Классификация колебательных процессов в мобильных машинах

Колебательные процессы в горных машинах разделяют на три группы:

· Колебания отдельных деталей машин;

· Крутильные колебания в многомассовых динамических системах «трансмиссия - движитель» или «силовой привод - рабочий орган»;

· Низкочастотные колебания и переходные процессы в системах машины.

Основным источником возбуждения колебаний отдельных деталей в тягаче или самоходной машине является двигатель. Эти колебания возникают от неуравновешенных вращающихся масс а также от возвратно-поступательного движения частей шатунно-поршневой группы. Они возбуждаются в шестеренчатых парах трансмиссии и силового привода, передаются на детали корпуса и системы управления.

Колебания отдельных деталей являются периодическими по углу поворота коленчатого вала двигателя и происходят с частотой, равной или кратной частоте вращения двигателя. Спектр их широк, но резонансные значения определяются собственной частотой колебаний отдельных деталей (как правило, это вибрации).

Вибрации, действующие наряду со статическими нагрузками, вызывают более интенсивно усталостные повреждения деталей. Вследствие этого отмечаются. Во-первых, поломки трубок, элементов обшивки, стенок кабины, корпусных деталей по сварным швам; во-вторых, ослабляются крепежные соединения и посадочные места, увеличивается износ подвижных пар и соединений.

Вибрация тонкостенных и корпусных деталей создает шум, в том числе и в кабине. Вибрация рычагов управления, приборов и других деталей, окружающих водителя, помимо шумового эффекта создает дискомфортные условия для его работы.

Наряду с высокочастотными (вибрации) детали горных машин подвергаются низкочастотным колебаниям, которые возникают чаще от внешних воздействий на движущийся объект, таких как колебания нагрузки от рабочих органов, от неровности опорной поверхности и другие. Эти колебания могут быть разовыми или проходить по случайному закону. Они также ухудшают условия труда машиниста и могут вызвать поломки деталей.

Крутильные колебанияпредставляют собой деформацию кручения валов, происходящую по периодическому или близкому к нему закону. Большинство горных машин можно рассматривать как классический пример крутильной колебательной системы, состоящей из сосредоточенных масс, распределенных по длине кинематических цепочек и соединенных упругими элементами (валами).

К числу источников крутильных колебаний помимо двигателя относятся: гусеничное зацепление, карданные, клиноременные и цепные передачи, соединительные (особенно втулочно-пальцевые) и предохранительные (фрикционные и кулачковые) муфты, неравномерность нагрузки на рабочих органах и другие.

Расчет крутильных колебаний проводится для оценки уровня колебаний и динамических нагрузок в отдельных сборочных единицах системы на резонансных режимах, т.к. они опасны именно резонансными значениями.

Таким образом, крутильные колебания влияют в основном на показатели надежности и долговечности машин. Низкочастотные крутильные колебания являются возмущающими для САР (системы автоматического регулирования) двигателя, поэтому они относятся также и к области тяговой динамики тракторов.

Низкочастотные колебания и переходные процессы в системах мобильных горных машин и многозвенных МТА возникают от источников как в самой машине, так и от внешних воздействий: неровности поверхности технологических полей или дороги; криволинейное движение, неравномерная нагрузка на крюке, при разгоне или торможении. К ним относятся колебания в системах подрессоривания, регулирования частоты вращения коленвала двигателя, рулевого управления.

Низкочастотные колебания следует разделить на установившиеся вокруг какого-либо среднего уровня и неустановившиеся или переходные, типичными из которых являются процессы трогания сместа, разгон и торможение МТА.

Общим свойством для всех разновидностей колебаний, происходящих в мобильных горных машинах и МТА, является то, что на их возбуждение и поддержание затрачивается энергия одного источника – двигателя. Поэтому уровень и интенсивность всех колебаний, сопровождающих работу машин, влияют на их энергетические показатели, а следовательно, на производительность и топливную экономичность.

С учетом вышерассмотренных групп колебаний можно выделить отдельные аспекты общей динамики горных машин:

· динамика и надежность;

· динамика и условия труда машиниста;

· динамика и тяговые показатели;

· динамика и технологичность.

Последние два можно рассматривать как один общий раздел теории проектирования горных машин, т.к. они являются функциональными.

По мере повышения энергонасыщенности и скоростей движения горных машин интенсивность тягово-динамических процессов значительно возросла. Повысилась неравномерность колебаний нагрузки на крюке в 1.3-1.6 раза, колебаний нагрузки на двигатель – примерно в 1.7 раза, существенно увеличились колебания остова машин, а например, заданную траекторию движения, особенно колесного трактора с широкозахватным оборудованием, удается сохранять вследствие более частого воздействия на рулевой механизм.