blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2018-2-149-155blackmet-1247Research ArticleИННОВАЦИИ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРОМЫШЛЕННОМ И ЛАБОРАТОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ, ТЕХНОЛОГИЯХ И МАТЕРИАЛАХINNOVATIONS IN METALLURGICAL INDUSTRIAL AND LABORATORY EQUIPMENT, TECHNOLOGIES AND MATERIALSДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЭЛЕМЕНТЫ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОГО ГИДРОПРИВОДА ХОЛОДИЛЬНИКА МНЛЗDYNAMIC LOADS INFLUENCING ON ELEMENTS OF MULTI-MOTOR HYDRAULIC DRIVE OF CCM COOLERСавельевА. Н.Savel’evA. N.

Кандидат технических наук, доцент кафедры механики и машиностроения.

 

Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair of Mechanics and Machine Engineering.

Novokuznetsk 

savelyev2000@mail.ruКозловС. В.KozlovS. V.

Старший преподаватель кафедры механики и машиностроения.

 

 

Senior Lecturer of the Chair of Mechanics and Machine Engineering.

 

 

ВинокуровН. Е.VinokurovN. E.

Магистрант кафедры механики и машиностроения.

 

 

MA Student of the Chair of Mechanics and Machine Engineering.

 

 

 

Сибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian Federation201807032018612149155Copyright © Савельев А.Н., Козлов С.В., Винокуров Н.Е., 20182018Савельев А.Н., Козлов С.В., Винокуров Н.Е.Savel’ev A.N., Kozlov S.V., Vinokurov N.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/1247

На базе динамической модели многодвигательного привода холодильников машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) сформирована математическая модель и выполнена оценка возникающих в приводе низкочастотных динамических процессов. Модель привода холодильников представляет собой восьмимассовую динамическую систему с упругими связями между массами. Описание связей учитывает наличие в них зазоров и демпфирующих свойств. Активная нагрузка в динамической модели описана механической характеристикой гидропривода. В качестве реактивной нагрузки выступает масса подвижных балок и охлаждаемого металла холодильников. Движение всех масс модели описано системой дифференциальных уравнений второго порядка. Интегрирование дифференциальных уравнений выполнялось методом Рунге-Кутта. Для анализа влияния различных факторов на нагрузки, возникающие в приводе холодильника, была написана соответствующая программа для ЭВМ. Оценка динамических процессов в приводе холодильника МНЛЗ показала, что динамическая составляющая нагрузки в элементах машины вертикального перемещения подвижных балок составляет значительную величину. Коэффициент динамичности Kд в элементах привода достигает 2,2 – 2,3. В процессе анализа факторов, влияющих на динамические процессы в приводе холодильника, выявлено, что оптимальное соотношение масс металла, расположенного на холодильнике, и подвижных балок холодильника соответствует значению, близкому к 1,6 – 1,7. Минимальный коэффициент динамичности при этом близок величине  1,5. Характер изменения динамики привода от вязкости рабочей жидкости гидропривода представляет собой плавно понижающуюся линейную зависимость с минимумом, соответствующим значению вязкости жидкости 4·10–5 м2/с. Скорость вертикального перемещения подвижных балок холодильников также оказывает влияние на возникающие в их приводе динамические процессы. При этом, чем выше скорость, тем выше коэффициент динамичности. В рассматриваемых в работе пределах изменения скорости движения подвижных балок холодильника значение Kд меняется от 2 до 2,2. Используемая в работе динамическая модель многодвигательного гидропривода холодильников шагающего типа дает возможность проанализировать возникающие в гидроприводе низкочастотные динамические процессы. В  результате появляется возможность выявить степень влияния на низкочастотные колебания в гидроприводе различных конструкционных и энергосиловых условий функционирования такого привода и, используя расчетный инструмент, выработать оптимальные с точки зрения работоспособности конструктивные решения.

Based on dynamic model of multi-motor drive of continuous casting machine (CCM) coolers, mathematical model is formed andevaluation of low- frequency dynamic processes occurring in the drive is performed. Model of the coolers drive is an eight-mass dynamic system with elastic connections between masses. Description of links takes into account presence of gaps and damping properties in them. Active load in dynamic model is described by mechanical characteristic of hydraulic drive. The cooler moving beams and cooling metal mass are regarded as reactive loads. Motion of all masses of the model is described through the system of second-order differential equations. Integration of differential equations was carried out by Runge-Kutta method. To analyze influence of various­ factors on loads that arise in cooler drive, a software program was written. Evaluation of dynamic processes in the CCM cooler drive shows that dynamic component of load in the elements of machine for vertical displacement of mobile beams is of a significant value. Dynamic response factor Kd in the drive elements reaches 2.2  –  2.3. Analysis of the factors influencing dynamic processes in the cooler drive reveals that the optimum ratio of masses of metal located in cooler and moving beams of the cooler is close to 1.6  –  1.7. The minimum dynamic coefficient is close to 1.5. The nature of change in drive dynamics due to viscosity of working fluid of hydraulic drive is smoothly decreasing linear dependence with a minimum corresponding to fluid viscosity value of 4·10–5   m2/s. Speed of vertical displacement of the moving beams of the coolers also affects dynamic processes that arise in their drive. At the same time, the dynamic response factor is higher with the higher speed. Within the limits of change in speed of movement of the moving beams of the cooler referred to in the paper, Kd varies from 2 to 2.2. Dynamic model of multi-motor hydraulic drive of cooler of a walking-type used in the work makes it possible to analyze low-frequency dynamic processes occurring in hydraulic drive. As a result, it be comes possible to identify degree of influence of various design and power conditions of operation of hydraulic drive on low-frequency oscillations in it and, to develop optimal design solutions in terms of its operability using calculating tool.

многодвигательный гидроприводмоделирование динамикидинамическая модельдинамические процессыкоэффициент динамичностифакторывлияющие на динамический процессmulti-motor hydraulic drivedynamics modelingdynamic modeldynamic processesdynamic response factorfactors influ-encing on dynamic processReferencesСпиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины: Учебн. пособие для машиностроительных вузов. – М.: Машиностроение, 1983. – 487 с.Spivakovskii A.O., D’yachkov V.K. Transportiruyushchie mashiny: Uchebn. posobie dlya mashinostroitel’nykh vuzov [Transporting machines: Manual for machine-building universities]. Moscow: Mashinostroenie, 1983, 487 p. (In Russ.).Савельев А.Н., Козлов С.В. Оценка эксплуатационной надежности холодильника МНЛЗ с гидроприводом. Материалы шестнадцатой научно-практической конференции по проблемам механики и машиностроения. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2006. С. 152 – 159.Savel’ev A.N., Kozlov S.V. Estimation of operational reliability of the CCM cooler with hydraulic drive. In: Materialy shestnadtsatoi nauchno-prakticheskoi konferentsii po problemam mekhaniki i mashinostroeniya [Materials of 16th Sci.-Pract, Conf. on Problems of Mechanics and Mechanical Engineering]. Novokuznetsk: Sib-GIU, 2006, pp. 152–159. (In Russ.).Frolov K.V. Modern Problems of Vibrations in the Systems “Man-machine-Environment” // Studies in Environmental Science. 1981. Vol. 13. P. 1 – 41.Frolov K.V. Modern Problems of Vibrations in the Systems “Man-machine-Environment”. Studies in Environmental Science. 1981, vol. 13, pp. 1–41.Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиностроения. Основы проектирования машин. – М.: Машиностроение. 1984. – 224 с.Frolov K.V. Metody sovershenstvovaniya mashin i sovremennye problemy mashinostroeniya. Osnovy proektirovaniya mashin [Me­ thods of improving machines and modern problems of mechanical engineering. Basics of machine design]. Moscow: Mashinostroenie, 1984, 224 p. (In Russ.).Ильин М.М., Колесников К.С., Саратов Ю. Теория колебаний. Учебник для вузов. 2-е изд., стер. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 271 с.Il’in M.M., Kolesnikov K.S., Saratov Yu. Teoriya kolebanii. Uchebnik dlya vuzov [Theory of oscillations. Textbook for universities]. Moscow: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2003, 271 p. (In Russ.).Савельев А.Н., Ступаков М.И. Определение динамических нагрузок в технологическом оборудовании. Учебн. пособие. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 1999. – 32 с.Savel’ev A.N., Stupakov M.I. Opredelenie dinamicheskikh nagruzok v tekhnologicheskom oborudovanii. Uchebn. posobie [Determination of dynamic loads in process equipment. Manual]. Novokuznetsk: SibGIU, 1999, 32 p. (In Russ.).Савельев А.Н., Ступаков М.И., Савельев Н.В. Динамика тяжелонагруженных технологических машин. Учебн. пособие. – Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2005. – 190 с.Savel’ev A.N., Stupakov M.I., Savel’ev N.V. Dinamika tyazhelonagruzhennykh tekhnologicheskikh mashin. Uchebn. posobie [Dynamics of heavy-duty technological machines. Manual]. Novokuznetsk: SibGIU, 2005, 190 p. (In Russ.).Савельев А.Н., Козлов С.В., Анисимов Д.О. Особенности формирования динамических моделей многодвигательных гидроприводов холодильников МНЛЗ // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2016. № 2 (16). С. 28 – 31.Savel’ev A.N., Kozlov S.V., Anisimov D.O. Features of formation of dynamic models of multi-motor hydraulic drives of CCM coolers. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial’nogo universiteta. 2016, no. 2 (16), pp. 28–31. (In Russ.).Савельев А.Н. Теория работоспособности технологических машин. – Кемерово: Кузбассвузиздат, 2008. – 225 с.Savel’ev A.N. Teoriya rabotosposobnosti tekhnologicheskikh ma­ shin [The theory of working capacity of technological machines]. Kemerovo: Kuzbassvuzizdat, 2008, 225 p. (In Russ.).Shabana A.A. Dynamics of Multibody Systems, 3 edn. Cambridge University Press, Cambridge, 2005.Shabana A.A. Dynamics of Multibody Systems. Cambridge: Cambridge University Press, 2005.Асташев В.К., Бабицкий В.И., Вульфсон И.И. Динамика машин и управление машинами: справочник / ред. Г.В. Крейнин. – Москва: Машиностроение, 1988. – 239 с.Astashev V.K., Babitskii V.I., Vul’fson I.I. Dinamika mashin i upravlenie mashinami: spravochnik [Dynamics of machines and machine control: Reference book]. Kreinin G.V. ed. Moscow: Mashinostroenie, 1988, 239 p. (In Russ.).Eich-Soellner E., Fuehrer C. Numerical Methods in Multibody Dynamics. Teubner, Stuttgart, 1998.Eich-Soellner E., Fuehrer C. Numerical Methods in Multibody Dynamics. Stuttgart: Teubner, 1998.Amirouche, F. Fundamentals of Multibody Dynamics. Birkhäuser, Boston, 2006.Amirouche F. Fundamentals of Multibody Dynamics. Boston: Birkhäuser, 2006.Трубецков Д.И., Рожнев А.Г. Линейные колебания и волны: Учебное пособие для вузов. – М.: Изд-во физико-математической литературы, 2001. – 416 с.Trubetskov D.I., Rozhnev A.G. Lineinye kolebaniya i volny: Uchebnoe posobie dlya vuzov [Linear oscillations and waves: Manual for universities]. Moscow: Izd-vo fiziko-matematicheskoi literatury, 2001, 416 p. (In Russ.).Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1982. – 423с.Bashta T.M., Rudnev S.S., Nekrasov B.B. etc. Gidravlika, gidromashiny i gidroprivody. Uchebnik dlya mashinostroitel’nykh vuzov [Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic drives. Textbook for machine-building universities]. Moscow: Mashinostroenie, 1982, 423 p. (In Russ.).Чупраков Ю.И. Гидропривод и средства гидроавтоматики. – М.: Машиностроение, 1979. – 232 с.Chuprakov Yu.I. Gidroprivod i sredstva gidroavtomatiki [Hydraulic drive and hydroautomatics]. Moscow: Mashinostroenie, 1979, 232  p. (In Russ.).Schiehlen W. ed. Multibody Systems Handbook. Springer, Berlin, 1990.Schiehlen W. ed. Multibody Systems Handbook. Berlin: Springer, 1990.Stoer J,. Bulirsch R., Numerische Mathematik 2,4 Auflage, Springer, Berlin, 2000.Stoer J,. Bulirsch R. Numerische Mathematik 2,4 Auflage. Berlin: Springer, 2000.Nayfey A.H., Balachandran B. Aplied Nonlinear Dynamics. Wiley, New York, 1995.Nayfey A.H., Balachandran B. Aplied Nonlinear Dynamics. New York: Wiley 1995.Введение в теорию механических колебаний: Учеб. пособ. для втузов / под ред. Я.Г. Пановко. 3-е изд. перераб. – М.: Наука, 1991. – 255 с.Vvedenie v teoriyu mekhanicheskikh kolebanii: Ucheb. posob. dlya vtuzov [Introduction to the theory of mechanical oscillations: Manual for technical colleges]. Panovko Ya.G. Moscow: Nauka, 1991, 255 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.