Исследования продольных колебаний ведущего участка гусеничной цепи с резинометаллическими шарнирными соединениями Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 629.3.027.74: 539.3

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОДОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ВЕДУЩЕГО УЧАСТКА ГУСЕНИЧНОЙ ЦЕПИ С РЕЗИНОМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ШАРНИРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

© 2014 С.А. Коростелев1, А.Ф. Вербилов2, В.В. Ковалев2

1 Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова 2 Барнаульский юридический институт Министерства внутренних дел России

Поступила в редакцию 26.03.2014

Представлены результаты расчетных и экспериментальных исследований продольных колебаний ведущего участка цепи гусеничного движителя с резинометаллическими шарнирными соединениями траков.

Ключевые слова: гусеничный движитель, резинометаллический шарнир, динамическая нагружен-ность

Результаты теоретических и экспериментальных исследований показывают, что ведущий участок гусеничного обвода является самым нагруженным [1-5], его детали испытывают основную часть растягивающих усилий (рис. 1).

Рис. 1. Ведущий участок гусеничного движителя

Кроме того, велика доля вибрационных и ударных нагрузок, обусловленных пульсацией крутящего момента на ведущем колесе, цикличным ударным взаимодействием траков с зубьями ведущего колеса. Особенностью работы ведущего участка гусеничной цепи является изменение количества «свободных» звеньев по длине ведущего участка, т.е. звеньев, имеющих только

Коростелев Сергей Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили и тракторы». E-mail: korsan73@mail.ru

Вербилов Алексей Федорович, кандидат технических наук, доцент кафедры огневой и технической подготовки. E-mail: bubushka@mail.ru

Ковалев Виталий Витальевич, кандидат технических наук, доцент кафедры огневой и технической подготовки. E-mail: vvkovalev22@yandex.ru

силовые связи (кинематические связи отсутствуют). Это явление в значительной степени зависит от жесткостных характеристик резиноме-таллического шарнирного соединения.

Одним из наиболее важных показателей, который позволяет оценить динамические параметры системы, является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ). В работе [6] приводятся результаты экспериментальных исследований колебательных процессов в гусеничном обводе. Для проведении эксперимента использовался стенд, схема которого показана на рис. 2. В результате стендовых испытаний получены значения резонансных частот для различных участков гусеничного движителя, в том числе для ведущего. Однако экспериментальное определение амплитудно-частотных характеристик сопряжено со значительными трудностями. В связи с этим возрастает роль численных экспериментов при определении параметров колебательных систем.

Рис. 2. Стенд для экспериментальных исследований колебательных процессов в гусеничном движителе:

1 - ведущее колесо; 2 - двухступенчатый редуктор; 3 - вариатор; 4 - электродвигатель; 5 - шатун; 6 - кривошип

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 16, № 1(2), 2014

В настоящей работе предлагается математическая модель гусеничного движителя, на основе которой проводятся теоретические исследования продольных колебаний. Расчетная кинематическая схема ведущего участка, представленная на рис. 3, включает четыре звена (элементы 1, 3, 5, 7), 4 резинометаллических

шарнира элементы (элементы 2, 4, 6, 8) и ведущее колесо (элемент 9). Резинометаллический шарнир рассмотрен в виде отдельной массы, связанной с сопрягаемыми звеньями (/-1 и i+\ элементы) упругими и демпфирующими связями (рис. 3).

Рис. 3. Плоская модель ведущего участка гусеничного движителя: 1, 3, 5, 7 - звенья цепи; 2, 4, 6, 8 - шарниры; 9 - ведущее колесо (звездочка)

Жесткостные и демпфирующие параметры резиновых элементов двойных и тройных проушин характеризуются коэффициентами радиальной и угловой жесткости (Kj, K2, Кщ1 и Кщ2), а также коэффициентами радиального и углового демпфирования (Cj, С2, СЩ1 и Сщ2). Инерционные параметры элементов характеризуются массой и моментом инерции звеньев и шарниров (m, J) и массой твк и моментом инерции JeK ведущего колеса. Положение каждого i-го элемента в глобальной системе координат XOY описывается координатами центра масс (x, yi) и углом поворота локальной системы координат (^iOi^I) относительно глобальной системы координат - Щ.

Основные соотношения, описывающие динамическое поведение данной расчетной схемы рассмотрены в работе [7]. Математическая модель выражается системой нелинейных дифференциальных уравнений

ММ+ [C]{f(q)}+ [K]{f(q)}= {P(t)}.

(1)

В соотношениях (1) [М], [С], [К] представляют собой соответственно матрицы масс, демпфирования и жесткости, а {P(t)} - есть вектор внешнего воздействия размерностью 3n, являющийся функцией времени. Решая систему дифференциальных уравнений методом временных конечных элементов [8], получаем значения линейных и угловых перемещений на каждом шаге исследуемого динамического процесса. Для теоретических исследований колебательных про-

цессов в гусеничном движителе разработан программный комплекс DTRAK [9].

При проведении расчетов амплитудно-частотных характеристик рассматриваемой динамической системы в качестве источника внешнего возмущения принимается гармоническое воздействие. Учитывался нелинейный характер изменения радиальной и угловой жестко-стей шарнирного соединения (рис. 4, 5). На рис. 6 показана расчетная АЧХ для 5-го звена ведущего участка (продольные перемещения). Для сравнения на рисунке приводится экспериментальная АЧХ, полученная по результатам стендовых испытаний.

50,00 45,00 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00

•Q 1

fe!

s 1 3- 1 а |

чз 1 й--!— / /

о \ /

/

___

0,6

1,2

1,4

1,6

0,8 1 ЛI, ММ

- деформация резиновых элементов

- деформация арматуры пальца

- суммарная жесткостная харакщшстика

Рис. 4. Компоненты жесткостной характеристики резинометаллического шарнира с ограничителями радиальных перемещений

а,"

1 РМШ -о- 2 РМШ

Рис. 5. Угловая жесткостная характеристика резинометаллического шарнира

для 4-го звена (горизонтальные перемещения)

В результате анализа амплитудно-частотной характеристики на исследуемом частотном интервале выявлены следующие резонансные частоты: сО]= 9 сек-1, со2= 20 сек-1, сэ=35 сек-1, со4=47 сек-1, со= 207 сек-1. Сравнение расчетных и экспериментальных данных показывает, что расхождения в определении резонансных зон расчетной и экспериментальной АЧХ составляют не более 1-3 сек1. Это можно объяснить нелинейностью системы, неидеальным синусоидальным воздействием, формируемым в результате проведения эксперимента и

тем, что при расчете не учтены демпфирование и

предварительное натяжение гусениц.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Белов, В.К. Динамические нагрузки, действующие на траки гусеничной цепи быстроходной транспортной машины. - Конструирование и исследования тракторов: Вестник ХПИ. - Харьков, 1988. Вып. 7. С. 45-49.

2. Платонов, В.Ф. Динамика и надежность гусеничного движителя - М.: Машиностроение, 1973. С. 232.

3. Победин, А.В. Исследование динамики ведущего участка гусеницы / А.В. Победин, В.Д Кондаков, Х.М. Расулумуна // Совершенствование рабочих органов сельхозмашин и агрегатов: Материалы межд. науч.-тех. конф. - Барнаул: Изд.-во АлтГТУ, 1994. С. 81.

4. Забавников, НА. Основы теории транспортных гусеничных машин. - М.: Машиностроение, 1968. С. 396.

5. Львов, Е.Д. Теория трактора. - М.: Машгиз, 1960. С. 252.

6. Стародубцев, В. Ф. Исследование влияния гусениц с резинометаллическими шарнирами на динамическую нагруженность гусеничного обвода трактора с полужесткой подвеской: дисс. ...канд. техн. наук / Алтайский политехнический институт им. И.И. Ползунова. - Барнаул, 1978. 140 с.

7. Вербилов, А.Ф. Оценка влияния параметров РМШ на неравномерность нагружения шарнирного соединения звеньев гусеничной цепи / А. Ф. Вербилов, СА. Коростелев, В.В.Ковалев // Российская Академия транспорта, АлтГТУ им. И.И.Ползунова. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006. 324 с.

8. Hovard, G.F. The Accuracy and Stability of Time Domain Finite Element Solution / G.F. Hovard, J.E. Penny // Journal of Sound and Vibration. 1978. № 61. Р. 585-595.

9. Коростелев, СА. Определение динамических нагрузок в шарнирном соединении траков гусеничной цепи (DTrak) / С.А. Коростелев, А. Ф. Вербилов, В.В. Ковалев // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007610029. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 9 января 2007.

RESEARCHES THE LONGITUDINAL OSCILLATIONS OF CATERPILLAR CHAIN DRIVING SECTOR WITH RUBBER-METAL HINGED CONNECTIONS

© 2014 S.A. Korostelev1, A.F. Verbilov2, V.V. Kovalev2

1 Altai State Technical University named after I.I. Polzunov 2 Barnaul Law Institute of Internal Affairs Ministry of Russian Federation

Results of calculated and experimental researches of longitudinal oscillations of driving sector of the caterpillar propeller chain with rubber-metal hinged connections of tracks are presented.

Key words: caterpillar propeller, rubber-metal hinge, dynamic loading

Sergey Korostelev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the Department "Automobiles and Tractors". E-mail: korsan73@mail.ru; Aleksey Verbilov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the Department of Shooting and Technical Training. E-mail: bubushka@mail.ru; Vitaliy Kovalev, Candidate of technical Sciences, Associate professor at the Department of Shooting and Technical Training. E-mail: vvkovalev22@yandex.ru