авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Метод прогнозирования быстроходности гусеничных машин по их динамическим свойствам

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Гизатуллин Юрий Николаевич

Метод прогнозирования быстроходности гусеничных машин по их динамическим свойствам

Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск - 2010

Работа выполнена на кафедре гусеничных машин Курганского государственного университета

Научный руководитель: доктор технических наук И.А. Тараторкин

Официальные оппоненты: доктор технических наук С.В. Кондаков

кандидат технических наук Е.Б. Сарач

Ведущая организация: ОАО «Курганмашзавод», г. Курган

Защита диссертации состоится « 24 » ноября 2010 г., в 15 00 на заседании диссертационного совета Д 212.298.09 Южно-Уральского государственного университета по адресу: 454080, г. Челябинск, проспект Ленина, 76.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, на имя ученого секретаря диссертационного совета Д212.298.09.

Е-mail: D212.298.09@mail.ru

Автореферат разослан « 20 » октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Лазарев. Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

При разработке и модернизации конструкции транспортных машин одной из важных задач является прогнозирование их быстроходности, оцениваемой средней скоростью движения. Без учета ограничений, связанных с решением тактико-технических задач, т.е. при движении в транспортном режиме по характерным дорогам используются методы прогнозирования, основанные на изучении установившихся процессов. При этом средняя скорость определяется как случайная величина на основе функции распределения скорости по пути с учетом ограничений по тяговым качествам, по предотвращению заноса на криволинейных участках, по параметрам плавности хода на неровных участках дороги. При движении по ровным дорогам скорость ограничивается тягово-динамическими качествами машины и условиями движения в повороте –условиями бокового заноса.

Эти методы разработаны и дают достаточно точные результаты для сравнительно тихоходных машин и при движении по местности на деформируемых грунтах. Для скоростных машин подвижность во многом ограничивается управляемостью. Это свойство характеризует все аспекты динамики системы «Человек – машина – внешняя среда» и оценивается динамическими, кинематическими и силовыми характеристиками. Динамические свойства определяются по фазовым частотным характеристикам, т.е по реакции машины как управляемого объекта на гармоническое возмущение.

Многочисленными работами, посвященными исследованию динамики управляемого движения быстроходных гусеничных машин (БГМ) установлено, что скоростные качества на трассах с интенсивным изменением кривизны траектории во многом ограничиваются удельной мощностью и величиной поворачивающего момента, создаваемого гидрообъемным механизмом поворота (ГОМП). Для повышения динамических качеств машин поворачивающий момент должен быть достаточным для преодоления сопротивления грунта повороту и инерционной составляющей. В противном случае проявляется действие нелинейности характеристики гидрообъемной передачи системы управления поворотом (СУП), вызванной ограничением давления или расхода рабочей жидкости. В этих условиях не обеспечивается не только динамическая устойчивость, но и статическая. Введение обратной связи в СУП не повышает управляемости.

Однако из результатов проведенного с участием автора экспериментального исследования динамики управляемого движения машины с увеличенной удельной мощностью на 33 % и поворачивающим моментом, обеспечивающим рост угловых ускорений при повороте на малодеформируемом грунте от 0,7 до 1,1 рад/с2, то есть в 1,4 раза, следует, что средняя скорость движения на дороге с интенсивным изменением кривизны траектории (тестовой «змейке», влажный бетон, дернистый грунт) гораздо ниже рассчитанной по силовым условиям поворота. Реализация потенциальных скоростных качеств с увеличением поворачивающего момента во многом ограничивается динамическими свойствами машины – фазовым отставанием реакции на управляющее воздействие. Это приводит к тому, что продольная ось корпуса не успевает повернуться относительно касательной требуемой траектории. Для вписывания в заданный коридор необходимо снижать скорость движения. Однако существующие методы прогнозирования быстроходности гусеничных машин не учитывают их динамические свойства.

Цель и задачи исследования. Цель исследования состоит в создании метода прогнозирования быстроходности гусеничных машин по их динамическим свойствам и решении обратной задачи – определения путей реализации потенциальных скоростных качеств машин.

Указанная цель достигается решением следующих задач:

  1. Теоретическое исследование динамики управляемого движения гусеничной машины (определение зависимостей: фазовой частотной характеристики от параметров конструкции машины, частоты процесса включения системы управления поворотом от параметров функции распределения кривизны и требуемой точности траектории)
  2. Экспериментальное исследование динамики управляемого движения гусеничной машины (определение фазовой частотной характеристики, числа включений системы управления поворотом для оценки адекватности математической модели, корректности принятых допущений)
  3. Обобщение результатов исследования и разработка метода прогнозирования быстроходности гусеничных машин при управлении поворотом по их динамическим свойствам

Решение этих задач позволило дополнить существующий метод прогнозирования быстроходности гусеничных машин при движении в повороте, а также обосновать пути повышения скоростных качеств.

Методы исследования

Математические зависимости коэффициента фазовой напряженности, функции для прогнозирования числа включений механизма поворота были установлены на основе дифференциальных уравнений управляемого движения машины и методов статистической динамики. Расчет параметров управляемого движения машин осуществлялся с помощью методов вычислительной математики. Оценка адекватности результатов теоретического исследования, корректность основных допущений базировалась на сопоставлении с результатами экспериментальных исследований – ходовых испытаний быстроходной гусеничной. Обработка экспериментальных данных велась на основе теории вероятности, спектральных функций, прямого преобразования Фурье в программных пакетах Mathcad, MatLab, PowerGraph и Statistica.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Впервые разработан метод прогнозирования быстроходности гусеничных машин при криволинейном движении по их динамическим свойствам и обоснованы пути реализации потенциальных скоростных качеств.

На основе дифференциальных уравнений управляемого движения быстроходной гусеничной машины установлены математические закономерности, которые позволяют определить фазовые частотные характеристики в зависимости от параметров конструкции машины, динамических свойств системы управления поворотом, а так же условий движения.

Впервые установлена зависимость цикличности включения системы управления поворотом, ограничивающей скорость криволинейного движения, от требуемой точности траектории.

Практическая ценность

Предложен алгоритм определения параметров конструкции машины, позволяющий решать задачу реализации потенциальных скоростных свойств при криволинейном движении.

Разработан пакет программ, который позволяет определить реакцию машины на управляющее воздействие и фазовую частотную характеристику в соответствии с предложенными зависимостями.

Доказано, что повышение быстроходности машин в повороте при достаточном значении поворачивающего момента может быть достигнуто совершенствованием динамических свойств СУП – синтезом пропорционально интегродифференцирующих (ПИД) корректирующих устройств.

Обоснована необходимость сокращения податливости рабочих ветвей гусениц. Эти предложения реализованы при разработке гусениц со сплошным основанием резиновых элементов шарнира и его армированием. Это позволило повысить среднюю скорость прохождения тестовой змейки на 12…16 % без снижения долговечности гусениц. Экспериментальными исследованиями установлены приемы управления машиной при движении в повороте, без снижения скорости.

На защиту выносятся:

  1. Метод прогнозирования быстроходности гусеничных машин при криволинейном движении по их динамическим свойствам.
  2. Математические закономерности, которые позволяют определить фазовые частотные характеристики в зависимости от параметров конструкции машины, динамических свойств системы управления поворотом, а так же условий движения.
  3. Функция числа включения механизма поворота, определяющая частоту процесса, в зависимости от вероятностных свойств дорожной кривизны и требуемой точности траектории по условию вписываемости.

Реализация работы

Теоретические и экспериментальные исследования отражены в 2 отчетах о НИР, переданных ОАО «СКБМ», г. Курган. При выполнении ОАО «СКБМ» ОКР по программе «Жигули» использована предложенная функциональная схема системы управления движением машины и алгоритм работы бортового компьютера (разделы: контроль и компенсация бокового заноса; форсирование переходных процессов при повороте машины; стабилизация движения компенсацией статической ошибки регулирования). Результаты работы использованы также при выполнении опытно-конструкторской работы по теме «Садовница», в учебном процессе при подготовке студентов специальности 190202 в Курганском государственном университете.

Испытания опытной машины с макетным образцом ПИД корректирующего устройства системы управления поворотом на тестовой змейке с длиной полуволны S= 30…50 м показали, что средняя скорость движения повысилась до 14,3 %, при сокращении числа включений с 37 до 25 на километр пути. При движении по грунтовой трассе со случайным изменением кривизны траектории средняя скорость возрастает на 12…16 %, сокращается число включений механизма поворота в 1,5…1,8 раза.

Апробация работы

Основные положения и материалы работы докладывались и обсуждались на 8 научно-технических конференциях и симпозиумах, в том числе: на IV Международной научно-технической конференции «Динамика систем механизмов и машин» - Омск, 2002 г.; на I – II Международных технологических конгрессах «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения в XXI веке» – Омск, 2002, 2003 гг.; на XXIII Российской школе по проблемам науки и технологий – г. Миасс, 2003 г..; на Международной конференции «Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства» – Волгоград, 2003 г.; на научно-техническом семинаре по колесным и гусеничным машинам высокой проходимости МАДИ (ГТУ) – Москва, 2004 г.; на научно-технических конференциях и семинарах ЮУрГУ, г. Челябинск, 2003-2008 гг.; на XIX, XX Международных Интернет-ориентированных конференциях молодых ученых и студентов по современным проблемем машиноведения (МИКМУС-2007, 2008) - Москва, ИМАШ РАН, 2007, 2008 гг.; на научных конференциях УрГУПС (2010 г.), Тюменского нефтегазового университета (2010 г.) на технических совещаниях ОАО «СКБМ», г. Курган.

В полном объеме диссертационная работа обсуждалась на научных семинарах кафедр амфибийных машин МАДИ ГТУ, г. Москва, гусеничных машин Курганского и Южно-Уральского государственных университетов.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе одна в издании перечня, рекомендованного ВАК РФ. Список основных из них приводится в конце автореферата.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех разделов основного текста, выводов, списка использованных источников и приложения. Содержание работы изложено на 143 страницах текста, включающих 34 рисунка, 58 таблиц, списка использованных источников из 78 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы. Дана краткая характеристика состояния проблемы, поставлена цель и задачи исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность результатов, приведены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первом разделе (Состояние вопроса и обоснование задач исследования) приводится анализ методов прогнозирования подвижности быстроходных гусеничных машин при криволинейном движении, обзор конструктивных решений, повышающих динамические свойства машин при повороте с ограниченной мощностью системы управления поворотом,

критерии устойчивости и управляемости движения быстроходных гусеничных машин.

В работах В.И. Красненькова показано, что управляемость, следовательно, и подвижность быстроходных машин адекватно можно оценить по фазовым частотным характеристикам. Им определены соответствующие зависимости для линейных систем, а аргументом принята частота процесса, определяемая параметрами кривизны тестовой «змейки» без учета выполнения водителем функции обратной связи. При движении по трассе со случайным изменением направления движения частоту процесса можно определить по цикличности включения механизма поворота. На основе исследования движения машины как непрерывного марковского процесса В.А. Савочкин определил цикличность как число положительных выбросов кривизны нулевого уровня. Для повышения точности метода необходимо дополнительно учесть выполнение водителем функции звена обратной связи по компенсации отклонений.

Для прогнозирования подвижности машины, формируемой режимом движения, взаимодействием с внешней средой, необходима соответствующая математическая модель системы «машина – водитель – внешняя среда». Расчетная схема движения машины строится в соответствии с работами Л.В. Сергеева, В.И. Красненькова, Е.Е. Александрова, С.А. Бекетова, В.А. Савочкина, Е.Б. Сарача, С.В. Кондакова, исследователей Японии и США, а также отраслевых материалов. Наиболее полно соответствует решаемой задаче определения фазово-частотных характеристик системы при движении с большой скоростью, определения цикличности включения расчетная схема и модель, приведенная в работах Благонравова А.А., Держанского В.Б. и развитая в работах И.А. Тараторкина. Эта модель позволяет определить фазово-частотные характеристики движущейся машины не только как сплошного твердого тела, но и учитывает динамические свойства системы управления поворотом, т.е массы, податливости и демпфирующие свойства элементов трансмиссии, движителя, бесступенчатых передач, юз и буксование гусениц, особенности взаимодействия гусениц с малодеформируемым основанием.

В модель управляемого движения машины включена подсистема, описывающая действия водителя по управлению поступательной скоростью и траекторией (направлением) движения. При этом установлено, что предельная частота процесса отклонения, которую может компенсировать водитель, составляет ПВ= 0,8…1,0 Гц. Это значение и принято в качестве ограничения при прогнозировании быстроходности машины.

На основе анализа научно-технической и патентной литературы, посвященной разработке наиболее эффективных конструктивных решений ведущих фирм мира, обеспечивающих требуемые динамические качества при ограниченной мощности систем управления поворотом, делается вывод о наличии существенных ограничений, затрудняющих их реализацию.

Из приведенного анализа следует вывод, что основным направлением повышения скоростных качеств машин при повороте является не только повышение ее удельной мощности, но и системы управления поворотом, обеспечивающей регулирование направления движения с требуемой угловой скоростью и ускорением.

Для создания метода оценки скоростных качеств проектируемых и модернизируемых машин, решения обратной задачи – их повышения, решаются поставленные в диссертации задачи.

Во втором разделе (Теоретическое исследование динамики управляемого движения) рассматривается общая структурная схема гусеничной машины как управляемого объекта и математическое описание структурных составляющих, компьютерное моделирование динамики управляемого движения и анализ результатов, основы синтеза корректирующего устройства, анализ фазово-частотной характеристики системы и зависимость подвижности от динамических свойств объекта. Фазово-частотная характеристика определятся по дифференциальному уравнению вращательного движения и динамики гидропривода, приведенному к виду:

(1)


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.