METHOD OF CHOOSING THE PARAMETERS AND THE PLACE FOR INSTALLING TORSIONAL VIBRATION DAMPERS IN POWER TRANSMISSION

Шеховцов В.В.¹, Ляшенко М.В.², Шевчук В.П.³, Соколов-Добрев Н.С.⁴, Шеховцов К.В.⁵

¹Доктор технических наук, доцент; ² доктор технических наук, профессор, ³кандидат технических наук, профессор, ⁴кандидат технических наук, доцент, ⁵аспирант; Волгоградский государственный технический университет

МЕТОД ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ И МЕСТ УСТАНОВКИ В СИЛОВУЮ ПЕРЕДАЧУ ДЕМПФЕРОВ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Аннотация

В статье описан метод исследования изменения нагруженности участков силовой передачи тягово-транспортного средства при резонансных колебаниях в зависимости от степени демпфирования колебаний масс. Метод позволяет определять нагруженность каждого участка при заданном демпфировании колебаний каждой массы и наилучшее место установки демпфера для гашения колебаний с каждой из резонансных частот.

Ключевые слова: силовая передача, колебания, демпфирование.

Shekhovtsov V.V.¹, Lyashenko M.V.², Shevchuk V.P.³, Sokolov-Dobrev N.S.⁴, Shekhovtsov K.V.⁵

¹Doctor of Engineering Science, docent; ²Doctor of Engineering Science, professor; ³Candidate of engineering science, professor;⁴Candidate of engineering science, docent; ⁵Post-graduate student; Volgograd State Technical University

METHOD OF CHOOSING THE PARAMETERS AND THE PLACE FOR INSTALLING TORSIONAL VIBRATION DAMPERS IN POWER TRANSMISSION

Abstract

The article describes the method of research for traction and transportation vehicle’s power transmission sites loading change at resonant oscillations depending on the masses damping degree. The method allows to determine the loading of each site with a given damping of each mass, and the best place to install a damper for oscillations damping with each of the resonance frequencies.

Keywords: power train, vibrations, damping.

Как изменяется нагруженность каждого участка силовой цепи трактора при установке в данное место передачи демпфера с определенными параметрами демпфирования? В статье описана методика исследований [2, 3, 4] и программа [1, 2, 5, 6, 7, 8, 9], которая позволяет исследовать изменение динамической нагруженности участков силовой передачи во время резонансных колебаний ее масс с возможностью задания степени демпфирования этих колебаний. Исследование выполнено на базе динамической модели силовой передачи трактора Т-5 Волгоградского тракторного завода [3, 10], начальная и редуцированная схемы которой представлены на рис. 1.

Рис. 1. Начальная а и редуцированная б динамические модели силовой передачи

В программе выполняется расчет параметров резонансных колебаний каждой из масс модели с первыми пятью собственными частотами при задании относительного коэффициента демпфирования колебаний каждой массы и задании места приложения возбуждающего момента. Для удобства обработки результатов колебания возбуждаются единичным моментом – равным 1 Н×м. При расчете параметров колебаний с первой собственной частотой на начальном этапе удобно задаться одинаковым значением относительного коэффициента демпфирования колебаний каждой массы, равном =0,01, на втором – = 0,1, на третьем = 0,2, на четвертом  = 0,3.

Исследованы колебания во время резонанса с пятью первыми собственными частотами модели – 3,4 Гц, 11,8 Гц, 24,1 Гц, 32 Гц и 65 Гц. Пример представления результатов исследований приведен на рис. 2.

Рис. 2. Влияние изменения демпфирования колебаний 1-4 масс на нагруженность участков передачи

На шкале оси ординат показано отношение величины крутящего момента на участке к величине возбуждающего момента. Первая сверху ломаная линия на каждом рисунке показывает изменение величины этого момента при одинаковом для всех масс модели относительном коэффициенте демпфирования, равном =0,01. Вторая – когда на первой массе относительный коэффициент демпфирования равен = 0,1, а на остальных массах = 0,01. Третья – когда = 0,2, = 0,01. Четвертая – когда = 0,3, = 0,01 [2, 3, 4].

На следующем шаге расчетов виртуальный демпфер устанавливается на месте второй массы, далее – на месте третьей и т.д. В результате получены следующие результаты [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9].

1. Установка демпфера на месте 1-4 масс модели (двигатель – коробка передач) приводит к существенному гашению колебаний с первой и второй резонансными частотами. При увеличении в 30 раз и колебаниях с первой резонансной частотой момент на всех участках уменьшается в 5-6 раз, со второй – в 10 раз.

2. Установка демпфера на месте 5-6 масс модели (механизм поворота) приводит к эффективному гашению колебаний в основном с частотами со второй по четвертую. На первом участке наиболее эффективно гасятся колебания со второй резонансной частотой – момент уменьшается в 8 раз, менее эффективно – с первой, третьей и четвертой частотами – момент уменьшается в 3-5 раз. На 2-4 участках наиболее эффективно гасятся колебания со второй, третьей и пятой частотами – момент уменьшается в 10 раз. На 5 участке наиболее эффективно гасятся колебания со второй, третьей и четвертой частотами – момент уменьшается в 10 раз, менее эффективно – с пятой частотой, момент уменьшается в 3 раза. На 6 участке наиболее эффективно гасятся колебания с частотами со второй по четвертую – момент уменьшается примерно в 10 раз. На 7 участке наблюдается похожая картина, за исключением того, что более эффективно гасятся колебания с пятой частотой – момент уменьшается в 4 раза. На 8 участке колебания с частотами со второй по четвертую гасятся так же, колебания с первой и пятой частотами практически не гасятся.

3. Установка демпфера на месте 7 массы модели (конечная передача) приводит:

– на 1 участке – к эффективному гашению колебаний только с третьей частотой (момент уменьшается в 10 раз);

– на 2-4 участках – к эффективному гашению колебаний со второй и третьей частотами  (момент уменьшается в 10 раз) и к менее эффективному гашению колебаний с остальными резонансными частотами (момент уменьшается в 3-6 раз);

– на 5 участке – к эффективному гашению колебаний со второй и третьей частотами  (момент уменьшается в 6-10 раз), менее эффективному – с первой и четвертой частотами (момент уменьшается в 3 раза) и к особо эффективному – колебаний с пятой частотой (момент уменьшается в 15 раз);

– на 6 участке – к эффективному гашению колебаний со второй и третьей частотами  (момент уменьшается в 10 раз), менее эффективному – с первой и четвертой частотами (момент уменьшается в 5 раз) и к особо эффективному – колебаний с пятой собственной частотой (момент уменьшается в 15 раз);

– на 7 участке также эффективно гасятся колебания со второй и третьей собственными частотами (момент уменьшается в 10 раз), менее эффективному – с остальными резонансными частотами (момент уменьшается в 5-6 раз);

– на 8 участке эффективно гасятся колебания с третьей частотой (момент уменьшается в 10 раз), менее эффективно – со второй (момент уменьшается в 6 раз), первой и четвертой собственными частотами (момент уменьшается в 2-3 раза), особенно эффективно – пятой частотой (момент уменьшается в 18 раз).

4. Установка демпфера на месте 8 массы модели (ходовая часть) приводит:

– на 1 участке – к эффективному гашению колебаний с первой и четвертой частотами (момент уменьшается в 9 раз), менее эффективному – со второй и третьей частотами (момент уменьшается в 3-8 раз);

– на 2-4 участках – к эффективному гашению колебаний с первой по четвертую частотами  (момент уменьшается в 8-10 раз);

– на 5 участке – к эффективному гашению колебаний с первой по четвертую частотами (момент уменьшается в 10 раз), менее эффективному – с пятой частотой (момент уменьшается в 5 раз);

– на 6 участке – к эффективному гашению колебаний с первой по четвертую частотами (момент уменьшается в 6-12 раз);

– на 7 участке – к особо эффективному гашению колебаний с четвертой частотой (момент уменьшается в 12 раз), менее эффективному – с первой и третьей частотами (момент уменьшается в 7 раз);

– на 8 участке – к эффективному гашению колебаний с третьей и четвертой частотами (момент уменьшается в 8-11 раз), менее эффективному – с первой частотой (момент уменьшается в 6 раз) и к мало эффективному – колебаний с остальными собственными частотами (момент уменьшается в 3 раза).

5. Установка демпфера на месте 9 массы модели (поступательно движущаяся масса трактора) приводит на всех участках только к гашению колебаний с первой частотой (момент уменьшается в 10-12 раз). На колебания с остальными частотами установка демпфера на месте этой массы не оказывает практического влияния.

Таким образом, колебания с первой собственной частотой лучше всего позволяет гасить демпфер, размещенный на участке двигатель-коробка передач (при относительном коэффициенте демпфирования 0,3 нагруженность участков уменьшается в 5-6 раз), а также на участке ходовая часть – поступательно движущаяся масса трактора (нагруженность снижается в 3-12 раз). Колебания со второй собственной частотой эффективно гасятся при установке демпфера на участке двигатель – коробка передач (нагруженность снижается в среднем в 10 раз), в механизме поворота и в конечной передаче (в 3-15 раз). Колебания с третьей, четвертой и пятой собственными частотами наиболее эффективно гасятся при установке демпфера на участке механизм поворота – ходовая часть (в 3-18 раз).