CC BY
27
Вісник ПДАБА
и боковые силы. В этом варианте резко снижается трудоемкость изготовления, монтажа и стоимости. Здесь нужно сравнить металлоемкость и трудоемкость изготовления балок с тормозным листом и швеллером и балок с более развитым верхним поясом.
7. Колонны со сплошностенчатой и решетчатой подкрановыми частями.\
Из-за большого объема вычислений, связанного с необходимостью расчета рамы, этот вариант в дипломном проекте рекомендуется выполнить только для колонны среднего ряда (двухпролетное здание) или в полном объеме для однопролетного здания.
Сплошностенчатую подкрановую часть колонны рекомендуется выполнить из сварного двутавра или из круглых труб.
Ветви решетчатой колонны могут быть решены из прокатных двутавров или из круглых труб.
На листе сравнения вариантов следует дать анализ металлоемкости и привести конструктивные решения узлов.
8. Здания с различным шагом колонн по крайним и средним рядам
Для выполнения производственного процесса шаг колонн по среднему ряду для двухпролетных зданий должен быть как можно больше. Например, при шаге колонн по крайнему ряду 6 м или 12 м шаг колонн среднего ряда может быть 12...48 м. Расчет каркасов таких зданий можно выполнить только на ЭВМ. Для расчета вручную разработаны приближенные модели.
Заключение. Для успешной работы студентов над разделом вариантного проектирования необходимо овладение вычислительнымси комплексами и постоянное совершенствование методических разработок кафедры. Преподаватели обязаны иметь постоянную связь с производством и ведущими проектными институтами, вести поиск новых задач и включать их в раздел «Вариантное проектирование».
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Лихтарников Я. М. Вариантное проектирование и оптимизация стальных конструкций. - М. : Стройиздат, 1979. - 319 с.
2. СНиП II-23-81* Стальные конструкции / Госстрой СССР. - М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 96 с.
3. Братусь Н. Г. Пространственная работа каркаса при действии ветровой нагрузки / Н. Г. Братусь // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Д.: ПГАСА. - 2004. - № 11. - С. 15 - 21.
4. Братусь Н. Г. Закономерности изменения массы несущих конструкций покрытия и их элементов / Н. Г. Братусь // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Д.: ПГАСА. - 2004. - № 9. - С. 15 - 22.
5. Кутухтин Е. Г. Легкие конструкции одноэтажных производственных зданий / Кутухтин Е. Г., Спиридонов В. М., Хромец Ю. Н. - [2-е изд., перераб. и доп.] - М. : Стройиздат, 1988. - 263 с. (Справочник проектировщика).
УДК 69.33: 62- 514.5
РОЗРОБКА МЕТОДУ РОЗРАХУНКУ І РАЦІОНАЛІЗАЦІЇ РОЗРІЗНОЇ КЕРМОВОЇ ТРАПЕЦІЇ АВТОМОБІЛЯ
М. В. Дячук, к. т. н., доц., О. В.Чорний, студент
Ключові слова: розрізна трапеція, рульове керування, векторна модель, раціоналізація, кінематика повороту
Постановка проблеми. Точність кінематики повороту забезпечує стійкий контрольований криволінійний рух, запобігає виникненню додаткових сил на колесах автомобіля й деталях рульового керування (РК), втрати потужності на кочення коліс і зношування шин. Строго певна залежність співвідношення кутів повороту керованих коліс диктується необхідністю організації їх руху по різних траєкторіях із загальним центром повороту .
Вимоги кінематичної дії визначають РУ як механічно зв'язану змінювану систему. Це обставина однозначно визначає функціональний зв'язок між поворотом внутрішнього і
36
№ 8 серпень 2011
зовнішнього керованих коліс і, отже, між траєкторіями їх руху. Вимоги ж кінематики повороту колісного ТЗ виходять із залежності траєкторій руху коліс від поздовжньої бази L, міжшворневої відстані B (див. рис. 1) і збігу центрів повороту всіх коліс (випадок нейтральної поворотності). Таким чином, спостерігається кінематична неузгодженість і деяка суперечливість між тим, що потрібно і що може бути технічно здійсненним.
Аналіз публікації. У ході даної роботи розроблено метод, за допомогою якого можливе розв’язання задач раціоналізації розрізних кермових трапецій у програмі МАТЬЛБ. Це значно прискорює процес розрахунку геометричних параметрів кермового приводу і підвищує точність кутів повороту внутрішнього і зовнішнього коліс у заданому діапазоні. Метод розроблено на основі параметрів досліджених рульових керувань, що частіше за все зустрічаються на сучасних автомобілях.
Мета роботи - дослідити кінематику рульової трапеції та раціоналізувати її параметри, визначити залежності між кінематичними параметрами розрізної рульової трапеції легкового автомобіля малого класу.
Рис. 1. Кінематика повороту автомобіля з нейтральною повороткістю
Опис векторної моделі розрізної трапеції рульового керування. Система скалярних лінійних алгебраїчних рівнянь (1) характеризує векторну модель, зображену на рисунку 2 .
Рис. 2. Подання кінематики кермової трапеції системою рухливих векторів
Векторні суми початкових станів лівої, правої й центральної частин є константами, L1 — L6 - довжини ланок, g - коефіцієнт пропорційності за місцем розташування середньої тяги.
37
Вісник ПДАБА
Система рівнянь (1) розв'язна відносно 6 невідомих для кожного поточного стану рейкового керування. При відомому вхідному куті повороту внутрішнього колеса (або бічного важеля внутрішнього колеса) ф1 невідомими параметрами є: кут лівої поперечної тяги ф2 , кут сошки ф3, кут маятникового важеля ф4, кут правої поперечної тяги ф5 й кут правого бічного важеля (кут повороту зовнішнього колеса) ф6 .
L • Cos{^1)+L2 • Cos{02) + L3 • Costy>3) = CL
L • Smfy)+L2 • Sinty2) + L3 • Sinfy) = C
LY
L4 • CoS^4 ) + L5 • Cos{fa )+ L6 • CoS{fa ) = CRX L4 • ЯП{ф4 ) + L5 • ЯП{ф5 ) + L6 • ЯП{ф6 ) = CRy
L3 • g • Cos{^3)+L7 • Cos^7)+L4 • g • Cos{^4) = CC L3 • g • Sinfy) + L7 • Sin{$7) + L4 • g • Sin($A) = CC
(1)
Параметри, що характеризують однозначність конструкції розрізної трапеції РК.
Розглянемо кермову трапецію рейкового РК в плані (див. рис. 3). Бічні важелі поворотних цапф розташовуються під кутом ф0 до вертикальної площини, що проходить через центри шворнів.
Міжшворневу відстань позначимо Вш, довжину бічних важелів - Lp, довжину нижньої підстави середньої трапеції по центрах шарнірів - H, довжину верхньої підстави середньої трапеції по центрах шарнірів - J, висота середньої трапеції - D, зсув центральної тяги середньої трапеції по центрах шарнірів - G, зсув нижньої підстави трапеції - E, колію керованих коліс - K.
Очевидно, що більш раціональним є використання відносних параметрів, приведених до одиничної міжшворневої відстані Вш. Це дозволить враховувати геометричну подобу й одержувати лінійні параметри трапеції для ряду В ш за сімома оптимізованими відносними параметрами (табл.). Тому:
Т а б л и ц я
Параметри досліджених трапецій рульових керувань______________
№ Параметри
ф0, ° m h j d g е
Нижнє значення інтервалу параметрів -75 0.11 0.3 0.30 -0.12 0.3 -0.20
1 Верхнє значення інтервалу параметрів -65 0.13 0.4 0.40 -0.08 0.7 0.0
Раціональні параметри -68.74 0.1136 0.3177 0.35 -0.1147 0.51 -0.003
Нижнє значення інтервалу параметрів 90 0.11 0.3 0.30 -0.12 0.3 0.0
2 Верхнє значення інтервалу параметрів 105 0.13 0.4 0.40 -0.08 0.7 0.1
Раціональні параметри 95.08 0.116 0.341 0.347 -0.113 0.533 0.0475
Нижнє значення інтервалу параметрів -65 0.11 0.3 0.30 0.08 0.3 -0.20
3 Верхнє значення інтервалу параметрів -75 0.13 0.4 0.40 0.12 0.7 0.0
Раціональні параметри -70.15 0.11 0.372 0.334 0.12 0.59 -0.0923
Нижнє значення інтервалу параметрів 95 0.11 0.3 0.30 0.08 0.3 0.01
4 Верхнє значення інтервалу параметрів 115 0.13 0.4 0.40 0.12 0.7 0.02
Раціональні параметри 109.02 0.11 0.341 0.362 0.12 0.56 0.014
ф0 - початковий кут установки бічного важеля; m = Lp|Bш - відношення довжини бічного
важеля до міжшворневої відстані; h = H^ш - відношення довжини нижньої підстави середньої трапеції до міжшворневої відстані; j = J|Bш - відношення довжини верхньої підстави
38
№ 8 серпень 2011
середньої трапеції до міжшворневої відстані; d = D/Bm - відношення висоти середньої трапеції до міжшворневої відстані; g = G/D - відношення зсуву центральної тяги середньої трапеції до висоти середньої трапеції; e = Е/Вш - відношення зсуву нижньої підстави до міжшворневої відстані.
Розрахунок параметрів трапеції:
L - поздовжня база автомобіля; Вш = L ■ b - міжшворнева відстань; ф0 - початковий кут установки бічного важеля; H = Вш ■ h = L ■ b ■ h - нижня підстава середньої трапеції; J = Вш ■ j = L ■ b ■ j - верхня підстава середньої трапеції; D = Вш ■ d = L ■ b ■ d - висота середньої трапеції; G = D ■ g - зсув центральної тяги середньої трапеції; E = Вш ■ e = L ■ b ■ e -зсув нижньої
підстави трапеції.
Розрахунок параметрів поперечної тяги:
(в — H )
L2x - ш —- — Lj • cos^0) - проекція тяги на вісь OX;
L2x = E — Lj ■ Бт(ф0) - проекція тяги на вісь OY;
L2 =^С + L2x - довжина поперечної тяги;
ф2 = arctg (l2y jL2x ) - кут установки поперечної тяги;
(j — H)
L3 =---------- - проекція сошки (маятникового важеля) на вісь OX;
L3x = D - проекція сошки (маятникового важеля) на вісь OY; L3 = JL[X + L3x - довжина сошки (маятникового важеля);
ф3 = arctg
f L3 Л
3Y
L3
V 3X
- кут установки поперечної тяги;
L7 = J + 2 ■ L3 ■ g ■ sign(H — J) - довжина середньої тяги.
Дослідження кінематики й раціоналізація параметрів розрізної трапеції рульового керування. Вибір оптимальних конструктивних параметрів кермових трапецій являє собою завдання пошуку компромісу між кінематикою повороту колісного транспортного засобу й кінематичними можливостями шарнірно-важільного механізму кермового привода.
Прийняті допущення. Очевидно, що забезпечити механічною трапецією ідеальне співвідношення кутів повороту внутрішнього й зовнішнього коліс у широкому діапазоні зміни кута повороту внутрішнього колеса не уявляється можливим. Тому доцільно розглядати завдання раціоналізації в більш вузькому діапазоні, зумовленому експлуатаційними режимами криволінійного руху. Крен кузова й природне відведення шини приводять до зсуву центра повороту й перекручування траєкторії руху коліс стосовно «жорсткого» автомобіля з нейтральної поворотністю. У рамках спрощення завдання приймемо допущення: задача плоска й автомобіль «жорсткий».
Якщо знайти зв'язок між переміщеннями важелів трапеції, то вдається виразити залежність фз = f[fe), тобто зовнішній кут бічного важеля трапеції є функція внутрішнього. Якщо відняти початковий кут установки поворотного важеля ф 0, то одержимо залежність між кутами повороту керованих коліс, виражену через можливості шарнірно-важільної розрізної трапеції: фз - ф0 = Лфв) - ф0.
Позначимо фактичний кут повороту зовнішнього колеса:
фФз =Vh —% = f ((Рв )—% =фФз (m>%>Pe )- фФз (p>Ve )- фФз (Г,фв ) >
де p = |p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7| = |p0 m h j d g e| -параметри.
Завдання оптимізації зводиться до відшукання таких параметрів р, при яких мінімізується функціонал.
Система рівнянь для визначення оптимальних параметрів матиме вигляд :
[ dF (p) = 0'
1 Фі ’
39
Вісник ПДАБА
Рішення здійснюється у програмі MATLAB з використанням модифікованого методу Ньютона.
Як приклад для розрахунків візьмемо кермову трапецію легкового автомобіля з повздовжньою базою L = 2.4 м та відношенням b = Бш/Ь = 0.5. Отримаємо за допомогою програмного забезпечення оптимальні параметри для різних схем рейкових РК. Поперечний кут нахилу осі шворня - 0 °, повздовжній кут нахилу осі шворня - 0 °.
Рис. 3. Кермовий механізм розташований перед віссю, а триланник розташований за віссю, поперечні тяги кріпляться шарнірами до сошки й маятникового важеля. Варіант № 1
Рис. 4. Кермовий механізм і триланник розташовані перед віссю, поперечні тяги кріпляться шарнірами до сошки й маятникового важеля. Варіант № 2
40
№ 8 серпень 2011
Рис. 5. Кермовий механізм і триланникрозташовані перед віссю, поперечні тяги кріпляться шарнірами до сошки й маятникового важеля. Варіант № 3
Рис. 6. Кермовий механізм розташований за віссю, а триланник розташований перед віссю, поперечні тяги кріпляться шарнірами до сошки й маятникового важеля. Варіант № 4
41
Неб'язання кутіЬ побороту зоЬнішнього колесо, граб Кут поЬороту зовнішнього колесо, гроб
Вісник ПДАБА
Рис. 7. Розподіл кутів повороту керованих коліс із розрізною трапецією РК
Рис. 8. Асолютна похибка розподілу кутів повороту керованих коліс за варіантами
виконання трапеції
42
№ 8 серпень 2011
Висновки. Як бачимо з рисунків 7 - 8, найкраще наближується до теоретичної кривої розподілу кутів повороту керованих коліс характеристика варіанта встановлення важелів № 2 зворотної трапеції. Завдяки розташуванню зубчастого кермового механізму й кермової триланки перед віссю можливе подовження бічних важелів, що неодмінно спричиняє зменшення нелінійних ефектів від повертання важелів. Майже рівні варіант № 1 за точністю кінематики та варіант № 4, де зсув рульового механізму від осі теж дозволяє зробити поперечні важелі довшими.
Найгірші у своєму класі показники кінематичної точності має варіант розрізної трапеції РК № 3, що пояснюється зменшенням підстав трапецій та більшим впливом нелінійних ефектів, а також найкоротшими бічними важелями.
Отже, можна встановити, що краща кінематична узгодженість забезпечується при більшій довжині поперечних важелів. При конструюванні треба намагатися їх зробити як можна більшими.
Таким чином, розроблено універсальний метод, за допомогою якого можливий розрахунок геометричних параметрів багатьох типів розрізних трапецій у процесі конструювання.
ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Ануфриев И. Е. Самоучитель MATLAB 5.3 / А. Б. Смирнов, Е. Н. Смирнова - СПб. : БХВ - Петербург, 2005. - 504 с.
2. Бахвалов Н. С. Численные методы / Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков - М. : Наука, 1967. - 250 с.
3. Вахмалов В. К. Автомобили: Конструкция и элементы расчёта. - М. : Академия, 2006.- 408 с.
4. Вулих Б. З. Введение в функциональный анализ. - М. : Наука, 1967. - 320 с.
5. Гиршкевич А. И. Автомобили. Теория. - Минск : Высшая школа, 1986. - 205 с.
6. Литвинов А. С. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств / Я. Е. Фаробин - М. : Машиностроение, 1989. - 240 с.
7. Лукин П. П. Конструирование и расчет автомобиля. - М. : Машиностроение, 1984.
- 376 с.
8. Дячук М. В. Оптимизация конструктивных параметров неразрезной рулевой трапеции автомобиля / А. С. Лиходей // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури - Дніпропетровськ : ПДАБА, 2007. - 63 с.
9. Раймпель В. А. Шасси автомобиля: Рулевое управление. - М. : Машиностроение, 1987. - 232 с.
10. Осепчугов В. В. Автомобиль: Анализ конструкций и элементы расчёта /
А. К. Фрумкин - М. : Машиностроение, 1989. - 304 с.
11. Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля. Навчальний посібник / А. П. Солтус.
- К. : Аристей, 2006. -176 с.
УДК 69.056.2 (183.2)
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ ПРИ ВЫБОРЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИЙ НА ОСНОВЕ
СИСТЕМОТЕХНИКИ И БИОНИКИ
М. А. Каплуновская *, асп.
*Запорожская государственная инженерная академия, г. Запорожье
Ключевые слова: системотехника, бионика, технологичность, эффективность,
конструкция, элемент, комплекс, коэффициент, анализ
Постановка проблемы. Научно-технический прогресс неуклонно ведёт к созданию новых методов проектирования и управления, к коренному совершенствованию капитального строительства. Вследствие этого вопросы оптимального проектирования строительных конструкций с использованием принципов бионики и широким применением ЭВМ приобретают новую актуальность. В этих условиях первостепенное значение приобретает разработка новых, соответствующих эпохе НТР, критериев оценки технологичности
43
