Диссертация (Повышение плавности хода транспортных и транспортно-технологических машин внутренним подрессориванием колес), страница 6

Средняя часть плоских ограничительных дисков 4 имеет сферическую форму, обеспечивающую по-41вышенную жесткость конструкции. Ограничительные диски 5 установлены наступице 1 и имеют дугообразные радиальные вырезы для увеличения вертикального хода ступицы 1 относительно обода колеса 2 при движении транспортногосредства по неровной дорожной поверхности, а также для уменьшения массы.Концы упругих элементов закреплены шарнирно на дисках 4 и 5.

Недостаткомданных колес является разное значение коэффициента нормальной жесткости прикачении колеса в прямом и обратном направлениях.На рисунке 1.27 показана конструкция колеса с внутренним подрессориванием по патенту [84], авторы Енаев А. А. и Петров С. А.Рисунок 1.27 – Колесо с внутренним подрессориванием(Енаев А. А., Петров С. А.):1 – диск колеса; 2 – обод; 3 упругий элементКолесо с внутренним подрессориванием состоит из раздельно выполненныхдиска колеса 1 и стандартного обода 2. Диск 1 и обод 2 соединены упругими элементами 3, изготовленными в виде незамкнутых колец постоянного радиуса и42прямоугольного поперечного сечения. Начало упругих элементов закреплено наободе 1 при помощи болтов.Недостатками данных колес являются большие концентрации напряжений вместах крепления упругих элементов, недостаточная прочность, а, следовательно,и надежность, как упругих элементов, так и упругих колес в целом.Из представленного материала следует, что вопросу совершенствования колесного движителя уделялось и уделяется огромное внимание инженерами исследователями, конструкторами практиками.

Вместе с тем использование колес,обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств транспортных средств,требует новых методов проектирования и расчетов и новых подходов теоретического представления, прежде всего при рассмотрении плавности хода.Изучение современного состояния вопроса определило необходимость решения следующих задач:1.Проведение сравнительного анализа существующих конструктивныхрешений колесных движителей, повышающих плавность хода транспортныхсредств.2.Составление математической модели системы подрессориваниятранспортных средств с внутренним подрессориванием колес и проведение теоретических исследований по составленной модели.3.Изготовление опытных образцов КВП.4.Разработка и изготовление экспериментального оборудования для ис-пытаний КВП.5.Опытное определение характеристик изготовленных натурных образ-цов КВП.6.Экспериментальные исследования плавности хода транспортныхсредств, оснащенных КВП.432 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫПОДРЕССОРИВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВАС КОЛЕСАМИ С ВНУТРЕННИМ ПОДРЕССОРИВАНИЕМ2.1 Основные допущения при математическом моделированиисистемы подрессоривания транспортного средствас колесами с внутренним подрессориваниемДля оценки особенностей и выявления отличия колебаний транспортногосредства (ТС), содержащего колеса с внутренним подрессориванием (КВП), сохраняя при этом общепринятые обозначения в теории плавности хода, при составлении теоретической модели были приняты следующие допущения:•эквивалентная транспортному средству колебательная система приво-дится к системе с сосредоточенными массами и линейными характеристикамивосстанавливающих и демпфирующих сил в функции деформаций и их производных для всех упругих элементов и демпферов;•соприкосновение шины с опорной поверхностью происходит в видеточечного контакта;•в эквивалентной колебательной системе не учитываются такие внеш-ние воздействия как сопротивление воздуха и сопротивление подъема;•эквивалентная колебательная система соответствует подвеске колёсодного моста;•рассматривается динамика системы подрессоривания при равномер-ном прямолинейном поступательном движении автомобиля при качении колёс безприложения крутящего момента;•рассматриваются выходные процессы системы, соответствующие ос-новным компонентам оценки плавности хода автомобиля – вертикальным перемещениям и ускорениям масс транспортного средства;44•колебательная система рассматривается в продольной плоскости присимметричном воздействии неровностей дорожной поверхности на колёса левогои правого бортов;•движение транспортного средства происходит без отрыва колёс отопорной поверхности.2.2 Математические модели колебательной системытранспортного средства с внутренним подрессориванием колесНа рисунке 2.1 представлена схема колебательной системы, эквивалентнойсистеме подрессоривания транспортного средства без подвески, оснащенногопневматическими шинами.Рисунок 2.1 – Схема колебательной системы, эквивалентнойсистеме подрессоривания транспортного средства без подвески,оснащенного пневматическими шинами:ξ(t) – текущие во времени вертикальные смещения подрессоренной массы (M);cш – коэффициент нормальной жесткости шины; ɳш – коэффициентнеупругого сопротивления шины; q(t) – текущие во времени значенияординат микро профиля дороги в контакте шины45Масса M включает в себя массу кузова, перевозимого груза, оси, ступиц имассу пневматической шины.На рисунке 2.2 представлена схема колебательной системы, эквивалентнойсистеме подрессоривания транспортного средства, оснащенного колесами с внутренним подрессориванием взамен подвески.Рисунок 2.2 – Схема колебательной системы, эквивалентнойсистеме подрессоривания транспортного средства,оснащенного КВП взамен подвески:ξ(t) – текущие во времени вертикальные смещения подрессоренной массы (M’);cв – коэффициент нормальной жесткости внутреннего подрессоривания;ɳв – коэффициент неупругого сопротивления внутреннего подрессоривания;ψ(t) – текущие во времени вертикальные смещения массы обода колеса (mо);cш – коэффициент нормальной жесткости шины; ɳш – коэффициентнеупругого сопротивления шины; q(t) – текущие во времени значенияординат микро профиля дороги в контакте шиныМасса M’ включает в себя массу транспортного средства, оси, а также массуступиц и половину массы внутреннего подрессоривания колес.

Масса mо включа-46ет в себя массу пневматической шины, а также массу обода и половину массывнутреннего подрессоривания колес.Координаты положения масс транспортного средства отсчитываются в вертикальной плоскости в функции времени t от положения статического равновесия.Как видно из схем на транспортное средство при колебаниях действуют силы:•вертикальная инерционная сила подрессоренной массы=ии•(см. рисунок 2.1);=′′ (см.

рисунок 2.2);вертикальная сила упругого сопротивления внутреннего подрессори-вания колесав•=в(− );вертикальная сила неупругого сопротивления внутреннего подрессо-ривания колесавɳ•= ɳв ( − );вертикальная инерционная сила массы обода колесаои•;овертикальная сила упругого сопротивления шины.ш•==ш(− );вертикальная сила неупругого сопротивления шинышɳ= ɳш ( − ).Согласно основного закона динамики [11] с учетом указанных сил уравнения описывающие вертикальные колебания масс М, М’ и mо будут иметь следующий вид:••для ТС без подвески, оснащенного пневматическими шинами:+ 2ɳш−+2ш(− )=0для ТС, оснащенного КВП взамен подвески:о+ ɳш′ + 2ɳв−+ш(−+ 2 в( − ) = 0− ) − ɳв ( − ) −в(− )=047Системы дифференциальных уравнений составлены с учетом представлениянеровной дороги в виде, как одиночного ступенчатого воздействия, который описывается выражением ( ) =описывается выражением=, ≥0, так и гармонического профиля, который0, < 0(1 −).2.3 Определение параметров колеса с внутренним подрессориваниемдля теоретических исследованийНаряду с выявлением особенностей и закономерностей колебаний массприцепа оснащенного КВП, задачей теоретических исследований являлся поископтимальных параметров жесткости и неупругого сопротивления внутреннегоподрессоривания колес, как одних из исходных параметров для проектированияКВП.Исходя из технической возможности, разработка конструкции внутреннегоподрессоривания колес и последующее исследование эффективности его применения в колебательной системе транспортного средства проводились для параметров и нагрузок, соответствующих автомобильному прицепу серийного производства модели ЛАВ-81011 [95], параметры которого приведены в таблице 2.1.При этом в теоретических численных исследованиях использовались параметры – коэффициент нормальной жесткости и коэффициент неупругого сопротивления КВП полученные, как расчетным путем, так и определенные в результате экспериментальных исследований.Таблица 2.1 –Параметры автомобильного прицепа ЛАВ-81011Наименование параметраЗначение параметраПодрессоренная масса, кг550Неподрессоренная масса, кг75Коэффициент нормальной жесткости подвески, Н/м195000-1Коэффициент демпфирования подвески, Н·с·м3580Коэффициент нормальной жесткости шины, Н/м130000-1Коэффициент демпфирования шины, Н·с·м119548В результате теоретических исследований получены амплитудно-частотныехарактеристики вертикальных ускорений и перемещений масс автомобильногоприцепа ЛАВ-81011, оснащенного стандартной подвеской и традиционными колесами при движении по дороге гармонического профиля, характеризуемой теоретическим представлением=(1 −) с высотой неровности 2q0= 50 мм(рисунок 2.3, 2.4).Рисунок 2.3 – Амплитудно-частотная характеристикавертикальных ускорений подрессоренной массы автомобильного прицепаЛАВ-81011, оснащенного стандартной подвескойи традиционными колесами при движении по дорогегармонического профиля=(1 −) с высотой неровности 2q0= 50 ммАмплитудно-частотные характеристики показывают два резонанса возникающие при частоте возмущающего воздействия ν= 14 рад/с и ν= 53 рад/с с величинамимаксимальноговертикальногоускоренияподрессоренноймассы= 27,5 м/с2 и = 11 м/с2 соответственно, а также максимальное вертикальное перемещение подрессоренной массы = 0,14 м при частоте возмущающего воздействия ν= 14 рад/с.49Программа расчета амплитудно-частотных характеристик двухмассовой колебательной системы приведена в Приложении В.Рисунок 2.4 – Амплитудно-частотная характеристикавертикальных перемещений масс автомобильного прицепа ЛАВ-81011,оснащенного стандартной подвеской и традиционными колесамипри движении по дороге гармонического профиляс высотой неровности 2q0= 50 мм=(1 −)1 – перемещения подрессоренных масс ;2 – перемещения неподрессоренных масс ;На рисунках 2.5 и 2.6 представлены полученные зависимости максимальных вертикальных ускорений ,и перемещений ,подрессоренных и непод-рессоренных масс автомобильного прицепа, оснащенного КВП взамен подвескиот значений коэффициента нормальной жесткости cв упругого элемента КВП(программа расчета приведена в Приложении Д).При построении данных зависимостей коэффициент нормальной жесткостиcв упругого элемента КВП варьировался в диапазоне коэффициентов нормальнойжесткости упругих элементов системы подрессоривания легковых автомобилей игрузовиков малой грузоподъемности c= 5…400 кН/м, а частота возмущающего50воздействия ν соответствовала нижней резонансной частоте, полученной по амплитудно-частотной характеристике (рисунок 2.3), при которой наблюдаютсямаксимальные вертикальные ускорения.

Учитывая, что никаких исследованийдемпфирующих свойств КВП из полиуретановых эластомеров до настоящеговремени не проводилось, для расчетов принято значение коэффициента неупругого сопротивления ɳв= 1035 Н·с·м-1, определенное по результатам исследованийуменьшенных моделей КВП.Рисунок 2.5 – Зависимость максимальных вертикальных ускорений массавтомобильного прицепа ЛАВ-81011, оснащенного КВП взамен подвескипри движении по дороге гармонического профиля=(1 −)с высотой неровности 2q0= 50 мм и частотой возмущающего воздействияν= 14 рад/с от коэффициента нормальной жесткости cв упругого элемента КВП:1 – ускорения подрессоренных масс ;2 – ускорения неподрессоренных массАнализ полученной зависимости (рисунок 2.5) показывает, что максимальные вертикальные ускорения подрессоренных и неподрессоренных масс имеютпиковые значения при коэффициенте нормальной жесткости упругого элементаКВП cв= 98…163 кН/м, следовательно для сохранения значений максимальныхвертикальных ускорений подрессоренных масс при установке КВП взамен под-51вески необходимо выбирать коэффициент нормальной жесткости упругого элемента КВП cв в значениях до 98 кН/м или более 163 кН/м.Рисунок 2.6 – Зависимость максимальных вертикальных перемещений массавтомобильного прицепа ЛАВ-81011, оснащенного КВП взамен подвескипри движении по дороге гармонического профиля=(1 −)с высотой неровности 2q0= 50 мм и частотой возмущающего воздействияν= 14 рад/с от коэффициента нормальной жесткости cв упругого элемента КВП:1 – перемещения подрессоренных масс ;2 – перемещения неподрессоренных масс ;I, II, II’ – интервалы значений cвАнализ зависимости (рисунок 2.6) показывает, что максимальные вертикальные перемещения подрессоренных масс автомобильного прицепа, оснащенного КВП взамен подвески, превышают максимальные вертикальные перемещения подрессоренных масс стандартного прицепа= 0,14 м при коэффициентенормальной жесткости упругого элемента КВП cв= 98…163 кН/м.