Выбор рациональных параметров системы подрессоривания быстроходных гусеничных машин

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИМОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙУНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»Для служебного пользованияНа правах рукописиШишанов Сергей МарксовичВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫПОДРЕССОРИВАНИЯ БЫСТРОХОДНЫХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИНСпециальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машиныДиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:Засл. деятель науки РФ, доктортехнических наук, профессорВ.М.

ШариповМосква – 20152СОДЕРЖАНИЕ1.ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………..4СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ...…….81.1. Анализ конструктивных схем системы подрессоривания и ихклассификация …………..……………………………………………81.2. Методы исследования системы подрессоривания …………………211.3. Сложности выбора рациональных параметров системыподрессоривания ……………………………………………………..281.4.

Задачи исследования …………………………………………………382.МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ БЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕМЕТОДА СТАТИСТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ ПОДРЕССОРИВАНИЯ ……………………...392.1. Силы, действующие от грунта на корпус гусеничной машины …..392.2. Дифференциальные уравнения колебаний корпуса гусеничноймашины ………………………………………………………………..412.3. Метод гармонической линеаризации и определение егокоэффициентов ……………………………………………………….2.4. Методстатистическойлинеаризациинелинейной45системыподрессоривания……………………………………………………...492.5.

Определение статистических коэффициентов линеаризации …….692.6. Определение вероятностных характеристик движения корпусагусеничной машины ………………………………………………….822.7. Выводы………………………………………………………………...883.ВЫБОРРАЦИОНАЛЬНЫХПАРАМЕТРОВСИСТЕМЫПОДРЕССОРИВАНИЯ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ ……………..903.1. Определение огибающей и фазы случайных колебаний ………….903.2. Взаимосвязь между коэффициентами гармонической истатистической линеаризации ……………………………………….9533.3. Выбор критерия оптимизации системы подрессориваниягусеничной машины …………………………………………………. 1003.4. Пространство параметров качество системы подрессориваниягусеничной машины ………………………………………………….

1133.5. Среднее число выбросов случайного процесса из областидопустимых состояний системы подрессоривания гусеничноймашины ……………………………………………………………….. 1193.6. Выводы ……………………………………………………………….. 1274.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ПОДРЕССОРИВАНИЯБЫСТРОХОДНОЙ ГУСЕНИЧНОЙ МАШИНЫ С ПОЗИЦИЙСТАТИСТИЧЕСКОЙ ДИНАМИКИ ………………………………..1294.1. Выбор участка трассы для экспериментальной и теоретическойоценки быстроходности гусеничной машины …………………….. 1294.2. Вероятностные характеристики микропрофиля пути ……………..1304.3. Определение статических характеристик участка трассы ………...1384.4.

Объект исследования, измерительное оборудование ипрограммное обеспечение проведения экспериментальныхисследований …………………………………………………………1404.5. Метрологическое обеспечение эксперимента ……………………..1494.6. Моделирование движения гусеничной машины по трассам спрофилем, полученным на основе статистических характеристиктрасс с помощью программного комплекса «WinTrak» …………... 1544.7. Сравнительная оценка вариантов системы подрессориваниябыстроходной гусеничной машины ………………………………...1644.8. Выводы ………………………………………………………………..

165ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ………………………...166ЛИТЕРАТУРА ……………………………………………………….. 169ПРИЛОЖЕНИЕ ………………………………………………………1834ВВЕДЕНИЕАктуальность темы. Движение гусеничной машины (ГМ) сопровождается колебательными процессами ее корпуса.Колебания корпуса ГМ оказывают отрицательное влияние на самочувствие и утомляемость экипажа, и как следствие, снижают качество и оперативность работ выполняемых экипажем. Вынужденное снижение скоростидвижения машины ниже той величины, которая допускается сопротивлениемдвижению, приводит к снижению показателей подвижности ГМ – средней имаксимальной скорости движения. Колебания корпуса ГМ обуславливаютсякачеством системы подрессоривания (СП).

Плавность хода ГМ зависит отхарактера внешнего возмущения, передаваемого от неровности на корпусмашины через опорные катки и детали СП. Характер внешнего возмущениявсецело определяется тем, как энергия возмущения распределена по частоте,т.е. характер внешнего возмущения (как детерминированного так и случайного) обуславливается спектральной плотностью его возмущения [5, 10, 18,27, 35, 87, 90, 105, 128].СП ГМ должна отвечать противоречивым требованиям, обусловленным необходимостью обеспечения хорошей плавности хода во всем диапазоне скоростей движения и профилей опорной поверхности.

Принимая вовнимание, что ГМ движется по случайному профилю, можно применить вероятностные методы, минуя изучение отдельного явления (детерминистический подход), обратится к законам, управляющим массовыми явлениями. Таким образом, постановка большого числа практических задач, в том числе ипоиск рациональных параметров СП, возможно только на основе построениявероятностных моделей [17, 89, 97, 103].

Вероятностные модели и методы иханализа, результаты которого носят статистических характер, составляютпредмет статистической динамики быстроходных ГМ.Необходимо отметить, что СП ГМ в общем случае является нелинейной системой, что обуславливается отрывом опорных катков от грунта при5определенных условиях движения [35]. Для преодоления сложностей, связанных с нелинейностью СП, в рамках статистической динамики можно использовать метод статистической линеаризации СП [99, 106, 107].Принимая во внимание выше сказанное, и учитывая, что проектирование СП обычно представляет собой ряд компромиссных решений с цельюнаилучшим образом удовлетворить всем предъявляемым к системе требованиям, является актуальным создание метода, с помощью которого конструктор может, оставаясь в достаточной близости к оптимальному решению сточки зрения выбранного критерия качества, иметь достаточно свободы, чтобы удовлетворять и всем остальным требованиям.Предложенный в работе метод позволяет находить предельные потенциальные качества СП для заданных условий ее работы.

Сравнивая рассматриваемые при проектировании варианты СП с теоретической системой, конструктор может судить о том, насколько данные варианты близки к оптимуму, с точки зрения выбранного критерия.Целью работы является разработка метода выбора рациональных параметров СП ГМ с использованием методов статистической динамики.Для достижения цели, поставленной в данной работе, были определеныследующие задачи исследования:- проведение анализа СП ГМ с позиций статистической динамики, аименно выполнение статистической линеаризации системы;- обоснование выбора критерия качества для последующей оптимизации СП;- разработка метода выбора рациональных параметров СП ГМ;- проведение экспериментальных исследований движения ГМ с цельюапробации предложенного метода.Объектом исследований является СП быстроходной ГМ.Методы исследования.

В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования основаны на использование методов статистической динамики, спектральной тео-6рии подрессоривания, теории вероятностей и корреляционной теории случайных функций. Экспериментальные исследования проводились на натурном образце ГМ.Научная новизна работы заключается в следующем:- предложена математическая модель движения ГМ, позволяющая получить аналитические зависимости параметров СП ГМ в вероятностном аспекте;- проведена статистическая линеаризация СП ГМ;- обоснованы критерии качества для последующей оптимизации СП;- разработан метод выбора рациональных параметров СП быстроходной ГМ.Практическая значимость.

Метод выбора рациональных параметровСП быстроходной ГМ уже на ранних стадиях проектирования дает возможность конструктору осуществить выбор ее наиболее рациональных параметров в рамках заданных требований и критериев качества.Основные положения диссертации, выносимые на защиту:- статистическая линеаризация СП ГМ;- выбор критерия качества для оптимизации СП быстроходной ГМ;- метод выбора рациональных параметров СП ГМ;- результаты экспериментальных исследований движения ГМ с цельюапробации предложенного метода.Реализация результатов работы.

Метод выбора рациональных параметров СП ГМ внедрен в учебный процесс в Университете машиностроения,в ОАО «НАТИ» при разработке новых конструкций ходовых систем тракторов и быстроходных ГМ и в учебном процессе и научной работе Военногоинститута (общевойскового) МО РФ.Апробация работы. Основные положения диссертации докладывалисьна заседании кафедры «Автомобили и транспортно-технологические системы» Университета машиностроения (г. Москва, 2010 - 2015 гг.), на семинаре кафедры «Тягачей и амфибийных машин» Московского автомобильно-7дорожного государственного технического университета (МАДИ) (г. Москва,2005 г., 2015 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Инженерные исследования и достижения - основа инновационного развития» (г.Рубцовск, 2015 г.).Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ,среди которых 4 работы опубликованы в рецензируемых изданиях, входящихв Перечень ВАК.Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4глав, основных результатов и выводов, списка используемой литературы иприложения. Основное содержание работы изложено на 186 страницах машинописного текста, включая 49 рисунков, 9 таблиц и приложение.81 . СО СТ О Я Н И Е В О П РО СА И З А ДА Ч ИИ С СЛ Е Д О В АН И Й1.1. Анализ конструктивных схем систем ыподрессоривания и их классификацияСистемой подрессоривания (СП) принято называть группу узлов и деталей ходовой системы, соединяющих корпус машины с осями колес (у колесной машины) или осями опорных катков (у гусеничной машины).В эту группу входят упругие элементы (рессоры), амортизаторы инаправляющее устройство. При этом в некоторых подвесках амортизаторымогут отсутствовать [9, 87, 90].Помимо удовлетворения общих, предъявляемым ко всем механизмамтребований, СП должна обеспечивать необходимую плавность хода машины.Иногда к СП предъявляют и дополнительные требования:- регулирование дорожного просвета и положения корпуса машины;- изменение характеристики упругости подвески с целью улучшенияэксплуатационных свойств машины.Тем не менее, основным предназначением СП является обеспечение необходимой плавности хода, что особенно актуально для быстроходных гусеничных машин (ГМ), учитывая характер опорной поверхности по которой вподавляющем большинстве случаев машина осуществляет движение.Касательно ГМ, можно сказать, что в настоящее время известны различные подходы к классификации их систем подрессоривания.