Исследование движения многоногих, статически устойчивых шагающих машин тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.01 ВАК РФ
|
Брискин, Евгений Самуилович
АВТОР
|
||||
|
доктора физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Москва
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1997
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.02.01
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
го од
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
1
О ФЕВ 1997 УНИВЕРСИТЕГГ им. М.ВЛОМОНОСОВА
Механике - математический факультет
На правах рукописи УДК 531.8
Брискин Евгений Самуилович
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ МНОГОНОГИХ. СТАТИЧЕСКИ УСТОЙЧИВЫХ ШАГАЮЩИХ МАШИН
01.02.01 -теоретическая механика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Москва 1997
Работа выполнена ха кафедр« теоретической механики Волгоградского государственного технического .университета
Официальные оппоненты:
Дрктор физико-математических наук, профессор
Б.Л.Демнин
Доктор физико-математических наук, профессор
А-К.Плагонов
Доктор физико-математических наук, профессор
В.В.Лапшин
. Ведущее предприятие: Институт машиноведения РАН
Зашит« состоится
мар
1997 года
час. иа заседании
диссертационного Совета по механике Д 053.05.01 в МГУ по адресу: 119399, Москва, Воробьевы горы, МГУ, механико-математический факультет, ауд. 16-10.
С диссертацией можно ознакомиться факультета МГУ (Главное здание, 14 этаж).
библиотеке механико-математическдго'
'/7* 0ц1$р(гл& 1997 г.
Автореферат разослан
Ученый секретарь диссертационного Совета Д 053.05.01 доктор фишхо-математичесхмх наук
ДВ.Трещев
1. Общая характеристика работы 1.1. Актуальность темы
В последние годы в связи с народнохозяйственной потребностью освоения новых труднодоступных территорий, внедрения в сельском хозяйстве почвосберегающих технологии и др. повышается ннтерес к разработке внедорожных транспортных средств с новыми нетрадиционными видами движителей. Объясняется это тем, что в условиях бездорожья движение, например, по заболоченной местности, пескам, тундре не может быть эффективно обеспечено традиционными транспортными средствами с колесным и гусеничным движителями. Действительно, для того, чтобы колесная машина могла преодолеть участки болотистой местности, необходимо обеспечить достаточно малое удельное дазлеиие каждого колеса на грунт. Сохраняя требуемую грузоподъемность машин, этого можно добиться как путем установки дополнительного числа колес, так и увеличением их диаметра. Оба эти мероприятия ведут к существенному увеличению габаритов транспортного средства, его удорожанию в производстве и эксплуатации. И на сегодняшний день возможности в этом направлении, по-видимому, исчерпаны.
Машины с гусеничным движителем свободны от этого недостатка. За счет значительной площади опорной поверхности гусеницы среднее удельное давление на грунт у них значительно ниже. Более того, имеется резерв уменьшения давления за счет увеличения ширины гусеничной цепи. Однако на повороте гусеничная машина движется с проскальзыванием по грунту. Поэтому при маневрировании имеют место повышенные энергозатраты, дополнительный износ гусеничной цепи, а на мягких и сыпучих грунтах, за счет среза бо-. ковой поверхностью гусеницы большого объема грунта, реализуется так называемый "бульдозерный эффект", препятствующий повороту машины. Для сельскохозяйственной техники перечисленные недостатки колесных и гусеничных машин усугубляются вредными воздействиями на почву, проявляющимися в ее эрозии, переуплотнении и др. Недостатки колесных и гусеничных машин проявляются также в невозможности передвижения по сильно пересеченной местности, включающей траншеи, лесные завалы и др. В совокупности перечисленные обстоятельства заставляют искать новые принципы конструирования транспортных машин, в том числе и на базе шагающих движителей.
В настоящее время имеются лабораторные и опытные образцы шагающих машин. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что шагающие машины могут быть лишены недостатков, присущих колесным и гусеничным транспортным средствам. В частности, за счет достаточно большой площади опорной поверхности (стопы) механизма шагания можно существенно снизить среднее удельное давление на грунт, а рациональным выбором кинематической схемы шагающей машины или системы управления реализовать ее поворот без проскальзывания стопы по грунту. Другое важное.преимущество шагающих машин связано с их энергетическими характеристиками. При движении транспортного средства потребляемая энергия, б
конечном счете, затрачивается на необратимую деформацию грунта. Если теперь учесть, что колесные и гусеничные машины образуют более глубокую колею, а шагающие - дискретную, то достаточно обосновано предположение о меньших энергозатратах при движении рационально спроектированных шагающих машин. Многообещающие перспективы открываются при совместном использовании ЭВМ как средства управления и системы датчиков, как средства контроля движения шагающей машины и прогнозирования дорожной ситуации. В этом случае создаются возможности для индивидуального управления каждым движителем (изменение длины шага, высоты подъема стопы, время ее нахождения в опорной фазе и др.) с целью реализации заданной оператором программы движения по сильно пересеченной местности.
Вместе с тем накопленный опыт исследования динамических характеристик движения шагающих машин обнаруживает целый ряд факторов, сдерживающих форсированное внедрение шагающих машин в различные отрасли народного хозяйства. Среди них важнейшими являются сравнительная сложность конструкции, а следовательно, и низкая надежность, и невысокая скорость передвижения, обусловленная высокими динамическими нагрузками, действующими на корпус шагающей машины и ее привод при высоких скоростях перемещения неуравновешенных механизмов шагания на этапах быстрого переноса. Однако, не игнорируя эти факторы, следует иметь в виду, что усложнение конструкции в целом есть объективный закон развития техники и, в частности, транспортного машиностроения. С другой стороны, для различных ртраслей народного хозяйства должны разрабатываться шагающие машины различной степени сложности. Так, в сельском хозяйстве для производства технологических операций на сравнительно ровных полях нет необходимости предусматривать управление ЭВМ каждым движителем, а достаточно, сохраняя принципы управления колесными и гусеничными машинами, перенести их на шагающие машины.
Однако и для таких, достаточно простых машин, эксплуатируемых только в, так называемых, маршевых режимах, отсутствуют законченные теории расчета основных характеристик движения, аналогичных теориям расчета автомобиля и трактора. Необходимость же в такой теории диктуется достаточно устойчивой тенденцией в медленном внедрении шагающих машин, в различные технологические процессы, ранее выполняемые машинами с колесными и гусеничными движителями (дождевальные машины в сельском хозяйстве, валочно-пакетирующие машины в лесном хозяйстве и др.)
В разработке основ такой теории и состоит основная цель представленной работы. Диссертация выполнена в рамках госбюджетных и хоздоговорных исследований на кафедре теоретической механики Волгоградского государственного технического университета.
1.2. Цель и основные задачи исследования
Основная цель работы - разработка теории маршевых режимов движения статически устойчивых многоногих шагающих машин с движителями на
основе цикловых механизмов, дискретно взаимодействующих с вязкоупруго-пластичноп средой.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи: разработка теоретических основ метода эквивалентного замещения реального плоского циклового механизма шагания ортогональным, позволяющего описывать движение достаточно большого многообразия цикловых дан-жителей одинаковыми дифференциальными уравнениями;
разработка концепции базовой кинематической схемы шагающей машины и математической модели ее плоского движения как системы сочлененных твердых тел, дискретно взаимодействующих с вязкоулругопластпчнон средой (грунтом);
разработка методики автоматизированного синтеза кинематической схемы трансмиссии и рулевого управления машины на основе матричного описания голономных связей, накладывающих ограничения на движение шагающей машины с базовой кинематической схемой;
исследование поступательного движения шагающей машины на реальном грунте и разработка методики тягово-динамического расчета;
исследование плоского движения шагающей машины при повороте и изучение влияния голономных связей, описывающих кинематическую ем-му трансмиссии и рулевого управления, на кинематические, динамические и я:1:р-гетнческие характеристики движения;
исследование курсового движения шагающей машины и изучение влияния голономных связен, описывающих кинематическую схему трансмиссии и рулевого управления, на траекторию движения центра масс корпуса мз-шины и его ориентацию;
исследование вибрационных эффектов, возникающих при дгшгении" шагающих машин, и их влияния на кинематические, динамические и энергетические характеристики;
1.3. Методика исследований
Методика исследований базировалась на фундаментальных положениях теоретической механики, теории механизмов и машин и расчетных схемах, применяемых для исследований транспортных и технологических машин.
Для решения отдельных задач применен метод моделирования динамики движения изучаемых объектов на ЭВМ, поэтапный аналитический анализ для выявления качественных закономерностей влияния конструктивных и эксплуатационных фахторов на движение шагающих машин.
Полученные результаты теоретического анализа сопоставлялись с известными закономерностями движения динамических систем (эффект;.! синхронизации, виброперемещения, динамического гашения колебаний др.) и сравнивались с натурными исследованиями дождевальной машины "Ку6?>::." с шагающими движителями.
1.4. Научная новизна
Разработана методика эквивалентного замещения реального плоского механизма шагания ортогональным, позволяющая изучать динамику маршевых режимов движения шагающих машин на основе интегральных массово-геометрических характеристик движителя.
Предложена и реализована концепция базовой математической модели плоского движения 'шагающей машины как системы сочлененных твердых тел, взаимодействующих с вязкоулругой средой (грунтом), и допускающая, за счет наложения голономных (управляющих) связей, ограничивающих перемещения движителей и корпуса машины, исследовать движение шагающих машин с движителями на основе цикловых механизмов шагания;
обосновано существование, по сравнению с традиционными транспортными средствами, дополнительной силы сопротивления движению, обусловленной рассеянием энергии при колебаниях шагающей машины на вяз-хоупругопластичном грунте;
Установлен эффект дополнительного виброперемещенмя шагающей машины, проявляющийся в окрестностях резонансных режимов движения и являющийся причиной зависимости коэффициента буксования от скорости;
доказано существование критических скоростей движения, соответствующих равенству частот вынуждающих сил, действующих на машину, ее собственным частотам;
получено уравнение тягового баланса, учитывающее дополнительную силу сопротивления движению, обусловленную рассеянием энергии при колебаниях шагающей машины на грунте, и зависимость коэффициента буксования от скорости;
разработана методика исследования плоского движения (поворота) шагающих машин с различными кинематическими схемами трансмиссии и рулевого управления, учитывающая вязкоупругопластичные характеристики грунта и статистические закономерности относительного положения движителей и их механизмов шагания перед входом в поворот;
установлена тенденция к поперечным и угловым колебаниям шагающих машин в плоскости движения, зависящая от походки, кинематических . схем трансмиссии, рулевого управления и скорости; '
обнаружен эффект самосинхронизации движения движителей, обусловленный колебаниями машины на грунте. Установлено, что минимуму энергозатрат соответствуют самоустанавливающиеся походки;
изучена движение шагающих машин с динамическими гасителями колебаний, содержащими емкости, частично заполненные сыпучими средами.
. 1.5. Положения, выносимые на защиту
Метод эквивалентного замещения реального циклового механизма шагания ортогональным;
математическое описание плоского движения шагающей машины с базовой кинематической схемой, состоящей из системы сочлененных твердых
тел, дискретно взаимодействующих с вязкоупругопластичной средой а сочетании с матричным представлением кинематической схемы трансмиссии и рулевого управления как голономных связей, накладывающих ограничения на перемещения машины;
закономерности возникновения дополнительной силы сопротивления движению шагающей машины, обусловленной ее колебаниями на грунте;
закономерности проявления эффекта дополнительного вибропереме-
щення;
результаты исследований поворота шагающих машин на абсолютно жестком и реальном грунте, учитывающие случайное расположение опор механизмов шагания перед входом в поворот к степень кинематической неопределимости машины;
закономерности проявления тенденции к поперечным и угловым колебаниям шагающей машины в курсовом движении и эффекта самосинхронизации движителей;
результаты исследований курсового движения шагающих машин с присоединенными поглотителями вибраций и дннамичесхнми гасителями колебаний, содержащими емкости, частично заполненные сыпучими средами, как механическими системами, снижающими уровень колебаний'шагающих машин;
в качестве инженерного приложения — уравнение тягово-динамического баланса машины, учитывающее дополнительную силу сопротивления движению и эффект виброперемещения, обобщающее известные уравнения тягово-динамического баланса для колесных и гусеничных машин. •
1.6, Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов
Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов обусловлена применением фундаментальных методов теоретической механики и теории механизмов и машин, а также результатами исследований работы шагающих машин в реальных условиях эксплуатации.
1.7. Реализация результатов работы и их практическая ценность
Работа по исследованию динамики шагающих машин в течение длительного времени, начиная с 1984 г. и по настоящее время, выполнялась в тесном контакте с производственным объединением "Баррикады", ЦКБ "Титан", Главным управлением сельского хозяйства и продовольствия Администрации Волгоградской области, Министерством сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации, институтом Машиноведения РАН, институтом прикладной математики РАН.
Основные результаты работы использованы в научных исследованиях, конструкторских разработках дождевальных и транспортных машин с шагающими движителями, а учебном процессе в Волгоградском государственном техническом университете дая студентов, обучающихся по направлению "Наземные транспортные системы".
Совместно с конструкторами и инженерами ПО "Баррикады", учеными из института Машиноведения РАН, творческим коллективом кафедры теоретической механики Волгоградского государственного технического университета, возглавляемым автором, разработана, изготовлена и прошла испытания дождевальная машина "Кубань" с шагающими движителями.
Разработанные методики тягово - динамического расчета, выбора рациональной кинематической схемы рулевого управления, снижения тенденции к курсовым колебаниям движения машины позволяют целенаправленно на этапе проектирования принимать конструкторские решения.
1.8. Апробация работы
Результаты работы докладывались и обсуждались на:
-ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета (1985 - 1995 гг.);
- Межреспубликанской научно-технической конференции "Совершенствование средств и методов расчета изделий машиностроения" ( Волгоград, 1988 г.);
-Первой Всесоюзной (1988г.), второй и третьей Всероссийских (1992,
1995 г.) конференциях по механике и управлению движением шагающих машин (г. Волгоград);
-Всесоюзной конференции по теории и расчету мобильных машин и двигателей внутреннего сгорания (Телави, 1985 г.);
- Всесоюзной конференции по вибрационной технике (Кобулети, 1987 г.);
-IV Всесоюзном совещании по роботогехннческим системам (Киев,
1987 г.);
-семинаре-совещании "Вопросы теории и проектирования многоногих шагающих машин" (Москва, Институт Машиноведения АН СССР, 1990 г.);
-V Всесоюзном совещании по робототехническим системам (Геленджик, 1990 г.);
-VII Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Москва, 1991 г.);
- Международном симпозиуме "Экология и безопасность жизнедеятель-. ности , научно - прикладные аспекты, инженерные решения" ( Волгоград,
1996 г.).
1.9. Публикации
Диссертация обобщает исследования автора за период с 1980 по 1996 гг. Результаты выполненных исследований отражены в 25 статьях общим объемом 5.5 печатных листов, 4 авторских свидетельствах и патентах, учебном пособии, а также в ежегодных отчетах по хоздоговорным и госбюджетным научно-исследовательским работам.
1.10. Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка ли-
тсратуры и приложения. Диссергация изложенз на 327 страницах, иллюстрирована 83 рисунками и б таблицами. Список литературы включает 264 наименования.
2. Содержание работы
2.1. Основные требования, предъявляемые к механизмам шагающих движителей. Расчетные схемы
Главное конструктивное отличие шагающей машины от колесных и гусеничных состоит в шагающем движителе, обеспечивающем перемещение машины за счет дискретного взаимодействия своего рабочего органа (стопы) с грунтом. В общем случае, движитель - это механическая система, состоящая из нескольких механизмов шагания, каждый из которых может иметь одну и более управляемых степеней свободы. В качестве примера на рис.1 показаны некоторые типы механизмов шагания и движитель, состоящий из двух кинематически связанных между собой лямбдообразных механизмов шагания с общим приводом поворота. При исследовании динамики, энергетики и управления движением шагающих машин эти н другие механизмы шагания используются в работах П.Л. Чебышсва, Д.Е. Охоцимского, Е.А. Девянина', А.К. Платонова, Ю.Ф. Голубева, Н.В. Умнова, А.П. Бессонова, В.Б. Ларина, В.В. Лапшина, Б.Д. Петрнашвмли, К.Т. Валдрона и др.
Идеальный шагающий движитель и его механизмы шагания должны удовлетворять целому ряду требований, условно разделяемых на геометрические, кинематические, динамические, энергетические, эксплуатационные, тех» иологнческие и др. Среди кинематических требований главным является требование прямолинейности траектории стопы механизма шагания в фазе вза-' нмодействия с грунтом. Его важность для машин грунтовой проходимости объясняется не столько обеспечением комфортабельности движения, сколько дополнительными значительными энергозатратами на систематический подъем и опускание машины при его невыполнении. Этому условию в той или иной степени могут удовлетворять многие типы механизмов шагания, однако обеспечиваются они по-разному. Например, для механизмов шагания, показанных на рисунках 1а,б,в необходима система согласованного управления приводами, а для лямбдообразиого механизма (рис. 1г) это обеспечивается выбором оптимальных геометрических размеров звеньев.
Другое основное требование - постоянство скорости в относительном движении стопы механизма шагания на опорном участке траектории. Это условие обеспечивает движение шагающей машины без проскальзывания и буксования, а следовательно, с наименьшими энергозатратами. Известное решение этой проблемы состоит в согласованном управлении приводами для механизмов, изображенных на рис. 16,в, или оптимизации геометрических размеров четырехзвенника (рис.1 г). Альтернативным решением может служить движитель, состоящий из нескольких механизмов шагаш:я (одни из которых всегда опирается на грунт), кинематически связанный с приводом курсового перемещения посредством дифференциалов, соединяющих между собой
шагания
а - деуххоромысловый механизм шагания
б -кулисно-штоковый механизм шагания
г - лямбдообразные механизмы шагания, объединенные в один движитель
Рис. I. Кинематические схемы механизмов шагания: АВСЮ - траектория стопы; 1 - корпус
п
все (или часть) движители шагающей машины. В этом случае производится автоматическое выравнивание скоростей опорных точек всех механизмов шагания.
Динамические и энергетические требования предполагают уравновешенность движителя и его достаточно высокий КПД. Важность уравновешенности движителя объясняется требованием комфортабельности движения и необходимостью снижения энергозатрат при ускоренном переносе механизмов шагания из одного положения в другое. В работах Д.Е. Охоцимского, В.В. Лапшина и др. показано, что мощность, необходимая для переноса механизмов шагания, возрастает пропорционально кубу скорости. Этот вывод справедлив для машин с движителями, имеющими необратимые механизмы шагания и не допускающие отклонения в программе своего движения. Для таких машин необходимо предусматривать рекуператоры энергии. Опыт их применения для различных машин и механизмов, в том числе и для шагающих, имеющих инерционные звенья, совершающие колебательное движения , описан в работах А.И. Корендясева, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывеса, Д.Е. Охоцимского, В.В. Лапшина, В.В. Жоги. Для машин грунтовой проходимости с движителями, у которых всегда в фазе взаимодействия с грунтом находится одна из опор, можно допустить отклонение от программного движения механизмов шагания. Тогда за счет инерционных свойств машины и ее трансмиссии перенос механизма шагания будет обеспечиваться без увеличения мощности двигателя. Недостатком такого решения является возрастающая неравномерность угловой скорости двигателя, обеспечивающего курсовое движение.
Основная трудность анализа динамики движения шагающей машины состоит в многообразии принципиально различных кинематических схем движителей и механизмов шагания. Поэтому в отличие от колесных и гусеничных машин, для которых имеются устоявшиеся математические модели, позволяющие решать такие задачи, как исследование тягово-динамическнх свойств, поворота, курсовой устойчивости и др. и опирающиеся на достаточно простое математическое описание динамики колеса или гусеницы, для шагающих машин имеется целый ряд математических моделей, отличающихся математическим описанием различных кинематических схем движителей. Это затрудняет получение обобщающих результатов по исследованию динамики шагающей машины, основанных на интегральных характеристиках движителей и их механизмов шагания. Для колеса, например, такими характеристиками являются: масса, радиус, момент инерции и др. С целью получения обобщенных результатов предложен метод эквивалентного замещения реального механизма шагания эквивалентным ортогональным. Эквивалентность механизмов предполагает равенство главных векторов и главных моментов сил инерции, кинетических энергий, кинетических моментов и уравнении движения стоп на этапе их взаимодействия с грунтом. В общем случае такую эквивалентность обеспечить невозможно, однако это возможно реализовать в среднем за цикл. Тогда для интегральных характеристик ортогонального механизма шагания получаем
ег
где Ш1, П12, J - соответственно массы посту пательно движущихся частей и момент инерции присоединенного маховика ортогонального механизма шагания; п^СО,5(0»* соответственно уравнения движения центра масс j звена и стопы реального механизма шагания; Ко,Т- соответственно кинетический момент в относительном движении относительно центра масс и кинетическая энергия реального механизма шагания.
Учет взаимодействия движителя с грунтом является обязательным при исследовании движения транспортной или технологической машины, оснащенной любым движителем. Особенность шагающего движителя состоит в его дискретном взаимодействии с грунтом и изменении нагрузки, приходящейся на каждый механизм шагания, за счет перемещения центра масс машины относительно опирающихся на грунт неподвижных опор.
Имея в виду, что грунт обладает упругими, пластичными и вязкими свойствами, предлагается в качестве модели грунта использовать упруговяз-копластичное тело. Тогда для силы взаимодействия j движителя с грунтом Р„ получаем
где с,, ц - соответственно жесткость и коэффициент вязкого сопротивления системы грунт - стопа механизма шагания; Гп - коэффициент трения; Рщ - нормальная реакция, действующая на опору j движителя. изменяющаяся в процессе движения машины; х, -координата опоры j движителя в текущий момент времени; х' - сумма координаты опоры j движителя в момент времени постановки ее на грунт п величины скольжения по грунту.
2.2. Описание динамики шагающей машины на основе матричного представления ее кинематической схемы
Широко известны математические модели, используемые Д.Е. Охо-цимским, Ю.Ф. Голубевым, Е.А. Девяниным, В.В. Лапшиным, Н.В. Умно-вым, А. Л. Кемурджианом, В. А. Коноплевым , В. В. Белецким, В.В. Жогой и
'р;«сж(хг-х,)-нхг ест -ГР^Р'<ГРП)
ест
(2)
др. для исследовния динамики шагающих машин. Однако среди способов математического описания динамики сложной механической системы, известен способ се расчленения на простейшие тела, с последующей записью уравнений движения для каждого тела совместно с уравнениями связей. Для шагающих машин преимущество этого метода перед другими состоит в возможности использования достаточно простых дифференциальных уравнений, описывающих движение отдельных частей машины, например, корпуса и движителей, состоящих из ортогональных эквивалентных механизмов шагания, а все разнообразие кинематических схем привода курсового перемещения и рулевого управления учитывать уравнениями связей. Для цельнобазных шагающих машин уравнения связей устанавливают зависимости между перемещением стопи I механизма шагания, установленного на п движителе ры , и углами поворота плоскостей шагания е„ относительно корпуса машины (рис.2). В общем случае эти связи описываются нелинейными алгебраическими уравнениями.
= ° • (3)
Индексы у рк соответствуют механизму шагания, опирающемуся на грунт и принадлежащему к движителю. Положения остальных механизмов шагания определяются в соответствии с заданной походкой и циклограммой движения опоры (рис.З). Для наиболее простых конструктивно реализуемых связей уравнение (3) удобно представить в матричной форме:
Р|
; Ч')
Ри ■
еы. т
Матрица А, состоящая из коэффициентов а^ , характеризует кинематическую схему трансмиссии и рулевого управления и поэтому называется матрицей трансмиссии- рулевого управления.
Матрица - столбец и, состоящая из законов управления приводами курсового перемещения и рулевого управления ЩО, называется матрицей управления.
В отсутствии трансмиссии н рулевого управления цслыюбазная шагающая машина, опирающаяся на абсолютно жесткую поверхность и состоящая из корпуса и N движителей, имеет 3 степени свободы. Поэтому для однозначного описания ее движения необходимо предусмотреть минимум 3 связи.
Рис. 2. Расчетная схема плоского движения шагающей машины:
, ус, у7 " координаты центра масс корпуса и угол его поворота соответственно
<т *%е
Рис. 3. Зависимость перемещения опоры механизма шагания, установленной на движителе от угла поворота:
Г« а, р. й. 5 - коэффициенты, определяющие относительную часть цикла нахождения стопы в фазе опоры, адаптации, ускоренного равномерного и замедленного переноса соответственно
Для таких машин, называемых хинсматическн определимыми машинами, матрица трансмиссии - рулевого управления содержит 3 строки. Особенностью движения таких машин является попорот на абсолютно жестком грунте без проскальзывания и буксовання опор. Кинематически неопределимые машины содержат больше связей, а матрица трансмиссии - рулевого управления содержит более 3 строк. . Для описания движения таких машин обязателен . учет реальных свойств грунта.
Дифференциальные уравнения плоского движения машины составляются на основе уравнений Лагранжа 2-го рода с неопределенными множителями X*, физический смысл которых состоит в силах и моментах сил, действующих между отдельными частями механической системы
±(дТ)
dt^aq
и
о qj k-i
где Т - кинетическая энергия системы, <?'¡(хе,у,,<р,р,,е„) - параметры, характеризующие положение и ориентацию центра масс корпуса шагающей машины (хс,ус,ф), положение механизмов шагания п движителя (рп) и ориентацию их плоскостей шагания (?„), - обобщенная сила, соответствующая) - обобщенной координате.
Среди сил действующих на шагающую машину учитывается и сила со-противления движению. Ее величина определяется на основе подсчета работы, затрачиваемой на нормальную деформацию грунта.
N М? V
>1
2с S
п
где Ы^тах - максимальная нормальная реакция, приходящаяся на} движитель, у - коэффициент режима, с,- нормальная жесткость грунтз, Б - длина шага.
Таким образом, динамический анализ движения шагающей машины осуществляется за счет совместного решения уравнений (4) и (5). Структура объединенных уравнений имеет вид
ь А1 Ус V V, чч — о + и
А О 14.
где Ь - матрица, составленная из функций, являющихся коэффициентами при вторых производных от обобщенных координат; Ат - матрица, полученная траспонироваиием матрицы А трансмиссии - рулевого управления, -расширенной слева на три столбца; {О} - матрица-столбец из 2N+3 строк правых частей уравнений (5) за вычетом слагаемых, содержащих неопределенные множители Лагранжа X*.
Алгоритм решения системы уравнений (7) предусматривает на каждом шаге интегрирования определение вторых производных обобщенных координат и неопределенных множителей с дальнейшим определением обобщенных координат в соответствии с процедурой метода Рунге-Кутга.
Целесообразность условного расчленения машины на корпус, движители и механизмы шагания, с одной стороны, и трансмиссию, органы рулевого управления, с другой, проявляется в удобстве исследования кинематики, динамики и энергетики машины, описываемой одной и той же базовой моделью и многообразием кинематических схем трансмиссии и рулевого управления.
2-3. Динамика поступательного движения шагающих машин с блокированными дифференциалами
Одним из основных режимов движения шагающей машины грунтовой проходимости является режим движения с блокированными межосевыми и межбортовыми дифференциалами. Его особенностью является максимальная реализация тягового усилия независимо от возможного буксования стопы одного или нескольких механизмов шагания. Этот режим эксплуатации целесообразен при поступательном прямолинейном движении машины с большим крюковым усилием и обеспечивается установкой рулевым управлением плоскостей шагания всех управляемых движителей вдоль продольной оси ее корпуса. Возможна его реализация и при повороте. Однако при этом следует иметь в ВИДУ, что поворот будет сопровождаться буксованием и скольжением опор.
Дифференциальные уравнения, описывающие этот вид движения, получаются из. уравнений (7) в частном случае, когда еп=0, а матрицы трансмиссии - рулевого управления А и управления и имеют вид
10... О 0...0
А =
00... 1 0...0 00... О 0
и =
V „-РУь-^Уь 0
(8)
00... о о.,.ь
о
где р - полное число циклов, совершенных механизмом шагания; 1) - параметры, характеризующие начальные состояния (фазы) каждого механизма шагания; - соответственно текущий и отвечающий одному циклу дви-
жения механизма шагания угол поворота вала двигателя. Результаты решения уравнений показывают, что на упруговязкопластичном грунте при постоянстве угловой скорости вращения вала двигателя движение машины носит колебательный характер. Причинами установленного явления являются: силы инерции быстро переносимых масс механизмов шагания; неравномерность силы тяги, обусловленная дискретным взаимодействием стоп механизмов шагания с грунтом;
периодически изменяющаяся при определенных походках касательная жесткость.
Первые два фактора обуславливают вынужденные колебания машины с широким спектром частот, зависящих от скорости движения машины. Критическим скоростям Укр, при которых развиваемые колебания наиболее значительны, соответствуют резонансные состояния машины
где М, га - соответственно масса корпуса и масса эквивалентного ортогонального механизма шагания.
Для оценки уровня продольных колебании машины предлагается среднее квадратическое ускорение е., зависящее от скорости движения (рис. 4). Возникающие колебания приводят к двум эффектам, не имеющих место для машин с традиционными типами движителей:
эффект вибрационного перемещения, проявляющийся в уменьшении коэффициента буксования 5 на резонансных режимах (рис.5);
эффект дополнительных энергозатрат, затрачиваемых на рассеяние энергии при колебаниях машины на грунте (рис.6), учитываемых эквивалентным коэффициентом сопротивления движению £>*, вызываемых колебаниями машины.
Эти особенности движения влияют на характер уравнения тягового баланса, подбор передаточных чисел трансмиссии, тяговую характеристику.
Так, уравнение тягового баланса на I передаче отличается от известно-
Рис. 4. Зависимость среднеквадратичного ускорения от скорости движения: 1 - <3*, = 0; 2 - <3,* = 10 кН
Рис. 5. Зависимость коэффициента буксования от скорости: I - Оч, = 0; 2-Ос = 5 кН; 3 - <2,,, = 10 кН
Рис. 6. Зависимость коэффициентов сопротивления движению шагающей машины от скорости, вызываемого ее колебаниями на грунте, при различной крюковой нагрузке (}кр : 1 - (^кр = 0 ; 2 - <2кр = 10 кН
Рис. 7. Области физической реализуемости поворота без проскальзывания и буксования стоп:
1 -У = 2,5 м/с; 2-V = 2 м/с; 3-У = 1,5 м/с; 4-У= 1 м/с; 5 • V = 0,5 м/с; Г - коэффициент сцепления
го для традиционных машин и имеет вид
1
где Г, - эквивалентный коэффициент сопротивления перекатыванию; О - вес машины; ш - угловая скорость вращения вала двигателя; т),р, т)да - соответственно КПД трансмиссии и движителя; к{ - передаточное отношение трансмиссии на I передаче; ч/=(2ч>ЛЗ - относительное крюковое усилие.
2.4. Поворот шагающей машины
Проблеме организации поворота шагающих машин уделяют внимание А.П.Бессонов, Н.В.Умнов, В.В. Кореновскнй, А.Я.Погребняк и другие. Ставятся и решаются задачи разработки механизмов шагания и методов управления с целью обеспечения приемлемых кинематических характеристик движения и минимального проскальзывания стоп, влияющего на энергетические и прочностные свойства машин. В представленной работе такие же проблемы решаются на основе исследования кинематически определимых и кинематически неопределимых машин с различными кинематическими схемами трансмиссии и рулевого управления и перемещающихся по жесткому и упруговязко-пластичному грунту.
Для кинематически определимых целыюбазных шагающих машин су-• шествуют три варианта организации целенаправленного движения при повороте:
накладываются две ориентационные связи, обеспечивающие изменение ориентации плоскостей шагания шагающих движителей, и одна позиционная, обеспечивающая перемещение стопы механизма шагания в курсовом движении;
накладывается одна ориентационная и две позиционные связи;
накладываются три позиционные связи.
Анализ вариантов показывает, что по кинематическим характеристикам движения приемлемым является лишь вариант двух ориентационных связей и одной позиционной, что достигается управляемым поворотом плоскостей шагания двух движителей и схемой трансмиссии, содержащей межосевые и межбортовые дифференциалы. Основная задача при исследовании динамики кинематически определимой шагающей машины, перемещающейся на абсолютно жестком грунте, состоит в определении физической реализуемости движения без проскальзывания и буксования стоп. Это достигается в случаях, когда горизонтальные реакции под стопами механизмов шагания не превышают максимально возможной силы цепления. Особенности решения задачи -случйное расположение стоп механизмов шагания относительно корпуса мпшины, зависящее от начального их положения при входе в поворот. На рис. 7 показаны области углов поворота плоскостей шагания управляемых движителей, обеспечивающие с вероятностью 0,95 физическую реализуемость поворота без проскальзывания и буксования стоп.
При движении шагающей машины на реальном грунте, моделируемом вязкоупругопластичной средой, всегда имеет место движение стоп относительно грунта, классифицируемое для машин с традиционными типами движителей как скольжение и буксование. Объясняется это тех«, что преодоление сил сопротивления, как при прямолинейном движении, так и при повороте, возможно только за счет сил реакций грунта, возникающих при его деформации. Максимальным значениям этих сил соответствует движение с проскальзыванием стоп по грунту, сопровождающееся потерей управляемости.
Основная задача исследований и последующего анализа результатов -сопоставление эксплуатационных характеристик движения при повороте в зависимости от степени кинематической неопределимости машины. Степень кинематической неопределимости подсчитываегся как разница между количеством уравнений (включая уравнения связей), описывающих движение машины на абсолютно жестком грунте, и количеством неизвестных кинематических характеристик движения машины.
Анализ результатов расчетов показал, что при постоянной скорости движения и в отсутствие крюковой нагрузки коэффициент буксования для машин всех типов возрастает с увеличением суммы углов поворота плоскостей шагания управляемых движителей (рис. 8). Однако для кинематически определимой машины этот рост незначителен, а для кинематически неопределимых коэффициент буксования может возрастать более чем в пять раз.
Важным критерием, характеризующим «конструктивное совершенство шагающей машины, может служить коэффициент удельной энергии Кы, затрачиваемой на единицу угловой скорости ¿(рис. 9 ):
И11
. где Ь - базовая длина шагающей машины, измеряемая по точкам подвеса движителей к корпусу; - энергозатраты на поперечную деформацию грунта и опор; О - вес машины.
Чем меньше этот коэффициент, тем меньше при прочих равных условиях потребляемая на поворот энергия силовой установки.
Результаты расчетов показывают, что при малых углах поворота плоскостей шагания (е{ +е} < 10°) кинематически неопределимые машины по этому показателю практически неразличимы. Однако, если поворот происходит с меньшим радиусом, то коэффициент удельной энергии убывает только для кинематически определимой машины, а для кинематически неопределимых растет, причем тем быстрее, чем больше степень кинематической неопределимости. Таким образом, с точки зрения энергозатрат на поворот, следует отдавать предпочтение кинематически определимым машинам.
Проанализированы такие характеристики, как усилия, возникающие в органах управления при повороте, максимальная удельная сила тяги, тяговый коэффициент полезного действия, касательное, нормальное ускорение центра масс и угловое ускорение корпуса машины. Эти характеристики сопоставля-
5* го* го' ¿¿+е,
Рис. 8. Зависимость коэффициента буксования 5 от суммы углов поворота плоскостей шагания управляемых движителей ( + ) для шагающих машин с различной степенью кинематической неопределимости: I - Б = 0; 2-5=1; 3-5 = 2
Рис. 9. Зависимость коэффициента удельной энергии от суммы углов поворота плоскостей шагания управляемых движителей + для шагающих машин с различной степенью кинематической неопределимости: I - Б = 2; 2-5 = 1; 3-5 = 2;4-8 = 0 (абсолютно жесткий грунт)
ются с аналогичными характеристиками машин, перемещающихся на абсолютно жестком грунте. Основной вывод при изучении поворота состоит в обязательном учете реальных свойств грунта. Неучет этого обстоятельства приводит к ошибкам, превышающим 200%.
2.5. Курсовое движение шагающих машин
Для машин с традиционными типами движителей изучение курсового движения означает исследование устойчивости, под которой понимается свойство машины сохранять в заданных пределах, независимо от скорости и действия внешних и инерционных сил, направление скорости движения, ориентацию продольной н вертикальной осей при определенном управлении. Различают устойчивость по опрокидыванию (продольная и поперечная устойчивость), по направлению движения (курсовая устойчивость) и по боковому уводу (устойчивость против заноса). Для шагающих машин с разблокированными дифференциалами эти характеристики дополняются исследованием устойчивости последовательности постановки опор механизмов шагания на грунт (устойчивость походки). Важность этого показателя обусловлена зависимостью энергозатрат от типа походки и его влиянием, в частности, на курсовое движение.
Исследование курсового движения производится для кинематически неопределимых мяшин с блокированными н разблокированными дифференциалами и кинематически определимых шагающих машнн.
Особенность движения кинематически неопределимых машин с блокированными дифференциалами, в первую очередь, зависит от типа походки: Если походка выбрана таким образом, что существуют моменты времени; когда только на одном из бортов стопа какого-либо из механизмов шагания вы-' ходит или входит во взаимодействие с грунтом, то шагающая машина принципиально имеет тенденцию к курсовым колебаниям. Качественно это явление можно описать, рассматривая силы, действующие на машину в процессе смены механизмов шагания, взаимодействующих с грунтом. Если допустить, что на каждом из бортов машины с грунтом взаимодействует одинаковое количество (N/2) механизмов шагания, плоскости движения которых сориентированы вдоль продольной оси машины, то, пренебрегая силами инерции при переносе, можно сделать вывод о том, что сумма моментов всех внешних сил, действующих на корпус относительно его центра масс, равна нулю. Однако, если в следующий момент времени, в соответствии с заданной походкой, один из механизмов шагания выходит из зацепления с грунтом, то нарушается баланс моментов внешних сил, действующих на шагающую машину, и ее корпус начинает поворачиваться. По мере поворота на машину начинают действовать боковые силы, в том числе и сопротивления. Поэтому поворот машины будет осуществляться до тех пор, пока или вступившая во взаимодействие с грунтом на левом борту стопа очередного механизма шагания не разовьет достаточную силу тяги, или на другом борту карой-либо из механизмов шагания не войдет в фазу переноса. Если учесть, что вращательное движение накладывается на движение машины вместе с центром масс, то можно ожидать, что траектория
движения центра масс корпуса будет систематически отклоняться от задаваемого прямолинейного направления. Таким образом, качественный анализ движения шагающей машины, даже при нсучетс сил инерции переносимых масс механизмов шагания, которые как минимум дважды за время переноса опоры меняют знак, и тем самым вносят дополнительный вклад в дестабилизацию движения, позволяет сделать вывод об имеющейся тенденции к курсовым колебаниям; Количественный анализ, осуществляемый на базе уравнений (7), позволяет получать траекторию движения центра масс корпуса для раз-, личных скоростей движения (рис. 10), зависимость увода Л от неуравновешенной массы движителей, днссипатнвных свойств машины, характеризуемых эквивалентным коэффициентом вязкого сопротивления грунта .
Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы: задаваемое прямолинейное движение центра масс корпуса шагающей машины сопровождается колебаниями в поперечном направлении;
поперечные колебания центра масс корпуса являются причиной отклонения его траектории от прямолинейной;
увод машины в дорсзонансной и зарезонанспой областях, определяемых скоростью движения, происходит в разные стороны.
Анализ движения кинематически неопределимых машин с разблокированными дифференциалами показывает, что на достаточно большом о ¡резке пройденного пути их отклонение от прямолинейной траектории меньше, чем для машин с блокированными дифференциалами. Это объясняется самопроизвольным изменением походки в процессе движения самосинхронизацией работы движителей). На рис.11 представлены зависимости параметров Х^-Х^ характеризующих изменение походки от пройденного пути при различных скоростях движения. Важным результатом расчетов является установленная закономерность изменения походки таким образом, что энергозатраты на передвижение при установившейся походке оказываются минимальными. Интересно отметить, что в живой природе четвероногие животные на рефлекторном уровне изменяют свою походку в зависимости от скорости движения, обеспечивая передвижение с минимальными энергозатратами.
2.6. Использование вибрационных эффектов при проектировании шагающих машин
В отличие от машин с традиционными типами движителей, обеспечивающих при стационарной работе приводных двигателей теоретически равномерное движение, шагающие машины принципиально имеют повышенную виброактивностъ. Объясняется это наличием неуравновешенных движителей и их дискретным взаимодействием с грунтом. Очевидны возникающие в связи с этим проблемы:
ухудшение комфортабельности движения и эксплуатационных показателей надежности;
повышенное проявление тенденции к курсовым колебаниям; увеличение энергозатрат.
Рис. 10. Траектории движения центра масс корпуса шагаюшей машины: 1 - V = 0,74 м/с; 2-У=1,48 м/с; 3-У = 2,986 м/с
Д5
Кг*-И 0.315 ЛзГ Лг/0.25 Лг;Х,р.125
о юа гаа зоо ш>
/(б АГ
■За
( 1\
Рис. И. Самосинхронизация движителей кинематически неопределимой шагающей машины с разблокированными дифференциалами: 1, 2, 3, 4-номерадвижителей; а - V = 1,48 м/с; б-У = 2,96 м/с
Вместе с тем, в машиностроении накоплен опыт борьбы с вредными вибрациями, допускающий применение и в практике проектирования шагающих машин.
Известно, что в околорезонансных режимах при постоянстве амплитуды вынуждающей силы, с ростом диссипативных свойств механической системы, мощность, необходимая для поддержания колебаний, убывает. Для шагающей машнны,;. совершающей интенсивные периодические колебания на грунте, увеличение диссипативных свойств и, следовательно, логарифмического дехремента, может быть обеспечено различными способами. Среди них простотой и надежностью отличается способ присоединения к корпусу машины емкостей, частично заполненных сыпучими средами. Причем емкость может быть присоединена жестко, и тогда ее следует рассматривать как поглотитель вибраций, или с помощью упругой связи, и тогда она будет являться динамическим гасителем колебаний. Известно, что демпфирующие свойства поглотителей вибраций с сыпучей средой зависят от массы сыпучего материала, степени его заполнения емкости и уровня интенсивности возбуждения, который для горизонтальных гармонических колебаний можно определить из выражения
* = • С 2)
где Г - коэффициент сухого трения между частицами сыпучего материала и поверхностью емкости; £ - ускорение свободного падения; а, о> - соответственно амплитуда и частота колебаний.
Энергетическая эффективность применяемого метода увеличения демпфирования в системе оценивается разностью между уменьшением мощности, затрачиваемой на поддержание колебаний машины на грунте Д7/к0Л , и уве-личнием мощности, затрачиваемой на преодоление сил сопротивления движеНИЮ ДУ/сопр.
ЫУ*ЬЩ„-АИ1„р . (13)
Соответствующие мощности подсчитываютея по формулам
(<7+ДО)2 С1 <14> =1--¿—У----У
со"р гиус.ь гиГскь
Таким образом, если ДW>0, то энергетически присоединение емкости, частично заполненной сыпучей средой, оправдано, в противном случае, если ДW<0, применение этого метода нецелесообразно. Подставляя (14) в (13), можно получить достаточно простой критерий эффективности применяемого метода снижения энергозатрат
2(7 + А(? 1 АС
Относительное снижение энергозатрат можно оценить отношением
5
(15)
.(16)
где - энергозатрат!)!, идущие на преодоление сил сопротивления и поддержание колебаний шагающей машины, не содержащей емкостей, частично заполненных сыпучими средами.
Анализ результатов расчета показывает, что максимальная эффективность предлагаемого метода достигается в окрестности резонансного режима движения. Для сдерживания тенденции к курсовым колебаниям предложен и проанализирован способ присоединения к корпусу машины динамического гасителя колебаний, выполненного в форме упругой.балки'с грузом на свободном конце. В живой природе аналогом такого устройства является хвост у животных.
Приближенная методика определения рациональных параметров динамического гасителя (его массы шг, жесткости упругой связки Сг) может основываться на изучении угловых колебаний корпуса машины, описываемых уравнениями
где 1 - момент инерции машины относительно оси, перпендикулярной плоскости движения и проходящей через ее центр масс; с - жесткость системы грунт - механизм шагания; М0 - амплитуда п гармоники вынуждающих сил, действующих на корпус машины; р - характерный размер машины, определяемый выражением
где Ь, - средние значения координаты стопы j механизма шагания в системе координат, жестко связанной с корпусом машины.
' Для эффективной работы такого динамического гасителя в широком диапазоне скоростей движения машины (диапазоне частот вынуждающих сил) и предотвращения явлений появления дополнительных резонансных состояний в качестве массы динамического гасителя целесообразно также использовать емкость, частично заполненную сыпучей средой. Выбор рациональных параметров гасителя (жесткости сг, степени заполнения емкости сыпучим материалом) осуществляется в зависимости от параметра
|д + ш[(а + 1)2|ф, +т,(а + 1)1ф2 =М0 втоЛ-ср2«?, тг(а + 1)1гр, -1-тг12(р2 = -с,ч>2
(17)"
(18)
]
С точки зрения положительного влияния вибраций на эксплуатационные характеристики движения, в работе предложен и исследован способ увеличения тягово - сцепных свойств. Известен эффект уменьшения эквивалентного коэффициента трения между трущимися телами при наличии вибраций.
влияние дополнительно наложенных нормальных вибраций па увеличение, при определенных условиях, эквивалентного коэффициента сцепления Г,ф :
где / - физический коэффициент сцепления между стопой механизма шагания и грунтом; Ф*а1 - максимальная нормальная сила инерции вибратора; N - нормальная реакция.
Применение этого способа целесообразно в тех случаях, когда при нормальных условиях тягово-сцепные свойства не обеспечивают движения машины или движение происходит с существенным буксованием и повышенными энергозатратами.
Анализ современного состояния исследований динамики многоногих, статически устойчивых шагающих машин и полученные в работе результаты позволяют сформулировать некоторые выводы и определить тенденцию развития теории транспортных и технологических машин с шагающими движителями, предназначенных для решения задач опорной проходимости:
1. Методика эквивалентного замещения реального механизма шагания ортогональным позволяет строить теорию маршевых режимов движения шагающих машин на основе интегральных массово-гсометрнчсских характеристик движения. Под эквивалентными механизмами понимаются механизмы с одинаковыми главными векторами, главными моментами сил инерций, кинетическими энергиями и кинетическими моментами в относительном движении относительно центра масс в любой момент времени и имеющие одинаковые уравнения движения рабочего органа (стопы механизма шагания). Добиться эквивалентности можно лишь приближенно, в среднем за цикл. Так, для изучения поступательного движения машины достаточно определить приведенную к стопе массу механизма шагания и циклограмму его относительного движения.
2. Математическая модель движения машины с базовой кинематической схемой, состоящей из системы сочлененных твердых тел, дискретно взаимодействующих с вязкоупругопластичной средой в сочетании с матричным представлением кинематической схемы трансмиссии и рулевого управления как голономных связей, накладывающих ограничения на перемещения
Для транспортных машин, вообще, и для шагающих, в частности, исследовано
(20)
Основные выводы п рекомендации
машины, позволяет формализовать построение математической модели плоского движения шагающих машин и служит основой их классификации, обобщающей известную классификацию в теории автомобиля - конструктивные решения автомобиля.
3. Особенности динамики шагающего движителя и его дискретного взаимодействия с грунтом приводят к возникновению "быстрых" вибрационных сил, интегрально проявляющихся в дополнительной силе сопротивления движению, вызываемой потерями энергии при колебаниях машины на грунте, и в эффекте дополнительного виброперемещения, зависящего от резонансных свойств машины. Для сохранения преемственности теории движения шагающих машин, теории автомобиля и трактора, эффект внбропере-мещения удобно учитывать зависимостью коэффициента буксования от скорости. Неучет вибрационных сил серьезно искажает реальную динамику, так как в структуре энергозатрат энергозатраты на поддержание колебаний составляют величину, соизмеримую с энергозатратами на преодоление сил сопротивления движению. Основными факторами, влияющими на уровень колебаний машины, являются: неуравновешенность механизмов шагания, циклограмма движения их стоп, походка, скорость машины, упругие свойства грунта.
4. Известное уравнение тягового баланса, составляемое для машин с традиционными типами движителей, может быть использовано и для шагающих машин, если учесть дополнительную силу сопротивления движению и зависимость коэффициента буксования от скорости. Полученное уравнение является основой тягово-динамического расчета, позволяющего осуществлять подбор двигателя, передаточные числа трансмиссии, прогнозировать эксплуатационные показатели машины.
5. Для рассматриваемого класса шагающих машин увеличение скорости движения может не сопровождаться значительным (пропорционально кубу скорости) увеличением мощности двигателя. Быстрый перенос механизма шагания будет обеспечиваться незначительным уменьшением скорости машины, что в определенных эксплуатационных ситуациях допустимо.
6. Исследование поворота шагающих машин должно обязательно основываться на реальных вязкоупругопластичных свойствах грунта и случайном расположении механизмов шагания относительно корпуса перед входом в поворот. Характеристики поворота шагающих машин зависят от кинематической схемы рулевого управления. Наиболее полно преимущества шагающих машин перед машинами с традиционными типами движителей реализуются для кинематически определимых машин. Для этих машин поворот осуществляется с минимальным бухсованием и скольжением опор по грунту и, следовательно, минимальными энергозатратами. Недостатком кинематически определимых машин является необходимость разработки системы, предотвращающей потерю управляемости машиной при отсутствии надежного контакта одного из движителей с грунтом. Такой системой может быть система автоматической блокировки дифференциалов.
7. Курсовое движение шагающих машин, как механических систем со многими стспснлми свободы, принципиально нереализуемо по отношению к задаваемой траектории.' Объясняется это колебаниями машины, вызываемыми дискретным взаимодействием механизмов шагания с грунтом и их переносом в новое положение, сопровождающееся возникновением сил и моментов сил инерции неуравновешенных масс. Основное влияние па колебания в курсовом движении оказывают: походка, скорость движения, упругоднссипативныс свойства грунта и кинематическая схема трансмиссии - рулевого управления.
8. При расчете и проектировании шагающих машин с дифференциальной схемой трансмиссии следует считаться с возможностью проявления эффекта самосинхронизации движения механизмов шагания, зависящего от взаимного расположения спектров собственных частот машииы и вынуждающих сил.
9. Для уменьшения энергозатрат и стабилизации курсового движения следует принимать меры к снижению продольных, поперечных и угловых колебаний корпуса шагающей машины. С этой целью можно использовать ди-намичссхис гасители колебаний и поглотители вибраций с емкостями, частично заполненными сыпучими средами. Разработанная теория таких механических систем позволяет рассчитывать их параметры в зависимости от мае-сово-геометричсских характеристик шагающей машины и условий се движения.
10. Для осуществления тягово-динамнческого расчета достаточна, как и для машин с традиционными типами движителей, математическая модель поступательного движения корпуса и движителей как системы твердых тел. Для изучения поворота и курсовой устойчивости движения достаточна, как и для машин с традиционными типами движителей, математическая модель плоского движения корпуса и движителей как системы твердых тел.
11. Разработанные основы теории маршевых режимов движения шагающих машин позволяют целенаправленно вести проектирование таких реальных машин, как, например, дождевальные, с шагающими движителями.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Брискин Е.С. О демпфировании колебаний механических систем полостями, частично заполненными сыпучинми средами // Прикладная механика,-Т. 17,-№2,- 1981.-С.110-115.
2. Скребцов А.И., Брискин Е.С., Карабань В.Г. К обобщенной мрдели плоских импульсаторов в бесступенчатых передачах // Механика машин.- Вып. •W.-M.: Наука, 1980.-С. 134-138.
3. Брискин Е.С. Амплитудно-частотные характеристики механических систем с ёмкостями, частично заполненными сыпучими средами II Известия вузов. Машиностроение.- 1986.-Mii5.-C.38-42.'
4. Брискин Е.С. Особенности колебаний механических систем с емкостями, частично заполненными сыпучими средами, возбуждаемых неидеальными источниками энергии II Известия АН СССР. Механика твердого тела.
1987.- №4,- С.61 -66.
5. Брискии Е.С., Григорян Г.Г., Рогаткин В.А. Динамика маршеаых режимов движения многоногих шагающих роботов // В кн. Всесоюзное совещание по робототехннческим системам. Киев, 1987.- Т.2.-С.237-238.
6. Григорян Г.Г., Брискин Е.С. О кинематическом повороте шагающих транспортных средств // Теория механизмов и машин.- Вып. 45, Харьков,
1988.-С. 75-79.
7. Брискин Е.С. О математическом моделировании динамики движителя шагающей машины в маршевых режимах эксплуатации II В кн. Совершенствование средств и методов расчета изделий машиностроения: Межреспубликанская научно-техническая конференция. -Волгоград, 1988.- С. 69-71.
8. Брискин Е.С., Григорян Г.Г., Рогаткин В.А. О Динамике движения кинематически определимых шагающих роботов //Труды V Всесоюзного совещания по робототехннческим системам.- Москва, 1990.- С.311.
9. Брискин Е.С. Основные задачи динамики шагающих машин // Механика и управление движением шагающих машин.'№ 1.- Волгоград, 1990,-C.9-I3.
10. Брискин Е.С., Соболев В.М. Тяговая динамика шагающих машин с ортогональными движителями. // Проблемы машиностроения н надежности машин, 1990.- Ш.- С. 28-34.
11. Арзамасков A.M., Брискин Е.С., Григорян Г.Г., Соболев В.М. О теории и расчете шагающих транспортных и технологических машин опорной проходимости //Аннотации докладов. VII Всесоюзный съезд по теоретической и прикладной механике.- Москва, 1991.- С.20.
12. Брискин Е.С. Особенности тягового расчета шагающих транспортных и технологических машин опорной проходимости. // 2 Всероссийская-конференция по механнке и управлению движением шагающих машин.- Волгоград, 1991-С-.8.
13. Брискин Е.С., Арзамасков A.M., Котова Ю.А., Русаховский А.Е. Динамика движения шагающих машин с движителями дифференциального типа // 2 Всероссийская конференция по механике и управлению движением шагающих машин,- Волгоград, 1992.- С.9.
14. Брискин Е.С., Григорян Г.Г. О повороте шагающих машин грунтовой проходимости на упругоЕязкопластичном грунте. // 2 Всероссийская конференция по механнке и управлению движением шагающих машин: Тезисы докладов.-Волгоград, 1992.-С.9-10.
15. Брискин Е.С., Русаковский А.Е. О влиянии нормальных вибраций на тяговосцепные свойства шагающих машин // Известия вузов. Машиностроение.- 1992.- № 9.- С. 116-120.
16. Брискин Е.С., Григорян Г.Г., Соболев В.М. Динамика кинематического поворота шагающей машины.- Волгоград, 1989.-12 е.- Деп. в ЦНИИТ-ЭИтракторсельхозмаш 09.08.89, № 1208-тс89.
17. Брискин Е.С., Арзамасков A.M. Особенности динамики шагающей машины с кинематически связанными дифференциалом механизмами шагания.-Волгоград, 1993.- 10 е.-Деп. В ЦНИИТЭИ Тракторсещ>хозмаш 14.09.93,
Ns 1553-TC93.
18. Брискин E.C., Арзамасков A.M. Об энергетических характеристиках движителей, состоящих из двух, кинематически связанных дифференциалом, механизмов шагания.- Волгоград, 1993.- б е.-Деп. в ЦНИИ'ГЭИтрактор-сельхозмаш 14.09.93, № 11, №1553-тс 93.
19. Брискин Е.С., Арзамасков A.M. Об автоматизированном синтезе динамической модели шагающего робота опорной проходимости.- Волгоград, 1993,- 15 е.- Деп в ЦНИИТЭИтракторсельхозмаш 10.11.93,-№4, № 1555-тс93.
20. Брискин Е.С., Арзамасков A.M., Григорян Г.Г. Основы расчета шагающих машин высокой опорной проходимости: Учебное пособие / Волгоград, гос. техн. ун.-Волгоград, 1994.- 114 с.
2!. Брискин Е.С. Динамика движения многоногих статически устойчивых шагающих машин опорной проходимости // III Всероссийская конференция по механике и управлению движением шагающих машин: Тезисы докладов.-Волгоград, 1995.-С.4.
22. Брискин Е.С. и др. Дождевальная машина "Кубань" с шагающими движителями // III Всероссийская конференция по механике и управлению движением шагающих машин: Тезисы докладов,- Волгоград, 1995,- С.5.
23. Брискин Е.С. Влияние демпфирования на снижение энергозатрат при движении шагающих машин // Механика и управление движением шагающих машин. №2.- Волгоград, 1995.- С.3-8,
24. Брискин Е.С., Динамика стационарного режима движения вибрационных шагающих транспортных машин И Механика и управление движением шагающих машин. №2.- Волгоград, 1995.- С.9-18.
25. Брискин Е.С., Арзамасков A.M. О синхронизации движения движителей шагающих машин // Механика и управление движением шагающих машин. ]"й2.- Волгоград, 1995.- С. 19-26.
26. Брискин Е.С.. Русаковский А.Е. О сравнительной эффективности шагающего и колесного движителей транспортных и технологических машин // Механика и управление движением шагающих машин. №2.- Волгоград, 1995,- С.27-34.
27. А. с. 1365569 СССР, МКИг В 62Д57/02. Механизм горизонтального перемещения шагающего движителя I Жога В.В., Брискин Е.С., Умнов Н.В., и др.
28. А. с. 1633690 СССР, МКИ- В 62 Д 57/02. Устройство для поворота шагающего транспортного средства I Бондаренко И.О., Брискин Е.С., Рогат-кин В .А.
29. А. с. 1501446 СССР, МКИ2 В 62 Д 57/02. Шагающая машина / Бондаренко И.О., Брискин Е.С., Жога В.В., Рогаткин В.А.
30. Патент РФ 2003565 СССР, CI В 62 Д 57/032. Шагающее транспортное средство / Соболев В.М., Брискин Е.С.,Григорян Г.Г., Жога В.В., Попов А.Н., Прицкер В.Д., Русаковский А.Е.
