УДК 539.3

д.т.н., проф. Бабенко А.Є., д.т.н., проф. Боронко О.О.,

к.т.н., доц. Лавренко Я.І.

Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна

ДОСЛІДЖЕННЯ РУХУ ЦЕНТРИФУГИ НА ПРУЖНИХ НЕЛІНІЙНИХ ОПОРАХ

Центрифуги застосовуються в різних галузях промисловості: медичних лабораторіях, сільському господарстві, для розділення сумішей на фракції, які складаються з речовин різної щільності.

Будь-яка лабораторна центрифуга у процесі експлуатації зазнає інтенсивних вібраційних навантажень. Це явище впливає на нормальні умови експлуатації, а в деяких випадках призводить до руйнування. Тому дослідження коливань віброопор є необхідним.

В існуючих методах дослідження коливань лабораторних центрифуг розрахунки виконують тільки в лінійній постановці. Дослідження лінеаризованих систем хоча і дають змогу зробити корисні висновки про коливання, але не враховують нелінійні властивості віброопор, і тому не відображають повної характеристики реальних коливальних процесів.

Метою роботи є дослідження вимушених нелінійних коливань пружних опор лабораторних центрифуг з урахуванням частотно-незалежного тертя за допомогою наближеного аналітичного методу гармонічного балансу.

Від параметрів руху центрифуги залежить якість виконання необхідних робіт. Перехідні процеси можуть погіршувати вихідну продукцію, характер перехідних процесів і впливати на коливання, які залежать від характеристик пружних опор.

Віброопора центрифуги (рис.1) розглядається як механічна система з жорсткою кубічною характеристикою відновлювальної сили і лінійним частотно-незалежним тертям при дії гармонічної сили. Розрахункова модель представлена на рис. 2.

Рис. 1. Віброопора лабораторної центрифуги Рис. 2. Модель віброопори

В роботі проведені статичні випробування гумових опор для визначення їх пружних властивостей (Рис.3) [1]. Для визначення жорсткості пружних опор була використана методика збурення вимушених коливань за допомогою вібростенду, який дозволяє визначати динамічні характеристики опор при розтягуванні. На пружній опорі, яка змонтована на вібростенді, знаходиться маса кг (Рис.3).

Рис.3. Стенд для повздовжнього навантаження опори

для визначення жорсткості та демпфірування

Характеристики визначались на реальних пружних опорах, які використовуються в лабораторних центрифугах. Опори являють собою гумові циліндри з спеціальними металевими пластинами, які використовуються для закріплення опор (Рис.4).

Рис. 4. Зразки пружних опор діаметрами 14,5мм, 19,5мм, 17мм

та довжиною 14,5мм, 25мм та 20мм, відповідно

В результаті експерименту було отримано петлю гістерезису, яка характеризує здатність матеріалу поглинати енергію при коливанні віброопор. Площа петлі характеризує розсіяння енергії за один цикл. Чим більше площа петлі гістерезису, тим більше енергії розсіюється в матеріалі, і тим швидше коливання затухають [2].

Рівняння вимушених коливань для даної механічної системі (Рис.2) визначається рівнянням

де маса вантажу, коефіцієнт тертя, та лінійні та нелінійні коефіцієнти жорсткості, відповідно.

Список використаних джерел:

1. Бабенко А.Є., Лавренко Я.І. Експериментальне дослідження механічних характеристик опор та руху центрифуги РІСО21// Вісник НТУУ «КПІ». Серiя машинобудування – 2013. - №3 (69). - C. 84-88.

2. Василенко М.В., Алексейчук О.М. Теорія коливань і стійкість руху: Підручник.-К.: Вища шк.., 2004. – 525 с.