Дядченко М.Г., Котиев Г.О., Сарач Е.Б. - Конструкция и расчет подвесок БГМ (1037720), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Если fдин > Нкл, тонеобходимо или установить отбойник на угол β′m таким образом, чтобы fдин < Нкл, что приведет к искусственному нежелательному сокращению динамического хода подвески, или снизить [τ]max (выбрать более простую технологию изготовления торсиона) и повторно подобрать диаметр торсиона, чтобы fдин было меньше, но близко к Нкл.После окончательного определения диаметра торсиона по параметрическим уравнениям(9) можно построить приведенную к катку упругую характеристику торсионной подвески.Расчет проводят в диапазоне значений угла от β0 до βm. Характеристику строят в координатах f – P.Если в конструкции используется ограничитель прямого или обратного хода катка, положение которого соответствует углу β′m или β′0 , то характеристика P(f) строится в диапазоне углов от β′0 до β′m .2.4. Удельная потенциальная энергия подвескиУдельная потенциальная энергия подвески λ является важным показателем качества системы подрессоривания.
В общем случае без учета влияния амортизаторов удельную потенциальную энергию подвески можно найти по формуле2n fλ=∑ ∫ Pdfi =1 0iGп.Если все подвески одинаковы и линейны, то2ncfполнλ=.GпДля современных БГМ достаточным считается λ = 0,6…0,8 м.Если значение удельной потенциальной энергии недостаточно, а жесткость упругих элементов повышать нельзя, целесообразно в конце динамического хода катка включить параллельно с торсионом дополнительный упругий элемент — подрессорник (рис.
2.2).Требуемая суммарная удельная потенциальная энергия подвески с подрессорником λΣбудет обеспечена при жесткости подрессорникаcп =2(λ Σ − λ) Pст,( kпр fдин )2где коэффициент kпр = 0,3…0,4.27Pу.к21P ст0kпр f динf стff динРис. 2.2. Упругая характеристика подвески с подрессорником:1 — характеристика основного упругого элемента;2 — суммарная характеристика с подрессорникомБолее корректно значение λ можно определить, исходя из свойств материала торсиона иего геометрических размеров:λ=2πd т2 [τ]maxLт.16 PстGЕсли в подвеске используется нижний ограничитель хода (в вывешенном положениикатка торсион закручен), то правильно определить удельную потенциальную энергию подвески можно по упругой характеристике торсиона.2.5. Определение основных характеристик демпферовСопротивление демпферов (амортизаторов) выбирают так, чтобы обеспечить гашениеколебаний корпуса с требуемой эффективностью: ν = ϕ1/ϕ2, где ϕ1 и ϕ2 — амплитуды колебаний в моменты, отстоящие на значение периода колебаний.
Для современных БГМ допускаемые значения ν = 10…17.Демпфирующие свойства амортизатора характеризуются коэффициентом сопротивления μ.Демпфирующая сила на катке в зависимости от скорости катка определяется по формулеRд.к = μυк.Коэффициенты сопротивления на прямом и обратном ходу различны (рис. 2.3), но напервом этапе расчетов используют среднее значение коэффициента сопротивления:μср = (μпр + μоб)/2.Средний коэффициент сопротивления амортизатора, приведенный к катку, определим поформуле [1]nμ ср.к =2 ln νna∑lj =1282jc ′IY ∑ li2i =124π + ln 2 ν,где nа — количество амортизаторов по борту; с′ — жесткость линейной подвески, имеющейтакую же удельную потенциальную энергию, как и проектируемая нелинейная система подрессоривания.
Условную жесткость с′ найдем по формулеc′ =2λΣ Pст.2fполнПредельное значение коэффициента сопротивления амортизатора на обратном ходе определяем исходя из условия «независания» катка:μ maxоб.к =c′Tϕ4 ln( fполн / fcт ).Из опыта конструирования коэффициент сопротивления амортизатора на обратном ходеможно принять равнымμср.кμ′об.к =.0,8...0,9′Для дальнейших расчетов принимают меньшее из двух значений µ maxоб.к и μ об.к .Rд.к23maxRпр.к10uкРис.
2.3. Демпфирующая характеристика подвески:1, 3 — прямой ход; 2 — обратный ходМаксимальная сила сопротивления амортизатора на прямом ходе, приведенная к осикатка, ограничивается ускорениями тряски:⎛ G z − cnhн g ⎞ 1max,=⎜ пRпр.к⎟g⎝⎠ 2naгде z = g 2 — максимальные допустимые ускорения тряски; с — жесткость подвески вблизистатического хода; hн = 0,05 м — высота неровностей.2.6. Уточнение характеристики демпфирующего элементас использованием программного комплекса «Trak»Подробное описание программного комплекса «Trak» представлено в [3], здесь мы нанем останавливаться не будем. Отметим лишь, что данный комплекс посредством имитационного математического моделирования позволяет оценивать плавность хода БГМ с учетом29нелинейных характеристик элементов системы подрессоривания и неудерживающих связейопорных катков с грунтом.Известно, что демпфирующий элемент системы подрессоривания должен гасить колебания корпуса машины при максимальных амплитудах раскачки («резонансный» режим движения по периодической трассе), но не должен передавать дополнительных нагрузок, вызывающих ускорения «тряски», на корпус машины при движении по высокочастотномупрофилю трассы («зарезонансный» режим) [2].
Поэтому уточнять характеристику демпфирующего элемента будем, используя два критерия плавности хода:1) пиковые ускорения на месте механика-водителя близки к значению3,5g, но не превышают его;2) общий уровень вертикальных ускорений на месте механика-водителя близок к значению 0,5g, но не превышает его.На характеристике демпфирующего элемента можно выделить три участка (см. рис. 2.3):1 — наклонный участок «обратный ход»,2 — наклонный участок «прямой ход»,3 — горизонтальная полка, ограничивающая сопротивление амортизатора на прямом ходе.Коэффициент сопротивления амортизатора на обратном ходе (участок 1) должен бытьмаксимальным, чтобы амортизатор мог эффективно гасить колебания корпуса. Однако значение этого коэффициента ограничивается по причине «зависания» опорных катков.
Из-забольшего сопротивления амортизатора каток не успевает вернуться на уровень статическогохода подвески до наезда на следующую неровность, в результате чего сокращается динамический ход подвески и вероятность «пробоя» возрастает.Коэффициент сопротивления амортизатора на прямом ходе (участок 2) также долженбыть максимальным. Он ограничивается критерием 1, т. е.
амортизатор не должен передавать на корпус нагрузки, вызывающие ускорения более 3,5g. На практике это возможнотолько если характеристики амортизатора для «резонансного» и «зарезонансного» режимовразличны (управляемый демпфер, релаксационная или фрактальная подвеска). В нашемслучае, так как коэффициент сопротивления амортизатора на прямом ходе ограничен поускорениям «тряски», превышение требований критерия 1 возможно только при «пробое»подвески.Участок 3, как было отмечено, является ограничением по ускорениям «тряски» — см.критерий 2.С учетом вышесказанного алгоритм уточнения характеристики демпфирующего элемента с использованием программного комплекса «Trak» выглядит следующим образом.1. Для исходной характеристики демпфирующего элемента определяем высоту проходной периодической неровности hmin по критерию 1 в «резонансном» режиме движения по неровностям длинной в две базы машины (как наиболее сложный с точки зрения вероятностипробоя подвески вариант [2]).
Для этого моделируем движение машины по периодическомупрофилю со скоростью, соответствующей режиму резонанса по продольно-угловым колебаниям: υ = a/Tϕ, где a = 2L, L — база машины. При этом фиксируем ускорения на месте механика-водителя, ход первой подвески и силу в шине направляющего колеса. В данном случаетребования критерия 1 достигаются или при пробое первой подвески (ход подвески равенмаксимальному), или при ударе направляющего колеса о грунт (сила в шине направляющегоколеса отлична от нуля).2. Уточняем наклон характеристики обратного хода по условию «независания» первого катка.
Моделируем «резонансный» режим движения. Анализируя записи хода первого катка (рис.2.4), добиваемся, чтобы каток возвращался на нижний ограничитель хода в момент контакта сгрунтом. При этом постоянно увеличиваем высоту неровностей, чтобы соблюдать требованиекритерия 1. Фиксируем достигнутую высоту проходной периодической неровности hmin.30f154230tРис. 2.4. Фрагмент записи хода первого катка:1 — область верхнего ограничителя хода; 2 — область нижнего ограничителя хода;3 — каток не зависает; 4 — каток на грани зависания; 5 — каток зависает3. Уточняем наклон характеристики прямого хода по критерию 1. При этом участок 3 схарактеристики амортизатора временно удаляем. Моделируем «резонансный» режим движения. Анализируя записи хода первого катка и ускорения на месте механика-водителя, добиваемся, чтобы требования критерия 1 выполнялись при полном ходе подвески.4.
Уточняем положение горизонтального участка, ограничивающего сопротивлениеамортизатора на прямом ходе, по критерию 2. Восстанавливаем горизонтальный участок всоответствии с исходной характеристикой амортизатора. Моделируем «зарезонансный» режим движения по вызывающим «тряску» неровностям с длиной, равной межкатковому расстоянию [2]: а = 0,8…1,0 м, высотой h = 0,05 м с максимальной скоростью около 50 км/ч.Изменяя положение участка 3, добиваемся того, чтобы максимальные ускорения на местемеханика-водителя в установившемся режиме были около 0,7g, тогда среднее квадратическое ускорение будет соответствовать критерию 2.5.
Для уточненной характеристики амортизатора определяем высоту проходной периодической неровности в «резонансном» режиме движения.Теперь, когда характеристика демпфирующего элемента подвески уточнена, можно перейти к построению скоростной характеристики подвески и амплитудно-частотной характеристики по ускорению «тряски». Подробно процесс построения представлен в [3].313. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДВЕСКИ3.1. Оценка работоспособности бандажей опорных катковОсновные размеры резиновой шины опорного катка (рис 3.1) определяют из конструктивных соображений, руководствуясь ограничениями на габариты машины (по стандартномужелезнодорожному габариту 02-Т максимальная ширина машины ограничивается 3450 мм) идопускаемым средним давлением на грунт (qср = 10…90 кПа, возрастает с массой машины).При оценке работоспособности выбранной шины используют эмпирические параметры, предельные значения которых сравнивают с расчетными значениями для проектируемой машины.
Расчетные зависимости позволяют судить о степени деформации резины, усталостныхповреждениях и нагреве шин.BшHшRокРис. 3.1. Габариты шины опорного каткаКоэффициент радиальной нагруженности, Н/м:KR = G0/(4Rокnш),где nш — общее число опорных шин.Условное удельное давление, Н/м2:KD = KR/Bш,где Bш — ширина шины, м.32Коэффициент напряженности работы шины, Н/(м⋅с):KN = KDυ,где υ — предполагаемая максимальная скорость движения, м/с.Рабочая температура шины, °C:Tш = 4ψVK Rα ш FшHшRок3G0 Rок+ t,nш Bш Eргде ψ = 0,25…0,30 — коэффициент внутреннего трения шины; αш ≈ 700 Дж/(м2⋅с⋅°С) — коэффициент теплообмена шины с окружающей средой; Fш = 2π(2Rок – Нш)(Нш + Вш) — площадь теплообмена шины; Нш — толщина шины, м; Ер = 5 МПа — модуль упругости резины;t = 50 °С — температура окружающей среды.Резиновый бандаж катка будет работать удовлетворительно, если вычисленные параметры не превышают предельных значений:KD, Н/м2KR, Н/мТип каткаОдношинный с толщиной 35…50 мм3,0×10Двухшинный с толщиной 35…65 мм443,0×102,0×1051,8×105KN, Н/(м⋅с)T, °C61006100(2,0…2,5)×10(1,5…2,5)×10Если эти требования не удовлетворяются, необходимо изменять конструкцию опорногокатка или вводить дополнительные резиновые подушки на беговой дорожке гусеницы.3.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
