Диссертация (1025303), страница 16
Текст из файла (страница 16)
5.2. Упругодемпфирующая характеристика шины 7,50–20Рис. 5.3. Упругодемпфирующая характеристика шины 3,5–5139Таблица 21.Величина рассеянной энергии и показателей, характеризующихрассеивание энергии для шин в радиальном направленииПоказательЗначениеШина 12,00–20; прогиб 22 ммWпогл ш141,5 ДжWmax167,7 Дж погл0,844пот0,134Шина 7,50–20; прогиб 43 ммWпогл ш35,71 ДжWmax62,5 Дж погл0,57пот0,091Шина 3,5-5; прогиб 10 ммWпогл A0,58 ДжWmax0,71 Дж погл0,817пот0,13Сравнивая данные, приведенные в Таблице 21 и Таблице 19, попоказателям, характеризующим рассеивание энергии, видно, что коэффициентпоглощения для рассмотренных шин лежит в диапазоне от 0,57 до 0,844, а длястеклопластиковой пружины в зависимости от нагрузочного режима – от 0,102до 1,63. Таким образом, можно сделать вывод, что рассеивание энергиистеклопластиковой пружиной сопоставимо с рассеиванием энергии в шине,поэтому при проведении имитационного моделирования движения КМ сучетом потерь в шинах необходимо оценивать и учитывать энергию,рассеиваемую композитной пружиной.1405.2.
Оценкавлиянияпружиныизполимерныхкомпозиционныхматериалов на вибробезопасностьДля подтверждения вывода, приведенного в предыдущем пункте пятойглавы,былирассмотренымотовездехода:стриметаллическимимитационныеупругиммоделиэлементомдвижениябезучетадемпфирования в шине; с композитным упругим элементом без учетадемпфирования в шине; с металлическим упругим элементом и сдемпфированием в шине. Упругие элементы имели одинаковую жесткость. Врезультате проведения имитационного моделирования был определен спектрсреднеквадратического отклонения (СКО) ускорения на месте водителя взависимости от частоты.Исходными данными для проведения имитационного моделированияявлялись:1) скорость движения мотовездехода – 60 км/ч;2) тип дороги – асфальтовое шоссе с усовершенствованным покрытием;3) технические характеристики мотовездехода, представленные вТаблице 7.На Рис.
5.4 изображен результат моделирования движения КМ сиспользованием разных упругих элементов.СинимцветомнаРис.5.4представленазависимостьсреднеквадратического отклонения (СКО) ускорения на месте водителя прииспользовании композитной пружины в системе подрессоривания КМ сжесткойшинойбездемпфирования.Краснымцветомпредставленазависимость СКО ускорения на месте водителя при использовании стальнойпружины с жесткой шиной с демпфированием.141Рис.
5.4. Зависимость среднеквадратического отклонения ускоренияна месте водителя от частоты на корпусе КМ на месте водителяУстановлено, что уровни СКО ускорения на месте водителя прииспользовании стальной пружины с демпфированием в шине и композитнойпружины без демпфирования в шине отличаются на величину не более 4%.Таким образом, уровень демпфирования в композитной пружине сопоставимс демпфированием в шине.5.3.
Анализ рациональности конструктивно-компоновочных решенийпружин из полимерных композиционных материаловДля анализа рациональности конструктивно-компоновочных решенийбыли выбраны несколько КМ разной полной массой и с разной нагрузкой наось:- КМ с нагрузкой на ось 10,5 тонн;- КМ с нагрузкой на ось 2 тонны;- КМ с нагрузкой на ось 780 кг;- КМ с нагрузкой на ось 175 кг.СистемаподрессориванияпервойКМнаходитсянастадиипроектирования. Металлическая цилиндрическая пружина в такой КМполучалась большой длины, поэтому для такого автомобиля актуально былоразработать композитные пружины меньшей длины, при неизменном142наружном диаметре пружины и ее ходе. Для последних трех автомобилейкомпозитные пружины были спроектированы в качестве аналога к ужеимеющимся стальным пружинам, таким образом, от таких пружинтребовалось обеспечение заданного хода при такой же свободной длинекомпозитной пружины, а также обеспечить одинаковый внутренний диаметрпружины.
Последнее требование вызвано компоновочными соображениями,т.к.внутрьвинтовойцилиндрическойпружиныустанавливаетсягидравлический амортизатор.Результаты расчета основных параметров пружин приведены вТаблице 22.На Рис. 5.5 представлено визуальное сравнение геометрии композитныхи стальных пружин для рассматриваемых КМ.Рис. 5.5. Сравнение геометрии стальных пружин и их композитныханалогов для КМ с нагрузкой на ось: а) – 10,5 тонн; б) – 2 тонны; в) – 780кг; г) – 175 кг.Применение пружин из ПКМ позволяет добиться ряда конструктивнокомпоновочных преимуществ по сравнению со стальными цилиндрическимивитыми пружинами:- меньшая масса композитной пружины на величину до 80%;- возможность обеспечения больших углов поворота управляемых колесза счет технологической возможности изготовления пружин из ПКМ сменьшим соотношением c Dсрd пж;143- возможность уменьшения свободной длины стеклопластиковойпружины при неизменной ее жесткости и одинаковом ходе по сравнению состальным аналогом за счет меньшего модуля упругости, например, для КМполной массой 42 тонны с нагрузкой на колесо 5,25 тонны свободная длинакомпозитной пружины будет меньше на 20 % по сравнению со стальнойцилиндрической пружиной при одинаковом ходе и наружном диаметре.
Такаямера позволяет уменьшить габаритную высоту кронштейна пружины,расположенного на корпусе КМ;- снижается вероятность потери устойчивости пружины из-за меньшейдлины такой пружины.144Таблица 22.Основные параметры стальной пружины для каждой КМ и ее стального аналога.ПараметрДиаметр пруткапружиныПараметрпружиныЧисло рабочихвитковМаксимальныенапряженияМаксимальнаядеформацияпружиныДлина пружины всвободномсостоянииМасса пружиныАвтомобиль с нагрузкой Автомобиль с нагрузкойАвтомобиль сАвтомобиль сна ось 10,5 тоннына ось 2 тоннынагрузкой на ось 780 кг нагрузкой на ось 175 кгСтальнаяпружинаКомпозитная Стальная Композитная Стальная Композитная Стальная Композитнаяпружинапружинапружинапружинапружинапружинапружина46 мм60 мм26 мм41 мм15,2 мм23 мм10 мм15,7 мм3,62,553,56,94,96,54,612,5 шт.6 шт.6,5 шт.3,5 шт.9 шт.59,5 шт.8 шт.653 МПа267 Мпа908 МПа290 Мпа296 МПа105 Мпа372 МПа106 Мпа190 мм190 мм116 мм115 мм88 мм88 мм170 мм170 мм878 мм710 мм365 мм365 мм278 мм278 мм340 мм340 мм95 кг25 кг13,8 кг6,2 кг3,6 кг1,9 кг1,19 кг0,86 кг1455.4.
Метод расчета упругого элемента из полимерных композиционныхматериалов для систем подрессоривания колесных машинМетод расчета цилиндрических витых пружин, выполненных сприменением ПКМ, состоит из следующих этапов:1) определение начальных условий и конструктивно-компоновочныхограничений, которые используются для формирования целевых параметровупругого элемента;2) определение технологических особенностей производства, которыеопределяют уровень армирования композиционного материала и направлениеармирования;3) анализструктурныхпараметровкомпозиционногоматериалапружины для вычисления матрицы жесткости ортотропного слоя материалапружины;4) создание КЭ модели стержня для определения модуля сдвигаматериала;5) верификацияупругихпараметровстержнявсравнениисэкспериментом;6) проведение синтеза конструктивных параметров упругого элементадля достижения требуемых целевых параметров композитной пружины;7) создание математической модели пружины с учетом реологическихсвойств материала;8) использование полученной математической модели при созданииимитационной модели движения КМ для определения диапазона амплитуд ичастот возмущающего воздействия со стороны опорной поверхности;9) изготовление композитной пружины и проведение натурныхиспытаний в соответствии с диапазоном амплитуд и частот возмущающеговоздействия со стороны ОП, полученного в результате имитационногомоделирования движения КМ;10) верификация математической модели пружины, учитывающейреологические свойства материала;14611) определение вязкоупругих параметров модели методом наименьшихквадратов.Разработанный метод позволяет проводить синтез конструктивныхпараметров композитных пружин, а также учитывать вязкоупругиеписвойства композитных пружин, используя аппарат дробных производных.5.5.
Выводы по пятой главеУстановлено, что гистерезисные потери в композитной пружинесопоставимы с потерями в пневматической шине. Получено, что коэффициентпоглощения стеклопластиковой пружины изменяется в пределах от 0,102 (причастоте 0,98 Гц и амплитуде 51,8 мм) до 1,63 (при частоте 5 Гц и амплитуде18,7 мм), а коэффициент поглощения шины лежит в диапазоне от 0,57 до 0,844в зависимости от типоразмера рассмотренных шин.Произведена оценка уровня демпфирования композитной пружиныпутем имитационного моделирования движения КМ со стеклопластиковымипружинами по асфальта-бетонному покрытию.
В результате сравнениястальной и стеклопластиковой пружины для исследуемого диапазона частотвыявлено, что снижение уровня среднеквадратического отклонения ускоренийна месте водителя с композитной пружиной достигает 4% по сравнению состальным аналогом.Разработан метод синтеза конструктивных параметров витойцилиндрической композитной пружины на основе стеклопластика, котораяпозволяет прогнозировать на стадии проектирования упругую характеристикупружины.Определены основные конструктивные параметры пружин изполимерных композиционных материалов, которые могут быть использованыв качестве аналогов стальным пружинам в системах подрессориванияразличных колесных машин.
Установлено, что за счет использованиякомпозитных пружин в системах подрессоривания колесных машин,существенно снижается масса винтовой пружины (до 80%), при этом147свободная длина композитной пружины может быть меньше стальной навеличину до 20%.148Общие выводы и заключение по работеРазработана математическая модель деформирования полимернойкомпозитной пружины, позволяющая с высокой точностью прогнозировать ееупругую характеристику с учетом реологических свойств материала,особенностью модели является использование дифференциальных уравненийрабочих процессов, содержащих производные дробного порядка.Доказанакомпозитнойадекватность разработаннойпружинынаосновематематической моделистеклопластикаиподтвержденавозможность её применения для практического использования при созданиикомпозитных пружин для систем подрессоривания КМ.
Сравнениемрезультатов численного математического моделирования и натурныхэкспериментов установлено, что относительная погрешность по определениюрассеянной энергии не превышает 13 %.Разработан метод синтеза конструктивных параметров витойцилиндрической композитной пружины на основе стеклопластика, котораяпозволяет прогнозировать на стадии проектирования упругую характеристикупружины и проводить оценку прочности разрабатываемой конструкции.Особенностью метода является возможность регулирования упругих свойствкомпозитной пружины за счет изменения направления армирования иколичества монослоев материала при производстве пружины.Впервые получен способ моделирования упругодемпфирующихэлементов конструкций колесных машин с гистерезисным демпфированиемдля оценки рассеивания энергии в неметаллических упругих элементах системподрессориванияКМ,которыйпозволяетсвысокойточностьюпрогнозировать внутренние гистерезисные потери при движении КМ потвердой ОП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
