Драч Ілона Володимирівна. Аналіз і теоретичне обґрунтування роботи автобалансуючих пристроїв з рідинними та сипкими робочими тілами

brief description

Драч Ілона Володимирівна. Аналіз і теоретичне обґрунтування роботи автобалансуючих пристроїв з рідинними та сипкими робочими тілами : Дис... канд. наук: 05.02.02 2008

Драч І.В. Аналіз і теоретичне обґрунтування роботи автобалансуючих пристроїв з рідинними та сипкими робочими тілами. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.02. Машинознавство. Хмельницький національний університет, Хмельницький, 2007.
У даному дослідженні вивчається робота пристроїв автоматичного балансування (АБП), які мають вигляд порожнистої камери, частково заповненої робочими тілами (рідиною, сипучими тілами) і є пасивними регуляторами прямої дії, що не потребують підведення енергії і системи керування для переміщення коригувальних мас. У роботі системно досліджується явище автобалансування роторів машин рідинними автобалансирами, розробляється теоретичне обґрунтування, що пояснює експериментально відкрите явище самобалансування рідиною на дорезонансних і всіх інших режимах обертання ротора.
Розроблене теоретичне обґрунтування автоматичного балансування рідиною роторів з вертикальною віссю обертання відрізняється від існуючих положень врахуванням гідравлічних властивостей рідини і демпфування системи.
Основна ідея полягає в тому, що при обертанні системи зовнішній опір обумовлює відставання площини прогину від площини сумарного дисбалансу на фазовий кут і виникаюча при цьому тангенціальна складова відцентрових сил інерції та специфічні властивості рідини приводять рідину в камері АБП у положення, що відповідає зменшенню загального дисбалансу системи навіть при докритичній швидкості обертання. Теоретичні результати підтверджено експериментальними дослідженнями.
Наукове значення роботи полягає в тому, що нові наукові результати є внеском у подальший розвиток теорії машин і механізмів, теорії балансування та динаміки машин.
Практичне використання одержаних результатів дозволяє розраховувати параметри рідинних АБП для машин із змінним дисбалансом ротора. Запропоновано автобалансир з параболічними боковими стінками.

1. У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в дослідженні автоматичного балансування роторів машин з вертикальною віссю обертання пасивними АБП з рідинними і сипкими робочими тілами. На відміну від існуючих стверджень побудовано нове, узгоджене з експериментальними фактами, теоретичне обґрунтування самобалансування роторів рідинними і сипкими робочими тілами.
2. Розроблене теоретичне обґрунтування автоматичного балансування рідиною роторів з вертикальною віссю обертання відрізняється від існуючих положень врахуванням гідравлічних властивостей рідини і демпфування системи.
3. Застосовано перспективні методики і засоби вивчення процесів руху робочих тіл в камері АБП, які полягають у високошвидкісній відеозйомці і динамічній фотозйомці камери, що обертається, з наступним уповільненим переглядом і розкадровкою цифрових записів та можливістю послідовного порівняння динаміки поведінки системи та рідини в АБП, що дає можливість перевірити достовірність теоретичного обґрунтування роботи рідинного АБП.
4. Теоретичний і експериментальний аналіз моделі процесу автоматичного балансування (самобалансування) роторів рідинними і сипкими робочими тілами дозволяє встановити, що:

у рідинному автобалансирі рідина прагне встановитися проти дисбалансу не тільки в зарезонансній, але й у дорезонансній зоні обертання ротора і на самому резонансі;
автоматичне балансування рідиною є ефективним для пружно-деформівних роторів, роторів на пружних опорах, де наявна різниця фаз між напрямком сили від дисбалансу і прогином ротора або переміщенням ротора;
ефективність автоматичного балансування залежить від відношення кутової швидкості до критичної, коефіцієнта зовнішнього опору, відношення початкового дисбалансу до дисбалансу рідини і відносних розмірів АБП. Одержано аналітичну залежність між цими величинами, що дозволяє розробити програмне забезпечення, за допомогою якого можна розрахувати параметри рідинного ПБП;
параболічна форма внутрішньої поверхні стінок автобалансира за рахунок зменшення впливу сили ваги баластної рідини зменшує масу рідини, не змінюючи ємність АБП. В результаті запропоновано автобалансир з параболічними боковими стінками;
в’язкість рідини призводить до того, що рідина може зупинятися на деякій відстані від положення зрівноваженості, тобто в’язка рідина має зони рівноваги;
при постійних масі та густині рідини, величині і місцю розташування дисбалансу збільшення співвідношення радіуса до висоти камери АБП призводить до зменшення амплітуд коливань ротора;
найбільший ефект балансування досягається, коли велична дисбалансу рідини близька до величини початкового дисбалансу, що зумовлено негативним впливом тертя зайвої рідини. Переваги балансування на докритичному діапазоні частот обертання проявляються при критичній швидкості, що виражається в полегшенні переходу через резонансні і критичні частоти обертання;
у порівнянні з АБП з сипкими робочими тілами (горохом, пшоном, манною крупою) рідинні автобалансуючі пристрої з прісною водою є більш ефективними, що зумовлено відмінностями у фізичних властивостях сипкого і рідкого середовищ. Зокрема, чим менше внутрішнє тертя в середовищі, тим більша ефективність роботи робочих тіл.