![]() |
![]() ![]() |
Вибрация против вибрации![]() Множество бед приносит технике вибрация. Долгое время борьба с ней кончалась не в пользу человека. даже такой эффективный способ, как гашение ее специально созданными встречными колебаниями, трудно было реализовать на практике. Сейчас такие методы разработаны. ![]() Ясно, что если устройство имеет подвижные части, то будет и вибрация. Тысячи лет идет с ней борьба, доходящая порой до истинного драматизма. Так было в авиации с флаттером, на преодоление которого ушли годы жизни. С аналогичной проблемой, не столь острой, но неприятной и дорогостоящей, столкнулись и конструкторы роторных экскаваторов. Замечательно было придумано в середине нашего века: снабдить экскаватор не одним, а многими ковшами, установленными на вращающемся колесе-роторе. Ковши поочередно ударяют зубьями в породу, подхватывают ее, сбрасывают на транспортер, который непрерывным потоком уносит ее. Изобретение давало такой же скачок эффективности по сравнению с экскаваторами одноковшовыми, как те в сравнении с копанием вручную. Решили использовать роторные экскаваторы при открытой добыче полезных ископаемых, где есть простор развернуться могучей технике. Простора было даже чересчур, поэтому роторные экскаваторы стали расти и наконец превратились в настоящие фабрики по дроблению и перемещению породы. Тут-то и встала во весь рост проблема вибрации. Еще из школьного курса физики известна кошмарная история о том, как взвод солдат пошел по мосту, браво шагая в ногу, и тем его разрушил. Частота шагов взвода совпала с собственной частотой моста, тот попал в резонанс и рухнул, раскачавшись. Оказалось, что и крупный роторный экскаватор постоянно подвержен опасности разрушиться от резонансных колебаний. Роль печатающего шаг взвода играют ковши, ударяющиеся о грунт, и непрерывно падающие на транспортер куски породы. Частоты тряски как раз из диапазона собственных частот экскаватора и разнообразных его вспомогательных механизмов, к тому же они меняются при изменении и взаимного положения деталей. Оберегать экскаваторы от того, чтобы они не рассыпались, приходится пока по-простому — перетяжелять конструкции, поручать машинистам глядеть в оба и, как заметят, что машина входит в резонансный режим, тут же сбрасывать скорость вращения ротора, то есть опять же идти на потери эффективности. Да и машинистам вибрация досаждает сильно. Трясет в кабине существенно крепче, чем допускают санитарные нормы. Не помогают никакие амортизаторы. И бывает так, что людям не удается выдержать без подмены больше двух-трех часов работы — укачивает. Способ обуздать низкочастотную вибрацию экскаваторов нашелся в точном машиностроении. Там исхитрились конструкторы сделать станок, резец которого пылинки «шинковать» способен, а усилия их насмарку — колебания фундамента станка все портят. Для защиты особо точных станков и приборов от сотрясений, которые не гасятся амортизаторами, был создан в 1960 году способ активного демпфирования. Суть его в том, что вышибают клин клином — гасят вибрацию вибрацией. У источника тряски устанавливают чувствительный датчик. Он «ловит» начало толчка и посылает к защищаемому от вибрации месту сигнал, который включает специальное приспособление, создающее в нужный момент другой толчок, направленный навстречу подошедшему. В результате оба взаимно гасятся. Защитные колебания создавались электромагнитами (а.с. № 134412). Еще предохраняемую от сотрясений конструкцию подвешивали на упругом мешке с несжимаемой жидкостью, которая должна быстрей или медленней втекать-вытекать из мешка сообразно возмущающим колебаниям (а.с. № 238953). Впрямую эти способы для экскаваторов, понятно, не использовать — ведь какие нужны электромагниты и мешки, если вес экскаваторов достигает пяти-восьми тысяч тонн! Лет десять назад начали приспосабливать активное демпфирование к тяжелым горным машинам. Горизонтальные колебания роторной стрелы попробовали гасить приводным электродвигателем (а.с. № 383794). К сожалению, эффективность оказалась невысокой — слишком уж инерционны электродвигатель и системы его управления, не успевают срабатывать по сигналам датчика вибрации. Кроме того, чтобы препятствовать колебаниям стрел экскаватора, нужно вращать всю его опорно-поворотную часть, ворочать много лишних тонн. Шли и по другому пути — закрепляли на консоли дополнительную массу и колебали ее сжатым воздухом в противофазе вибрации (а.с. № 401843). Получалось хорошо, но уж слишком рос вес. Скажем, если «антивибрационная» масса равна тонне, то вес машины увеличится тонны на три-четыре, поскольку придется усилить и несущие конструкции, и опорно-ходовую часть, и т.д. Итак, пневматика, электродвигатели и электромагниты для защиты от тряски здесь не годятся. А гидравлика? Почему не использовать ее? Хорошо изучена, мощна, компактна, легко управляема... Но неисповедимы иногда пути технического прогресса. Лишь в 1976 году догадались гасить резонансную вибрацию экскаваторов гидравлическими силовыми органами. Да и то отвели им поначалу сугубо вспомогательную роль. Но этим были сняты психологические шоры, мешавшие увидеть в гидравлике инструмент борьбы с колебаниями, открылась возможность создавать по-настоящему работоспособные антивибрационные устройства для горных машин. Вот как это было. Изучая процесс активного демпфирования, ученые Университета дружбы народов имени П. Лумумбы обнаружили, что, гася вращением опорно-ходовой части экскаватора одни колебания, не мудрено усилить другие. И, скооперировавшись с конструкторами производственного объединения «Ждановтяжмаш», предложили дополнительно «подталкивать» сбоку верхнюю часть экскаватора в противофазе тех колебаний, которые вращением усугубляются. Подталкивать должны были гидроцилиндры (а.с. № 708016). А «открыв» для себя гидравлику, инженеры УДН и «Ждановтяжмаша» поняли, что можно обойтись без электродвигателей и иных неудобных движителей. Учли, что разрушительное раскачивание экскаваторов начинается с их длинномерных частей, и пришли к простому и действенному решению ставить гидроцилиндры, гасящие колебания, либо непосредственно в подвески роторной и противовесной стрел, либо между стрелой и платформой, чтобы передавать защитные толчки без перемещения больших масс надстройки. Более того, гасить колебания можно теперь той же самой гидравликой, которая выполняет рабочие движения стрел — поднимает их, опускает и т. д. (а.с. № 787559). Почему до этого очевидного (как задним числом кажется) решения никто в мире раньше не додумался — тайна великая. Но как бы там ни было, а решение найдено. Виброзащиту оно обеспечивает практически без увеличения веса машины или чрезмерного усложнения конструкции. Устройства хоть сейчас можно ставить на экскаваторы. Внедрение их и вообще активного демпфирования может дать многое: машинисты экскаваторов перестанут страдать от «(морской болезни», откроется возможность автоматизировать процесс. В зависимости от свойств породы нетрудно будет автоматически выбирать оптимальный режим — ведь пропадет нужда прислушиваться к разрушительным резонансным колебаниям и уходить от них, снижая скорость. Надежней и долговечней станут механизмы, испытывающие меньшие напряжения, резко сократятся простои из-за поломок. Да и в металлоконструкции не придется закладывать непомерные запасы прочности, омертвлять тонны металла. Но пока между активным демпфированием и горной техникой лежат «сопутствующие» проблемы. Нет, в частности, достаточно дешевых датчиков колебаний, которые, с одной стороны, обладали бы удовлетворительной чувствительностью, а с другой — надежно работали бы в карьерах при больших перепадах температур, высокой запыленности и т. п. Но эти трудности все же меньшего масштаба, чем дело, которому они мешают. Надо их преодолеть. Овчинка явно стоит выделки. |