Диссертация (Методы определения расчетных характеристик и оценки тепловой нагруженности пневмогидравлических устройств систем подрессоривания быстроходных гусеничных машин на этапе проектирования)

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаНа правах рукописиЦипилев Александр АнатольевичМЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОЦЕНКИ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХУСТРОЙСТВ СИСТЕМ ПОДРЕССОРИВАНИЯ БЫСТРОХОДНЫХГУСЕНИЧНЫХ МАШИН НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯСпециальность05.05.03 – Колесные и гусеничные машиныДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель —доктор технических наукСарач Е.Б.Москва 20172Cтр.ОглавлениеПеречень сокращений………………………………………………..……….5Введение……………………………………………………………..………..6Глава1.Анализсостояниявопроса.Постановказадачисследования………………………………………………………..………..101.1.

Анализ существующих конструкций систем подрессориваниябыстроходных транспортных машин………………………….………1.2. Анализ существующих методов определенияиоценкиработоспособностисистемхарактеристикподрессориваниябыстроходных транспортных машин……..…………………………..1.3. Методынапряженностиопределениянагруженностипневмогидравлическихимоделирование27тепловойустройствсистемыподрессоривания быстроходных транспортных машин……….……1.4.

Математическое1038пневмогидравлическихустройств системы подрессоривания быстроходных транспортныхмашин……………………………………………...…………………….421.5. Математическое моделирование внешних условий движениябыстроходных транспортных машин…….……………………..…….441.6. Математическое моделирование движения быстроходныхтранспортныхмашин………………………………………..………49Глава 2. Разработка математической модели пневмогидравлическойрессорысвозможностьюучетаеевнутреннейдинамики…………………………………………………………...……..…...562.1. Общие принципы построения математической модели……..….562.2. Основныедопущенияматематическоймодели.Описаниеструктурных элементов математической модели…………………….572.3.

Математическая модель гидроцилиндра…………………………602.4. Математическая модель дроссельной системы…….…..………..632.5. Математическая модель пневмоцилиндра……………………….673Стр.2.6. Математическая модель тепловой подсистемы…………….…..…2.7. Выборкорректировочныхзависимостейдля71сохраненияадекватности математической модели……...………………………..…802.8. Выводы по главе 2………………….……………………………....91Глава 3.

Верификация математической модели пневмогидравлической рессоры…………………………………………………………….….3.1.Исследованиепневмогидравлическойрессоры92колесноймашины 6х6……………………………………………..………………923.2. Исследование движения гусеничной машины, оснащеннойпневмогидравлической системой подрессоривания…….……………1053.3. Выводы по главе 3…………………………………………………..118Глава 4. Метод определения характеристик пневмогидравлическихустройствсистемподрессориваниябыстроходныхгусеничныхмашин………………………………………………………………………......1194.1. Выбор условий движения быстроходных гусеничных машин….1214.2. Определение расчетных характеристик упругих элементовсистемы подрессориваниянапримере пневмогидравлическихрессор……………………………………………………………………1234.3.

Определение количества демпфирующих элементов системыподрессоривания……………………………………………………….4.4. Определениерасчетныххарактеристик143демпфирующихэлементов системы подрессоривания…………………………….…...1454.5. Оценка тепловой нагруженности демпфирующих элементовсистемы подрессоривания……………………………………………...4.6. Путиснижениятепловойнагруженности161демпфирующихэлементов системы подрессоривания………………………….………1634.7. Оценка качества системы подрессоривания……………………...1684.8. Выводы по главе 4…………………………………………………..1754Стр.Глава 5. Сравнительный анализ эффективности предлагаемой итрадиционнойсистемподрессориваниядлябыстроходныхгусеничных машин…………………………………………………………..1765.1. Определение характеристик системы подрессоривания………..1765.2.

Сравнительный анализ систем подрессоривания быстроходныхгусеничных машин при движении по трассам с гармоническимпрофилем………………………………………………………………...1825.2. Сравнительный анализ систем подрессоривания быстроходныхгусеничных машин при движении по трассам со случайнымпрофилем…………………………………………….…………………..1865.3. Сравнительный анализ систем подрессоривания быстроходныхгусеничных машин при преодолении трамплинов…….…………….1905.4. Оценка тепловой нагруженности систем подрессориваниябыстроходных гусеничных машин……………………….…………….1925.5. Выводы по главе 5…………………………………….…………….197Общие результаты, заключение и выводы по работе………………………..199Список литературы……………………………………………………………2015Перечень сокращенийБГМ – быстроходная гусеничная машина;БТМ – быстроходная транспортная машина;ГМ – гусеничная машина;КИТ – контрольно-измерительная трасса;КМ – колесная машина;МКЭ – метод конечных элементов;ММ – математическая модель;МТУ – моторно-трансмиссионная установка;ПГА – пневмогидравлический амортизатор;ПГР – пневмогидравлическая рессора;ПГСП – пневмогидравлическая система подрессоривания;ПГУ – пневмогидравлическое устройство;СП – система подрессоривания;СРПК – система регулировки положения корпуса;ТМ – транспортная машина;ТС – транспортное средство;ЭВМ – электронно-вычислительная машина.6ВведениеВ настоящее время в связи с общим повышением уровня техники итехнологий рост тяговооруженности транспортных средств приводит квозникновениюболеежесткихтребований,предъявляемыхксистемеподрессоривания.

Энерговооруженность быстроходных гусеничных машин(БГМ) позволяет обеспечить среднюю скорость по тяге существенно вышесредней скорости по ограничениям системы подрессоривания (СП).СП, применяемые на современных БГМ, по конструкции упругихэлементов можно разделить на два класса: с металлическими упругимиэлементами и с пневматическими упругими элементами. К первому классуотносятся подвески, где в качестве упругого элемента используютсяторсионные валы, листовые рессоры или же цилиндрические пружины. Ковторомуклассуотносятсяпневматическиеипневмогидравлические(гидропневматические) подвески. Наиболее совершенными и перспективнымиявляются пневмогидравлические системы подрессоривания (ПГСП) ввиду ихкомпактности и принципиальной возможности реализации прогрессивнойупругой характеристики подвески.СовременныеПГСПБГМпозволяютобеспечитьпреодолениепериодических неровностей высотой порядка 0,2 метров при движениимашины в «резонансном» режиме с ускорениями, не превышающими 3–3,5g.Дальнейшее увеличение высоты проходной неровности, требуемое дляповышения средней скорости движения машины, можно обеспечить, какправило,болеевысокимдемпфированием(большимсопротивлениемамортизаторов).

Кроме периодических неровностей БГМ должна иметьвозможность преодоления единичных трамплинов большой высоты с отрывомпрактически всех опорных катков от опорной поверхности. Для преодолениянеровностей такого типа желательно иметь значительное демпфирование навсех подвесках. Однако такое демпфирование не только увеличивает7ускорения, передаваемые на корпус машины при движении по профилюдороги,вызывающемувысокочастотныевозмущения(такназываемыеускорения «тряски»), но и провоцирует резкий рост тепловой нагруженности(теплонагруженности) элементов СП.Сохранение низких ускорений «тряски» возможно за счет перехода оттрадиционной СП к многоуровневым подвескам, к которым относятсярелаксационные и фрактальные подвески [62], а также за счет примененияуправляемогодемпфирования[20,72,81].Однаковопросстеплонагруженностью в этом случае не уходит и даже встает более остро.Высокие температуры установившегося теплового режима вызывают рост силупругого сопротивления и снижение – демпфирующего, провоцируютуменьшение статического хода и следующее за ним увеличение высотырасположения центра масс.

Кроме этого, они являются причиной сниженияплавности хода и в отдельных случаях могут привести к разрушению узлаподвески.Для стабилизации положения статического хода и теплонагруженностииспользуются различные конструкции пневмогидравлических рессор (ПГР),такие как ПГР с вложенными поршнями (ПГР с подвижным поршнем), ПГР сдвумя ступенями давления, ПГР с принудительным охлаждением, а также ихкомбинации. Имеющееся разнообразие конструкций усложняет определениехарактеристик упругих и демпфирующих элементов ПГР и прогнозированиеработы ПГСП в целом. На данный момент обобщенных методов определенияхарактеристик ПГР различных конструкций не существует.Таким образом, определение рациональных характеристик ПГСП,обеспечивающих высокие средние скорости движения машины и снижениетеплонагруженности ПГСП, является важной и актуальной задачей.Цель работы – обеспечение заданной быстроходности гусеничных машинпутем определения рациональных характеристик упругих и демпфирующихэлементов пневмогидравлических устройств системы подрессоривания иобеспечения их работоспособности путем определения допустимой тепловой8нагруженности.Как показал анализ существующих методов определения параметровПГСП (Глава 1), универсального метода определения расчетных характеристикПГР в настоящее время не существует, а аналитический расчет тепловойнагруженностиявляетсянеудовлетворительнымввидузначительнойпогрешности определения температуры стабилизации.