Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
на правах рукописи Похлебин Алексей Владимирович ПОВЫШЕНИЕ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕССОР ЗА СЧЕТ САМОРЕГУЛИРУЕМЫХ АДАПТИВНЫХ ДЕМПФЕРОВ
05.05.03 - Колёсные и гусеничные машины
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук
Волгоград - 2012
Работа выполнена на кафедре Автоматические установки в Волгоградском государственном техническом университете Научный руководитель доктор технических наук, доцент, Новиков Вячеслав Владимирович.
Официальные оппоненты: Балакина Екатерина Викторовна, доктор технических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, профессор кафедры Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей;
Гапич Дмитрий Сергеевич кандидат технических наук, доцент, Волгоградский государственный аграрный университет, доцент кафедры Информатика, теоретическая механика и основы научных исследований.
Ведущее предприятие Пензенский государственный университет архитектуры и строительства.
Защита состоится л01 июня 2012 г. в 1200 час. на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г.Волгоград, проспект Ленина 28, ауд. 209.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.
Автореферат разослан л28 апреля 2012 г.
Учёный секретарь диссертационного совета Ожогин Виктор Александрович.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации.
Плавность хода и скорость движения автотранспортных средств (АТС) на неровных дорогах в значительной степени определяются виброзащитными свойствами подвески. Качество подвески влияет на долговечность и топливную экономичность машин, сохранность и скорость доставки перевозимых грузов, и, в конечном счете, на эффективность использования автомобильного транспорта.
Для техники специального назначения от качества системы подрессоривания в значительной степени зависит усталость экипажа и точность выполнения возложенных на него функций.
В настоящее время в системах подрессоривания АТС все шире применяются пневматические рессоры с гидравлической передачей усилия, которые называют пневмогидравлическими рессорами (ПГР). Они имеют преимущества по сравнению с другими типами подвесок по удельной энергоемкости и габаритам, однако виброзащитные свойства применяемых ПГР не достаточны для дальнейшего увеличения скоростей движения АТС, особенно по разбитым дорогам. В основном это связано с тем, что в них применяются нерегулируемые демпферы в виде дросселей, гидравлическое сопротивление которых зависит только от скорости и направления деформации рессоры. В результате не на всех режимах работы подвески обеспечиваются высокие виброзащитные свойства. Поэтому для улучшения виброзащитных и других свойств ПГР необходим поиск и обоснование новых конструктивных схем ПГР с демпферами, обеспечивающими саморегулирование неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний.
Цель работы: Повышение виброзащитных свойств пневмогидравлических рессор за счет адаптивных демпферов, обеспечивающих саморегулирование неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам.
Задачи исследования:
1. Разработать математические модели ПГР с адаптивными демпферами, обеспечивающими саморегулирование гидравлического сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам.
2. Разработать методику стендовых испытаний ПГР новой структуры.
3. Разработать экспериментальный образец ПГР с саморегулируемым демпфером.
4. Провести теоретическое и экспериментальное исследование виброзащитных свойств ПГР с предложенными алгоритмами адаптивного саморегулируемого демпфирования и плавности хода АТС с такими ПГР.
5. Разработать предложения по модернизации ПГР с целью повышения их демпфирующих свойств и снижения внутренних потерь.
Методы исследования. Поставленная цель достигается использованием методов теоретической механики, в частности теории колебаний, вычислительной математики и программирования, а также проведением стендовых испытаний с помощью современной контрольно-измерительной аппаратуры.
Автор выражает благодарность за научное консультирование к.т.н., доценту кафедры Автоматические установки ВолгГТУ Дьякову Алексею Сергеевичу Объекты исследований. Объектами исследований являлись штатные ПГР быстроходной гусеничной машины специального назначения и выполненные на их базе экспериментальные ПГР с демпферами, обеспечивающими расчетное саморегулирование гидравлического сопротивления в зависимости от режимов колебаний.
Научная новизна работы состоит в теоретическом обосновании повышения виброзащитных свойств пневмогидравлических подвесок АТС за счет применения адаптивных демпферов, обеспечивающих саморегулирование сил неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам. Разработаны:
1. Оригинальные математические модели пневмогидравлических рессор с адаптивными саморегулируемыми по предложенным алгоритмам демпферами.
2. Математические модели одноопорной двухмассовой, двухопорной трехмассовой и многоопорной пространственной колебательных систем с предложенными ПГР, позволяющие выявлять виброзащитные свойства и основные конструктивные параметры адаптивных саморегулируемых демпферов.
Практическая ценность:
1. Разработанные ПГР с адаптивными демпферами, обеспечивающими саморегулирование сил неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам, позволяют повысить виброзащитные свойства подвески транспортного средства по сравнению с известными ПГР.
2. Разработанные и запатентованные конструкции ПГР с демпферами, обеспечивающими саморегулирование сил неупругого сопротивления по предложенным алгоритмам, могут быть использованы при модернизации существующих и создании перспективных пневмогидравлических подвесок АТС.
3. Разработанная методика экспериментального исследования может быть использована для дальнейшего совершенствования пневмогидравлических рессор быстроходных гусеничных машин специального назначения.
Реализация работы. Работа выполнялась по договорам с ПО БеАЗ и ОАО ВМК ВгТЗ. Имеется акты внедрения и использования результатов работы в ВолгГТУ и на ОАО ВМК ВгТЗ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на междунар.
науч.-практ. конф. Прогресс транспортных средств и систем (Волгоград, 2002, 2005); Россия периода реформ (Волгоград, 2009); междунар. науч.-техн. семинаре Прогрессивные сборочные процессы в машиностроении (Волгоград, 2009); на междунар. науч.-техн. конф. Многоцелевые гусеничные и колесные машины: актуальные проблемы теории, практики и подготовки кадров, посвящ. 70-летию с начала выпуска танков на Челябинском тракторном заводе (Челябинск, 2011); на науч.практ. конф. ВолгГТУ (Волгоград, 2005-2012), Ковров (2006); на регион. конф. молод. исследов. Волгоград. обл. (Волгоград, 2002-2008). По теме исследований выигран конкурс грантов для молодых ученых ВолгГТУ - проект Адаптивная система подрессоривания для наземных транспортных систем (2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 3 патента на изобретения, 1 патент на полезную модель и 4 статьи в журналах, включенных в Перечень изданий, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы, включающего 150 наименований, приложений. Работа содержит 170 страниц машинописного текста, включающего 4 таблицы и 63 рисунка.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Математические модели ПГР с демпферами, обеспечивающими саморегулирование гидравлического сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам.
2. Методика стендовых испытаний ПГР новой структуры.
3. Экспериментальный образец ПГР с саморегулируемым демпфером.
4. Результаты теоретического и экспериментального исследования виброзащитных свойств ПГР с предложенными алгоритмами адаптивного саморегулируемого демпфирования и плавности хода АТС с такими ПГР.
5. Предложения по модернизации ПГР с целью повышения их виброзащитных свойств и снижения внутренних потерь.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы и приведена краткая аннотация работы.
В первой главе Актуальные вопросы повышения виброзащитных свойств подвесок АТС с пневмогидравлическими рессорами изложено современное состояние проблемы создания и исследования ПГР. Рассмотрены основные типы ПГР с различными демпферами и дана их сравнительная оценка. Произведён анализ влияния особенностей конструкции и условий работы ПГР на демпфирующие свойства подвески. Проанализированы исследования ученых, работающих в области подрессоривания АТС, таких как Ю.Ю. Беленький, А.М. Горелик, А.С. Горобцов, А.Н. Густомясов, А.Д. Дербаремдикер, А.С. Дьяков, А.А. Дмитриев, Л.И. Добрых, Б.М. Елисеев, С.С. Журавлев, В.И. Колмаков, Г.О. Котиев, А.А. Мельников, В.В. Новиков, Б.Н. Сарач, А.Д. Пашин, Я.М. Певзнер, И.М.
Рябов, К.В. Чернышов и др.
Из анализа рассмотренных литературных источников, патентов и конструкций демпфирующих устройств пневмогидравлических рессор следует, что для повышения виброзащитных свойств необходимо регулирование неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний. Например, И. Н. Успенский и А. А. Мельников при движении по ровным дорогам (средняя квадратическая высота неровностей q 0,5 см) рекомендуют значения относительного коэффициента затухания = 0,2Е0,3, а при движении по разбитым дорогам (q 2,5 см) - = 0,6Е0,8. При движении по дорогам среднего качества сопротивление при малых размахах колебаний подвески ( 2 см) может быть снижено до уровня, соответствующего оптимальному значению при движении по ровным дорогам. В монографии под редакцией А. А. Хачатурова рекомендуется одновременно изменять сопротивление амортизаторов в зависимости от дорожных условий и скорости движения в диапазоне = 0,25Е0,6, однако не указывается как это сделать. Большие значения относятся к большим скоростям движения и худшим дорожным покрытиям. А.Д. Дербаремдикер рекомендует регулировать сопротивление амортизаторов в зависимости от частоты колебаний.
Однако из-за сложности конструктивного исполнения регулируемых или управляемых с помощью бортовых ЭВМ демпферов в подвесках современных АТС применяются нерегулируемые гидравлические амортизаторы или демпферы ПГР, которые практически исчерпали свои потенциальные возможности по дальнейшему повышению плавности хода и снижению потерь энергии в подвеске. Поэтому актуальны разработка и обоснование новых способов саморегулирования сил неупругого сопротивления ПГР с помощью адаптивных демпферов.
Во второй главе Разработка конструктивных схем и математических моделей пневмогидравлических подвесок с саморегулируемыми демпферами представлены конструкции и математические модели ПГР с демпферами, обеспечивающими саморегулирование неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам.
В диссертации разрабатываются и исследуются два алгоритма саморегулирования демпфирования в ПГР, обеспечивающих: 1) уменьшение неупругого сопротивления при малых колебаниях в зоне статического хода и смене направления деформации подвески при больших колебаниях; 2) автоматическое увеличение неупругого сопротивления при возникновении больших колебаний на ходе сжатия с последующим его сохранением на всем ходе подвески в течение нескольких периодов.
Первый алгоритм саморегулирования демпфирования по амплитуде и направлению колебаний реализуется в ПГР по патентам РФ: №2226156, №2212344, №2312029 (рис.1).
4 Рис. 1. Конструктивная схема ПГР по патентам РФ №2226156, №2212344, №2312029 с демпфером, саморегулируемым по амb плитуде и направлению колебаа/ний: 1 - плунжер с основным дроссельным каналом с площадью fо; 2 - соединительный канал;
а/b 3 - дополнительный дроссельный канал с площадью fд; 4 - пружины сжатия; а - максимальный свободный ход плунжера 1; b - диаметр дополнительного дроссельного ка 1 4 2 нала При малых колебаниях, равных ходу плунжера 1 между его крайними положениями, обеспечивается мягкая демпфирующая характеристика, что необходимо для эффективного гашения колебаний с малой амплитудой и при совпадении направлений движения кузова и колеса. При больших ходах обеспечивается жесткая демпфирующая характеристика, что необходимо для эффективного гашения колебаний с большой амплитудой.
Второй алгоритм саморегулирования демпфирования по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре и его изменения во времени реализуется в ПГР по патенту РФ №2319620 (рис. 2). При работе рессоры с небольшими амплитудами, то есть когда давление в гидравлической полости 4 не превышает 15 - 20 % от статического давления в рессоре, ступенчатый плунжер остается в крайнем нижнем положении под действием пружины 5. В результате на ходах сжатия и отбоя жидкость течет через основное 8 и дополнительное 9 дроссельные отверстия. Поэтому рессора имеет мягкую демпфирующую характеристику, что необходимо для эффективного гашения нерезонансных колебаний подвески при движении транспортного средства по относительно ровным дорогам с высотой неровностей менее 3Е5 см.
При работе рессоры с большими амплитудами колебаний на ходе сжатия давление в подплунжерной полости Б увеличивается и ступенчатый плунжер 1 перемещается вверх до упора, вследствие чего дополнительное дроссельное отверстие перекрывается. В результате жесткость демпфирующей характеристики резко повышается, что необходимо для эффективного гашения низкочастотных и высокочастотных резонансных колебаний подвески при движении транспортного средства по разбитым дорогам.
Рис. 2. Конструктивная схема ПГР по патенту РФ №2319620 с демпфером, саморегулируемым по амплитуде и частоте колебаний в зависимости от давления в рессоре: 1 - ступенчатый плунжер с максимальным перемещением а по координате х; 2 - соединительный канал;
3 и 4 - гидравлические полости рессоры; 5 - пружина; 6 - обратный клапан; 7 - дроссель плунжера;
8 и 9 - основной и дополнительный дроссельные каналы; b - ширина дополнительного дроссельного канала;
А и Б - надплунжерная и подплунжерная полости.
При уменьшении амплитуды колебаний подвески или на ходе отбоя давление в полости Б также уменьшается и ступенчатый плунжер 1 под действием пружины начинает постепенно перемещаться вниз. Время этого перемещения зависит от сопротивления дроссельного канала плунжера 7 и рассчитывается исходя из того, чтобы дополнительный дроссельный канал 9 не открывался бы ранее, чем через 1,5Епериода собственных колебаний подвески, что необходимо для эффективного гашения колебаний корпуса АТС как при движении по большим периодически расположенным неровностям, так и при преодолении одиночных неровностей дороги.
Для определения основных параметров исследуемых ПГР были разработаны их математические модели (ММ) применительно к двухмассовой одноопорной (рис.3) и трехмассовой двухопорной (рис.4) колебательным системам, эквивалентным подвеске автомобиля.
При разработке ММ были приняты допущения: рабочий газ является идеальным и подчиняется политропному процессу; утечка газа отсутствует; неупругое сопротивление R пропорционально квадрату относительной скорости; сила трения Т принимается постоянной и одинаковой на ходах сжатия и отбоя; при полном растяжении рессоры на подрессоренную массу действует только сила земного тяготения и сила инерции; при полном сжатии жесткость ПГР увеличивается на жесткость буфера cбуф; упругая и демпфирующая характеристики шины принимаются линейными; при отрыве шины колеса от дороги на неподрессоренную массу действуют сила рессоры, сила земного тяготения и сила инерции; передаточное число i в подвеске постоянно.
rc1 1 c2 rАz M Рис. 3. Расчетная схема ПГР с саморегулируемым демпфером:
x М и m - подрессоренная и неподрессоренная массы кузова и колес;
P T Р, R и Т - упругая и демпфирующая силы и сила сухого трения подвесR ки; Pш и Rш - упругая и демпфирующая силы шины; z и - координаты m m перемещений подрессоренной и неподрессоренной масс; х - координата перемещения плунжера; q - координата кинематического возмущения.
Pш Rш q Расчетная схема на рис.3 описывается уравнениями динамики:
M && = -M g + P + R + T, z (1) && m = -m g - P - R -T + Pш + Rш. Упругая характеристика подвески с ПГР описывается выражением:
n F pст F / i i l0 - lст , (2) P = p = = M g n i i l0 - lст m (z - ) F 1m i Vст hк где p - давление в рессоре; FЦ площадь поршня рессоры; i - передаточное число между ходом колеса hк и деформацией рессоры; рст и Vст - давление и объем газа в рессоре при ее статическом положении; n - показатель политропы (1,1Е1,4); g - ускорение свободного падения; l0 - максимальная приведенная высота столба газа в рессоре; lст - статический ход подвески; знак УЦФ - при сжатии рессоры, знак У+Ф - при ее растяжении.
Демпфирующая характеристика подвески описывается выражением:
F F & &, (3) R = p = vк = r (z - )i 22 f iгде р - перепад давлений на демпфирующем узле; - плотность жидкости;
- коэффициент расхода жидкости через дроссельный канал (0,62 - для гидроамортизаторов, 0,8Е0,9 - для ПГР); f - площадь дроссельного канала;
& & vк = z - - скорость деформации подвески, приведенная к колесу.
Для первого алгоритма регулирования демпфирования (рис.1) условия изменения коэффициента сопротивления r:
F & & & r = r1 = при z - < и (z - ) vпр, 2 fд 2 i F (4) & & & r = r2 = при z - и (z - ) vпр, 2 2 fо2 i & & & r = r3 = r2 + (r4 - r2 ) (((z - ) - ) / ) при ( + ) > z - > и (z - ) > vпр, 3 F & & & r = r4 = r2 + при z - ( + ) и (z - ) > vпр, 2 2 ( fо + fд )2 i где fо и fд - площади основного и дополнительного дроссельных каналов; и - приведенные к колесу максимальный ход плунжера и ширина дополнительного i Fпл i F F пл дроссельного канала: причем - = a , = b , х = (z - );
F F i Fпл Fпл - площадь поперечного сечения плунжера; vпр - скорость деформации подвески, при которой срабатывают предохранительные клапаны.
Для второго алгоритма регулирования демпфирования (рис.2) коэффициент сопротивления ступенчато изменяется от r1 до r2 при открытом и закрытом дополнительном дроссельном канале:
& = t0 при | z - |= и ( z - & ) < 0, 3 F (5) r = r2 = при t - T, 2 2 2 f i о 3 F r = r1 = при z - < или t - > T, 2 2 2 ( f + f ) i д о где t - текущее время от момента начала движения, t0 и - соответственно текущее значение времени и подъем катка в момент перекрытия дополнительного канала на ходе сжатия (условие - |= и (z - &) < 0, T - заданное время задержки.
| z & В момент частичного перекрытия дополнительного дроссельного канала предполагаем, что коэффициент r изменяется по линейному закону.
С учетом принятых допущений уравнения динамики колебательной системы (рис.3) для пневмогидравлической подвески с саморегулируемым демпфированием по алгоритмам (4) и (5) примут следующий вид:
n i l0 - lст M &&+ b sgn (z - ) [r (z - )2 + T]- b M g + z & & & & i l0 - lст + (z - ) + M g + c (i l0 - lст + z - - lкон i) = 0, (6) && & & & & & & m + bш rш ( - q)+ bш cш ( - q)- b sgn (z - )[r (z - )2 + T]+ n i l0 - lст - c (i l0 - lст + z - - lкон i)- M g = 0, + b M g i l0 - lст + (z - ) где коэффициенты с и b учитывают пробой ПГР на ходе сжатия и отбоя, а коэффициент bш - отрыв колеса от дороги. При расчетах данных ММ профиль кинематического воздействия q задавался гармоническим и виде 3-х треугольных неровностей, высотой 0,2 м, расположенных на расстоянии 20 м.
Рис. 4. Расчетная схема подвески с ПГР с саморегулируемым демпфером: М и m1, m2, - подрессоренная масса и неподрессоренные массы передней и задней осей; Р1,2, R1,2 и Т - упругая и демпфирующая силы и сила сухого трения подвесок; Pш1,2 и Rш1,2 - упругая и демпфирующая силы шин; z, z1 и z2 - координаты вертикальных перемещений центра подрессоренной массы и точек осей; - координата угловых перемещений подрессоренной массы 1,2 - координаты перемещений неподрессоренных масс; х1,2 - координата перемещения плунжера в ПГР 1 и 2; q1,2 - координаты кинематического возмущения Расчетная схема на рис.4 описывается системой уравнений:
n L2 i l01 - lст M&& + 2 sgn( z1 - 1) (rд1(z1 - 1) + T ) - Mg + z & & L i l01 - lст + z1 - 1 n L1 i l02 - lст & &2 2 + 2 sgn( z2 - ) (rд2 (z2 - ) + T ) - Mg + Mg = 0;
L i l02 - lст + z2 - 2 n L1L2 i l01 - lст && & & J + 2 sgn( z1 - 1) L1 (rд1(z1 - 1) + T ) - Mg L i l01 - lст + z1 - 1 n L1L2 i l02 - lст (7) & &2 2 - 2 sgn( z2 - ) L2 (rд2 (z2 - ) + T ) + Mg = 0;
L i l02 - lст + z2 - 2 n L2 i l01 - lст L&& & & - Mg + m11 - 2 sgn( z1 - 1) (rд1(z1 - 1) + T ) + Mg L i l01 - lст + z1 - 1 L & & + 2сш1(1 - q1)+ 2rш1(1 - q1) = 0;
n L1 i l02 - lст L1 &&2 & &2 2 - Mg + m2 - 2 sgn( z2 - ) (rд2 (z2 - ) + T ) + Mg L i l02 - lст + z2 - L 2 &2 & + 2сш2 ( - q2 )+ 2rш2 ( - q2 ) = 0, 2 где L - база АТС, причем L1+L2=L; J - момент инерции, rд1,2 - коэффициенты сопротивления передней и задней подвесок, рассчитываемые по алгоритмам (4) и (5).
При расчетах ММ профиль кинематического воздействия q задавался гармоническим.
Для проверки эффективности исследуемых алгоритмов саморегулирования неупругого сопротивления на эффективность гашения колебаний АТС, в программном комплексе ФРУНД была разработана пространственная ММ плавности хода быстроходной гусеничной машины, содержащая 11 тел - корпус машины и десять балансиров с катками (рис.5). Модель подвески включала пневматический элемент с сухим трением, ограничители хода, нелинейный амортизатор, работающий по алгоритмам (4) и (5).
Рис. 5. Пространственная модель гусеничной машины с пневмогидравлической подвеской, содержащей саморегулируемые демпферы В третьей главе Методика экспериментального исследования виброзащитных свойств ПГР с саморегулируемым демпфером описывается экспериментальная ПГР с демпфирующим узлом, внутри которого имеется подвижный плунжер с осевым дроссельным отверстием (рис. 6.). Данный узел устанавливался вместо демпфера серийной ПГР.
Для проведения экспериментов использовался стенд для исследования упругих элементов и одноопорных колебательных систем, созданный на кафедре автоматических установок ВолгГТУ, внедрённый в учебный процесс и включённый в состав испытательной лаборатории ВолгГТУ, аккредитованной Госстандартом РФ. Стенд позволяет проводить испытания на свободные затухающие колебания методом сбрасывания и подтягивания, на вынужденные колебания при гармоническом кинематическом воздействии с различной амплитудой, определять статические и динамические характеристики подвески.
Экспериментальное исследование проводилось при следующих параметрах ЭМ ПГР: диаметр дроссельного отверстия в плунжере - 4 мм; свободный ход плунжера, приведенный к ходу штока рессоры, - 12 мм.; площадь поршня ПГР - 19,63 см2; статическое давление - 5,01 МПа.
Рис. 6. Схема экспериментальной ПГР с подвижным плунжером:
1 - клапан; 2 - дополнительное дроссельное отверстие; 3 - плунжер с возможностью осевого перемещения; 4 - основное дроссельное отверстие; 5 - соединительный канал.
При испытаниях регистрировались параметры вертикальных колебаний подрессоренной массы с помощью осциллографа Н-700 и тахометра. Амплитудно-частотные характеристики были получены для трех амплитуд кинематического воздействия: 17, 25 и 35 мм. Осциллограммы свободных затухающих колебаний были получены после предварительного поджатия ПГР на 45 мм.
В четвертой главе Теоретическое и экспериментальное исследование виброзащитных свойств ПГР с саморегулируемыми демпферами приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований математических моделей и экспериментальной ПГР, приведенных в главах 3 и 4.
Расчеты математической модели подвески с регулированием демпфирования по условию (4) и экспериментальное исследование ПГР с подвижным плунжером при гармоническом кинематическом воздействии показали, что по сравнению с серийным демпфером саморегулируемый по амплитуде и направлению демпфер снижает колебания подрессоренной массы в зарезонансной зоне до 2 раз, практически не увеличивая колебания в резонансе (рис. 7, кривая 3).
2А, Рис. 7. Расчетные АЧХ вертимм кальных колебаний подрессо35 ренной массы 1 т на ПГР с регулированием демпфирования по условию (4):
1 - серийный демпфер (d = 4 мм, а = 0 мм); 2 - саморегулируемый демпфер (экспериментальная ПГР) (dо = 4 мм, dд = 16 мм, 10 а = 12 мм); 3 - саморегулируемый по амплитуде и направлению демпфер (dо = 1,5 мм, dд = 7 мм, а = 15 мм) 0 1 2 3 4 5 6 , Гц Расчеты математической модели подвески с регулированием демпфирования по условию (5) показали, что предлагаемый демпфер ПГР (кривая 3) обеспечивает эффективную виброзащиту как в резонансной зоне, так и за резонансом (рис. 8). При этом по сравнению с нерегулируемым демпфером (кривая 2) колебания подрессоренной массы за резонансом уменьшаются в 2-3 раза. Расчеты проведены при следующих исходных данных: подрессоренная масса - 1 т, неподрессоренная масса - 60 кг, диаметр поршня ПГР - 65 мм, приведенная высота столба газа в рессоре lст - 14 см; время задержки - 3 с, пороговое значения хода сжатия подвески от статического положения - а=20 мм.
Рис.8. Расчетные АЧХ верти2А, мм кальных колебаний подрессоренной массы 1 т на ПГР с регулированием демпфирования по условию (5):
1 и 2 - серийный демпфер с основным дроссельным отверстием 3,2 и 2 мм, соответственно;
3 - саморегулируемый демпфер с основным и дополнительным 10 дроссельными отверстиями 2 и мм, соответственно.
, Гц 0 1 2 3 4 5 6 Расчеты ММ применительно к трехмассовой двухопорной колебательной системе показали, что применение ПГР с демпфированием по условию (4) позволяет достичь уровня демпфирования в резонансе, сопоставимого с серийной ПГР с мощным демпфированием (рис.9), а при зарезонансных скоростях движения снизить ускорения подрессоренной массы на 30-40%.Расчеты проводились при гармоническом возмущении с амплитудой 25 мм и длиной волны 5 м, подрессоренная масса - 18 т, база L=5,84 м.
Рис. 9. Расчетные относительные ускорения вертикальных колебаний подрессоренной массы 18 т на ПГР с регулированием демпфирования по условию (4):
1 - серийный демпфер (d = 8 мм, а = 0 мм); 2 - серийный демпфер (d =4 мм, а = 0 мм); 3 - саморегулируемый по амплитуде и направлению демпфер (dо = 2 мм, dд = 7 мм, а = 20 мм) На рис. 10 и 11 показаны графики спектров ускорений на сидении водителя (зависимость дисперсии среднеквадратических ускорений, отнесенной к частоте, от частоты) при движении гусеничной машины с пневмогидравлической подвеской, регулируемой по условиям (4) и (5), соответственно. Расчеты проведены при движении машины с резонансной (для угловых колебаний) скоростью км/ч по разбитому булыжнику автополигона НАМИ.
Рис. 10. Спектры ускорений на сидении Рис. 11. Спектры ускорений на сидении водителя гусеничной машины с ПГР, водителя гусеничной машины с ПГР, регулированием демпфирования по регулированием демпфирования по условию (4) условию (5) Из анализа данных графиков следует, что при ослаблении сопротивления на ходе штока Z = 5 и 10 мм в диапазоне частот 5Е20 Гц достигается снижение среднеквадратического отклонения (СКО) ускорений на сидении водителя на 30 и 40%, соответственно. Однако на низких частотах ПГР с подвижным плунжером увеличивает амплитуду основного резонанса на 10Е15% (рис. 10). Уменьшить негативное влияние снижения демпфирования в низкочастотной области можно увеличением номинального сопротивления ПГР на дроссельном участке или сопротивления в режиме выбора люфта.
ПГР с демпфером, обеспечивающим автоматическое увеличение неупругого сопротивления на всем ходе подвески при возникновении больших размахов колебаний, уменьшает СКО ускорений на сидении водителя от 20 до 40% за резонансом, на низких же частотах ускорения увеличиваются на 5Е7% (рис. 11).
При применении саморегулируемых по условиям (4) и (5) демпферов потери мощности в крайних наиболее нагруженных подвесках уменьшаются в 3,5 раза, что улучшает топливную экономичность машин, существенно снижает температуру рессор, их ресурс и вероятность их выхода из строя из-за перегрева.
В пятой главе Предложения по модернизации ПГР с целью повышения их демпфирующих свойств и снижения внутренних потерь представлены описания конструкций предлагаемых ПГР с новыми способами саморегулирования демпфирования для колесных и гусеничных машин специального назначения, а также инженерная методика расчета демпфера, саморегулируемого по амплитуде и частоте колебаний.
В приложении диссертации представлены программы расчёта колебаний пневмогидравлических подвесок по разработанным математическим моделям, описания патентов и акт внедрения.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. В диссертационной работе решена научно-практическая задача, состоящая в повышении виброзащитных свойств ПГР за счет разработки и применения адаптивных демпферов, обеспечивающих саморегулирование неупругого сопротивления в зависимости от режимов колебаний одновременно по нескольким управляющим параметрам, и обосновании возможности повышения плавности хода АТС путем применения в подвеске предложенных рессор.
2. С помощью математического моделирования применительно к двухмассовой одноопорной и трехмассовой двухопорной колебательным системам, эквивалентным подвеске автомобиля, выявлены потенциальные виброзащитные свойства предложенных ПГР. Установлено, что при гармоническом возмущении данные подвески позволяют снизить колебания в зарезонансной зоне в 1,5 - 2 раза, практически не увеличивая их в области низкочастотного резонанса.
3. С помощью пространственной математической модели быстроходной гусеничной машины установлено, что при движении по дороге со случайным профилем (разбитый булыжник) уменьшение неупругого сопротивления ПГР в зоне статического хода 5 и 10 мм позволяет на высоких частотах снизить среднеквадратические отклонения (СКО) ускорений на сидении водителя на 30 и 40%, соответственно.
При этом на низких частотах ускорения увеличиваются на 10Е15%. Автоматическое увеличение неупругого сопротивления ПГР при возникновении больших колебаний на ходе сжатия с последующим его сохранением на всем ходе подвески в течение нескольких периодов на высоких частотах уменьшает СКО ускорений на сидении водителя от 20 до 40%, однако на низких частотах ускорения увеличиваются на 5Е7%. При применении саморегулируемых демпферов потери мощности в крайних наиболее нагруженных подвесках уменьшаются в 3,5 раза, что снижает температуру рессор, их ресурс и вероятность их выхода из строя из-за перегрева.
4. Разработана методика стендовых испытаний ПГР с адаптивными саморегулируемыми демпферами и создана экспериментальная модель ПГР с подвижным плунжером грузоподъемностью до 1,5 т, испытания которой подтвердили адекватность разработанной математической модели.
5. Разработаны оригинальные конструкции пневмогидравлических рессор с саморегулируемым демпфированием для подвесок быстроходных гусеничных машин и автосамосвалов БеАЗ, позволяющие повысить средние скорости движения, плавность хода при снижении внутренних потерь энергии.
Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:
В изданиях, входящих в Перечень российских рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК:
1. Новиков, В.В. Саморегулируемый по амплитуде и направлению демпфер для подвески / В.В. Новиков, А.В. Похлебин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2007. - №7. - C. 39-40.
2. Новиков, В.В. Математическая модель подвески с саморегулируемым демпфером / В.В. Новиков, А.В. Похлебин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2008. - № 7. - C. 26-28.
3. Пневмогидравлическая рессора быстроходной гусеничной машины / А.С.
Дьяков, М.О. Котляренко, А.В. Поздеев, А.В. Похлебин, Ю.О. Шахмарданов // Вестник Академии военных наук. - 2011. - № 2 (спецвыпуск).-C. 125-132.
4. Дьяков, А.С. Оптимальное управление жёсткостью и демпфированием подвески АТС на основе принципа максимума Л.С. Понтрягина / А.С. Дьяков, А.В.
Поздеев, А.В. Похлебин // Вестник Академии военных наук. - 2011. - № (спецвыпуск). - C. 132-139.
В прочих изданиях:
5. Пат.2212344 РФ, МПК 7 В 60 G 11/26, F 16 F 5/00 Пневмогидравлическая рессора подвески транспортного средства / В.В. Новиков, И.М. Рябов, А.В. Похлебин; ВолгГТУ. - 2003.
6. Пат.2262454 Российская Федерация, МПК 7 В 60 G 11/26, F 16 F 9/06 Пневмогидравлическая рессора транспортного средства / В.В. Новиков, И.М. Рябов, А.В.
Похлебин, Т.А. Бурякова; ВолгГТУ. - 2005.
7. Пат. 2268159 Российская Федерация, МПК В 60 G 11/26, F 16 F 9/06. Пневмогидравлическая рессора транспортного средства / В.В. Новиков, К.В. Чернышов, А.В. Похлебин, Т.А. Бурякова; ВолгГТУ. - 2006.
8. П. м. 109249 РФ, МПК F 16 F 9/06. Пневмогидравлическая рессора транспортного средства / В.В. Новиков, Ю.Г. Лапынин, А.В. Похлебин, А.В. Поздеев, И.М. Рябов, К.В. Чернышов, А.С. Дьяков; НОУ СПО "Волгогр. колледж газа и нефти" ОАО "Газпром". - 2011.
9. Пневмогидравлическая рессора с саморегулируемым демпфером / В.В. Новиков, А.С. Горобцов, И.М. Рябов, К.В. Чернышов, Д.А. Измеров, А.В. Похлебин // Прогресс транспортных средств и систем - 2002: Матер. междунар. науч.-практич.
конф., Волгоград, 8-11 октября 2002 г. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2002. - Часть 2.
- C. 306-308.
10. Похлебин, А.В. Экспериментальное исследование пневмогидравлической рессоры со свободным ходом плунжера демпфирующего узла / А.В. Похлебин, Д.А. Измеров, В.В. Новиков // VII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 12-15 ноября 2002 г.: Тезисы докладов / Волгогр. гос. технич. ун-т и др. - Волгоград, 2003. - C. 72-74.
11. Похлебин, А.В. Разработка и исследование пневмогидравлической рессоры с двумя ступенями жесткости упругой и демпфирующей характеристик для подвески АТС / А.В. Похлебин, Д.В. Кальной, В.В. Новиков // VIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 11-14 ноября 2003 г.: Тезисы докладов / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2004. - C. 109-110.
12. Похлебин, А.В. Исследование эффективности комбинированного воздушно - гидравлического демпфирования колебаний пневматических подвесок АТС / А.В.
Похлебин, С.О. Букаев, В.В. Новиков // IX Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, Волгоград, 9-12 ноября 2004 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2005. - C. 48-50.
13. Новиков, В.В. Пневмогидравлическая рессора с саморегулированием демпфирования по амплитуде и направлению колебаний / В.В. Новиков, А.В. Похлебин, А.В. Аникеев // Прогресс транспортных средств и систем - 2005: матер. межд.
науч.-практ. конф., (20-23 сент. 2005 г.) / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2005. - Ч.1. - C.
272-273.
14. Похлебин, А.В. Исследование пневмогидравлической рессоры со свободным ходом плунжера демпфирующего узла / А.В. Похлебин, А.С. Дьяков, В.В. Новиков // Х Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 8-11 ноября 2005 г.:тез. докл./ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2006.- C. 47-49.
15. Новиков, В.В. Виброзащитные свойства пневмогидравлической подвески с саморегулируемым по амплитуде и направлению демпфером / В.В. Новиков, А.В.
Похлебин // Теор. и лаб.-полевые исслед. и внедр. опыт.-констр. разработок в учеб.
проц. и эксплуатацию спец.техники с лёгк. бронир.: матер. науч.-практ. конф. (2628 июня 2007 г.) / Рязан. высш. воздушно-десант. командное училище. - Рязань, 2007. - Ч.3, кн.1. - C. 27-34.
16. Похлебин, А.В. Саморегулируемая пневмогидравлическая рессора быстроходной гусеничной машины / А.В. Похлебин, А.С. Дьяков, В.В. Новиков // XI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 8-10 ноября 2006 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2007.-C. 74.
17. Дьяков, А.С. Пневматическая подвеска с саморегулируемым по амплитуде и направлению воздушным демпфером / А.С. Дьяков, А.В. Похлебин, В.В. Новиков // XII региональная конференция молодых исследователей Волгогр. обл., г. Волгоград, 13-16 нояб. 2007 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2008. - C. 69.
18. Активно управляемая пневматическая подвеска/Д.Ю. Синяев, А.В. Поздеев, А.С. Митрошенко, М.В. Ляшенко, В.И. Карлов, А.С. Дьяков, А.В. Похлебин//XIII региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград,11-14 нояб.2008 г.: тез. докл./ВолгГТУ [и др.].-Волгоград, 2009.- C.8083.
19. Исследование зон неэффективной работы пневматической подвески при совместной работе с гидравлическими и воздушными амортизаторами / В.В. Новиков, И.М. Рябов, А.С. Дьяков, А.В. Похлебин, А.В. Поздеев // Россия периода реформ: формирование модели рыночно-ориентированной организации как элемент антикризисного управления ОАО "Газпром": матер. XIII междунар. отраслевой науч.-практ. конф. (г. Волгоград, 20-22 мая 2009 г.) / НОУ СПО "Волгогр. колледж газа и нефти" ОАО "Газпром" [и др.]. - Волгоград, 2009. - C. 214-219.
20. Пневмогидравлическая рессора с саморегулируемым амортизатором / В.В.
Новиков, А.В. Похлебин, А.С. Дьяков, А.В. Ахмедов // Россия периода реформ:
формирование модели рыночно-ориентированной организации как элемент антикризисного управления ОАО "Газпром": матер. XIII междунар. отраслевой науч.практ. конф. (г. Волгоград, 20-22 мая 2009 г.) / НОУ СПО "Волгогр. колледж газа и нефти" ОАО "Газпром" [и др.]. - Волгоград, 2009. - C. 220-224.
ичный вклад автора в публикациях: В работах [1 - 20] автор принимал непосредственное участие в постановке задач, выполнении работ, проведении расчетов, в подготовке и проведении экспериментальных исследований, в обсуждении полученных результатов.
Подписано в печать..2012. Заказ №. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0.
Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.
Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета 400005, Волгоград, ул. Советская,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям