Конструкция и расчет торсионной подвески БГМ (1035793), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Угол β0′установкитакогоограничителявыбираетсяизконструктивныхсоображений в диапазоне 25°…30°. Именно от положения балансира β0′ втаком случае отсчитывается ход катка. Сила на катке при нулевом ходебудет отличной от нуля.Угловоеположениебалансирапримаксимальнойторсиона (угол установки отбойника):βМ = β0 + γМ.Статический ход подвески находим по формуле:закруткеfCT = RБ⋅(cosβ0 - cosβСТ).Еслииспользуетсяограничительобратногоходакатка,длянахождения статического хода используется формула:fCT = RБ⋅(cosβ0′ - cosβСТ).Полный ход опорного катка:fполн = RБ⋅[cosβ0 - cos(β0 + γM)].Если используется значение β0′, то полный ход катка определяетсяпо формуле:fполн = RБ⋅[cosβ0′ - cos(β0 + γM)].Динамический ход:fДИН = fполн - fCT.Приведенная к катку упругая характеристика торсионной подвескиописывается следующим параметрическим уравнением:f = R Б (cos β 0 − cos β )G ⋅ IP1.P=⋅ (β − β0 ) ⋅LTR Б ⋅ sin β Расчет производится в диапазоне значений угла от β0 до βМ.Характеристика строится в координатах f – P.Если в конструкции используется ограничитель обратного ходакатка, установленный на угле β0′, то первое из двух уравнений примет вид:f = RБ⋅(cosβ0′ - cosβ),а характеристика P(f) строится в диапазоне углов β0′ до βМ.2.4.
Удельная потенциальная энергия подвескиУдельная потенциальная энергия подвески λ является важнымпоказателем качества системы подрессоривания. Если не учитыватьвлияние амортизаторов, удельную потенциальную энергию подвескиможно в общем случае найти по формуле:2 n f•λ=∑ ∫ P dfi =1 0iGп.Если все подвески одинаковы и линейны, то:2n ⋅ c ⋅ f ПОЛНλ=.GпДля современных ГМ считается достаточным λ = 0,6…0,8 м.Если величина удельной потенциальной энергии недостаточна, ажесткость упругих элементов повышать нельзя, целесообразно в концединамическогоходакаткавключитьпараллельносторсиономдополнительный упругий элемент – подрессорник (рис 2.2).Рис.
2.2. Упругая характеристика подвески с подрессорником1 – характеристика основного упругого элемента;2 – суммарная характеристика с подрессорникомТребуемая суммарная удельная потенциальная энергия подвески сподрессорником λΣ будет обеспечена при жесткости подрессорника:cп =2(λ Σ − λ ) ⋅ PCT(k ПР ⋅ f ДИН )2,где коэффициент kпр = 0,3…0,4.Более корректно λ можно определить, исходя из свойств материалаторсиона и его геометрических размеров:πd T2 [τ]2max L Tλ=.16 ⋅ PCT ⋅ GЕсли в подвеске используется нижний ограничитель хода (ввывешенномположениикаткаторсионзакручен),топравильноопределить удельную потенциальную энергию подвески можно поупругой характеристике торсиона.2.5.
Определение основных характеристик демпферовСопротивление демпферов (амортизаторов) выбирают так, чтобыобеспечить гашение колебаний корпуса с требуемой эффективностью:ν = ϕ1/ϕ2, где ϕ1 и ϕ2 – амплитуды колебаний в моменты, отстоящие навеличину периода колебаний. Для современных БГМ допустимыезначения ν = 10…17.Демпфирующиесвойстваамортизатораопределяютсякоэффициента сопротивления µ. То есть демпфирующая сила на катке взависимости от скорости катка определяется по формуле: Rдк = µVк.Rдк.Обратный ходRmaxк.пр.Прямой ходVк.Рис. 2.3. Демпфирующая характеристика подвескиКоэффициенты сопротивления на прямом и обратном ходуразличны (рис.
2.3), но на первом этапе расчетов используют среднеезначение коэффициента сопротивления:µср = (µпр + µоб)/2.Средний коэффициент сопротивления амортизатора, приведенный ккатку, определим по формуле [1]:nµ K.CP. =2 ⋅ ln νna∑ l 2j⋅c′ ⋅ I Y ∑ li22i =124π + ln ν,j=1где nа - количество амортизаторов по борту;с′ – жесткость линейной подвески, имеющей такую же удельнуюпотенциальную энергию, как и проектируемая нелинейная системаподрессоривания.
Условную жесткость с′ найдем по формуле:c′ =2λ Σ PCT.2f полнПредельное значение коэффициента сопротивления амортизатора наобратном ходе определяем исходя из условия «не зависания» катка:c′ ⋅ Tϕ.f ПОЛН4 lnf СТ По опыту конструированиякоэффициентамортизатора на обратном ходе можно определить как:µ K .CP.µ′K .ОБ. =(0,8 ÷ 0,9)µ maxK.ОБ. =сопротивленияДля дальнейших расчетов принимается меньшее из двух значенийµmaxк.об и µ′к.об.Максимальная сила сопротивления амортизатора на прямом ходу,приведенная к оси катка, ограничивается ускорениями тряски: G п &z& − c ⋅ n ⋅ h H ⋅ g 1 ⋅R maxК .ПР = ,g 2n aгде &z& = g 2 – максимальные допустимые ускорения тряски,hН = 0,05м — высота неровностей,с – жесткость подвески вблизи статического хода.2.6.
Уточнение характеристики демпфирующего элемента сиспользованием программного комплекса «Trak»Подробное описание программного комплекса «Trak» представленов [2] и здесь мы на нем останавливаться не будем. Отметим лишь, чтоданный комплекс,по средствам имитационного математическогомоделирования, позволяет оценивать плавность хода ГМ с учетомнелинейныххарактеристикэлементовсистемыподрессориванияинеудерживающих связей опорных катков с грунтом.Известно, что демпфирующий элемент системы подрессоривания соднойстороныдолженгаситьколебаниякорпусамашиныпримаксимальных амплитудах раскачки («резонансный» режим движения попериодической трассе), а с другой стороны не должен передаватьдополнительных усилий, вызывающих ускорения «тряски», на корпусмашиныпридвижении(«зарезонансный»порежим)высокочастотному[3].Поэтомупрофилюуточнятьтрассыхарактеристикудемпфирующего элемента будем, используя два критерия плавности хода:Критерий 1.
Пиковые ускорения на месте механика-водителя близко,но не превышает 3,5g.Критерий 2. Общий уровень вертикальных ускорений на местемеханика-водителя близок, но не превышает 0,5g.На характеристики демпфирующего элемента можно выделить триучастка (рис 2.3):1 – наклонный участок «обратный ход»,2 – наклонный участок «прямой ход»,3 – горизонтальнаяполка,ограничивающаясопротивлениеамортизатора на прямом ходе.Коэффициент сопротивления амортизатора на обратном ходе(участок 1) должен быть максимальным, чтобы эффективно гаситьколебания корпуса. Но он ограничивается эффектом «зависания» опорныхкатков.
Из-за большего сопротивления амортизатора, каток не успеваетвернуться на уровень статического хода подвески до наезда на следующуюнеровность. В результате чего сокращается динамический ход подвески ивероятность «пробоя» возрастает.Коэффициент сопротивления амортизатора на прямом ходе (участок2) также должен быть максимальным. Он ограничивается критерием 1, тоесть амортизатор не должен передавать на корпус усилия, вызывающиеускорения более 3,5g. На практике это возможно, только еслихарактеристики амортизатора для «резонансного» и «зарезонансного»режимовразличныефрактальная(управляемыйподвеска).Внашемдемпфер,случае,релаксационнаятаккакиликоэффициентсопротивления амортизатора на прямом ходе ограничен по ускорениям«тряски», превышение критерия 1 возможно только при «пробои»подвески.Участок3,какбылоотмечено,являетсяограничениемпоускорениям «тряски» - критерий 2.Учитывая вышесказанное, алгоритм уточнения характеристикидемпфирующего элемента с использованием программного комплекса«Trak» выглядит следующим образом:1.Для исходной характеристики демпфирующего элемента,определяем высоту проходной периодической неровности hmin покритерию 1 в «резонансном» режиме движения по неровностям длинной вдве базы машины, (как наиболее сложный, с точки зрения вероятностипробоя подвески, вариант [3]).
Для этого моделируется движение машиныпо периодическому профилю со скоростью, соответствующей резонансурежиму по продольно-угловым колебаниям: v = a / Tϕ , где a = 2L, L – базамашины. При этом фиксируются ускорения на месте механика-водителя,ход первой подвески и сила в шине направляющего колеса. В данномслучае критерий 1 достигается или при пробое первой подвески (ходподвески равен максимальному) или при ударе направляющего колеса огрунт (сила в шине направляющего колеса отлична от нуля).2.Уточняем наклон характеристики обратного хода поусловию «не зависания» первого катка.
Моделируем «резонансный» режимдвижения. Анализируя записи хода первого катка (рис 2.4), добиваемся,чтобы каток возвращался на нижний ограничитель хода в момент контактас грунтом. При этом постоянно повышаем высоту неровностей, чтобывыдерживался критерий 1. Фиксируем достигнутую высоту проходнойпериодической неровности hmin.5,00E-01f, м154320,00E+000,00E+00t, c6,00E+00Рис.
2.4. Фрагмент записи хода первого катка1 – область верхнего ограничителя хода; 2 – область нижнего ограничителя хода; 3 –каток не зависает; 4 – каток на грани зависания; 5 – каток зависает3.Уточняемнаклонхарактеристикипрямогоходапокритерию 1. При этом участок 3 с характеристики амортизатора временноудаляем. Моделируем «резонансный» режим движения. Анализируязаписи хода первого катка и ускорения на месте механика-водителя,добиваемся, чтобы критерий 1 достигался при полном ходе подвески.4.Уточняемположениегоризонтальногоучастка,ограничивающего сопротивление амортизатора на прямом ходе, покритерию 2.
Восстанавливаем горизонтальный участок в соответствии сисходной характеристикой амортизатора. Моделируем «зарезонансный»режим движения по неровностям, вызывающим «тряску» [3], длиннойравной межкатковому расстоянию: а = 0,8…1м, высотой h = 0,05м смаксимальной скоростью около 50 км/ч.
Изменяя положение участка 3,добиваемся того, чтобы максимальные ускорения на месте механикаводителя в установившемся режиме были около 0,7g, тогда среднееквадратическое ускорение будет соответствовать критерию 2.5.Для уточненной характеристики амортизатора определяемвысоту проходной периодической неровности в «резонансном» режимедвижения.Теперь, когда характеристика демпфирующего элемента подвескиуточнена, можно перейти к построению скоростной характеристикиподвески и амплиткдно-частотной характеристики по ускорению «тряски».Подробно процесс построения представлен в [2].3.
Расчет на прочность элементов подвески3.1. Определение основных размеров бандажей опорных катковBШHШROKРис. 3.1Основные размеры резиновой шины опорного катка (рис 3.1)определяютсяизконструктивныхсоображений,руководствуясьограничениями на габариты машины (по железнодорожному габариту 02-Тмаксимальная ширина машины ограничивается 3450 мм) и допустимоесреднего давление на грунт (qср = 10…90 кПа, возрастает с массоймашины).
При оценке работоспособности выбранной шины используютсяэмпирические параметры, предельные значения которых сравниваются срасчетнымизначениямидляпроектируемойзависимостипозволяютсудитьостепениусталостных повреждениях и нагреве шин.Коэффициент радиальной нагруженности:KR = G0/(4ROKnШ) [Н/м],где nШ — общее число опорных шин.Условное удельное давление:машины.деформацииРасчетныерезины,KD = KR/BШ [Н/м2],где BШ — ширина шины.Коэффициент напряженности работы шины:KN = KD⋅V [Н/(м⋅с)],где V — предполагаемая максимальная скорость движения, м/с.Рабочая температура шины:TШ = 4ψVK Rα Ш FШ3HШG 0 R OK⋅+ t [°C],R OKnBШ E Pгде ψ = 0,25÷0,3 — коэффициент внутреннего трения шины;αШ ≈ 700 Дж/(м2с°С) — коэффициент теплообмена шины с окружающейсредой;ЕР = 5Мпа — модуль упругости резины;НШ — толщина шины, м;FШ = 2π(2RОК - НШ)(НШ + ВШ) — площадь теплообмена шины;t = 50 °С — температура окружающей среды.Резиновый бандаж катка будет удовлетворительно работать, есливычисленные величины не превышают предельных значений, указанных втаблице 1.Таблица 1Тип каткаОдношинный столщиной 35…50 ммДвухшинный столщиной 35…65 ммKR, Н/мKD, Н/м2KN, Н/(мс)T, °C3,0×1042,0×105(2,0…2,5)×1061003,0×1041,8×105(1,5…2,5)×106100Если эти требования не удовлетворяются, необходимо изменятьконструкцию опорного катка или вводить обрезинивание беговой дорожкигусеницы.3.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
