CC BY
58
УДК 62.567.5 г. С. АВЕРЬЯНОВ
В. Н. БЕЛЬКОВ В. Е. КОНОВАЛОВ Р. Н. ХАМИТОВ
Омский государственный технический университет
ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПОДРЕССОРИВАНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ С АКТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ УПРУГОДЕМПФИРУЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК_
В работе описан подход к улучшению демпфирующих свойств системы подрессоривания гусеничной машины за счет использования пневматических амортизаторов с активным управлением процессами перетекания газа между объемами пневматического амортизатора. Предлагаются устройство и система управления клапаном пневмоамортиза-тора, а также описаны алгоритм и динамика работы системы. Максимальный коэффициент поглощения энергии за один период колебания амортизируемого объекта при работе системы достигает значения Т1я=» 0,75...0.8.
Ключевые слова: демпфирование, активное управление, электроклапан, внутренний массообмен.
И настоящем» время на базовых отечественных многоцелевых гусеничных машинах (МГМ) применяются, как правило, пассивные системы гашения колебаний, состоящие из упругих элементов и амортизаторов (гидравлических демпферов) с нерегулируемыми характеристиками. Анализ таких систем показывает, что их виброзащитные свойства недостаточны для уменьшения динамического воздействия на экипаж МГМ и на приборный комплекс и агрегаты [ 11.
Для гашения колебаний в сис темах подрессоривания МГМ используются, как правило, гидравлические демпферы. Они обладают хорошей демпфирующей способностью, однако при ударных и сопутствующих им нестационарных вибрациях наблюдается повышенная вибропроводимость.
Таким образом, задача повышения виброзащитных свойств пассивных систем подрессоривания МГМ с целью снижения вибраций и ударов и увеличения средних скоростей движения является актуальной задачей.
Попытки решения данной проблемы путем оптимизации параметров пассивных систем подрессоривания известной структуры не обеспечивают достижения указанной цели, поэтому необходима разработка новыхтеоретических предпосылок повышения виброзащитных свойств подвесок с новыми структурами и харак теристиками для данного класса машин.
Одним из перспективных направлений является разрабо тка пневматических систем подрессоривания скомбинированной воздушно-гидравлической демпфирующей системой (2) или пневмоамортизаторов (ПА) с активным управлением упругодемпфирующих характеристик |3|.
Использование ПА с резинокордными оболочками (РКО) всистемах подрессоривания МГМ, а также в системах амортизации (СА) фортификационных сооружений стимулировало создание нового способа демпфирования колебаний амортизируемых объектов (АО), основанного на управлении характеристикой восстанавливающей силы ПА |3|. Установка через рычажные системы к торсионной подвеске ПА с РКО позволит: значительно понизить вибропроводи-мость к корпусу МГМ, полностью разгрузить торсионную подвеску в статическом положении МГМ, автоматически изменять высоту корпуса МГМ в зависимости от профиля дороги, управлять упругой характеристикой в процессе движения, а все эти составляющие приведут к увеличению скорос ти передвижения МГМ. РКО рукавного типа имеют малые размеры и рабочие давления достигают до 20 кг/см1 в статическом положении АО.
Для управления упругой характеристикой необходимо к ПА подключить дополнительный объем, тогда в процессе сжатия некоторая чаегь газа из рабочего обьема будет свободно перемещаться в дополнительный обьем, то есть весовые количества газа, находящиеся в различных объемах ПА, постоянно меняются. Таким образом, происходит внутренний массообмен при постоянном весе термодинамического тела сисгемы. Наличие последнего создает условия, позволяющие регулировать режимы перетекания сжатого газа между полостями рабочего и дополнительного объемов ПА и тем самым изменять силу упругости ПА в процессе колебаний корпуса МГМ.
Для этой цели (рис. 2) между несущей полостью переменного объема (рабочий объем) и вспомогательной полостью постоянного объема (дополнитель-
Рис. I. Схема подвески с ПЛ: I - каток; 2 - балансир; 3 - ПЛ
Рис. 2. Пненмоамортшатор
ный объем) устанавливаются клапанные устройства, включая электромагнитные, работающие потому или иному алгоритму. Их роль состоит в создании перепада давления между объемами ПА, а процессы, происходящие при перетекании и смешивание газов в полостях, обеспечивают диссипацию энергии колебаний корпуса МГМ.
Управляемые пневматические виброзащитные устройства |4| могут наиболее полно удовлетворять требованиям систем подрессоривания МГМ, так как они обеспечивают регулирование упругодемпфиру-ющих характеристик, хорошую виброзащиту, благодаря чему нет необходимости выполнения отдельных демпфирующих устройств. На рис. I представлена система подрессоривания катка МГМ с ПЛ с импульсным электродинамическим клапаном, уста новленным в перегородке между объемами. Такие подвески, как известно, при правильном выбор«, параметров обеспечивают плавный ход МГМ, поз воляют путем простых конструктивных мер придан ей ряд новых качеств. Необходимый алгоритм управ ления клапаном обеспечивается предлагаемой сис темой управления ПА |5).
ПА (рис. 2) содержит резинокордную оболочку с крышкой, образующие основную рабочую полость,
8 11 3 10 7
_
Рис. 3. Электродинамический клапан
дополнительную емкость, расположенную между ними перегородку с клапанным устройством и систему управления клапаном. Клапанное устройство (рис. 3) включает направляющий цилиндр 1, перемещающийся внутри его полости возвратно-поступательно запорный клапан 2 в виде поршня, имеющего с его обеих сторон направляющие магнитопроводящие сердечники 3 и 4, снабженные возвратными пружинами, и крышку 5 клапанного устройства. В верхней части внутри цилиндра 1 и в крышке 5 клапанного уст ройства установлены обмотки 6 и 7 электромагнитов импульсного втяжного действия, внутри которых перемещаются сердечники 3 и 4 и установлены возвратные пружины. В торце направляющего цилиндра I и на крышке клапанного устройства 5 смонтированы эластичные обратные клапаны 8 и 9. Цилиндр 1 имеет осевые отверстия 10, а в его стенке выполнены осевые каналы 11, связывающие основную рабочую полость ПА с полостью цилиндра I и перекрываемые запорным клапаном 2 на ходе сжатия. В крышке клапанного устройства 5 выполнены осевые отверстия 12. В стенке цилиндра I выполнены перепускные радиальные отверс тия 13, расположенные в одной плоскости и перекрываемые запорным клапаном 2 на ходе отбоя. Осевые отверстия 11 и 13 перекрываются эластичными обра тными клапанами 8 и 9.
Система управления клапаном ПА (рис.4) содержит преобразователь перемещения 14 объекта, формирователь 15 сигнала скорости АО, блок разделения сигналов управления 16, блоки управления ключами 17 и 18, силовые ключи 19 и 20 для подключения обмоток электромагнитов 6 и 7 к источнику питания.
ПА с электроклапаном при динамике работает по следующему алгоритму |6],
На ходе сжатия ПЛ (точка «а» на упругодемп-фирующей характеристике, рис. 5.) сигнале преобразователя перемещения 14, преобразованный элементами 15,16,18 системы управления, подается на силовой ключ 20, включающий электромагнит7 и запорный клапан 2 перекрывает осевые и радиальные отверстия 12 и 13 клапанного устройства. Давление в
Источник питания
т «—►
ЛО
14
15
16
17
IX
19
■
и
Источник мнтиния
20
■
W»m
Рис. 4. Структурная схема системы упрапления ПЛ
105
-í:
симальный коэффициент поглощения энергии за один период колебания при работе системы достигает значения п, = 0,75...0.8.
Таким образом, с целыо дальнейших улучшений системы подрессоринания МГМ, в качестве нового направления, можетбыть рекомендовано применение активного способа управления унругодемпфиру-Ю1цими характеристиками ПА, где переход с одной характеристики на дру|ую осуществляется автоматически с обеспечением требуемых как упругих, так и демпфирующих свойств.
Рис. S. Упругодсмнфирующля характеристика ПЛ
рабочем объеме ПА возрастает (кривая а - Ь). В точке «Ь» начинается ход отбоя и электромагнит 7 обесточивается. Запорный клапан 2 примет нейтральное положение за счет действия возвратных пружин и газ через отверстия 12 и 13 и обратный клапан 9 нере-ходитиз рабочего объема в дополнительный (кривая Ь —с). В точке «с» давление в объемах ПА выравнивается. В начале хода отбоя сигнале преобразователя перемещения 14, преобразованный элементами 15, 16, 17 системы управления, подается на силовой ключ 19, включающий электромагнит6 и запорный клапан 2 перекрывает осевые и радиальные отверстия
10 и 11 клапанного устройства. На ходе отбоя давление в рабочем объеме ПА резко уменьшается (кривая с — d). В точке «d» начинается очередной ход сжатия и электромагнит6обесточивается. Запорный клапан 2 примет нейтральное положение за счет действия возвратных иружин и газ через отверстия 10 и
11 и обратный клапан 8 перетекает из дополнительного объема в рабочий объем (кривая d —а). В точке «а» давление в объемах ПА выравнивается.
Площадь петли на упругодемпфирующей характеристике (кривая а —Ь —с —d —а, рис. 5) отражает величину поглощенной энергии ПЛ в соответствующем масштабе за один период колебания. Как видно из рис. 5, ПА с электроклапаном и его система управления удовлетворяюттребованиям высокого быстродействия и обеспечивают быстрое выравнивание давлений в емкостях подвески в начале каждого хода сжатия и отбоя, исключают аккумулирование энергии как в рабочей полости, так и дополнительной емкости, уменьшают относительные хода корпуса МГМ. По экспериментальным данным время срабатывания клапана составляет значение порядка 0,01 с. Предложенный ПА и его система управления позволяют повыси ть демпфирующие свойства и эффективность работы системы подрессоривания МГМ. Мак-
Библногрлфическнй список
1. Исаков П.П. Теории и конструкции танка. 'Г. 6. Вопросы проектировании ходовой части военных гусеничных млшип. — М.: Машиностроение, 1985. — 244 с.
2. Фитилёв Б.Н., Комочков В.М., Труханов В.М., Соболевский И.И. Гидропневматическаи подвеска и ее упругодемнфиру-ющиехарактеристики //Справочник. Инженерный журнал. -2007. - N» II. - С.62 - 64.
3. Аверьянов Г.С. Активные пневматические внброзащиг ные системы// Ракетно-космическая техника: фундаментальные проблемы механики и теплообмена / Межд. науч. конф тез. докл. - М.: МГТУ им. Баумана. 1998. - С. 62.
4. Аверьянов Г.С. Исследование процессов и путей повышения эффективности воздушного демпфировании в пневматических амортизаторах пиброзащитных систем. - Омск : ОмГТУ, 1999. - 115с. - Дсп. в ВИ1 1ИТИ 17.06 99. N« 1957 - В99
5. n,rreirr на изобретение N«2325568РФ, МПК FI6F9/04, В60С 11/26. Пневматическая подвеска/Аверьянов Г.С., Хамитов P.M. — Опубл.27.05.2008 Бюл. N« 15.
6. Р.Н. Хамитов. Синтез системы управлении импульсным электродинамическим клапаном пневмоамортизаторл // Справочник. Инженерный журнал. - 2008. - N«2. - С. 62 - 64
АВЕРЬЯНОВ Геннадий Сергеевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Авиа- и ракетостроение».
БЕЛЬКОВ Валентин Николаевич, кандидат технических паук, профессор кафедры «Детали машин», декан ФТНГ.
КОНОВАЛОВ Владимир Евгеньевич, старший преподаватель кафедры «Детали машин». ХАМИТОВ Рустам Нуриманович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Авиа- и ракетостроение», докторант.
Статья поступила в редакцию 05.12.08 г.
© Г.С. Аверьянов, В. II. Бельков, В. Е. Коновалом, P. II. Хамитов
Книжная полка
Кривошсшко, С. Н. Строительная механика: лекции, семинары, расчетно-графические работы (Текст): учеб. пособие для вузов по направлениям подгот. и специальностям в обл. техники и технологии / С. Н. Кривошапко. - М.: Высш. шх„ 2008. - 390, ) 1) с.: рис., табл. - (Для высших учебных заведений). - Библиогр.:с. 386. - ISBN 978-5-06-005754-6.
В учебном пособии, состоящем из трех частей, отражены основные вопросы курса строительной механики. Первая часть содержит 36лекций по статике, динамике и устойчивости стержневых систем. Изложение материалов одной лекции охватывает два академических часа.
Во второй части материал, изложенный в лекциях, иллюстрируется конкретными примерами. Традиционно этот материал рассматривается и обсуждается на семинарах и прак тических занятиях.
Третья часть содержит 15 расчетно-графических и курсовых работ, которые студенты должны выполнить самостоятельно, следуя типовым решениям, приведенным во второй части учебного пособия.
