CC BY
18
3. Писаренко Г.С., Боганич О.Е. Колебания кинематически возбуждаемых механических систем с учетом диссипации энергии. - К. : Вид-во "Наук. думка", 1984. - 220 с.
4. Беркман М.Б., Бовский Г.Н., Куйбща Г.Г., Леонтьев Ю.С. Подвесные канатные дороги. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1984. - 264 с.
5. Вейц В.Л., Качура А.Е., Мартыненко А.М. Динамические расчеты приводов машин. - Л. : Изд-во "Машиностроение", 1971. - 353 с.
6. Спиваковський А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1983. - 487 с.
7. Иванченко Ф.К. Конструкция и расчет подъемно-транспортных машин. - К. : Вид-во "Вища шк.", 1988. - 424 с. _
УДК629.02 Проф. Б.В. Быик, канд. техн. наук;
асист. Н.В. Шевченко - НЛТУ Украти, м. Rbeie
ЩОДО ВИБОРУ ОПТИМАЛЬНИХ ПАРАМЕТР1В ДВИГУНА ТА МЕХАН1ЧНО1 ТРАНСМ1С11 ПОВНОПРИВ1ДНИХ Л1СОВОЗНИХ АВТОМОБ1Л1В
Проаналiзовано вплив головних napaMeTpiB двигуна i трансмюп автомобшя-тя-гача люовозного автопотяга на його динамiчнiсть i паливну eKOHOMi4HiCTb та обгрун-товано методику оптимiзацii цих параметрiв.
Prof. B.V. Bilyk; assist. N.V. Shevchenko-NUFWTof Ukraine, L'viv
In relation to choice of optimum parameters of engine and mechanical transmission of wood-transport cars of the enhanceable communicating
In the article influence of main parameters of engine and transmission of car-tractor of wood-transport automobile train is analysed on his dynamic and fuel economy and grounded method of optimization of these parameters.
Рух автопотяга на люових дорогах 3i складним профшем i незадовшь-ним покриттям характеризуемся чергуваннями розгошв та р1вном1рного ру-ху та частим перемиканням передач. Тому швидюсть люовозного автопотяга змшюеться за складними законом1рностями, зумовленими не тшьки змшним сумарним опором дороги, але й змшною дорожньою ситуащею чи появою нер1вностей тощо. Частка р1вном1рного руху становить не бшьше 10-20 % у загальному рус автопотяга [1]. Динам1чш якост автопотяга ютотно вплива-ють на середню швидюсть, продуктившсть i соб1варт1сть перевезень. Також вагому частку вщ усiх витрат на перевезення деревини, становить вартють пального - не менше 15-17 %. Доцшьно проаналiзувати вплив головних пара-метрiв автомобiля-тягача й автопотяга на його динамiчнiсть i паливну еконо-мiчнiсть та обгрунтувати методику оптимiзацii цих параметрiв.
За параметри, яю iстотно впливають на динамiчнi якостi та паливну економiчнiсть люовозного автопотяга приймемо потужнiсть Nemax i номь нальну частоту обертання вала двигуна nN, споряджену масу m автомобшя i причепа mnp, рейсове навантаження mQ та максимальну теоретичну швидкiсть Vmax автопотяга. Оскiльки окремi параметри можуть мати взаемопов'язаний вплив на тягово-швидюсш властивостi автомобiля, то розглянемо можливють застосування iнтегрованих параметрiв. Насамперед питомоi потужностi Nnum
максимально! теоретично! швидкост Утах. Характер впливу цих параметрiв на паливну економiчнiсть досить складний. Недостатня, як i надто велика, питома потужнiсть автопотяга призводить до надмiрно! витрати пального. Неоднозначний вплив на час розгону та паливну економiчнiсть автопотяга мае номшальна частота двигуна щ.
Узагальненим i загальноприйнятим показником динамiчностi вантаж-них автомобiлiв i автопотяпв е час розгону tp з мюця до швидкостi 60 км/год з повним навантаженням. Показниками паливно! економiчностi, в теорi! авто-мобшв, прийнято витрату пального Ол у л/100 км, питому витрату ge (г/кВтгод), а також питому витрату пального на одиницю транспортно! робо-ти gтp у л/т км. Щоб дослiдити вплив вказаних параметрiв двигуна та тран-
смiсi! автомобiля з колюною формулою 6x6 на динамiчнiсть та паливну еко-номiчнiсть люовозного автопотяга, ми розробили розрахункову та матема-тичну моделi та вщповщну комп'ютерну програму. Розрахункова модель мю-тить шiсть обертових мас, а поступальний рух автопотяга i крутильш коли-вання трансмiсi! описуе система шести диференщальних рiвнянь [3]. Розроб-лена програма "6АпРег6х6-Утах" дае змогу моделювати рух автопотяга зi змшною швидкiстю з моменту зрушення з мюця з урахуванням процесу вми-кання зчеплення та перемикання передач коробки тд час розгону до задано! швидкостi У= 60 км/год. Результати роботи програми можна проглядати у виглядi графтв (рис. 1) i таблицi.
Рис. 1. Результати розрахунку процесу розгону автопотяга до швидкост160 км/год: I, II, III, IV, V—рух на рiзних передачах коробки передач
На графжах можна простежити змшу частоти обертання вала двигуна n i первинного вала коробки передач n2, крутного моменту двигуна Me, моменту тертя зчеплення Мзч та зведенного динамiчного моменту на вторинно-му валi коробки передач Мкп i на карданному валi приводу переднього моста Мкард. О^м цього виведено графiки змши швидкостi руху V та витрати пального Ол у л/100 км i питомо! витрати пального двигуна ge в г/(кВтгод). У таблиц результатiв моделювання подають час i шлях розгону, середнi зна-чення витрати пального Gcep у л/100 км та питомо! витрати gecep за час розгону, питома витрата ge та витрата G60 у л/100 км пiд час усталеного руху з швидюстю 60 км/год i витрата пального на одиницю транспортно! роботи gmp у л/(т км), загальне мiнiмальне передатне число трансмюи та передатне число головно! передачi uo, що забезпечують задану максимальну теоретич-ну швидюсть Vmax та iн.
Результати моделювання розгону автопотяга вщ мiсця до швидкост V =60 з рiзними двигунами та рiзним рейсовим навантаженням показали, що для автопотяпв з однаковими питомими потужностями показники розгону не стшьки залежать вiд максимально! потужност Ne max двигуна, скшьки вiд питомо! потужностi автопотяга Nnum, максимально! теоретично! швидкост Vmaxта номiнально!' частоти обертання вала двигуна nN (рис. 2 - двигун Ка-мАЗ-740). Час розгону tp незначно залежить вщ номiнально! частоти nN. Змь на передатних чисел коробки передач (за умови, що ump min вщповщае Vmax), також на показники розгону практично не впливае.
Рис. 2. Залежностi часу розгону /р до швидкостi 60 км/год i середньо'1 за час розгону витрати пального Осер вiд питомо'1 потужностi Ыпит та теоретично'1
максимальноI швидкостi Утах
Аналiз отриманих залежностей показав, що зменшення Ктах вiд 60 до 80 км/год призводить до зростання часу розгону приблизно на 19-35 % та се-редньо! витрати пального тд час розгону Осер на 14-18 % (залежно вiд Ыпит). Зi збiльшенням Ктах витрати пального на одиницю транспортно! роботи зменшуеться на 3-10 %, однак, коли Ктах< 65 км/год gmp рiзко зростае на 11-12 %. Зi змiною Ыпит витрати пального на одиницю транспортно! роботи
gmp змшюеться незначно (±3 %), однак для Ктах< 65 км/год зростае до 10-12 %.
Беручи до уваги сказане вище, для оптимiзащl параметрiв автопотяга приймаемо три критери: час розгону tp, середню витрату пального пiд час розгону Осер i питому витрату пального на одиницю транспортно! роботи gтp у л/(ткм). Показники tp та Осер оцiнюють динамiчнiсть i паливну економiч-нiсть автопотяга пiд час перемикання передач i розгонi, а питома витрата пального gтp оцiнюе витрату пального вщнесену до одиницi транспортно!
роботи пiд час усталеного руху.
Щоб у процесi моделювання обчислити вказаш показники паливно! економiчностi треба анал^ично описати залежнiсть питомо! витрати пального ge, як функщю двох аргументiв - потужност та частоти обертання вала двигуна. На пiдставi навантажувальних характеристик ge(Ne, п) дизельного двигуна ЯМЗ-740 [1, 3], ми побудували залежностi питомо! витрати пального
у вiдносних координатах gl
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 и* Рис. 3. Вiдноснi навантажувальш характеристики дизеля
Вщносш характеристики задовшьно (з похибкою не бшьшою, нiж 2-3 %) апроксимуються функцiею
,2/^2 \
ge g<
eN
+ п +
ао + а1— + т
а2
Ne
N
аз
V
Г \
\ щ )
а4
Ne
\
N
а5
eтаху
П Ne т Ne т
де: вщношення Ne / Neтах - це ступiнь навантаження двигуна; п/ nN - вщнос-на частота обертання вала двигуна; geN - питома витрата пального, що вщпо-вiдае роботi двигуна на максимальнш потужностi з номшальною частотою обертання вала двигуна, г/(кВт-год). Визначенi коефiцiенти апроксимаци для дизельних автомобшьних двигунiв: а0 =1,163, а1 =0,232, а2 =-1,054, а3=0,396, а4=1,315, а5=- 1,04.
Задачу оптимiзацil основних параметрiв автопотяга сформулюемо таким чином: якщо задана маса т та вантажнiсть тв1 автомобiля-тягача, то варто обгрунтувати значення таких параметрiв, як максимальна потужнiсть
тах, номiнальна частота обертання пы вала двигуна, максимальна теоретична швидюсть руху (тах i пов'язат з ними мiнiмальне передатне число трансмiсi!, рейсове навантаження автопотяга тв та маса тпр i вантажшсть тв2 причепу чи розпуску, щоб забезпечити мiнiмально-можливi значення вибра-них критерив оптимiзацi!: /р, Осер i gтp пiд час розгону до швидкост
60 км/год. Вантажшсть причепа обчислюють як тв2 = тв - тв1, а його масу на пiдставi залежностей тпр = /(тв2), отриманих для заданого типу причепiв (розпусюв).
Отже, отримано чотирипараметричну багатокритерiальну задачу оп-тимiзацi!. Якщо множину оптимiзованих параметрiв позначити Р = (Vmax, Nпит, пы, тв), то критери оптимiзацi! розглядатимемо як функщонали
К1 = tp(Vmax, Nпит, nN, тв) , К2 = Gcep(Vmax, Nпит, nN, тв) i К3 = gmp((Vmax, Nпит, nN, тв) .
Вказанi функцiонали легко обчислюються за допомогою програми "6Ап-Рег6х6-У60". Однак, беручи до уваги, що на обчислення функцiоналiв критерив для кожно! точки множини Р затрачуеться приблизно 3,5 с, а кiлькiсть точок множини шд час розв'язування багатокритерiально! задачi значна, ви-никла потреба аналiтичного представлення функцiоналiв К](Р), К2(Р) i К3(Р). Узагальнюючи результати обчислювального експерименту, здiйсненого за допомогою розроблено! комп'ютерно! програми, ми отримали низку залежностей мiж вибраними параметрами i критерiями оптимiзацi!, якi пiсля ап-роксимаци описано такими залежностями:
^р = а0 + а1(тах + а2Nпит + а11(тах + а22Nпит + а12(тахNпит + a13(maxnN ; &сер=Ьо + Ь]- Утах+Ь2' ^Мпит + Ьз' Щ + Ь]2' (тах ' Nпит + b]3^ (тах ' Щ + Ь23' Nпит ' пЫ, gтp с0 + с]- (тах +с2' Nпит + c22 ' Nпит + с12 (тах ' Nпит.
Таким чином функщонали К1 = /р(Р), К2 = Осер(Р) i К3 = gmp(P) описано аналiтично й можутьзастосовуватися в алгоршш багатокритерiально! опти-мiзацi!, де (тах, Nпит, щ i тв розглядають як окремi пiдмножини множини Р. Задача багатокритерiально! оптимiзацi! полягае у визначенш на множит параметрiв Р таких точок, як забезпечують мiнiмальнi значення вибраних критерив, тобто розглядають задачу мiнiмiзацi! вектора критерив К(Р). Для розв'язування тако! задачi використовуемо метод Соболя-Статнiкова.
Задавши початковi значення параметричних i критерiальних обме-жень, що задовольняють рiвень вимог до динамiчних властивостей i паливно! економiчностi лiсовозного автопотяга та розрахувавши критерi! К (Р), за ап-роксимованими залежностями, отримуемо множину парето-оптимальних то-чок. Мiнiмiзацiя згортки критерив gmp, Осер та р^, побудована за адитивним принципом в кожнш з цих точок, дозволила знайти оптимальний розв'язок поставлено! задачь
Отже, розроблена методика дае змогу правильно обгрунтувати та ви-бирати параметри двигуна, рейсове навантаження автопотяга й передатш числа трансмiсi!, що сприятиме шдвищенню паливно! економiчностi та швидюсних властивостей лiсовозного автомобiля.
Л1тература
1. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобшь: Теор1я эксплуатационных своств. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1989. - 240 с.
2. Нефедов А.Ф., Васильева Ю.К. Экономическая характеристика автомобиля // Про-ектування, виробництво та експлуатащя автотранспортник засоб1в 1 по'!зд1в : зб. наук. праць. -Льв1в, 2006. - Вип. 9. - С. 84-93.
3. Бшик Б.В., Шевченко Н.В., Анашз впливу передатних чисел трансмюп на процес розгону i паливну економiчнiсть тривюного автомобiля // Динамiка, надiйнiсть i довговiчнiсть механiчних и бiомеханiчних систем та елеменпв !х конструкцiй : матер. мiжнар. наук. конф., 2-5 вересня 2008 р. - Севастополь, 2008. - С. 117-122.
УДК 630.377.4 Проф. 1.В. Кузьо, д-р техн. наук; acnip. О.В. Житенко -
НУ "Львiвcькa nолiтехнiкa"
МЕТОДИКА ТА КОМПЛЕКС ВИМIРЮВАЛЬНОÏ АПАРАТУРИ ДЛЯ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВЕРТИКАЛЬНИХ КОЛИВАНЬ ДВОЛАНКОВОГО АВТОВОЗА
Наведено опис створеного комплексу електровимiрювальноï апаратури i методику для дослщження вертикальних коливань дволанкового автовоза тд час руху по дорозi з рiзними типами покриття.
Prof. I.V. Kuzio; post-graduate O.V. Zhytenko - NU "L'vivs'ka Politekhnika"
Method and complete set of measuring apparatus for research of vertical vibrations of transport vehicle for transportation of cars
In the publication there is the shown description for the apparatus of measuring and method for research of vertical vibrations of transport vehicle for transportation of cars during motion for different roads.
Для перевезення легкових автомобшв на значш вщдал1 широко вико-ристовуються дволанков1 автовози, до складу яких входять тягач i нашвпри-чш. Значш швидкост руху та мютюсть причiпноï ланки (4-8 легкових автомобшв) дають змогу зменшити витрати, пов'язаш з ïхнiм перевезенням за умови забезпечення надшност та збереженост вантажу.
Важливою складником таких машин е нашвпричш. Пiд час розроб-лення нових зразюв чи модернiзацiï наявних нашвпричешв виникае потреба в усесторонньому дослщженш дволанкових автовозiв, зокрема в дослщженш вертикальних коливань та оцiнки плавност руху. Перед дослiдниками постае питання розроблення методики експериментальних випробувань, яка перед-бачае вибiр показникiв для ощнки плавностi руху, створення комплексу вимь рювальноï апаратури, а також вибiр умов виконання експерименту та методiв опрацювання його результатiв.
Численними дослщженнями доведено, що показниками плавност руху автотранспортних засобiв слугують фiзичнi величини, як характеризують коли-вання: пришвидшення, швидкостi, частоти, а також тривалють ïхньоï дiï [1-2].
Плавшсть руху колiсних транспортних засобiв переважно ощнюють середньоквадратичними i максимальними значеннями вертикальних приш-видшень пiдресорених i нешдресорених мас, що визначаються у двох частот-них дiапазонах: вщ 0 до 5,6 Гц i вщ 0 до 22,5 Гц [3]. Додатковими критерiями
