Диссертация (1025326), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Известно, что абсолютно жесткий иликинематический характер связи накладывают на модель ряд ограничений,наиболее важным из которых является необходимость полного измененияматематической модели в случае добавления одного или нескольких звеньев.Реализация упругодемпфирующей связи достигается следующимобразом: автопоезд условно разрывается в узле сочленения, на каждом звенеотброшенная секция заменяется соответствующими силами и моментами.Динамика тягача и полуприцепа рассматривается по отдельности.При моделировании прямолинейной динамики автопоезда продольнаясоставляющая нагрузки в ОСУ вычисляется по следующей зависимости [38]:Pкр=x( X С1 − X С 2 ) ⋅ k0 + (V1 − V2 ) ⋅ B0 ,(2.31)где k0 – коэффициент жесткости ОСУ в продольном направлении;B0 – коэффициент сопротивления демпфера ОСУ в продольном направлении;XС1 и XС2 – координата по оси Х центра масс тягача и полуприцепа,соответственно.Выбор коэффициентов упругодемпфирующей связи k0 и B0 основан нарекомендациях, представленных в [107].2.4.Математическое моделирование силовой установки и трансмиссииСхема трансмиссии активного автопоезда представлена на Рис.
2.9. Вобщем виде динамика электромеханической трансмиссии с индивидуальнымприводом движителей может быть описана следующей системой уравнений:( J Д + J Г ) ⋅ ω Д = М Д − M СД ;2( J кi + J Тi ⋅ U кр ) ⋅ ω кi = M кi − М Сi ,(2.32)где JД, JД, JТ – моменты инерции коленчатого вала ДВС, вала генератора, вала iго ТЭД; ω Д – угловое ускорение коленчатого вала ДВС; MД – крутящий моментДВС; MСД – момент сопротивления, приведенный к коленчатому валу ДВС;Uкр – передаточное число колесного редуктора.78Рис.
2.9. Схема трансмиссии активного автопоездаВ работе принят подход, исключающий описание внутренней динамикипроцессов, происходящих в электромеханических устройствах [40]. Тогдадинамика выходного вала ТЭД, связанного с движителем через колесныйредуктор, описывается уравнением:J кi ⋅ ω к=M ТЭДi ⋅ U кр ⋅ ηкр − M Ci ,i(2.33)где MТЭДi – крутящий момент на выходном валу i-го ТЭД; ηкр – КПД колесногоредуктора.ХарактеристикаТЭД, используемогопредставлена на Рис. 2.10.Рис. 2.10. Механическая характеристика ТЭДна объекте исследований,79КПД электродвигателя на малых оборотах составляет менее 50 %, всвязи с чем возможен дефицит мощности при старте автопоезда с места. Дляповышения адекватности расчетов необходимо учесть это в математическоймодели. Мощность, потребная для питания всех тяговых электродвигателейопределяетсяследующимобразом:мощность,развиваемаяi-ымэлектродвигателем (NТЭДi) при заданной частоте вращения (ωкi), делится наКПД электродвигателя при той же частоте вращения:N потр ∑==( NТЭДi ηТЭДi ) ∑ ( 30 ⋅ ωкi ⋅ U кр ⋅ M ТЭДi π ⋅ ηТЭДi ) ,1414=i 1 =i 1(2.34)где ηТЭДi – КПД i-го ТЭД при заданной частоте вращения.Мощность, доступная для питания ТЭД, определяется характеристикойдизель-генераторной установки (ДГУ), представленной на Рис.
2.11.Необходимо учитывать, что часть мощности ДГУ расходуется на собственныенужды шасси (бортовые системы и навесное оборудование).Рис. 2.11. Характеристика дизель-генераторной установкиПри построении модели учтено следующее:• темп разгона ДВС, полученный по реальной осциллограмме;• темп замедления, определяемый задатчиком интенсивности в системеуправления (за минуту обороты дизеля уменьшаются с максимальныхдо холостого хода).802.5.Программная реализация разработанных математических моделейРазработанныеимитационногоматематическиематематическогомоделимоделированияреализованывдинамическихсредесистемSimulink программного комплекса Matlab.
Блок-схема модели, представленнаяна Рис. 2.12, включает четыре основных блока: «Car», в котором реализуетсядвижение автомобиля-тягача, «Trailer», в котором реализуется движениеполуприцепа, «Hitch», в котором реализуется связь между звеньями автопоездачерез продольную составляющую нагрузки на ОСУ и «Diesel-generator», вкотором моделируется силовая установка автопоезда. Для учета изменениявертикальной составляющей нагрузки на ОСУ между блоками «Car» и «Trailer»добавлена связь через величину нормальной реакции Rкрz, т.е. вертикальнаянагрузка не постоянна, а зависит от режима движения автопоезда.Рис. 2.12.
Блок схема математической модели движения седельногоавтопоездаБлок-схема расчета параметров движения отдельного звена автопоезда,представленная на Рис. 2.13, включает в себя следующие подсистемы:динамикакорпуса(Body_dynamics),расчетвертикальныхреакций(Calculations_Rzi) и определение параметров качения каждого колеса звена(Wheels).81Рис. 2.13. Блок схема математической модели динамики звена автопоездаБлок схемы расчета динамики колеса для случаев движения автопоездапо различным типам опорного основания (твердому и деформируемому)представлены на Рис. 2.15.Блоки, входящие в подсистему силовой установки (Diesel-generator),представлены на Рис. 2.14.Рис.
2.14. Блок схема математической модели ДГУопорным поверхностямРис. 2.15. Блок-схемы расчета динамики колеса при движении по недеформируемой (а) и деформируемой (б)ба8283В блоке «Divide1» (Рис. 2.14) рассчитывается отношение (обозначено kdef)выходного сигнала подсистемы «ICE» (доступная мощность) к ее входномусигналу (потребная мощность). Далее проводится сравнение этого значения сединицей в блоке «Switch». Если потребная мощность не превышаетдоступной (kdef ≥ 1), то тяговые электродвигатели работают по заданноймеханической характеристике. В случае дефицита мощности (kdef < 1) тяговыеэлектродвигатели не могут работать по заданной характеристике, крутящиймомент снижается пропорционально недостатку мощности (умножается натекущее значение kdef).2.6.Выводы по главе1.
На основе современных положений теории движения автомобиляразработаны следующие оригинальные математические модели:- модель прямолинейной динамики двухзвенного седельного автопоездапо недеформируемому основанию,- модель прямолинейной динамики двухзвенного седельного автопоездапо деформируемому основанию,особенностью которых является динамическое изменение угловдифферента корпусов тягача и полуприцепа, а также вариативность примоделировании силовой установки, системы привода в целом и приреализации законов и алгоритмов управления распределением мощности втрансмиссии, в том числе для изменения характеристик привода полуприцепа.2. Разработанные математические модели динамики автопоездаявляются основными составляющими для достижения цели диссертационногоисследования.84Глава 3.Стендовые испытания движителя и верификацияматематических моделей движения автопоезда3.1.Стендовые испытания движителейДля адекватной работы математической модели движения автопоезда подеформируемой опорной поверхности необходимо использовать в моделитягово-сцепные и тягово-энергетические характеристики взаимодействияколеса с грунтом, которые могут быть получены по результатам стендовыхили полигонных испытаний.Экспериментальные исследования, как отмечается в [88], должныпроводиться в разных скоростных режимах (для учета реологии опорногооснования), при различном числе проходов колеса по колее и разных режимахкачения.
Существует два основных вида испытаний шин: лабораторные иполигонные. Испытания в лабораторных условиях по сравнению сполигонными имеют ряд существенных преимуществ:•стабильность условий эксперимента;•высокая точность измерений;•сокращение затрат времени и средств на проведение испытаний;•возможность автоматизации испытаний.В реальных условиях движения КМ пневматические шины одновременноиспытывают различные виды нагружения, которые взаимосвязаны и приводятк сложному деформированию. Поэтому на современных стендах стремятсясоздатьвозможностьисследованияшинподдействиемнесколькихприложенных усилий, что позволяет приблизить лабораторные испытания кработе движителя в реальных условиях эксплуатации.Для проведения экспериментальных исследований взаимодействияколесного движителя с деформируемым опорным основанием известныразличные конструкции стендов, часть из которых представлена на Рис.
3.1.85абвРис. 3.1. Стенды для испытаний движителей на деформируемых опорныхповерхностях: а – «Грунтовой канал» МГТУ им. Н.Э. Баумана;б – «Soil bin» университета Гельмута Шмидта (Германия);в – «Активное колесо» МГИУОсновным недостатком представленных стендов является то, что онирассчитанынаиспытаниядвижителейограниченнойразмерности,преимущественно для легковых автомобилей. В данной работе для полученияинтегральных характеристик взаимодействия использованы результатыиспытаний шины 28,1R26 (модель ФД-12М) на стенде СИБ-1М (Рис. 3.2),разработанном в НАТИ. Данный стенд создан для испытаний тракторных шин,в связи с чем возможно проводить исследования колесных движителейбольшого диаметра при значительных вертикальных нагрузках.863.1.1.
Описание экспериментальной установкиИспытательный стенд СИБ-1М предназначен для получения следующихфункциональных характеристик колесного движителя:•жесткостных характеристик;•радиуса качения;•тяговых показателей;•давления на грунт.Технические характеристики стенда приведены в Таблице 2.Таблица 2.Технические характеристики стенда СИБ-1МТип стендас плоской опорной поверхностьюГабаритные размеры стенда (д*ш*в)6500 х 3000 х 2800 ммКоличество испытуемых шин1 шт.Допустимые габариты шиндиаметр: 600-1400 мм;ширина: 50-1000 ммМаксимальная нормальная нагрузка60 кНМаксимальная касательная нагрузка35 кНКоличество электродвигателей3 шт.Мощность электродвигателей4,5 кВтПитание электродвигателей220 В, 50 ГцМаксимальный ход стола1200 ммМаксимальный ход каретки500 ммМаксимальный угол поворота колеса120°Конструкция стенда показана на Рис.
3.2 и включает станину 1, каретку 2с полуосью 5, опорную поверхность (стол) 7, электродвигатели, насосы,гидроцилиндры и пульт управления. Стол стенда свободно перемещается навосьми катках 8 с роликовыми подшипниками, что сводит к минимуму потери87при движении стола и каретки. Перемещение стола обеспечивается как припомощи гидроцилиндра (ведомый режим), так и от момента колеса (ведущийрежим).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
