Экспериментальное определение предельных по пробою подвески скоростей движения МГМ в условиях естественных трасс Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК621.435.3219.5 п> д БАЛАКИН*

Э. А. КУЗНЕЦОВ В. И. ДЕНИСЕНКО С. В. АЛФЕРОВ О. И. КНЯЗЬКИН

Омский государственный технический университет*

Омский танковый инженерный институт

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДЕЛЬНЫХ ПО ПРОБОЮ ПОДВЕСКИ СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ МГМ В УСЛОВИЯХ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТРАСС

Проведены в условиях полигона натурные испытания многоцелевой гусеничной машины на предмет определения связи скоростей движения машины и параметров дорожного полотна, при которых наблюдается пробой подвески, произведено сравнение результатов с полученными ранее результатами компьютерного моделирования работы подвески.

Как отмечено в [1,2], предельной скоростью движения многоцелевой гусеничной машины (МГМ) по критерию оо работоспособности, определен но следует считать скорость движения, при которой возникает полный выбор динамического хода опорных катков, а также скорость движения, при которой частота кинематического возбуждения со стороны дорожного полотна становится близкой или равной собственной частоте подрессоренной массы машины. В обоих случаях возникает пробой подвески, сопровождаемый ударом балансиров об упоры, установленные на корпусе машины. Динамические ударные нагрузки, возникающие при этом, распространяются по конструкции машины и крайне неблагоприятно воздействуют на экипаж, приборы, i-ерметические и подвижные соединения, что определяет технический ресурс агрегатов, узлов и машин в целом.

Пробой подвески недопустим в условиях нормальной эксплуатации машины и происходит в случае, когда кинетическая энергия подрессоренной массы МГМ в ее вер тикальном движении становится равной или более предельного уропня потенциальной энергии. воспринимаемого подвеской, т.е.

ivj

С(в)62

откуда

m

(l)

где т— величина подрессоренной массы; У^ -предельное значение вертикальной скорости движения центра масс МГМ; с|в) - вертикальная линейная жесткость всей подвески, 5 - динамический ход опорных катков.

Зная параметры объекта т. 6' но |1)

вычисляется У^"1, которая в условиях регулярного дорожного полотна зависит от функции, моделирующей геометрию полотна.

Если профиль трассы в первом приближении представить функцией вида:

y = y0coso)t.

12)

где Уф - амплитудное значение вертикальных отклонений профиля от базовой горизонтали; со — круговая частота отклонений профиля от базовой горизонтали; I- время, то

(3)

Подставив Vj.H' из (1), и, приняв для определенности siriiOt = 1 • получим по |3)

to =

V(B) Уо

Поскольку время т одного полного периода колебаний подрессоренной массы т = 2я/ш, а X -длина волны дорожного полотна л = \'т, V - линейная скорость движения машины потрассе, то предельные скорости движения МГМ и параметры регулярного дорожного полотна [у0 - амплитудное значение линейных вертикальных отклонений профиля от базовой горизонтали и \ - длина волн ирофиля| являются зависимыми, связанными. По результатам исследования этой связи в [1| и |2] разработаны таблицы предельных скоросгей V движения машины в зависимости от у0 и /., что, в принципе, является основой для разработки конкретных наставлений по вождению МГМ.

Однако модели движения, представленные в [ 1 ] и (2), ограничивались оценкой только вертикальных

Модуль I

—-Г--—

Объект исследования

Датчики

Соединительные провода

У

Блок питания

-

Модуль II

-i-nV

спидометр

Эл. схем а и светолиолы

Рис. 1. Схема аппаратного комплекса

перемещений подрессоренной массы, реально при движении машины по трассе полигона или на иной регулярной естественной трассе следует учитывать заметное угловое движение подрессоренной массы в курсовой плоскости и, следовательно, в таком движении имеет значение распределение массы машины в направлении ее движения. В меньшей степени, но тем не менее на работу подвески влияет и угловое движение машины в нормальной к траектории движения плоскости. Если такие угловые движения нельзя оценить как малые, то они будут зависимыми, это потребует совместного решения систем дифференциальных уравнений, составленных на каждой из обобщенных координат, что значительно усложняет получение решения.

Теоретическое моделирование процесса движения технически сложного объекта все-таки не учи тывает целый ряд реальных факторов, дополнительно определяющих упругие и диссинативные характеристики гусеничного движителя и, следовательно, его способность к энергопоглощению, например, свойства грунта, натяжение гусеничных лент, статическую осадку корпуса на торсионах и амортизаторах, вязкое и кулоново трение в механизме подвески и др.. поэтому этан экспериментального определения параметров движения такого сложного объекта, каким является МГМ. представляется обоснованным.

Основной задачей эксперимента является определение границ достоверности результатов, полученных н?а моделях [1.2]. а также уточнение вектора

влияния реальных факторов на характеристики предельных режимов движения МГМ.

Эксперимент был проведен 2 августа 2006 г. на полигоне Омского танкового инженерного института. Объект - танк Т-80 серийного исполнения. Трасса протяженностью 1000 м содержала участки со значениями у„ = (0.1 - 0,3) м и длинами волн от5 м до 20 м. Каждый участок трассы объект проходил по три раза со скоростями движения от 20 до 60 км/час. Приборный комплекс фиксировал факт пробоя подвески и скорость движения машины при этом.

1. Средства и методика экспериментального определения предельных режимов движения машины но критерию пробоя подвески

Для регистрации факта пробоя подвески и скорости движения использовался аппаратный комплекс, состоящий из двух функциональных модулей, обобщенная схема которого приведена на рис.1. Модуль I состоит из датчиков, соединительных кабелей, и переносного блока питания. В модуль II входит указатель спидометра, сигнальные светодио-ды и электрическая схема.

Датчики для измерения ударных ускорений располагались непосредственно на объекте исследования. Блок питания использовался как единый источник электропитания для датчиков и электросхемы модуля II. Соединение регистрирующей аппаратуры сдатчиками проведено экранированными кабелями.

Таблица I

Характеристика интегрального датчика ускорения (акселерометра)

i S X \2 4. £ О X 2 7 С* 5 — «7 s С* й 1 а I I < С 1-X с р U 5. т 1 rj 3 а с. jj 1 4» £ = L О = 1 S С Z * ж | < 1 1 « у с X

Однокоорлинагныñ

ЛОХ L190 с высоким \ Юмд 100mV/g 1 Гц 4-5В 1.8 мА SMT

разрешением

Рис. 2. Размещение датчиков ко корпусе базовой гусеничной машины: 1- ограничитель хода балансира 1 катка; 2 - ограничитель хода балансира II катка

Датчики выполняют преобразование измеряемою параметра в пропорциональный ему электрический сигнал и являются первым звеном, вырабатывающий информацию о состоянии объекта исследования. Поэтому к ним предъявляются особые требования поточности выполняемого преобразования, стабильности при воздействии помех, изменении условий эксплуатации и т.д. Датчики при установке на элементы подвески гусеничной машины работают в более тяжелых условиях, чем остальные компоненты измерительного комплекса, так как они располагаются внешним образом на самом объекте в непосредственной близости к узлам подвески и могут подвергаться воздействию агрессивной среды, вибрации, высоких или низких температур, влажности, и т.д. В этой связи важнейшими характеристиками при выборе датчиков являются; точность; чувствительность; диапазон воспринимаемых ускорений; надежность и долювечносгь; стабильность параметров и характеристик во времени и при изменении условий эксплуатации; вид статической характеристики (реверсивная, нереверсивная, линейная, нелинейная); обратное воздействие датчика па объект исследования; быстродействие; кпд; стойкость к химическим, механическим воздействиям; малые габариты и масса; удобство монтажа и обслуживания; датчик должен выдавать выходные, унифицированные стандартные сигналы в соответствии с требованиями государственной системы приборов.

В наибольшей степени обозначенным требованиям удовлетворял интегральный датчик ускорений (акселерометр) типа ЛОХЬ 190, имеющий герметичный прочный корпус, допускающий непосредственное крепление вблизи динамической зоны.

Характеристика используемых интегральных датчиков ускорения (акселерометров) представлена в таблице!.

Один датчик устанавливался на корпус базовой машины с помощью винтов на ограничитель хода балансира первого узла подвески, а второй - на корпусе машины с помощью винтов на ограничитель хода балансира второго узла подвески ходовой части гусеничной машины (рис.2).

После установки датчиков соединительные провода от них выводились и подсоединялись к модулю И, который вместе с блоком питания находился на месте работы оператора в боевом отделении машины.

Для фиксации только сильных сигналов, которые вызваны исключительно ударом балансира об упоры корпуса, порог чувствительности датчиков был

сознательно занижен путем введения в цепь датчиков электронных вентилей, пропускающих сигналы только после достижения ускорения 20 cj.

2. Проведение испытаний. Обработка полученной информации

В соответствии с методикой, изложенной в разделе 1, были проведены экспериментальные исследования по определению предельных режимов движения гусеничной машины

Эксперименты проводились!ia реальной гусеничной машине в дорожных условиях (рис.4). Для выполнения эксперимента была определена трасса полигона с грунтовым покрытием.

Испытуемая машина проходила указанные участки трасс со скоростями от20 до 60 км/час. Количество проходов машины на каждой скорости - три.

Электрические сигналы сдатчиков по соединительным кабелям поступали в электрическую схему аппаратного комплекса при пробое подвески, тем самым оператор мог определить пробой подвески по свечению сигнальных светодиодов.

В ходе эксперимента механик-водитель при прохождении трассы длиною 1000 м выдерживал задан-

—i

1

пЛ

i

J '

ф-а

г Í

i

V,1

i

I

Рис. 3. Электрическая схема аппаратного комплекса Схема включаетсветодиоди при появлении на входах 1.2 напряжения свыше 3.5 вольт, что соответствует по данным

интегральных датчиков ускорения значению порядка 35д -пробои подвески Время включения светодиодов определяется значениям)! времязадающей ЯС-цепочки

Рнс.4. Испытания базовой гусеничной машины и дорожных условиях

Рис. 5. Аппаратный комплекс 1-блок с указателем спидометра и сигнальными светодиодами; 2-блок питания от ПЭВМ; 3-беспсребойный блок питания; 4-датчнки и соединительные провода

ные скорости движения (20, 30. 40, 50, 00 км/час), контролируя нумерацию участков и скорость движения по штатному спидометру. Количество проходов машины на каждой скорости - 3. На каждой скорости оператор производил запись срабатывания сигнальных светодиодов в журнал.

Полный цикл исследования сигналов, поступающих отдатчиков, расположенных на объекте в блок, в котором расположен указатель спидометра и сигнальные светодиоды включал в себя следующие этапы:

I Регистрация сигналов, поступающих от объекта исследования. Этому этапу, предшествует соответствующая подготовка объекта и аппаратуры, связанная с установкой датчиков, коммутацией входных каналов, включением электропитания.

2. Заполнение таблиц данными, при которых происходили пробои подвески исследуемого объекта.

3 Анализ записей, полученных при проведении эксперимента

4. Документирование исследования, состоящее в выдаче на печать числовых и графических результатов и формирование заключения с выводами.

По результатам эксперимента построены графики зависимостей скорости движения машины, при которых фиксировался пробой подвески и соответствующие параметры дорожного полотна.

3. Сопоставление результатов эксперимента с результатами математического моделирования предельных режимов движения

В целом результаты эксперимента и математического моделирования оказались вполне сопоставимыми. Так, на высоких скоростях движения V = 60 км/ч пробой подвески устойчиво отмечался даже на минных волнах Х=|9 — 12).м при амплитудных вертикальных отклонениях у0 профиля дорожного полотна от базовой горизонтали у0= (0.2+0.3) м. Такие величины отклонений у„ характерны для всех естественных трасс основной территории России и были доминирующими для трассы полигона ОТИИ. На скорости V = 50 км/ч. при том же уровне отклонений, пробой фиксировался на участках с длиной волны л = (6- 9)м, а на скорости 40 км/час длина волны, вызывающая пробой, имела значения п диапазоне (5 —7)м,

В ходе испытаний отмечено, что пробой подвески возникает и на меньших значениях скоростей движения, при меньших значениях у0, но при этом участок трассы должен иметь практически строгий гармонический характер значительной длины, включающей несколько полных волн. Так, на скорости V = 60 км/ч наиболее неблагоприятной является волна у * (12-13 )м, на скорости V = 50 км/ч - волна

с у = 11 м; на скорости V = 40 км/ч - волна с у* 8,0м; на скорости V = 30 км/ч - у* 7,0м. Это объясняется совпадением частот кинематического возбуждения подрессоренной массы со стороны дорожного полотна и собственных колебаний этой массы.

При движении машины но такому профилю с обозначенной скоростью колебания машины в волновом движении нарастают, пробой подвески, как правило, происходит после 3-4 периодов полных колебаний.

Таким образом, предельные режимы движения МГМ по естественным трассам по критерию полного использования энергоемкости подвески, определенные путем математического моделирования [1, 2] (таблица 1), вполне могут быть использованы для разработки наставлений по практическому вождению МГМ.

Кроме того, эксперимент подтвердил взаимозависимость длины X волны, ее амплитудного отклонения у ц и скорости движения машины. В ходе эксперимента было установлено, что результаты математического моделирования являются даже более жесткими в сравнении с экспериментальными, т.е. реальные диссинативные свойства объекта и дорожного полотна создают некоторый «запас» предельных значений характеристик движения, что позволяет при строгом следовании рекомендациям таблицы 1 гарантированно избежать пробоев подвески.

Библиографический список

1 БалакинПД. Кузнецов ЭА. Денисенко В.И , Алферов С.В., Князьки и ОН Предельные режимы движения многоцелевой гусеничной машины по критерию полного использования возможностей энергоемкости подвески. Омский научный

вестник N9 ?. 2006 г. С. 96-98

Таблица I

у, « 0,5 м V 70 60 50 40 30 20 10

к 22.8 19.5 16.2 13.8 9.82 6.S4 3.26

у, = 0.4 м V 70 60 50 40 30 20

X 17.2 ил 12,2 9.8 7.38 4.92

у, = 0.3 м V 70 60 50 40 30 20

к 12.9 11.8 9.1 7.38 5.53 3.69

У, = 0.2 м V 70 60 50 40 30 20

- X 8.63 7.38 6.14 4.92 3.78

у, = 0,1 м V 70 60 50 40

\ 4.28 3.66 3.04 2.45

2 Балакин П Д. Кузнецов ЭА. Денисенко В.И.. КнязькинО.Н 11редслыше скорости движения многоцелевой гусеничной машины в условиях естественных трасс по критерию энергоемкости под-вески. Материалы научно-технической конференции «Броня-2006». Многоцелевые гусеничные и колесные машины: разработка, производство, модернизация и эксплуатация Омск. 2006. С 64-68.

БАЛАКИН Павел Дмитриевич, д.т.н., профессор, зав. кафедрой теории механизмов и машин ОмГТУ; КУЗНЕЦОВ Эрнст Андреевич, к.т.н.. профессор, зав кафедрой технической механики ОТИИ; ДЕНИСЕНКО Виктор Иванович, к.т.н., ст. преподаватель ОТИИ;

АЛФЕРОВ Станислав Владимирович, к.т.н., научный сотрудник лаборатории ОТИИ;

КНЯЗЬКИН Олег Николаевич, преподаватель ОТИИ.

Статья поступила в редакцию 10.11.06 г. © Балакин П.Д., Кузнецов Э.А., Денисенко В.И., Алфёров C.B., Князькин О.Н.

Российские научные журналы

"Вестник Кузбасского государственного технического университета"

Публикует краткие сообщения на русском языке об оригинальных исследованиях в области естественных, технических и ряда гуманитарных дисциплин, выполненные научными работниками и преподавателями университета и рекомендованные к изданию научными коллективами вуза.

Вестник входит в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата паук по машиностроению.

С 2007 г. журнал издается в количестве8 номеров в год. Объявлена подписка на журнал 1индекс 14299). По «Каталогу российской прессы - 2007 в первом полугодии подписная цена - 2251.60 руб.) Члены редакционной коллегии:

В.В. Дырдин - профессор, заведующий кафедрой физики

Е. К. Ещии - профессор, заведующий кафедрой вычислительной техники и информационных технологий

Н.К. Лесовая |отв.секретарь) — редактор

В.В. Михайлов - профессор кафедры финансов и кредита

В И. Мессеров (главный редактор) — ректор КузГТУ, профессор, заведующий кафедож трных машин и komi ьлексов И.А. Паначев - профессор, заведующий кафедрой сопротивления материалов В.В. Першин — профессор, заведующий кафедрой строительства подземных сооружений и шахт П.Т. Петрик (зам. главного редактора) - проректор по учебной работе, профессор, заведующий кафедрой процессов, машин и аппаратов химического производства

В.А. Полетаев — декан ММФ, профессор, заведующий кафедрой информационных и автоматизированных производственных систем

В.И. Пузырев - профессор кафедры азрологин, охраны труда и природы

Ю.Л. Рыжков — профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом A.C. Ташкинов — профессор, заведующий кафедрой разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом

Т.Н. Теряева — доцент кафедры технологии переработки пластмасс

A. Д. Трубчанинов - профессор кафедры маркшейдерского дела и геодезии

B.А. Хямяляйнен — первый проректор, профессор, заведующий кафедрой теоретической и геотехнической механики

Д А. Шевченко — профессор, заведующий кафедрой аэрологии, охраны труда и природы Адрес страницы в Интернете: