Исследование динамики быстроходной гусеничной машины с управляемой системой подрессоривания Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

большинства стенок картера редуктора носит характер вынужденной конвекции. Поверхности картеров, не омывающиеся встречным потоком воздуха, охлаждаются путем свободной конвекции. Обобщенная зависимость для расчета вынужденного конвективного теплообмена при турбулентном обтекании стенки картера имеет вид:

^и = -^ = 0,032Ке°'8, (3) X

где а2 - конвективный коэффициент внешней теплоотдачи, / - длина стенки в направлении обтекания, \ -коэффициент теплопроводности воздуха, Ре-число Рей-нольдса.

Загрязненность агрегатов учитывается введением коэффициента ослабления конвективного потока 0,96.

Основной трудностью в расчете внешней теплоотдачи является недостаточность данных по граничным условиям теплообмена - скорости и температуры омывающих стенки агрегата воздушных потоков (эти величины входят в число Рейнольдса). В результате исследований, проведенных на кафедре "Автомобили", получены расчетные зависимости, позволяющие рассчитать эпюры скоростей потоков по стенкам картера, и разработаны рекомендации по прогнозу температуры воздушных потоков, омывающих агрегат. Зависимости получены для коробок передач, раздаточных коробок и ведущих мостов автомобилей для наиболее распространенных схем трансмиссий. Например, превышение температуры воздушного потока, омывающего второй мост автомобиля с раздаточной коробкой, над температурой воздуха при движении на затяжном подъеме составляет 15°С.

При рассмотрении вопросов теплообмена через стыки агрегатов, например, между картерами сцепления и коробки передач, было установлено, что тепловой поток через них не превышает 5% от внешней теплоотдачи. Объясняется это малыми градиентами температур в стыках. Таким образом, в расчетах можно предполагать, что все выделяющееся в редукторе тепло отводится конвекцией. Исключение составляют кожухи полуосей ведущих мостов и удлинители картера коробки передач некоторых легковых автомобилей. В этом случае задача нахождения теплопередачи в кожухи сводится к решению дифференциального уравнения теплопроводности горизонтального стержня ограниченной длины при смешанных граничных условиях.

Тепловой расчет трансмиссионных редукторов особенно необходим на стадии проектирования автомобиля с целью прогноза температуры масла в эксплуатации. Для расчета следует рекомендовать два основных режима. Первый - движение на затяжном подъеме на низшей передаче при максимальном крутящем моменте двигателя. Этот режим наименее благоприятен из-за высокого тепловыделения за счет потерь в зацеплениях и низкой интенсивности обдува агрегатов. В результате расчета необходимо определить время движения до достижения допускаемой температуры масла (120 °С). Другой расчетный режим - это движение с высокой скоростью (80% от максимальной) по равнинному шоссе. Здесь необходимо определить установившуюся температуру масла и сделать вывод о целесообразности ее оптимизации.

Печенкин В. А., Жебелев К. С., Каверинский Д. А., Березин И. Я., Абызов А. А.

Курганский государственный университет, г. Курган

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ С УПРАВЛЯЕМОЙ СИСТЕМОЙ ПОДРЕССОРИВАНИЯ

Разработанная в 60 -х годах прошлого столетия профессором Академии бронетанковых войск А. А. Дмитриевым нелинейная теория подрессоривания позволила принципиально изменить подход к проектированию ходовых систем быстроходных гусеничных машин и положила начало развитию нового направления по созданию управляемых систем подрессоривания. В настоящее время работа в этом направлении активно развивается в ряде научных организаций (МГТУ им. Н. Э. Баумана, Академия БТВ, ВНИИТРАНСМАШ и др.), а также в ведущих КБ отрасли. Это вызвано необходимостью обеспечения возрастающих требований к совершенствованию машин по плавности хода и скорости движения на местности. Как показывает анализ состояния проблемы, в связи с большим различием условий эксплуатации быстроходных гусеничных машин, дальнейшее их совершенствование в этом направлении путем рационального выбора характеристик систем подрессоривания становится малоэффективным.

В представляемом сообщении приводятся результаты практической работы по обоснованию возможности создания управляемой системы подрессоривания быстроходной гусеничной машины. Известны различные алгоритмы работы таких систем, в частности, некоторые из них предполагают задание определенного фиксированного уровня характеристик подвески для заданного участка трассы. При этом в качестве критериев выбора этого уровня используются среднеквадратические отклонения параметров колебаний корпуса и ускорений на месте водителя. Очевидно, что такой подход дает хорошие результаты для транспортного режима. Однако при реализации такой системы возникают сложности, связанные с необходимостью непрерывной регистрации параметров микропрофиля в процессе движения машины и с формированием адекватного управляющего воздействия.

Рассматриваемый вариант системы подрессоривания предполагает непрерывное управление демпфированием в процессе движения в соответствии с мгновенными значениями параметров колебаний корпуса и подвески. В основу рассматриваемого варианта положено высказанное в ранних работах академии БТВ предложение уменьшать усилие амортизатора, когда оно способствует раскачиванию корпуса, и увеличивать, когда оно способствует гашению колебаний. Критерием управления в этом случае служат вертикальные составляющие скорости корпуса \/.[ в точке крепления \ - й подвески и скорости относительного перемещения соответствующего опорного катка £ . Сопротивление амортизатора необходимо уменьшать при выполнении условия:

V -£¡>0 (предполагается, что положительным значениям скоростей соответствует одно и то же направление). Система управления такой подвеской включает информационно - измерительную часть (датчики, уста-

новленные на корпусе и элементах системы подрессо-ривания, и бортовой компьютер, осуществляющий обработку случайных процессов), а также исполнительную часть, представленную управляемыми амортизаторами.

На первом этапе работы выполнены расчетные исследования, включающие компьютерное моделирование процесса движения машины по различным трассам. При этом использовалась математическая модель [7], разработанная в Южно -Уральском государственном университете. Модель отображает динамику связанной нелинейной системы "гусеничный движитель - подрессоренный корпус - силовая установка - водитель" с учетом реальных характеристик упругих и демпфирующих элементов подвески. Учитываются отрывы катков и пробои подвесок, гусеничные ленты описываются упруго - вязкими элементами одностороннего действия. Входящая в общую динамическую систему модель силовой установки позволяет описывать процессы управления подачей топлива, переключения передач и повороты. В модель машины также включена подсистема, описывающая действия водителя по управлению скоростью и траекторией движения в соответствии с изменяющимися дорожными условиями. Интегрирование дифференциальных уравнений движения осуществляется численно, с помощью специально разработанной программы. Применение модели позволяет адекватно исследовать динамические процессы при движении машины в соответствии с управляющими воздействиями водителя по прямолинейным и криволинейным участкам трассы, имеющим различный профиль левой и правой колеи. Для исследования динамики машины с управляемой подвеской математическая модель была усовершенствована путем введения подсистемы, изменяющей характеристики амортизаторов в зависимости от текущих значений обобщенных координат и их производных.

В ходе расчетных исследований сопоставлялась динамика машин с обычной и с управляемой подвесками в широком диапазоне скоростей движения и условий эксплуатации. Внешним кинематическим воздействием служили как гармонический профиль, так и трассы со случайным микорпрофилем [5, 6, 9].

При моделировании движения машины по гармоническому профилю в качестве результатов рассматривались амплитудные значения параметров колебаний корпуса (вертикальных ускорений на месте водителя, вертикальных и продольно - угловых колебаний корпуса, а также их скоростей) и средняя мощность, рассеиваемая амортизаторами. На рис. 1 в относительных единицах приведено сопоставление результатов, полученных для машин с обычной и управляемой подвесками при движении со скоростью 45 км/ч по гармоническому профилю с длиной волны 6 м, из которого следует, что использование управляемой подвески улучшает параметры плавности хода машины в 1,2 - 1,5 раза с одновременным снижением тепловыделения в амортизаторах. Объяснение этому эффекту дает анализ осциллограмм, приведенных на рис. 2, где представлены фрагменты процессов изменения во времени сил, возникающих в амортизаторах первой, второй и шестой подвесок при движении машин с обычной и управляемой подвесками. Анализ этих данных показывает, что управляемые амортизаторы, усилие которых снижается в соответствующие моменты времени, работают более рационально; значительную часть времени они отключены, что и вызывает снижение тепловыделения.

При исследовании динамики машин на трассах со случайным микропрофилем в качестве внешнего воздействия задавались фрагменты трасс, отличающихся спектральным составом и средней высотой неровностей.

Рассмотрим результаты, соответствующие движению машины по лесной дороге (рис. 3). На рис. 4 в относительных единицах приведены параметры колебаний корпуса (средние значения положительных максимумов) и средняя мощность, рассеиваемая в амортизаторах для машин с обычной и управляемой подвесками при движении по трассе со скоростью 45 км/ч. Результаты свидетельствуют о том, что использование управляемой подвески и в этом случае существенно снижает уровень колебаний корпуса и рассеяние энергии в амортизаторах.

Скорость

вертикали _ колебаний

Нертикяпкные

Скорость

колебания

уг ловых.

колебаний

1,0- 1,0 1,0 —

0- I II —I 0 I II — о- I II

Угловые колебания

Ускорения на месте-водителя

1,0 0

1,0 о

I - обычная подвеска

II - управляемая подвеска

0,5

Средняя мощность, рассеиваемая амортизаторами 1 подвеска 2 подвеска

-4т01——-=Ь©т

6 подвеска

0,5

0,5 =

Рис.1. Сопоставление результатов, полученных для машин с обычной и управляемой подвесками

Усилие в амортизаторе 1 подвески

г

11 Д— -1 л

0 -М- 1 'ч] V 1 ■ 1 ■ 1 ■ 1 1 \

__^ *

X

Усилие в амортизаторе 2 подвески

-л-9 г \

V /

Усилие в амортизаторе 6 подвески

- - обычная подвеска

---------управляемая подвеска

Рис.2. Фрагменты процессов изменения во времени сил, возникающих в амартизаторах

208

ВЕСТНИК КГУ, 2005. №2.

0,5

-0,5

h, м

0 10 20 30 40 S, M

Рис.3. Движение машин по лесной дороге

5. Силаев А. А. Спектральная теория подрессоривания транспортных

машин. - М.: Машиностроение, 1972. - 395 с.

6. Проскуряков В. Б. Динамика и прочность рам и корпусов транспорт-

ных машин. - Л.: Машиностроение, 1972. - 192 с.

7. Березин И. Я., Абызов А. А. Концепция и методы имитационных

ресурсных испытаний мобильной техники (сообщение первое, второе) //Динамика, прочность и износостойкость машин. Международный журнал на электронных носителях.-1996.-№ 2.-С. 61 - 68; 1997.- № 3.- С. 73 -84.

8. Обобщенные статистические характеристики микропрофилей

лесных дорог/Н.И. Библюк, О.А. Стыранивский, Б.Т. Перетятко и др.// Известия вузов. - Лесной журнал.- 1986 - № 4. С. 44 - 48.

Скорость

Вертикальные колебания

Скорость

вертикальных колебаний

угловых колебаний

-1TÖ- - -№

„ Г-

- 0,5-

(1- 1 II -1 0- 1 II — п- 1 II

У| ливые

колебания

1,0т —

0,5- —

Ускорении на

месте водителя

1,00,5-:

I

I - обычная подвеска

II - y--ряч"«;мяд гп.ачопки

Средняя мощность, рассеиваемая амортизаторами

1 подвеска

ТСПг

0,5

2 подвеска 1,0т Fn

0,5

6 подвеска

1,0т

0,5

Рис.4. Параметры колебаний корпуса и средняя мощность, рассеиваемая в амортизаторах

Представленные результаты можно рассматривать в качестве обоснования эффективности применения предлагаемой системы подрессоривания с управляемыми гидроамортизаторами. Ее применение на 30 - 50% снижает параметры колебаний корпуса с одновременным уменьшением теплонапряженности амортизаторов.

В последующем предполагается в соответствии с методикой имитационного моделирования испытаний [7] провести расчетное исследование движения машин с обычной и управляемой системами подрессоривания по реальной трассе, имеющей участки, различающиеся микропрофилем, сопротивлением движению и другими характеристиками. При расчетах скорость движения будет варьироваться в соответствии с дорожными условиями на каждом участке трассы и характеристиками рассматриваемого варианта машины. В результате будут получены более точные данные о средней скорости движения, плавности хода и других параметрах машины с управляемой системой подрессоривания.

Список литературы

1. Дмитриев А. А., Чобиток В. А., Тельминов А. В. Теория и расчет

нелинейных систем подрессоривания гусеничных машин. - М.: Машиностроение, 1976. - 207 с.

2. Савочкин В. А., Дмитриев А. А. Статистическая динамика транспор-

тных и тяговых машин. - М.: Машиностроение, 1993. - 320 с.

3. Котиев Г. О. Прогнозирование эксплуатационных свойств систем

подрессоривания ВГМ: Автореф. дисс. ... д-ра техн. наук. - М., 2000. - 32 с.

4. Сухоруков А. В. Управление демпфирующими элементами в системе

подрессоривания быстроходных гусеничных машин: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. - М, 2003. - 16 с.