Динамика нелинейных связанных систем гусеничной машины тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

Государственный комитет Российской Фэдэрацаи по нысЕбму образовываю п г е л „Челябинский гасудеротвенннй теэшячвскиЗ г | и V Н ушшэроттэт

2 9 МАЙ 1935

нз правах рукописи

АСызов АяэксвЗ А^ксандрошч

ДИНАМИКА НЕЛИНЕЙНЫХ СВЯЗАННЫХ СИСТЕМ ГУСЕНИЧНОЗ МАШИНЫ (применительно к задаче ими-гащганнщс ресурсных испытаний)

специальность 01.02.06- "Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры"

Автореферат дгссзртсцгл на еоисяаннэ ученой ствпзна кэядздзта тегЕВгзескнг наук

Чэлябннск 1995

Работа выполнена на кафедре "Сопротивление материалов, динамга и прочность малик" Челябинского государственного технического уш взрсктата.

Научный руководитель -

доктор технических каук, профессор М.Ч.Березкн. Кучный консультант-

кандадат технических каук, профессор М.И.Блоткйк. Офйцкалькна оппонента

донтор технических каук, профессор Л.д.Шефер, кандидат технических наук В.В.Кавунов.

Ее дуде е учрездекие - ,

Конструкторское Оюро транспортного машиностроения (г. Омск).

Защита состоится "2 7" 0 Ь_1995 г., в IЪ - и, ка васеданн

специализированного совета Д053-13.0! при Челябинском государствен ном техническом университете.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах., заваренных печатью, про«! направлять ученому секретарю совета по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.К.Лэнина, 76. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 1395 т.

Ученый секретарь специализированного

совета, доцент, кандидат технических наук В.М.Кононо

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. При создании новых поколений конкурентоспособных отечественных машин важнейшей задачей является обеспечение высоких показателей качества и надежности. Как свидетельствует опыт, значительный эффект в этом направлении достигается при выполнении на ранних этапах проектирования комплексных расчетно- экспериментальных исследований в области динамики, прочности и надежности машин. Вопросы обеспечения требуемых характеристик прочностной надежности приобретают особую значимость при создании быстроходных: гусвничннх ма-иин, предназначенных для эксплуатации з тякелых дорожных условиях, характеризуемых высокими значениями сопротивления прямолинейному движению и повороту, интенсивным изменением шкропрофиля и дороккой кривизны, наличием на местности одиночных препятствий и др. Движение в таких условиях требует глубокого варьирования скорости и сопровождается интенсивными переходными процессами в связанной системе "ходовая часть- подрессоренный корпус- силовая установка". Необходимость исследования подобных процессов возникает при проектировании новой техники в дорокно- строительном, горнодобывающем, сельскохозяйственном, оборонном и других видах машиностроения.

Одним из наиболее эффективных методов получения на ранних стадиях проектирования оценок показателей прочностной надежности является метод имитационных, ресурсных нсгоманий, предусматривающий компьютерное моделирование процесса двнвэнзя мавпшн з условиях реальной эксплуатации, опрэделешхе статистических характеристик силового я кинематического взаимодействия элементов конструкции, а таете моделирование процессов формирования усталостных и износовых отказов.

Такая постановка задачи требует использования единой математической модели системы "внешняя среда- ходовая часть- корпус- силовая установка водитель", отображахздей существенные нелинейности элементов подвески к силовой установки. Кроме того, необходимо соответствующее описание.кинематического и силового воздействия внешней среды, а также управляющих воздействий со стороны водителя, направленных на приведение в соответствие функции изменения скорости движения с дорожными условиями.

ЦЕЛЬЮ диссертации является разработка методики имитационных ресурсных испытаний применительно к гусеничным машинам высокой проходимости, базирующейся на использовании единой математической модели системы "внешняя среда- ходовая часть-' корпус- силовая установка- води-

3

тель" и отобракающей нестационарный характер внешнего воздействия. НАУЧНАЯ НОВИЗНА диссертации заключается в следующем.

1. На основании анализа экспэр;в,:онталышх и расчетных результатов обоснована принципиальная необходимость рассмотрения гусеничной машины высокой проходимости как связанной нелинейной система "внешняя среда- ходовая часть- корпус- силовая установка- водатель". В соответствии с этим на основе обобщения результатов, полученных другими исследователями, разработана модель гусеничной машши, отличающаяся одновременным учетом в единой динагаческой системе следующих важных особенностей:

- наличия нелинейной системы подрессоривши и односторонних связей в упругом гусеничном обзоде;

- колебаний. корпуса машины в продольной и поперечной плоскостях, а также обусловлешшх ими циркулирующих силовых потоков в трансмиссии;

- переходных режимов работа силовой установки при переключении передач и движении ь повороте, когда происходит изменение структурной схемы трансмиссии;

- наличия в трансмиссии .фрикционных муфт к гидродинамических передач, являющихся существенно нелинейными элементами;

- нелинейности скоростных характеристик двигателя внутреннего сгорания. •

Комплексный учет отмеченных свойств позволяет получать качественно новые решения задачи динамики гусеничной машины, а также использовать разработанную модель для прогнозирования усталостной и износо-вой долговечности деталей ходовой части и силовой установки в условиях, приближенных к реальной эксплуатации.

2. С цель» определения функции изменения скорости движение по местности, соответствующей дорожным условиям» при расчетном моделировании процесса эксплуатации используется подсистема, предназначенная для формирования управляющих воздействий на модель транспортной машины. Отличительной особенностью подсистемы является одновременный учет следующих основных ограничений:

- по максимальному тяговому усилию, развиваемому машиной на подъемах и спусках;

- по заносу машины при движении в режиме поворота;

- по перегрузкам, испытываемым водителем во время движения то местности;

- по условиям наблюдения, обеспечивающим безопасность движения. Применение разработанной модели, по полученным оценкам, позволяет в 1,5-2 раза повысить точность определения статистических характерис-

4

тик експлуатвциокной "яагруленности и значительно повысить достоверность прогнозирования долговечности.

3. Разработана методика имитационных ресурсных испытаний на основа компьютерного моделирования процессов эксплуатации и формирования усталостных и износових отказов тяшлонагрукешшх элементов, отличающаяся тем, что с целью.повышения достоверности получаемых результатов комплекс характеристик внешнего воздействия задается в полном соответствии с регламентированными условиями натурных ресурсных испытаний машин в заданием природно- климатическом регионе, а также использованием разработанных в диссертации моделей машины и корректировки скорости движения по трассе. Применение разработанной методики на ранних стадиях проектирования позволяет проводить сравнительную оценку характеристик эксплуатационной нэгруженности и ресурса ответственных деталей машины.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ Применение в различных' отраслях транспортного машиностроения разработанных методов и программных средств позволяет значительно сократить сроки и затраты на проектирование и испытания. С помощью разработанных методов и средств выполнены следующие конкретные исследования:

1) В связи с установкой на-инженерную машину дополнительного оборудования выполнена оценка изменения ресурса тяжелонагрукенных деталей ходовой части и трансмиссии. Результаты сравнительного анализа использованы на ранних этапах проектирования для обоснования необходимости внесения изменений в ходовую часть к трансмиссию машины.

2) По заданию головного предприятия отрасли с помощью разработанной методики проведена сравнительная сценка характеристик эксплуатационной нагрукенкости двух вариантов транспортной .машины-с механической а гидромеханической трансмиссиями. Полученные результаты использова-аы при обосновании ьыбора типа трансмиссий перспективных образцоз ^обильных машин.

3) При выполнении совместно с кафедрой КГМ ЧГТУ работ по программе "УралВУЗ- конверсия", связанных с созданием трелевочной машины на Эазе бронетранспортера БТР- 60, с помощью разработанной модели проведено исследование характеристик нагрукенности и ресурса ходовой системы,' в результате которого обоснована необходимость »усиления цтатной подвески путем введения дополнительных упругих- элементов. ..•■

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОГИ. Исследования, на которых базируется данная диссертация, выполнялись в соответствии с программой "Технические_ дшверситеты России" (тема 80УП53), планом отраслевого министерства

5

при проектировании семейства инкекорни: машин многоцелевого назначения (тема "Отцепка", 89183), планом научно- исследовательских работ Челябинского государственного технического университета (тема 4393П53), договором о совместной деятельности Челябинского государственного технического университета и Конструкторского бюро транспортного машиностроения г. Омск ( тема 55- 86- 83 ) и программой "УралВУЗ- конверсия".

Результаты работ использованы Конструкторским бюро транспортного машиностроения (г. Омск), а таете при разработке кафедрой Гусеничных машин Челябинского государственного технического университета опытного образца трелевочной машины на базе бронетранспортера БГР-60.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации доловвны и обсуждены на Всероссийской (г. Вологда, 1993), республиканской (г. Кутаиси, 1990) и университетских (г. Челябинск, 1990- 1994) конференциях.

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 работах.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав, списка используемой литературы ( 141 наименование). Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков и 5 таолиц.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Применяемые в настоящее время метода исследования динамики, прочности и надежности базируются на фундаментальных работах В.В.Болотина, В.П.Когаава, И.В.Крагельского, В.А.Светлицкого, С.В.Серенсе-на и других авторов. Применительно к проблемам транспортного машиностроения эти вопросы разрабатываются коллективами Всероссийского научно- исследовательского института .транспортного машиностроения (ВНИИТРАНСИАШ), МГТУ им. Н.Э.Баумана, RATH, НАШ, МАДИ, МАШ, НИИ-38, НИИ- 21, ЧГТУ и других организаций, а также в трудах Б.А.Абрамова, В.П.Аврамова, А.С.Антонова, М.В.Барского, Г.С.Велоутова, A.A. Благонравова, В.Л.Вейца, А.С.Гусева, А.А.Дмитриева, С.С.Дмигриченко, Н.А.Забавникова, В.А.Зайцева, А.Е.Кочуры, Г.М.Кутькова, А.О.Никитина, А.А.Полунгяна, В.А.Савочкина, В.Ы.Семенова, В.Л.Сергеева, A.A. Силаева, Ю.С.Павлюка, Б.М.Позина, Я.Е.Фаробина, Д.А.Шафера, H.H. Яценко и других авторов.

Разработанные к настоящему времени прикладная теория и метода

исследований позволяют достаточно полно изучать динамику и оценивать долговечность деталей транспортных машин. Однако в большинстве случаев такие задачи рассматриваются в линейной постановке при стационарном случайном воздействии. Учитывая существенное различие в диапазонах частот вынуздащих сил, колебания ходовых систем и крутильные колебания трансмиссии чаще всего рассматривают раздельно. Известные модели единой динамической системы "подрессоренный корпус-трансмиссия" ориентированы на исследование динамики тихоходных тракторов и на учитывают существенные нелинейности системы. На основании выполненного обзора в диссертации формулируются основные задачи данного исследования.

2. ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ

Для решения поставленных задач в диссертации обоснована и предложена динамическая модель шасси быстроходной гусеничной машины. Модель ориентирована на исследование динамики машин с механической и гидромеханической трансмиссиями и механизмами поворота в виде сортовых коробок передач. При этом учитываются нелинейные характеристжсн подвесок, их "пробои" и отрывы опорных катков, нелинейные характеристики гусеничного движителя, фрикционных элементов трансмиссии, гидродинамической передачи и двигателя. С помощь» модели всзмоашо описание прямолинейного движения и поворота машины, а также процессов переключения передач. Расчетная схема представлена на рис. 1.

Корпус машины рассматривается как жесткое тело; его обобдэнпио координата- вертикальное перемещение центра масс (2), углы продольных и поперечных колебаний (-3,0), угол поворота машины в плана (се). На корпус действует сила веса (т^), вертЕкальнке усилия со стороны подвесок ^NlJ, I- номер борта, ]- номер подвески), сила натязешя рабочих (7 ) и свободных (2^) ветвей гусениц, силы сопротивления подъему ( п), прямолинейному движению (Рд{) и повороту, приведенные к поперечной силе (Р ) и моменту (Иа). Валичина Ра1 рассчитываются как интегральные характеристики, определяемые свойствами грунта и наклоном микропрофиля под всеми опорными катками I- то борта. Гусеничные ленты моделируются упруго- вязкими элементами одностороннего действия. Учет продольного проскальзывания опорных поверхностей гусениц осуществляется с помощью тягово- сцепных характеристик. Величины и Мс рассчитываются в зависимости от текущего значения коэффициента сопротивления повороту (ц) и относительного продольного смещения центра поворота. Для расчета р. использована эмпирическая формула 0.А.Никитина.

Рис.1. Расчетная схема гусеничной машины

Предлагаемая схематизация силовой установки предназначена для исследования низкочастотных динамических поцессов, обусловленных дорожным воздействием. В связи с этим трансмиссия моделируется четырьмя инерционными элементами (1- 4, моменты инерции I , 1Т, Гк), разделенный! фрикционными муфтами (Ф1 ,Ф2), а также гидродинамической передачей (5) и безмассовыми редукторами с передаточными отношениями и}, и . Обобщенные координата элементов трансмиссии- углы поворота Фд» Фт» фк). фк2- В трансмиссии действуют следующие силовые факторы: момент двигателя Иизменяющийся в зависимости от фд в соответствии со статической характеристикой и уравнением центробежного регулятора, моменты со стороны насосного и турбинного колес гидротрансформатора Л'2, мо?.;ентн фрикционных муфт И^, М^ и тормозов Ит|, Ит2, а также моменты со стороны ведущих колес Ик1, Икг. Значения И, и Мг определяются по статической характеристике гидротрансформатора в зависимости от <р , фт . При исследовании машины с механической трансмиссией элементы I и 1Т объединяются. Величшш Ик/ и Ик2 определяются натяжением гусеничных ветвей, и, таким образом, зависят от значений <р , <рк2 , координат корпуса и деформаций подвесок.

Трогание, прямолинейное движение, повороты и торможение машины, а также процессы переключения передач моделируются путем изменения моментов проскальзывания тормозов и фрикционных муфт, а также передаточных отношений , иг . При полном замыкании муфты соответствующе 'элементы объединяются. .

Для предложенной модели выполнено обоснование характеристик отдельных элементов и получены дифференциальные уравнения движения. Поскольку рассматриваемая система содержит существенно нелинейные" элементы, интегрирование дифференциальных уравнений осуществляется численно, с помощью специально разработанного пакета прикладных программ для ПЭВМ.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ДИНАМИКУ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

С помощью разработанной модели выполнены исследования динамики гусеничной машины класса 40 тонн в широком интервале варьирования Акторов внешнего воздействия и параметров машины. Отдельные результаты таких исследований приведены ниже. Проверка адекватнобти модели эсуществлялась путем сопоставления результатов расчета с данными мо-цельшх экспериментов, выполненных автором ' и другим исследователями.

Рис.2. Динамика процесса поворота машины: - - расчет,--— - эксперимент

Экспериментальные исследования динамических процессов в шасси гусеничной машины выполнялись в учебном центре Челябинского высшего танкового командного училища. При проведении испытаний регистрировались функции изменения крутящих моментов на ведущих колесах и частоты их вращения, а также курсового угла при поворотах машины. Крутящие моменты регистрировались специальными динамометрическими элементами с тбнзодатчинами, передача сигнала осуществлялась с помощью токосъемников. Измерение курсового угла осуществлялось с помощью гироскопического устройства. Комплект измерительной и регистрирующей аппаратуры с блоком питания размещался на исследуемом объекте.

В качестве иллюстрации на рис. ?. приводится сопоставление экспериментальных данных и результатов расчета процесса поворота мамины, полученных с помощью разработанной модели. На рисунке изображены процессы изменения момента двигателя (И ), моментов на ведущих колесах (Мк) и Мк2), радиуса (р), угла поворота (ы), углов продольных и поперечных колебания (-6, р), а также усилий"в средних подвесках правого и левого бортов (Я , Н3 ) при повороте машины на первой передаче на ровном участке'сухой суглинистой трассы. На этом ко рисунке приведены циклограммы управления фрикционной муфтой (о£ф) и тормозом (<*т) отстающего борта (О соответствует разомкнутому состоянию, 1-максимальному моменту проскальзывания).

На кинематические параметры поворота в установившемся режиме значительное влияние оказывает продольное проскальзывание опорных поверхностей. На рис. 3 приведены расчетные зависимости радиуса пово-ога (р) от коэффициента сцепления грунта (<р) для поворотов на различных передачах, а таюкэ экспериментальные значения.

Интенсивность динамических процессов з переходных режимах в значительной степени определяется параметрами управляющих воздейст-

11

р.м

14

10

0,3

грунтовая дорога

луг

1 1(3 и 1 1 1

1

1 1 1 1 1 1 1 [

.2 ¡А 'д

1 1 1

0,5 0,7

Рис.3. Влияние коэффициента сцепления на радиус поворота: 2,д- втооая 3,® - тпетья; 4,0 - четвертая передачи

Ф

зий на двигатель и фрикционные элементы трансмиссии, которые зависят от особенностей системы управления и характеристик воздействия со

стороны водителя. В

VюхМ, кН-м 60

50

40 30 20 10

1 ! *К"

\\\

\\ ^ \ 1

\ дЧ \ „ V2

¿4

у

качестве примера на рис. 4 приведены зависимости максимального момента на ведущем колесе (аахКк) от времени буксования фрикционного элемента (гз) при трогании машины, на этом же рисунке приведены экспериментальные значения.

Динамические процессы при разгоне машины с последовательным переключением передач на ровном участке трассы иллюстрирует рис. 5, на котором представлены расчетные

процессы изменения скорости малины (7) и момента двигателя (йд), а также экспериментальные зависимости.

Кагрукенность трансмиссии машины в значительной степени зависит от характеристик двигателя, в частности от постоянной времени регулятора и угла наклона регуляторной ветви (кр). Как показали ре-

tд в диапазоне знача-

0,5

1,5

Рнс. А. Влияние времени буксования фрикционных элементов ка динамику трогания машины: первая передача;.А ,2- вторая передача; трогание с увеличением подачи топлива —трогание при максимальной подаче

на 10 %. Изменение Р,р в два раза в некоторых случаях

зультаты расчетных исследований, варьирование ний, характерных для регуляторов различных типов, при движении по трассе приводит к изменения) средаеквадратического отклонения момента двигателя

приводит к изменению оуд на 50'

В последнее время в силовых установках гусеничных машин помимо обычных двигателей внутреннего сгорания находят применение дизельные двигатели постоянной мощности (ДШ). Мощность такого двигателя остается практически постоянной в достаточно широком диапазоне изменения оборотов, что позволяет при движении по местности уменьшить число переключений передач и повышает топливную экономичность. На рис. 6 изображены расчетные графики изменения скорости (V) при разгоне ма-знш с обычным двигателем и ггашины с ДПМ. Разгон машины с ДПМ может

12

км/ч

О -1

Рис.5. Динамика процесса разгона машины с переключением передач: • —--- расчет, — ----- эксперимент

У.

м/с 16

12

О

двигатель постоянной мощ ости

г ^серийный двигатель

)С г

г

о ю .20 30' г,

Рис.6. Разгон машин с двигателями' разлихих типов

осуществляться с переключением передач "через одну", благодаря чему общее время разгона снижается почти на 30%.

Динамические процессы в трансмиссии и ходовой части гусеничной машины в значительной степени взаимосвязаны. Так, например, при движении по трассе с различным гшкропрофилем правой и левой колеи возникают интенсивные поперечные колебания корпуса, которые сопровождаются циркуляцией силовых потоков в трансмиссии. Результаты расчетных исследований показали, что на некоторых тягелих трассах срэдне-квадратичаские отклонения моментов на ведущих колесах в 2- 3 раза первая агот этот параметр среднего момента и определяются в основном циркулирующим моментом, вызванным поперечными колебаниями корпуса.

Вследствие связанности систем гусеничной машины изменение параметров подвески может влиять не только не плавность хода, но и на динамическую нагруяенность трансмиссии. В качестве примера на рис. 7 изображены расчетные зависимости стад-

амд' кН-м

неквадратических отклонений момента двигателя (о ) и угловых-отклонения корпуса (о4) от скорости движения по трассе для машин с различными демпфирующими характеристиками амортизаторов. Анализ этих данных показывает, что уменьшение сопротивления амортизаторов увеличило не только колебания корпуса, но и динамичеа „ю нагружен-ность силовой установки.

Приведенные вышй расчетные и экспериментальны результаты, а также другие данные представленные в дис ' сертации, подтве рждаю адекватность разработан ной математической модели; выполненные с ее помощью расчетные исследования позволили установить ряд важных .закономерностей

4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ. МЕТОДИКА ИМИТАЦИОННЫХ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЯ

100

У, м/с

Рис.7. Влияние параметров подвески на колебания корпуса и нагруженность

силовой установки*.--исходная

подвеска,——— - сопротивление амортизаторов уменьшено в 2 раза, — - увеличено в 2 раза

Методика имитационных ресурсных испытаний включает следующие этапы исследований:

1. Описание характеристик сл., чайного внешнего воздействия, отображающее основные факторы среды. Для гусеничных машин высокой проходимости к их числу следует отнести:

- продольный и поперечный микропрофиль;

- дорокную кривизну;

- макропрофиль трассы (крутые, затяжке подъемы и спуски);

- характеристики грунта (сопротивление прямолинейному движению и повороту, коэффициент сцепления и др.);

- условия вождения и др.

2. Моделирование процесса движения транспортной машины, отображающее

14

динамику ее связанных нелинейных систем при движении по местности с переменной скоростью.

3. Определение вероятностных характеристик эксплуатационной нагру-женности конкретных узлов и деталей машины.

4. Моделирование процессов формирования усталостных и изксссбыг отказов тяжелонагруженннх элементов ходовой части и трансмиссии, получение характеристик надежности.

Разработанная в диссертации методика предполагает моделирование эксплуатации исследуемой машины на трассах типовых полигонов, обычно используемых для проведения натурных ресурсных испытаний в различных природно- климатических регионах. Такой подход позволяет достаточно полно учесть особенности эксплуатации машины в заданных, условиях и использовать в качество исходных данных для расчетов имеющиеся подробные описания трасс типовых полигонов, содержащие характеристики микро- и макропрофиля, плана местности, грунта и условий даиъения.

Для задания функции изменения скорости движения машины по трассе в математическую модель введена технико- эргономическая подсистема, описывающая действия водителя. Эта подсистема формирует управляющие воздействия на динамическую модель машины таким образом, чтобы максимальная скорость движения удовлетворяла ограничениям по перегрузкам на месте водителя, по максимальному тяговому и тормозному усилию, по заносу в рвкимэ поворота и по условиям, обеспечивающим безопасность движения. Скорость движения исследуемой машины, при которой перегрузки на месте водителя на превышают предельных значений, определяется с помощью расчетных экспериментов. Такие расчеты выполнены для стационарных участков типовых' трасс и для одиночных препятствий. В процессе интегрирования уравнений движения с помощью известных методик осуществляется непрерывный расчет процессов изменения напряжений и накопления повреждений в исследуемых деталях.

В диссертации разработанная методика использована для оценки изменения ресурса ответственных деталей ходовой части и трансмиссии инженерной машины класса 40 тонн в связи с предполагаемой установкой дополнительного оборудования, вызывающего увеличение веса на 15 Расчет шполнялся для эксплуатации машины в условиях горкой местности. В качестве иллюстрации на рис .в приведено описание учартка трассы; там же показаны функции изменения максимально допустимой скорости по тяговой динамике (Т>гтд). по плавности хода (Уу), по заносу машины в повороте (V ) и по условиям движения (V ), а также результирующая прогнозируемая функция изменения скорости, построенная с уч&-

15

Расстояние от нача- — ла участка, м О

.100 200 300 400 500 60Û

Ошночные препятствия

0,8 м ¿ч Я= 0,5 м Х= 9 M *** If 8 м

Характеристики грунта

Тип

макропрофиля

/- 0,06 ¡^ = 0,75 0,8

ПЛАН

U L-J 10'

Профклограмма 0,5м1

й-

УМ

Ыы

Ограничения скорости по различным критериям: 7, м/с 16 12

-- -V- 8

— У 4 0

Результирующая функция IÏ3?.î8HSHFcr ' скорости V, м/с 8 6 л

*"7рп "я'

If

Т Зг

3

b^Tï

А.'

100 . 200 300 400 500 s, м

' Рис.8. Определение оптимальной скорости движения

том характеристик разгона и торможения (7 } и функция, полученная результате интегрирования уравнений движения (V^). В процессе "да хакия" по трассе осуществлялся непрерывный расчет усталостного nos реждения, накапливаемого в торсионе передней подзгски, а также изнс

16

са солнечной шестерни бортового редуктора вследствие контактного выкрашивания. Анализ полученных результатов показывает, что увеличение веса исходной машины привело к снижению ресурса торсяона на 12 %, а шестерни- на 25 %.

По задании головного предприятия с помощью разработанной модели выполнены сравнительные оценки динамической нагруяенности силовых установок машин с маханической и гидромеханической трансмиссиями. Гидрсмеханичесая трансмиссия рассматривалась в двух вариантах - c. прозрачным гидротрансформатором (коэффициент прозрачности П^= 4,4) и с непрозрачным ( n¿= 1,1). Результаты расчета, выполненного для случая движения по трассе полигона, приведены на рис. 9. Анализ полученных результатов показывает, что применение гидромеханической трансмиссии позволяет существенно снизить срэднеквадратическке отклонения момента на ведущем колесе (сМк) и момента двигателя {ои )', в то же время среднеквадратаческие отклонения скорости движения (оТ/: увеличиваются, снижается КГЩ трансмиссии (Т)тр) и увеличивается ког<б:'-фициент загрузки двигателя по мощности (Яз2Г)- Отмеченные эффекты выражены наиболее сильно для трансмиссии с непрозрачным гидротрансформатором.

Математическая модель транспортной машины использовалась также при проведении конверсионных работ для обоснования необходимости усиления штатной подвески бронетранспортера БТР-60 при создании на его базе трелевочной машины. При этом в расчетную схему введен перевозимый груз в виде пакета хлыстов. Выполненные исследования показали,

1040

690

G00

1 2 3

Н-м

0,13

0 .11

0,-0£

1 1 2 3

м/с

1 2

Ijp

Рис.9. Влияние типа трансмиссии на динамику машины*. 1 - механическая трансмиссия, 2-трансмиссия с прозрачным гидротрансформатором, 3- с непрозрачным гидротрансформатором

что для обеспечения требований по долговечности подвески, плавности хода и клиренсу трелевочной машины необходимо усиление штатной торсионной подвески путем введения дополнительных винтовых пружинс

По результатам диссертационной работы можно сделать следующие выводы.

1. На основании анализа результатов выполненных ранее работ и исследований автора показано, что в задачах прогнозирования долговечности деталей шасси необходимо рассматривать гусеничную машину высокой проходимости как единую связанную нелинейную систему5 необходим также совместный .учет основных факторов внешней среды, таких как микро- и макропрофиль трассы, дорокная кривизна, сопротивление грунта прямолинейному движения и повороту, характеристики сцепления и др. Такой подход позволяет существенно повысить достоверность получаемых оценок.

2. Разработанная в диссертации модель транспортной гусеничной маишы отображает динамику единой системы "внешняя среда- ходовая часть- корпус- силовая установка- водитель" и отличается совместным учетом нелинейных характеристик элементов ходовой "асти, двигателя, изменения структурной схемы трансмиссии в переходных режимах, а также переменного характера скорости движения по местности. Использование предлагаемой модели к разработанных программных средств позволяет более точно исследовать динамические процессы, обусловленные взаимодействием различных элементов системы: циркулирующие в трансмиссии силовые потоки, обусловленные колебаниями корпуса; колебания корпуса, вызванные переходными процессами в трансмиссии; а такжэ влияние характеристик двигателя, трансмиссии и подвески на кинематические параметры и характеристики нагрукенности при даизсегчи машины по трассе. Выполненные расчетные оценки подтверждают существенное влияние таких процессов на нагружвщтость шасси гусеничной машины. Сопоставление расчетных и пксперймонтальных данных подтверждает адекватность модели.

3. Использование в составе модели эксплуатации гусеничной машины разработанной подсистемы корректировки скорости движения по пересеченной местности позволяет задавать функцию изменения скорости, соответствующую дорожным условиям, что существенно повышает точность определения характеристик нагруасенности и оценок долговечности элементов шасси.

4. Использование на ранних этапах проектирования оценок показателей надежности и ресурса, полученных с помощью разработанной методика имитационных ресурсных испытаний, позволит существенно сокра-

18

тить затраты средств и времени при разработав новых поколений мобильной техники.

5. Использование разработанных методов и программных средств позволило:

_ - в связи с установкой на инженерную машину дополнительного оборудования получить оценку изменения ресурса ответственных деталей ходовой части и трансмиссии, использованную на ранних этапах проектирования для обоснования необходимости внесения соответствующих конструктивных. изменений:

- выполнить сравнение динамических характеристик машин с механической и гидромеханической трансмиссией для последующего обоскова;шя выбора типа трансмиссий перспективных образцов мобильной техники;

- при выполнении конверсиошшх работ по. создании трелевочной мяапшы на база бронетранспортера RTF- 60 подробно исследовать работу независимой торсионной подвески в условиях значительного увеличения действующих нагрузок и обосновать необходимость ее усиления.

Основные полокения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Абызов A.A., Кододкин В.А., Добряков А.Ю. Применение вероятностных моделей накопления повреждений в системе встроенной диагностики мобильной машины //Тезисы докладов П Республиканской научно- технической конференции "Динамика и прочность мобильных машин",- Кутаиси: КИИ, 1990. - С.19-20.

2. Березин И.Я., Абызов A.A. Эксплуатационная нагруженность и долговечность тяжелокагруженкых элементов мобильных машин // Тезисы докладов Всероссийской научно- • технической конференции "Прочность и живучесть конструкций".- Вологда: ВПИ, 1993. - С.I30-I3I.

3. Абызоз A.A., Барезин И.Я., Злотнкк М.И. Исследование динамических характеристик трелевочных машин //Исследование силовых установок и шасси транспортных и тяговых машин. Тематический сборник научных трудов. Челябинск: ЧГТУ,- 1994.-С.20- 26.

4. Абызов A.A., Березин И.Я., Пристан Д.И. Моделирование динамических процессов при эксплуатации мобильной техники // Прочность машин и аппаратов при переменных нагружениях. Тематический сборник научных трудов.- Челябинск: ЧГТУ, 1995.- С-88- 93.

5. Абызов A.A., Березин,И.Я. К вопросу о связанных колебаниях в системах многоопоркых транспортных машин // Прочность машин и аппаратов при переменных нагружэниях. Тематический сборник научных трудов.-Челябинск: ЧГТУ, 1995,-С.93- 98.