Динаміка пульсуючих центрифуг і обґрунтування шляхів підвищення їх надійності та продуктивності - Автореферат

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні наукових теоретичних досліджень стосовно стійкості руху пульсуючих центрифуг при їх модернізації в напрямку зменшення металоємкості, збільшення продуктивності та надійності, що передбачало виведення та розвязок диференціальних рівнянь руху ускладненої моделі центрифуги, обробку, узагальнення та публікацію результатів досліджень. проаналізувати стійкість параметричних коливань, обумовлених зміною параметрів пульсуючої центрифуги внаслідок руху пульсатора; встановити можливість модернізації пульсуючої центрифуги шляхом зменшення геометричних розмірів основи центрифуги з метою вивільнення робочих площ та витрат на капітальне будівництво; Методи досліджень включають у себе аналітичні дослідження з використанням сучасних методів динаміки машин, зокрема, для дослідження границь стійкості параметричних коливань у системах з багатьма степенями вільності застосовано методики Якубовича-Старжинського, для дослідження перехідних процесів у коливних системах використовується асимптотичний метод Боголюбова-Митропольського, та компютерних технологій. Аналіз руху пульсатора з ідеальним приводом (приводом необмеженої потужності) та реальним приводом обмеженої потужності встановив полігармонічну форму руху пульсатора; побудована формула для визначення залежності частоти руху пульсатора від сили опору при зрізуванні продукту центрифугування та критерії вимушеної зупинки пульсатора.Обґрунтована актуальність теми, визначено звязок із науковими програмами, темами, планами, сформульовані та визначені мета, задачі, обєкт та методи досліджень, наведена наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, особистий внесок автора, апробація результатів роботи. Містить огляд праць про фізико-хімічні властивості утфелю та з динаміки й опису конструкцій сучасних промислових центрифуг. Виділяються роботи В.М. Таранця, в яких із найбільшою повнотою описані конструкції сучасних пульсуючих центрифуг, робота Б.М. Терьошина, в якій приводяться дані про перші конструкції пульсуючих центрифуг та особливості їх експлуатації, роботи М.М.Центрифугу, як механічну систему, складають тверді тіла (корпус і пульсатор) та ротори. Математична модель пульсуючої центрифуги ускладнюється у порівнянні з класичною моделлю гіростата наявністю, крім відносних обертальних рухів роторів, також зворотно-поступального руху пульсатора. Таким чином, основними факторами, які впливають на віброактивність центрифуги, є: 1) силові збудження, обумовлені силами інерції пульсатора; Проведено дослідження руху пульсатора з ідеальним гідроприводом (приводом необмеженої потужності) зі сталою подачею робочої рідини в порожнини гідроциліндра, та пульсатора з приводом обмеженої потужності (реальним приводом) із сталим тиском робочої рідини. Проведено дослідження впливу рухомості основи центрифуги на частоту руху пульсатора з реальним приводом.Показано, що рух пульсатора має полігармонічний характер і при коливанні корпусу центрифуги може спричинити, крім основного резонансу, появу дробних резонансів. При зменшенні частоти руху пульсатора до 26 коливань за хвилину реалізується дробний резонанс , при якому амплітуди поздовжніх коливань та галопування значно зростають і відбувається аварійна зупинка пульсатора. Сформульовані рівняння поступальних та кутових рухів корпусу центрифуги при сталих швидкостях обертання ротора з нерухомим та працюючим пульсатором, а також рівняння руху на етапах розгону та гальмування ротора для дослідження всіх основних динамічних явищ, які виникають при основних режимах роботи. Проведено аналіз чутливості пульсуючих центрифуг до параметричних збуджень, обумовлених періодичною зміною моментів інерції внаслідок поздовжніх переміщень пульсатора. Аналіз вимушених коливань центрифуги, обумовлених дисбалансом ротора від нерівномірного завантаження утфелем, показав, що амплітуди кутових та поступальних коливань, повязаних із дисбалансом, незначні, але амплітуди сил, що діють на опорні вузли, досягають значних величин.

Основний зміст роботи

Проведені аналітичні дослідження динаміки пульсуючих центрифуг дозволили запропонувати методи рішення ряду принципово важливих інженерних задач, підвищення надійності та продуктивності центрифуг, а саме: 1. Знайдено залежності для обчислення частот руху пульсатора з приводом необмеженої потужності (ідеальним приводом) та з реальним приводом. Встановлена залежність частоти руху пульсатора від опору при зрізуванні продукту центрифугування та критерій вимушеної зупинки пульсатора.

2. Показано, що рух пульсатора має полігармонічний характер і при коливанні корпусу центрифуги може спричинити, крім основного резонансу, появу дробних резонансів.

3. Проведено аналіз вимушених коливань, обумовлених рухом пульсатора. Встановлено, що амплітуди поздовжніх коливань корпусу центрифуги в робочому режимі мають порядок мм, а амплітуда галопування . При зменшенні частоти руху пульсатора до 26 коливань за хвилину реалізується дробний резонанс , при якому амплітуди поздовжніх коливань та галопування значно зростають і відбувається аварійна зупинка пульсатора.

4. Сформульовані рівняння поступальних та кутових рухів корпусу центрифуги при сталих швидкостях обертання ротора з нерухомим та працюючим пульсатором, а також рівняння руху на етапах розгону та гальмування ротора для дослідження всіх основних динамічних явищ, які виникають при основних режимах роботи.

5. Побудовані формули для обчислення власних частот поступальних та кутових коливань корпусу центрифуги з урахуванням гіроскопічних моментів робочого ротора та роторів привідних машин. Проведено порівняння значень власних частот та парціальних частот центрифуги. Установлено, що значення власних частот коливань, крім частот поперечних та поздовжніх коливань, практично співпадають із значеннями відповідних парціальних. Частоти поперечних та поздовжніх коливань суттєво відрізняються від відповідних парціальних частот. Установлена слабка залежність власних частот коливань від гіроскопічних та дисипативних сил.

6. Проведено аналіз чутливості пульсуючих центрифуг до параметричних збуджень, обумовлених періодичною зміною моментів інерції внаслідок поздовжніх переміщень пульсатора. Установлено, що при діючих частотах руху пульсатора с-1 центрифуги нечутливі до параметричних збуджень. При підвищенні частоти руху пульсатора в 3,5 раза параметричні коливання центрифуги стають нестійкими. Цей результат практично визначає границю можливої інтенсифікації роботи пульсуючої центрифуги в напрямку підвищенням частоти руху пульсатора.

7. Аналіз вимушених коливань центрифуги, обумовлених дисбалансом ротора від нерівномірного завантаження утфелем, показав, що амплітуди кутових та поступальних коливань, повязаних із дисбалансом, незначні, але амплітуди сил, що діють на опорні вузли, досягають значних величин.

8. Моделюванням на ПЕОМ динамічних процесів при розгоні й гальмуванні ротора при наявності дисбалансу доведено, що при кутових прискореннях ротора с-2 резонансні явища не розвиваються.

9. Виявлена можливість модернізації конструкції центрифуги за рахунок зменшення її довжини. Встановлено, що така модернізація при одночасному збільшенні жорсткості системи віброзахисту зберігає динамічну стійкість конструкції.

10. Аналіз стійкості конструкції при зменшенні маси системи віброізоляції, показав, що при такій модернізації динамічна стійкість зберігається без зменшення жорсткості системи віброізоляції.

11. Запропоновано спосіб та проведено аналіз умов автоматичного балансування ротора вільними рухомими маятниками. Сформульовані умови повного врівноваження дисбалансу ротора. Ці результати є основою для застосування в центрифугах такого типу систем автоматичного балансування, при якому практично усуваються динамічні навантаження на опорні вузли, підвищується надійність, довговічність та продуктивність їх роботи.

Перелік опублікованих праць за темою дисертації

1. Горошко Г.О. Вимушені осьові коливання пульсуючої центрифуги // Наукові праці УДУХТ. - Київ. - 1998. - №4. - ч. I. - С. 78-79. Особистий внесок - математичне формулювання задачі і дослідження вимушених осбових коливань пульсуючої центрифуги належить здобувачу.

2. Горошко Г.О. Про безударний рух пульсатора центрифуги з обмеженою потужністю приводу // Наукові праці УДУХТ. - Київ. - 1998. - №4. - ч. I. - С. 79-80. Особистий внесок - визначення задачі, математичний опис руху та встановлення можливості безударного руху пульсуючої центрифуги з приводом обмеженої потужності належить здобувачу.

3. Горошко Г.О. Дослідження перехідних динамічних процесів підвісної центрифуги з вязкопружним демпфером // Наукові праці УДУХТ. - Київ. - 1998. - №4. - ч. II. - С. 70-72. Особистий внесок - математичне формулювання задачі і дослідження процесів розгону і гальмування підвісної центрифуги належить здобувачу.

4. Горошко Г.О. Дослідження руху підвісної центрифуги з реологічним демпфером // Наукові праці УДУХТ.- Київ. - 1998. - №4.- ч. II. - С. 22-24. Особистий внесок - математичне формулювання задачі і дослідження руху підвісної центрифуги з реологічним демпфером належить здобувачу.

5. Пушанко М., Глонь О., Горошко А. Коливання центрифуги, зумовлені рухом пульсатора // Машинознавство. - 1998. - №3. - С. 17-20. Особистий внесок - математичне формулювання та розвязок задачі належить здобувачу.

6. Горошко Г. Автобалансування роторів горизонтальних центрифуг // Машинознавство. - 2000. - №3. - С. 51-53. Особистий внесок - визначення задачі, математичне формулювання та та дослідження можливості автоматичного самобалансування роторів горизонтальних центрифуг належить здобувачу.

7. Пушанко М.М., Горошко Г.О. До визначення динамічної стійкості пульсуючих центрифуг // Наукові праці УДУХТ.- Київ. - 2001. - №10. - С. 127-128. Особистий внесок - математичне формулювання задачі і дослідження динамічної стійкості пульсуючої центрифуги належить здобувачу.

8. Пушанко М., Глонь О., Горошко А. Дослідження динаміки пульсуючих промислових центрифуг // Тези доповідей III Міжнародного симпозіума українських інженерів-механіків у Львові. - 1997. - С. 50-51. Особистий внесок - підготовка доповіді та відповідних ілюстраційних матеріалів проведено здобувачем.

9. Горошко А. Аналіз кінематики та енерговитрат пульсівних центрифуг з обмеженою потужністю привода // Тези доповідей Міжнародної науково-технічної конференції "Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчовій і переробній промисловості". - Київ: УДУХТ. - 1997. - С. 15. Особистий внесок - підготовка доповіді та тез виконувалась здобувачем.

10. Пушанко М., Горошко А. Вимушені коливання пульсуючих центрифуг на етапах розгону та гальмування // Тези доповідей IV Міжнародного симпозіума українських інженерів-механіків у Львові. - 1999. - С. 33-34. Особистий внесок - підготовка доповіді та відповідних матеріалів до доповіді виконана здобувачем.

11. Пушанко М.М., Горошко Г.О. Частотний аналіз коливань пульсуючої центрифуги // Тези доповідей на Міжнародній науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. - Київ: НУХТ. - 2002. - С. 13. Особистий внесок - підготовка доповіді та тез належить здобувачу.