Диссертация (1025326), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

Достоинством такогоподхода является отсутствие формализации грунтового основания по какойлибо известной эмпирической теории, полное определение которой требуетдовольно большого набора экспериментальных данных, и не всегда даетвысокую сходимость результатов расчетов и натурных экспериментов.При используемом подходе характеристики процесса прямолинейногокачения колеса в различных случаях движения определяются [92]: удельнымипотерями энергии fw (потери энергии при качении на единицу пройденногоколесом пути при единичной вертикальной нагрузке); удельной свободнойтягой φ (продольная сила, приложенная к оси катящегося колеса, приединичной вертикальной нагрузке на его ось); коэффициентом буксования:69Sб =ωк ⋅ rкс − Vxкωк ⋅ rкс= 1−rк,rкс(2.13)где ωк – угловая скорость вращения колеса; rкс – радиус колеса в свободномрежиме качения; rк – радиус качения колеса (rк =Vxк /ωк); Vxк – скорость центрамасс колеса в направлении оси Х.При проведении экспериментальных исследований для полученияхарактеристик взаимодействия движителя с опорным основанием необходимоопределять величины, входящие в уравнение энергетического баланса [67],суть которого заключается в том, что подводимая энергия к равномернокатящемуся колесу расходуется на совершение работы продольной силой и напотери при взаимодействии с опорным основанием:M к ⋅ ωк = Px ⋅ Vxк + f w ⋅ Pz ⋅ Vxк ,(2.14)где Mк – крутящий момент, подводимый к оси колеса; Px – продольная сила,действующая на ось колеса; Pz – вертикальная сила, действующая на ось колеса.По условию проведения эксперимента Px = Rx, а Pz = Rz, где Rx – продольнаяреакция при взаимодействии колеса с опорным основанием; Rz – вертикальнаяреакция в пятне контакта колеса с опорной поверхностью.

С учетом этоговыражение для определения удельных энергетических потерь можнопредставить в виде:fw =M к ωк Px M к ωк⋅− =⋅−φ .Pz Vxк PzPz Vxк(2.15)Величины, входящие в правую часть уравнения (2.15), определяются впроцессе эксперимента.Экспериментальные исследования, как отмечается в [88], должныпроводиться в различных скоростных режимах (для учёта реологии опорногооснования) и различном числе проходов колеса по колее. Методикапроведения экспериментальных исследований описана в главе 3. Результатыиспытаний представляются в виде тягово-энергетических fw = f (φ) и тяговосцепных φ = f (Sб) характеристик.

В модели использованы характеристики дляшины 1600х600-685 (Рис. 2.5), представленные в [66].70абРис. 2.5. Экспериментальные характеристики взаимодействия колеса сдеформируемым грунтом: а – тягово-сцепная; б – тягово-энергетическаяИз рисунка 2.5 видно, что движение возможно только с определеннымограниченным значением тяги. С ростом буксования тяга перестаетувеличиваться, и вся энергия двигателя расходуется на преодолениеувеличивающейся силы сопротивления движению.Методикаиспользованияэкспериментальныххарактеристикприимитационном моделировании прямолинейной динамики одиночного колесарассмотрена в [39]. Расчетные схемы одиночного колеса в ведущем и ведомомрежимах представлены на Рис. 2.6.абРис.

2.6. Расчетная схема движения колеса по деформируемому опорномуоснованию: а – ведущий режим; б – ведомый режим71Динамика колеса в ведущем режиме при отсутствии вертикальныхперемещений (Pz=Rz) описывается следующей системой уравнений:m ⋅ Vxк = Rx − Px ; J к ⋅ ω к = M к − M ( Rz ) − M ( Rx ) .(2.16)В системе уравнений (2.16) Px и Mк считаются заданными. Дляопределения силы Rx воспользуемся зависимостью:Rx= φ ⋅ Rz .(2.17)Для определения моментов сопротивления движению M(Rz) и M(Rx)используем уравнение энергетического баланса (2.14), откуда, учитывая, чтодвижение равномерное:M ( Rz ) + M ( Rx ) = M к =( f w + φ ) ⋅ Pz ⋅ Vxкωк ,(2.18)Таким образом, неизвестный момент в правой части уравненияопределяется зависимостями fw = f (φ) и φ = f (Sб).Окончательно уравнения динамики одиночного колеса могут бытьпредставлены в следующем виде:m ⋅ Vxк =φ ⋅ Pz − Px ; J к ⋅ ω к = M к − (1 − Sб ) ⋅ ( φ + f w ) ⋅ Pz ⋅ rкc .(2.19)При заданных значениях Pz, Px и Mк, а также при известныхзависимостях для fw и φ, система уравнений (2.19) пригодна дляимитационногоматематическогомоделированиясиспользованиемэкспериментальных характеристик взаимодействия движителя в ведущемрежиме с опорным основанием.В данной работе описанный подход к моделированию взаимодействиядвижителя в ведущем режиме с деформируемой опорной поверхностьраспространен также на случай ведомого режима.

Сделано допущение о том,что при определении коэффициента буксования (юза) при качении ведомогоколеса в случае бульдозерного вытеснения грунта можно воспользоватьсязависимость для тормозного режима качения:72Sб =Vxк − ωк ⋅ rксVxк= 1−rксrк.(2.20)Соответственно система уравнений для качения колеса в ведомомрежиме:m ⋅ Vxк = Px − φ ⋅ Pz ;( φ − f w ) ⋅ Pz ⋅ rкc .J⋅ω= к к1 − Sб(2.21)2.2.2. Расчетная схема и основные допущенияСозданнаяимитационнаяматематическаямодельдвижениядвухзвенного седельного автопоезда предназначена для исследованиявозможностейпроходимостираспределениямощностиавтопоездамеждупритягачомиразличныхприцепнымзаконахзвеном.Вматематической модели сделаны следующие основные допущения:• рассматривается прямолинейное движение автопоезда по ровномудеформируемому опорному основанию;• система симметрична относительно продольной оси автопоезда, т.

е.условия движения левого и правого бортов одинаковые;• колеса одного борта также находятся в одинаковых условиях;• связь колес с кузовом для обоих звеньев автопоезда в вертикальнойплоскости рассматривается как жесткая, т. е. без учета упругихсвойств подвески;• учитываетсятолькопродольнаяподатливостьнаправляющихэлементов подвески как тягача, так и полуприцепа;• колесорассматриваетсякоэффициентомкакжесткаявзаимодействияскрутильнаяопорноймассасповерхностью,представленным на Рис. 2.5.• деформация грунта задается не через его непосредственныефизические характеристики, а как удельные потери энергии прикачении колеса по ровному основанию;73• данные стационарных режимов переносятся на исследованиенеустановившихся режимов качения движителей.Построение математической модели движения седельного автопоездарассмотрено на примере четырехосного автомобиля-тягача с индивидуальнымприводом колес и трехосного полуприцепа в активном или пассивном режиме.Расчетные схемы движения звеньев автопоезда, представленные на Рис.

2.7,приняты с учётом характера решаемой задачи.Рис. 2.7. Расчетные схемы движения тягача (а) и активного полуприцепа (б) подеформируемому опорному основанию74В качестве начала координат для каждого из звеньев выбранапроекция центра масс на линию, соединяющую центры колес (точки O1 и O2для тягача и полуприцепа, соответственно), ось X параллельна опорнойповерхности и направлена в сторону движения, ось Z – перпендикулярнаопорнойповерхности.Расчетнаясхемапассивногополуприцепапредставлена на Рис. 2.8.Рис. 2.8.

Расчетная схема движения пассивного полуприцепа подеформируемому опорному основанию2.2.3. Уравнения динамики прямолинейного движения автопоезда подеформируемому опорному основаниюУравнения динамики тягача:4Pxi′ − G1 ⋅ sin α − Pw − Pкрx ;m1 ⋅ V1 =2 ⋅ ∑i =1 J ⋅ ω = M − (1 − S ) ⋅ ( f + φ ) ⋅ R ⋅ r ;кiбiwiizi кc кi кimкi ⋅ Vxкi = φi ⋅ Rzi − Pxi′ − mкi ⋅ g ⋅ sin α ,(2.22)где Pʹxi – продольная составляющая силы, действующей на корпус тягача состороны колес i-ой оси; g – ускорение свободного падения.Уравнения динамики для активного и пассивного полуприцепа75представлены в системах (2.23) и (2.24), соответственно:7 =2 ⋅ ∑ P′ − G ⋅ sin α + P ;mV⋅2крxxi 2 2i =5 J ⋅ ω = M − (1 − S ) ⋅ ( f + φ ) ⋅ R ⋅ r ;wiizi кскiбi кi кimкi ⋅ Vxкi = φi ⋅ Rzi − Pxi′ − mкi ⋅ g ⋅ sin α ,(2.23)7= P − 2 ⋅ ∑ P′ − G ⋅ sin α ;mV⋅крx2xi 2 2i =5 J ⋅ ω = ( φ − f ) ⋅ R ⋅ r (1 − S ) ;бiiwizi кс кi кim ⋅ V = P′ − φ ⋅ R − m ⋅ g ⋅ sin α ,кixiizi кi xкi(2.24)Продольная составляющая силы, действующей на корпус тягача состороны колес по оси X:Pxi′=( X кi − Lкi ) ⋅ kп + (Vxкi − V1 ) ⋅ Bп ,(2.25)где kп – коэффициент жесткости подвески в продольном направлении;Bп – коэффициент демпфирования подвески в продольном направлении;Xкi – расстояние от центра масс до i-ой оси колес; Lкi – расстояние от центрамасс до точки крепления подвески по оси Х; Vxki – скорость колес i-ой оси;V1 – скорость центра масс тягача.Аналогично определяются силы, действующие на корпус активногополуприцепа, а для пассивного звена зависимость (2.25) принимаетследующий вид:Pxi′ =( Lкi − X кi ) ⋅ kп + (V2 − Vxкi ) ⋅ Bп ,(2.26)где V2 – скорость центра масс полуприцепа.Нормальные реакции в пятне контакта колес i-ой оси с опорнойповерхностью определяются следующей зависимостью:Rzi = Pzi′ + 2 ⋅ mкi ⋅ g ⋅ cosα ,(2.27)где Pʹzi – нормальная составляющая силы, действующей на корпус тягача состороны колес i-ой оси.Прирасчетевертикальныхреакцийучитываетсявозможноерассогласование углов дифферента корпусов тягача и полуприцепа.76Pʹzi определяются с помощью системы уравнений (2.28), составленнойаналогично системе (2.7). 4 ′Pzi= ( G1 − 8 ⋅ mк1 ⋅ g ) ⋅ cosα + Pкрz ;2 ⋅ ∑i =12 ⋅ 4 P′ ⋅ L + P +P + G − 8 ⋅ m ⋅ g ⋅ sin α ⋅ h′ +)) c1к1ax1 ( 1кi ( wzi ∑i =14−⋅hlθ⋅⋅PlP+++ крz кр1 крx ( кр1 кр1 1 ) ∑ M Ci =0 ;i =1( P′ − P′ ) k = ( L − L ) ⋅ θ ;к1к21 z 2 z1 1( Pz′3 − Pz′1 ) k = ( L − L ) ⋅ θ ;1к1к31( Pz′4 − Pz′1 ) k 1 = ( Lк1 − Lк4 ) ⋅ θ1 ,где(2.28)hʹс1 – расстояние по оси Z от оси колес тягача до центра тяжести тягача;hкр1 – расстояние от оси колес тягача до ОСУ по оси Z; MСi –моментсопротивления движению, приведенный к i-ой оси.Моментсопротивлениядвижениюопределяетсяследующимсоотношением:M Ci =(1 − Sбi ) ⋅ ( f wi + φi ) ⋅ Rzi ⋅ rкс .(2.29)Аналогично определяются нормальные реакции для полуприцепа: 7 ′Pzi + Rкрz= ( G2 − 6 ⋅ mк2 ⋅ g ) ⋅ cosα ;2 ⋅ i∑=52 ⋅ 7 P′ ⋅ L +R ⋅ l + P + G − 6 ⋅ m ⋅ g ⋅ sin α ⋅ h′ +)) c2к2кiкрz кр2 ( ax 2 ( 2zi i∑=5 7+ M − P ⋅ h +l ⋅ θ =2) 0 ; ∑ Ciкрx ( кр2 кр2i =5R=( lкр2 ⋅ θ2 − lкр1 ⋅ θ1 ) ⋅ kСУ ; крz( P′ − P′ ) k = ( L − L ) ⋅ θ ;z52к5к62 z6( Pz′7 − Pz′5 ) k = ( L − L ) ⋅ θ ,2к5к72(2.30)где Rкрz – нормальная реакция от ОСУ; hʹс2 – расстояние от оси колесполуприцепа до центра тяжести полуприцепа по оси Z; hкр2 – расстояние от осиколес полуприцепа до ОСУ по оси Z.772.3.Математическое описание связи между звеньямиПродольную составляющую связи в узле сочленения предложеносчитать упругодемпфирующей [50].

Характеристики

Список файлов диссертации