МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ВИБРОИЗОЛИРУЮЩИХ СИСТЕМ

4.1 Морфологический анализ систем виброизоляции

Для поиска рациональных технических решений по конструкции виброизолирующих устройств используем метод морфологического анализа, достаточно полно разработанного для решения технических задач, в частности проектирования станков, их узлов и механизмов [92, 93, 94]. Однако для нашего случая этот метод в чистом виде использовать невозможно из-за очевидных недостатков его последнего этапа — выбора рационального варианта, при котором не учитываются реальные условия функционирования виброизолирующих устройств.

Структурная схема системы виброизолирующего устройства

Рис. 4.1. Структурная схема системы виброизолирующего устройства

Поэтому морфологический анализ, базирующийся на последовательном переборе возможных вариантов элементов виброизолирующего устройства, принимаем в качестве аппарата на этапе создания рациональной технологической системы (ТС) круглошлифовального станка для формирования множества структур системы виброизолирующего устройства (рис. 4.1) и оценки этих вариантов по укрупненным показателям. Для этого воспользуемся построением морфологической матрицы (табл. 4.1), подробно рассматривая признаки и характеристики подсистем и элементов, а также выявляя связи между ними.

Таблица 4.1

Морфологическая матрица системы ВУ_

Подсистема

Признаки

Элемент/Свойство

1

2

3

Корпус(X) (основание)

XI. Форма

XII Диск

Х12 Цилиндр

XI3 Квадрат

Х14 Призма

XI5 Корпус

XI6 Пирамида

XI7 Комбинированный

Х2. Мате- риал

Х21 Металл

Х22 Пластик

Х23Углеволокно

Х24 Другие неметаллы

Виброизолятор (Y)

Y1. Мате- риал

Y11 Резина

Y12Капролон

Y13 Полиуретан

Y14 Эластомер

Y15 Металл

Y16 Другие

Y2.0opMa

Y21 Цилиндр

Y22 Тор

Y23 Конус

Y24 Спираль

Y25 Тарелка

Y26 Переменного сечения

Y27 С внутренней полостью

Y28 Усечённой формы

Y29 В виде мембраны

Y210 В виде поршня

Y211 Другие

Y3. Рабочее тело

Y31 Масло

Y32 Воздух

Y33 Отсутствует

Y4. Прин- цип дейст-

ВИЯ

Y41 Растяжение-сжатие материала

Y42 Изгибные деформации

Y43 Перемещение рабочего тела

1

2

3

Устройство

крепления

(Z)

Z1. К полу

Z11 Механическое

Z12 Жёсткая фиксация

Z13 Отсутствует

Z2. К стан- ку

Z21 Механическое

Z22 Жёсткая фиксация

Z23ynpyro-MexaHH4. фиксация

Привод (V)

VI. Вид привода

VII Электромагнитный

V12 Гидравлический

VI3 Пневматический

V14 Комбинированный

VI5 Ручной

V16 Отсутствует

V2. Вид передачи

V21 Непосредственно

V22 Рычажной системой

V23 Другие

После заполнения морфологической матрицы перейдем к синтезу вариантов структуры виброизолирующего устройства. Методика поиска оптимальной структуры системы при заданных требованиях состоит в следующем. Вначале из множества признаков п = 1,2подсистемы «корпус» (.X), который имеет следующие признаки - форма, материал, выделим наиболее приемлемые элементы для создания виброизолирующего устройства (ВУ). При синтезе варианта ВУ применимы различные типы перечисленных элементов, которые обеспечат правильное функционирование системы, но имеют различные характеристики (надёжность, габаритные размеры, масса, стоимость).

Пусть имеется М типов «-го узла, причём «г-порядковый номер типа данного узла (т = 1,2,...,М). Обозначив через Хпт совокупность параметров «-го узла М-го типа, множество состояний подсистемы «корпус» выразим в виде матрицы:

Совокупность параметров к-то узла l-то типа подсистемы «виброизолятор» обозначим через Ykl . Тогда множество состояний этой подсистемы запишем следующим образом:

где k= 1,2 ...L.

По аналогии в виде матрицы выражаем множество состояний подсистемы «устройство крепления» (d = 1,2порядковый номер признака; /= 1,2...F- номер характеристики признака):

Свойства подсистемы «привод» задаём множеством состояний VQW (<2= ,2...Q',W=,2...W) и выражаем матрицей:

Обозначение и расшифровка параметров Хпт, Ykl, Zdf, Vqw для виброизолирующего устройства приведены в морфологической матрице, представленной в табл. 4.1. Характеристики элементов из указанной таблицы выбираем в качестве основы для построения графа на рис. 4.2, характеризующем множество возможных вариантов подсистем ВУ, которое равно числу путей в графе.

С учётом большого количества вариантов синтез решения осуществляем, начиная с выбора вариантов подсистем, включая всё более и более существенные признаки. Кроме того, следует руководствоваться списком технических требований, определяющихся в первую очередь свойствами синтезируемой системы.

В качестве исходных параметров зададимся конкретными свойствами технологической системы круглошлифовального станка ЗВ12, эксплуатируемого в условиях плавучих мастерских:

  • 1) масса - 3000 кг;
  • 2) операция - круглое шлифование;
  • 3) режимы обработки:
    • - частота вращения шпинделя - 78...780 мин1',
    • - частота вращения шлифовального круга - 2240 мин1',
  • 4) диапазон частот собственных колебаний -fz< 20 Гц
  • 5) диапазон частот вынужденных колебаний -f<10 Гц.

Вначале осуществляем выбор вариантов подсистемы «корпус».

Проводим выбор требований, предъявляемых к корпусу виброизолирующего устройства с учётом его основных функций, а также качественных показателей К/, характеризующих технологичность, прочность, себестоимость.

Такими требованиями являются:

прочность (повышенная - К/= 1, высокая - К/ = 0,75, средняя -

к/= 0,5);

технологичность (высокая - К2 = 1,0, низкая - К2 = 0,5);

себестоимость (высокая - к/ = 0,5, средняя - К/ = 0,75, малая - К3! = 1,0).

По формуле определяем суммарный качественный показатель для каждой из возможных структур. Наибольшие численные значения (Кх= 0,93) принадлежат синтезированному варианту:

Выбранный вариант представляет собой металлический корпус комбинированной формы - цилиндр с диском в нижней части.

Качественные показатели К/1 определяем в соответствии со следующими техническими требованиями:

виброизолирующие свойства (высокие - К?1 = 1,0, средние - к/1 =0,75, минимально необходимые К}' = 0,5);

спектр гашения колебаний (широкий - К2П = 1,0, средний - К2" =0,75, узкий - К2" = 0,5);

конструктивная сложность (высокая - К3П = 0,5, средней сложности - К" = 0,75, простая - К3П =1,0).

По аналогии с предыдущей подсистемой определим суммарный качественный показатель для «виброизолятора». Наибольшая величина Ку= 0,84 принадлежит структуре:

Виброизолятор выполнен из резинового материала в виде цилиндра с внутренней полостью с поршнем и рабочим телом (масло), использующими принципы растяжения-сжатия, изгибных деформаций, а также перемещения рабочего тела через дросселирующие отверстия.

Графы возможных структурных вариантов подсистем виброизолирующего устройства

Рис. 4.2. Графы возможных структурных вариантов подсистем виброизолирующего устройства: а - корпус (X), б - виброизолятор (У), в - устройство крепления (Z), г - привод (V)

Устройство крепления (Z) выбирается из заданных условий функционирования и может осуществляться присоединением к полу (Z1) и к станку (Z2).

По наибольшему качественному показателю к/11 структуру устройства крепления выбираем на основании технических требований:

надёжность фиксации от горизонтальных перемещений (высокая - К,ш= 1,0 средняя - К,’” =0,75, низкая - К Г = 0,5);

сложность конструкции (высокая - К2Ш = 0,5; средняя К2Ш = 0,75, малая 2и - 1,0);

3) возможность переустановки (отсутствует - К3Ш = 0,5, имеется К3Ш

= 1,0).

Максимальный суммарный показатель Kzr= 0,92 получил вариант подсистемы «устройство крепления»:

Структура Z1 имеет механическое крепление к полу цеха (к палубе плавучей мастерской) и упруго-механическую фиксацию к станку.

Затем выбираем подсистему «привод» (V). При этом руководствуемся списком технических требований по наибольшему качественному

показателю K'v :

  • 1) демпфирующие свойства (высокие - К™ = 1,0; средние - К[v = 0,75; низкие - К™ = 0,5);
  • 2) сложность конструктивной реализации (высокая - К ™ = 0,5;

средняя - К2 = 0,75; малая - К™ = 1,0);

3) возможность компактной и автономной установки (имеется - К? - 1,0; отсутствует- К™ = 0,5).

Максимальный суммарный качественный показатель Kv = 0,92 получил следующий вариант подсистемы привода:

Выбран гидравлический привод с рычажной системой передачи прижимного усилия. На основе проведенного анализа подмножество синтезированных структур системы виброизолирующего устройства представим в виде графа на рис. 4.3. Общее сочетание вариантов может быть различным, поэтому с учетом перспективы создания элементов из серийно выпускаемого оборудования путем модернизации и распределения его технологических возможностей, используя оценки качества подсистем, приведенные выше, выбираем рациональный структурный вариант:

Структура рационального варианта системы виброизолирующего устройства по качественным показателям

Рис. 4.3. Структура рационального варианта системы виброизолирующего устройства по качественным показателям

Проведенные мероприятия позволяют решить задачу синтеза системы виброизолирующего устройства на уровне структурно-компоновочной оптимизации.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >