Подавление вибрации агрегатов и узлов транспортных систем

Современные энергетические установки транспортных систем под­вержены интенсивному воздействию вибрационных нагрузок с ши­роким спектром частот и высокой интенсивностью воздействия и в то же время сами являются их источниками.

Совершенствование машин и механизмов транспортного машино­строения идет по пути увеличения удельной мощности за счет форси­рования рабочих параметров (температура, давление, частота враще­ния) при одновременном снижении их металлоемкости и ужесточении требований по надежности.

Надежность и ресурс современных изделий высокой удельной мощности во многом определяются уровнем вибрации его узлов и деталей.

Около половины отказов и поломок энергетических установок транспортных систем и элементов их конструкций происходит из-за повышенной вибрации. К основным причинам вибрационных дефек­тов можно отнести наличие в рабочей зоне резонансов и малое демпфирование при прохождении резонансных частот.

Снизить уровень виброиагруженности деталей и узлов транспорт­ных систем можно, применив ряд перечисленных ниже мероприятий.

• При разработке новой конструкции ввести в нее элементы конст­рукционного демпфирования, например, многослойные стяжки, оболоч­ки, УД О ротора и т. д., предусмотрев возможности для обеспечения оптимального сжатия между слоями [131]. Этот метод не всегда применим из-за необходимости усложнения конструкции. При этом возрастает ее стоимость, усложняется технология изготовления и т. п.

• Другим эффективным средством борьбы с вибрацией является разработка мероприятий по снижению возбуждающей нагрузки. Мож­но, например, так сбалансировать ротор энергетической установки, что возбуждающие нагрузки будут малы и проблема вибрации будет решена. Однако современные возможности балансировочной техни­ки не могут в большинстве случаев решить эту проблему или так дорогостоящи, что их применение не оправдано экономически.

• Решить проблему в большинстве случаев удается, применив, так называемое, сосредоточенное демпфирование. При этом рассеи­вание энергии вибрации реализуется за счет работы сил сухого, вяз­кого трения или их комбинации. Такие конструктивные устройства с

сосредоточенным демпфированием называют демпфирующими уст­ройствами, демпферами или виброизоляторами.

К таким устройствам предъявляется ряд требований. Они долж­ны иметь малые габариты и вес, обеспечивать удобство включения в силовую схему, обладать широким диапазоном изменения упругих и диссипативных свойств, собственной надежностью работы и доста­точным ресурсом, высокой эффективностью гашения колебаний, на­личием простой расчетной модели, обладать работоспособностью в широком диапазоне температур (от —270 °С до +400°…600 °С), при воздействии агрессивных сред и т. д.

Этим требованиям в большинстве случаев удовлетворяют много­слойные пластинчатые демпферы, гидродинамические демпферы, демп­феры с тросовыми связями, демпферы с упругодемпфирующими эле­ментами из металлорезины или их комбинации.

В настоящее время эти демпфирующие устройства применяются в аэрокосмической технике, в судостроении, на железнодорожном транспорте и т. д. [131, 111, 68], однако их более широкому исполь­зованию препятствует отсутствие достоверных методик расчета характеристик и недостаточная изученность свойств.

Так, на базе анализа существующих методов и средств подавле­ния вибрации выявлены основные направления и проблемы, актуаль­ность и важность решения которых продиктованы потребностью прак­тики. Это предопределило разработку ряда математических и полуэмпирических моделей подавления вибрации. Часть моделей носит обобщающий характер и применима для исследования широ­кого класса систем конструкционного демпфирования.

Для проведения экспериментальных исследований была создана уникальная экспериментальная база из натурных и модельных испытательных стендов и измерительных комплексов. Это позволило выполнить большой объем экспериментальных исследований и ис­пользовать полученные результаты для разработки и уточнения по­луэмпирических моделей и подтверждения достоверности математи­ческих моделей.