Енергозберігаючі рекуперативні системи для випробувань тіл обертання - Автореферат

Існує ряд деталей машин та інструментів типу тіл обертання (вентиляторні колеса, диски компресорів та турбін газотурбінних двигунів, відцентрові сепаратори для рідин, колеса культиваторів с/г машини, абразивні круги, дискові фрези та пили для обробки деревини і т.д.), дослідження механічної міцності та працездатності яких вимагає проведення циклічних випробувань в полі відцентрових сил. Аналіз існуючих конструкцій випробувальних стендів, що створюють циклічний характер навантаження тіл обертання в полі відцентрових сил, показує, що такі системи працюють в не економічному режимі: енергія розігнаного до максимальних обертів диска втрачається на стані його гальмування. З іншої сторони, для досягнення високої динаміки циклу навантаження, що вимагає сучасний рівень техніки, на існуючих стендах необхідно підвищувати потужність силового приводу, що має практичне обмеження, по-перше, і, по-друге, збільшує вартість випробувань. В даній роботі запропоновано створення випробувальних стендів на основі квазіконсервативних самоорганізуючих рекуперативних механічних систем, що дає змогу створювати енергозберігаючий економічний режим випробувань, і що є актуальним. Для досягнення поставленої мети були сформульовані та вирішувались такі задачі: · Розроблення та дослідження можливих схем механічних систем, що можуть відтворювати періодично-змінний характер кутової швидкості тіл обертання при випробуваннях.В першому розділі був проведений аналіз систем випробувальних стендів для натурного дослідження різних деталей машин та ріжучого інструменту типу тіл обертання, на основі чого була запропонована класифікація систем навантажувальних пристроїв за способом рекуперації енергії та за способом силозбудження. В даній роботі розглядаються дві схеми з явно вираженим рекуператором енергії: система з частковим перетворенням кінетичної енергії диска на потенціальну енергію піднятої маси (на основі ексцентрикового механізму) та система з частковим перетворенням кінетичної енергії диска на потенціальну енергію пружного елементу. Періодична зміна потенціальної енергії вантажу буде автономно задавати періодично-змінний закон кутової швидкості диску в даній системі, що виражається формулою Встановлено, що за допомогою такої системи стенду можливо випробовувати в циклічному режимі тіла обертання з моментами інерції J 0,001 кгхм2 і при цьому досягати діапазон зміни кутових швидкостей R 20. Кутова швидкість диску в системі визначається за закономДані системи пропонуються для створення випробувальних стендів для циклічних досліджень тіл обертання з моментами інерції до 0.1 кгхм2 . Встановлено, що вказані механізми дозволяють в 3-7 рази скоротити цикл "розгін - зупинка" порівняно із традиційними приводами стендів на основі електричних двигунів постійного струму. Експериментальне встановлено, що використання замкненої системи випробувального стенду на основі ККМ для одночасного дослідження двох тіл обертання дозволяє зберегти до 60-70 % енергії протягом одного циклу навантаження. Порівнюючи з традиційною системою із силозбудженням електричним двигуном постійного струму дана МРЗС дозволяє зменшити в 9 разів потужність силового агрегату установки та майже в 4 рази енергомісткість циклу навантаження. Розроблений програмно-апаратний комплекс для досліджень кінетики обертального руху, який дозволяє автоматизувати процес зйому та реєстрації результатів експерименту з дискретністю від 500 мкс до 50 мкс, одночасно вести дослідження по декільком параметрам; представляти експериментальні дані у зручній табличній формі, що легко в подальшому оброблюються за допомогою компютера; проводити візуальне спостереження за ходом експерименту в реальному масштабі часу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. На основі явища рекуперації механічної енергії створені квазіконсервативні механічні системи, що дозволяють циклічно навантажувати тіла обертання в автономному економічному режимі.

2. На основі аналітичного моделювання отримані кінематичні та динамічні характеристики для механічних рекуперативних замкнених систем (МРЗС) типу ексцентрикового та пружинного механізмів.

Дані системи пропонуються для створення випробувальних стендів для циклічних досліджень тіл обертання з моментами інерції до 0.1 кгхм2 . При цьому досягаються діапазон зміни кутової швидкості до 20.

3. Розроблені та досліджені МРЗС для створення циклічного режиму навантаження тіл обертання на основі механізмів із змінним передавальним відношенням. Запропоновано інженерні методи проектування приводів випробувальних стендів, що дозволяють відтворювати цикли навантаження в автономному режимі.

Встановлено, що вказані механізми дозволяють в 3-7 рази скоротити цикл "розгін - зупинка" порівняно із традиційними приводами стендів на основі електричних двигунів постійного струму.

4. Розроблена схема та проведені випробування моделі випробувального стенду на основі кривошипно-кулісного механізму для досліджень одночасно двох ротаторів. В результаті випробувань підтверджена функціональна працездатність даної системи та рекуперативний режим її роботи, досліджений вплив керуючих параметрів системи на цикл навантаження.

5. Експериментальне встановлено, що використання замкненої системи випробувального стенду на основі ККМ для одночасного дослідження двох тіл обертання дозволяє зберегти до 60-70 % енергії протягом одного циклу навантаження.

6. Порівнюючи з традиційною системою із силозбудженням електричним двигуном постійного струму дана МРЗС дозволяє зменшити в 9 разів потужність силового агрегату установки та майже в 4 рази енергомісткість циклу навантаження.

7. Розроблений програмно-апаратний комплекс для досліджень кінетики обертального руху, який дозволяє автоматизувати процес зйому та реєстрації результатів експерименту з дискретністю від 500 мкс до 50 мкс, одночасно вести дослідження по декільком параметрам; представляти експериментальні дані у зручній табличній формі, що легко в подальшому оброблюються за допомогою компютера; проводити візуальне спостереження за ходом експерименту в реальному масштабі часу.

8. Розроблений прецизійний спосіб вимірювання кутових швидкостей тіл обертання при якому значення швидкості замінюється пропорційним електричним імпульсним сигналом і оцінка дійсного значення кутової швидкості ведеться за двома дублюючими параметрами імпульсів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Грабар І.Г., Мельничук С.В., Гутніченко О.А. Проблеми рекуперації енергії при циклічних випробовуваннях дисків і роторів. // Вісник ЖІТІ. - 1996. - №3. - С. 84-88.

Мельничук С.В. Модельні випробовування нелінійної рекуперативної системи стенда для дослідження дисків ГТД на МЦВ // Вісник ЖІТІ. - 1998. - №8. - C. 15-19.

Мельничук С.В. Дослідження рекуперативної системи двох ротаторів, звязаних нелінійним ланцюгом з пружним елементом // Вісник ЖІТІ. - 1998. - №8. - C. 245-247.

Мельничук С.В. Системи силозбуджувачів та навантажувальних пристроїв для створення циклічного режиму при випробовуванні тіл обертання // Вісник ЖІТІ. - 1999. - №9. - С. 87-91.

Мельничук С.В. Ефективність застосування системи стенду на основі кривошипно-кулісного механізму для одночасного випробовування двох роторів // Вісник ЖІТІ. - 1999. - №10. - С. 97-99.

Мельничук С.В. Енергозберігаюча рекуперативна технологія випробувань тіл обертання на малоциклову втому // Вестник НТУУ "КПИ" Машиностроение. - 1999. - №37. - С. 241-248.

Мельничук С.В. Енергозбереження при циклічних випробуваннях тіл обертання // Вісник ЖІТІ. - 2000. - №12. - С. 36-40.

Грабар И.Г., Мельничук С.В. Энергосберегающий стенд для ускоренных испытаний дисков ГТД. // Тезисы докладов научно-технической конференции “Аэрокосмический комплекс: конверсия и технологии”. - Житомир. - 1995. - С. 44-45.

Грабар І.Г., Мельничук С.В. Можливе застосування кривошипно-кулісного механізму та механізму Гука при випробовуваннях дисків на малоциклову втому. // Матеріали 3 Міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні технології в аерокосмічному комплексі”. - Житомир: ЖІТІ. - 1997. - С. 106.

Мельничук С.В. Економічні переваги схеми випробувального стенду із замкненим механічним контуром на основі кривошипно-кулісного механізму // Матеріали IV Міжнародної науково-технічної конференції "Сучасні технології в аерокосмічному комплексі", - Житомир: ЖІТІ. - 1999. - С. 127-131.