Стрелков А.Г. - Конструкция быстроходных гусеничных машин (учебное пособие) (1053687), страница 71
Текст из файла (страница 71)
Угловые колебания совершаются вокруг поперечной,продольной и вертикальной осей машины, а линейные – вдоль этих осей.Наибольшее влияние на состояние экипажа и оборудования ВГМ оказываютпродольно-угловые относительно поперечной оси и линейные вертикальныеколебания. Колебания относительно других осей или не зависят от системподрессоривания («рыскания» при поворотах), или быстро гасятся вследствиебольших сил трения в узлах ходовой части (поперечно-угловые колебания).Причиной возникновения колебаний корпуса ВГМ является изменяющиеся вовремени реакции от взаимодействия опорных катков с неровностями местности.363Воздействуя через упругие элементы подвесок на корпус машины, данные реакцииприводят к его раскачиванию.Сложные колебания корпуса машины относительно любой из осей можнопредставить в виде суммы простых гармонических колебаний путем подборакоэффициентов Ак, Вк и частоты ωnq (t) = Σ(Ak cosk ω t + Bk sink ω t)(1)k=oОднако для изучения принципиальных закономерностей влияния колебаний набоевые основные свойства достаточно предположить, что колебания корпуса(угловые или линейные) совершаются по законуq(t) =qmaxsin(ω t + Β),(2)где qmax - амплитуда, то есть максимальная величина отклонения изучаемойточки корпуса машины, например места механика-водителя от положенияравновесия; ω = 2П/Т – частота колебаний, величина обратно пропорциональнаяпериоду Т – времени совершения точкой полного колебания; ϐ – начальная фаза.То есть положение корпуса в момент начала изучения его колебаний.Перемещения корпуса (угловые или линейные), происходящие по закону (2), неоказывают существенного влияния ни на самочувствие экипажа, ни на точностьстрельбы из стабилизированного оружия боевых машин.
Дело в том, что экипажубезразлично, на какой высоте находится корпус машины, колеблющийся на упругихэлементах подвесок, или какое угловое положение он принял в данный моментвремени. Несущественна и разность дальностей полета снарядов, если выстрелыпроизведены в момент нахождения корпуса в различных по высоте положенияхотносительно земли.Например, линейные вертикальные смещения q стабилизированного оружияприводят к изменению дальности полета снаряда (в пустоте) на величину∆ D = √( Vо²sin2α)²+2 Vо²cos2α q - Vо²sin2⍺ α (3)2gg2gгде Vо - начальная скорость снаряда, м/с; α - угол бросания снаряда, грал; q –вертикальное смещение цапф оружия в момент выстрела относительно положения, вкотором был произведен предыдущий выстрел, g – ускорение свободного падения,м/с².При смещении q = 1м, начальной скорости снаряда Vо = 300 м/с и угле бросания ;α = 6° перелет составляет всего ∆D = 9,5 м.Вместе с тем перемещения корпуса машины ограничены упорами подвесок, приударах о которые резко ухудшаются условия работы членов экипажа, становитсяпрактически невозможным вести прицельный огонь из оружия.В значительно большей степени, чем перемещения, на точность стрельбы изоружия боевых машин оказывают влияние скорости перемещений.
Еслипродифференцировать по времени функцию (2).364ġ(t) =qmax ωcos(ωt + Β)(4)то видно, что чем больше частоты колебаний, тем больше амплитуды скоростейqmax ω, причем скорости максимальны в моменты прохождения корпуса положенийравновесия, то есть при q(t) = 0. В эти моменты нежелательно производитьвыстрелы из оружия, так как из-за векторного сложения начальной скорости снарядаи скорости перемещения ġ изменяется угол бросания снаряда (рис. 2.13). Изменениедальности стрельбы при этом определяется по формуле∆Д = 2ġVо cosα(5)gтак что при скорости ġ = 1м/с, угле бросания α = 6° и начальной скоростиснаряда 300м/с перелет его составит ∆D = 61м.Вертикальные составляющие линейных скоростей колебаний корпуса ВГМ могутдостигать десятков метров в секунду, что приводит к снижению точности стрельбыбыстроходных боевых машин, так как современные системы управления огнем ещене содержат устройств для ввода соответствующих поправок в приводы наведенияоружия.Рис.
13. Изменение угла бросания снаряда под влиянием вертикальной скоростиперемещения корпуса машиныУскорения угловых и линейных перемещений является причиной возникновениясил, воздействующих на оборудование машин и ее экипаж.Амплитуды ускорений пропорциональны квадратам частот колебанийġ˙ (t) = -qmaxω²sin(ωt +Β)(6)поэтому даже незначительное их увлечение приводит к существенному росту сил,воздействующих на экипаж. Такие периодически изменяющиеся воздействиянарушают нормальный режим работы человека-оператора. Так, даже небольшиечастоты (f = 1/Т ≤ 0,5 Гц) и ускорения (меньше 2g), но сравнительно большиеамплитуды перемещений (больше 0,2м) приводят, как правило, к ощущениям«морской болезни».
Колебания вместе с корпусом рабочих мест членов экипажа с365частотами больше 2-4 Гц вызывают повышенную утомляемость, снижения иреакции на внешние раздражители.По медицинским требованиям частоты вибраций, действующих на тело человека,не должны превышать 2-6 Гц при рабочей позе и 4-12 Гц – в позе стоя. Ускорениятряски не должны превышать 7м/с² при повторяемости не более 18 раз в минуту, аединичные перегрузки должны быть меньше 30м/с². Пороговыми считаютсявертикальные ускорения больше 100 м/с², при превышении которых возможнытравмы позвоночника, внутренних органов членов экипажа, поломка сборочныхединиц ходовой части и других агрегатов машины. Результаты экспериментальныхисследований показывают, что ускорения на месте механика-водителя современноготанка при движении по совокупности дорожных условий, превышающие 30 м/с²,наступают довольно редко (2-3%), в основном при ударах ограничителей корпуса обалансиры.Вертикальные ускорения влияют также на продолжительность нахождениятанковых пушек в зонах разрешения выстрела в системах управления огнем снезависимой стабилизацией прицелов и оружия, четкость передачи изображенияместности через приборы прицеливания и наблюдения и др.2.1.3.2.
Влияние характеристик упругих и демпфирующихэлементов систем подрессоривания на плавность хода ВГМУпругое подвешивание корпуса гусеничной машины на торсинах, спиральныхпружинах, пневматических рессорах и т.п. превращает ее в колебательную систему,которая при воздействия на нее внешних возмущений совершает сложныеколебательные движения.Внешние возмущения действуют на корпус машины не только со сторонысистемы подрессоривания (кинематическое возбуждение). Усилия, передаваемыекорпусу через гусеничные ленты и инерционные силы, возникающие вследствиепродольных ускорений (динамическое возмущение), играют немаловажную роль вформировании колебательных движений корпуса машины. Поэтому для изучениявлияния упругих и демпфирующих элементов на плавность хода гусеничных машинтребуется учитывать и те, и другие силы.Уравнения, описывающие колебания корпуса гусеничной машины, достаточносложны (3,4).
Они используются при проектировании и исследованиях элементовсистем подрессоривания.Для понимания основных закономерностей, имеющих отношение к вопросамэксплуатации ВГМ, целесообразно рассмотреть только вертикальные колебанияодноопорной подрессоренной массы при ее движении по синусоидальномупрофилю (рис.14).366Рис.
14. Схема одноопорной подрессоренной массыЗамена реальной упругой многоопорной колебательной системы одноопорной кпринципиальным ошибкам не приводит, однако позволяет понять сущность многихпроцессов и явлений, происходящих в эксплуатации таких систем, без привлечениягромоздких математических выражений.В соответствии с рис.14 проекции всех на ось Z дают уравнения вертикальныхколебаний подрессоренной массыmż˙ = N – G,(7)где N = N1 + N2 + fCTC¹ + F¹: N1 = (y – z) C¹ - сила упругого элемента;N2 = (ỳ - ż˙)ρ' – сила сопротивления амортизатора; fcm – осадка одноопорноймассы на упругом элементе; F' – сила динамического возмущения; c' = dN1ldf коэффициент жесткости упругого элемента; ρ' = dN2ldf коэффициентсопротивления амортизатора; f = y – z – деформация упругого элемента; G = mg –вес однородной массы, которое после преобразований и с учетом того, чтоfCTC¹ = mg(8)y = Asin2Vt/L = Asinω1 t;F'/m = Fsinω2 t,(9)(10)примет видż˙ + pż + ωл²z = √ ωл² + p²ω₁²₁sin(ω₁t +αrctg(pω₁) +Fsinω₂ t, (11)ωл²где z, ż, ż˙ - перемещение, скорость и ускорение подрессоренной массы; p =p'/m –удельный коэффициент сопротивления амортизатора; ωл = √с'/m – частота367собственных колебаний подрессоренной массы; ω₁,ω₂- частоты кинематического идинамического возмущения; F=F'/m – амплитуда удельной силы динамическоговозмущения.Рассмотрим самый неблагоприятный случай, когда частоты кинематического идинамического возмущений одинаковы (ω₁=ω₂=ω), а сами возмущения совпадаютпо фазе.
Тогда на основе решения управления (ІІ) вертикальные перемещенияподрессоренной массы определяется по формуле:Z = √A²( ωл +p²ω²) +F² sin(ωt + D) = Bпsin(ωt + D),(12)(ωл²- ω²)² +p²ω²где Bп – амплитуда перемещений вынужденных вертикальных колебаний; D –сдвиг фазы колебаний подрессоренной массы (сдвиг при необходимости можноопределить, однако амплитуды перемещений от него не зависят).Скорости и ускорения перемещений подрессоренной массы находятся путемдифференцирования по времени выражения (12):Ż=Bпωcos(ωt + D)= Bccos(ωt + D);(13)ż˙= - Bпω²sin(ωt + D)= -By sin(ωt + D)(14)где Bc, By – амплитуды скоростей и ускорений вынужденных вертикальныхколебаний подрессоренной массы.Анализ полученных выражений для амплитуд Bп, Bc, By вынужденныхвертикальных колебаний подрессоренной массы позволяет сделать некоторыевыводы.І.
В случае отсутствия амортизатора (p=0) одноопорная масса, может совершатьвынужденные колебания (рис. 2.15) с амплитудами:перемещенийBп=√A² ωл +F²(15)(ωл²- ω²)²скоростейBc = ω √A² ωл +F²(ωл²- ω²)²(16)ускоренийBy =ω²√A² ωл +F²(ωл²- ω²)²(17)368Рис.15. Амплитудно-частотные характеристики вынужденных вертикальныхколебаний одноопорной подрессоренной массы при отсутствии амортизатора:1 – перемещения; 2 – скорости; 3 – ускоренияИз равенства (15)-(17) следует:при совпадении частоты возмущения с частотой собственных колебанийнаступает резонанс – неограниченное возрастание амплитуд Bп, Bc, By вблизипрямой вертикальной ω = ωл («скелетной» линии), что приводит к жестким ударамоб ограничители и к перегрузкам;в дорезонанской зоне амплитуды перемещений подрессоренной массы всегдабольше амплитуд возмущающего профиля пути, однако амплитуды ускоренийравны нулю при ω =0 и незначительны при небольших частотах возмущения;в зарезонаненой зоне амплитуды перемещений и скоростей уменьшаются до нуляпри бесконечном увеличении частоты возмущения, однако амплитуды ускоренийпри этом не могут быть меньше величины.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
