Экспериментальные исследования амортизирующих устройств транспортных средств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИИ

Таким образом, можно говорить о некоторой условной приведенной жесткости автосцепного устройства, зависящей от скорости нагружения: она уменьшается с уменьшением скорости нагружения. В момент времени ^ = 7,5 сек. ускорение первого вагона равно нулю, усилие в автосцепке стабилизировалось, поэтому можно предположить, что практически весь состав пришел в движение. Принимаем для этого момента:

Я = £тв ■ g ■ ,

где Я - усилие в автосцепке, изменяется в пределах 20-70 кН; ^ - полное удельное усредненное сопротивление всех вагонов; £тв - суммарная масса всех вагонов.

Если принять Я = 50 кН;

3 Я £т = 4370 -103кг, то w =-= 0,0012.

£тв ■ g

Предлагаемый метод не требует больших затрат, прост и легко может быть выполнен силами работников локомотивного депо. Результаты этих экспериментов в виде таблиц и графиков можно использовать при инструктаже и обучении маши-

нистов, в частности при уточнении требуемой степени сжатия состава, выборе режима ведения поезда. Считаем, что эту методику можно рекомендовать для применения на предприятиях локомотивного хозяйства.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Галиев И. И., Нехаев В. А. Метод расчета динамических сил в поезде // Исследование процессов взаимодействия объектов железнодорожного транспорта с окружающей средой / Омск. гос. акад. путей сообщ. Омск, 1995. С. 19-29.

2. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М. : Транспорт, 1985. 287 с.

3. Новосельцев П. В. Разработка тягового транспортного средства для маневровых работ на малодеятельных станциях : специальность 05.22.07 : дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук к.т.н. Омск, 2006. 138 с. 61:06-5/2742.

Рябов И.М., Воробьев В.В., Упырь Р.Ю., Логунов А.С., Насников Д.Н.

УДК 629.027

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АМОРТИЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Разработка новых подходов в построении виброзащитных систем часто основана на введении в структуру механических колебательных систем дополнительных связей [1,2]. По-существу, предполагается возможность расширения элементной базы систем, когда к традиционным звеньям в виде в виде пружин и демпферов вязкого трения добавляются звенья, обеспечивающие двойное дифференцирование, одинарное и двойное интегрирование, чистое запаздывание. Общим свойством элементов расширенного набора является то обстоятельство, что входом для всех звеньев является смещение, а выходом - соответствующее усилие. В этом плане все типовые элемен-

ты расширенного набора [1] являются своеобразными пружинами, что позволяет использовать правила последовательных и параллельных соединений элементов для построения более сложных структур.

В работе [3] представлены некоторые результаты экспериментальной обработки предлагаемых конструктивных решений. Настоящая работа является продолжением упомянутых работ и раскрывает особенности методических позиций, важные для понимания изучаемых физических процессов. На рис. 1 представлена схема инерционно-фрикционного амортизатора с устройством преобразования движения [3], а также варианты

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Рис. 1. Схема инерционно-фрикционного амортизатора с редуктором

Рис.2. Инерционно-фрикционный амортизатор с винтовой передачей

Рис. 3. Опытная конструкция инерционно-фрикционного амортизатора с устройством преобразования движения в виде зубчато-реечной передачи

конструктивно-технических решении с использованием винтовых (рис. 2) и зубчато-рычажных (рис. 3) механизмов. Особенностью амортизаторов нового типа является использование динамических взаимодействий, вызванных относительным движением элементов механизмов.

I. Инерционно-фрикционный амортизатор с устройством для преобразования движения в виде редуктора (рис.1) имеет следующую конструкцию: 1 - маховик; 2 - фрикционная муфта; 3 - передача редуктора; 4 - рычаг с плечом г . На рис. 1 обозначено: /ф - передаточное отношение между входным звеном 4 и фрикционной муфтой 2, которая может устанавливаться либо на входном валу редуктора (между рычагом 4 и зубчатым колесом), либо на валу маховика 1; /р - передаточное отношение редуктора.

II. Инерционно-фрикционный амортизатор с устройством для преобразования движения в виде передачи «винт-гайка» (рис. 2). Амортизатор состоит из механической передачи, выполненной в виде инерционного механизма, цилиндрический корпус 8 которого соединен с нижней опорой 10 и внутри которого установлен маховик 11, выполненный в виде цилиндра. В нижней части корпуса 8 по его оси установлен с возможностью вращения винт 1, гайка 5 которого установлена в направляющем цилиндре 12 и закреплена на нижнем конце полого штока 16, подвижно установленного с возможностью телескопического движения в корпусе 8 и соединённого верхним концом с верхней опорой 9.

III. Инерционно-фрикционный амортизатор с реечной передачей (рис. 3) был выбран, исходя из простоты конструкции, в качестве опытного образца для проведения экспериментальных исследований. Конструкция амортизатора (рис. 3) была собрана из нескольких основных узлов: рулевой рейки 1 рулевого механизма автомобиля Mitsubishi «PajeroIII», диска сцепления (фрикционная муфта) 2 и тормозного барабана 3 (маховик) от автомобиля "ГАЗ 3110". Шаг реечной передачи переменный. Диск сцепления прижимается к маховику пружиной 4, усилие поджатие которой (момент трения муфты), регулируется гайкой 5. Параметры опытной конструкции были следующими. Плечо действия возмущающей силы ( гш -радиус шестерни ) - 10 мм. Максимально возможный ход рейки до ограничителя - 110 мм. Масса маховика - 8,5 кг, максимальный внешний радиус - 150 мм (0,15 м). Момент инерции маховика, согласно известным выражениям составит 0,108 . 2 кг м .

Расчетная схема экспериментальной установки приведена на рис. 4, а схема взаимодействия фрикционной муфты и маховика - на рис. 5.

На рис. 6. изображена расчетная схема механической колебательной системы с инерционно-фрикционным амортизатором в виде редуктора с рычажным звеном.

МЕХАНИКА. ТРАНСПОРТ. МАШИНОСТРОЕНИЕ. ТЕХНОЛОГИИ

т„

и

т,

^ ьЯ У ^

к

ь1 р

/7777777777777777777777777

У 2

У1

У

Рис. 4. Расчетная схема механической колебательной системы с инерционно-фрикционным амортизатором

МТ

Ш\

л

f

Р

Рис. 5. Схема взаимодействия фрикционной муфты и маховика

1

J-¿, МТР фмах

Рис. 7. Установка опытной конструкции инерционно-фрикционного амортизатора на вибростенде: А - пневмо-балон (резинокордная оболочка); Б - инерционно-фрикционный амортизатор

На рис. 6 обозначены: 1 - фрикционная муфта (Мтр - момент трения в муфте); 2 - маховик (- момент инерции маховика); 3 - редуктор

(г - передаточное число редуктора); 4 - совокупность рычагов, преобразующих поступательное движение во вращательное.

Для обработки результатов экспериментальных исследований и параллельно проводимых численных экспериментов (прямое интегрирование дифференциальных уравнений) была разработана специальная программа расчета. Принципиальная схема опытной установки приведена на рис. 7.

Ряд результатов полученных при эксперименте представлен на рис. 8, 9, а также на рис. 10.

Методика проведения эксперимента, обработка экспериментальных данных и оценка достоверности данных проводилась в соответствии с критерием Фишера.

я

Рис. 6. Расчетная схема механической колебательной системы с инерционно-фрикционным амортизатором в виде редуктора с рычажным звеном: М - подрессоренная масса; т - неподрессоренная масса; - жесткость упругого элемента подвески; X - абсолютное перемещение подрессоренной массы; Ц - кинематическое возмущение; Ртах

- угол поворота маховика; к - жесткость шины; Ь - коэффициент демпфирования шины; ь2 - коэффициент демпфирования первой ступени подвешивания

1= 0.1м. I 20 й 0.088м, <| 0 05М.1П 800кг

0.45 О 4 0,35 0.3 0,25 0.2 0.15 О I 0,05

5

N I

— 10

— 20

\ 1 25 МТр. Нм

Ч ! — 36

1 , 40

-V Л 1астота, Гц

и и 1 1.2 1+ з | : >

и И и

Рис. 8. Влияние момента трения муфты на АЧХ перемещений для инерционно-фрикционного амортизатора с редуктором в качестве устройства для преобразования движения

I

2

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Рис. 9. АЧХ ускорений подрессоренной массы при движении по возмущающему профилю и использовании в подвеске инерционного амортизатора

хо^фкиксит \|> li'i:

2.5 2 1.5 1

0.5 0

[ О-

/ \

—7

облас ть резо НЙНСЙ

0.S5 1.03 1.20

1.37 1.54 1.71 2.05 2.56 3.42 -1.27 5.13

Рис. 10. Экспериментальные АЧХ вертикальных колебаний подрессоренной массы (АЧХ в относительных значениях)

Заключение. В целом испытанные опытные образцы показали работоспособность в лабораторных условиях. Наиболее эффективная работа наблюдалась в отношении инерционно-фрикционного амортизатора, расчетная схема которого приведена на рис. 4, а общий вид на рис. 3.

Эксперимент подтвердил предполагаемые особенности устройства, которые заключаются в наличии режимов динамического гашения и запирания системы на высоких частотах. Определенные расчетами основные параметры виброзащитной системы -частоты собственных колебаний и динамического гашения близко совпадают с экспериментальными (в пределах 3^5%). Влияние первого каскада подвески (шины как упругодиссипативного элемента) является достаточно локальным и практически не влияет на работу второго каскада, в структуре которого размещается испытуемый образец устройства с преобразованием движения.

Работа амортизатора происходит таким образом, что фрикционная муфта с «запрограммирован-

ным» моментом сил сухого трения, на низких частотах обеспечивает работу маховика (момент инерции которого существенно выше, чем момент инерции фрикционной муфты) как единого целого. По мере увеличения частоты внешнего воздействия начинается процесс проскальзывания муфты относительно маховика. При дальнейшем увеличении частоты внешнего воздействия проскальзывание становится доминирующим процессом и параметры амплитудно-частотной характеристики определяются массоинер-ционными свойствами фрикционной муфты. Влияние сил сухого трения проявляется в сложном воздействии на процесс. В первую очередь, система на малых частотах ведет себя так, что отклонения от линейных представлений составляет до 30%, что дает основание предполагать наличии зоны нечувствительности, так и моменты срыва, сопровождающиеся фрикционными высокочастотными колебаниями. Во-вторых, существенное отличие от результатов расчетов на линейных моделях (с учетом сил вязкого трения) заключается в том, что с увеличением сил сухого трения, амплитуда колебаний уменьшается, что не противоречит теоретическим предположениям, но наблюдается сдвиг в сторону больших значений режимов резонанса. Это можно трактовать, как увеличение изначальной жесткости системы, вызванное влиянием сил сухого трения.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Динамический синтез в обобщенных задачах виброзащиты и виброизоляции технических объектов / С. В. Елисеев, Ю. Н. Резник, А. П. Хоменко, А. А. Засядко. Иркутск : Изд-во Ир-кут. гос. ун-та, 2008. 523 с. ISBN - 978 - 5 - 96 -24 - 0291 -8.

2. Елисеев С. В., Хоменко А. П. Проблемы виброзащиты и виброизоляции технических объектов в работах Иркутской школы механиков // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2005. Вып. 1(15). С. 6-24.

3. Математическая модель подвески транспортного средства с инерционно-фрикционным амортизатором / И. М. Рябов, К. В. Чернышев, В. В. Воробьев, И. Н. Уруков // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2009. Вып. 1 (21). С. 22-31.