательная составляющая вынуждающей силы:
|
(7) |
N – нормальная реакция со
стороны беговой дорожки:
|
(8) |
Проекции вынуждающей силы на
координатные оси:
|
(9) |
где NX
─ проекция вынуждающей силы на ось X, NY
─ на ось Y.
По приведенным выше формулам (1
– 9) построим сравнительные графики зависимости проекций вынуждающей силы для
трёх значений фокусных расстояний (рисунок 2, а и б).
Рисунок 2 ─ График зависимости проекции
вынуждающей силы вибровозбудителя на ось
абсцисс (а) и ось ординат (б) для трёх различных эксцентриситетов эллиптической
беговой дорожки: с1=0,038; с2=0,045 и с3=0,06
Для более полного
анализа динамических параметров вибровозбудителя, используем программный
продукт MathCAD, позволяющий
совмещение нескольких линейных графиков в одном, т.е. построение трёхмерных
графиков.
Рисунок 3
─ Графики проекции вынуждающей силы вибровозбудителя на ось Х (а) и Y
(б) в функции угла поворота водила φ и фокусного расстояния «с»
При
анализе графиков, изображенных на рисунке 3,а, можно заметить тенденцию к
снижению периода колебаний проекции вынуждающей силы на ось абсцисс, при
увеличении фокусного расстояние свыше 0,045, что было вне поля зрения при
анализе плоского графика (рисунок 2) и указывает на неоспоримое преимущество
трёхмерных графиков при анализе динамических характеристик вибровозбудителя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Темирбеков Е.С., Бостанов Б.О., Дудкин М.В. Определение силовых
характеристик вибровозбудителя с эллиптической дорожкой. Вестник ЕНУ. - Астана,
2006. - Вып. № 6 (52).- С.112-117.
2. Дудкин
М.В., Кузнецов П.С. Динамический анализ
эллиптического планетарного вибровозбудителя для дорожных вибрационных
катков. Журнал «Вестник ВКГТУ» № 1 /
ВКГТУ, Усть-Каменогорск, 2005. – 7 с.