Влияние изменения сопротивления дросселей на демпфирующие свойства гидромеханических амортизаторов транспортных средств тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ
|
Радин, Сергей Юрьевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата технических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Орел
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2009
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.02.06
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
Радин Сергей Юрьевич
Влияние изменения сопротивления дросселей на демпфирующие свойства гидромеханических амортизаторов транспортных средств
01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин
003483557
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Орел, 2009
003488557
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет» и ГОУ ВПО «Елецкий государственный университет им. И. А. Бунина»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор Савин Л. А.
Научный консультант:
кандидат технических наук, профессор Сливинский Е.В.
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Антипов В.А. доктор технических наук, профессор Учаев П.Н.
Ведущая организация:
ГОУ ВПО «Брянский государственный технический университет»
Защита состоится «24» декабря 2009 г. в 12 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.182.03 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, г. Орел, Наугорское шоссе, 29
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет».
Автореферат разослан «23» ноября 2009 г.
Автореферат размещен на официальном сайте ГОУ ВПО «Орловски" государственный технический университет» www.ostu.ru
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент
Борзенков М.И.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Рост скоростей движения, потребность в повышении надежности и комфортности транспортных средств требуют дальнейшего совершенствования элементной базы. В значительной степени это относится к устройствам системы подвески, в частности, гасителям колебаний.
В настоящее время в подвеске транспортных средств наибольшее распространение получили нерегулируемые гидравлические амортизаторы. Принцип действия их заключается в последовательном перемещении вязкой жидкости поршнем через дроссельные каналы с большим гидравлическим сопротивлением, в результате чего происходит диссипация механической энергии с последующим её рассеиванием в окружающую среду. Несмотря на свою эффективность, такие гасители обладают рядом недостатков, наиболее существенные из которых являются сложность конструкции, обусловленную наличием клапанных устройств, а также невозможность в автоматическом режиме изменять параметры демпфирования в зависимости от режима работы. Весьма перспективным является применение гасителей колебаний с переменным уровнем демпфирования, что особенно актуально для элементов подвески автомобилей, локомотивов и вагонов. В рамках выполнения данной работы был предложен ряд технических решений гидромеханических демпферов поршневого типа, в которых обеспечивается переменный уровень диссипации энергии колебаний в результате изменения поперечного сечения дросселей вследствие угловых перемещений штоков, связанных с элементами составного поршня. Речь идет о разработке принципиально новых устройств адаптивного типа, в которых может быть реализована заданная функция изменения коэффициента демпфирования.
Можно констатировать отсутствие теоретических и экспериментальных исследований в этой области, что во многом определяет актуальность данной работы. Приоритетность исследований в данной области подтверждается соответствием её содержания проблемным темам Плана НИР и ОКР ОАО «РЖД» на 2006г. (раздел 6 - «Программа скоростного и высокоскоростного движения», раздел 7 - «Программа локомотивного хозяйства» и раздел 8 - «Программа вагонного хозяйства»), а также договорами о творческом содружестве на период 2005-2010 г.г. ЕГУ им И.А. Бунина с Управлением ЮВЖД филиала ОАО «РЖД» на тему «Разработка рекомендаций по повышению качества эксплуатационной работы, а также надёжности и экономичности использования подвижного состава в грузовом и пассажирском движении на Юго-Восточной железной дороге» и Елецким отделением ЮВЖД на тему «Разработка практических рекомендаций по повышению надёжности, технико-экономических и эксплуатационных показателей подвижного состава и другого стандартного и нестандартного оборудования используемого на предприятиях Елецкого отделения ЮВЖД».
Цель работы заключается в выявлении закономерностей работы нового типа демпфирующего устройства, в котором диссипация энергии колебаний происходит за счёт комбинации гидравлических эффектов и упругих угловых перемещений штоков; разработке инструментария проектирования, включающего
Р\
математическую и программную модели, а также методику расчета гидромеханических гасителей колебаний с переменным демпфированием.
Достижение дели предполагало решение следующих задач:
1. Проведение сравнительного анализа существующих демпфирующих устройств транспортных средств и обоснование необходимости использования разработанных на уровне изобретений перспективных технических решений.
2. Разработка обобщенной математической модели и программы расчета характеристик гидромеханического демпфера с составным поршнем, снабжённым «Г»-образной формы каналами и упругими аксиально расположенными штоками.
3. Выполнение комплекса теоретических и экспериментальных исследований по оценке влияния изменения гидравлического сопротивления дросселей вследствие угловых перемещений штоков и турбулентных течений рабочей жидкости на диссипативные свойства гидромеханического демпфера.
4. Согласование динамических качеств разработанных гидромеханических демпферов транспортных средств с установленными значениями величин вертикальных и горизонтальных ускорений кузова и показателя плавности хода. Сравнение указанных параметров с нормативными значениями, используемыми в международной практике локомотиво-, вагоно- и автомобилестроения;
5. Обобщение и дополнение конструкторско-технологических и эксплуатационных принципов обеспечения работоспособности и надёжности деталей и узлов гидромеханических демпферов поршневого типа в условиях широкого варьирования амплитудно-частотного спектра воспринимаемых колебаний от динамического воздействия со стороны неподрессоренных масс транспортных средств;
6. Разработка методики практического расчёта перспективных саморегулируемых гасителей колебаний применительно к соответствующим типам железнодорожного и автомобильного транспорта.
7. Проведение систематизации демпфирующих устройств с учетом появления нового класса гидромеханических демпферов поршневого типа с изменяемы уровнем диссипации энергии колебаний.
Объектом исследования служит новый тип демпфера поршневого типа, котором диссипация энергии колебаний происходит за счёт комбинаци гидравлических эффектов и упругих угловых перемещений штоков
Предметом исследования являются динамические и гидромеханически процессы в демпфирующем устройстве, а также закономерности работы демпфера составе подвески транспортных средств.
Научная новизна диссертационной работы заключается в выявлени закономерностей функционирования и разработке инструментария проектирования включающего математическую и программные модели, нового тип гидромеханического амортизатора транспортных средств, в котором рассеяни энергии колебаний имеет переменный характер в результате изменен! гидравлических сопротивлений при угловых перемещениях стержневых элементов
Научные положения, выносимые на защиту:
По специальности 01.02.06—Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры:
1. Разработана математическая модель гидромеханического амортизатора, в котором диссипация энергии колебаний имеет переменный характер и происходит за счёт комбинации гидравлических эффектов в каналах с изменяемым гидравлическим сопротивлением и угловых перемещений штоков, основанная на совместном решении уравнений теории колебаний, гидромеханики и теории упругости, позволяющая определить коэффициенты демпфирования, а также установить силовое нагружение элементов конструкций гасителей колебаний.
2. На основании формулы Блазиуса получено расчётное соотношение для определения коэффициента демпфирования гидромеханического амортизатора поршневого типа с переменным уровнем диссипации энергии колебаний, отличающееся возможностью учета влияния турбулентности течения потока жидкости в дроссельном канале, гидравлических потерь местных сопротивлений, а также изменения поперечного сечения канала.
3. Получены закономерности влияния геометрических, упругих, силовых и термодинамических характеристик, а именно, диаметров дросселей и поршня, жесткости штоков, вязкости рабочей жидкости, гидравлических сопротивлений, факторов силового и кинематического возбуждения на динамические свойства гидромеханических амортизаторов транспортных средств.
По специальности 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин.
4. Предложена расширенная классификация демпфирующих устройств, отличающаяся присутствием нового класса гидромеханических демпферов поршневого типа с изменяемым уровнем диссипации энергии колебаний, основанная на комплексе новых технических решений, в которых переменные демпфирующие свойства обеспечиваются изменением гидравлических сопротивлений в результате упругих угловых смещений штоков под действием гидродинамических сил.
5. Разработана методика и программа расчета гидромеханических амортизаторов поршневого типа с переменным уровнем демпфирования, позволяющая определить рациональные геометрические и рабочие параметры, удовлетворяющие требуемым характеристикам транспортных средств.
Методы исследования. Теоретические зависимости, используемые в математической модели гидромеханического демпфера, базируются на фундаментальных законах, определяющих физические процессы сохранения, превращения и взаимосвязи.
При выполнении работы использован метод системного анализа, математического моделирования и взаимного влияния кинематических и динамических параметров гидромеханического демпфера, численные методы, в том числе аппарат дифференциальных и алгебраических уравнений с применением традиционных способов их решения на базе разработанных алгоритмов, компьютерной программы и базы данных.
Достоверность результатов обеспечена корректностью постановки задач исследования, обоснованностью используемых теоретических построений, принятых допущений, применением апробированных аналитических и численных методов анализа, а также подтверждена качественным и количественным согласованием полученных результатов с собственными аналитическими и экспериментальными данными, в том числе полученными другими исследователями, и возможным внедрением в практику структурами ОАО «РЖД» и промышленными предприятиями автомобилестроения.
Практическая ценность работы
1. Проведённая общая оценка известных мировой практике гидравлических демпферов и обоснование конструктивных особенностей предложенных технических решений, способных в автоматическом режиме регулировать силы сопротивления при прямом и обратном ходе поршня позволяют выполнить:
- качественное ознакомление с результатами систематизации известных технических решений в области повышения плавности хода рельсовых и безрельсовых транспортных средств, примерами их конструктивного исполнения и рациональный выбор конструктивной схемы разрабатываемого гидравлического гасителя колебаний с соответствующим упрощением конструкции, снижением финансовых и временных затрат на его проектирование, доводку выходных параметров и эксплуатацию;
установление конструкционных недостатков существующих гидравлических демпфирующих устройств, препятствующих ограничению амплитуд основных видов вынужденных колебаний, вызывающих перемещения кузовов экипажей и с использованием предложений, представленных патентных разработок повысить плавность хода их с более низким порогом динамического нагружения конструкционных элементов подобного класса машин.
2. Систематизированы в единый комплекс:
методика оценки нагруженности штоков демпфера, имеющих сплошное круглое и полое кольцевое сечения, а также деталей сопряжения их с половинами поршня; аналитические соотношения для оценки динамических нагрузок, воздействующих на систему «колесо - демпфер - кузов» для их сопоставления с ожидаемыми при варьировании конструктивными характеристиками гидромеханического демпфера; научно обоснованные рекомендации по расширению воспринимаемых частот колебаний экипажа гидромеханическим демпфером при движении транспортных средств со скоростями более 150 км/ч, исключая резонансные явления в системе «колесо - демпфер - кузов»;наборы расчётных соотношений, необходимых для оценки кинематических и геометрических параметров гидромеханических демпферов, предназначенных дл различных моделей подвижного состава.
Указанный комплекс обеспечивает несущую и качественную способност гидромеханического демпфера за счёт распределения сил сопротивления межд перемещаемой поршнем вязкой рабочей жидкостью и упругими угловым
деформациями сплошного и полого штоков с соответствующим рассеиванием энергии в окружающую среду.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены и используются службами ЮВЖД при разработке конструкторской документации при создании новых поколений локомотивов и вагонов, (акт внедрения прилагается).
В настоящее время проводится НИР совместно с Институтом транспортной техники и организации производства Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ), тематика которой направлена на совершенствование конструкций рессорного подвешивания рельсовых транспортных средств, промежуточные результаты исследования в виде экспресс-отчетов депонированы во ВИНИТИ 2008-2009 г.г.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических и научно-практических конференциях различного уровня: Ежегодная научно-практическая конференция преподавателей, докторантов, аспирантов, студентов. (Елец 2003г.); Школа молодых учёных области. «Актуальные проблемы технических наук и их преподавание» (Липецк, 2005); Первая межрегиональная конференция Липецкого регионального отделения Российского союза молодых учёных. «Молодёжь в науке: проблемы и перспективы» (Липецк, 2006); 2-я Всероссийская научно техническая конференция «Состояние и перспективы развития сервиса» (Самара, 2006); 3-й международный симпозиум «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии» (Орел, 2006); Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: модели, методы, решения. Основы проектирования и Детали машин - 21 век» (Орёл, 2007); Липецкий областной профильный семинар «Школа молодых ученых» по проблемам технических наук (Липецк, 2008); Областная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы технических наук» (Липецк, 2009).
Работа была заслушана, одобрена и рекомендована к защите на заседании кафедры теоретической механики и мехатроники Курского государственного технического университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных трудов., включая 6 статей в научных сборниках и журналах и 7 патентов РФ на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Рукопись имеет 154 страницы текста, включая 52 рисунка и 3 таблицы. Библиография включает 122 наименования.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, описаны объект и предмет исследования, сформулированы цели и задачи, показаны научная новизна и практическая ценность работы, приведена структура диссертационного исследования.
В первой главе проведен анализ конструкций демпфирующих устройств, используемых в рессорном подвешивании рельсовых и безрельсовых транспортных
средств как отечественного, так и зарубежного производства. Рассмотрен принцип действия и способы установки наиболее распространённых и эффективных в настоящее время гидравлических двухтрубных демпферов, указаны их основные характеристики, а также методы диагностирования их работоспособности. Выявлены преимущества и недостатки тех или иных технических решений. Приведена классификация демпферов и направлений исследования в зависимости от принципов действия и конструктивных особенностей. Выполнен обзор работ по исследованию колебаний и силового нагружения рессорного подвешивания подвижного состава таких авторов как Дербаремдикера А.Д., Гайон М., Пархиловского И.Г., Певзнера Я.М., Сафонова И.А., Прутчикова O.K., Доронина И.С., Антипова В.А., Осиновского Л.Л., Челнокова И.И., и др. и патентных источников, посвященных конструкциям гидравлических гасителей колебаний.
Анализ существующих конструкций гидравлических демпферов и патентных источников позволил на уровне изобретения разработать гидромеханический демпфер поршневого типа (RU223024I), принципиальная схема которого представлена на рисунке 1.
Гидромеханический демпфер работает следующим образом. Рабочая жидкость, протекая по каналам, на выходе взаимодействует с радиальными ребрами. Такое взаимодействие связано с образованием крутящего момента на штоке и приводит к его упругому закручиванию. За счет углового поворота одной из частей поршня, жестко закрепленной на одном из штоков, относительно другой каналы сместятся друг относительно друга и окажутся частично перекрытыми, так как они будут располагаться за радиальной кромкой углублений дугообразной формы, сопряженных с вышеупомянутыми каналами. Такое взаимное положение каналов способствует возникновению дополнительных сил сопротивления. Таким образом, чем выше приложенная динамическая нагрузка, тем больше будет угол поворота штока, а, следовательно, и частей поршня друг относительно друга, что приведет к более полному перекрытию каналов и повышению диссипативных свойств демпфера.
Д
Рисунок 1 - Гидромеханический демпфер с составным поршнем и аксиально расположенными штоками (1Ш2230241)
Рассмотрены перспективные направления совершенствования элементной базы транспортных средств, в частности, создание демпфирующих устройств, основанных на комбинации различных физических процессов, что может обеспечить радикальное повышение динамических качеств. На основе проведенного анализа состояния проблемы сформулированы цель и задачи исследования.
Вторая глава посвящена разработке математической модели и исследованию динамических процессов в гидромеханическом демпфере с составным поршнем, снабжённым «Г»-образной формы каналами и упругими аксиально расположенными штоками (RU2230241). Для исследования динамических процессов в гидромеханическом демпфере была использована упруго-вязкая модель Фойхта-Кельвина (рисунок 2).
При составлении математической модели были приняты следующие допущения:
1. Не учитываются изгибные колебания штоков и других деталей гидравлического демпфера.
2. Коэффициент трения сопрягаемых поверхностей принимается постоянным.
3. Закон возбуждения вследствие неровности микро- и макропрофиля условного дорожного полотна изменяется во времени по гармоническому закону.
4. Не учитывается гироскопический эффект вращающейся массы колеса, а также сопротивление воздуха при её поступательном движении.
5. Процессы, протекающие в гидромеханическом демпфере, считаем изотермическими с учетом заданных коэффициентов вязкости рабочего тела.
Движение демпфируемой массы рассматривается относительно системы координат ХОУ, расположенной на уровне дорожного полотна и движущейся вдоль нее с постоянной скоростью. Для учета движения поршня и штоков относительно системы отсчета при продольных колебаниях применена обратная форма задания координат, а при крутильных прямая. Векторы сил сухого трения в поступательной кинематической паре поршень - рабочий цилиндр направлялись в обратную сторону относительно системы координат.
При формировании математической модели были использованы уравнения динамики, теории упругости и гидромеханики. В качестве базового расчетного соотношения было принято уравнение движения сосредоточенной массы т0, которое для случаев силового, кинематического и смешанного возбуждения имеет вид:
m0z + а (t)z + cz = F0 sin coí\
m0z + a{t)z + cz = e-^-sin (ot + a(t) — acosat; O
/ ч • „ . h . ,. h
maz + a{t)z + cz = F0sinü)/ + c—sin<w/ + a(í)—&>cos<w/ >
F«F.Suiwt
Рисунок 2 - Схема динамической модели
где т0 - подрессоренная масса; с - жёсткость упругого элемента подвески;
a(t) - переменный коэффициент демпфирования; F— динамическая нагрузка; z - перемещение по вертикальной оси; h - высота неровности пути; со - частота колебаний кузова.
Коэффициент демпфирования a(t) зависит от гидравлических сопротивлений в канале, вязкости жидкости, турбулентности потока и может быть определен по формуле:
128-yL-K-l-S1-^
а (?) = •
n-d4
(2)
где у. - коэффициент динамической вязкости; / = /„ + /,,- суммарная длина канала дросселя, включающая дайны вертикальных и горизонтальных участков; Я - приведенная площадь поршня; с/ - эквивалентный диаметр канала;
- коэффициент гидравлических потерь в дроссельном канале, учитывающий потери на входе, в колене и по длине тракта; К - обобщенный коэффициент, учитывающий влияние турбулентности потока и местных сопротивлений на пропускную способность жиклера с острыми входными кромками:
■ ReV 1.5Re-^
~ kRe* J + M l '
(3)
где Яе* - критическое значение числа Рейнольдса; Яе - число Рейнольдса определяется по зависимости:
Яе = Уср-с1/у, (4)
где V - кинематическая вязкость среды; Уср - средняя скорость течения:
(5)
ср
V
* «-Л"
где У„ - поступательная скорость поршня; п - число дросселей; /к - площадь одного дросселя;
Эквивалентный диаметр канала определяется из условия изменения площади поперечного сечения при угловых перемещениях штоков (рисунок 3):
(6)
^vr-'2-
П Г -2-arccos Л-sin — \/г -г-Л-sin — 360° ^ [2J ) U
где г - радиус дроссельного канала; Я - радиус расположения дроссельных каналов.
Рисунок 3 - Перекрытие каналов при угловых перемещениях штока
для сплошного штока круглого сечения: т _ , (7)
.2 Г> V
Угловые перемещения штоков, обусловленные крутящим моментом, возникающим при взаимодействии струи рабочей жидкости с ребром Д (рисунок 1) составного поршня, определятся:
для полого штока с кольцевым сечением: _ ^-180° ;
" 0,04яGDJ
32-74 80°
tt'D^G
где D„ - наружный диаметр полого штока; Dc - диаметр сплошного штока;
G - модуль упругости второго рода; Т - крутящий момент, возникающий на штоках демпфера, который определяется:
T = nFlR, (8)
где п - число дроссельных каналов; F; - усилие, создаваемое потоком рабочей жидкости на ребро Д поршня:
г yfrKP-™ (9)
1 - У '
A-g
где: у - объемный вес рабочей жидкости; f0— сжатое сечение рабочей жидкости; w— мгновенный расход рабочей жидкости.
Мгновенный расход рабочей жидкости в дроссельном канале поршня определим по зависимости:
w = /V/n/2-AР>Р> (10)
где: - коэффициент истечения рабочей жидкости, зависящий от её вязкости, перепада давления на канале и его формы и размеров.
Предварительно установив режим движения рабочей жидкости, и сравнив его с критическим значением ЯфР), определим перепад давлений рабочей жидкости по формуле:
(11)
где Хтр - коэффициент, учитывающий сопротивление тока рабочей жидкости на прямом участке канала поршня; а, - коэффициент Кориолиса.
Итак, неизвестными в данной системе уравнений являются перемещение по вертикальной оси z, коэффициент демпфирования a(t), эквивалентный диаметр d, перемещения штоков <р, крутящий момент Т, усилие F/, мгновенный расход w, перепад давлений Ар.
Одна из задач проведенных исследований заключалась в определении влияния крутильных колебаний штоков на изменение площади поперечного сечения. В этом случае расчет угловых перемещений штоков (рисунок 4) может быть основан на решении уравнения крутильных колебаний, которые при Jp=const будут иметь вид:
2 дг<рп _ д2<рп 2 дг<рс ъг(рс
ьп г - -.л ' -2 _ '
ЗУп 8t
Зу,
dtz
где Сп и Сс штоков гасителя.
- крутильные жесткости соответственно полого и сплошного
Рисунок 4 - Расчетная схема для исследования крутильных колебаний штоков
Совместное решение системы расчетных соотношений было численно реализовано. С использованием разработанной программы был проведен комплекс вычислительных экспериментов, в результате которого были получены развертки колебаний при различных геометрических параметрах системы и видах возбуждения.
В этой же главе охарактеризована методика и программа расчета рациональных параметров, при которых выполняются условия эффективности виброзащиты в заданном частотном диапазоне внешних воздействий. Представлены результаты вычислительного эксперимента по моделированию работы системы «колесо - демпфер - кузов» в виде графиков и зависимостей переменного коэффициента демпфирования a(t) (рисунки 5, 6 и 7), базирующегося на использовании обобщенной математической модели гидромеханического демпфера поршневого типа и осуществленного с помощью пакета прикладных программ MathCad, а также алгоритм расчёта параметров гидромеханического демпфера.
а/1)
! » 1
.......;..........:......::................гi !
• : : г Л ; У/s / г i -
Рисунок 5 - Графики перемещения, скорости и ускорения подрессоренной массы
Рисунок 6 - Зависимость коэффициента демпфирования a(t) от угла поворота штока ср
Рисунок 7 - Зависимости коэффициента демпфирования a(t) от обобщенного коэффициента К, учитывающего влияние турбулентности потока и поступательной скорости поршня V.
В третьей главе описана методика экспериментальных исследований разработанного гидромеханического демпфера поршневого типа на спроектированном стенде с использованием поперечно-строгального станка модели 7АЗЗ Оренбургского станкостроительного завода (рисунок 8).
В результате проведенных исследований получены осциллограммы, которые были обработаны с использованием метода математической статистики и установлены среднестатистические характеристик исследуемых параметров, численные значения которых представлены в таблице.
Проведенные экспериментальные исследования элементной базы сравниваемых серийных и гидромеханических демпферов по указанной в работе методике позволили установить силовое нагружение мест крепления их к базовым элементам рессорного подвешивания и кузовов транспортных средств, а также крутящих моментов, возникающих на штоках демпферов, выполненных по патенту 1Ш2230241. Результаты сведены в таблицу 1. Проанализированы сопоставленные данные теоретических и лабораторных исследований.
Таблица 1
Результаты экспериментальных исследований конструктивных и энергетических параметров амортизаторов транспортных средств типа МКЗ и КВЗ
Транспортное средство Серийная конструкция гасителя Перспективная конструкция гасителя
Ни, см2 см' Ри,Н «иа.Ж, Дж/кгс 4>л Гц, сма ь, см» Ри,Н ещд'Ю"1, Д»'кгс 4>л Нм
1. УАЗ-451М отдача сжатие 8,0 8,5 0,016 0,019 1200 300 800 1200 375 369 11,6 11,6 0,24 0,24 1350 460 850 850 396 380 16 х 9 19,2x16
2. ЗИЛ-131В отдача сжатие 10,0 12,0 0,048 0,06 7505 2003 3000 4000 208 200 14,8 14,8 0,26 0,26 6950 2200 3100 4840 260 260 20 х 15 16x9
3. Пассажирский вагон 24,6 м отдача сжатие 50,0 54,0 0,065 0,07 16000 4500 12500 14200 1450 1400 50,0 50,0 0,49 0,49 17000 3750 13010 14600 1375 1375 46 х 36 34,2x29
В четвертой главе предложен ряд технических решений конструкций гидромеханических демпферов, реализующих принцип угловой деформации штоков (рисунок 9), рассмотрены критерии их работоспособности. На основе представленных разработок дополнена и приведена расширенная классификация демпфирующих устройств (рисунок 10).
Методика и рекомендации по проектированию гидромеханических демпферов поршневого типа выработаны на основании результатов проведенных исследований и включают в себя подходы по предварительному выбору основных кинематических и геометрических их параметров, определение предельных значений жесткости, согласование параметров и условий работы транспортного средства с параметрами демпфера, расчет элементов на прочность и жесткость, определение гидравлических сопротивлений каналов, расчет числа дроссельных каналов и т.д.
Рисунок 10 - Расширенная классификация демпфирующих устройств
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенных исследований решена научно-техническая задача по разработке методов расчета и принципов проектирования гидромеханических гасителей колебаний, устанавливаемых в подвесках транспортных средств, и установлена конкретная область их использования на современных транспортных машинах. Такое направление позволило получить следующие научные результаты:
1. Разработана обобщенная математическая модель гидромеханического демпфера с составным поршнем, снабжённым «Г»-образной формы каналами и упругими аксиально расположенными штоками, позволяющими обеспечивать требуемый уровень диссипации.
2. Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по оценке влияния изменения гидравлического сопротивления дросселей вследствие угловых перемещений штоков на диссипативные свойства гидромеханического демпфера.
3. Предложены и обоснованы способы регулирования и управления переходными процессами при рассеивании механической энергии упругими штоками, осуществляемыми в автоматических режимах их нагружения.
4. Разработаны расчетные схемы по изучению силового нагружения и колебаний предложенной перспективной конструкции гидромеханического
демпфера и методики, позволяющие на современных подходах создания математических моделей провести аналитические исследования с обоснованием рациональных геометрических и кинематических параметров. Результаты расчетов показали, что эффективность демпфирования колебаний транспортных машин достигается за счет комплекса действующих сил сопротивления, возникающих в процессе поступательного движения поршня и угловых поворотов упругих штоков сплошного и полого сечений, способствующих созданию механических и гидравлических составляющих сил сопротивления их движению.
5. На основании проведенных аналитических исследований с целью упрощения расчетов вышеуказанных параметров демпферов для различного типа транспортных машин, а также анализа полученных результатов на первом этапе проектирования гасителей, разработан алгоритм для ЭВМ, созданный на базе пакета прикладных программ «МаЛСАБ».
6. Разработаны макетные образцы предложенных гидромеханических гасителей колебаний применительно к моделям отечественных автомобилей УАЗ 451М, ЗИЛ-1Э1В и пассажирскому цельнометаллическому купированному вагону длиной 24,6 м и проведена серия сравнительных их испытаний в стендовых условиях с существующими конструкциями гасителей, широко используемых в практике.
7. Анализ проведенных аналитических и экспериментальных исследований показал удовлетворительную сходимость полученных результатов. Причем % ошибки в среднем составляет (15-18%)
8. Расчетно-экспериментальные исследования позволили подтвердить корректность полученных результатов, сформулированной математической модели и, в частности установить, что последняя в достаточной степени отвечает реальным конструкциям демпферов, устанавливаемых в рессорное подвешивание различных транспортных машин, и позволяет дать оценку таким техническим решениям при синтезе основных конструкционных их элементов, как на стадии проектирования, так и конструирования.
9. Полученные результаты исследования процессов, протекающих в структуре взаимодействия деталей демпфирующего устройства, позволяют разрабатывать подобные конструкции не только для рельсовых и безрельсовых транспортных средств, но и для других устройств, используемых, например, в летательных аппаратах, а также в различном промышленном стандартном и нестандартном оборудовании. Это дает возможность проектировать узлы и агрегаты различных технических средств, использующих гидромеханические гасители колебаний с заранее заданными функциональными свойствами.
10. Разработан комплекс научно-обоснованных, взаимосвязанных рекомендаций и принципов проектирования гидравлических гасителей колебаний с выдачей практических рекомендаций, которые переданы службе технической политики управления ЮВЖД ОАО «РЖД» с целью возможности создания опытных конструкций предложенных гасителей для современного железнодорожного подвижного состава и ВСНТ, а также испытания их в стендовых и
эксплуатационных условиях. Акт передачи результатов исследований передан заказчику совместно с экспресс отчетом по данной тематике.
11. Предложена расширенная классификация демпфирующих устройств, отличающаяся присутствием нового класса демпферов поршневого типа с переменными свойствами.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ НАУЧНЫХ ТРУДАХ АВТОРА:
1. Зайцев A.A., Радин С.Ю., Сливинский Е.В. Перспективный амортизатор для АТС // Автомобильная промышленность. Машиностроение. - 2007, №9-с. 26-28
2. Зайцев A.A., Радин С.Ю., Сливинский Е.В. Перспективная конструкция гидравлического гасителя // Локомотив. Транспорт. - 2007, №10- с. 36-37
3. Радин С.Ю., Савин JI.A., Сливинский Е.В. Исследование силового нагружения конструкционных элементов перспективных гасителей колебаний // Известия ОрёлГТУ. - Орел, 2008, - с. 36-46
4. Игнатьев М. А., Радин С.Ю., Сливинский Е.В. К снижению трудоемкости сервисного обслуживания высокоскоростного железнодорожного подвижного состава за счет модернизации его рессорного подвешивания и тормозного оборудования. // Состояние и перспективы развития сервиса: образование, управление технологии: Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции. - Самара: СГПУ, 2004 - с. 42-44
5. Радин С.Ю. К вопросу модернизации гидравлических гасителей колебаний рельсовых транспортных средств. // Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы III международного научного симпозиума.- Орел: ОрелГТУ, 2006 - с. 501-503
6. Радин С.Ю., Сливинский Е.В. Гидравлический гаситель колебаний для магистральных локомотивов // Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: материалы международной научно-технической конференции - Орёл: Орёл ГТУ, 2007 - с.213-215
7. Патент РФ №2230241. Гидравлический демпфер/ Сливинский Е.В., Радин С.Ю.-Опубл. 10.06.04
8. Патент РФ №2234013. Гидравлический демпфер/ Сливинский Е.В., Радин С.Ю., Игнатьев М.А.- Опубл. 10.08.04
9. Патент РФ №2324087. Гидравлический демпфер/ Сливинский Е.В., Савин Л.А., Радин С.Ю., Зайцев A.A.-Опубл. 10.05.08
10. Патент РФ №2324088. Гидравлический гаситель колебаний/ Сливинский Е.В., Савин Л.А., Радин С.Ю., Зайцев A.A.- Опубл. 10.05.08
11. Патент РФ №2324089. Гидравлический демпфер/ Сливинский Е.В., Савин Л.А., Радин С.Ю., Зайцев A.A.-Опубл. 10.05.08
12. Патент РФ №2324086. Демпфер/ Сливинский Е.В., Савин Л.А., Радин С.Ю., Зайцев A.A.-Опубл. 10.05.08
13. Патент РФ №2339856. Гидравлический амортизатор/ Сливинский Е.В., Савин Л.А., Радин С.Ю., Зайцев A.A.- Опубл. 27.11.08
ДЛЯ ЗАМЕТОК
\А
Подписано к печати "17" ноября 2009 г. Тираж 100 экз. Объем 1 п.л. Заказ № 17/06
Отпечатано на полиграфической базе Орловского государственного технического университета Адрес: 302030, г. Орел, ул. Московская, 65
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.
ВВЕДЕНИЕ.
1. ДЕМПФИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
КАК ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ.
1.1.Анализ конструкций, условий работы демпфирующих устройств транспортных средств.
1.2. Обзор опубликованных работ по тематике исследования.
1.3.Объект, цель и задачи исследования.
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ АМОРТИЗАТОРАХ
ПОРШНЕВОГО ТИПА.
2.1. Анализ гидромеханических процессов, методика и принятые допущения при составлении динамической расчетной схемы амортизатора.
2.2. Алгоритм и блок-схема программы расчета основных геометрических и кинематических параметров гидромеханического амортизатора.
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКОГО АМОРТИЗАТОРА.
3.1. Объект, цель, задачи и программа стендовых экспериментальных исследований.
3.2. Экспериментальный стенд для исследования гидромеханических амортизаторов и методика проведения опытов.
3.3 Оценка и сравнительный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований.
4. ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ
АМОРТИЗАТОРОВ ПОРШНЕВОГО ТИПА.
4.1. Методика проектирования гидромеханических амортизаторов адаптивного типа.
4.2. Основные направления совершенствования конструкций гидравлических амортизаторов транспортных средств.
Одним из необходимых условий инновационного развития российской экономики является опережающее совершенствование транспортной инфраструктуры. В настоящее время готовится целевая федеральная программа «Развитие транспортной системы Российской Федерации 2010— 2015 гг.», в которой акценты делаются не только на строительство и модернизацию автомобильных и железных дорог, но и на обновление и расширение парка всех видов транспортных средств. При этом особое место занимает техническое перевооружение транспорта за счет изделий отечественного производства. Это связано не только с экономической составляющей развития, но и одновременным решением проблем обороны и безопасности, обеспечением технологической безопасности государства.
Отдельно следует выделить потребность в качественном повышении конкурентоспособности российской транспортной системы за счет создания трансконтинентальных железнодорожных и автомобильных путей сообщения, соединяющих не только Европу с Азией, но и Америкой. В этом случае Россия, образно говоря, выходит из исторического застойного угла на столбовую дорогу развития современной цивилизации. Строительство новых современных дорог позволит значительно повысить скорость товародвижения и уменьшить транспортную составляющую в цене продукции. Параллельно могут быть решены вопросы координации работы всех видов транспорта, значительно усилена экономическая составляющая, внедрены инновационные технологии, созданы современные и перспективные типы автомобилей, вагонов, локомотивов и других средств наземного, водного и воздушного транспорта.
Учитывая долгосрочность перспектив строительства хороших дорог на огромной территории страны, а также насущную потребность решения транспортных проблем на малонаселенных территориях Сибири, Севера и Дальнего Востока, значительное внимание сегодня уделяется созданию машин имеющих высокую надёжность, значительную грузоподъемность и грузовместимость, соответствующую экологичность и экономичность в условиях эксплуатации и т.д.
Железнодорожный транспорт занимает особое место в развитии инфраструктуры государства и развития её экономики. Половина всего грузооборота приходится на этот вид транспорта. В настоящее время во всем мире происходит радикальное изменение возможностей железнодорожной системы сообщений, как за счет строительства скоростных монорельсовых путей, так и совершенствованием магистральных локомотивов и вагонов. Принципиально новое техническое решение в (создании) проектировании отдельных элементов и систем составляют интеллектуальную основу создания транспортных средств будущего.
Статистика свидетельствует, что около 90 % грузовых и пассажирских перевозок осуществляется автомобильным и железнодорожным транспортом. При этом и поезда, и большегрузные автомобили являются прицепными транспортными средствами, среди огромного многообразия изделий, имеют ряд общих структурно-функциональных свойств, главными их которых является наличие гидравлических гасителей колебаний, устанавливаемых в рессорные комплекты, а также другие виды устройств подобного рода, направленных на повышение плавности хода и улучшение динамики рельсовых и безрельсовых транспортных средств.
Работа выполнялась на базе Орловского государственного технического университета и Елецкого государственного университета им. И.А. Бунина по бюджетной теме «Динамика, прочность и надежность транспортных, строительно-дорожных, сельскохозяйственных машин, а также промышленного стандартного и нестандартного оборудования применительно к Черноземному региону РФ»
Актуальность темы
Рост скоростей движения, потребность в повышении надежности и комфортности транспортных средств требуют дальнейшего совершенствования элементной базы. В значительной степени это относится к устройствам системы подвески, в частности, гасителям колебаний.
В настоящее время в подвеске транспортных средств наибольшее распространение получили нерегулируемые гидравлические амортизаторы. Принцип действия их заключается в последовательном перемещении вязкой жидкости поршнем через дроссельные каналы с большим гидравлическим сопротивлением, в результате чего происходит диссипация механической энергии с последующим её рассеиванием в окружающую среду. Несмотря на свою эффективность, такие гасители обладают рядом недостатков, наиболее существенные из которых являются сложность конструкции, обусловленную наличием клапанных устройств, а также невозможность в автоматическом режиме изменять параметры демпфирования в зависимости от режима работы. Весьма перспективным является применение гасителей колебаний с переменным уровнем демпфирования, что особенно актуально для элементов подвески автомобилей, локомотивов и вагонов. В рамках выполнения данной работы был предложен ряд технических решений гидромеханических демпферов поршневого типа, в которых обеспечивается переменный уровень диссипации энергии колебаний в результате изменения поперечного сечения дросселей вследствие угловых перемещений штоков, связанных с элементами составного поршня. Речь идет о разработке принципиально новых устройств адаптивного типа, в которых может быть реализована заданная функция изменения коэффициента демпфирования.
Можно констатировать отсутствие теоретических и экспериментальных исследований в этой области, что во многом определяет актуальность данной работы. Приоритетность исследований в данной области подтверждается соответствием её содержания проблемным темам Плана НИР и ОКР ОАО «РЖД» на 2006г. (раздел 6 - «Программа скоростного и высокоскоростного движения», раздел 7 - «Программа локомотивного хозяйства» и раздел 8 - «Программа вагонного хозяйства»), а также договорами о творческом содружестве на период 2005-2010 г.г. ЕГУ им И.А. Бунина с Управлением ЮВЖД филиала ОАО «РЖД» на тему «Разработка рекомендаций по повышению качества эксплуатационной работы, а также надёжности и экономичности использования подвижного состава в грузовом и пассажирском движении на Юго-Восточной железной дороге» и Елецким отделением ЮВЖД на тему «Разработка практических рекомендаций по повышению надёжности, технико-экономических и эксплуатационных показателей подвижного состава и другого стандартного и нестандартного оборудования используемого на предприятиях Елецкого отделения ЮВЖД».
Цель и задачи исследования
Цель работы заключается в выявлении закономерностей работы нового типа демпфирующего устройства, в котором диссипация энергии колебаний происходит за счёт комбинации гидравлических эффектов и упругих угловых перемещений штоков; разработке инструментария проектирования, включающего математическую и программную модели, а также методику расчета гидромеханических гасителей колебаний с переменным демпфированием.
Достижение цели предполагало решение следующих задач:
1. Проведение сравнительного анализа существующих демпфирующих устройств транспортных средств и обоснование необходимости использования разработанных на уровне изобретений перспективных технических решений.
2. Разработка обобщенной математической модели и программы расчета характеристик гидромеханического демпфера с составным поршнем, снабжённым «Г»-образной формы каналами и упругими аксиально расположенными штоками.
3. Выполнение комплекса теоретических и экспериментальных исследований по оценке влияния изменения гидравлического сопротивления дросселей вследствие угловых перемещений штоков и турбулентных течений рабочей жидкости на диссипативные свойства гидромеханического демпфера.
4. Согласование динамических качеств разработанных гидромеханических демпферов транспортных средств с установленными значениями величин вертикальных и горизонтальных ускорений кузова и показателя плавности хода. Сравнение указанных параметров с нормативными значениями, используемыми в международной практике локомотиво-, вагоно- и автомобилестроения;
5. Обобщение и дополнение конструкторско-технологических и эксплуатационных принципов обеспечения работоспособности и надёжности деталей и узлов гидромеханических демпферов поршневого типа в условиях широкого варьирования амплитудно-частотного спектра воспринимаемых колебаний от динамического воздействия со стороны неподрессоренных масс транспортных средств;
6. Разработка методики практического расчёта перспективных саморегулируемых гасителей колебаний применительно к соответствующим типам железнодорожного и автомобильного транспорта.
7. Проведение систематизации демпфирующих устройств с учетом появления нового класса гидромеханических демпферов поршневого типа с изменяемым уровнем диссипации энергии колебаний.
Научная новизна диссертационной работы заключается в выявлении закономерностей функционирования и разработке инструментария проектирования, включающего математическую и программные модели, нового типа гидромеханического амортизатора транспортных средств, в котором рассеяние энергии колебаний имеет переменный характер в результате изменения гидравлических сопротивлений при угловых перемещениях стержневых элементов.
Научные положения, выносимые на защиту:
По специальности 01.02.06 — Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры:
1. Разработана математическая модель гидромеханического амортизатора, в котором диссипация энергии колебаний имеет переменный характер и происходит за счёт комбинации гидравлических эффектов в каналах с изменяемым гидравлическим сопротивлением и угловых перемещений штоков, основанная на совместном решении уравнений теории колебаний, гидромеханики и теории упругости, позволяющая определить коэффициенты демпфирования, а также установить силовое нагружение элементов конструкций гасителей колебаний.
2. На основании формулы Блазиуса получено расчётное соотношение для определения коэффициента демпфирования гидромеханического амортизатора поршневого типа с переменным уровнем диссипации энергии колебаний, отличающееся возможностью учета влияния турбулентности течения потока жидкости в дроссельном канале, гидравлических потерь местных сопротивлений, а также изменения поперечного сечения канала.
3. Получены закономерности влияния геометрических, упругих, силовых и термодинамических характеристик, а именно, диаметров дросселей и поршня, жесткости штоков, вязкости рабочей жидкости, гидравлических сопротивлений, факторов силового и кинематического возбуждения на динамические свойства гидромеханических амортизаторов транспортных средств.
По специальности 05.02.02 — Машиноведение, системы приводов и детали машин.
4. Предложена расширенная классификация демпфирующих устройств, отличающаяся присутствием нового класса гидромеханических демпферов поршневого типа с изменяемым уровнем диссипации энергии колебаний, основанная на комплексе новых технических решений, в которых переменные демпфирующие свойства обеспечиваются изменением гидравлических сопротивлений в результате упругих угловых смещений штоков под действием гидродинамических сил.
5. Разработана методика и программа расчета гидромеханических амортизаторов поршневого типа с переменным уровнем демпфирования, позволяющая определить рациональные геометрические и рабочие параметры, удовлетворяющие требуемым характеристикам транспортных средств.
Методы и средства исследования. Теоретические зависимости, используемые в математической модели гидромеханического амортизатора, базируются на фундаментальных законах, определяющих физические процессы сохранения, превращения и взаимосвязи.
При выполнении работы использован метод системного анализа, математического моделирования и взаимного влияния кинематических и динамических параметров гидромеханического амортизатора, численные методы, в том числе аппарат дифференциальных и алгебраических уравнений с применением традиционных способов их решения на базе разработанных алгоритмов, компьютерной программы и базы данных.
Достоверность результатов обеспечена корректностью постановки задач исследования, обоснованностью используемых теоретических построений, принятых допущений, применением апробированных аналитических и численных методов анализа, а также подтверждена качественным и количественным согласованием полученных результатов с собственными аналитическими и экспериментальными данными, в том числе полученными другими исследователями, и возможным внедрением в практику структурами ОАО «РЖД» и промышленными предприятиями автомобилестроения.
Практическая ценность
1. Проведённая общая оценка известных мировой практике гидравлических демпферов и обоснование конструктивных особенностей предложенных технических решений, способных в автоматическом режиме регулировать силы сопротивления при прямом и обратном ходе поршня позволяют выполнить:
- качественное ознакомление с результатами систематизации известных технических решений в области повышения плавности хода рельсовых и безрельсовых транспортных средств, примерами их конструктивного исполнения и рациональный выбор конструктивной схемы разрабатываемого гидравлического гасителя колебаний с соответствующим упрощением конструкции, снижением финансовых и временных затрат на его проектирование, доводку выходных параметров и эксплуатацию; установление конструкционных недостатков существующих гидравлических демпфирующих устройств, препятствующих ограничению амплитуд основных видов вынужденных колебаний, вызывающих перемещения кузовов экипажей и с использованием предложений, представленных патентных разработок повысить плавность хода их с более низким порогом динамического нагружения конструкционных элементов подобного класса машин.
2. Систематизированы в единый комплекс: методика оценки нагруженности штоков демпфера, имеющих сплошное круглое и полое кольцевое сечения, а также деталей сопряжения их с половинами поршня; аналитические соотношения для оценки динамических нагрузок, воздействующих на систему «колесо - демпфер - кузов» для их сопоставления с ожидаемыми при варьировании конструктивными характеристиками гидромеханического демпфера; научно обоснованные рекомендации по расширению воспринимаемых частот колебаний экипажа гидромеханическим демпфером при движении транспортных средств со скоростями более 150 км/ч, исключая резонансные явления в системе «колесо - демпфер - кузов»;наборы расчётных соотношений, необходимых для оценки кинематических и геометрических параметров гидромеханических демпферов, предназначенных для различных моделей подвижного состава.
Указанный комплекс обеспечивает несущую и качественную способность гидромеханического демпфера за счёт распределения сил сопротивления между перемещаемой поршнем вязкой рабочей жидкостью и упругими угловыми деформациями сплошного и полого штоков с соответствующим рассеиванием энергии в окружающую среду.
Реализация результатов работы
Результаты диссертационной работы внедрены и используются службами ЮВЖД при разработке конструкторской документации при создании новых поколений локомотивов и вагонов, (акт внедрения прилагается).
В настоящее время проводится НИР совместно с Институтом транспортной техники и организации производства Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ), тематика которой направлена на совершенствование конструкций рессорного подвешивания рельсовых транспортных средств, промежуточные результаты исследования в виде экспресс-отчетов депонированы во ВИНИТИ 2008-2009 г.г.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на научно-технических и научно-практических конференциях различного уровня: Ежегодная научно-практическая конференция преподавателей, докторантов, аспирантов, студентов. (Елец 2003г.); Школа молодых учёных области. «Актуальные проблемы технических наук и их преподавание» (Липецк, 2005); Первая межрегиональная конференция Липецкого регионального отделения Российского союза молодых учёных. «Молодёжь в науке: проблемы и перспективы» (Липецк, 2006); 2-я Всероссийская научно техническая конференция «Состояние и перспективы развития сервиса» (Самара, 2006); 3-й международный симпозиум «Ударно-вибрационные системы, машины и технологии» (Орел, 2006); Международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы динамики и прочности материалов и конструкций: модели, методы, решения. Основы проектирования и Детали машин - 21 век»
Орёл, 2007); Липецкий областной профильный семинар «Школа молодых ученых» по проблемам технических наук (Липецк, 2008); Областная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы технических наук» (Липецк, 2009).
Работа была заслушана, одобрена и рекомендована к защите на заседании кафедры теоретической механики и мехатроники Курского государственного технического университета.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных трудов, включая 6 статей в научных сборниках и журналах и 7 патентов РФ на изобретения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенных исследований решена научно-техническая задача по разработке методов расчета и принципов проектирования гидромеханических гасителей колебаний, устанавливаемых в подвесках транспортных средств, и установлена конкретная область их использования на современных транспортных машинах. Такое направление позволило получить следующие научные результаты:
1. Разработана обобщенная математическая модель гидромеханического демпфера с составным поршнем, снабжённым «Г»-образной формы каналами и упругими аксиально расположенными штоками, позволяющими обеспечивать требуемый уровень диссипации.
2. Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по оценке влияния изменения гидравлического сопротивления дросселей вследствие угловых перемещений штоков на диссипативные свойства гидромеханического демпфера.
3. Предложены и обоснованы способы регулирования и управления переходными процессами при рассеивании механической энергии упругими штоками, осуществляемыми в автоматических режимах их нагружения.
4. Разработаны расчетные схемы по изучению силового нагружения и колебаний предложенной перспективной конструкции гидромеханического демпфера и методики, позволяющие па современных подходах создания математических моделей провести аналитические исследования с обоснованием рациональных геометрических и кинематических параметров. Результаты расчетов показали, что эффективность демпфирования колебаний транспортных машин достигается за счет комплекса действующих сил сопротивления, возникающих в процессе поступательного движения поршня и угловых поворотов упругих штоков сплошного и полого сечений, способствующих созданию механических и гидравлических составляющих сил сопротивления их движению.
5. На основании проведенных аналитических исследований с целью упрощения расчетов вышеуказанных параметров демпферов для различного типа транспортных машин, а также анализа полученных результатов на первом этапе проектирования гасителей, разработан алгоритм для ЭВМ, созданный на базе пакета прикладных программ «MathCAD».
6. Разработаны макетные образцы предложенных гидромеханических гасителей колебаний применительно к моделям отечественных автомобилей УАЗ 451М, ЗИЛ-131В и пассажирскому цельнометаллическому купированному вагону длиной 24,6 м и проведена серия сравнительных их испытаний в стендовых условиях с существующими конструкциями гасителей, широко используемых в практике.
7. Анализ проведенных аналитических и экспериментальных исследований показал удовлетворительную сходимость полученных результатов. Причем % ошибки в среднем составляет (15-18%)
8. Расчетно-эксперимептальные исследования позволили подтвердить корректность полученных результатов, сформулированной математической модели и, в частности установить, что последняя в достаточной степени отвечает реальным конструкциям демпферов, устанавливаемых в рессорное подвешивание различных транспортных машин, и позволяет дать оценку таким техническим решениям при синтезе основных конструкционных их элементов, как на стадии проектирования, так и конструирования.
9. Полученные результаты исследования процессов, протекающих в структуре взаимодействия деталей демпфирующего устройства, позволяют разрабатывать подобные конструкции не только для рельсовых и безрельсовых транспортных средств, но и для других устройств, используемых, например, в летательных аппаратах, а также в различном промышленном стандартном и нестандартном оборудовании. Это дает возможность проектировать узлы и агрегаты различных технических средств, использующих гидромеханические гасители колебаний с заранее заданными функциональными свойствами.
10. Разработан комплекс научно-обоснованных, взаимосвязанных рекомендаций и принципов проектирования гидравлических гасителей колебаний с выдачей практических рекомендаций, которые переданы службе технической политики управления ЮВЖД ОАО «РЖД» с целью возможности создания опытных конструкций предложенных гасителей для современного железнодорожного подвижного состава и ВСНТ, а также испытания их в стендовых и эксплуатационных условиях. Акт передачи результатов исследований передан заказчику совместно с экспресс отчетом по данной тематике.
11. Предложена расширенная классификация демпфирующих устройств, отличающаяся присутствием нового класса демпферов поршневого типа с переменными свойствами.
1. Авторское свидетельство СССР «Гидравлический демпфер» № 1084508, F
2. F 9/14 от 27.06.84 г., Бюл. № 46.
3. Авторское свидетельство СССР «Гидравлический демпфер» № 1138568,
4. F 16 F 9/14 от 27.09.85 г., Бюл. № 5.
5. Авторское свидетельство СССР «Гаситель колебаний транспортногосредства» № 1276526, В 60 G 11/46 от 15.12.86 г., Бюл. № 46.
6. Бабаков И.М. Теория колебаний. М., Дрофа, 2004 г.
7. Бабицкий В. И., Кобринский А. Е. Электродинамический демпфер — Изв.
8. АН СССР, ОТН, Механика и машиностроение, 1962, № 3, с. 81—84.
9. Бабков В.Ф. Дорожные условия и безопасность движения. М., Транспорт,1982г.
10. Башта Т.М. Гидроприводы и гидроппевмоавтоматика. М.:
11. Машиностроение., 1972 376с.
12. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика.- М.: Машиностроение, 1979.- 672с.
13. Белоусов А.И., Балякии В.Д., Новиков Д.К. Теория и проектированиегидродинамических демпферов опор роторов. Самара: Изд-во Самарского научного центра РАН, 2002. - 335 с.
14. Богданов Г.П. Развитие конструкции автомобильных амортизаторов.
15. Подвеска автомобиля АН СССР, 1951 г.
16. Бондарь И.Г. Нелинейные стационарные колебания. Киев. 1971. 210 с.
17. Бромберг Е.М. и др. Взаимодействие пути и подвижного состава. М.:
18. Трансжелдориздат, 1956.-234с.
19. Варава В.И. Прикладная теория амортизации транспортных машин. Ленинград, 1986 г.
20. Варава В.И., Мальцев А.А. Экспериментальное исследованиегидравлических гасителей колебаний. В кн.: Науч. труды Ленипгр. инта. инж. ж.-д. трапеп. Вып.237. 1965, с. 151-170.
21. Васильев А.П. Состояние дорог и безопасность автомобилей в сложныхпогодных условиях. М.: Транспорт, 1976. - 244 с.
22. Вершинский С.В. и др. Динамика вагона. М.:, Транспорт 1972-254с.
23. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В41,В.Н. Челомейпред.). — М.: Машиностроение, 1981. — Т. 6. Защита от вибрации и ударов / Под ред. К. В. Фролова. 1981, 456 с, ил.
24. Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств. М., Машиностроение,1982 г.
25. Высоцкий М.С. и др. Автомобильные и тракторные прицепы. М.,1. Машгиз, 1962г.
26. Гидравлика, гидромашипы, гидроприводы. Учебник длямашиностроительных ВУЗов / Т.М.Башта и др. 2-е изд., перераб. М., Машиностроение, 1982 г.
27. Гликман Б.Ф. Математические модели пневмогидравлических систем. -М.: Наука, 1986-368 с.
28. Голубятников С.М. Григорьев Н.И. Добрынин Д.К. и др. Динамикасовременных отечественных локомотивов. М., 1964.123с.
29. Гольд Б. В. и др. Основы прочности и долговечности автомобиля.- М.:
30. Машиностроение, 1967. 212 с.
31. Гришкевич А.И. Автомобили: Теория. М., Высшая школа, 1986 г.
32. Данилов В.Н. Железнодорожный путь и его взаимодействие сподвижным составом. М.: Транспорт, 1961.-276с.
33. Дербаремдекер А.Д. Амортизаторы с регулируемым сопротивлением
34. Автомобильная промышленность.-1968.-№3.-С.42-45.
35. Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. 2 изд.перераб. и доп., М.Машиностроение, 1985 г. —200с., ил.
36. Джонс И.С. Влияние параметров автомобиля на ДТП. М.,1. Машиностроение, 1979г.
37. Динамика вагона. Вершинский С.В., Данилов Д.Н., Челноков И.И. М.:1. Транспорт, 1972- 304с.
38. Динамика системы дорога-шипа-автомобиль-водитель / Под ред.
39. A.А.Хачатурова. М., 1976. 530 с.
40. Долгачёв Ф.М., Лейко B.C. Основы гидравлики и гидропривод. Изд-во литературы по строительству. М., 1970г.
41. Ермаков В.В. Основы расчета гидропривода.—М.: Машиностроение,1961.-С.258.
42. Железнодорожный транспорт: Энциклопедия /Гл. ред. Н.С. Конарев. —
43. М.: Большая Российская энциклопедия 1994. -559 ст.
44. Закин Я.Х. Автомобильные поезда, развитие конструкции автомобилей,
45. Труды НАМИ, вып. 12. Машгиз, 1955.
46. Закин Я.Х. Прикладная теория движения автопоезда. М., Транспорт,1967г.
47. Зорин В.А. Основы долговечности строительных и дорожных машин. —
48. М.: Машиностроение, 1986. — 248 с.
49. Кирьянов Д. В. Самоучитель Mathcad 11. СПб.: БХВ-Петербург, 2003.560 с: ил.
50. Колебания автомобиля / Я.М. Певзпср и др.; Под. ред. Я. М. Певзнера. М.:1. Машгиз, 1979.
51. Коловский М.З. Нелинейная теория виброзащитпых систем. М., 1966.317с.
52. Кондаков А.А. Рабочие жидкости гидравлических систем.-М.:
53. Машиностроение, 1982.-С.215.
54. Конструкция и динамика тепловозов. Изд. 2-е и доп., под ред. Иванова
55. B.Н. М., Транспорт, 1974 г.
56. Конструкция, расчет и проектирование локомотивов. Учебник для ст-тов
57. ВТУЗов / А.А.Камасв и др. Под ред. Камаева А.А. М., Машиностроение, 1981 г.
58. Королев Н.С. Эффективность работы автомобильного транспорта. М.,1. Транспорт, 1981 г.
59. Краткий автомобильный справочник. 10-е издание, переработанное идополненное. М., Транспорт, 1983 г.
60. Налимов В.В., Чернова Н.А. Статические методы планированияэкстремальных эксперимептов.-М.: Наука, 1971.-С.252.
61. Немцов Ю. М., Майборода О. В. Эксплуатационные качества автомобилей, регламентированные требования безопасности движения. -М.: Транспорт, 1977. 144 с.
62. Общетехнический справочник. Под ред. Е.А.Скороходова, 4-е изд. испр.
63. М., Машиностроение, 1990 г.
64. Осиновский Л.А. Выбор параметров демпфирования вертикальныхколебаний вагонов одинарного подвешивания с учетом упругости кузова. Л., Транспорт, 1967 г.
65. Островцев А. Н. и др. Критерии оценки и управления качествомавтотранспортных средств па стадии проектирования производства и эксплуатации. М.: МАДИ, 1981. - 95 с.
66. Пархиловский И.Г. Автомобильные листовые рессоры, Машгиз, 1954.
67. Патент РФ №2230241. Гидравлический демпфер/Сливинский Е.В., Радин1. С.Ю.-Опубл. 10.06.04
68. Патент РФ №2234013. Гидравлический демпфер/Сливинский Е.В., Радин
69. С.Ю., Игнатьев М.А.- Опубл. 10.08.04
70. Патент РФ №2324087. Гидравлический демпфер/Сливинский Е.В., Савин
71. JI.A., Радин С.Ю., Зайцев А.А.- Опубл. 10.05.08
72. Патент РФ №2324088. Гидравлический гаситель колебаний/Сливинский
73. Е.В., Савин Л.А., Радии С.Ю., Зайцев А.А.- Опубл. 10.05.08
74. Патент РФ №2324089. Гидравлический демпфер/Сливинский Е.В., Савин
75. Л.А., Радин С.Ю., Зайцев А.А.- Опубл. 10.05.08
76. Патент РФ №2324086. Демпфер/Сливинский Е.В., Савин Л.А., Радин
77. С.Ю., Зайцев А.А.- Опубл. 10.05.08
78. Патент РФ №2339856. Гидравлический амортизатор/Сливинский Е.В.,
79. Савин Л.А., Радин С.Ю., Зайцев Л.А- Опубл. 27.11.08
80. Патент РФ №2346827. Колесо легкового автомобиля/Сливинский Е.В.,
81. Савин Л.А., Радин С.Ю., Гридчипа И.Н.- Опубл. 20.02.09
82. Певзнер Я.М., Теория устойчивости автомобиля, Машгиз, 1947.
83. Пневмогидравлические системы. Расчет и проектирование: Учебн.пособие для технических вузов / Под ред. Н.М. Беляева. М.: Высшая школа, 1988.-271с.
84. Повышение надежности экипажной части тепловозов/ А.И. Беляев, Б.Б.
85. Бунин и др. Под. ред. Л.К. Добрынина М.:, Транспорт 1986123с.
86. Положительное решение по заявке №2008115807/11 от 23.03.09.
87. Гидравлический демпфер/Сливинский Е.В., Савин Л.А. Радин С.Ю. Зайцев А.А.
88. Положительное решение по заявке №2008146566/11 от 15.10.09.
89. Гидравлический гаситель колебаний/Сливинский Е.В., Савин Л.А. Радин С.Ю.
90. Пономарев. С.Д. Пружины и рессоры. Детали машин. М.:, Машгиз 1963138с.
91. Понамарев С.Д., Андреева Л.Е. Расчёт упругих элементов машин и приборов. М.: Машиностроение 1980. 326с.
92. Радин С.Ю. К вопросу модернизации гидравлических гасителейколебаний рельсовых транспортных средств. // Ударно-вибрационные системы, машины и технологии. Материалы III международного научного симпозиума.- Орел, 17-19 октября 2006 г.
93. Радин С.Ю., Зайцев А.А., Сливинский Е.В. Перспективный амортизатордля АТС // Автомобильная промышленность. Ежемесячный научно-популярный, производственно-технический журнал. №9. М: Машиностроение, 2007.-26с.
94. Радин С.Ю., Курасов А.В., Сливинская А.Н., Сливинский Е.В.
95. Радин С.Ю., Сливинский Е.В. Разработка перспективной конструкциигидравлического гасителя колебаний для магистральных локомотивов // Технические пауки-региону Текст. Сб. научн. тр. Липецк: ЛГТУ, 2007.-116с.
96. Радин С.Ю., Зайцев А.А., Сливинский Е.В. Перспективная конструкциягидравлического гасителя // Локомотив. Ежемесячный научно-теоретический, технико-экономический журнал №10,- М.: Транспорт, 2007-Збс.
97. Радин С.Ю., Савин JI.A., Сливипский Е.В. Модернизациягидравлического гасителя колебаний для безрельсовых транспортных средств // Теория и практика производства листового проката Текст.: Сб. научн. тр. Часть 2.- Липецк: ЛГТУ, 2008.- 305с.
98. Радин С.Ю., Савин Л.Л., Сливипский Е.В. Исследование силовогонагружения конструкционных элементов перспективных гасителей колебаний // Известия ОрёлГТУ. Научный журнал Орловского государственного университета 2008г, 87с.
99. Радин С.Ю., Сливинский Е.В. К синтезу элементной базы рессорногоподвешивания ВСНТ // Липецкий областной профильный семинар «Школа молодых учёных» по проблемам технических паук: Сборник трудов.- Липецк, ЛГТУ, 2008.-256с.
100. Радин С.Ю., Савин Л.Л., Сливипский Е.В. Перспективныйгидравлический дроссельный амортизатор для локомотивов // Сборник трудов итоговой научной конференции «О научном потенциале региона и путях его дальнейшего развития» Липецк. ЛГТУ, 2009г. 350с.
101. Радин С.Ю., Л.А. Савин, Сливинский Е.В. Повышение надёжностиэлементной базы ходовых частей высокоскоростного автотранспорта //159
102. Инжиниринг 2009: сб. трудов региональной научно-практической конференции / ред. кол.: Л.А. Савин, П.Г. Антонов и др. Орёл: Издательский дом «Орловская литература и книгоиздательство» и К», 2009.-284с.
103. Радин С.Ю., Гридчипа И.И., Зайцев А.А., Кошелев Е.А., Никитина О.А.,
104. Радин С.Ю., Васильев О.В., Гридчипа И.Н., Зайцев А.А., Никитина О.А.,
105. Сливинский Е.В. Разработка каткового стенда для безразборной технической диагностики технического состояния ходовых частей тележек грузовых вагонов // Научный отчёт ЕГУ им. И.А.Бунина, ВИНИТИ №497-В2008 от 10.06.08
106. Радин С.Ю., Гридчипа И.Н., Зайцев А.А., Никитина О.А., Сливинский
107. Е.В. Разработка технических средств для смазки гребней колёс магистральных грузовых вагонов и грузовых вагонов промышленного транспорта // Научный отчёт ЕГУ им. И.А.Бунина, ВИНИТИ №498-В2008 от 10.06.08
108. Раймпель И. Шасси автомобиля: Амортизаторы шины и колеса, пер. снем. В. П. Агафонова, под ред. Златовратского М.: Машиностроение, 1986 г. -320с., ил.
109. Резников JI.M. Оптимизация параметров динамических гасителей сразличными видами сопротивления // Проблемы прочности; 1979.-№9.-С.46-51.
110. Ротенберг Р.В. Основы надёжности системы водитель — автомобиль —дорога — среда. М.: Машиностроение, 1986г.
111. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля и его колебания. Машгиз, 1960 г.
112. Сергеев С.И., Демпфирование механических колебаний. М.: Физматгиз,1959, 408 с.
113. Скотников В.А. и др. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М., Агропромиздат, 1986 г.
114. Смирнов Г.А. Теория движения колёсных машин. Учеб. для студентов машиностр. спец. вузов 2ое изд., доп. и перераб. - М.: Машиностроение, 1990. - 352с.
115. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. / Под ред. Б.Б. Некрасова,- Минск, 1985-234с.
116. Теория и конструкция автомобиля. Учебник для автотранспортных техникумов / В.А. Илариопов и др. М.: Машиностроение, 1985. — 368с.
117. Технический справочник железно/дорожника. Том 6. Подвижной состав. Государственное транспортное железнодорожное издательство М.:, 1952 -765с.
118. Тимошенко С.П. и др. Колебания в инженерном деле. М.,1. Машиностроение, 1985 г.
119. Угинчус А.А., Чугаева Е.А. Гидравлика. Ленинград, изд-во литературыпо строительству, 1971-349с.
120. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М., Высшая школа, 1980 г.
121. Чегодаев Д.Е., Пономарев Ю.К. Демпфирование. Самара: СГАУ, 1997.-334 с.
122. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. М.: Машгиз. 1950.-272с.
123. Шадур Л.А., Челноков И.И. Вагоны. М., Транспорт, 1965 г.
124. Шадур Л.А. Вагоны. Теория, конструкция и расчет. М., Транспорт, 1980 г.
125. Шасси автомобиля ЗИЛ-130. Под ред. А. М. Кригера. М.,
126. Машиностроение, 1973, 400 с.
127. Шашин В.М. Гидромехаиика. Учеб. для техн. Вузов.- Высшая школа,1990.-384с.
128. Эллис Д.Р. Управляемость автомобиля. М.: Машиностроение.1975-216с.
129. Яценко Н.Н., Прутчиков O.K. Плавность хода грузовых автомобилей.
130. М.: Машиностроение, 1969. 355 с.
131. Савин Л.А. Моделирование роторных систем с опорами жидкостноготрения: монография. М.: Машиностроение-1, 2006.-444с.
132. Advances in Automobile Engineering. P. Ill, Noise and Vibration, Ed. G. H.
133. Tidbury, Oxford, Pergamon Press, 1965, 216 p.
134. Butkunas A. Random Vibration Analysis and Vehicle Development, SAE1. Prepr., 1969, N690109.
135. Stress, Vibrations and Noise Analysis in Vehicles. Ed. IT. G. Gibbs, N. — Y.,
136. Applied Science, 1975, 485 p.
137. Артеменко Н.П., Чайка А.И., Доцепко B.H. и др. Гидростатические опорыроторов быстроходных машин —Харьков: "Основа", 1992.- 198с.
138. Башта Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы.- М.:
139. Машиностроение, 1982. -423с.
140. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. В. Н. Челомей (пред). —
141. М.: Машиностроение, 1980 — Т. 3. Колебания машин, конструкций и их162элементов/ Под ред. Ф. М. Диментберга и К. С. Колесникова. 1980, 544 ил.
