CC BY
45
НАУКА и ОБРАЗОВАН И Е
Эл № ФС77 - 48211. Государственная регистрация №0421200025. ISSN 1994-0408
Математическая модель перспективного
испытательно-измерительного тренажерного стенда
для освоения и оценки работоспособности специального
оборудования быстроходных машин
# 09, сентябрь 2012
DOI: 10.7463/0912.0485231
Шлеев А. Н., Сарач E. Б., Смирнов И. А.
УДК.629.3.02
Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана sarach@yandex. ru
Освоение и оценки работоспособности специального оборудования быстроходных машин (БМ) является составной частью их эксплуатации.
Обучение экипажей БМ проводится систематически, в любое время года и суток, в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации, и должно обеспечивать наглядность, последовательность обучения, прочное и сознательное усвоение отработанных вопросов, доступность освоения теоретического материала, увязку теоретических положений с практическими занятиями. Практические занятия в свою очередь включают тренировки на тренажерах и занятия в полевых условиях.
Занятия в полевых условиях требуют ресурса техники - расхода моточасов двигателя, износа трансмиссии и ходовой части. Поэтому отработку упражнений на БМ непосредственно в полевых условиях целесообразно вести на завершающем этапе обучения экипажей, а основную часть подготовки проводить на учебно-тренировочных средствах -электронных тренажерах и стационарных стендах. Таким образом, совершенствование тренажерной базы является актуальной задачей.
Структура стенда
Перспективные стенды и тренажеры подготовки экипажей и оценки работоспособности специального оборудования БМ должны учитывать колебания корпуса машины, возникающие при движении по неровностям местности. Амплитуды и частоты этих колебаний целесообразно получать из математической модели движения БМ по неровностям местности в виде записей изменения координат корпуса машины от времени.
Математическому моделированию движения БМ по неровностям местности посвящено ряд исследований [1-3], поэтому, в рамках данной работы, этот вопрос рассматриваться не будет.
Также было установлено, что на работоспособности специального оборудования БМ оказывают существенное влияние три вида колебаний корпуса - вертикальные, продольно-угловые и поперечно-угловые [4]. Записи этих видов колебаний и будут взяты из математической модели движения БГМ по трассе и переданы в модель стенда.
Таким образом, перспективный испытательно-измерительный тренажерный стенд для освоения и оценки работоспособности специального оборудования БМ должен иметь структуру, представленную на рис. 1.
В качестве исходных данных для математического моделирования режима движения БМ по неровностям местности задаются параметры машины, оказывающие влияние на плавность хода, тип трассы, по которой осуществляется движение, и возможная скорость движения.
В математической модели производится расчет выбранного режима движения и продольно-угловые (Ф1) поперечно-угловые (4^) и вертикальные (71) координаты в виде задающего воздействия в реальном времени передаются в систему управления силовым приводом стенда.
Полученные координаты пересчитываются в поступательные вертикальные перемещения силовых приводов стенда. Силовые приводы могут быть как электрические, так и гидравлические. В зависимости от этого
будет выбрана и энергетическая установка силовых приводов с системой управления.
Рис. 1. Структурная схема перспективного испытательно-измерительного тренажерного стенда для освоения и оценки работоспособности специального оборудования БМ: ф1, ф2,- продольно-угловые координаты фь ф2,- поперечно-угловые координаты z1, z2 - вертикальные координаты
С помощью силовых приводов осуществляется перемещение БМ, закрепленной на колебательной платформе, с заданными амплитудами и частотами по трем координатам - вертикальным, продольно-угловым и поперечно-угловым.
Точность отработки задающего воздействия определяется с помощью обратной связи по угловым и линейным координатам (ф2, ф2, z2).
Система управления стендом включает в себя ЭВМ для моделирования движения БМ по выбранной трассе и задания воздействий на систему управления приводами, а также систему включения (выключения) стенда.
Математическая модель стенда
Математическая модель стенда для освоения и оценки работоспособности специального оборудования БМ разработана в программном комплексе МаНаЬ 81шиНпк и представлена на рис. 2. Модель состоит из двух основных блоков «ГМ на трассе» и «ГМ на стенде», блока «стенд» и устройств записи сигналов «координаты» и «мощность».
Рис. 2. Блок-схема модели стенда
Структура блоков «ГМ на трассе» и «ГМ на стенде» аналогична структуре модели движения быстроходной гусеничной машины, представленной на рис. 3. и подробно описанной в [1-3]. Структура блока «стенд» представлена на рисунке 4.
Рис. 3. Блок-схема модели движения быстроходной гусеничной машины
Œ>
psi
G> ti
0
GD
z с
Рис. 4. Блок «стенд»
Выходными данными блока «ГМ на трассе» являются продольно-угловая (fi), поперечно-угловая (psi) и вертикальная (z_c) координаты корпуса БМ, получаемые в процессе моделирования движения БМ по трассе. Эти данные в реальном времени расчета модели передаются на вход блока «стенд», где преобразуются в перемещение вертикальных координат точек контакта опорных катков БМ, расположенной на стенде, с колебательной платформой (h_z). Преобразования производится в двух вспомогательных блоках «В1» и «В2» (рис. 4) содержащих систему уравнений
x = x ' + z '-ф, < y = y'- z '-y, z = -x ' -ф + y ' - y + z' + z к,
где x, y и z - координаты точек в неподвижной системе координат; x', y' и z' - координаты точек в системе координат, связанной с корпусом БМ; Ф и ф - продольно-угловые и поперечно-угловые перемещения корпуса БМ; zR - вертикальная координата центра масс корпуса БМ.
Координаты x' и y' точек контакта опорных катков БМ с колебательной платформой задаются в блоке констант «С».
Таким образом, на вход блока «ГМ на стенде» в реальном времени подаются вертикальные координаты точек контакта катков с опорной поверхностью h_z, которые с помощью блока дифференцирования преобразуются в скорости перемещения точек и вместе с координатами подаются на вход блока «шина катков» (в виде координат z_gr_k скоростей dz_gr_k), минуя блоки «скорость» и «трасса» (рис. 3).
Также в блоке «ГМ на стенде» определяется мощность, затрачиваемая на колебание машины. Мощность распределяется между силовыми приводами колебательной платформы и выдается в виде выходного сигнала «W» на устройство записи «мощность».
Выходными сигналами блока «ГМ на стенде», помимо мощности, являются продольно-угловая (fi1), поперечно-угловая (psi1) и вертикальная (z_c1) координаты корпуса БМ, расположенной на стенде, которые в устройстве записи «координаты» сравниваются с задающим воздействием -координатами БМ на трассе.
С использованием данной математической модели стенда, авторами была определена мощность приводов стенда для освоения и оценки работоспособности специального оборудования современных БМ.
References
1. Kotiev G.O., Sarach E.B. Kompleksnoe podressorivanie vysokopodvizhnykh dvukhzvennykh gusenichnykh mas hin [Integrated cushioning of high-mobility double-link tracked vehicles]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2010. 184 p.
2. Diadchenko M.G., Kotiev G.O., Naumov V.N. Osnovy rascheta sistem podressorivaniia gusenichnykh mashin na EVM [Basis of calculating of systems
of cushioning of tracked vehicles on computer], Moscow, Bauman MSTU Publ., 2002. 52 p.
3. Kotiev G.O. Prognozirovanie eksplutatsionnykh svoistv sistem podressorivaniia voennykh gusenichnykh mashin. Dokt. diss. [Prediction of performance properties of systems of cushioning of military tracked vehicles. Dr. diss.]. Moscow, Bauman MSTU, 2000. 265 p.
4. Diadchenko M.G. Issledovanie vliianiia sistemy podressorivaniia boevykh gusenichnykh mashin na rabotosposobnost' spetsial'nogo oborudovaniia. Kand. diss. [Investigation of the influence of systems of cushioning of military tracked vehicles on the performance of specific equipment. Cand. diss.]. Moscow, Bauman MSTU, 1997. 118 p.
SCIENTIFIC PERIODICAL OF THE BAUMAN MSTU
SCIENCE and EDUCATION
EL № FS77 - 48211. №0421200025. ISSN 1994-040S
electronic scientific and technical journal
Mathematical model of prospective test and measurement exercise
bench for development and evaluation of performance of special
equipment fast cars
# 09, September 2012
DOI: 10.7463/0912.0485231
Shleev A.N., Sarach E.B., Smirnov I. A.
Russia, Bauman Moscow State Technical University
sarach@yandex. ru
The paper presents the structure and mathematical model of a prospective test and measurement exercise bench for development and evaluation of performance of special equipment of fast cars. The mathematical model of the stand includes a car dynamic model when driving on uneven terrain, and a model of the vibrational platform of the stand. The use of the model allows to adequately identify the driving power of a real stand.
Publications with keywords:training simulator, mathematical modeling, workbench, high-speed off-road vehicles
Publications with words:training simulator, mathematical modeling, workbench, high-speed off-road vehicles
References
1. Kotiev G.O., Sarach E.B. Kompleksnoe podressorivanie vysokopodvizhnykh dvukhzvennykh gusenichnykh mashin [Integrated cushioning of high-mobility double-link tracked vehicles]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2010. 184 p.
2. Diadchenko M.G., Kotiev G.O., Naumov V.N. Osnovy rascheta sistem podressorivaniia gusenichnykh mashin na EVM [Basis of calculating of systems of cushioning of tracked vehicles on computer]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2002. 52 p.
3. Kotiev G.O. Prognozirovanie eksplutatsionnykh svoistv sistem podressorivaniia voennykh gusenichnykh mashin. Dokt. diss. [Prediction of performance properties of systems of cushioning of military tracked vehicles. Dr. diss.]. Moscow, Bauman MSTU, 2000. 265 p.
4. Diadchenko M.G. Issledovanie vliianiia sistemy podressorivaniia boevykh gusenichnykh mashin na rabotosposobnost' spetsial'nogo oborudovaniia. Kand. diss. [Investigation of the influence of systems of cushioning of military tracked vehicles on the performance of specific equipment. Cand. diss.]. Moscow, Bauman MSTU, 1997. 118 p.
