На основі числового аналізу встановлено умови, що забезпечують реалізацію чистого кочення роликів по відповідних циліндричних поверхнях для системи із вибраними вище для розрахунків параметрами. При цьому максимальна величина коефіцієнта сухого тертя ковзання не перевищує , причому його більші значення відмічені на задньому турнікеті, який при поздовжньому зіткненні “розвантажується”, а передній - “довантажується”.

У сьомому розділі розроблено методику та проаналізовано отримані результати натурних випробувань віброзахисної транспортної системи із роликовими амортизаторами на зіткнення. Досліджувана транспортна віброзахисна система була сформована у вигляді зчепа з двох чотирьохосних платформ на візках конструкції ЦНИИ-Х3-0 із роликовими підшипниками та металевими бортами, вагою 0,22 Мн, вантажопідйомністю 0,66 Мн та автозчепками із поглинаючими апаратами серії Ш-І-ТМ. Випробування зчепа на зіткнення здійснювались його накочуванням на шість загальмованих та завантажених щебенем до повної вантажопідйомності думпкарів (0,50 Мн кожний).

Вантаж представляв собою єдиний пакет з шести ферм ФСП-24, кожна з яких мала вагу 0,132 Мн, довжину 23940 мм, максимальну висоту 3300 мм, висоту ЦМ 1165 мм. Вага цілого пакета складала 0,792 Мн. Обпирання пакета ферм на турнікети із роликовими амортизаторами здійснювалось із базою 12000 мм та однаковими консолями по 5970 мм. Об'єкт натурних випробувань на зіткнення представляв собою тримасову механічну систему, яка складалася з єдиного пакету з шести ферм, об'єднаного із верхніми рухомими та поворотними рамами у єдиний вантаж загальною вагою Мн та зчепу з двох залізничних платформ, об'єднаних разом із нижніми опорними рамами з роликовими амортизаторами загальною вагою Мн. Параметр роликових амортизаторів дорівнював 2,0 м.

Мета експериментальних досліджень полягала в наступному:

визначенні поздовжніх і вертикальних прискорень та відносних переміщень ЦМ пакета довгомірних конструкцій по роликах амортизаторів у післяударному русі, а також інших динамічних характеристик у процесі зіткнення зчепу;

отриманні вихідних даних для розробки математичної моделі динаміки віброзахисної системи із роликовими амортизаторами;

розробці та апробації методики натурних випробувань із використанням розробленого комплекта апаратури для конкретної транспортної віброзахисної системи із роликовими амортизаторами.

У процесі натурних випробувань віброзахисної системи на зіткнення було проведено 58 зіткнень у діапазоні початкових швидкостей зіткнення від 1,3 до 3,5 .

На основі числової обробки результатів випробувань було отримано: лінійні регресійні залежності для поздовжнього та вертикального прискорень () ЦМ пакету ферм, для відносних переміщень пакету ферм на турнікетах, для поздовжніх прискорень ЦМ несучих вагонів зчепу від швидкості набігання віброзахисної системи (). Крім того, були визначені коефіцієнти кореляції по Пірсону (мінімальний дорівнює - для передньої платформи зчепу), вибіркове стандартне відхилення від отриманих регресій (максимальне складає - для поздовжнього прискорення передньої платформи зчепу) та відносне відхилення результатів теоретичних та експериментальних досліджень (13,6% - для вертикального прискорення ЦМ пакету ферм). Деякі порівняльні результати теоретичних та експериментальних досліджень приведено нижче на графіках рис. 16-17.

На графіку (рис.16) приведено залежності поздовжніх прискорень ЦМ пакету ферм від швидкості набігання зчепу для: 1) досліджуваної віброзахисної системи із роликовими амортизаторами (), отриманими при теоретичних дослідженнях; 2) досліджуваної віброзахисної системи із роликовими амортизаторами (), отриманими при натурних випробуваннях; 3) транспортної системи, завантаженої пакетом ферм за традиційною “жорсткою” схемою закріплення вантажів (). Аналіз вказаних графіків дає можливість зробити два важливих висновки: а) для віброзахисної системи із роликовими амортизаторами рівень поздовжніх прискорень ЦМ вантажу у сім разів менший, а рівень поздовжніх динамічних навантажень на передній опорі - у 14 разів менший за рівень відповідних прискорень та навантажень для транспортної системи із традиційним “жорстким” способом закріплення вантажів на вагонах; б) результати теоретичних та експериментальних досліджень висококорельовані та мають прийнятне відносне відхилення (не більше 13,6%). Прискорень ЦМ передньої платформи зчепу, що виникають при перевезеннях вантажу за традиційною схемою закріплення () та при застосуванні турнікетів із роликовими амортизаторами (теоретична пряма -, експериментальна пряма -), від швидкості набігання транспортної системи (). З цих графіків можна зробити висновок про зменшення рівня динамічних навантажень вже на рухомий склад при використанні віброзахисної системи із роликовими амортизаторами (від 1,5 до 2 разів).

Результати проведених натурних випробувань підтвердили, що розроблена математична модель віброзахисної системи із роликовими амортизаторами адекватно описує ті динамічні процеси, які відбуваються під час зіткнення зчепу у польових умовах, а результати теоретично-числового аналізу є достовірними. Тому вказану математичну модель та отримані на її основі (за розробленою в роботі методикою числового аналізу) дані слід рекомендувати для прогнозування динамічних навантажень та відносних переміщень вантажу на турнікетах, а також для проектування нових раціональних конструкцій коткових амортизаторів.

У восьмому розділі розглянуті деякі аспекти практичного застосування результатів теоретико-експериментальних досліджень, отриманих у роботі. Використання результатів роботи по розробці конструкцій коткових гасників здійснувалося у двох практичних напрямках: 1) для віброзахисту висотних об'єктів від низькочастотних вимушених коливань під дією сил вітру; 2) для віброзахисту крупногабаритних конструкцій від небезпечних для них поздовжніх динамічних навантажень під час екстремальних режимів руху поїздів.

I. Розроблені в роботі математичні моделі віброзахисних систем із різними котковими гасниками у їх складі, метод визначення АЧХ віброзахисних систем такого типу та методика знаходження оптимальних параметрів настроювання коткових гасників для різних умов функціонування дозволяють практично вірішити проблему резонансу у низькочастотному діапазоні (щ<2 рад/с) для будь-яких крупногабаритних масивних об'єктів.

Конкретно результати дисертаційної роботи були використані при проектуванні роликового гасника для зменшення амплітуди вимушених коливань телевежі Ленінградського телецентру висотою 310 м у зв'язку із модернізацією її технологічного обладнання. Відмітка встановлення гасника на телевежі - 301,5 м. Попердньо було досліджено власні та вимушені коливання телевежі, визначено чотири перших частоти та форми власних коливань, максимальні амплітуди коливань, моменти згину у перерізах телевежі без гасника та з гасником під дією пульсацій повітряного навантаження згідно із діючими нормативними документами. За методикою, розробленою у роботі, були підібрані параметри настроювання гасника із умови максимальної ефективності віброподавлення коливань телевежі з урахуванням конструктивних обмежень, що були накладені на хід робочого тіла гасника.

Застосування роликового гасника дозволить зменшити амплітуду вимушених коливань верхнього вузла телевежі у 1,69 рази, знизити момент згину у її нижній точці у 1,47 раза (вже із додатковим обладнанням) та збільшити логарифмічний декремент коливань телевежі у два рази. Це дає можливість задовольнити вимоги діючих нормативних документів відносно деформативності та міцності об'єкта при динамічних навантаженнях.

ІІ. Застосування коткових амортизаторів для віброзахисту довгомірних вантажів при транспортуванні їх залізницею дозволило вирішити зазначену вище актуальну народногосподарську проблему за рахунок зниження поздовжніх динамічних навантажень більше, ніж у 14 разів. Розроблені математична модель та методика числового аналізу рівня вібронавантаженості елементів віброзахисних транспортних систем, обладнаних турнікетами із роликовими амортизаторами, дали можливість визначити рівень поздовжніх інерційних сил на перевозимі вантажі, величину їх максимальних відносних переміщень на турнікетах та ряд інших важливих динамічних характеристик транспортних систем в залежності від головного регулюючого параметра амортизаторів. З іншого боку, у основному нормативному документі з питань транспортування залізницею різноманітних вантажів та проектування вказаних віброзахисних пристроїв (“Технических условий погрузки и крепления грузов”) відсутні методичні рекомендації та пропозиції по розрахунках зазначених динамічних характеристик.

Отримані в роботі номограми динамічних характеристик для різноманітних наборів параметрів віброзахисних транспортних систем заповнюють цю методичну прогалину у нормативних документах залізничної галузі. Вказані номограми призначені для використання розробниками та проектувальниками рухомих віброзахисних пристроїв з котковими амортизаторами на залізничному транспорті. Конструктивні параметри віброзахисних систем треба варіювати з метою вибору їх раціональних значень з точки зору: а) зменшення рівня динамічних навантажень на вагони та конструкції, що транспортуються залізницею; б) забезпечення нормативних (максимально допустимих ТУ) величин поздовжніх та вертикальних переміщень вантажів відносно вагонів.

На основі запропонованих автором роботи технічних рішень у НДІБК та під його керівництвом розроблено робочі креслення металоконструкцій універсального турнікета із роликовими амортизаторами (проект № УТФ 00.00.00.00) та проекти розміщення і закріплення полігональних, розкісних та безрозкісних ферм довжиною 18-24 м на зчепі двох залізничних платформ. Розробка пройшла експериментальну перевірку (розділ 7), конструктивні рішення всіх вузлів турнікетів захищено авторськими свідоцтвами на винаходи.

Вказані турнікети вперше були виготовлені та використані у 1989 р. на Харківському заводі ЗБВ №1 ВО “Харківзалізобетон” для перевезення безрозкісних ферм та у 1990 р. - на Донецькому заводобудівному комбінаті для перевезення розкісних ферм. Довготривала практика перевезень ферм залізницею довела, що розроблені та впроваджені турнікети із роликовими амортизаторами є надійними та безпечними у експлуатації. Відмічено також повну відсутність пошкоджуваності ферм при перевезеннях.

Економічний ефект від впровадження вказаних віброзахисних турнікетів із роликовими амортизаторами складається із двох позицій: 1) забезпечення 100% цілісності ферм при транспортуванні залізницею; 2) збільшення (за рахунок значного зниження рівня поздовжніх інерційних навантажень) кількості перевозимих за один комплекторейс ферм у 1,5 рази (з 4-х до 6-ти штук) при одночасному виконанні вимог нормативного документу залізниці.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

Отже, в дисертаційній роботі вирішено актуальну науково-технічну проблему віброзахисту крупногабаритних несучих об'єктів у низькочастотному діапазоні вимушених коливань на основі застосування котково-демпфірувальних пристроїв.

Обгрунтованість та достовірність наукових положень, отриманих результатів та висновків забезпечується строгим використанням сучасних положень нелінійної теорії коливань, нелінійних диференційних рівнянь та аналітичної механіки зв'язаних твердих тіл; сертифікованих та ліцензійних пакетів прикладних програм для проведення числових експериментів та статистичної обробки експериментальних даних; узгодженням одержаних у роботі розв'язків та оцінок із відомими з літератури та отриманими раніше теоретико-експериментальними даними; прийнятною якісно-кількісною відповідністю результатів теоретичних досліджень та натурних випробувань реальної віброзахисної системи із роликовими амортизаторами.

Отримані у роботі наукові результати стали теоретичною основою інженерного методу розрахунку вимушених коливань та вібронавантажень елементів динамічних систем із котковими гасниками, а також графічно-числової методики визначення величин їх оптимальних параметрів, при яких зазначені навантаження мінімальні. Розроблений метод віброзахисту та його реалізація впроваджені у інженерну практику та застосовані при навчанні студентів технічних вузів за спеціальністю динаміка та міцність машин.

Автор висловлює щиру подяку науковому консультанту, д.т.н., професору Бобирю Миколі Івановичу, а також своєму вчителю, д.ф.-м.н., професору Горошку Олегу Олександровичу, за цінні зауваження та поради у процесі роботи над дисертацією.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

Легеза В.П., Горошко О.А. Исследование динамических нагрузок на длинномерный объект при транспортировании на двух колесных экипажах с применением виброзащитных грузоопорных узлов // В сб. “Динамика и прочность машин”, ХПИ, Харьков. - вып. 50. - 1989. - С. 79-86.

Здобувачем розроблено методику чисельного аналізу динамічної поведінки та поздовжніх навантажень на довгомірний об'єкт.

Легеза В.П. Численный анализ движения одной механической системы с виброзащитными узлами, реализующими неголономные связи // В сб. “Динамика и прочность машин”, ХПИ, Харьков. - вып. 51. - 1990. - С.61-69.

Легеза В.П. Вывод уравнений движения тяжелого шара в полости трехосного эллипсоида и их численный анализ // Изв. АН СССР “Механика твердого тела”. - №2. - 1990. - С.39-43.

Легеза В.П. Кинематика и динамика одной механической системы с грузоопорными узлами, реализующими неголономные связи // В сб. “Динамические системы”, СГУ, Симферополь. - вып. 10. - 1992. - С. 42-51.

Легеза В.П. Плоская задача о качении тяжелого шара в сферической выемке перевернутого маятника // Прикл. механика. - т. 37, №8. - 2001. - С.131-135.

Легеза В.П. Регулирование и стабилизация периодических движений несущего тела с применением циклоидального гасителя вынужденных колебаний // Проблемы управления и информатики. - №5. -2001. -С. 41 - 47.

Легеза В.П. Про рух важкої кулі без ковзання в сферичній виїмці, що рухається поступально // Доповіді НАНУ, розд. “Механіка”. - №1. - 2002. - С. 57-63.

Легеза В.П. Регулирование динамического поведения несущего тела на основе применения циклоидального гасителя вынужденных колебаний с сухим трением // Проблемы управления и информатики. - №1. - 2002. - С. 99 - 106.

Легеза В.П. Исследование динамического поведения одной антисейсмической опоры при внешнем кинематическом воздействии // Прикладная механика. - №4. - 2002 . - С.129 - 138.

Легеза В.П. Определение амплитудно-частотной характеристики нового каткового гасителя вынужденных колебаний // Проблемы управления и информатики. - №3. - 2002. - С. 38 - 46.

Легеза В.П. Математична модель динамічної поведінки нової віброзахисної системи з кінематичної в'яззю // Доповіді НАНУ, розд. “Механіка”. - №4. - 2002. - С. 55-60.

Легеза В.П. О качении тяжелого шара в сферической выемке несущего тела, совершающего поступательные перемещения в пространстве // Прикладная механика. - т. 38, №6. - 2002 . - С. 135-142.

Бобир М.І., Легеза В.П. Чисельний аналіз динаміки циклоїдального гасителя вимушених коливань із сухим тертям // Наукові Вісті НТУУ “КПІ”. - №4. - 2002. - С. 39-45.

Здобувачем розроблено динамічну модель функціонування циклоїдального гасителя коливань із сухим тертям.

Легеза В.П. Побудова математичної моделі функціонування коткового циклоїдального гасителя вимушених коливань // Наукові Вісті НТУУ “КПІ”. - №5. - 2002. - С. 63-68.

Легеза В.П. Важка куля у сферичній виїмці перевернутого маятника як котковий гаситель його вимушених коливань // Наукові Вісті НТУУ “КПІ”. - №6. - 2002. - С. 76-83.

Легеза В.П. Амплитудно-частотная характеристика нового каткового гасителя вынужденных колебаний // Вестник НТУУ “КПИ” “Машиностроение”. - 2002. - №43. - С.34-38.

Легеза В.П. Про рух важкої кулі без ковзання між двома сферичними виїмками, що здійснюють поступальні переміщення в просторі // Доповіді НАНУ, розд. “Механіка”. - №1. - 2003. - С. 43-50.

Легеза В.П. Вынужденные колебания перевернутого маятника с тяжелым шаром в его сферической выемке под действием периодической силы // Проблемы управления и информатики. - №1. - 2003. - С. 25 - 33.

Легеза В.П. Новий метод віброзахисту висотних гнучких споруд із використанням гасителів коткового типу // Наукові Вісті НТУУ “КПІ”. - №2. - 2003. - С. 70-80.

Легеза В.П. Аналіз впливу коткового гасителя на динамічну поведінку низькочастотних несучих об'єктів // Наукові Вісті НТУУ “КПІ”. - №3. - 2003. - С. 47-56.

Легеза В.П. Визначення параметрів настройки коткового гасителя при обмеженнях ходу його робочого тіла // Наукові Вісті НТУУ “КПІ”. - №4. - 2003. - С. 84 - 91.

Легеза В.П. Влияние шарового гасителя вынужденных колебаний с линейно-вязким трением на динамческое поведение несущего тела // Проблемы управления и информатики. - №4. - 2003. - С. 44 - 52.

Легеза В.П. Новий метод віброзахисту висотних гнучких споруд на основі застосування коткових гасників // Машинознавство. - №5. -2003. - С.34- 39.

Легеза В.П. Амплітудно-частотна характеристика однієї нелінійної віброзахисної системи із кульовим гасителем низькочастотних коливань // Наукові Вісті НТУУ “КПІ”. - №5. - 2003. - С. 62 - 69.

Легеза В.П. Исследование динамического поведения нового гасителя вынужденных колебаний высотных сооружений // Изв. РАН “Механика твердого тела”. - 2003. - №5. - С.31-38.

Легеза В.П. Чисельний аналіз динамічної поведінки однієї транспортної віброзахисної системи із роликовими гасителями // Наукові Вісті НТУУ “КПІ”. - 2003. - №6. - С. 71 - 79.

Легеза В.П. Численный анализ плоского движения шара в циклоидальной полости между двумя подвижными опорами // Изв. РАН “Механика твердого тела”. - 2003. - №6. - С.12 - 17.

Легеза В.П., Пастушенко В.И. Турникет // А.св. СССР №1620345; опубл. в БИ №2, 1991. - 3 с.

Легеза В.П. Грузоопорное устройство // А. св. СССР №1654060; опубл. в БИ №21, 1991. - 3 с.

Легеза В.П., Пастушенко В.И. Способ крепления длинномерных железобетонных конструкций на сцепе железнодорожных платформ // А.св. СССР № 1701583; опубл. в БИ №48 , 1991. - 3 с.

Легеза В.П., Пастушенко В.И. Турникетная опора // А.св. СССР № 1701584; опубл. в БИ №48, 1991. - 3 с.

Легеза В.П., Пастушенко В.И., Манашкин Л.А., Демин Ю.В., Бондарев А.М., Богомаз Г.І., Мехов Д.Д., Довганюк С.С. Устройство крепления длинномерного груза на сцепе железнодорожных платформ // А.св. СССР № 1781104; опубл. в БИ №46, 1992. - 3 с.

Легеза В.П., Пастушенко В.И. Способ размещения и крепления легковесных длинномерных железобетонных конструкций на сцепе железнодорожных платформ // А.св. СССР № 1793539; опубл. в БИ №48, 1992. - 3 с.

Легеза В.П. Пристрій сейсмозахисту залізобетонних будинків та споруд // Патент України № 38977А, опубл. в Бюл. № 4 від 15.05.2001 р. - 3 с.

Легеза В.П., Мартиненко М.А. Гаситель коливань висотних споруд // Патент України № 40322 А, опубл. в Бюл. №6 від 16.07.2001 р. - 3 с.

Легеза В.П., Мартиненко М.А. Спосіб сейсмозахисту залізобетонних будинків та споруд // Патент України № 40937 А,опубл. в Бюл. №7 від 15.08.2001 р.-3 с.

Легеза В.П. Гаситель вимушених коливань висотних споруд // Патент України №41171 А, опубл. в Бюл. №7 від 15.08.2001 р. - 3 с.

Легеза В.П., Лобас Л.Г., Мартиненко М.А. Пристрій для закріплення залізобетонних конструкцій на залізничній платформі або зчепі платформ // Патент України №44065 А, опубл. в Бюл. № 1 від 15.01.2002 р. - 3 с.

Бобир М.І., Легеза В.П., Мартиненко М.А., Плахтієнко М.П. Котковий гаситель вимушених коливань висотних споруд // Патент України №52135 А, опубл. в Бюл. №12 від 16.12.2002 р. - 3 с.

Легеза В.П., Мартиненко М.А., Бобир М.І. Кульовий гаситель вимушених коливань висотних споруд // Патент України №52239 А, опубл. в Бюл. №12 від 16.12.2002 р. - 3 с.

Легеза В.П. Котковий віброгаситель вимушених коливань висотних об'єктів // Патент України №54033 А, опубл. в Бюл. №2 від 17.02.2003 р. - 3 с.

Бобир М.І., Легеза В.П. Кульовий гаситель вимушених коливань із в'язким тертям // Патент України №56783 А, опубл. в Бюл. №5 від 15.05.2003 р. -3 с.

Бобир М.І., Легеза В.П., Мартиненко М.А. Кульовий гаситель вимушених коливань із в'язким опором // Патент України №58826 А, опубл. в Бюл. №8 від 15.08.2003 р. - 3 с.

Бобир М.І., Легеза В.П., Мартиненко М.А. Роликовий гаситель вимушених коливань висотних споруд // Патент України №58981А, опубл. в Бюл. №8 від 15.08.2003 р. - 3 с.

Легеза В.П., Мартиненко М.А. Кульовий гаситель низькочастотних коливань висотних споруд // Патент України №59097 А, опубл. в Бюл. №8 від 15.08.2003 р. - 3 с.

Бобир М.І., Легеза В.П., Мартиненко М.А. Гаситель низькочастотних коливань висотних споруд // Патент України №59224 А, опубл. в Бюл. №8 від 15.08.2003 р. - 3 с.

Легеза В.П., Горошко О.О. Чисельний аналіз динамічної поведінки однієї транспортної віброзахисної системи // Вісник Київського ун-ту. - №4. - 2000. - С. 100-106.

Здобувачем розроблено методику чисельного аналізу динамічної поведінки та поздовжніх навантажень на довгомірний об'єкт при застосуванні маятникових гасників.

Легеза В.П., Горошко О.О. Чисельний аналіз динаміки нового гасителя вимушених коливань // Вісник Київського ун-ту. - №1. - 2001. - С. 107-111.

Здобувачем розроблено математичну модель функціонування нового гасника коливань висотних гнучких споруд.

Легеза В.П., Горошко О.О. Динаміка циклоїдальної сейсмозахисної опори при зовнішньому кінематичному збудженні // Вісник Київського ун-ту. - №2. - 2001. - С. 118-124.

Легеза В.П. Новий метод віброзахисту висотних гнучких споруд на основі застосування коткових гасителів // Тези доп. на 6-му Міжнар. симпозіумі українських інженерів-механіків у Львові. - Львів. - 2003. - С. 148.

АНОТАЦІЯ

Легеза В.П. Моделі і метод віброзахисту динамічних систем на основі котково-демпфірувальних пристроїв. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.09 - “Динаміка та міцність машин”. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2004.

Дисертацію присвячено створенню єдиного методологічного підходу щодо аналізу динаміки сучасних віброзахисних систем із котково-демпфірувальними пристроями, призначенними для боротьби із їх вимушеними коливаннями. Побудовано відповідні математичні моделі, що описують горизонтальні низькочастотні вимушені коливання для типового ряду віброзахисних систем із котковими гасниками із врахуванням кінематичних в'язей між їхніми елементами для двох типів збудження: силового та кінематичного. Отримано формули для частот та періодів малих вільних коливань робочих тіл гасників та знайдено умови реалізації їх чистого кочення. Розроблено новий метод визначення АЧХ для досліджуваного класу віброзахисних систем із геометричними та кінематичними нелінійностями. Створено нову графічно-числову методику визначення оптимальних конструктивних параметрів настроювання гасників, що впливають на динамічний стан несучих тіл. Показано, що з урахуванням функціонування гасників максимальну амплітуду вимушених коливань несучих тіл можна зменшити у 3-4 рази та підвищити більш, ніж у два рази, логарифмічний декремент коливань несучих тіл. Розроблений метод визначення АЧХ та графічно-числова методика знаходження конструктивних параметрів настроювання гасників впроваджені при розробці конструкції роликового гасника, призначеного для віброзахисту реального висотного об'єкта (телевежі) від дії силового гармонічного збудження типу пульсації повітряного потоку. Побудовано математичну модель, що описує поздовжні вимушені коливання транспортної віброзахисної системи, обладнаної турнікетами із роликовими амортизаторами, при її кінематичному збудженні (типу зіткнення). Розроблено методику числового аналізу еволюції системи у її русі після зіткнення. Встановлено закономірності впливу конструктивних параметрів та рівня кінематичного збудження системи на динамічний стан перевозимих конструкцій. Показано, що величина параметра турнікетів є потужним регулятором рівня динамічних навантажень на конструкції. Проведені натурні випробування на зіткнення реальної транспортної системи, обладнаної новими турнікетами із роликовими амортизаторами, виявили прийнятний рівень співпадання результатів теоретичних та експериментальних досліджень динаміки віброзахисних систем. Новий спосіб віброзахисту конструкцій із використанням турнікетів із роликовими амортизаторами дозволив у 14 разів знизити небезпечні поздовжні динамічні навантаження на перевозимі конструкції порівняно із існуючими традиційними схемами та способами їх транспортування залізницею. Головні результати роботи знайшли застосування на промислових об'єктах України та Росії.

Ключові слова: віброзахисні системи, котково-демпфірувальні пристрої, вимушені коливання, гасники, частоти та періоди вільних коливань, амплітудно-частотна характеристика, логарифмічний декремент коливань, геометричні та кінематичні нелінійності, параметри настроювання, динамічний стан конструкцій, турнікети із роликовими амортизаторами.

Легеза В.П. Модели и метод виброзащиты динамических систем на основе катково-демпфирующих устройств. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.02.09 - “Динамика и прочность машин”. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2004.

Диссертация посвящена созданию единого методологического подхода к исследованиям динамического поведения современных виброзащитных систем с катково-демпфирующими устройствами, предназначенными для борьбы с вынужденными колебаниями разнообразной природы. На основе единого подхода построены математические модели динамического поведения ряда виброзащитных систем с катковыми гасителями низкочастотных колебаний с учетом кинематических связей между элементами гасителей. Аналитическим путем получены формулы для частот и периодов малых собственных колебаний ЦМ рабочих тел гасителей. Показано, что указанные частоты и периоды равны частотам и периодам малых свободных колебаний математических маятников с соответствующими длинами эквивалентного подвеса. Найдены условия, при которых возможна реализация чистого качения шаров и роликов по соответствующим криволинейным поверхностям гасителей. Разработан новый численно-аналитический метод определения АЧХ для исследуемого класса виброзащитных систем с геометрическими и кинематическими нелинейностями как для случая отсутствия ограничений на относительные перемещения рабочих тел гасителей, так и с таковыми ограничениями. Разработана новая численно-графическая процедура определения оптимальных конструктивных параметров настройки гасителей с целью влияния на динамическое состояние несущих тел. Проведены численные эксперименты по применению разработанного метода определения АЧХ для рассматриваемых виброзащитных систем. Показано, что в зависимости от типа гасителя максимальные амплитуды вынужденных колебаний несущих тел можно уменьшить в 3-4 раза и более чем в два увеличить логарифмический декремент колебаний несущих тел. На основе разработанных в дисертации математических моделей и методов расчета для конкретного высотного объекта запроектирован роликовый гаситель с оптимальными параметрами его настройки при наличии конструктивных ограничений на относительные перемещения рабочего тела гасителя. Это дало возможность удовлетворить требованиям нормативных документов по деформативности и прочности несущего объекта при динамическом нагружении.

Построена математическая модель продольных вынужденных колебаний при кинематическом возбуждении виброзащитной транспортной системы, оснащенной турникетами с роликовыми амортизаторами. С использованием разработанной методики численных исследований проведен ряд численных экспериментов, которые охватили все нормативно возможные варианты загрузки и условия кинематического возбуждения транспортной системы. Выявлены закономерности влияния конструктивных параметров и условий кинематического возбуждения системы на динамическое состояние перевозимых грузов. Показано, что величина параметра турникетов является мощным регулятором уровня динамических воздействий на вагоны и грузы. Численный анализ выявил значительные возможности нового способа транспортирования конструкций с использованием роликовых амортизаторов: он дает возможность в 14 раз уменьшить продольные динамические нагрузки на перевозимые конструкции по сравнению с традиционными схемами и способами их транспортирования по железной дороге.

Проведены натурные испытания на соударение реальной транспортной системы в виде сцепа из двух железнодорожных платформ, загруженных пакетом ферм с использованием турникетов с роликовыми амортизаторами. Выполнен статистический анализ полученных экспериментальных выборок, определены линейные регрессионные зависимости для основных динамических характеристик виброзащитной системы. Показано, что полученный уровень расхождения результатов теоретических и экспериментальных исследований можно считать приемлемым, а разработанную модель продольных вынужденных колебаний - адекватно отражающей динамические процессы, происходящие во время экстремальных режимов железнодорожных перевозок. Основные результаты работы нашли применение на промышленных предприятиях Украины и России.

Ключевые слова: виброзащитные системы, катково-демпфирующие устройства, вынужденные колебания, гасители, частоты и периоды свободных колебаний, амплитудно-частотная характеристика, логарифмический декремент колебаний, геометрические и кинематические нелинейности, параметры настройки, динамическое состояние конструкций, турникеты с роликовыми амортизаторами.

Legeza V.P. Models and method of vibroprotection of dynamical systems on the base rolling-damping devices. - Manuscript.

The dissertation for a scientific degree of the doctor of technical science on a speciality 05.02.09 - dynamics, strenght of machines, devices and equipment. National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2004.

The doctoral thesis is devoted to the creation of the unified methodological approach to the research of the dynamics of modern vibroprotective systems with rolling and damping devices designed to struggle against their forced oscillations. Corresponding mathematical models to describe horizontal low-frequency forced oscillations for the typical vibroprotective systems with roller-bearing absorbers, which take into consideration kinematical ties between their elements for both disturbance and kinematical stimulation, have been created. Formulas for frequencies and periods of own oscillations of the absorbers' working bodies have been acquired and conditions for their pure rolling have been found. A new method of determination of an amplitude - frequency characteristics for the specific category of vibroprotective systems with geometric and kinematical non-linearity has been developed. A new numerical and graphical procedure to determine optimal parameters of absorber tuning, wich influence greatly the dynamic conditions of the supporting constructions, has been created. The thesis demonstrates a possibility to reduce peak amplitude of forced oscillations to a third or even fourth part and to increase more than twice logarithmic decrement of oscillations through using absorbers. The offered method of determination of an amplitude - frequency characteristics together with numerical and grafical procedure of determination of optimal constructive parameters of absorbers' tuning were applied for development of a rolling absorber wich can protect a real high-rise building (e.g. TV tower) from the influence of disturbance and harmonic exitation such as air-flow fluctuation. Mathematical model to describe horizontal forced oscillations of a transportation vibroprotective system equipped with roller shock absorber turnstiles under collision or other kinematical disturbance has been built. Methodology for exploration of system evolution in the process of motion after collision has been worked out. Pattern of influence of the constructive parameters and level of kinematical disturbance of the system upon dynamic conditions of transported constructions have been explored. It has been proved that value of turnstile parameter is a mighty regulator of dynamic load level of the construction. Full-scale impact tests of a real transportation system equipped with new roller shock absorber turnstiles displayed acceptable level of coincidence between the results of theoretical research and practical application concerning the dynamics of vibroprotective systems. The new method of vibroprotection of the systems with shock absorber turnstiles has allowed a 14-time reduction of dynamic stress during transportation of building units comparing to the traditional ways of transportation by trains. Principal results of the tests have found their industrial application at the enterprises of transport and construction industry in Ukraine and Russia.

Key words: vibroprotective system, roller bearing and damping devices, forced oscillations, absorbers, frequency and period own oscillations, amplitude - frequency characteristic, logarithmic decrement of oscillations, geometric and kinematical non-linearity, parameters of tuning, dynamic conditions of the structure, roller shock absorber turnstiles.

Размещено на Allbest.ru